Grundlagen der Massenspektrometrie -Pfeiffer

Massenspektrometer
05 06 07

2
Wir geben alles
für das Nichts
Analytik
Biotechnologie
Forschung und Entwicklung
Glasbeschichtung
Halbleitertechnik
Medizin und Life Science
Pharmazie
Prozesstechnik
Werkzeugbeschichtung
Weitere Märkte wie Verpackungs-
oder Automobilindustrie

Inhaltsverzeichnis
Seite
1 Grundlagen der Massenspektrometrie 4
2 Massenspektrometer für die Restgasanalyse 56
3 Massenspektrometer für die Gasanalyse 68
4 Massenspektrometer für die Ionenanalyse 94
5 Anhang 102
3
Ionenanalyse Gasanalyse
Restgasanalyse
Grundlagen
Anhang

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Inhaltsverzeichnis
4
Seite
1 Grundlagen der Massenspektrometrie 4
1.1 Einleitung 7
1.2 Quadrupol Massenspektrometer 9
1.2.1 Ionisierungsprozess 11
1.2.2 Massentrennung 17
1.2.3 Ionennachweis 24
1.2.4 Steuerung und Signalauswertung 29
1.3 Massenspektrometer sowie Gaseinlass- und Pumpsysteme 33
1.3.1 Massenspektrometer Anordnungen für Einlassdrücke 10 mbar 39
1.4 Massenspektrometer zum Nachweis extern erzeugter
Ionen und Plasmadiagnostik
46
1.4.1 Nachweis extern erzeugter Ionen 46
1.4.2 Anwendungsbeispiele 48
1.4.3 Massenspektrometrische Plasma-Diagnostik 50
1.4.4 Lösungsvarianten 50
1.4.5 Messungen mit dem Plasma-Monitor 52
1.4.6 Messbereichserweiterungen 54

5
Ionenanalyse Gasanalyse
Restgasanalyse
Grundlagen
Anhang

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
6

1.1 Einleitung
Massenspektrometrische Messverfahren
sind für viele Zweige der Verfahrenstechnik,
der Technologie- und Produktentwicklung,
der Medizin und der wissenschaftlichen
Grundlagenforschung zu einem
unentbehrlichen Hilfsmittel der Diagnostik
geworden.
Masse und Ladung
Typische Anwendungen sind:
massenselektive Dichtheitsprüfung
von Serienbauteilen in der Automobilindustrie
quantitative Bestimmung der Zusammensetzung
und der Reinheit von Prozessgasen
komplexe Analyse von katalytischen
Reaktionen an der Oberfläche von Festkörpern
Untersuchung bio-chemischer Stoffumwandlungen
Bei der Bandbreite der Anwendungen ist
es somit auch nicht verwunderlich, dass
im Verlauf der vergangenen Jahrzehnte
eine Vielzahl von physikalischen Verfahren
zur Massenseperation von Teilchen entwickelt
und zur Anwendungsreife in Messgeräten
technisch umgesetzt wurden.
So unterschiedlich die Methoden auch sind,
sie alle haben ein gemeinsames Merkmal.
Zum Betrieb der Massenspektrometer ist
die Erzeugung von Vakuum, häufig sogar in
mehreren Druckbereichen erforderlich.
Zum anderen sind es gerade die Entwicklungen
in der Vakuumtechnik selbst,
die den Einsatz von kleinen, aber
leistungsfähigen Massenspektrometern
in zunehmender Weise erfordern.
● Totaldruck ist die Summe aller Partialdrücke eines gegebenen Gasgemisches
● Zur Ermittlung des Partialdruckes einer bestimmten Gaskomponente muss diese aus
dem Gemisch isoliert gemessen werden
eine vorherige Auftrennung des Gemisches ist notwendig
● Dies geschieht entsprechend des Verhältnisses von Masse zu Ladung: m/e
Beispiele sind:
Lecksuche
Partialdruck-Messung an Hochvakuumsystemen
die Überwachung der Gaszusammensetzung
bei Vakuum-Beschichtungsverfahren
End-Punkt-Bestimmung bei Vakuum-
Ätzverfahren
massenaufgelöste Bestimmung von
Neutralteilchen und Ionen bei Plasma-
Prozessen
Ermittlung von gasspezifischen Desorptions-
und Adsorbtionsraten von Materialien
für Vakuum-Bauteile
Besonders bei diesen Messaufgaben werden
heute überwiegend Quadrupol-Massenfilter
(Abbildung 2) eingesetzt. Die
dabei besonders zum Tragen kommenden
Eigenschaften des Quadrupol-Massenfilters
bestehen in der einfachen Art des
Scannens über den gesamten Massenbereich,
hoher Empfindlichkeit, hoher Messund
Wiederholungsrate, großem Mess-
Abbildung 1:
Im Unterschied zur
Totaldruckmessung
wird bei massenselektivenMessverfahren
nach dem
Masse/Ladungsverhältnis
der Ionen
getrennt detektiert.
7
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 2:
Funktionsprinzip eines
Quadrupol-Massenspektrometers.
Abbildung 3:
Komponenten für die
Gasanalyse.
Die zugehörigen
Pumpsysteme sind
im Katalog
„Pfeiffer Vacuum,
Vacuum Technology“
ausführlich
dargestellt.
8
bereich (bis zu 10 Dekaden) und der Kompatibilität
zu den allgemeinen vakuumtechnischen
Anforderungen wie kleine
Abmaße, beliebige Einbauposition und
geringe Eigengasabgabe.
Das zur Partialdruckmessung eingesetzte
Quadrupol-Massenspektrometer ist
grundsätzlich ein Ionisationsvakuummeter,
allerdings mit einer zusätzlichen Einrichtung,
dem Stabsystem, welche die beim
Ionisierungsprozess entstandenen Ionenarten
zuerst nach ihrem Masse-Ladungsverhältniss
(m/e) trennt, bevor sie mit
einem Ionen-Detektor nachgewiesen
werden.
Die Trennung der Ionen erfolgt dabei in
einem hochfrequenten elektrischen Quadrupolfeld
zwischen den vier Stabelektroden
mit dem Feldradius r 0. Die Spannung
zwischen den Elektroden setzt sich aus

einer hochfrequenten Wechselspannung
Vcos �t und einer überlagerten Gleichspannung
U zusammen. Werden Ionen in
Richtung der Feldachse senkrecht zur Bildebene
in das Trennsystem eingeschossen,
so führen sie unter dem Einfluss des Hochfrequenzfeldes
Schwingungen senkrecht
zur Feldachse aus. Bei bestimmten Werten
von U,V, � und r 0 können nur Ionen mit
einem bestimmten Verhältnis von m/e das
Trennfeld passieren und dann mit dem
Ionen-Detektor registriert werden. Ionen
mit einem anderen Verhältnis von m/e
werden durch das Quadrupolfeld ausselektiert
und erreichen den Detektor nicht.
Der Massendurchlauf kann durch Variation
der Frequenz (m/e ~ 1/� 2 ) oder, wie es aus
technischen Gründen fast immer der Fall
ist, durch Veränderung der Spannung
1.2 Quadrupol-Massenspektrometer
Eine erste, technisch umsetzbare Variante
eines Quadrupol-Massenspektrometers
wurde bereits 1953 von W. Paul und
H. Steinwedel [1, 2, 3] beschrieben. Die
wesentlichsten funktionalen Baugruppen
(Abbildung 4) der in diesem Katalog dargestellten
Massenspektrometer QMG sind:
die Analysatoreinheit (QMA), mit Ionenquelle,
Stabsystem und Detektor
der RF-Generator (QMH)
der Elektrometer-Vorverstärker (EP)
oder ein Impuls-Vorverstärker (CP)
das Steuergerät (QMS) mit der
Quadrupol-Elektronik (QC)
der Spannungsversorgung für die
Ionenquelle (IS) bzw. der Hochspannungsversorgung
für einen SEM-
Detektor (HV) und Rechnerschnittstellen
(RS-232-C und LAN ArcNet)
die Steuerungs-Software und Auswerte-
Software (QuadStar TM ).
(m/e ~ V) erfolgen. So wird mit einfachen
Mitteln eine lineare Massenskala erreicht.
Über das Verhältnis des Gleichspannungsanteils
U zur Hochfrequenzamplitude V
lässt sich ebenfalls das Auflösungsvermögen
(�m/m) eines Quadrupol-Massenspektrometers
beeinflussen. Es ist immer ein
Kompromiss zwischen bestmöglicher
Massenauflösung und hoher Empfindlichkeit
zu suchen.
Erst die Verbindung von leistungsfähigen
und aufeinander abgestimmten Komponenten
für die Messgaszuführung, die
Druckreduzierung, das eigentliche Massenspektrometer
sowie die jeweiligen
vakuumerzeugenden Systeme erlaubt
optimale, anwendungsspezifische Lösungen
(Abbildung 3).
Der modulare Aufbau aus den verschiedenen
Funktionsgruppen ermöglicht durch
die Kombination verschiedener Analysatoren,
unterschiedlicher RF-Generatoren
und spezifischer Ausstattungsvarianten
des Steuergerätes für eine Vielzahl von
Applikationen sowohl eine technisch optimierte
wie auch kostengünstige Gerätevariante
zusammenzustellen. Auch eine
nachträgliche Modifizierung für andere
Einsatzfälle wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Bei aller Vielfalt der Geräteausführungen
bildet die QuadStar TM Software
die gemeinsame Plattform. Dadurch
wird dem Bediener immer eine einheitliche
Bedienoberfläche geboten und der
Transfer von Messdaten, Messparametersätzen
und kompletten Messabläufen
auch bei völlig unterschiedlichen QMG-
Systemen gewährleistet.
Nur die Analysator-Einheit befindet sich
im Vakuum. Der Anbau erfolgt über eine
CF-Flanschverbindung, wobei die Ionenquelle
(bzw. die Ionenoptik) und ein Teil
9
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 4:
Funktionsbaugruppen
des QMG 422.
10
des Stabsystems in den Analyse-Rezipienten
hineinragen. Die Einbaulage eines
Quadrupol-Analysators ist dabei beliebig,
d. h. sie kann dem jeweiligen Einsatzfall
optimal angepasst werden. Der Vorverstärker
wird über eine lösbare Steckverbindung
unmittelbar mit dem Signalausgang
des Ionen-Detektors verbunden,
dadurch werden Signalverluste minimiert.
Die Länge der RF-Zuleitungen und hiermit
der mögliche Abstand zwischen Analysator
und RF-Generator ist in der Regel limitiert,
da die parasitären Kapazitäten der
Zuleitungen einen nennenswerten Beitrag
zur Gesamtkapazität des RF-Schwingkreises
haben. Die Anbaulage des RF-Generators
ist beliebig, jedoch sollte für eine ausreichende
Luftzirkulation zur Kühlung
gesorgt werden. Die Steuergeräte sind als
Rack-Einschub-Module ausgeführt und
können weitere Baugruppen für die analoge
und digitale Signal-Ein/Ausgabe (AO
421, AI 421, DO 421, DI 421) aufnehmen.
Die Steuergeräte beinhalten neben einem
internen BUS System, das alle Systemkomponenten
verbindet auch eigene
Daten- und Parameterspeicher, so dass
auch bei einer Unterbrechung der Kommunikation
zum Rechner der aktuelle
Betriebsmodus (inklusive eingestellter
Alarmschaltpunkte) weiter ausgeführt werden
kann. Für das Steuergerät QMS 422 ist
zusätzlich eine lokale
Bedienkonsole QS 422 erhältlich, die einen
Betrieb ohne Rechnerunterstützung gestattet.
Bei den Kompaktgeräten der Prisma TM
Serie (Abbildung 5) sind die elektronischen
Baugruppen RF-Generator, Elektrometer-Vorverstärker,
Quadrupol-Elektronik,
Ionenquellenversorgung, Hochspannungsversorgung
und Dateninterface in einem
Gehäuse zusammengefasst und direkt
über eine lösbare Steckverbindung mit
dem Analysator verbunden. Durch die
unmittelbare Kopplung des RF-Generators
mit dem Stabsystem ergibt sich eine deutlich
kleinere RF-Verlustleistung bei der Einkopplung
des Hochfrequenzfeldes. Dies
erlaubt bei gleicher Güte des Massenfilters
eine kleinere Leistungsdimensionierung
der RF-Baugruppe und somit einen platzund
kostensparenden Aufbau der gesamten
Elektronik. Dem Einsatz eines solchen
Aufbaus sind Grenzen gesetzt, wenn am
vorgesehenen Einbauort erhöhte Umgebungstemperaturen
(> 40 °C) oder eine
erhöhte Strahlungsbelastung wie z. B.
beim direkten Anbau an Elementarteilchenbeschleunigern
auftreten können.
Ein Einsatz der Prisma TM Geräte bis in den
Bereich sehr kleiner Drücke (p < 1 · 10 -10
mbar) ist durch die Degas-Funktion der
Ionenquelle, der Verwendung von geeigneten
Materialien für die im Vakuum
befindlichen Bestandteile und der Ausheiztemperatur
des Analysators von max.
300 °C bei abgenommener Elektronik
jedoch problemlos möglich.
Abbildung 5:
Massenspektrometer
Prisma TM M1.

1.2.1 Der Ionisierungsprozess
Die Ionisierung ist in ihren Auswirkungen
der einschneidenste Teil der Analyse von
Neutralteilchen [4,5]. Durch den Beschuss
der in der Gasphase vorhandenen Atome
oder Moleküle mit niederenergetischen
Elektronen wird ein kleiner Teil in einen
ionisierten Zustand überführt. Dabei werden
einfach und mehrfach positive Ionen
gebildet. Die Energie der Stoßelektronen
hat sowohl auf die Anzahl als auch auf die
Art der gebildeten Ionen einen starken Einfluss
(Abbildung 6). Bei einer Mindestenergie
der Elektronen („appearance potential“)
setzt der Ionisierungsprozess der Neutralteilchen
ein. Die Zahl der gebildeten Ionen
nimmt mit wachsender Elektronenenergie
schnell zu, erreicht je nach Gasart bei 50 –
150 eV ein Maximum und fällt mit weiter
steigender Energie wieder langsam ab.
Da die Ausbeute an Ionen – und damit die
Empfindlichkeit – möglichst groß sein soll,
arbeitet man meist bei Elektronenenergien
zwischen 70 –100 eV. Der Ionenstrom i + k
einer Gaskomponente k lässt sich aus folgender
Beziehung berechnen:
i k + = i - · l · s · pk [A]
mit
i - = Elektronenstrom (Emissionsstrom) [A]
l = mittlere Weglänge der Elektronen [cm]
s = differentielle Ionisierung von k
[cm -1 · mbar -1 ]
p k = Partialdruck von Gaskomponente k
[mbar]
Bei der Ionisierung von Molekülen wird
mit zunehmender Komplexität die Zahl der
möglichen Ionenarten sehr schnell größer.
Neben einfach und mehrfach geladenen
Molekül-Ionen treten zusätzlich Bruchstück-Ionen
auf.
ABC + e - ➞ ABC + +2e -
ABC ++ +3e -
AB + +C +2e -
BC + +A +2e -
A +
+BC+2e -
C +
+ AB + 2e -
B +
+A +C+2e -
Neben diesen Arten können auch noch
Rekombinations-Ionen, z. B. AC + , gebildet
werden. Das Auftreten und die relative
Häufigkeit der einzelnen Ionenarten sind
charakteristisch für eine bestimmte Molekülart
und dienen als wichtiges Hilfsmittel
zur Identifikation des Moleküls und somit
Abbildung 6:
Ionisation durch
Elektronenstoß in
Abhängigkeit von der
Elektronenenergie.
11
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 7:
Bruchstückionenverteilung
von CO 2.
Abbildung 8:
Ionisation durch
Elektronenbeschuss in
Abhängigkeit von der
Elektronenergie für
Argon.
12
CO 2
100%
5
10%
5
1%
5
1000 ppm
5
Rel. Intensity
12 C +
13 C +
16 O +
12 16 ++
C O2
100 ppm
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
zur qualitativen Gasanalyse. Die Abbildung
7 zeigt die Bruchstückionenverteilung
(cracking pattern oder fractal pattern)
des einfachen Moleküls CO 2, aufgenommen
bei 70 eV Elektronenenergie.
Die in der QuadStar TM -Software enthaltene
Spektrenbibliothek enthält weitere Bruchstückionenverteilungen
für einige häufig
interessierende Gase und Verbindungen.
Diese und andere aus Spektrenbibliotheken
gewonnenen Verteilungen können
jedoch nur als Richtwerte angesehen wer-
ions/cm · mbar
8
6
4
2
0
Ar ++
12 C 16 O +
13 C 16 O +
12 16 +
C O2
13 16 +
C O2
12 C 16 O 18 O +
Mass [amu]
den, da die Verteilung von verschiedenen
Parametern, wie der Ionisierungsenergie,
der Temperatur, aber auch von den Transmissionseigenschaften
des Massenanalysators
beeinflusst wird.
Wie am Beispiel Argon ersichtlich, kann
man die Bildung mehrfach geladener Ionen
durch geringere Elektronenenergien, hier
< 43 eV, stark unterdrücken. Dieser Effekt
wird zum Beispiel bei der Analyse von
Ar/Ne Gasgemischen genutzt, um den im
Massenspektrum durch Ar(40) ++ hervor-
Ar +
Ar +++ (· 10)
0 43 100 200 300
15,7 88
electron energy [eV]

gerufenen Anteil auf der Massenzahl 20 zu
minimieren, und so geringere Nachweisgrenzen
für Ne(20) auf der Massenzahl 20
zu erreichen.
Bei allen in diesem Katalog vorgestellten
Massenspektrometern, mit Ausnahme des
QME 125, lässt sich die Energie der Stoßelektronen
zwischen 10–150 eV kontinuierlich
einstellen.
Bei der Analyse von Gemischen mit mehreren
Gaskomponenten tritt häufig das
Problem der Überlappungen von Ionenströmen
verschiedener Herkunft auf Massenzahlen
auf.
Wie in der Abbildung 9 ersichtlich, gibt es
bei diesem Beispiel Massenzahlen deren
Intensität ausschliesslich durch eine einzige
Gaskomponente hervorgerufen wird
(z. B. Argon auf der Massenzahl 40, Sauerstoff
auf der Massenzahl 32, Kohlendioxid
auf der Massenzahl 44, Wasser auf der
Massenzahl 18). Bei anderen Massenzahlen
wird die Gesamtintensität des detektierten
Ionenstromes durch die Überlagerung
verschiedener Anteile von Bruchstückionen
von verschiedenen Gaskomponenten
bestimmt. In diesem Beispiel wird
die Intensität des Ionenstromes auf der
Massenzahl 16 durch Bruchstückionen
von Sauerstoff, Wasser, Kohlenmonoxid
und von Kohlendioxid bestimmt. Für eine
quantitative Bestimmung des Sauerstoffanteils
bzw. des Sauerstoff-Partialdruckes
ist diese Massenzahl daher wenig geeig-
H +
H +
+
H2 +
H2 C +
20 Ne ++ C +
N +
13 C +
O +
O +
O +
O +
OH +
H 2O +
H 2O
Ar ++
20 Ne +
22 Ne +
net. Man würde in diesem Beispiel dafür
die Intensität auf der Massenzahl 32 heranziehen.
Besonders schwierig wäre in diesem
Beispiel die Bestimmung des CO-
Gehaltes. Dieser ist nur durch Subtraktion
der Anteile von N 2 (bestimmt auf der Massenzahl
14, bei Kenntnis des Bruchstückionenverhältnisses
N + /N 2 + ) und vom CO2
(bestimmt auf der Massenzahl 44, bei
Kenntnis des Bruchstückionenverhältnisses
CO 2 + / CO + ) von der Gesamtintensität
des Ionenstromes auf der Massenzahl 28
zu ermitteln. Je nach Zusammensetzung
und Konzentrationsverhältnissen im zu
analysierenden Gasgemisch sind also
jeweils geeignete Algorithmen und
Kalibrierverfahren für die jeweilige Messaufgabe
zu formulieren. So sind vor der
Ausführung einer quantitativen Gasanalyse
durch die Aufschaltung geeigneter Kalibriergas-Mischungen
mit jeweils nicht
überlappenden Komponenten die jeweiligen
Kalibrierfaktoren für jede einzelne
Gaskomponente auf allen überlappenden
Massenzahlen zu bestimmen.
Danach kann im Rahmen einer Matrixrechnung
die Konzentration bzw. der
Partialdruck für diese Gase bestimmt
werden.
Im Rahmen der QuadStar TM -Software
werden solche Matrixrechnungen und
die notwendigen gasspezifischen Kalibrier-
Routinen unterstützt.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
CO +
CO +
14 Ne +
13 CO
16 +
O2
14 N 15 N +
16 O 18 O + 36 Ar +
Ar +
13 12 +
C CO2
Wasserstoff Sauerstoff Kohlenmonoxid Argon
Stickstoff Wasser Neon Kohlendioxid
+
CO2 50
Abbildung 9:
Spektrum eines Gasgemisches,aufgenommen
bei 90 eV
Ionisierungsenergie.
13
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 10:
Elektrodenanordung
und Potentialverlauf
am Beispiel einer
Cross-Beam-Ionenquelle.
14
Elektrodenanordnung
Potentialverlauf
Elektronenstrahl
Neutralteilchen
100 V
0 V
–100 V
Wehnelt
Kathode
Ionisierungsraum
Funktion Ionenquelle (Abbildung 10)
Die in den Ionisierungsraum (Formationsraum)
einfallenden Neutralteilchen werden
durch die von der Katode emittierten und
in den Formationsraum beschleunigten
Elektronen ionisiert. Aus dem Potentialverlauf
ist ersichtlich, dass sich dabei für die
Elektronen, bezogen auf die Umgebung,
(Massepotential) immer ein abstoßendes
Potential ergibt, so dass keine Elektronen
in die Umgebung emittiert werden und
eine Beschleunigung nur in Richtung des
Formationsraumes stattfindet. Die gebildeten
positiven Ionen werden durch das
Extraktionspotential schnell aus dem Formationsraum
beschleunigt und anschließend
durch das anliegende Potentialfeld
bis zu Energien, welche dem Feldachsenpotential
(V4) entsprechen, abgebremst.
Bedingt durch kurze Verweilzeiten
der Ionen in der Ionenquelle wird
eine Verringerung von unerwünschten
Ionen-Ionen Reaktionen
eine schnelle Durchdringung von Übergangsfeldern
erreicht.
V2
V1
Ionen
Extraktion
V5
Grundplatte
V3
Fokus
Einschussblende
Stabsystem
Durch die Fokussierung auf den achsennahen
Bereich, ergeben sich günstige
Einschussbedingungen für Ionen in das
nachfolgende Stabsystem zur Massentrennung.
Mit Ausnahme des QME 125/QMA 125
Massenspektrometers sind alle Spannungen
an den Elektrodenanordnungen und
der Emissionstrom über die QuadStar TM -
Software kontinuierlich einstellbar, so dass
eine Optimierung der Ionenquelle auf die
jeweilige Messaufgabe sehr einfach vorgenommen
werden kann.
Als Katodenmaterial wird Wolfram (W),
Rhenium (Re) und yttriertes Iridium verwendet.
Die W-Katoden werden bevorzugt im
UHV-Bereich bzw. dort wo der Dampfdruck
von Re schon störend wirken kann, eingesetzt.
Zu beachten ist jedoch die Versprödung
von Wolfram-Katoden durch den
Wolfram-Kohlenstoff-Sauerstoffzyklus, d. h.
durch die Bildung von W 2C. Zunehmend
wird, anstelle der früheren Reinmetall-Katoden,
yttriertes Iridium eingesetzt. Die Vorteile
dieser Katoden liegen in der erheblich
geringeren Betriebstemperatur und der
V4

elativen Unempfindlichkeit gegenüber
Lufteinbrüchen. Bevorzugte Einsatzgebiete
für diese Katoden sind daher die Analyse
von temperaturempfindlichen Substanzen
(z. B. metallorganische Verbindungen) oder
die Analyse von Verunreinigungen in Gasgemischen
mit hohem Sauerstoffanteil.
Um für die unterschiedlichen Messaufgaben
der Massenspektrometrie möglichst
angepasste Bedingungen zu schaffen,
wurden konstruktiv unterschiedliche Ausführungsformen
für die Ionenquellen entwickelt.
Die nachfolgenden Abbildungen
zeigen die wichtigsten Ionenquelle-Typen
der in diesem Katalog beschriebenen
Massenspektrometer.
Abbildung 11: Axialionenquelle.
Axialionenquelle (Abbildung 11)
Elektronenstrahl und Ionenextraktion in
axialer Richtung gewährleisten eine hohe
Empfindlichkeit und gute Einschussbedingungen
der Ionen in das nachfolgende
Quadrupol-Trennfeld. Das bevorzugte Einsatzgebiet
dieser robusten Ionenquelle ist
die Restgasanalyse. Das Einzelfilament
besteht aus Rhenium oder Wolfram.
Gitterionenquelle (Abbildung 12)
Durch die besondere Auswahl der Materialien
in Verbindung mit der offenen Bauweise
ergeben sich bei der Gitter-Ionenquelle
sehr geringe Abgasungs- und
Desorptionsraten. Diese Ionenquelle zeigt
ausserdem den wichtigen Vorteil der leichten
Entgasbarkeit durch Elektronenbe-
schuss. Als Einsatzgebiete kommen daher
die Restgasanalyse und Partialdruckbestimmung
im UHV-Bereich sowie Desorptionsmessungen
in Betracht. Durch die
Ringkatode mit Mittelanzapfung stehen
zwei Katoden zur Verfügung. Aufgrund
des geringen Dampfdruckes wird bevorzugt
Wolfram als Katodenmaterial bei dieser
Ionenquelle eingesetzt.
Bei Messungen im Druckbereich < 10 -10
mbar können so genannte EID-Ionen (Electron
Impact Ion Desorption) beobachtet
werden [6]. Beim Beschuss von Oberflächen
mit Elektronen werden Ionen wie
H + , O + , F + , Cl + mit oft hoher Ausbeute
direkt desorbiert. EID-Ionen stammen aus
adsorbierten Schichten deren Ursache in
der Vorgeschichte der UHV-Apparatur bzw.
der Ionenquelle zu suchen ist und haben in
der Regel eine Anfangsenergie von einigen
eV. Diese Eigenschaft kann zur Unterscheidung
gegenüber Ionen aus der Gasphase
genutzt werden (Abbildung 13).
Redhead [6,7] hat aufgrund dessen für die
E–09
5
E–10
5
E–11
5
Ion Current [A]
p tot = 5 · 10 -11 mbar
Abbildung 12:
Gitter-Ionenquelle
für extreme UHV-
Messungen.
Abbildung 13:
UHV-Spektren, aufgenommen
mit dem
QMA 125 mit Gitter-
Ionenquelle und 90°
off axis SEV und QME
125-1, 1–100 AMU.
E–12
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Mass [amu]
15
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 14:
Unterschiedliches Verhalten
von Ionen aus
der Gasphase (rot)
und EID-Ionen (blau).
16
Abbildung 15:
Cross-Beam-
Ionenquelle.
Intensität
10
Feldachsenspannung 14 V
-08 A
+ H2 10 -09 A
10 -08 A
10 -09 A
H +
H +
H +
C +
O +
H 2 O +
F +
CO +
35 Cl +
Feldachsenspannung 1 V
F+
+
O
35 Cl +
37 Cl +
37 Cl +
+
CO2 Totaldruckmessung die „Extraktor“-Röhre
vorgeschlagen, die eine gute Diskriminierung
gegenüber Ionen mit Anfangsenergie
erlaubt. Das Quadrupol-Massenspektrometer
ermöglicht eine Kombination mit
einer Gitter-Ionenquelle ähnlicher Wirkungsweise.
Die Massen 1, 16, 19, 35, 37,
welche für die EID-Ionen typisch sind,
haben für die Restgasanalyse meist nur
eine sehr eingeschränkte Bedeutung. Alle
Gase, die zu diesen Peaks beitragen, können
auch auf anderen Massen nachgewiesen
werden.
Cross-Beam-Ionenquelle (Abbildung 15)
Die offene Bauweise der Cross-Beam-
Ionenquelle erlaubt das Arbeiten mit
einem gerichteten Gasstrahl weitestgehend
ohne Wandwechselwirkung. Teil-
chenstrahl (Gasstrahl), Elektronenstrahl
und Ionenextraktion stehen jeweils senkrecht
zueinander. Durch die spezielle
„Dünnblechkonstruktion“ mit geringer
Wärmeableitung erwärmt sich das Quelleninnere
bis auf 200 °C, wodurch die Kondensation
von Dämpfen weitgehend vermieden
wird. Die Cross-Beam-Ionenquelle
ist mit zwei Filamenten ausserhalb des
Formationsraumes der Ionen ausgerüstet,
womit ebenfalls eine lange Standzeit
gewährleistet wird und Reaktionen des zu
analysierenden Gases an den heissen
Oberflächen der Filamente unterdrückt
werden können. Als Katodenmaterialien
werden neben Wolfram auch Rhenium
sowie yttriertes Iridium eingesetzt. In Verbindung
mit einem Gaszuführungsrohr
lassen sich molekularstrahlähnliche Einlassbedingungen
schaffen, wodurch ein
verbessertes Signal/Untergrundverhältnis
erzielt wird. Die Einsatzgebiete der Cross-
Beam-Ionenquelle reichen daher von der
allgemeinen Restgasanalyse über die
Analyse von korrosiven oder kondensierbaren
Gasgemischen bis zu Molekularstrahlmessungen
und der Bestimmung
von Isotopenverhältnissen. In einer weiteren
Ausführungsform wird die Cross-
Beam-Ionenquelle zusammen mit einer
speziellen Blendenkonstruktion auch zur
Monitonierung von Materialflüssen bzw.
zur Quellenregelung bei thermischen
Beschichtungsprozessen eingesetzt.
Aufgrund ihrer geeigneten Geometrie kann
diese Ionenquelle auch für die Detektion
von laserinduzierten Ionen (dann mit ausgeschalteter
Elektronenemission) als einfache
Ionen-Transfer-Optik eingesetzt werden.
Mittels eines Magnetsystems kann die
Elektronendichte in dem Teil der Ionenquelle
erhöht werden, aus dem die Ionen
gut in das Stabsystem fokussiert werden
können. Damit kann die Empfindlichkeit
der Ionenquelle zusätzlich erhöht werden.
Zudem bewirkt der Elektronenführungsmagnet,
dass die Mehrzahl der Elektronen
auf ionenoptisch weniger kritische Stellen
des Formationsraumes auftreffen. Diese
Ionenquelle ist besonders geeignet zur
Analyse von Gasen, welche unter erhöhtem
Druck vorliegen und über Blenden

oder Gasdosierventile direkt dem Ionisationsraum
zugeführt werden. Durch die Verwendung
einer „gasdichten“ Ionenquelle
erzielt man einen geringen Gasverbrauch
(und damit eine geringere Belastung des
Pumpsystems), einen niedrigeren Untergrunddruck
im übrigen Analyse-Rezipienten
und eine sehr kleine Zeitkonstante der
Ionenquelle. Die Einsatzgebiete sind daher
z. B. die Spurenanalyse von Reinstgasen,
die Respirationsanalyse in der Humanmedizin
und die Isotopenanalyse. Zu
beachten ist jedoch, dass die Gefahr einer
möglichen Belegung der inneren Oberflächen
der Ionenquelle wächst. Dies ist
bedingt durch das geringere effektive
Saugvermögen des Vakuumsystems im
Formationsraum der Ionenquelle. Der Leitwert
einer gasdichten Cross-Beam-Ionenquelle
beträgt etwa 1 l/s für Stickstoff. Für
die Analyse von stark kondensierenden
Gasgemischen ist diese Ausführungsform
der Cross-Beam-Ionenquelle daher nur
bedingt geeignet. Für die klassische Restgasanalyse
bei Drücken < 1 · 10 -6 mbar ist
eine gasdichte Ionenquelle aufgrund der
geschlossenen Bauweise ebenfalls nicht
zu empfehlen.
Prisma TM -Ionenquelle
Die Abbildung 16 zeigt die Ionenquelle der
Prisma TM -Familie der offenen bzw. der
gasdichten Ausführung. Beide Ausführungen
besitzen eine Dual-Filament-Anordnung,
so dass zwei Katoden zur Verfügung
stehen. Als Katodenmaterial wird Wolfram
oder auch yttriertes Iridium eingesetzt. Die
Anordnung der Elektroden und der Potentialverlauf
ist ähnlich der Gitter-Ionenquelle.
Bei der gasdichten Ausführung der
Prisma TM -Ionenquelle ist zu beachten,
dass der Gaseinlass nur in axialer Richtung
d. h. in Richtung der Ionenextraktion
möglich ist. Der Leitwert beträgt ca. 1 l/s
für Stickstoff.
1.2.2 Die Massentrennung
In einem hochfrequenten elektrischen
Quadrupol-Feld, das im Idealfall durch vier
hyperbolische Stabelektroden mit dem
Scheitelabstand r 0 erzeugt wird, können
Ionen nach ihrem Masse/Ladungsverhältnis
getrennt werden. Da die Herstellung
hyperbolischer Elektroden in ausreichender
mechanischer Genauigkeit mit technischen
Schwierigkeiten verbunden ist, werden
für die kommerzielle Anwendung
meist zylindrische Elektroden verwendet.
Das Quadrupol-Feld wird dabei relativ gut
angenähert, wenn der Stabradius gleich
dem 1.144fachen des Feldradius r 0
gewählt wird. Die Bewegungsgleichungen
der in ein Quadrupol-Feld eingeschossenen
Ionen werden durch die Mathieuschen
Differentialgleichungen beschrieben. Es
soll hier nur eine phänomenologische
Kurzbeschreibung der Funktionsweise
gegeben werden. Für eine ausführliche
Darstellung wird auf die Literatur [3, 8, 9]
verwiesen.
Abbildung 16:
Prisma TM -Ionenquellen.
Links: offene Ausführung,
rechts: gasdichte Ausführung.
17
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 17:
Prinzip der Trennung
der Ionen nach dem
e/m-Verhältnis.
18
1. An den Stabelektroden liegt nur eine
Gleichspannung U:
xz-Ebene: Das positive Ion verspürt
von den Elektroden ein
abstoßendes Potential und
kann den Detektor erreichen.
yz-Ebene: Das positive Ion wird von der
nächtsliegenden Elektrode
angezogen und wird neutralisiert,
d. h. es kann den Detektor
nicht erreichen.
2. An den Stabelektroden wird eine hochfrequente
Wechselspannung mit der
Amplitude V überlagert:
xz-Ebene: Mit größer werdendem V
führt das positive Ion instabile
Schwingungen mit wach-
i +
i +
i +
V 1
x
z
y
sender Amplitude aus und
wird neutralisiert.
yz-Ebene: Mit wachsender Amplitude V
führt das Ion stabile Schwingungen
mit abnehmender
Amplitude aus und kann den
Detektor erreichen.
3. Für ein festes Masse/Ladungsverhältnis
M gilt:
xz-Ebene: Für V < V 1 kann das Ion den
Detektor erreichen.
Für V > V 1 wird die Transmission
unterdrückt.
yz-Ebene: Für V < V 1 wird die Transmission
unterdrückt.
Für V < V 1 kann das Ion den
Detektor erreichen.
U + V · cos � · t
xz yz
+ U
transmission:
full
1
M 1
+ U + V · cos � · t
transmission:
low-pass
V
M
2
3
4
5
Überlagerung (superimposition) von xz und yz
yz xz
i +
i +
V 1
I III
II
U/V Auflösung (resolution) Empfindlichkeit (sensitivity)
M 1
– U
transmission:
none
– U – V · cos � · t
transmission:
high-pass
M
V
M
(U/V fixed)

E–05
5
E–06
5
E–07
5
E–08
5
E–09
Ion Current [A]
16
4. Für ein festes U/V-Verhältnis gilt:
xz-Ebene: Für Ionen mit M < M 1 wird
die Transmission unterdrückt.
Für Ionen mit M > M 1 kann das
Ion den Detektor erreichen.
yz-Ebene: Für Ionen mit M < M 1 kann das
Ion den Detektor erreichen.
Für Ionen mit M > M 1 wird
die Transmission unterdrückt.
5. Aus der Kombination beider Ebenen
ergibt sich bei festem U/V-Verhältnis für
den Ionenstrom i + :
Bereich I: Die Ionen können das Stabsystem
nicht passieren.
(xz-Ebene)
Bereich III: Die Ionen können das Stabsystem
nicht passieren.
(yz-Ebene)
Bereich II: Der Transmissionsfaktor für
eine Masse M wird bestimmt
durch das Verhältnis U/V. Es
ergibt sich immer ein „Kompromiss“
zwischen dem
Bestreben nach hoher
17
18
resolution
a/d setting
255
100
50
30
15
2
Empfindlichkeit und hoher
Auflösung (Abb 17).
Die Schwingungsamplituden der Ionen im
Bereich II bleiben endlich und kleiner als
r 0. Alle anderen Ionen werden aussortiert.
Für „stabile“ Ionen gilt:
V = 14.438 · M · ƒ 2 · r 0 2
ƒ- RF-Frequenz, wenn U/V knapp unter
0,1678 gehalten wird.
Durch die Veränderung des U/V-Verhältnisses
kann man somit das Auflösungsvermögen
auf elektrischem Wege leicht
verändern und verschiedenen Aufgabenstellungen
anpassen.
Wird die Gleichspannung U gleich Null
gesetzt, so arbeitet das Quadrupol als
Hochpass-Massenfilter. Bei niedriger HF-
Amplitude bewegen sich zunächst die
Ionen nahezu aller Massen auf stabilen
Bahnen und erreichen den Detektor
(Abbildung 18, Resolution „255“). Man
19
[amu]
Abbildung 18:
Veränderung des
Auflösungsvermögens
am Beispiel H 2O-
Gruppe (Messungen
mit Prisma TM M2,
field axis = 3,74 V).
19
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 19:
Veränderung der Einschussbedingungen
durch Variation der
Feldachsenspannung
(Messungen mit
Prisma TM M2,
resolution = „25“).
20
E–05
5
E–06
5
E–07
5
E–08
5
E–09
Ion Current [A]
16
nutzt dies zur Totaldruckmessung aus. Mit
zunehmender HF-Amplitude werden, von
den leichten Massen beginnend, Ionen mit
immer höherer Massenzahl M instabil und
dadurch ausgesondert. Der Massendurchlauf
erfolgt durch die Veränderung von V,
wodurch auch eine lineare Massenskala
erreicht wird.
Das Verhältnis U/V lässt sich in Abhängigkeit
von der Massenzahl so steuern, dass
nicht das eigentliche Auflösungsvermögen
m/�m, sondern die Linienbreite �m konstant
bleibt. Dies bedeutet eine Zunahme
des Auflösungsvermögens proportional mit
der Massenzahl. Trotz der proportional zur
17
18
field axis
15,0 V
6,0 V
3,0 V
1,5 V
0,5 V
Masse wachsenden Auflösung lässt sich
die Abnahme der Transmission mit wachsender
Masse (Massendiskriminierung)
vermeiden, wenn das Quadrupol-Stabsystem
hinreichend präzise ist und die Ionenquelle
die richtigen Einschussbedingungen
für die Ionen in das Stabsystem sichert.
Einem nur wenig instabilen Ion muss
genügend Zeit gegeben werden, das Feld
zu verlassen, d. h. seine Geschwindigkeit
darf nicht zu groß sein (Abbildung 19).
Damit die Ionen das begrenzte Quadrupolfeld
passieren können, gelten die folgenden
weiteren Forderungen für die Einschussbedingungen:
19
[amu]

Ionen parallel zur z-Achse müssen
innerhalb einer Einschussblende mit
dem Durchmesser D
D = 1 / 2 · r 0 · (m/�m)
eingeschossen werden.
Der maximale Einschusswinkel � muss
der Bedingung
tg � < 11.85 · r 0 2 / L 2
genügen.
Aus den hier aufgezeigten Beziehungen
lassen sich für die Güte eines Quadrupol-
Massenfilters folgende allgemeine Schlussfolgerungen
für die Auswahl ableiten:
Die Güte eines Quadrupol-Massenfilters
wächst mit steigendem Stabdurchmesser
(d) und größer werdender Stablänge (L).
(Abbildung 20, 21) Außerdem lassen sich
mit größeren Stabradius die Bedingungen
für die geometrische Genauigkeit (Fertigungstoleranzen
und Belegungen beim
Betrieb des QMS) einfacher realisieren.
Die Güte eines Quadrupol-Massenfilters
wächst mit steigender Frequenz ƒ des
Hochfrequenzfeldes. (Abbildung 22)
Allerdings stehen diesen Gesichtspunkten
neben dem größeren Platzbedarf für den
E–05
E–06
E–07
E–08
E–09
E–10
E–11
E–12
Ion Current [A]
E–13 4He E–14
5 ppm
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
QMA 400,
Mass [amu]
Stabdurchmesser (d): 8 mm
Stablänge (L): 200 mm
Frequenz (f): 2,25 MHz
Analysator und einem tieferen erforderlicheren
Arbeitsdruck vor allem die damit
verbundene Erhöhung der Leistung des
RF-Generators und dem damit verbundenen
Aufwand gegenüber.
Die erforderliche Leistung N des RF-Generators
N = Konstante · C · M max · r 4 · ƒ 5
mit
C – Kapazität des Stabsystems
inklusive der Zuleitungen
M max. – max. Massenzahl
nimmt mit hohen Potenzen der Frequenz
und des Stabradius zu.
E–05
E–06
E–07
E–08
E–09
E–10
E–11
E–12
Ion Current [A]
E–13 4He E–14
5 ppm
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
QMA 200,
Mass [amu]
Stabdurchmesser (d): 6 mm
Stablänge (L): 100 mm
Frequenz (f): 2,0 MHz
Abbildung 20:
Stabsysteme mit
Durchmessern von
6 mm, 8 mm und
16 mm für die Analysatoren
QMA 200
(QMA 125), QMA 400
(QMA 430), QMA 410.
Abbildung 21:
Luftspektren, der Einlassdruck
beträgt jeweils
ca. 5 ·10 -6 mbar.
21
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 22:
Luftspektren, aufgenommen
mit dem
Prisma TM .
Abbildung 23:
Massenspektren von
TFMT ( 2,4,6 –Tris
(trifluormethyl)-striazine),aufgenommen
bei 70 eV
Ionisierungsenergie
mit dem QMA 400
(links) bzw. mit dem
QMA 200 (rechts). Der
Einlassdruck betrug
jeweils 1 · 10 –6 mbar.
22
E–07
E–08
E–09
E–10
E–11
E–12
E–13
E–14
0
E–07
E–08
E–09
E–10
E–11
E–12
E–13
E–14
0
Ion Current [A]
5
Ion Current [A]
4 He
5 ppm
5
10
10
Prisma
Frequenz (f): 1.70 MHz
Massenbereich: 1–300 amu
15
15
20
20
25
Prisma
Frequenz (f): 2.46 MHz
Massenbereich: 1–100 amu
Ein weiteres wichtiges Auswahlkriterium
für die Größe des Stabsystems ist die
zulässige Massendiskriminierung über
den gesamten Scan-Bereich.
Ion Current [E–09A]
0.16000
0.14000
0.12000
0.10000
0.08000
0.06000
0.04000
0.02000
0.00000 0
QMA 400, QMH 400-5
(f= 2,25 MHz)
I ( 285) : I (50) = 1,84
40 80 120 160 200 240 280
Mass [amu]
25
30
30
35
35
40
40
45
45
50
50
Mass [amu]
Je grösser der Durchmesser und die Länge
des Stabsystems, desto geringer ist die
Massendiskriminierung. (Abbildung 23)
Ion Current [E–10A]
0.52000
0.48000
0.44000
0.40000
0.36000
0.32000
0.28000
0.24000
0.20000
0.16000
0.12000
0.08000
0.04000
QMA 200, RF 203
(f= 1,7 MHz)
I ( 285) : I (50) = 0,53
0.00000
0 40 80 120 160 200 240 280
Mass [amu]

Übersicht über die möglichen Kombinationen von Stabsystemen
und RF-Generatoren
PrismaTM QMG 422
Stabdurchmesser 6 mm 6 mm 6 mm 8 mm 8 mm 8 mm 16 mm 16 mm 16 mm
Stablänge 100 mm 100 mm 100 mm 200 mm 200 mm 200 mm 300 mm 300 mm 300 mm
Material Edel- Edel- Edel- Mo Mo Mo Mo Mo Mo
stahl stahl stahl
Analysator QMA QMA QMA QMA QMA QMA QMA QMA QMA
200 200 200 400 400 400 410 410 410
Massenbereich 1-100 1-200 1-300 1-512 1-1024 1-2048 1-128 1-340 1-16
RF-Generator RF RF RF QMH QMH QMH QMH QMH QMH
201 202 203 400-5 410-1 410-2 400-1 410-3 402
Frequenz 2,46 2,0 1,7 2,25 1,7 1,3 2,05 1,4 2,05
MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz
Leistung 0,08 kVA 0,1 kVA 0,1 kVA 9 kVA 8 kVA 8 kVA 7 kVA 8 kVA 7 kVA
Beitrag zur 10 20 100 10 < 1 10 He/D2 Nachbarmasse ppm ppm ppm ppb ppb ppb auflösbar
4He/ 5
40Ar/ 41
10 20 50 10 < 1 10
Transmission
für Xe
– 10 % 35 % – 50 % –
Empfindlichkeit > 5·10-4 > 3·10-4 > 1·10-4 > 5·10-4 > 2·10-4 > 1·10-4 > 1·10-3 > 5·10-4 für Ar mit
Faraday-Det.
in A/mbar
–
Die Kombination QMA 410 mit QMH 402
(eine Modifikation des QMH 400-1 für das
Arbeiten im zweiten Stabilitätsbereich)
stellt eine Ausnahme dar. Diese Kombina-
0.90000
0.80000
0.70000
0.60000
0.50000
0.40000
0.30000
0.20000
Ion Current [E–09A]
tion ist für die Analyse von Gasgemischen
wie 4 He/D 2, 3 He/HD, H 3/ 3 He, CH 3/ 15 N und
CH 4/ 16 O speziell entwickelt worden.
0.12000
0.10000
0.08000
0.06000
0.04000
0.02000
0.00000
Ion Current [E–08A]
1 % D 2 in 99 % He 3,5 % He in 96,5 % D 2
Ion Current [A] Ion Current [A]
E–07
5
E–07
5
E–08 5
E–09 5
E–10
4 He : 4,003 AMU D2 : 4,028 AMU
E–08 5
E–09 5
E–10
4 He : 4,003 AMU D2 : 4,028 AMU
Abbildung 24:
Spektren von 4 He/D 2
Gasgemischen in
linearer (oben) und
logarithmischer
Darstellung.
23
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 25:
Anordnung von
Faraday-Cup und
C-SEM beim QMA 200.
24
1.2.3 Der Ionennachweis
Die nach ihrem Masse/Ladungs-Verhältnis
im Stabsystem getrennten Ionen können
mit verschiedenen Detektortypen elektrisch
nachgewiesen werden:
– Faraday-Cup
– C-SEM (kontinuierlich, Sekundär-
Elektronen-Vervielfacher)
– C-SEM (diskontinuierlich)
Die Auswahl des Detektors richtet sich
primär nach den Anforderungen an die
Nachweisempfindlichkeit und die Nachweisgeschwindigkeit.
Sie wird aber auch
durch andere applikationsspezifische Forderungen
an die Stabilität, die thermische
und chemische Beständigkeit und den
Platzbedarf bestimmt.
Im einfachsten Fall, der auch am wenigsten
mit systematischen Fehlern behaftet
ist, treffen die Ionen auf einen Faraday-
QMA 200
Kollektor (Faraday-Cup) und geben dort
ihre elektrische Ladung ab.
Der daraus resultierende Strom wird mit
einem empfindlichen Strom-Spannungswandler
(Elektrometer-Vorverstärker EP
422, EP 200) in ein dem Ionenstrom proportionales
Signal überführt. Die Messgrenze
liegt je nach Zeitkonstante (von einigen
Sekunden bis 100 ms) zwischen 1 · 10 -16 –
1·10 -14 A. Das Messsignal wird dabei nicht
durch Degradations- oder massendiskriminierende
Effekte beeinflusst. Neben der einfachen,
robusten Bauweise zeichnet sich
ein Faraday-Detektor durch seine Langzeitstabilität
und hohe Temperaturbelastbarkeit
aus. Der Faraday Cup ist deshalb auch bei
allen in diesem Katalog beschrieben Analysatoren
mit integriert. Im Zusammenspiel
mit dem Elektrometer-Vorverstärker kann
der Faraday-Cup nur zum Nachweis von
positiven Ionen eingesetzt werden.
Die Abbildung 25 zeigt eine Detektoranordnung
mit einen Faraday-Cup und
einem C-SEM-Detektor wie sie z. B. im
Prisma TM eingesetzt wird. Ein C-SEM ist
ein kontinuierlicher Sekundär-Elektronen-
Vervielfacher bei dem die aktive Schicht
sowohl die Aufgabe der Elektronen-
Vervielfältigung wie auch der (kontinuierlichen)
Spannungsteilung hat. Diese
Doppelfunktion begrenzt den maximalen
Stromfluss und die Temperaturbelastbarkeit
eines C-SEM-Detektors. Das nutzbare
Verstärkungsverhältnis von ca. 10 6 (bei
2,5 kV) wird hauptsächlich durch den Dunkelstrom
in der aktiven Schicht begrenzt.
QME 200
Faraday-Cup
HV
200
HV (–)
C-SEM
EP 200
Der C-SEM ist etwas versetzt zur Mittelachse
des Stabsystems angeordnet. Die
Umlenkung der positiven Ionen erfolgt
dabei durch das Anlegen einer negativen
Hochspannung am C-SEM. Der Vorteil
dieser Anordnung besteht darin, dass sehr
einfach und schnell zwischen beiden
Detektoren umgeschaltet werden kann.
Diese Umschaltung kann auch automatisch
in Abhängigkeit vom Ionenstrom
erfolgen. Im Zusammenhang mit dem
gemeinsamen Elektrometer-Vorverstärker
wird das C-SEM zur Detektion von positiven
Ionen (die aus den ursprünglichen
Neutralteilchen gebildet wurden) bei klei-

Anschlussflansch
Faraday-Cup
nen Ionenströmen und schnell ablaufenden
Prozessen eingesetzt.
Liegen sehr kleine Ionenströme vor, wird
eine sehr hohe Messgeschwindigkeit
gefordert oder Beeinflussungen durch
Photonen müssen vermindert werden. Es
wird meist ein diskontinuierlicher Sekundär-Elektronen-Vervielfacher
(SEM) in
einer 90° off axis Anordnung als Detektor
eingesetzt. (Abbildung 26)
Massenfilter
Anschlussflansch
Umlenkeinheit
Gehäuse
Faraday-Cup
QMA 400 mit Faraday-Cup QMA 400 mit Faraday-Cup und SEV
SEV 217/218
Die aus dem Stabsystem austretenden
Ionen werden umgelenkt und treffen auf
die erste Dynode (Konversionsdynode)
des SEM. Dort lösen sie eine Anzahl Elektronen
aus, die dann in einer Reihe von
weiteren Stufen (16 beim SEV 217, 17
beim SEV 218) vervielfältigt wird. Die
Spannungsteilung für die einzelnen Dynoden
erfolgt über ein getrenntes Widerstands-Netzwerk.
C-SEM (kontinuierlich) SEV 217 (diskontinuierlich)
Spannungsteiler kontinuierlich 1 M�/Dynode
Verstärkung 10 6 bei 2,5 kV 10 8 bei 3,5 kV
Anordnung off axis 90° off axis
max. zulässiger Strom 10 -6 A 10 -5 A
max. Betriebstemperatur 120°C 150°C (bei 1kV)
max. Ausheiztemperatur 300°C 400°C
Abbildung 26:
Anordnung von Faraday-Cup
und SEV 217
beim QMA 400.
25
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
26
Abbildung 27:
a) Detektion von
positiven Ionen
im Elektrometer-
Betrieb (Stromverstärker)
b) Detektion von
positiven Ionen
im Elektrometer-
Betrieb mit
getrennter Konversionsdynode
c) Detektion von
positiven Ionen
im Zählbetrieb
d) Detektion von
negativen Ionen
im Zählbetrieb.
Um den Beitrag von ebenfalls aus der
Richtung des Stabsystems einfallenden
Photonen, weichen Röntgenstrahlen oder
schnellen Neutralteilchen zum Messsignal
zu minimieren, ist der SEV 90° versetzt zur
Achse des Stabsystems angeordnet und
die Umlenkung der Ionen erfolgt über ein
elektrostatisches Feld, welches auf
ladungslose Teilchen keinen Einfluss hat.
Dadurch wird ein höchstmögliches Signal/Rauschverhältnis
erzielt. Auf diese
Weise lassen sich Stromverstärkungen bis
zu 10 8 realisieren. Dank der hohen Intensität
kann der nachgeschaltete Elektrometer-Vorverstärker
in höheren Messbereichen
arbeiten und damit sehr schnell sein.
a) SEV 217 / EP 422
HV–
0 . . . –3.5 kV
– HV420+
HV421
HV+
c) SEV 217 / CP 400
HV–
0 . . . –3.5 kV
– HV420+
HV421
HV+
Der SEV 217 kann sowohl im Elektrometer-
Betrieb (für positive Ionen) wie auch als
„Einzel-Ionenzähler“ (hier für positive und
negative Ionen) betrieben werden. Die
Abbildung 27 zeigt die verschiedenen
Betriebsmodi und die zugehörige elektrische
Beschaltung.
Der Einsatz von Sekundär-Elektronen-Vervielfachern
als Detektoren für Massenspektrometer,
sei es ein C-SEM oder ein
diskontinuierlicher SEM hat jedoch nicht
nur Vorteile. Er bringt für quantitative Analysen
auch Unsicherheiten und Fehlerquel-
EP
EP
EP422
CP422
len mit sich. Die Zahl der pro einfallendem
Ion auf der Konversionsdynode ausgelösten
Elektron ist sowohl von der Masse der
Ionen, der Ionenart als auch von der Energie
der Ionen abhängig. Beim C-SEM und
beim SEV 217 entspricht die Energie der
auftreffenden Ionen ungefähr der Betriebsspannung
des SEV, d. h. maximal 3,5 kV.
Bei dieser Ionenenergie kann die Konversionsrate
von Ionen im Massenbereich zwischen
100 AMU und 500 AMU beispielsweise
um den Faktor 3 fallen. Zur Vermeidung
dieses Effektes wurde der SEV 218
mit einer zusätzlichen, galvanisch getrennten
Konversionsdynode entwickelt. Die an
der Konversionsdynode anliegende Span-
b) SEV 218 / EP 422
CD
HV–
. . . –6.3 kV
0 . . . –3.5 kV
– HV421+
CD
d) SEV 217 / CP 400
HV+
0 . . . –3.5 kV
HV– HV+
+3.1 kV
– HV421+
nung beträgt dann konstant – 6,3 kV und
die Ionenenergie ist entsprechend höher.
(Abbildung 27, b)
Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist,
dass durch die duale Hochspannungsversorgung
HV 421 die Verstärkung des SEM
unabhängig von der Konversionsrate
gewählt werden kann.
Der Zustand der Oberflächen und damit
die Sekundärelektronenausbeute im Betrieb
können sich verändern. Für genauere
quantitative Messungen ist daher eine
regelmässige Kontrolle der Verstärkung
EP
EP
EP422
CP422

und ggf. eine Nachkalibrierung erforderlich.
Zu diesem Zweck eignen sich Vergleichsmessungen
mit dem Faraday-Cup
als Detektor. Von diesen Fehlerquellen
kann der SEV weitgehend befreit werden,
wenn er nicht als „Stromverstärker“ (der
immer über eine bestimmte Zeit mittelt)
sondern als „Ionenzähler“ betrieben wird
(Abbildung 27, c und d). Die Ionen erzeugen
Impulse kurzer Dauer, welche einzeln
nachgewiesen werden können. Die Nachweisgrenze
liegt dabei sehr tief: unter 1 Ion
pro 10 Sekunden. Die von den einzelnen
Ionen ausgelösten Impulse werden direkt
gezählt oder nach entsprechender Normierung
summiert. Damit die Zählverluste
möglichst klein gehalten werden, müssen
dabei sowohl die Ionenenergie als auch
die Verstärkung (> 10 6 ) ausreichend hoch
sein. Bei dieser Einzelionenzählung ist die
Beeinflussung der Genauigkeit durch die
Unterschiede in der Ionen-Elektronen-
Konversion und der SEM-Verstärkung weit
geringer als bei der Strom-Messung. Bei
großen Zählraten (> 10 6 counts/s) sind
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Ion Current [E–05A]
I = 9,6 · 10 –6 A
C-SEM
1100 V
14 14 + N N
0.0
26 27 28 29 30 31
Mass [amu]
jedoch Linearitätsabweichungen durch die
zeitliche Überschneidung von Impulsen zu
beachten [14]. Die Doppelpulsauflösung
des SEV 217, des Ionenzähler-Vorverstärkers
CP 400 bzw. der Zähleinheit IC 421
beträgt zusammen ca. 20 ns.
Anhand eines einfachen Beispiels soll die
Bestimmung der Empfindlichkeit und der
Verstärkung eines Sekundär-Elektronen-
Vervielfachers erläutert werden. In eine
Vakuumkammer mit einem angeflanschten
Massenspektrometer (Prisma TM M2) wird
Luft eingelassen. Der Totaldruck vor dem
Lufteinlass beträgt 8,2 · 10 -8 mbar.
Ein vor dem Lufteinlass aufgenommenes
Massenspektrum zeigt als bestimmende
Komponente Wasser. Die Intensität des
Ionenstromes auf der Massenzahl 28
beträgt 3,5 · 10 -8 A bei der Messung mit
C-SEM-Detektor und 2,1 · 10 -12 A bei der
Messung mit Faraday-Detektor und wird
bei den nachfolgenden Betrachtungen
nicht mehr berücksichtigt. Bei dem Lufteinlass
steigt der Totaldruck p tot auf
3,0 · 10 -6 mbar. (Spektren Abbildung 28)
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
Ion Current [E–09A]
I = 5,7 · 10 –10 A
Faraday-Cup
14 15 + N N ,
0.1
15 14 + N N 14 14 + N N
0.0
26 27 28 29 30 31
Mass [amu]
Abbildung 28:
Spektren mit C-SEMund
Faraday-Detektor
bei sonst gleichen
Messbedingungen.
27
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 29:
Messung von Xe-Isotopen
aus der Luft bei
verschiedenen Scan
Geschwindigkeiten
(QMA 400 mit Cross-
Beam-Ionenquelle
mit Magnetsystem,
Einlassdruck
5·10 -6 mbar).
28
0.50000
0.45000
0.40000
0.35000
0.30000
0.25000
0.20000
0.15000
0.10000
0.05000
0.50000
0.45000
0.40000
0.35000
0.30000
0.25000
0.20000
0.15000
0.10000
0.05000
Scan # 1
Ion Current [E–12A]
122 124 126 128 130 132 134 136 138 140
Scan # 1
Ion Current [E–12A]
128 Xe
1,7 ppb
Der Stickstoff-Anteil c N2 in der Luft beträgt
78,1 Vol. %, somit beträgt der Partialdruck
p N2 für Stickstoff in der Vakuumkammer:
p N2 = p tot · c N2
p N2 = 3,0 · 10 -6 mbar·0,781≈ 2,3 · 10 -6 mbar.
Aufgrund der Dominanz des Stickstoff-Isotopes
14 N mit 99,6 % zum Stickstoff-Isotop
15 N mit 0,36 % in der natürlichen Verteilung
wird nur die Massenzahl 28 ausgewertet.
Die Empfindlichkeit des Massenspektrometers
bei den herrschenden Messbedingungen
und Einstellungen der Ionenquelle
beträgt:
scan speed: 0,1 s/AMU
scan speed: 10 s/AMU
122 124 126 128 130 132 134 136 138 140
E N2 = I (28) / p N2
E N2 = 9,6 · 10 -6 A / 2,3 · 10 -6 mbar ≈
4,2 A/mbar mit C-SEM Detektor (1100 V)
bzw.
Mass [amu]
E N2 = 5,7 · 10 -10 A / 2,3 · 10 -6 mbar ≈
2,5 · 10 -4 A/mbar mit Faraday-Detektor.
Die Verstärkung des C-SEM bei der Spannung
von 1100 V kann aus den Intensitätsverhältnissen
bestimmt werden.
V = 9,6 · 10 -6 A / 5,7 · 10 -10 A ≈ 1,7 · 10 4
Der Ionen-Nachweis ist ein statistischer
Prozess. Ionen treffen in regelloser Folge
auf den Detektor. Wird eine bestimmte
Genauigkeit gefordert, so muss eine
bestimmte Zahl von Ereignissen gemessen
werden. Bei N Ereignissen (d. h. re-

gistrierten Ionen) ist der statistische Fehler
~ 1/√ N. Werden z. B. 100 counts/sec gemessen
(das entspricht einem Partialdruck von
10 -13 – 10 -14 mbar), so ergibt sich bei einer
Messzeit von 1 s ein relativer statistischer
Fehler von 10 %. Dieser kann bei gegebener
Empfindlichkeit des Massenspektrometers
nur durch eine Verlängerung der
Messzeit reduziert werden (Abbildung 29).
Bei den in der Abbildung 29 dargestellten
Analog-Scans wurde mit einer Abtastrate
von 64 Steps / AMU gearbeitet.
Bei weiterer Erhöhung der Messzeit und
1.2.4 Steuerung und Signalauswertung
Zur Ansteuerung der in den vorangegangenen
Anschnitten beschriebenen
Bestandteile des Quadrupol-Analysators
werden verschiedene elektronische Baugruppen
benötigt, welche in den Steuergeräten
(QMS 422, QMI 422 bzw. QME
200) untergebracht sind. Die wichtigsten
funktionalen Baugruppen (Abbildung 30)
sind:
Quadrupol Controller (QC) zur Ansteuerung
des Massenscans und zur Aufbereitung
des Messsignals
interner Daten- und Parameterspeicher
und Rechner-Interface zur Daten- und
Parameter-Übergabe
Spannungsversorgung für die Ionenquelle
(IS)
Spannungsversorgung für einen
Sekundär-Elektronen-Vervielfacher (HV)
optionale Baugruppen für digitale
und analoge Ausgabe der Messsignale
(DO, AO)
optionale Baugruppen für digitale und
analoge Eingabe externer Signale
(DI, AI)
optionale lokale Bedienkonsole (CS 422)
geeigneter Mittelung über viele Scan-
Zyklen (1000 Scans mit jeweils 1 s/AMU)
können auch noch die Xe-Isotope 124 und
126 mit ca. 90 ppt Anteil in der Luft nachgewiesen
werden können [13].
Für schnelle Messungen der Gaszusammensetzung
wird im Interesse einer hohen
Messgeschwindigkeit vorwiegend in
einem Modus gearbeitet, bei dem man
sich nur auf das Intensitätsmaximum der
ausgewählten Massenzahlen beschränkt
und über ein definiertes Zeitintervall mittelt
(Multi Ion Detection).
Diese Baugruppen sind als Einzelmodule
aufgebaut und über einen internen Datenund
Steuerbus miteinander verbunden.
Dieser modulare Aufbau erlaubt eine auf
die jeweilige Aufgabenstellung technisch
optimierte und gleichzeitig kostengünstige
Ausstattung des Steuergerätes.
Die Kommunikation mit einem Rechner
(PC) und der dort installierten QuadStar TM -
Software erfolgt wahlweise über eine
RS-232-C bzw. über eine optische LAN-
ArcNet-Schnittstelle. Die Anforderungen
an den Steuerrechner bleiben dabei relativ
gering, sie werden fast ausschließlich
durch das für die QuadStar TM -Betriebssoftware
notwendige Betriebsystem Windows
(WIN 95,98 oder NT 4.0) von Microsoft
bestimmt. Beim Start einer Messung werden
zuerst die aktualisierten Steuerparameter
vom Rechner an das Steuergerät
übergeben. Dieser Parametersatz wird
intern im Steuergerät gespeichert und die
jeweilige Messung ausgeführt. Die Daten
des Messsignals werden im internen
Speicher des Steuergerätes zwischengespeichert
und fortlaufend an den Rechner
zurück übermittelt. Der Rechner dient zur
Visualisierung und Speicherung der Ergebnisse
sowie zu deren nachträglicher
Verarbeitung. Bei einer Unterbrechung der
Kommunikation zwischen Rechner und
Steuergerät wird die zuletzt übergebene
Messaufgabe weitergeführt und der Gerä-
29
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 30:
Schema der elektronischen
Baugruppen
eines QMG 422.
Abbildung 31:
Scan Analog-Messung
von Luft. Der Massenbereich
ist frei wählbar,
die y-Achse kann
von linear auf logarithmischumgeschaltet
werden.
30
Ionenquelle Massenfilter Ionennachweis
testatus bleibt unverändert. Alle optionalen
Ein- und Ausgabekanäle bleiben
aktiviert und die Daten einschließlich eingegebener
Grenz- und Schwellwerte stehen
weiterhin zur Verfügung. Bei Betrieb
über die optionale Bedienkonsole CS 422
kann auf einen Rechner verzichtet werden.
Diese Bedieneinheit dient gleichzeitig als
Frontplatte des QMS 422. Das Steuergerät
QMS 422 ist als Rack-Einschub ausgeführt.
Die QuadStar TM -Software bildet für alle
Massenspektrometer (mit Ausnahme des
Prisma TM 80) eine gemeinsame Bediener-
QMH
400/410
EP 422/2
IS 420 QC 422 Optionen
QMS 422 mit Systembus
SEM
HV
420/421
Faraday
EP 422/1
Oberfläche. So ist der Austausch von Messdaten
und Steuerparametern auch bei
unterschiedlichen Geräten gewährleistet.
Gleichzeitig wird dadurch dem Nutzer die
Bedienung sehr erleichtert. Ein dynamischer
Datenaustausch mit anderen Programmen
ist über DDE möglich. Bereits
abgespeicherte Messdaten können über
eine Konvertierung in das ASCII-Format an
andere Auswerteprogramme übergeben
werden.
Die Abbildungen 31 bis 35 zeigen die verschiedenen
Messmodi.

Abbildung 32:
Scan Bargraph-
Messung von Luft.
Intelligente Peakerkennungsroutinen
ermöglichen eine
starke Datenreduktion
ohne wesentlichen
Informationsverlust.
Abbildung 33:
Konzentrationen von
Stickstoff, Sauerstoff,
Argon und Kohlendioxid
dargestellt in
Abhängigkeit von der
aktuellen Zeit. ZeitundKonzentrationsachse
sind frei parametrisierbar.
Abbildung 34:
Die Lecksuche dient
zum einfachen Auffinden
von Lecks in
Vakuumapparaturen.
Anzeige des zeitlichen
Verlaufs des Helium-
Signals sowie der
aktuellen Intensität als
Balken. Zusätzliches
akustisches Signal
falls erwünscht.
Abbildung 35:
Gleichzeitige Darstellung
von Massenspektrometerdaten
und Analogwerten,
z. B. Signal einer
Vakuum-Messröhre.
31
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 36:
Verknüpfung verschiedenerMassenspektrometer
in
einem gemeinsamen
Netzwerk.
32
Die Verknüpfung mehrer Massenspektrometer
ist über ein gemeinsames ArcNet-
Netzwerk möglich. (Abbildung 36) Dabei
kann jedes der in diesem Netzwerk eingebunden
Massenspektrometer eine eigene
Messaufgabe ausführen.
Die einzelnen Massenspektrometer sind
über die optische LAN-Schnittstelle und
Lichtleiterkabel sternförmig mit einem
Leitrechner verbunden. Durch den Einsatz
von Lichtleiterkabeln und optischen Verteilern
wird eine schnelle und störungssichere
Datenübertragung auch über größere
Distanzen (bis zu mehreren hundert
Metern) und eine klare Potentialtrennung
der Masssenspektrometer untereinander
erreicht. Beim Abschalten oder beim Hinzufügen
eines weiteren Systems gibt es
keine Beeinflussung der andern im Netz
integrierten Massenspektrometer.

1.3 Massenspektrometer sowie Gaseinlass-
und Pumpsysteme
Der Betrieb von Quadrupol-Massenspektrometern
erfordert einen Arbeits- bzw. Totaldruck
der kleiner als 1 · 10 -5 mbar (Hochvakuum)
ist. Da viele Prozesse jedoch bei
höheren Drücken stattfinden, kann das
geeignete Massenspektrometer allein mit
der gewählten Kombination von Analysator,
Ionenquelle und Detektor nicht für die
jeweilige Messaufgabe herangezogen werden.
Vielmehr ist ein aufeinander abgestimmtes
System von Massenspektrometer,
Gaseinlass mit entmischungsfreier Druckreduzierung
sowie Vakuumpumpen/
-Pumpständen und Totaldruckmessung
notwendig. Dabei ist neben der Kenntnis
der Eigenschaften der Massenspektrometer
die Charakteristik der Pumpen und
Gaseinlasssysteme für die gezielte Auslegung
eines für die Messaufgabe optimalen
Gesamtsystems notwendig.
Vorteilhaft ist hier die Lösung aus einer
Hand. Pfeiffer Vacuum bietet auf die Messaufgabe
zugeschnittene Massenspektrometer-Systeme,
die auf Komponenten mit
jahrelanger Erfahrung basieren. In den
nachfolgenden Kapiteln werden einige
repräsentative Systeme vorgestellt.
Abbildung 37:
Überwachung der
Gaszusammensetzung
an Produktionsanlagen.
33
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 38:
Differentiell gepumpte
Massenspektrometer
mit offener Ionenquelle
a) mit UHV-Gasdosierventil
als einstellbarer
Leitwert
b) mit SVV Doppelschieber
(ein Blenden-
Schieber und ein
Absperr-Schieber)
c) mit HPI 010 Ventilkombination
(ein Absperrschieber,
2 x Blenden).
34
1.3.1 Massenspektrometer-
Anordnungen für Einlassdrücke
< 10 mbar
Für die klassische Restgasanalyse im
Hochvakuum-Bereich wird der Analysator
des Massenspektrometers über einen
möglichst großen Strömungsleitwert
direkt an den Vakuum-Rezipienten angeschlossen.
Noch besser ist ein direktes
Eintauchen des Analysators in den Innenraum
des Rezipienten. Allerdings sollte der
Analysator von einem intensiven Beschuss
mit einem beschichtenden oder stark
ätzenden Teilchenstrahl geschützt werden.
Zum Einsatz kommen für diese Messaufgabe
ausschließlich „offene“ Ionenquellen
(Axial-, Gitter-, Cross-Beam-Ionenquelle).
Die obere Druckgrenze für eine solche
Anordnung liegt bei 10 -4 mbar.
Viele technologische Prozesse wie Sputtern,
CVD, MOCVD, Plasma-Ätzen, Ion-Plating
arbeiten indessen bei höheren Totaldrücken
bis zu einigen mbar. In diesem
Bereich werden differentiell gepumpte
Massenspektrometer mit offenen, gasdichten
oder Spezialionenquellen eingesetzt.
Die Verbindung der Prozess-Kammer mit
der Analyseeinheit sollte über eine direkte,
kurze Verbindung mit kleiner innerer Ober-
fläche und kleinem Totvolumen erfolgen,
um eine kurze Reaktionszeit des Massenspektrometers
auf Änderungen der Partialdruckverhältnisse
in der Prozess-Kammer
zu erreichen.
Die Abbildung 38 zeigt drei Varianten
eines differentiell gepumpten Massenspektrometers
mit einer offenen Ionenquelle
und einem axialen Gaseinlass. In
allen drei Varianten erfolgt hier die Reduzierung
des Druckes in der Prozess-Kammer
auf den Arbeitsdruck des Massenspektrometers
über einen fixen oder variablen
Leitwert (Blende oder Gasdosierventil)
vor der offenen Ionenquelle. Der Druck
in der Ionenquelle ist somit gleich dem
Druck im Analyse-Rezipienten.
Ein UHV-Gasdosierventil (Abbildung 38 a)
als variabler Leitwert wird bevorzugt dann
eingesetzt, wenn ein großer Prozessdruckbereich
abgedeckt werden soll oder
eine durchgehende Heizung des Gaseinlasses
auf bis zu 200 °C erforderlich ist. Mit
den Ventilkombinationen (Abbildung 38 b
und 38 c) ist sowohl eine Prozessgasmessung
wie auch eine Restgasanalyse bei tiefen
Totaldrücken möglich, da das Massenspektrometer
mit der offenen Ionenquelle
über einen großen Leitwert (DN 40) direkt
mit der Prozesskammer verbunden wer-
p Prozess > p Ionenquelle = p Analysator

den kann. Dazu werden jeweils alle Ventile
geöffnet. Die Ausführung mit der Ventilkombination
HPI 010 erlaubt die Optimierung
der Einlassbedingungen von zwei
Prozessschritten in unterschiedlichen
Druckbereichen.
Um eine möglichst tiefe Nachweisgrenze
und einen großen dynamischen Messbereich
zu erzielen, sind für diese Varianten
memory-freie Pumpsysteme mit einem
hohem Kompressionsverhältniss erforderlich.
Eine geeignete Kombination besteht
z. B. aus einer Turbo-Drag-Pumpe TMU 071
mit einer ölfreien 4-stufigen Membranpumpe
als Vorpumpe. Die Gaslast bei Prozessdruck
liegt in der Größenordnung von
1–5 · 10 -4 mbar · l/s, so dass ein Saugvermögen
von ca. 50–200 l/s für die Turbopumpe
bereits ausreichend ist. Für die
Vorpumpe ergeben sich dabei Saugvermögen
von ca. 1 l/min bzw. von ca. 10 l/min
beim Betrieb der Turbo-Drag-Pumpe mit
Spülgas. Durch die einfache einstufige
Druckreduzierung und den relativ niedrigen
Totaldruck in der gesamten Analysatoreinheit
eignen sich die in der Abbildung
38 dargestellten Varianten auch für die
Analyse von korrosiven Gasgemischen.
Für diese Anwendungen wird die Turbopumpe
mit einem inerten Spülgas betrie-
ben und der Druck in der Analyseeinheit
ggf. durch kleinere Blenden weiter reduziert.
Durch eine solche Reduzierung des
Arbeitsdruckes wird jedoch der Einfluss
des Eigenspektrums der Analyseeinheit
auf das Messergebnis größer und
bestimmt damit die erzielbaren Nachweisgrenzen
und den dynamischen Messbereich.
Ein Beispiel für ein differentiell
gepumptes Massenspektrometer mit einer
gasdichten Ionenquelle zeigt die Abbildung
39. Die Reduzierung des Druckes in
der Prozesskammer erfolgt hierbei in zwei
Stufen vor und nach der Ionenquelle. Der
Druck in der Ionenquelle ist etwa um einen
Faktor 10–50 höher als der Hintergrunddruck
im Analyserezipienten. Gegenüber
den Varianten mit der offenen Ionenquelle
kann damit der Einfluss des Eigenspektrums
der Analysatoreinheit reduziert und
somit tiefere Nachweisgrenzen erreicht
werden. Gleichzeitig wächst aber damit
auch die Gefahr einer Verschmutzung der
Ionenquelle, so dass diese Ausführungsform
hauptsächlich bei der Analyse von
nicht-kondensierenden und nicht-korrosiven
Gasgemischen angewendet werden
sollte. Eine klassische Restgasanalyse ist
mit einer solchen Anordnung nur sehr eingeschränkt
möglich.
p Prozess > p Ionenquelle > p Analysator
Abbildung 39:
Differentiell gepumpte
Massenspektrometer
mit einer gasdichten
Ionenquelle.
35
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 40:
Differentiell gepumpte
Massenspektrometer
mit SPM-Ionenquelle.
a) SPM 200;
b) SPM 200 mit
zusätzlicher Druckstufe
mit fixer Blende.
c) SPM 200 mit
zusätzlicher Druckstufe
mit ausklappbarer
Blende.
36
Insbesondere für eine durchgängige Prozess-
und Restgasüberwachung bei Sputterprozessen
wurde eine spezielle Ionenquelle
entwickelt [16,17]. Bei dieser Anordung
ist die Ionenquelle kein separater
Bestandteil des Analysators, sondern ein
integraler Bestandteil des Analyserezipienten
(Abbildung 40 a). Die Druckreduzierung
erfolgt hierbei erst nach der Ionisierung des
Prozessgases, d. h. der Druck in der Prozesskammer
ist gleich dem Druck in der Ionenquelle.
Dadurch wird der Beitrag des Eigen-
p Prozess = p Ionenquelle > p Analysator

spektrums der Analyseneinheit zum Messergebnis
weitestgehend eliminiert. Mit
einer solchen Anordnung lassen sich Nachweisgrenzen
bis in den ppb-Bereich auch
für reaktive Gase bei einem dynamischen
Messbereich von > 8 Dekaden erzielen. Der
Arbeitsbereich einer solchen „SPM“-
Ionenquelle erstreckt sich von < 10 -9 bis ca.
1–2 · 10 -2 mbar. Beginnend mit der Konditionierungsphase
einer Sputterkammer
über die Zündung der Quellen während
des Beschichtungsprozesses bis zum Erreichen
des Ausgangszustandes kann die
Gaszusammensetzung sowohl der Hauptkomponenten
wie auch möglicher Spuren
durchgehend ohne Ventilumschaltung mit
einem solchen System überwacht werden.
Zusätzliche Druckstufen sind nur dann er-
a) b)
c) d)
forderlich, wenn der Prozessdruck 10 -2
mbar übersteigt (Abbildung 40 b und 40 c).
Zur Erzeugung des Zwischenvakuums für
die zusätzliche Druckstufe kann der zweite
Sauganschluss einer SplitFlow TM Turbo
(TMU 071-3) eingesetzt werden. Eine
solche Zwischenabsaugung ist in Kombination
mit einem Spülgasbetrieb auch für
die Analyse von korrosiven Gasgemischen
zu empfehlen.
Die nachfolgende Abbildung zeigt weitere
Beispiele von Pumpenkombinationen für
die Analysatoreinheit. Die in der Abbildung
41 a dargestellte Pumpenkombination
wird bei der Analyse von Gasgemischen
mit korrosiven oder explosiven
Bestandteilen eingesetzt. Durch die Injektion
von Spülgas in die Turbo-Drag-Pumpe
Abbildung 41:
Beispiele für speziell
optimierte Pumpsysteme
für die Analysatoreinheit.
37
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 42:
Unterschiedlicher
Einfluss einer zusätzlichen
Turbopumpe
auf die Partialdrücke
von Wasserstoff
(m/e = 2) und
Stickstoff (m/e = 28).
38
wird das Messgas so verdünnt, dass die
Korrosionsbelastung der Vorvakuumpumpe
(hier eine ölfreie Membranpumpe)
reduziert wird bzw. ein nicht
zündfähiges Gasgemisch am Ausgang
des Pumpsystems entsteht. Mit der Injektion
von Spülgas lassen sich auch
Memory- und Anreicherungseffekte des
Messgases in der Vorvakuumpumpe
unterdrücken.
Durch die Zwischenschaltung einer weiteren
Turbopumpe (Abbildung 41 b und d)
lässt sich das Kompressionsverhältnis für
Gase mit geringem Molekulargewicht (H 2,
He) erhöhen. Dies führt zu einer Reduzierung
des Partialdruckes dieser Gase im
Restgasspektrum und gestattet erheblich
tiefere Nachweisgrenzen. Der Einfluss der
zusätzlichen Turbopumpe auf den Restgashintergrund
ist in der Abbildung 42 zu
sehen. Die Messung wurde an einer
Anordnung mit den Komponenten der
Abbildung 41b durchgeführt. Das effektive
Saugvermögen am Analyse-Rezipienten
wird durch die Zwischenschaltung einer
zusätzlichen Turbopumpe nicht verändert,
so dass eine Reduzierung des Totaldruckes
im Rezipienten nur dann erreicht wird,
wenn er durch den Wasserstoff- oder Helium-Partialdruck
dominant bestimmt wird.
E-06 Ion Current [A]
5
E-07
5
E-08
5
TPD 011 Start
Wie aus der Abbildung 42 ebenfalls zu
entnehmen ist, wurde in diesem Fall der
erreichbare Partialdruck für Wasserstoff
durch den Vorvakuumdruck bzw. das
Kompressionsverhältnis der TMU 071
(K H2 > 10 5 ) bestimmt. Der partiale Enddruck
für hochmolekulare Bestandteile
wurde durch das Saugvermögen der
TMU 071 bestimmt, da das Kompressionsverhältnis
für diese Bestandteile mit > 10 11
bereits ausreichend ist.
Die Abbildungen 41 c und 41 d zeigen
Pumpenkombinationen mit größerem
effektiven Saugvermögen für den Analyse-
Rezipienten des QMA 410. Solche Kombinationen,
speziell mit magnetgelagerten
Turbo-Drag-Pumpen werden vorwiegend
in der Reinstgas- und Spurenanalytik eingesetzt.
Sie zeichnen sich durch hohe
Kompression, absolute Schmiermittel- und
Wartungsfreiheit für diese Anwendungen
in der Gasanalytik aus.
Bei den meisten Anwendungsfällen erfolgt
eine vom Massenspektrometer unabhängige
Messung des Totaldruckes im
Analyse-Rezipienten. Diese dient zur unabhängigen
Überwachung des maximal
zulässigen Einlassdruckes, als Auslösesensor
für das automatische Schließen
von Einlassventilen und der Druckkontrol-
Hochlaufzeit der TPD 011
28.00
TPD 011
Nenndrehzahl erreicht
E-09
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90
2.00
t [s]

le bei Ausheiz- und Optimierungszyklen.
Bei der Auswahl des Messprinzips und bei
der Positionierung der Totaldruckmessröhre
ist darauf zu achten, dass es zu keiner
wechselseitigen Beeinflussung der
Totaldruckmessröhre und dem Quadrupol-Analysator
durch elektrostatische oder
1.3.2 Massenspektrometer-
Anordnungen für Einlassdrücke
> 10 mbar
Der Einsatz von Massenspektrometern zur
Prozessgasanalyse ist nicht auf die Vakuum-Technologien
beschränkt. Bei einer
Vielzahl von Anwendungen liegt das zu
analysierende Gasgemisch bei Normaldruck
oder bei Überdruck vor. Die primär
interessante Messgröße ist dabei meist
nicht der absolute Partialdruck der einzelnen
Gasbestandteile, sondern deren Konzentrationsanteil
bezogen auf das gesamte
Gasgemisch. Diese Konzentrationsangaben
sind unabhängig vom Totaldruck bzw.
vom Einlassdruck des Gasgemisches und
so universell mit anderen Messungen zu
vergleichen. Diese Aufgabe wird meist
unter dem Begriff „Quantitative Gasanalyse“
zusammengefasst.
Bei der quantitativen Gasanalyse werden
Massenspektrometer-Systeme entweder
als eigenständige Analyseeinheit oder
auch in Kombination mit anderen Messverfahren
z. B. der Gaschromatographie,
der Infrarotspektroskopie, der Thermogravimetrie
und der Flüssig-Phasen-Chromatographie
eingesetzt. Die spezifischen Vorteile
der Massenspektrometer-Systeme
liegen besonders in der universellen Ein-
Anforderungen an das Messgas:
magnetische Felder kommt. Bei sehr sensitiven
Messungen der Gaszusammensetzung
mit dem Massenspektrometer
wird deshalb die Totaldruckmessröhre
häufig ausgeschaltet bzw. etwas entfernter
angeordnet.
setzbarkeit, den kurzen Messzeiten, dem
geringen Probengasverbrauch und der
Adaptionsfähigkeit an verschiedene, auch
variable Einlassdruckbereiche. Daher eignen
sich solche Massenspektrometer-
Systeme auch in besonderer Weise für die
Online-Analyse der Gaszusammensetzung
bei schnell veränderlichen Prozessen mit
großer Dynamik. Die Anforderungen an
die Messgas-Aufbereitung und die Messgas-Menge
sind für die nachfolgend dargestellten
Gaseinlass-Systeme relativ
gering und daher bei den meisten Anwendungen
erfüllt oder mit geringem
Aufwand zu erreichen.
Der Anschluss an die Gasentnahmestelle
sollte direkt und unter strenger Minimierung
des Volumens und der inneren Oberfläche
der Transferleitungen erfolgen, um
eine unerwünschte, das Messergebnis
beeinflussende Änderung der Gaszusammensetzung
zu vermeiden und eine kurze
Reaktionszeit des Massenspektrometers zu
erreichen. Die Reduzierung des Einlassdruckes
des Probengases auf den Arbeitsdruck
des Quadrupol-Analysators erfolgt
in der Regel über mehrere Druckstufen um
das Gasgemisch entmischungsfrei, d. h.
ohne Änderung der Gaszusammensetzung
der Ionenquelle des Massenspektrometers
zuzuführen.
Temperaturbereich Raumtemperatur – 200 °C
Druckbereich 1–1200 mbar (absolut),
je nach Einlass-System
Feuchte nicht kondensierend bei Einlassbedingungen
Partikelgröße < 1 µm
Verbrauch (bei kontinuierlicher Messung) 1–10 sccm bei 1000 mbar Einlassdruck
39
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
40
Durch eine geeignet bemessene Kapillare
wird das Gas laminar von der Hochdruckseite
in ein kleines Volumen eingelassen,
von dem es andererseits über ein gedrosseltes
Pumpsystem wieder laminar abgesaugt
wird. Der Wertebereich für den Gasdurchsatz
durch die Kapillare liegt bei
1–10 sccm (1,7 · 10 -2 –1,7 · 10 -1 mbar · l/s).
Ein kleiner Teil (0,01 %–1 %) des Gases
strömt über einen definierten Leitwert
molekular in den Analyse-Rezipienten ein.
Eine Entmischung findet auch hier nicht
statt (trotz der massenabhängigen molekularen
Strömung), da das Gas aus dem
Analyse-Rezipienten ebenfalls molekular
abgepumpt wird. Durch diese doppelte
Drosselung wird erreicht, dass die Partialdruckzusammensetzung
des Gasgemisches
unverändert bleibt. Chemische Reaktionen
und Kondensationseffekte werden durch
folgende Maßnahmen weitgehend unterbunden:
1) Kapillare und Blenden bzw. Ventile in
der Hochdruckstufe werden beheizt
2) geeignete Auswahl aller Konstruktionsmaterialen
mit Medienkontakt
3) geeignete Dimensionierung der Leitwerte
zur Einstellung des optimalen Druckgradienten
und Gasdurchsatzes
4) geeignete Auswahl und Dimensionierung
des Pumpsystems.
Die Reaktionszeit auf Änderungen der Gaszusammensetzung
am Eingang der Kapillare
bis zur Änderung der Ionenströme
respektive der vom Massenspektrometer
angezeigten Konzentrationsänderung ist
abhängig von der Gasart, der Temperatur
der Kapillare und dem Gasdurchfluss
durch die Kapillare. Als Richtwerte können
bei 100 °C und einem Durchfluss von 2
sccm für die meisten Gase Zeiten zwischen
0,3 s–1 s angegeben werden. Je
höher der Durchfluss gewählt wird, desto
kürzere Reaktionszeiten ergeben sich.
Dabei steigt jedoch auch der Verbrauch an
Gas für die Messung.
Um eine Kontamination der Kapillare und
der Einlassblenden mit Kohlenwasserstoffen
zu vermeiden, sollten Vorpumpen auch
als Pumpsystem für das Gaseinlasssystem
eingesetzt werden. In der Praxis werden
heute Kombinationen aus Turbopumpen
und Membranpumen oder trockenlaufenden
Kolbenpumpen für diese Aufgabe eingesetzt.
Dem Einsatz von Membranpumpen
als einzige Pumpstufe steht meist das
geringe Kompressionsverhältnis für leichte
Gase (H 2 und He) und der starke Anstieg
des erreichbaren Enddruckes im Gaslastbetrieb
entgegen. Für bestimmte Einsatzfälle
ist jedoch auch der Einsatz von ölgedichteten
Rotationspumpen mit entsprechenden
Einrichtungen zur Verminderung
der Ölrückströmung (saugseitig) und des
Ölnebels (ausgangsseitig) möglich. Eine
sehr kostengünstige Lösung ist die vakuumseitige
Verkopplung der Pumpsysteme
für den Gaseinlass und für den Analyse-Rezipient
mit einer SplitFlow TM Turbo
und einer nachfolgenden Membranpumpe
(Abbildung 46). Dabei ist jedoch auf eine
sehr gut abgestimmte Dimensionierung
des Gasdurchsatzes in der Kapillare mit
den nachfolgenden Druckstufen des Analyse-Rezipienten
zu achten. Für die Analyse
von Gasgemischen mit einem zeitlich
stark veränderlichen Anteil (z. B. 10 ppm –
100 %) an Wasserstoff oder Helium ist eine
solche Verkopplung durch die damit verbundene
Rückströmung in der SplitFlow TM
Turbo nicht geeignet.
Die Auswahl des Pumpsystems für den
Analyse-Rezipienten richtet sich nach den
geforderten Nachweisgrenzen und der
Auswahl des Analysators. Es gelten dabei
die bereits im Abschnitt 1.2 dargestellten
Auswahlgrundsätze.
Bei dem Gaseinlass-System GES 010 wird
eine Edelstahl-Kapillare (Innendurchmesser
0,15 mm, Länge 1 m) und eine austauschbare
Blende zur Druckreduzierung
verwendet (Abbildung 43). Das zwischengeschaltete
Ganz-Metall-Ventil GEV
010 dient nur zum Öffnen bzw. Schließen
des Gaseinlasses in die Analyseeinheit.
Der Probengasstrom von ca. 2–3 sccm
wird auch bei geschlossenem Ventil nicht
unterbrochen. Der Gaseinlass kann sowohl
axial (mit Prisma TM ) wie auch senkrecht
zur Achse des Stabsystems in Verbindung
mit einer Cross-Beam-Ionenquelle (mit
QMG 422) erfolgen. Es eignet sich für die

Einlassdruck
900–1200 mbar
kontinuierliche Druckreduzierung in der Kapillare
1000 mbar 1 mbar
GEV 010 Blende
GES 010
beheizte Edelstahl-Kapillare
Drosselleitung
TMH 071
allgemeine Gasanalyse im Bereich von
100 % bis ca. 10 ppm.
Das in der Abbildung 44 dargestellte Einlass-System
nutzt zur Druckreduzierung
eine Quarz-Kapillare (Innendurchmesser
0,15 mm, Länge 1 m) sowie ein Ganz-
Metall-Gasdosierventil. Über die Ventilkombination
UDV 040 und EVB 016 in der
Saugleitung lassen sich Gasdurchsatz und
Druckverhältnisse leicht modifizieren, so
dass eine Optimierung für verschiedene
Aufgabenstellungen (andere Einlassdrücke,
Probengasverbrauch, Analyse von
korrosiven Gasgemischen) möglich ist.
Sowohl der Einlass in den Analyse-Rezipienten,
wie auch der gesamte Probengasstrom
kann durch die Ventile unterbrochen
werden.
Besonders bei der Analyse von Gasen mit
korrosiven oder beschichtenden Bestandteilen
wird ein senkrechter Molekularstrahl-Einlass
in eine offene Cross-Beam-
Ionenquelle bevorzugt, um eine gute Stabilität
der Messergebnisse zu erreichen
und den Zeitraum zwischen notwendigen
Wartungsarbeiten zu verlängern.
GEV 010 mit Blende
(offen/geschlossen)
Druck in der Ionenquelle
offen: p < 5 · 10 -6 mbar,
Druck im Analysator-Rezipient
p < 5 · 10 -6 mbar
TMU 071
MVP 015-2 MVP 015-2
Prisma TM
offene Ionenquelle
C-SEM
Durch getrennte Stromkreise für die Kapillar-
und die Ventilheizung lassen sich die
jeweiligen Temperaturen gut an die Druckverhältnisse
und das zu analysierende Gas
anpassen.
Die in der Abbildung 44 skizzierte Kühlfalle
reduziert den Wasserdampf-Restpartialdruck
im Analyse-Rezipienten. Ein mit der
Kühlfalle thermisch verbundenes Kryobaffle
umhüllt die Cross-Beam-Ionequelle.
Das Gasführungsrohr führt (ohne thermischen
Kontakt) durch das Kryobaffle hindurch,
direkt in den Formationsraum der
Ionenquelle. Mit einer solchen Anordnung
lassen sich z. B. auch für Methan und
andere Kohlenwasserstoff-Verbindungen
Nachweisgrenzen im sub-ppm bzw. ppb-
Bereich erreichen.
Ein für die Spurenanalyse von Reinstgasen
optimiertes Einlass-System zeigt die Abbildung
45. Die Druckreduzierung erfolgt
über eine Quarz-Kapillare und eine feste
Gold-Blende direkt vor der Ionenquelle.
Dieses System wurde hinsichtlich der
Minimierung der inneren Oberflächen und
des Volumens optimiert und ist daher
Abbildung 43:
Druckverlauf und
Aufbau einer Analyseeinheit
mit einem
Prisma TM .
Der heizbare Bereich
des Gaseinlasses ist
rot markiert.
41
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 44:
Druckverlauf und
Aufbau einer Analyseeinheit
mit einem
QMG 422 und LN 2-
Kühlfalle.
Der Gaseinlass wurde
hier, um 90° versetzt,
vereinfacht dargestellt.
Der heizbare Bereich
des Gaseinlasses ist
rot markiert.
42
Einlassdruck
100–1200 mbar
kontinuierliche Druckreduzierung in der Kapillare
1000 mbar 1 mbar
UDV 040
beheizte Quartz-Kapillare
TMH 071
MVP 015-2
LN 2-Kühlfalle
UDV 040 mit
Gasführungsrohr
ohne Ventile im Gasstrom aufgebaut. Der
Gaseinlass in den Analyse-Rezipienten ist
permanent offen. Außer mit der Gold-
Blende hat das Probengas bis zum Einlass
in die Ionenquelle keinen Kontakt mit
metallischen Oberflächen. So können auch
reaktive Gase wie z.B. Sauerstoff bis in
den Bereich < 10 ppm sicher nachgewiesen
werden.
In Verbindung mit einer gasdichten Ionenquelle
können mit dieser Anordung auch
sehr kurze Ansprechzeiten erreicht werden.
Werden zur Abtrennung der gesamten
Analyseeinheit oder zur Gasaufschaltung
Ventile vor der Kapillare benötigt, ist
hier auf den Einsatz von Spezial-Ventilen
aus der Reinstgas-Technik zu achten.
Natürlich steigen mit den Forderungen
nach tieferen Nachweisgrenzen auch die
Anforderungen an das Vakuumsystem für
die Analyse-Einheit. Mit dem Pumpsystem
aus der Abbildung 45 können ohne
Gaseinlass im Analyse-Rezipienten Totaldrücke
im unteren 10 -10 mbar-Bereich
erreicht werden. Neben diesen, auf eine
spezielle Messaufgabe zugeschnittenen
Druck in der Ionenquelle
offen: p < 5 · 10 -6 mbar, Molekularstrahl
Druck im Analysator-Rezipient
p < 5 · 10 -6 mbar
QMA 400 mit
Cross-Beam-Ionenquelle
SEV 217
TMU 071
MVP 015-4
EP 422
QMH
400-5
QMS 422
Lösungen, werden mobile Komplett-Systeme
für universellere Anwendungen eingesetzt.
Die Abbildung 46 zeigt den sehr kompakten
inneren Aufbau und den Gaseinlass
solcher Bench Top Geräte.
Der Gaseinlass beim ThermoStar TM ist
ähnlich dem GES 020 aufgebaut und eignet
sich durch den ventillosen Aufbau und
die kleine innere Oberfläche auch für den
Nachweis von reaktiven Gasen. Das
Haupteinsatzgebiet dieser Geräte ist die
Kopplung mit Thermowaagen. Über die
beiden Analog-Eingänge des Massenspektrometers
können z. B. die Temperatur und
der Masseverlust der Probe direkt in den
Datensatz des Massenspektrometers eingelesen
und verarbeitet werden.
Der Probengaseinlass ist permanent
offen, so dass für eine genaue Bestimmung
des massenspektrometrischen
Untergrundes jeweils hochreine Trägergase,
so genannte „Null-Gase“, verwendet
werden.
Bei den OmniStar TM -Geräten kann sowohl
der Gaseinlass in den Analyse-Rezipienten,
wie auch der gesamte Probengas

Einlassdruck
900–1200 mbar
kontinuierliche Druckreduzierung in der Kapillare
1000 mbar 1 mbar
Blende
GES 020
beheizte Quarz-Kapillare,
Gasführungsrohr mit Gold-Blende
TMH 071
MVP 015-2
strom durch die Ventilkombination im Einlassteil
gemeinsam unterbrochen werden.
Dies ist z. B. bei der Aufschaltung mehrer
Probengasleitungen auf ein Analysesystem
bzw. zur Verringerung des Messgasverbrauches
von Vorteil. Damit wird das
Analysegerät praktisch vom eigentlichen
Verfahrensprozess abgetrennt. Für die
Analyse von Gasen mit explosiven oder
korrosiven Bestandteilen ist die automatische
Abtrennung im Störfall eine wichtige
sicherheitstechnische Voraussetzung. Speziell
für solche Aufgaben wurde eine Version
(C-Version) des OmniStar TM entwickelt.
In dieser Ausführung wird durch die Injektion
von Spülgas (Ar, N 2, He) erreicht, dass
am Ausgang des Analysesystems immer
ein nicht zündfähiges Gasgemisch vorhanden
ist. Der Verdünnungsfaktor für das
Probengas ist ca. 500.
Eine optimierte Anpassung an Einlassdrücke
im Druckbereich von 100–1200
mbar ist über größere Kapillarquerschnitte
und Blendendurchmesser möglich. Ändert
sich der Eingangsdruck für die Analyseeinheit
jedoch während der Messung um
Druck in der Ionenquelle
gasdicht: p < 5 · 10-4 mbar
offen: p < 5 · 10-6 mbar, Molekularstrahl
Druck im Analysator-Rezipient
p < 5 · 10-6 mbar
QMA 410 mit
Cross-Beam-Ionenquelle
SEV 217
TMU 200 M
TPD 011
MVP 055-3
EP 422
QMH
400-1
QMS 422
mehr als eine Dekade, so ist ein druckgeregeltes
Gaseinlass-System erforderlich. Für
den OmniStar TM sind zwei Varianten verfügbar.
Zu beachten ist dabei, dass als
Regelgröße das gasartabhängige Signal
der Totaldruckmessröhre im Analyse-Rezipienten
verwendet wird. Bei einem Massenspektrometer
mit druckgeregeltem
Gaseinlass haben nur die Konzentrationsangaben
reale physikalische Bedeutung.
Abbildung 45:
Druckverlauf und
Aufbau einer Analyseeinheit
mit einem
QMG 422 mit QMA 410.
Der heizbare Bereich
des Gaseinlasses ist
rot markiert.
Abbildung 46:
Ansicht eines
OmniStar TM ohne
Gehäusedeckel.
43
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 47:
Druckverlauf und
Aufbau der Bench Top
Geräte ThermoStar TM
und OmniStar TM .
Der temperaturgeregelte
beheizbare
Bereich des Gaseinlasses
ist rot markiert.
44
1/16”
1/16”
1/16”
1000 mbar
beheizte Quartz-Kapillare
ThermoStar TM
beheizte Edelstahl-Kapillare
OmniStar TM
beheizte Edelstahl-Kapillare
OmniStar TM
Corrosive-Version
p < 1–4 mbar
Blende
beheizte
Blende
beheiztes Ventil
und Blende
beheiztes Ventil
und Blende
Die Absolutwerte der Ionenströme und der
Partialdrücke der interessanten Massenzahlen
bilden den zu analysierenden Prozess
nicht ab. Lediglich das Verhältnis
zueinander (die Konzentrationsangaben)
liefert die Informationen über die Veränderung
der Gaszusammensetzung.
Eine Erweiterung des Einlassdruckbereiches
zu Drücken > 1,5 bar (absolut) ist nur
über eine weitere Druckreduzierung möglich.
Im einfachsten Fall wird das unter
Überdruck stehende Gasgemisch über ein
gasdichte Ionenquelle
p < 8 · 10 -5 mbar
p < 5 · 10 -6 mbar
Prisma TM mit
gasdichter
Ionenquelle
C-SEM
TMU 071-3
SplitFlow TM Turbo
Prisma TM mit
gasdichter
Ionenquelle
C-SEM
TMU 071-3
SplitFlow TM Turbo
Prisma TM mit
gasdichter
Ionenquelle
C-SEM
Spezial-Verdrahtung
TMU 071-3
SplitFlow TM Turbo
Rechner mit
QuadStar TM-Software
RS-232-C
2 x Relais-Ausgang
2 x Analog-Ausgang
2 x Analog-Eingang
Abgas
RS-232-C
1 x Relais-Ausgang
2 x Analog-Ausgang
2 x Analog-Eingang
Abgas
RS-232-C
1 x Relais-Ausgang
2 x Analog-Ausgang
2 x Analog-Eingang
Spülgas-Eingang
2–7 bar, 1000 sccm
Swagelock 1/8”
1/4 inch Rohranschluss
Abgas
geeignetes Reduzierventil bis auf Atmosphärendruck
entspannt und dann den
beschriebenen Einlass-Systemen zugeführt.
Bei der Auswahl des Ventils zur
Druckreduzierung ist auf den Dosierbereich,
die Beheizbarkeit, die Gasverträglichkeit
der Ventilmaterialien und die maximale
Grenzdruckbelastung zu achten.
Zur rechnergesteuerten sequentiellen Aufschaltung
von bis zu 12 Proben- oder
Kalibriergasströmen dient die Gasumschalteinheit
GSS 300 (Abbildung 48).

Diese Geräte können mit allen Massenspektrometer-Anordungen
mit einem Kapillar-Einlass
kombiniert werden. Um kurze
Ansprech- und Umschaltzeiten zu erhalten,
sind die Einlassventile kontinuierlich durchströmt.
Das Volumen zwischen den Einlassventilen
und dem Anschluss der Kapillare
ist < 4 cm 3 und kann bei einem Probengas-
Neben den beschriebenen Kapillar-Einlass-
Systemen werden eine Reihe weiterer differenziell
gepumpter Druckreduzierungen
für spezielle Messaufgaben eingesetzt.
Beispiele sind Skimmer-Anordnungen und
Membran-Einlässe. Die Abbildung 49
zeigt eine Anordnung zur Bestimmung von
in Flüssigkeiten gelösten Gasen.
Die zu untersuchende Flüssigkeit wird mit
Hilfe einer Förderpumpe an einer dünnen
Silikon-Membran vorbeigeleitet. Die in der
Flüssigkeit gelösten Gase diffundieren
durch diese Membran in einen evakuierten
Zwischenraum. Von dort wird ein Teil dieser
Gase über eine Blende in die Ionenquelle
des Massenspektrometers geleitet
und analysiert. Da die Durchlässigkeit der
Membran oft sehr stark von der Temperatur,
der Dicke und den spezifischen Materialeigenschaften
abhängig ist, empfiehlt
sich für diese Messungen häufig der unmittelbare
Vergleich mit einer Referenzprobe.
Diese kann über das 3-Wege-Ven-
wechsel mit der ölfreien Membranpumpe
des GSS evakuiert werden.
Die Ansteuerung der Ventile erfolgt über
eine Zusatzsoftware im Rahmen der
QuadStar TM . So können komplette Messabläufe,
einschließlich regelmäßige Kalibrier-
und Testmessungen automatisiert
werden.
til am Eingang unter gleichen Messbedingungen
aufgegeben und analysiert werden.
Mit einer ähnlichen Anordnung kann auch
die Bestimmung von Lösungsmitteln oder
Alkoholen in Wasser erfolgen [20] .
Abbildung 48:
Schema der Messgaszuführung
mit
einem GSS 300 in
Kombination mit
einem OmniStar TM .
Der Gasfluss des aufgeschaltetenProbengases
(Eingang 6) ist
blau dargestellt.
Der beheizte Bereich
ist rot markiert.
Geöffnete Ventile sind
grün dargestellt.
Abbildung 49:
OmniStar TM mit einem
Membran-Einlass.
45
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
46
Baukasten:
Nachweis extern
erzeugter Ionen.
1.4 Massenspektrometer zum Nachweis extern
erzeugter Ionen und Plasmadiagnostik
In den vorhergehenden Kapiteln sind
Massenspektrometer für die Analyse von
neutralen Gasteilchen dargestellt.
Sollen erzeugte Ionen nachgewiesen werden
(massen- und/oder energieselektiv),
so bietet sich als Detektor ein Quadrupol-
Massenspektrometer an.
Hierbei wird in vielen Fällen die im Massenspektrometer
integrierte Ionenquelle
überflüssig; statt dessen werden Ionenoptiken
zum Fokussieren der bereits vorhandenen
Ionen in das Massenspektrometer
benötigt.
Quadrupol-Massenspektrometer werden
in den verschiedensten Messaufbauten,
1.4.1 Nachweis extern erzeugter
Ionen
Analysator
Hardware:
Ionenoptiken
Massenfilter
Detektor
Messverstärker
frei kombinierbar
zur Optimierung für
die vorliegende
Messaufgabe
Massenspektrometer
Steuergerät:
Signalverstärker
Spannungsversorgung
Kommunikation mit
Rechner
Signalaufbereitung
Kommunikation mit
der Peripherie
Hardware Signale
Der modulare Aufbau umfasst die drei
Bereiche Analysator, Steuergerät und Software.
Seitens der Hardware können die funktionalen
Einheiten beliebig miteinander kombiniert
werden. Eine einmal getroffene Auswahl
auf dieser Ebene legt die massenspektrometerspezifische
Bestückung des
Steuergerätes fest. Unabhängig von der
gewählten Variante des Massenspektro-
wie zum Beispiel SIMS (Secondary Ion
Mass Spectroscopy), ICP-MS (Inductively
Coupled Plasma Mass Spectrometry), bei
Protonen Transfer Reaktionen und in der
Plasma-Diagnostik etc. als masseselektiver
Detektor verwendet.
Die Anforderungen an die Empfindlichkeit
des Massenspektrometers, die Leistung
der Ionenoptik und geometrische Randbedingungen
unterscheiden sich bei diesen
Aufgaben stark.
Um möglichst allen Anforderungen
gerecht zu werden und gleichzeitig erprobte
funktionale Einheiten zu verwenden, ist
ein Baukastensystem zwingend.
Massenspektrometer
Software:
Bedienung des Massen-
Spektrometers, Datenspeicherung
und Aufbereitung
Aufbau der Schnittstelle
zu anderen Systemen,
Ermöglichen von komplexen
spezifischen
Messrezepten
meters kann das Steuergerät mit analogen
und digitalen Ein- und Ausgängen bestückt
werden.
So können Quadrupol-Massenspektrometer
den Anforderungen entsprechend zusammengestellt
und in komplexeren Messaufbauten
integriert werden.
Hierbei sind die Analysatoren, die Detektoren
und die Signalverstärker standardisiert.

Ionen-Optiken und
Ionenquellen
Umlenkeinheiten für
30, 60 und 90° auf Anfrage
Die Drei-Linsen-Optik wird als Ionentransfer
Optik verwendet. Unter anderem lässt
sich mit dieser Optik eine große Eintauchtiefe
erzielen. Wegen der relativ hohen
Energiedispersion dieser Optik – etwa
1,5 eV Halbwertsbreite – werden bei SIMS-
Anwendungen hochenergetische Ionen
und der Primärstrahl wirksam unterdrückt.
Für andere Anwendungen wird die Drei-
Linsen-Optik als einfaches elektrostatisches
Energiefilter eingesetzt.
Zwei-Linsen-Optik:
Sollen lediglich Ionen ins Massenspektrometer
abgebildet werden, gelangt diese
Optik zum Einsatz. Ionen mit geringer kinetischer
Energie werden auf diese Weise
nachgewiesen. In Kombination mit der
Cross-Beam-Ionenquelle kann diese Optik
bei SIMS und SNMS (Secondary Neutral
Mass Spectroscopy) verwendet werden.
Quadrupol-Massenfilter Detektor Vorverstärker/
Zähler
Zwei Ausführungen:
QMA 400, QMA 410
Ionen
e- SEM 217
für positive Ionen
SEM 218
für positive und
negative Ionen
Faradayauffänger
EP 422 und
oder CP 400
EP 422 und
CP 400 nur
für negative
Ionen
EP 422
Cross-Beam-Ionenquelle:
Diese Ionenquelle gestattet unter anderem
Elektronenenergien bis zu 4 eV einzustellen.
Sie eignet sich daher auch zur Aufnahme
von Anregungsspektren. Hierbei wird
die Energie der zur Ionisation verwendeten
Elektronen variiert und das Signal in
Abhängigkeit von der Elektronenenergie
gemessen. Diese Technik ist unter dem
Begriff „Appearance Potential Spectroscopy“
bekannt.
Die Cross-Beam-Ionenquelle kann mit beiden
Optiken kombiniert werden.
Umlenk Einheiten:
Um Ionen, die senkrecht zur Achse des
Massenspektrometers gebildet werden in
das Instrument abzubilden, wird ein elektrisches
Sektorfeld verwendet. In Richtung
der Massenspektrometer-Achse ist der Aufbau
um 360 Grad drehbar, so dass ein
größtmöglicher Detektionsbereich überstrichen
wird.
Einlenkwinkel von 30, 45, 60 und 90 Grad
sind erhältlich.
Ein solches Sektorfeld wirkt natürlich auch
als Energiefilter.
Abbildung 50:
Vier Varianten von
Ionenoptiken bzw.
Kombinationen von
Optiken und Ionenquellen
stehen zur
Verfügung, um die
Ankopplung an den
spezifischen Messaufbau
zu ermöglichen.
47
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 51:
SIMS Spektren
positiver und
negativer Ionen.
Dieses Beispiel zeigt
deutlich den hohen
dynamischen Bereich
und die hohe Empfindlichkeit,
die mit
einem solchen
Massenspektrometer
in SIMS Anlagen
erzielt werden können.
Als Probe wurde hier
teilweise oxydiertes
Molybdän verwendet.
Ebenfalls deutlich
wird der hohe
Massenbereich der
zur Analyse genutzt
werden kann.
48
Als Herzstück wird in allen Massenspektrometern
für die Ionenanalyse ein hochpräzises
Quadrupol Massenfilter zusammen mit
einem diskret aufgebauten SEM verwendet.
Die Transmission durch das Quadrupol
Massenfilter ist relativ hoch und die Massendiskriminierung
gering. Beide Eigenschaften
werden durch die mechanische
Präzision des Filters, die Qualität der Hochfrequenzgeneratoren
und die Anwendung
der so genannten Feldachsentechnik
bewirkt. Vorfilter sind daher nicht notwendig.
Durch die 90° off-axis Anordnung eines
SEM können Photonen, Elektronen und
schnelle Neutrale den Detektor nicht erreichen.
Dies führt zu einer sehr rauscharmen
Verstärkung und ist eine notwendige Voraussetzung
für den hohen dynamischen
Bereich dieser Massenspektrometer.
Die zusätzliche Konversionsdynode beim
SEM 218 verringert eine energieabhängige
Massendiskriminierung weiter.
1.4.2 Anwendungsbeispiele
SIMS und SNMS sind seit Jahrzehnten
etablierte Verfahren zur Oberflächenanalyse
und zur Analyse von dünnen Schichten
in der Halbleiterindustrie und verwandten
Industriezweigen. Bei SIMS wird die Probe
im Hoch- oder Ultrahochvakuum mit Ionen
oder Neutralteilchen aus einer Ionenquelle
beschossen. Die beim Ätzen der Schicht
auftretenden Sekundärionen werden zeitund/oder
ortsaufgelöst gemessen. Pfeiffer
Vacuum liefert die Massenspektrometer
für diese Anlagen.

End Point Detection:
Bei vielen Herstellungsverfahren in der
Dünnschichttechnologie muss ein Schichtsystem
vor der weiteren Verarbeitung definiert
(und in einigen Fällen auch selektiv)
in der Gasphase zurückgeätzt werden.
Eine der hierzu seit längerem angewendeten
Techniken ist „Ion Milling“. Beim Ion
Milling wird das Substrat mit Argon-Ionen
oder Neutralteilchen beschossen und so in
der Gasphase geätzt.
In der letzten Zeit sind die Anforderungen
an die Präzision des Prozesses stark
gestiegen, so dass während des Prozesses
mit einem hoch empfindlichen Detektor
überwacht und gesteuert werden muss.
Eine Möglichkeit einen solchen Prozess zu
überwachen, besteht darin, die auch beim
Ion Milling Prozess auftretenden Sekundärionen
kontinuierlich zu messen. Hierzu
wurde der EPD 400 als komplette Einheit
entwickelt. Der EPD 400 besteht aus Massenspektrometer,
Gehäuse, Pumpstand zur
Druckreduktion und Steuergerät. Er wird in
zwei Ausführungen geliefert – mit einem
90 Grad Akzeptanzwinkel (Abbildung 49)
und als in-line Version.
Abbildung 52:
Das Beispiel zeigt den mit einem EPD 400
gemessenen Signalverlauf während eines
Ionenstrahlexperimentes in einer Ion Milling
Anlage. Zu jeder Zeit – auch bei einer Prozessunterbrechung
– ist die Tiefe des Schicht-
Zwischen beiden Typen kann problemlos
umgerüstet werden.
Neben dem Einsatz als Endpunkt Detektor
in Ion Milling Prozessen eignet sich der
EPD auch zum Nachweis von Ionen kondensierbarer
Materialien, wie Metallionen
in industriellen Sputterprozessen.
Bei herkömmlichen differentiell gepumpten
Massenspektrometern wird eine vergleichsweise
geringe Empfindlichkeit für
kondensierbare Neutrale erreicht, da diese
zum größten Teil im Gerät kondensieren
bevor sie die Ionenquelle erreicht haben.
Beim EPD 400 werden die im Prozess entstehenden
Ionen mit vergleichsweise
geringen Verlusten mittels Ionenoptik
direkt in das Gerät abgebildet.
Weitere Beispiele zum Nachweis extern
erzeugter Ionen sind Proton Transfer Reaktionen
und Geräte, bei denen eine chemische
Ionisation oder Laser induzierte Ionisation
eingesetzt werden.
systems bekannt. Der Prozess kann nach einer
Unterbrechung definiert zu Ende geführt werden
und/oder beim Erreichen einer vorgewählten
Schichttiefe (Material) beendet werden.
49
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
50
1.4.3 Massenspektrometrische Plasma
Diagnostik
In fast allen heutigen Verfahren zur
Beschichtung, Reinigung und Modifikation
von Oberflächen nehmen Plasma Prozesse
eine Schlüsselstellung ein.
Ein Plasma (Gasentladung) besteht aus
positiven Ionen, negativen Ionen, Elektronen
und neutralen Gasteilchen. Neben der
Art (Masse) ist die Energieverteilung und
die räumliche Dichte der Spezies charakteristisch
für das Plasma.
Um solche Prozesse zu optimieren und zu
kontrollieren, muss – je nach Prozess –
mehr oder weniger aufwändig Plasma-
Diagnostik betrieben werden. Dabei sind
die verschiedensten Techniken in Gebrauch,
keine der Methoden erfasst hingegen
alle Plasma Parameter vollständig.
Mit Langmuir Sonden kann in Niederdruckgasentladungen
die Plasmadichte,
die Elektronenenergieverteilung, das Plasmapotential
und das Floating-Potential
bestimmt werden.
(Die Handhabung solcher Sonden ist
äußerst einfach; die Interpretation der
Ergebnisse stellt jedoch hohe Anforderungen
an die wissenschaftliche Qualifikation
des Betreibers.)
Mit optischen Analysemethoden können
einige Spezies sehr empfindlich detektiert
werden. Mit entsprechendem Aufwand
kann im Einzelfall auch die mittlere Energie
der Teilchen bestimmt werden. Damit
Teilchendichten gemessen werden können,
ist eine vorhergehende Kalibrierung
notwendig. Wie schwierig eine solche Prozedur
ist und ob sie überhaupt durchführbar
ist, hängt vom jeweiligen experimentellen
Aufbau ab. Ortsaufgelöste Messungen
mittels optischer Emissionsspektroskopie
gestalten sich als äußerst schwierig
bis unmöglich.
Mit einer Kombination von Quadrupol
Massenfilter und elektrostatischem Energieanalysator
– kurz einem Plasma Prozess
Monitor – können folgende Plasma Parameter
gemessen werden:
Energieverteilung der positiven und
negativen Ionen und deren Masse
Energieverteilung der Neutralteilchen
Um von Neutralteilchen mittels Massenspektrometer
zu detektieren, müssen
diese zunächst ionisiert werden.
Wird nun beim gewählten Ionisationsverfahren
(Electron Impact Ionisation)
die Energie der Elektronen verändert,
so können Anregungsspektren aufgenommen
werden. Diese Anregungsspektren
gestatten, zwischen Neutralteilchen
im Grundzustand und angeregten
Neutralteilchen (so genannten Radikalen
„Appearance Potential Spectroscopy“)
zu unterscheiden.
Dichte und Masse der Neutralteilchen
im Plasma (hierzu kann das Gerät einfach
kalibriert werden).
Um eine Abschätzung der Elektronenenergie
und deren Dichte zu erhalten,
muss der Plasma Monitor als Langmuir
Sonde betrieben werden.
Somit liefert die massenspektrometrische
Plasmadiagnostik unter den anspruchsvolleren
Verfahren die umfassendsten
Informationen über ein Plasma.
1.4.4 Lösungsvarianten
Hochleistungsstarke Massenspektrometer
arbeiten bei einem Druck von < 10 -5 mbar.
Die meisten Plasma-Prozesse laufen bei
0,1 mbar oder kleineren Drücken ab.
Daher bietet sich ein einstufig differentiell
gepumptes Massenspektrometer als Standard
Ausführung an.
Der PPM 422 (Abbildung 53) ist eine Einheit
aus differentiell gepumptem Massenspektrometer
inklusive Steuergerät und
Software. Das Gerät eignet sich für massen-
und energieaufgelöste Messung von
positiven und negativen Ionen, Neutralteilchen
und Appearance Potential.
Als Energiefilter wird beim PPM 422 ein
Cylindrical Mirror Analyzer (CMA) verwendet.
Durch sphärische Ein- und Auslenkelemente
am Eingang und am Ausgang dieses
Filters wird ein linearer Strahlengang
erzielt. Dies ermöglicht eine hohe Eintauchtiefe
in den Prozessrezipienten.

Ions Ions Ions
Zur Energieanalyse wird der CMA auf eine
feste kinetische Energie der einfallenden
Ionen eingestellt. Der gesamte Analysator
(Energie- und Massenfilter) wird auf eine
variable elektrische Vorspannung gelegt.
So lässt sich eine lineare Energieskala erzeugen
(Vorspannung). Weil durch diese
Gegenfeldmethode die kinetische Energie
der Ionen im Analysator immer die gleiche
ist, kann eine Energiedispersion hier nicht
auftreten.
Um eine Energiedispersion zu vermeiden,
wurde beim PPM 422 bewusst auf Driftlinsen
verzichtet. Mittels Driftlinsen könnte
die Eintauchtiefe eines Plasma Monitors
erhöht werden. Hier würde man jedoch
eine zusätzliche schwer kalkulierbare
Energiedispersion stillschweigend in Kauf
nehmen.
Um mit diesem Gerät auch Neutralteilchen
mit einer dem CMA entsprechenden Energieauflösung
messen zu können, muss die
Ionen-Quelle selbst möglichst wenig zur
Energieverbreiterung beitragen. Beim PPM
422 wird eine in der Flugrichtung der
Ionen lange, feldfreie Ionenquelle verwendet.
Die Energieverteilung der Ionenquelle
Turbomolecular
Pump for
differential pumping
Maximaler Prozessdruck ≤ 10-2 mbar
Energiebereich ± 500 eV
Energieauflösung : 0,3 eV FWHM
Massenbereich : 512, 1024 und 2012 amu
ist in den nachfolgenden Beispielen
gezeigt.
Die physikalische Funktionsweise des PPM
422 ist in der Betriebsanleitung zum Gerät
und weiterführenden Monographien [10]
eingehend beschrieben.
Werden geringere Anforderungen an die
Energieauflösung gestellt oder wird auf
eine hohe Energieauflösung zu Gunsten
einer erhöhten Empfindlichkeit verzichtet,
so kommen Geräte der Familie PPM 400
zum Einsatz.
Geräte des Typs PPM 400/EPD 400 (Abbildung
54) sind ebenfalls differentiell
gepumpte Massenspektrometer mit
verschiedensten Kombinationen von
Ionenquellen und Energieanalysatoren.
Verschiedene Typen von Energiefiltern
bzw. Ionen-Optiken und eine Ionenquelle
können in einem PPM 422 kombiniert werden.
Bei allen durch Pfeiffer Vacuum vertriebenen
Geräten dieses Typs (PPM 422,
PPM 400) kann das elektrische Potential
der ersten dem Plasma ausgesetzten Blende
frei gewählt werden. Dies ist besonders
wichtig, um Störungen des Plasmas durch
den Detektor zu minimieren.
Abbildung 53:
Schematische Darstellung
eines PPM 422.
Abbildung 54:
Schematische Darstellung
des PPM 400/
EPD 400.
Vier Konfigurationen:
• Drei-Linsen-Optik pos. und negat. Ionen
• Drei-Linsen und Neutrale zuzüglich
Cross-Beam-
Ionen-Quelle
• Zwei-Linsen und Ionen und Neutrale
Cross-Beam keine Energieanalyse
• Cross-Beam- Appearence Spectroscopy
Ionen-Quelle
51
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
52
Abbildung 55
Abbildung 56
Abbildung 57
1.4.5 Messungen mit dem Plasma-
Monitor
Zur Illustration der verschiedenen Messmöglichkeiten
mit einem Plasma Prozess
Monitor sind in der Folge einige Applikationsbeispiele
aufgezeigt.
Die Energieverteilung von Ar und
Cu-Ionen aus dem Plasma eines
DC-Planar Magnetrons ist dargestellt. Das
Maximum der Verteilung bestimmt das
Plasma Potential. An die Extraktionshaube
des Analysators wurde eine Spannung
von – 6.0 VDC angelegt. Durch resonanten
Ladungstausch werden Argon-Ionen auf
diesem Potential gebildet. Der Einsatz des
Spektrums bei – 6 eV kann zum Kalibrieren
der Energieskala verwendet werden.
Der zeitliche Verlauf der Ionendichten bei
einem magnetisch modulierten Ar-H 2
Plasma wurde vermessen. Neben der
durch die magnetische Modulation induzierte
Periodizität ist deutlich das Zünden
eines mit Wechselstrom versorgten Filaments
zu sehen.
Mittels eines PPM 422 und eines Multi
Channel Scalers wurde der zeitliche Verlauf
der negativen Ionen in einem leistungsmodulierten
Silan-Plasma gemessen.

Bei der Energiemessung an Neutralen ist
die Auflösung des gesamten Systems von
großer Bedeutung.
Nicht nur alleine die Auflösung des Energiefilters
(CMA), sondern auch die Energieverteilung
der in der Ionenquelle gebildeten
Ionen bestimmt das Ergebnis.
In vorhergehenden Experimenten an extern
erzeugten thermischen Ionen wurde die
Energieauflösung des CMA zu 0.3 eV
(Halbwertsbreite) bestimmt.
Die Messung von in der Ionenquelle des
PPM 422 gebildeten Ionen zeigt, dass
deren Energieverteilung ebenfalls in der
gleichen Größenordnung liegt und zu
einer zusätzlichen Verbreiterung der Kurve
von 0.3 eV auf 0.64 eV führt. Mit dem
PPM 422 können also Ionen mit einer
Energieauflösung von 0.3 eV und Neutrale
mit einer Energieauflösung von 0.64 eV
gemessen werden. (Bei genauerem Hinsehen
fällt auf, dass das elektrische Feld
einer Ziehblende in den auf 100 VDC
gelegten Formationsraum hineingreift und
so zu einer Verschiebung der Energieskala
um etwa 2 eV führt.)
An einem DC-Planar Magnetron wurde die
Energieverteilung neutraler Cu-Atome vermessen.
Um gegen einen Untergrund
höher energetische Ionen zu diskriminieren,
wurde die Ionenquelle des Gerätes
auf + 100 VDC vorgespannt.
Das Standard-Gerät müsste leicht modifiziert
werden, um diese Empfindlichkeit zu
erreichen.
Der Öffnungswinkel zwischen Ionen-
Quelle und Extraktionsöffnung wurde
vergrößert.
Abbildung 58
Abbildung 59
53
Grundlagen

1 Grundlagen der Massenspektrometrie
Abbildung 60
Abbildung 61
54
1.4.6 Messbereichserweiterungen
Obwohl mit den obigen Geräten eine sehr
breite Palette von Applikationen abgedeckt
wird, müssen auch neueren Trends in der
Prozessführung Rechnung getragen werden.
Wurden in der Vergangenheit zum größten
Teil Niederdruckplasmen appliziert, so
gelangen heute vermehrt Gasentladungen,
die bei Atmosphärendruck betrieben werden,
zum Einsatz.
Um den Druckbereich der Analysegeräte
zu erweitern, wird möglichst auf bereits
vorhandene Geräte und Funktionseinheiten
zurückgegriffen, damit auch Kunden,
die bereits Standardgeräte besitzen, nur
noch die notwendigen Investitionen tätigen
müssen.
Aus einem leistungsmodulierten Silan
Plasma wurden negative Ionen extrahiert.
Die im Plasma befindlichen Cluster können
über einen weiten Massenbereich nachgewiesen
werden.
Durch Variieren der Elektronenenergie
beim PPM 422 kann zwischen Neutralteilchen
im Grundzustand und angeregeten
Neutralteilchen aus einem Plasma, so
genannten Radikalen, unterschieden werden.
Weitere Anwendungsbeispiele sind in den
ausgewählten Publikationen [12, 13, 14,
15, 16, 17, 18, 19] beschrieben.
Für zeitaufgelöste Messungen < 0.1 Sekunden
und zur Steigerung der Empfindlichkeit
kann das Signal aller mit einem
Ionenzähler ausgestatteten Massenspektrometer
mittels einer Signalverarbeitungselektronik
weiter verarbeitet werden.
Hierzu wird ein Signalwandler, der die
Zählpulse des Zählers in TTL-Signale
transferiert eingesetzt.
Abschirmungen gegen Magnetfelder:
Als weitere Option sind Abschirmungen
gegen starke Magnetfelder (bis zu 10 m
Tesla Flussdichte), die bei einigen Plasma
Prozessen auftreten und den Betrieb
stören könnten, erhältlich. Diese Abschir-

mungen sind im Rezipienten des Plasma
Monitors integriert.
Abschirmungen gegen hohe Magnetfelder
innerhalb der jeweiligen Prozessanlage
sind auf Anfrage erhältlich.
Messungen auf Substratebene sind in der
Publikation [11] beschrieben.
Beim Molekularstrahleinlass handelt es
sich um eine selbstzentrierende zweite differentielle
Pumpstufe, die an allen bereits
in Betrieb befindlichen PPM 422 und PPM
400 Geräten nachgerüstet werden kann.
Auch bei diesem Aufbau ist das elektrische
Potenzial der ersten, dem Plasma ausgesetzten,
Blende frei wählbar.
Langmuir Sonden:
Ergänzend zu einem Plasma Monitor können
Langmuir Sonden verwendet werden,
um die Elektronenenergie und deren Dichte
im Plasma zu bestimmen. Da aber bei
diesen Geräten das elektrische Potenzial
der ersten dem Plasma ausgesetzten Blende
frei wählbar ist, kann diese prinzipiell
als Langmuir Sonde betrieben werden.
Allerdings handelt es sich dann lediglich
um eine „Einzelprobe“.
Abbildung 62
55
Grundlagen

2 Massenspektrometer für die Restgasanalyse
Inhaltsverzeichnis
56
Seite
2 Massenspektrometer für die Restgasanalyse 56
2.1 Restgasanalyse im Hochvakuum 58
Prisma TM 80 58
Prisma TM 80 – TalkStar TM 59
Prisma TM QMS 200 F 60
2.2 Restgasanalyse im Ultrahochvakuum 62
Prisma TM QMS 200 M mit C-SEM 62
Prisma TM QMS 200 – Anschlussmöglichkeiten 64
Komponenten für den Multiplexbetrieb und Software-Update 65
QMG 422 mit QMA 125 66
Einzelkomponenten zu QMG 422 67

57
Anhang Ionenanalyse
Gasanalyse
Partialdruckmessung
Restgasanalyse
Grundlagen

2.1 Restgasanalyse im Hochvakuum
Technische Daten
Massenbereich 1–80 amu
Stabsystem, Durchmesser/Länge 6 mm/100 mm
Detektortyp Faraday
Nachweisgrenze 1 · 10 -12 mbar
Empfindlichkeit für Ar 1 · 10 -3 A/mbar
Betriebsdruck, max. 1 · 10 -4 mbar 1)
Beitrag zur Nachbarmasse (40/41) < 10 ppm
Reproduzierbarkeit des Peakverhältnisses 2) ± 0,5 %
Auflösung, bei 10 % Peakhöhe 0,5–2,5 amu
1) bei reduziertem Emissionsstrom auf 0,2 mA: 1 · 10 -3 mbar
2) bei konstanten Bedingungen während 8 Stunden, N2 und Ar aus Luft
Bestellnummer
Prisma 80 PTM04100
Lieferumfang
Maße in mm
58
Prisma 80
Preiswerte Lösung für Restgasanalyse und Lecksuche.
Bedienerfreundliche Software.
Auswählbare Partialdrücke.
Robuster Analysator.
Hohe Betriebsicherheit durch zwei Filamente.
TalkStar-Software mit RS-232-C-Kabel und Netzgerät SP 200 mit Netzkabel, Material zum Einbau
Einzelkomponenten
Betriebstemperatur/Elektronik 0–40 °C
Betriebstemperatur/Analysator max. 150 °C
Messgeschwingigkeit, Scan analog 200 ms–60 s/amu
Messgeschwingigkeit, Scan Bargraph 20 ms–60 s/amu
Messgeschwingigkeit, MID 10 ms–60 s/amu
Zahl der Messkanäle im MID 64
RS-232-C Schnittstelle 1200–19200 bits/s
digitale Ausgänge 2 Relais, 24 VDC
Versorgungsspannung 90 ... 260 VAC
Gewicht 3 kg
Prisma 80 Bestellnummer
Analysator, QMA 200 F PTM25250
Elektronik, QME 80 PTM28515
Katodeneinheit, 2 Filamente, yttriertes Iridium BN846138-T

Prisma 80 – TalkStar
59
Restgasanalyse

2.1 Restgasanalyse im Hochvakuum
Maße in mm
60
Prisma QMS 200 F
mit Faraday-Detektor
Wirtschaftliche Restgasanalyse und Vakuum-Prozessüberwachung im
Hochvakuumbereich.
Einfache Integration in Anlagen.
Schnelle, störungsfreie Datenübertragung mit Lichtleitern.
Multiplexbetrieb.
Hohe Betriebsicherheit durch zwei Filamente.
Massenbereiche 1–100 amu, 1–200 amu, 1–300 amu.
Übersicht Prisma QMS 200 F mit Faraday-Detektor
QMS 200 F1 QMS 200 F2 QMS 200 F3
Massenbereich amu 1–100 1–200 1–300
Stabsystem, Durchmesser/ Länge mm 6/100 6/100 6/100
Nachweisgrenze, min. mbar 1 · 10 -12 2 · 10 -12 4 · 10 -12
Empfindlichkeit für Ar A/mbar 1 · 10 -3 6 · 10 -4 3 · 10 -4
Betriebsdruck, max. 1) mbar 1 · 10 -4 1 · 10 -4 1 · 10 -4
Beitrag zur Nachbarmasse (40/41) ppm < 10 < 20 < 50
Betriebstemperatur/Analysator °C 150 150 150
Anschlussflansch DN 40 CF-F DN 40 CF-F DN 40 CF-F
Gewicht kg 3 3 3
1) bei reduziertem Emissionsstrom auf 0,2 mA: 1 · 10 -3 mbar
Allgemeine Technische Daten
Auflösung, bei 10 % Peakhöhe 0,5–2,5 amu
Messgeschwingigkeit, Scan analog 200 ms–60 s/amu
Messgeschwindigkeit, Scan Bargraph 20 ms–60 s/amu
Messgeschwindigkeit, MID 10 ms–60 s/amu
Zahl der Messkanäle im MID 64
Reproduzierbarkeit des Peakverhältnisses 2) ± 0,5 %
2) bei konstanten Bedingungen während 8 Stunden, N2 und Ar aus Luft, 100 amu
3) durch Bestellnummer definiert
Informationen zu Schnittstellen, Ein- und Ausgängen siehe Seite 64 und 65
Betriebstemperatur/Elektronik 0–40 °C
Ausheiztemperatur, Analysator 200 °C/300 °C 3)
Temperatur, Lagerung –25 – +70 °C
LAN-Schnittstelle 2,5 Mbits/s, ArcNet
RS-232-C Schnittstelle 300–19200 bits/s
Versorgungsspannung 90 ... 260 VAC
QMS 200 F QMS 200 F 90°-Anschluss

Prisma QMS 200 F Varianten
Prisma QMS 200 F-Bestellnummern
Prisma mit 90°-Anschluss
– Falls die Platzverhältnisse den Einbau der Standard-Version nicht zulassen
– Technische Daten identisch mit Standard-Version
Analysator für Ausheiztemperatur bis 300 °C
– Technische Daten wie Standard-Version
Beispiel:
PT M03 111 211
1 – Massenbereich: 1–100 amu
1 – Faraday-Detektor
1 – offene Ionenquelle
2 – yttr. Iridium-Katode
1 – 200 °C Ausheiztemperatur
1 – 0°-Anschluss
Lieferumfang
QuadStar-Software mit RS-232-C-Kabel und Adapter, Netzgerät SP 200 mit Netzkabel, Anschlussstecker „Control“, Material zum Einbau
Informationen zur Software siehe Abschnitt 1.2.4
Einzelkomponenten
QMS 200 F mit Faraday-Detektor Bestellnummer
Analysator, QMA 200 F mit Wolframkatode PTM25251
Analysator, QMA 200 F mit yttr. Iridiumkatode PTM25250
Elektronik QME 200, 1–100 amu PTM28504
Elektronik QME 200, 1–200 amu PTM28500
Elektronik QME 200, 1–300 amu PTM28502
Katodeneinheit, 2 Filamente, Wolfram, für offene Ionenquelle BN846139-T
Katodeneinheit, 2 Filamente, yttr. Iridium, für offene Ionenquelle BN846138-T
Zubehör
offene Ionenquelle 1
Faraday-Detektor 1
PT M03 011 000
Massenbereich
1–100 amu 1
1–200 amu 2
1–300 amu 3
Ausheiztemperatur
1 200 °C
2 300 °C
Anschluss
1 0°
2 90°
Katode
1 Wolfram
2 yttriertes Iridium
Für spezielle Anwendungen
Prisma-Analysatoren mit
Molybdän-Verdrahtung auf Anfrage
QMS 200 F mit Faraday-Detektor Bestellnummer
Optical HUB, OHA 200, 5 Ports PT442510-T
Optical HUB, OHA 200, 10 Ports PT442520-T
ArcNet/PCMCIA-Adapterset PT442530-T
PCI-PCMCIA-Adapterkarte für PC PT442540-T
Lichtleiter, 10 m P51596152H
Lichtleiter, 20 m P51596152K
Lichtleiter, 50 m P51596152Q
Totaldruckmessröhre, PKR 251, DN 40 CF, Viton-gedichtet, 5 · 10 -9 bis 1000 mbar PTR26002
Totaldruckmessröhre, PKR 261, DN 40 CF, metallisch gedichtet, 5 · 10 -9 bis 1000 mbar PTR26252
Verbindungskabel, PKR-QMS 200, 3 m PT448250-T
61
Restgasanalyse

2.2 Restgasanalyse im Ultrahochvakuum
Maße in mm
QMS 200 M
offene Ionenquelle
62
Prisma QMS 200 M mit C-SEM
Wirtschaftliche Restgasanalyse und Vakuum-Prozessüberwachung im
Hoch- und Ultrahochvakuumbereich.
Auch für analytische Aufgaben einsetzbar.
Einfache Integration in Anlagen.
Schnelle, störungsfreie Datenübertragung mit Lichtleitern.
Multiplexbetrieb.
Hohe Betriebsicherheit durch zwei Filamente.
Massenbereiche 1–100 amu, 1–200 amu, 1–300 amu.
Übersicht Prisma QMS 200 M
mit kontinuierlichem Sekundärelektronenvervielfacher QMS 200 M1 QMS 200 M2 QMS 200 M3
Massenbereich amu 1–100 1–200 1–300
Stabsystem, Durchmesser/Länge mm 6/100 6/100 6/100
Nachweisgrenze, min. mbar Faraday 5 · 10-12 1 · 10-11 2 · 10-11 C-SEM 1 · 10-14 < 2 · 10-14 < 4 · 10-14 Empfindlichkeit für Ar A/mbar Faraday 5 · 10-4 3 · 10-4 1,5 · 10-4 C-SEM 200 200 100
Betriebsdruck, max. mbar Faraday 1 · 10-4 1 · 10-4 1 · 10-4 C-SEM 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 Beitrag zur Nachbarmasse (40/41) ppm < 10 < 20 < 50
Betriebstemperatur/Analysator °C 120 120 120
Anschlussflansch DN 40 CF-F DN 40 CF-F DN 40 CF-F
Gewicht kg 4,4 4,4 4,4
Allgemeine Technische Daten
Auflösung, bei 10% Peakhöhe 0,5–2,5 amu
Messgeschwingigkeit, Scan analog 200 ms–60 s/amu
Messgeschwingigkeit, Scan Bargraph 20 ms–60 s/amu
Messgeschwingigkeit, MID 10 ms–60 s/amu
Zahl der Messkanäle im MID 64
Reproduzierbarkeit des Peakverhältnisses1) ± 0,5 %
1) bei konstanten Bedingungen während 8 Stunden, N2 und Ar aus Luft,
Faraday 100 amu
2) durch Bestellnummer definiert
Informationen zu Schnittstellen, Ein- und Ausgängen siehe Seite 64 und 65
*
QMS 200 M
Crossbeam Ionenquelle
Betriebstemperatur/Elektronik 0–40 °C
Ausheiztemperatur, Analysator 200 °C/300 °C 2)
Temperatur, Lagerung – 25 – +70 °C
LAN-Schnittstelle 2,5 Mbits/s, ArcNet
RS-232-C Schnittstelle 300–19200 bits/s
Versorgungsspannung 90 ... 260 VAC
QMS 200 M 90°-Anschluss
offene Ionenquelle
*
* Gasdichte
Ionenquelle 90,6

Prisma QMS 200 M-Bestellnummern
Lieferumfang
Prisma QMS 200 M Varianten
Prisma mit 90°-Anschluss
– Falls die Platzverhältnisse den Einbau der
Standard-Version nicht zulassen
– Technische Daten identisch mit Standard-
Version
Analysator für Ausheiztemperatur bis 300 °C
– Technische Daten wie Standard-Version
Crossbeam Ionenquelle
– Für qualitatitve und quantitative Analyse
– Für Korrosivgasmessungen
Gasdichte Ionenquelle
– Besonders geeignet zur Analyse von Gasen
oder Gasgemischen, die unter erhöhtem
Druck vorliegen und über Druckreduziereinrichtungen
(Blende, Ventil) direkt dem
Ionisierungsraum der Ionenquelle zugeführt
werden.
– Verbessertes Verhältnis Signal zu Untergrund
– Kleiner Gasverbrauch
– Kleine Vakuum-Zeitkonstante
– Leitwert 0,8 l/s für N 2
Beispiel:
PT M03 121 212
1 – Massenbereich: 1–100 amu
2 – C-SEM
1 – offene Ionenquelle
2 – yttr. Iridium-Katode
1 – 200 °C Ausheiztemperatur
2 – 90°-Anschluss
QuadStar-Software mit RS-232-C-Kabel und Adapter, Netzgerät SP 200 mit Netzkabel, Anschlussstecker „Control“, Material zum Einbau
Informationen zur Software siehe Abschnitt 1.2.4
Einzelkomponenten
QMS 200 M mit C-SEM Bestellnummer
Analysator, QMA 200 M, offene Ionenquelle mit W-Katode PTM25253
Analysator, QMA 200 M, offene Ionenquelle mit yttr. Ir-Katode PTM25252
Analysator, QMA 200 M, offene Ionenquelle mit W-Katode, 300 °C PTM25273
Elektronik QME 200 mit C-SEM-Versorgung, 1-100 amu PTM28505
Elektronik QME 200 mit C-SEM-Versorgung, 1-200 amu PTM28501
Elektronik QME 200 mit C-SEM-Versorgung, 1-300 amu PTM28503
Katodeneinheit, 2 Filamente, Wolfram, für offene Ionenquelle BN846139-T
Katodeneinheit, 2 Filamente, yttr. Iridium, für offene Ionenquelle BN846138-T
Katodeneinheit, 2 Filamente, Wolfram, für gasdichte Ionenquelle BN846281-T
Katodeneinheit, 2 Filamente, Wolfram, für Crossbeam-Ionenquelle PT160000-T
Zubehör
Ionenquelle
offen (Standard) 1
gasdicht (nur mit W-Katode) 2
Crossbeam (nur mit W-Katode) 3
PT M03 020 000
Massenbereich
1–100 amu 1
1–200 amu 2
1–300 amu 3
C-SEM 2
Ausheiztemperatur
1 200 °C
2 300 °C
Anschluss
1 0°
2 90°
Katode
1 Wolfram
2 yttriertes Iridium
Für spezielle Anwendungen
Prisma-Analysatoren mit
Molybdän-Verdrahtung auf Anfrage
QMS 200 M mit C-SEM Bestellnummer
Optical HUB, OHA 200, 5 Ports PT442510-T
Optical HUB, OHA 200, 10 Ports PT442520-T
ArcNet/PCMCIA-Adapterset PT442530-T
PCI-PCMCIA-Adapterkarte für PC PT442540-T
Lichtleiter, 10 m P51596152H
Lichtleiter, 20 m P51596152K
Lichtleiter, 50 m P51596152Q
Rezipient für differentielle Druckstufe (Maßbild Seite 87) PT442830-T
Totaldruckmessröhre, PKR 251, DN 40 CF, Viton-gedichtet, 5 · 10 -9 bis 1000 mbar PTR26002
Totaldruckmessröhre, PKR 261, DN 40 CF, metallisch gedichtet, 5 · 10 -9 bis 1000 mbar PTR26252
Verbindungskabel, PKR-QMS 200, 3 m PT448250-T
63
Restgasanalyse

2.2 Restgasanalyse im Ultrahochvakuum
Prisma QMS 200 M – Anschlussmöglichkeiten
Totaldruck-Messung und
Anlagen-Verriegelung als Option
TPR Pirani CompactGauge
PKR FullRange CompactGauge
Andere Typen von Messröhren via Analogeingang
oder externe Verriegelung
64
Kontakt
5 V DC
5 · 10 -9 mbar
5 · 10 -4 mbar
1000 mbar
1000 mbar
ArcNet Karte
im PC
Externer Start Analog-Ausgänge Analog-Eingänge Digital-Ausgänge
Spezifikation Kontakt 4 Kanäle 2 Kanäle 2 Relais
5 V DC – 5,12 – + 5,12 V – 5,12 – + 5,12 V N. O.
16 bit 11 bit 24 V DC
Merkmale Gemessene Werte Einlesen von Daten Freie Zuordnung
(z. B. Ionenstrom) z. B. Druck, von Schaltfunktionen
Verhältnisse Temperatur, Gasfluss
(Konzentration)
Anwendungsbeispiele Starten des Diagnose via Schreiber, Korrelation von Prozess- Schaltpunkt ein/aus
Messzyklus Oszilloskop mit Spektrometer-Daten Ventil auf/zu
Prozessführung Alarm
PC
24 V DC
Spannung 90–260 V AC
Frequenz 47–63 Hz
Netzgeräte SP 200
L x B x H
180 x 95 x 60 mm
Kabellänge 3 m
Gewicht 0,7 kg

Komponenten für den Multiplexbetrieb und Software-Update
Einzelkomponenten
Optical Hub Bestellnummer
OHA 200, 5 Ports PT442510-T
OHA 200, 10 Ports PT442520-T
Zubehör
Optical Hub Bestellnummer
ArcNet/PCMCIA-Adapterset PT442530-T
PCI-PCMCIA-Adapterkarte für PC PT442540-T
Lichtleiter, 10 m P51596152H
Lichtleiter, 20 m P51596152K
Lichtleiter, 50 m P51596152Q
Software-Update Bestellnummer
Update für QuadStar und TalkStar PT882093-T
B
A C
Optical HUB OHA 200
Schnelle und störungsfreie Datenübertragung mit Lichtleitern,
auch über grosse Distanzen, bis zu 1000 m.
Multiplexing – gleichzeitiger Betrieb mehrerer Geräte über die optische
Schnittstelle.
A = 157,5 mm
B = 62,2 mm
C = 199,0 mm
65
Restgasanalyse

2.2 Restgasanalyse im Ultrahochvakuum
QMG 422 mit QMA 125
Restgasanalyse und Vakuum-Prozessüberwachung
auch im extremen UHV-Bereich.
Ideal für die Restgasanalyse an Beschleunigern.
Lieferumfang
Ausführung mit Bestellnummer
Axial-Ionenquelle mit Re-Filament PTM27103
Cross-Beam-Ionenquelle mit zwei W-Filamente PTM27104 PTM27154
gasdichte Crossbeam-Ionenquelle mit zwei W-Filamente PTM27105 PTM27155
Gitter-Ionenquelle mit W-Filament PTM27106
vakuumgeglühter QMA m. Gitter-Ionenquelle, W-Filament PTM27107 PTM27110
Weitere Gerätekombinationen auf Anfrage
66
Analysator Elektrometer-
Vorverstärker
QMA 125
Ionenquellen: DN 63 CF
Axial-
Crossbeam-
Gitter-
Detektor: Faraday/90° off-axis SEV
Ausheiztemperatur: 400 °C
Übersicht QMG 422
EP 422
Standard 0.17 m
Für hohe Strahlenbelastung
6 m
(nur für 1–100 amu)
Quadrupol-
Elektronik
QME 125-1
oder 125-2
Analyse schneller Vorgänge.
Modular, anpassungsfähig, ausbaubar.
Massenbereich 1–100 amu, 1–200 amu.
Standard 3 m
Option 10/20 m
Steuergerät QMS 422 QuadStar 422
QuadStar Software
mit RS-232-C Kabel
und Adapter
Ausführung 90°-SEV/Faraday 90°-SEV/Faraday 90°-SEV/Faraday
Massenbereich amu 1–100 1–100 1–200
Stabsystem, Durchmesser/Länge mm 6/100 6/100 6/100
Quadruopl-Elektronik QME 125-1 QME 125-1 QME 125-2
Verbindungskabel QMA/QME m 0,17 6 0,17
Nachweisgrenze, min. mbar Faraday 2 · 10 -11 1 · 10 -10 4 · 10 -11
90°-SEV 5 · 10 -15 5 · 10 -14 1 · 10 -14
Empfindlichkeit für Ar A/mbar Faraday 1,5 · 10 -4 5 · 10 -5 1 · 10 -4
90°-SEV 1000 1000 1000
Betriebsdruck, max. mbar Faraday 1 · 10 -4 1 · 10 -4 1 · 10 -4
90°-SEV 1 · 10 -5 1 · 10 -5 1 · 10 -5
Partialdruckverhältnis mit SEV ppm < 0,1 < 0,1 < 0,1
Betriebstemperatur/Analysator °C 150 150 150
Ausheiztemperatur/Analysator °C 400 400 400
Anschlussflansch DN 63 CF-F DN 63 CF-F DN 63 CF-F
Technische Daten des Steuergeräts QMS 422 siehe Seite 74
PC

Einzelkomponenten zu QMG 422
Analysator QMA 125 Bestellnummer
mit 90°-SEV, Axial-Ionenquelle, Re-Filament PTM10774
mit 90°-SEV, Cross-Beam-Ionenquelle, 2 W-Filamente PTM10775
mit 90°-SEV, gasdichte Cross-Beam-Ionenquelle, 2 W-Filamente PTM10770
mit 90°-SEV, Gitter-Ionenquelle, W-Filament PTM10776
vakuumgeglüht, mit 90°-SEV, Gitter-Ionenquelle, W-Filament PTM10777
Filamente zu QMA 125 Anzahl Rhenium Wolfram yttr. Iridium
für Axial-Ionenquelle 1 Stück BN845061-T BN845082-T BN845166-T
5 Stück BN845018-T BN845031-T –
für Cross-Beam-Ionenquelle (auch gasdicht) 2 Stück BN845052-T BN845088-T BN845282-T
für Gitter-Ionenquelle 1 Stück – BN845291-T –
SEV 217
Sekundär-Elektronen-Vervielfacher, 17 Cu-Be-Dynoden, 400 °C ausheizbar BG521611-X
Quadrupol-Steuergerät QMS 422
mit Quadrupol-Controller QC 422 (Technische Daten und Einbaumaße siehe Seite 74) PTM26580
Quadrupol-Elektronik QME 125
enthält den RF-Generator, die Ionenquellenversorgung und den Hochspannungsgenerator für den SEV
QME 125-1; 2,45 MHz (1-100 amu), Kabellänge QME/QMA 0,17 m, Gewicht 2,5 kg PTM36376
QME 125-1; 2 MHz (1-100 amu), Kabellänge QME/QMA 6 m, Gewicht 4 kg PTM36382-1
QME 125-2; 2 MHz (1-200 amu), Kabellänge QME/QMA 0,17 m, Gewicht 2,5 kg PTM36378
Kabel QME/Steuergerät, 10 m BG448197-T
Kabel QME/Steuergerät, 20 m BG448170-T
QME-Halterung, DN 63 CF BG546510-T
Elektrometer-Vorverstärker EP 422
schneller, hochempfindlicher Strom/Spannungskonverter mit Autoranging in allen Bereichen
für den direkten Anschluss am Analysator, einschließlich Kabel zur QME
Zubehör zu QMG 422
Ein-/Ausgangsmodule sowie Komponenten für Multiplexbetrieb und für den Ausbau mit Ionenzähler siehe
Zubehör zu QMG 422, Seite 73
Maße in mm
QMA 125 mit 90° off-axis SEV
*
– Axial-Ionenquelle = 30,5 mm
– Gitter-Ionenquelle = 29 mm
– Cross-Beam-Ionenquelle = 18,6 mm
(10 mm bis Mitte des empfindlichen
Volumens)
– Gasdichte Cross-Beam-Ionenquelle =
18,6 mm (10 mm bis zum Gasanschluss)
PT444570-T
67
Restgasanalyse

3 Massenspektrometer für die Gasanalyse
Inhaltsverzeichnis
68
Seite
3 Massenspektrometer für die Gasanalyse 68
3.1 Gasanalyse im Druckbereich < 10 -4 mbar 70
QMG 422 mit QMA 400/410/430 70
Einzelkomponenten zu QMG 422 72
Zubehör zu QMG 422 73
Quadrupol-Steuergerät QMS 422 74
Hochfrequenzgeneratoren QMH 400/410 75
3.2 Gasanalyse im Druckbereich bis 10 mbar 76
SPM Sputterprozessmonitor 76
Einzelkomponenten/Zubehör 79
HPA 200 High Pressure Analyzer 80
Einzelkomponenten/Zubehör 81
Komponentenbeispiele/Einzelkomponenten 82
3.3 Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar 84
OmniStar TM GSD 301 O für die allgemeine Gasanalyse 84
Lieferbare Optionen zu OmniStar TM GSD 301 O 85
Gas Stream Selector GSS 300 85
ThermoStar TM GSD 301 T für die Kupplung mit Thermowaagen 86
Zubehör 87
Komponentenbeispiele 88
Rezipienten und LN 2-Kühlfalle 89
Gaseinlass-Systeme/Einzelkomponenten/Zubehör 90
Pumpsysteme 92

69
Anhang Ionenanalyse
Gasanalyse
Partialdruckmessung
Restgasanalyse
Grundlagen

3.1 Gasanalyse im Druckbereich < 10 -4 mbar
QMG 422 mit QMA 400/410/430
Einheitsauflösung in allen Massenbereichen, auch bis
2048 amu.
Höheres Auflösungsvermögen einstellbar, auch bei niederen
Massenzahlen, z. B. zur Trennung von He und D2. Erfüllt analytische Anforderungen: Nachweis im ppb-
Bereich, hohe Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität,
kleiner Beitrag zur Nachbarmasse, hohe Dynamik.
Lieferumfang
Technische Daten des Steuergeräts QMS 422 siehe Seite 74
70
QMA
DN 63 CF
DN 100 CF
Ionenquellen:
Axial-
Cross-Beam- (mit Magnet)
Gasdichte Cross-Beam- (mit Magnet)
Gitter-(vakuumgeglüht)
Cross-Beam mit Ionenoptik
Detektoren:
Faraday/90° off-axis SEV
Ausheiztemperatur:
400 °C
EP
0.7 m
QMH
400
410
Nachweis von Neutralteilchen, positiven und negativen
Ionen.
Modular, anpassungsfähig, ausbaubar.
Multiplexbetrieb.
Analysator Vorverstärker HF-Generator Steuergerät QMS 422 QuadStar 422
Standard 3 m
Option 10 m
Grundausstattung:
Quadrupol-Kontroller QC 422
Ionenquellenversorgung IS 420
Hochspannungsversorgung
HV 420/421
Zusatzmodule:
Siehe Seite 73
PC
QuadStar-Software mit
RS-232-C Kabel und Adapter

Übersicht QMG 422
Massenbereich in amu 1-128 1-128 1-340 1-340 1-300
Nachweisgrenze, min. mbar 5 · 10-16 – 1 · 10-15 – 2 · 10-15 Empfindlichkeit für Ar, min. 1) A/mbar 1 · 10-3 1 · 10-3 5 · 10-4 5 · 10-4 2 · 10-4 Betriebsdruck Faraday, max. mbar 1 · 10-4 1 · 10-4 1 · 10-4 1 · 10-4 1 · 10-4 SEV, max. mbar 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 Partialdruckverhältnis mit SEV ppb < 0,3 < 0,3 < 0,5 < 0,5 < 1
Analysator QMA 410 QMA 410 QMA 410 QMA 410 QMA 430
Stabsystem, Material/Durchmesser/Länge mm Mo/16/300 Mo/16/300 Mo/16/300 Mo/16/300 Edelstahl/8/200
90° off-axis SEV SEV 217 SEV 218 SEV 217 SEV 218 SEV 217
Hochspannungsversorgung HV 420 HV 421 HV 420 HV 421 HV 420
Hochfrequenzgenerator QMH 400-1 QMH 400-1 QMH 410-3 QMH 410-3 QMH 400-5
Elektrometer-Vorverstärker EP 422 EP 422 EP 422 EP 422 EP 422
Betriebstemperatur/Analysator °C 150 150 150 150 150
Ausheiztemperatur/Analysator °C 4003) 4003) 4003) 4003) 400
Anschlussflansch DN 100 CF-F DN 100 CF-F DN 100 CF-F DN 100 CF-F DN 63 CF-F
mit Ionenquelle Bestellnummer
Axial-, mit Re-Filament - - - - PTM27320
Cross-Beam-, mit 2 W-Filamente PTM27316 PTM27318 PTM27317 PTM27319 PTM27321
Cross-Beam-, mit Führungsmagnet und 2 W-Filamente PTM27300 PTM27305 PTM27310 PTM27315 -
gasdichte Cross-Beam-, mit 2 W-Filamente PTM27301 - - - PTM27322
gasdichte Cross-Beam-, mit Führungsmagnet
und 2 W-Filamente
PTM27302 - PTM27311 -
Gitter-, mit W-Filament - - - - PTM27323
Massenbereich in amu 1-512 1-512 1-1024 1-2048
Nachweisgrenze, min. mbar 1 · 10-15 - - -
Empfindlichkeit für Ar, min. 1) A/mbar 5 · 10-4 5 · 10-4 2 · 10-4 1 · 10-4 Betriebsdruck Faraday, max. mbar 1 · 10-4 1 · 10-4 1 · 10-4 1 · 10-4 SEV, max. mbar 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 Partialdruckverhältnis mit SEV ppb

3.1 Gasanalyse im Druckbereich < 10 -4 mbar
Einzelkomponenten zu QMG 422
Analysatoren QMA 400 QMA 410 QMA 430
Stabsystem/Material QMF 150/Mo QMF 160/Mo QMF 130/Edelst.
Stabdurchmesser/Stablänge mm 8/200 16/300 8/200
Betriebstemperatur/Analysator °C 150 150 150
Ausheiztemperatur/Analysator °C 400 1) 400 1) 400 1)
Anschlussflansch DN 63 CF-F DN 100 CF-F DN 63 CF-F
Gewicht mit 90°-SEV kg 10,7 17,2 10,7
mit SEV 217, Axial-Ionenquelle, Re-Filament
Bestellnummer
PTM07710 - PTM09710
mit SEV 217, Cross-Beam-Ionenquelle, 2 W-Filamente PTM07711 - PTM09711
mit SEV 217, Cross-Beam-Ionenquelle, mit Führungsmagnet
und 2 W-Filamente
PTM07718 PTM08711 -
mit SEV 217, gasdichte Cross-Beam-Ionenquelle, 2 W-Filamente PTM07713 PTM08712 PTM09712
mit SEV 217, Cross-Beam-Ionenquelle, 2 W-Filamente,
Ionenoptik, 3-linsig
PTM07717 - -
mit SEV 217, Gitter-Ionenquelle, W-Filament PTM07715 - PTM09713
Filamente zu QMA 400/410/430 Anzahl Rhenium Wolfram yttr. Iridium
für Axial-Ionenquelle
1 Stück
5 Stück
-
BN845022-T
-
BN845024-T
BN845057-T
-
für Cross-Beam-Ionenquelle (auch gasdicht) 2 Stück BN845052-T BN845088-T BN845282-T
für Gitter-Ionenquelle 1 Stück - BN845095-T -
Sekundär-Elektronen-Vervielfacher Bestellnummer
SEV 217 mit 17 Cu-Be-Dynoden, 400 °C ausheizbar BG521611-X
SEV 218 mit Konversionsdynode, 18 Cu-Be-Dynoden, 400 °C ausheizbar BG444220-T
HC-SEV 218 auf Flansch montiert, für den Umbau SEV 217 auf SEV 218 BG444248-T
Quadrupol-Steuergerät QMS 422 Bestellnummer
mit Quadrupol-Controller QC 422, technische Daten siehe Seite 74 PTM26580
Ionenquellenversorgung IS 420 Bestellnummer
zum Einbau in das Steuergerät QMS 422, benötigt 5 Steckplätze
die IS 420 versorgt die Ionenquellen und die Ionenoptiken
BG512900-T
Kabel IS 420/QMA, 3 m BG548082-T
Kabel IS 420/QMA, 10 m BG548083-T
Hochspannungsversorgung HV 420/421
zum Einbau in das Steuergerät QMS 422 Bestellnummer
HV 420, benötigt 2 Steckplätze im QMS 422 und ein Kabel HV/SEV
liefert die Betriebsspannung 0 bis –3,5 kV, in 1 V-Schritten einstellbar, für den SEV 217
HV 421, benötigt 3 Steckplätze im QMS 422 und zwei Kabel HV/SEV
BG546040-T
liefert die Betriebsspannung 0 bis –3,5 kV, in 1 V-Schritten einstellbar, für SEV 217/218,
liefert die Betriebsspannung für den Nachweis von positiven und negativen Ionen mit dem SEV 217,
und die Nachbeschleunigerspannung (–6 kV) für den SEV 218
BG442250-T
Kabel HV/SEV, 3 m BG541978-T
Kabel HV/SEV, 10 m BG541979-T
1) mit Führungsmagnet max. 300 °C
72

Hochfrequenzgeneratoren QMH 400/410
einschließlich Kabel QMH/QMA 0,7 m; technische Daten siehe Seite 75 Bestellnummer
QMH 400-1; 2,05 MHz PTM23067
QMH 400-5; 2,25 MHz PTM23066
QMH 410-1; 1,7 MHz PTM40566
QMH 410-2; 1,3 MHz PTM40567
QMH 410-3; 1,4 MHz PTM40568
Verlängerungskabel QMH/QMS 422, 7 m BG448175-T
Elektrometer-Vorverstärker EP 422 Bestellnummer
schneller, hochempfindlicher Strom/Spannungskonverter mit Autoranging in allen Bereichen
PT444570-T
für den direkten Anschluss am Analysator, einschließlich Kabel zum QMH
Zubehör zu QMG 422
Ein-/Ausgangsmodule zum QMS 422 Bestellnummer
AI 421 Analog-Input, 16 Kanäle, ±10,24 V, 12 bit BG442240-T
IC/AO 421 Analog-Output einschl. Ionenzähler, 12 Kanäle, ±10,24 V, 12 bit BG442320-T
DI 420 Digital-Input, 32 Eingänge BG574700-T
DO 420 Digital-Output, 32 Ausgänge BG546004-T
Für den Ausbau mit Ionenzähler Bestellnummer
IC/AO 421 Ionenzähler einschl. Analog-Output, Zählerfrequenz, max. 50 MHz; Pulsbreite min. 10 ns BG442320-T
CP 400 Ionenzähler-Vorverstärker, Pulsbreite, min. 10 ns typ., Doppelpulsauflösung < 20 ns, Maßbild Seite 75 PT442210-T
Kabel CP/IC, 3 m BG448134-T
Kabel CP/IC, 10 m BG448199-T
Für LAN- und Multiplexbetrieb
Technische Daten siehe Seite 65 Bestellnummer
OHA 200, Optical HUB, 5 Ports PT442510-T
OHA 200, Optical HUB, 10 Ports PT442520-T
ArcNet/PCMCIA-Adapterset PT442530-T
PCI-PCMCIA-Adapterkarte für PC PT442540-T
Lichtleiter, 10 m P51596152H
Lichtleiter, 20 m P51596152K
Lichtleiter, 50 m P51596152Q
Rezipienten und Gaseinlasssysteme für den Aufbau kompletter Analysesysteme für höhere Druckbereiche
siehe Seite 82/83 und ab Seite 88.
Maße in mm
QMA 400, QMA 430
mit 90° off-axis SEV
QMA 410
mit 90° off-axis SEV
*
– Axial-Ionenquelle = 26 mm
– Gitter-Ionenquelle = 27 mm
– Cross-Beam-Ionenquelle = 35,5 mm
(23.5 mm bis Mitte des empfindlichen Volumens)
– Gasdichte Cross-Beam-Ionenquelle = 48 mm
(Gasanschluss in Achse)
– Ionenoptik, 3-linsig = 129 mm
– Cross-Beam-Ionenquelle mit axialer Ionenoptik = 43,5 mm
– Cross-Beam-Ionenquelle mit 3-linsiger Ionenoptik = 171 mm
EP 422 Elektrometer-Vorverstärker
73
Gasanalyse

3.1 Gasanalyse im Druckbereich < 10 -4 mbar
Es zeichnet sich aus durch:
– hohe Messgeschwindigkeit durch Multiprozessortechnologie
mit paralleler Messdatenerfassung und
Ablaufsteuerung
– Elektometerverstärker mit Autoranging in allen Bereichen
bis zu Messzeiten von 10 ms/amu und Fixrange für alle
Messgeschwindigkeiten
– Optimierte Rohdatenerfassung durch Abstimmung auf
das Messproblem mittels unterschiedlicher Betriebsarten
Technische Daten
Messgeschwindigkeit, MID 0,5 ms–60s
Messgeschwindigkeit, Scan analog 0,5 ms/u–60s/u
Messgeschwindigkeit, Scan Bargraph 0,5 ms/u–60 s/u
Zahl der Messkanäle im MID 64
Betriebstemperatur/Elektronik +5 bis +40 °C
Temperatur, Lagerung –40 bis +65 °C
LAN-Schnittstelle 2,5 Mbits/s, ArcNet
RS-232-C Schnittstelle 300–19200 bits/s
Analoganschlüsse ELM OUT/EXT IN ± 10,24 V
Digitalanschluss, EXT PROT TTL
Digitalanschluss, START/RUN IN TTL
SYNC TTL
ELM/MON ± 10,24 V
Scan 0 ... +10,24 V
Versorgungsspannung 90–265 V/47–63 Hz
Gewicht 9,8 kg
Maße in mm
QMS 422
74
Quadrupol-Steuergerät QMS 422
Das QMS 422 enthält den Quadrupol-Controller QC 422, ein Netzteil
sowie einen Datenbus mit 14 freien Steckplätzen. Durch die Bestückung
mit Funktionsmodulen kann das Gerät der jeweiligen Anforderung
angepasst werden.
– Servicehilfen durch interne Spektrensimulation und vorbereitete
Diagnose per Modem
– Einfache Messdatenverarbeitung durch unterschiedliche
Messalgoritmen wie fortlaufende Mittelwertbildung,
automatische Messbereichssuche und Peakspringen in
Einheitsschritten
Module und Erweiterungskarten:
freie Bus-Steckplätze 14
Module, Platzbedarf/max. Aufrüstung:
IS 420 5/1
HV 420 2/1
HV 421 3/1
AI 421 1/1
DI 420 1/2
DO 420 1/3
Zusatzkarte für QC: IC/AO 421 max. 1

Hochfrequenzgeneratoren QMH 400/410
Die quarzstabilisierten Hochfrequenzgeneratoren liefern dem Massenfilter
die notwendigen Spannungen. Die Verbindung zum QMA erfolgt über
zwei, zum Lieferumfang gehörende, 0,7 m lange HF-Kabel. Das Verbindungskabel
zum Steuergerät ist 3 m lang. Der Ausgang der Hochfrequenzgeneratoren
ist erdfrei aufgebaut. Das Bezugspotential ist identisch
mit dem Feldachsenpotential und kann zwischen 0 und –60 V gegenüber
dem Formationsraum (Potential, auf dem die Ionen entstehen) eingestellt
werden.
Hierdurch ergeben sich folgende entscheidende Vorteile:
– „hochliegende“ Ionenquelle, dadurch wird die Elektronenemission in
die Umgebung wirksam verhindert
– hohe Ioneneinschussenergie, dadurch kurze Aufenthaltsdauer der
Ionen in den Übergangsfeldern
Technische Daten
Massenbereich QMH 400-1 QMH 400-5 QMH 410-1 QMH 410-2 QMH 410-3
mit QMA 430 – 1–300 amu – – –
mit QMA 400 – 1–512 amu 1–1024 amu 1–2048 amu –
mit QMA 410 1–128 amu – – – 1–340 amu
HF-Frequenz 2,05 MHz 2,26 MHz 1,7 MHz 1,3 MHz 1,4 MHz
Gewicht 4,5 kg 4,5 kg 6 kg 6 kg 6 kg
Verlängerungskabel
QMH/QMS, 7 m
Maße in mm
QMH 400 QMH 410
Ionenzähler-Vorverstärker CP 400
Bestellnummer
PTM23067 PTM23066 PTM40566 PTM40567 PTM40568
– – – – BG448175-T
Maße in mm
D-SUB
SHV
171
75
32
75
Gasanalyse

3.2 Gasanalyse im Druckbereich bis 10 mbar
SPM Sputterprozessmonitor
On-Line Überwachung von Sputter-Beschichtung und reaktiven
Prozessen.
Für höchste Prozessausbeute und beste Produktqualität.
Qualitätssicherung durch in situ-Überwachung der Vakuumbedingungen
und der Prozessgase.
SPM 200 SPM 400
Die Abbbildung zeigt schematisch den kompletten
Analysator, an eine Prozesskammer angebaut.
Die lonenquelle ragt nicht in die Prozesskammer
hinein. Ein kurzes und weites Rohrstück bildet
die Verbindung zum Prozessbereich. Wegen
des hohen Leitwerts herrscht in der Ionenquelle
praktisch der gleiche Druck wie im Prozessraum.
Die Ergebnisse zeigen, dass – normale
Betriebsbedingungen vorausgesetzt – selbst
für Wasserdampf im Bereich von 10 -8 mbar kein
nennenswerter Partialdruckunterschied zwischen
Prozess- und lonenquelle besteht.
„Normale Betriebsbedingungen“ bedeutet,
dass die lonenquelle zur Prozesskammer hin
permanent offen ist, also auch während der
Abpump- und Konditionierungsphase.
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht
darin, dass die Heizfäden auf der Hochvakuumseite
des AnaIysators angeordnet sind. Die Öffnung
für den Elektroneneinschuss und die lonenextraktion
sind die wesentlichen Leitwerte zwischen
Prozessbereich und Hochvakuum des
76
Quantitative Ergebnisse, Datenausgabe in ppb, ppm, %
oder mbar.
Großer dynamischer Bereich, simultane Messung von
100 % bis ppb-Bereich.
Analysators. Jegliche Rückdiffusion vom Analysatorraum
in die lonisierungsregion kann
wegen des hohen Leitwertes zur Prozesskammer
vernachlässigt werden.
Zum Betrieb wird das Softwarepaket QuadStar
mit SPM-Benutzeroberfläche verwendet.
Dieses Paket enthält Routinen für die Prozessgase
Ar, Ar+N 2, Ar+N 2+02 und für die Restgasanalyse.
Prinzipaufbau SPM
(hier SPM 400)
1 Turbomolekularpumpe
zum differentiellen
Pumpen
2 Sekundär-Elektronen-Vervielfacher
SEV
3 Umlenkeinheit
4 Quadrupol-Massenfilter
5 Heizfäden
6 Rohrstück mit
hohem Leitwert
zum Prozess

Beide Spektren zeigen anschaulich, dass mit
dem SPM sowohl die Prozessgasüberwachung
bei einem Druck von 1 · 10 –2 mbar, als auch die
Bestimmung des Restgases bei einem Druck
von 5 · 10 –9 mbar durchgeführt werden kann.
Der Vergleich des Verhältnisses der Massen
40 (Ar + ) und 20 (Ar ++ ) in beiden Spektren zeigt,
wie es durch Variation der Ionisierungsenergie
möglich ist, die Bildung doppelt geladener
Ionen wirksam zu unterdrücken.
Spektrum 1:
Totaldruck 1 · 10 –2 mbar
(Argon), aufgenommen
mit 40 eV Ionisierungsenergie
Spektrum 2
Totaldruck 5 · 10 –9
mbar (Restgas), aufgenommen
mit 70 eV
Ionisierungsenergie
77
Gasanalyse

3.2 Gasanalyse im Druckbereich bis 10 mbar
SPM 200 mit Optionen
78
Lieferumfang SPM 200
– Quadrupol-Elektronik QME 200
– Analysator QMA 200 mit SPM-Ionenquelle und
Analysenrezipient
– Turbo-Drag-Pumpeinheit, luftgekühlt, mit TMU 071-03,
TC 600, Flutventil TVF 005 und Membranpumpe
MVP 015-2
– Pumpstandsteuerung PCU 200
– 19"-Rackeinschubeinheit mit Ventilsteuereinheit und
Netzteil 24 VDC für QME und Pumpstand
– QuadStar 422 mit SPM-Sequenzen und
RS-232-C-Kabel
Optionen:
– Heizmanschette für Analysenrezipient
– Sicherheitsventil SVV 040 PM
– Totaldruckmessausrüstung mit SingleGauge
TPG 261, FullRange-Messröhre PKR 261 und
Verbindungskabel
– Turbo-Controller DCU 001 mit Verbindungskabel
DCU/TC
Maße in mm
SPM 200
Lieferumfang SPM 400
– Quadrupol-Massenspektrometer mit Steuergerät
QMS 422, Hochfrequenzgenerator und Elektrometervorverstärker
– Analysator QMA 430 mit SPM-Ionenquelle und
Analysenrezipient
– Turbo-Drag-Pumpeinheit, luftgekühlt, mit
TMU 071-03, TC 600, Flutventil TVF 005 und
Membranpumpe MVP 015-2
– Pumpstandsteuerung PCU 200
– 19"-Rackeinschubeinheit mit Ventilsteuereinheit und
Netzteil
– QuadStar 422 mit SPM-Sequenzen und
RS-232-C-Kabel
Optionen:
– Sicherheitsventil SVV 040 PM
– Turbo-Controller DCU 001 mit Verbindungskabel
DCU/TC
SPM 400

Übersicht SPM Sputterprozessmonitor
SPM 200: preiswerte, kompakte Lösung
SPM 400: höchste Empfindlichkeit, kleinste Nachweisgrenze, hohe Messgeschwindigkeit
Sputterprozessmonitor SPM 200 SPM 200 SPM 400
Massenbereich
Nachweisgrenze (in Argon)
amu 1–100 1–200 1–512
Wasserstoff ppb

3.2 Gasanalyse im Druckbereich bis 10 mbar
Maße in mm
HPA 200 HPI 010 manuell
HPI 010 elektropneumatisch
80
HPA 200 High Pressure Analyzer
Differentiell gepumpte Massenspektrometereinheit mit
Ventilinterface.
Für Prozesse zwischen 10-6 und 5 mbar.
Das Ventilinterface besteht aus drei Ventilen.
V1 ist ein Balgzugschieber mit grossem Leitwert
und Anschluss-Nennweite 40 mm.
Dieses Ventil wird zur Restgasanalyse bzw. zum
Lecktest bei Hochvakuumbedingungen in der
Prozessanlage geöffnet. In Ventilen V2 und V3
sind Blenden eingebaut. Die Leitwerte sind so
ausgelegt, dass der Druckbereich von 1 bis
10 -3 mbar abgedeckt wird. Für Drücke zwischen
1 und 5 mbar wird in V2 eine Blende (B2) mit
0,03 mm Durchmesser verwendet. Zum Betrieb
wird das Softwarepaket QuadStar verwendet.

Übersicht HPA High Pressure Analyzer
Massenbereich in amu 1–200
für Prozessdruck, max. mbar 5
Nachweisgrenze, min. mbar
Faraday 1 · 10-11 C-SEM 1 · 10-14 Empfindlichkeit für Ar A/mbar
Faraday 3 · 10-4 C-SEM 200
Analysator QMA 200 M
Stabsystem, Material/Durchmesser/Länge mm 6/100
Detektor C-SEM/Faraday
Massenspektrometerelektronik QME 200 M
Software QuadStar
Turbopumpe TMU 071-03
Membranvorpumpe MVP 015-2
Pumpstandsteuerung PCU 200
Ventilinterface, elektropneumatisch HPI 010
mit Blenden mm 0,1/0,3 1)
Druckluft bar 4,5–7
Gewicht (ohne Membranvorpumpe) kg 15
Anschlussflansch DN 40 CF
1) zusätzlich Blende 0,03 mm beigelegt
Bestellnummer
HPA 200, 230 V, mit HPI 010, elektropn. PTM26710
HPA 200, 115 V, mit HPI 010, elektropn. PTM26711
HPA 200, 230 V, mit HPI 010, manuell PTM26712
HPA 200, 115 V, mit HPI 010, manuell PTM26713
Einzelkomponenten
HPA 200 Bestellnummer
Katodeneinheit yttriertes Iridium BN846138-T
Ventilinterface HPI 010 (mit Blenden)
elektropneumatisch, 24 VDC, ohne Steuergerät
B8071104EH
manuell B8070201GG
Zubehör
HPA 200 Bestellnummern
Heizung für HPA-Rezipient BG442668
PKR 261, FullRange-Messröhre PTR26252
Messkabel, PKR-QME 200; 0,6 m PT448249-T
81
Gasanalyse

3.2 Gasanalyse im Druckbereich bis 10 mbar
Komponentenbeispiele
Massenspektrometer-Anordnungen für die Gasanalyse im
Druckbereich 10 –5 bis 10 mbar.
Einzelkomponenten
82
siehe auch Abschnitt 1.3.1 Massenspektrometer-Anordnungen
für Einlassdrücke < 10 mbar.
Quadrupol-Massenspektrometer Bestellnummer
Prisma QMS 200 M mit C-SEM, technische Daten siehe Seite 62 und 63
QMS 200 M1, Massenbereich 1-100 amu PTM03121111
QMS 200 M2, Massenbereich 1-200 amu PTM03221111
QMS 200 M3, Massenbereich 1-300 amu PTM03321111
Rezipient zu QMS 200 M, Maßbild siehe Seite 89 PT442830-T
Heizmantel zu Rezipient BG442668
QMG 422
Quadrupol-Massenspektrometersysteme QMG 422 mit Analysatoren QMA 400/430, 90°-off-axis-SEV 217,
sowie Axial-, Cross-Beam- oder Gitter-Ionenquelle.
Auswahl, Bestellnummer und technische Daten siehe Seite 70/71
Rezipient zu QMA 400/430, Maßbild siehe Seite 89 BG442540-X
Turbopumpstand Bestellnummer
TSU 071, wassergekühlt, Anschlussflansch DN 63 CF, bestehend aus:
Turbo-Drag-Pumpe TMU 071 mit Heizmanschette, Flutventil, Trockenvorlage und Membran-Vorpumpe MVP 015-2, z. B.:
TSU 071, 190-260 V, 50/60 Hz PMS0602212
TSU 071, 90-125 V, 50/60 Hz PMS0601212
Andere Turbopumpstände bzw. Komponentenlösungen auf Anfrage
Differentiell gepumpte Massenspektrometer
mit offener Ionenquelle mit Druckreduzierung
über:
a) UHV-Gasdosierventil UDV 040 als einstellbarer
Leitwert
b) Doppelbalgzugschieber, ein Schieber mit
Blende für die Druckreduzierung und ein
Absperrschieber für Restgasanalyse
(beide Schieber offen) bei

Gaseinlassventile Bestellnummer
UHV-Gasdosierventil
UDV 040, DN 40 CF, Einlass VCR 1/4", manuell betätigt PFI52031
Ganzmetallventil, Ventilsitz – Kupferlegierung, Ventilteller – Saphir, Gehäuse – Edelstahl
Heizung, 200 °C, zu UDV PT420376-T
Quarzkapillare, einlassseitig, Länge 2 m PT420537-T
Quarzkapillare, vakuumseitig, Länge 1 m PT418976-T
Doppelzugschieber Bestellnummer
Ein Schieber mit Standard-Ventilteller, ein Schieber mit Blendenbohrung zur Aufnahme einer Blende
Gehäuse und Ventilteller aus Edelstahl, Tellerdichtung aus Viton; bis 200 °C ausheizbar
Madenschraube und Blende müssen separat bestellt werden.
Doppelzugschieber, DN 40 CF, manuell betätigt PT160100-T
Doppelzugschieber, DN 40 CF, elektropneumatisch, 24 VDC PT160101-T
Madenschraube für Blendenhalterung BK356429
Blende 0,01 mm BK212573
Blende 0,02 mm BK212574
Blende 0,03 mm BK212575
Blende 0,05 mm BK212576
Blende 0,1 mm BK212577
Ventilinterface HPI 010 Bestellnummer
Ventilkombination mit Absperrschieber und zwei Blenden, 0,1/0,3 mm, Beschreibung siehe Seite 80
HPI 010, DN 40 CF-F, manuell betätigt, DN 40 CF B8070201GG
HPI 010, DN 40 CF-F, elektropneumatisch, 24 VDC B8071104EH
Maße in mm
UDV 040 Doppelzugschieber, manuell betätigt
Doppelzugschieber, elektropneumatisch
83
Gasanalyse

3.3 Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar
QuadStar Analysensoftware
– Qualitative Analyse aller Gase
– Quantitative Analyse durch On-line-Berechnung von
Konzentrationen
– Simultane Prozessdatenübernahme über Analogeingänge
(z. B. Temperatur)
– Darstellung der MS-Ergebnisse in Abhängigkeit von
Prozessdaten
Applikationsbeispiele
Luftanalyse
Analogspektrum von Luft. Massenbereich 1–200 amu.
Mittelung über 14 Scans mit je 10s/amu. N 2 = 78.1%
(28 amu). 136 Xe = 7.8 ppb (136 amu).
Der OmniStar hat einen sehr großen dynamischen
Bereich von mehr als 8 Größenordnungen.
84
OmniStar GSD 301 O für die allgemeine
Gasanalyse bei Atmosphärendruck
Quantitative Gasanalyse inkl. unpolare Moleküle, Edelgase, etc.
Niedrige Nachweisgrenzen (

Lieferbare Optionen zum OmniStar GSD 301 O
für kundenspezifische Anwendungen
OmniStar OmniStar
Prozessdruck zwischen 1 und 1000 mbar
Der Druck in der Analysekammer wird automatisch
konstant gehalten.
Anschluss: DN 16 ISO-KF.
OmniStar
Analyse von Flüssigkeiten
Membraneinlass zum Messen von z. B. in
Wasser gelösten Gasen.
Gas Stream Selector GSS 300
Beheizbares Gaseinlasssystem für bis zu
12 Gasströme – Probengase und Kalibrier-
bzw. Nullgase.
Prozessdruck zwischen 5 · 10-3 und 1000 mbar
Der Druck in der Analysekammer wird automatisch
konstant gehalten.
Anschluss: DN 16 ISO-KF.
Variante für korrosive und explosive Gase
Durch Spülen des Turbo-Drag-Pumpsystem mit
inertem Gas (z. B. N2) wird wirkungsvoll Korrosion
und das Entstehen explosiver Gasgemische
im Pumpsystem verhindert.
Der Fluss des hierfür benötigten Spülgases
wird überwacht.
OmniStar
85
Gasanalyse

3.3 Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar
QuadStar Analysensoftware
– Qualitative Analyse aller bei der Thermoanalyse
freigesetzten Gase
– Simultane Datenübernahme von der Thermoanalyse
über Analogeingänge (z. B.
Temperatur, Probengewicht, . . .)
– Darstellung der Massenspektrometerdaten in
Abhängigkeit von der Temperatur der
Thermowaage
86
ThermoStar GSD 301 T speziell für die
Kopplung mit Thermowaagen
Reaktive und kondensierbare Gase sind auch in kleinen Konzentrationen
nachweisbar.
Minimaler Kontakt des Mediums mit Metallteilen.
Temperaturgeregelte Probengasleitung (Quarzkapillare).
Keine chemische Reaktion.
Zuverlässige Identifikation unbekannter Gase.
Massenbereich 1–100 amu, 1–200 amu, 1–300 amu.
Prinzipaufbau ThermoStar mit offenem
Gaseinlass
1 Heizung für Konditionierung der Analysenkammer
2 Beheizte Gaseinlasskammer
3 Temperaturgeregelte Probengasleitung
(Kapillare)
4 Prisma Quadrupol-Massenspektrometer
– Optimale Datenauswertung durch Spektrenbibliothek,
Statistik-, Lupen- und Cursorfunktionen
– Datenaustausch mit anderen Programmen
mittels Binär- oder ASCII-Dateien oder über
DDE.
Die bei der TGA (Thermogravimetrische Analyse)
von Kalzium-Oxalat entweichenden Gase
Wasserdampf (18), Kohlenmonoxid (28) und
Kohlendioxid (44) sind zusammen mit dem
Gewicht und der Temperatur als Funktion der
Zeit dargestellt.

Technische Daten OmniStar ThermoStar
Massenbereiche amu 1–100/1–200/1–300 1–100/1–200/1–300
Gasanschluss Edelstahlkapillare Quarzkapillare
Gaseinlass über Software gesteuertes Einlassventil kontinuierlich offen
Druckreduktion 2-stufig, entmischungsfrei 2-stufig, entmischungsfrei
Gasflussrate sccm 1–2 1–2
Probengasdruck mbar 1000 1000
Betriebstemperatur Kapillare °C bis zu 200 bis zu 200
Analysator QMA 200 M QMA 200 M
Stabsystem, Material/Durchmesser/Länge mm Edelstahl/6/100 Edelstahl/6/100
Detektor C-SEM/Faraday C-SEM/Faraday
Massenspektrometerelektronik QME 200 M QME 200 M
Software QuadStar QuadStar
Abmessungen (L x B x H) mm 720 x 280 x 420 720 x 280 x 420
Gewicht kg 45 45
Ein- und Ausgänge GSD 301:
Analogausgang: 2 Ausgänge –5,12 bis +5,12 V, 16 bit.
Ausgabe von gemessenen Werten (z. B. Ionenstrom) oder Verhältnissen (z. B. Konzentrationen).
Für Prozessführung und Datenaufzeichnung via Oszilloskop oder Schreiber.
Analogeingang: 2 Eingänge –5,12 bis +5,12 V, 11 bit.
Einlesen von Daten, z.B. Druck, Gasfluss, Temperatur, Gewicht, . . .
Zur Korrelation von Spektrometerdaten mit Prozessdaten.
Digitalausgang: 1 Relais-Ausgang, N.O., 24 VDC mit frei wählbarer Zuordnung der Schaltfunktion
1 Relais mit Umschaltkontakt für Pumpenstatus. Schaltpunkt bei 90 % der Turbo-Nenndrehzahl
(Überwachung des internen Pumpstandes).
Digitaleingang: 1 Kontakt 5 VDC; zum Starten des Messzyklus.
GSD 301-Bestellnummer
Zubehör
Versorgungsspannung
230 V, 50 ... 60 Hz 6
115 V, 50 ... 60 Hz 7
Kapillare
1 Meter 1
2 Meter 2
PT M00 000
Ausführung
ThermoStar, Standard 1
ThermoStar m. Kalibriereinrichtung 2
OmniStar, Standard 3
ohne 3
Massenbereich
1 1-100 amu
2 1-200 amu
3 1-300 amu
4 1-100 amu, korrosivgasfest 1)
5 1-200 amu, korrosivgasfest 1)
6 1-300 amu, korrosivgasfest 1)
Filament
1 Wolfram
2 yttriertes Iridium
Andere Ausführungen, z. B. für andere Einlassdrücke,
auf Anfrage
1) Korrosivgasversion nur für OmniStar
GSD 301 Bestellnummer
Katodeneinheit
Wolfram BN846281-T
yttriertes Iridium BN846395-T
Anschluss für 1/4" Rohr BG442778-T
Gas Stream Selector GSS 300 (nur für OmniStar)
für 6 Gaseinlässe, 230 V, 50/60 Hz PT444750-T
für 6 Gaseinlässe, 115 V, 50/60 Hz PT444751-T
für 12 Gaseinlässe, 230 V, 50/60 Hz PT444760-T
für 12 Gaseinlässe, 115 V, 50/60 Hz PT444761-T
Adapter zu handelsüblichen Thermowaagen (nur für ThermoStar) auf Anfrage
87
Gasanalyse

3.3 Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar
Komponentenbeispiele
88
Massenspektrometer-Anordnungen für die
Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar.
Durch eine optimierte Kombination von
Gaseinlass-, Massenspektrometer- sowie
Pumpsystemen für die Vakuumerzeugung in
Druckstufe und Rezipient können eine Vielzahl
von Applikationen für die Gasanalyse im
Druckbereich bis 1000 mbar abgedeckt werden.
Informationen zu den Einzelkomponenten finden
Sie auf den nachfolgenden Seiten.
Siehe auch Abschnitt 1.3.2 Massenspektrome-
Beispiel mit Gaseinlass-System GES 010
für die allgemeine Gaskonzentrationsbestimmung
im Bereich 100 % bis ca. 10 ppm.
Einlassdruck 900–1200 mbar.
Probengasstrom ca. 2–3 sccm.
Mit dem GEV 010 wird der Gaseinlass in die
Analyseeinheit geöffnet bzw. geschlossen.
Durch Austausch der Blende im GEV kann der
Gaseinlass auf den Einlassdruck abgestimmt
werden.
Je nach analytischer Aufgabe sind die Massenspektrometersysteme
Prisma oder QMG 422
einsetzbar.
Für die Druckstufe am GEV 010 wird hier ein
ölfreier Turbo Pumpstand TSH 071 verwendet.
Beispiel mit Gaseinlass-System UDV 040
mit regelbarem Gaseinlassventil UDV 040 und
stufig einstellbarem Ventil EVB 016 SX in der
Saugleitung der Druckstufe für die einfache
Anpassung an den Einlassdruck und die Einstellung
des Probengasverbrauches.
Einlassdruck 100–1200 mbar.
In der vereinfachten Abbildung wird der Gaseinlass
um 90° gedreht dargestellt. Über ein
Gasführungsrohr wird das Probengas als Strahl
direkt in die Cross-Beam-Ionenquelle des
Analysators geleitet.
Die LN2-Kühlfalle dient der Reduzierung des
H2O- und Kohlenwasserstoff-Untergrunds im
Analyserezipienten.
Beispiel mit Gaseinlass-System GES 020
Speziell für die Spurenanalyse von Reinstgasen
durch Minimierung der inneren Oberflächen
und Volumen ist das GES 020 optimiert.
Einlassdruck 900–1200 mbar.
Mit dem Gaseinlass-System bestehend aus
Quarzkapillare und Goldblende können auch
reaktive Gase (z. B. O2) im Bereich

Rezipienten und LN 2-Kühlfalle
Niedriger Untergrund – Voraussetzung für die Lösung einer Vielzahl
analytischer Aufgabenstellungen.
Hochwertige, spaltfreie Ausführung.
Keine Memoryeffekte.
Reproduzierbare Messergebnisse.
Bestellnummer
Rezipient für Prisma QMS 200 F und QMS 200 M, sowie QMA 125 mit Faraday PT442830-T
Maße in mm
Bestellnummer
Rezipient für QMA 125 mit 90°-off-axis SEV sowie für QMA 400 und QMA 430 BG442540-X
Maße in mm
Bestellnummer
Rezipient für QMA 410 mit Cross-Beam-Ionenquelle PF000025
Maße in mm
LN2-Kühlfalle, DN 63 CF, mit Kühlfinger zur Reduzierung des Restgasuntergrunds im Bereich der Ionenquelle
LN2-Fassungsvermögen 1,9 l
(einschließlich Krümmer 90°)
Bestellnummer
PT160001
89
Gasanalyse

3.3 Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar
90
Gaseinlass-Systeme
Zweistufige Gaseinlass-Systeme für das entmischungsfreie Einlassen
von Gasgemischen im Druckbereich bis 1000 mbar zur Analyse mit
Quadrupol-Massenspektrometern.
Als erste Druckstufe dient eine Edelstahl- (GES 010/052) bzw. Quarzkapillare
(GES 020/UDV 040). Durch das Heizen der Kapillaren lässt
sich die Kondensation von Dämpfen weitgehend vermeiden.
Als zweite Druckstufe dient bei GES 010/020/052 eine Blende bzw. beim
UDV 040 die Ventilöffnung.
Übersicht Gaseinlass-Systeme
Gaseinlass-System GES 010 GES 052 GES 0201) UDV 040
Betätigungsart manuell elektromagn. ständig offen manuell 2)
24 VDC
Einlassdruck mbar 1000 1000 1000 1000
Kapillare, beheizt Edelstahl Edelstahl Quarz Quarz
Innendurchmesser/Länge mm 0,15/1000 0,15/1000 0,15/1000 0,15/1000
Betriebstemperatur
Anschlussflansch
°C 200 120 200 200
Hochvakuumseite DN 40 CF DN 40 CF DN 40 CF DN 40 CF
Saugleitung/Druckstufe DN 16 ISO-KF DN 16 ISO-KF 1/4" VCR male 1/4" VCR male
Quarz, Edelstahl,
Materialien mit Medienkontakt Edelstahl, Gold, PTFE Edelstahl, Viton Quarz, Gold Saphir,
Kupferlegierung
Lieferumfang Ventil GEV 010 Ventil GEV 052, Flansch mit Gasdosierventil
mit Heizmantel, Kapillare mit Blende und UDV 040
Drosselleitung, Heizung, Pumpanschluss, mit Heizmantel,
Kapillare mit Absperrventil Kapillare Kapillare mit
Heizung, Wellschlauch, in der mit Heizung Heizung und
Montageteile Pumpleitung Pumpanschluss
Bestellnummer
Bestellnummer BG444530-T BG444540-T BK355370-T BK355366-T
Einzelkomponenten
Kapillare, heizbar, Länge 1 m, ID 0,15 mm/AD 1/16"
Bestellnummer
BK353584-T BK353584-T
Blendenhalter, komplett, zu GEV 010 BK375004-T
Zubehör
Gaseinlass-System Bestellnummer
Blende – 0,005 mm BK362334 BK362334
Blende – 0,01 mm BK212573 BK212573
Blende – 0,02 mm BK212574 BK212574
Blende – 0,03 mm BK212575 BK212575
Blende – 0,05 mm BK212576 BK212576
Blende – 0,1 mm BK212577 BK212577
Umbausatz für gasdichte Ionenquelle/QMA 400 BK375579-T BG442259-T
Gasführungsrohr für Rezipient BG442540-X und
Cross-Beam-Ionenquelle
PT160002-T
Gasanschluss, kundenseitig, 1/16" Swagelok BK353995-T BK353995-T
Pumpen/Pumpstände für Einlassdruckstufe siehe Seite 92
1) Blendeneintauchtiefe auf Rezipienten BG442540-X und Cross-Beam-Ionenquelle abgestimmt
2) UDV für automatische Regelung auf Anfrage

Maße in mm
GES 010 (BG 444530-T)
GES 020 (BK 355370-T)
GES 052 (BG 444540-T)
UDV 040 (BK 355366-T)
91
Gasanalyse

3.3 Gasanalyse im Druckbereich bis 1 bar
92
a) b)
c) d)
Pumpsysteme
Unser vollständiges Turbopumpen-Programm mit ausführlichen
Beschreibungen finden Sie in unserem Pfeiffer Vacuum Katalog.
Die Auswahl der Pumpsysteme für die Evakuierung der Analysensysteme
ist mit entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Quadrupol-Massenspektrometer.
Durch die vielseitigen Kombinationsmöglichkeiten der Pfeiffer Vacuum
Turbopumpen und deren Zubehör können Pumpsysteme optimal an die
jeweiligen analytischen Aufgaben angepasst werden.
Siehe auch Abschnitt 1.3.1.
Beispiele für speziell optimierte Pumpsysteme für die Analysatoreinheit.
a) Turbo-Drag-Pumpsystem für Gasgemische
mit korrosiven oder explosiven Bestandteilen
Durch das Spülen der Lager der Turbopumpe
und das Verdünnen des Messgases mit inertem
Gas wird die Korrosionsbelastung reduziert
bzw. das Entstehen zündfähiger Gasgemische
verhindert.
b) und d) Turbo-Drag-Pumpsystem mit zusätzlicher
Turbopumpe in der Vorvakuumleitung
Hierdurch wird das Kompressionsverhältnis für
Gase mit geringem Molekulargewicht (H2, He)
deutlich erhöht. Dies führt zur Reduzierung
dieser Gase im Restgasspektrum und somit zur
Steigerung der Nachweisgrenzen in diesem
Bereich.
c) und d) Turbo-Drag-Pumpsystem mit
magnetgelagerter Turbo-Drag-Pumpe
TMU 200 M
Für die Evakuierung großer Analysenkammern
(QMA 410).
Pumpsysteme mit magnetgelagerten Turbopumpen
zeichnen sich durch absolute Schmiermittel-
und Wartungsfreiheit aus.

93
Gasanalyse

4 Massenspektrometer für die Ionenanalyse
Inhaltsverzeichnis
94
Seite
4 Massenspektrometer für die Ionenanalyse 94
4.1 Ionenstrahlanalyse 96
QMG 422 mit Sekundärionen-Massenspektrometer 96
Zubehör 97
4.2 Plasmamonitoring 98
PPM 422 Plasma Prozess Monitor 98
Einzelkomponenten/Zubehör 99
4.3 Massenspektrometer für spezielle Anwendungen 100
EPD 400 Endpunktdetektor 100
Zubehör 100
DMM 422 Deposition Material Monitor 101

95
Anhang Ionenanalyse
Gasanalyse
Partialdruckmessung
Restgasanalyse
Grundlagen

4.1 Ionenstrahlanalyse
Lieferumfang
96
QMA
Ionenoptik 3-linsig
Detektoren:
Faraday/90° off-axis SEV
Ausheiztemperatur:
400 °C
DN 63 CF
DN 100 CF
Ionen und Neutralteilchen
CP 400
0.7 m
Target
Primär-
Ionenstrom Ar+
QMH
400
410
QMG 422 Sekundärionen-
Massenspektrometer
Massenbereiche 340 amu, 512 amu und 1024 amu,
als Option 2048 amu.
Nachweis von positiven und negativen Ionen.
3-linsige Ionenoptik mit Beamstop, isoliert aufgebaut.
Ionenzähler mit integriertem 12-Kanal-Analogausgang.
SIMS (Sekundär-Ionen-Massenspektrometrie) ist eine
bewährte Technik zur Oberflächenanalyse und kann als
eigenständiges Messverfahren oder in Verbindung mit
anderen oberflächenanalytischen Methoden wie ESCA
(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) und AES
(Auger Electron Spectroscopy) eingesetzt werden.
SIMS kommt immer dann zum Einsatz, wenn die hohe
Empfindlichkeit sowie die Möglichkeit des Isotopennachweises
zum optimalen Resultat beitragen.
Analysator Vorverstärker HF-Generator Steuergerät QMS 422 QuadStar 422
Standard 3 m
Option 10 m
Grundausstattung:
Quadrupol-Kontroller QC 422
Ionenquellenversorgung IS 420
Hochspannungsversorgung HV 421
Inonenzähler mit Analogoutput IC/AO 421
Zusatzmodule:
Siehe Seite 73
PC
QuadStar Software mit
RS-232-C Kabel und Adapter

Übersicht QMG 422 Sekundärionen-Massenspektrometer
Massenbereich in amu 1–340 1–512 1–1024
Nachweisgrenze für positive Teilchen cps 0,1 0,1 0,1
für negative Teilchen cps 10 10 10
Dynamischer Bereich für positive Teilchen cps 107 107 107 für negative Teilchen cps 105 105 105 Betriebsdruck mbar 1 · 10-5 1 · 10-5 1 · 10-5 Analysator QMA 410 QMA 400 QMA 400
Stabsystem, Material/Durchmesser/Länge mm Mo/16/300 Mo/8/200 Mo/8/200
90° off-axis SEV SEV 217 SEV 217 SEV 217
Ionenoptik mit Beamstop, isoliert aufgebaut 3-linsig 3-linsig 3-linsig
Hochspannungsversorgung HV 421 HV 421 HV 421
Hochfrequenzgenerator QMH 410-3 QMH 400-5 QMH 410-1
Ionenzähler-Vorverstärker CP 400 CP 400 CP 400
Ionenzähler IC/AO 421 IC/AO 421 IC/AO 421
Betriebstemperatur/Analysator °C 150 150 150
Ausheiztemperatur/Analysator °C 400 400 400
Anschlussflansch DN 100 CF-F DN 63 CF-F DN 63 CF-F
Bestellnummer
QMG 422 Sekundärionen-Massenspektrometer PTM27312 PTM27337 PTM27342
Weiterhin lieferbare Gerätevarianten mit
– 2-linsiger Ionenoptik
– 3-linsiger Ionenoptik mit Crossbeam-Ionenquelle
– 2-linsiger Ionenoptik mit Crossbeam-Ionenquelle
Einzelkomponenten, Technische Daten und Maßbilder zu Steuergerät QMS 422, Analysator QMA 400/410,
Hochfrequenzgenerator QMH 400/410 und Ionenzählervorverstärker CP 400 siehe Seiten 70 bis 75.
Zubehör
AS 420 Adapter-SIMS Bestellnummer
zur Erweiterung des Energiebereichs der zu detektierenden Ionen BG572672-T
Ein-/Ausgangsmodule und Bedienkonsole zum QMS 422 Bestellnummer
AI 421 Analog-Input, 16 Kanäle, ±10,24 V, 12 bit BG442240-T
DI 420 Digital-Input, 32 Eingänge BG574700-T
DO 420 Digital-Output, 32 Ausgänge BG546004-T
Für LAN- und Multiplexbetrieb
Technische Daten siehe Seite 65 Bestellnummer
OHA 200, Optical HUB, 5 Ports PT442510-T
OHA 200, Optical HUB, 10 Ports PT442520-T
ArcNet/PCMCIA-Adapterset PT442530-T
PCI-PCMCIA-Adapterkarte für PC PT442540-T
Lichtleiter, 10 m P51596152H
Lichtleiter, 20 m P51596152K
Lichtleiter, 50 m P51596152Q
97
Ionenanalyse

4.2 Plasmamonitoring
PPM 422 (ohne Haube, vakuumseitig)
Der PPM 422 ist eine differentiell gepumpte
Massenspektrometereinheit mit integriertem
Energieanalysator zur Messung von Neuralteilchen,
positiven und negativen Ionen sowie zur
Energieanalyse von Ionen und Neutralteilchen
bei Plasmaprozessen.
Die Abbildung zeigt schematisch den kompletten
Analysator. Die Extraktionsblende ist im
direkten Kontakt mit dem Plasma. Um Störungen
des Plasmas zu vermeiden, kann das elek-
Maße in mm
PPM 422
98
PPM 422 Plasma Prozess Monitor
Nachweis von Neutralteilchen sowie von positiven und negativen Ionen
im Plasma.
Energieanalyse von Neutralteilchen und positiven und negativen Ionen.
Messung von Radikalen.
Endpunktbestimmung bei Plasmaprozessen.
Großer dynamischer Bereich.
Hohe Messgeschwindigkeit.
Massenbereich 1–512 amu, 1–1024 amu und 1–2048 amu.
Energiebereich –512 bis +512 eV.
Prinzipaufbau PPM 422
1 Turbopumpe
2 Sekundär-Elektronen-Vervielfacher SEV
3 Umlenkeinheit
4 Quadrupol-Massenfilter
5 Extraktionsblende
6 Sicherheitsabschirmung gegen Überschläge
7 Eingangsoptik
8 Ionenquelle
9 Übergangsoptik
10 Energieanalysator
trische Potential dieser Blende der Applikation
angepasst werden (positiv, negativ, Massenpotential
und float end).
Als Energiefilter wird ein CMA mit 0,3 eV
FWHM verwendet. Zur Analyse von Neutralteilchen
wird eine feldfreie Ionenquelle mit
sehr schmaler Energieverteilung verwendet.
Zum Betrieb wird das speziell für diese Anwendung
optimierte Softwarepaket QuadStar
PPM verwendet.

Übersicht PPM 422 Plasma Prozess Monitor
Massenbereich 1–512 1–1024 1–2048
Nachweisgrenze / Empfindlichkeit 1) 1) 1)
Energiebereich eV -512 bis +512 -512 bis +512 -512 bis +512
Energieauflösung eV 0,3 0,3 0,3
Prozessdruck, max. mbar 0,1 0,1 0,1
Analysator mit Energieanalysator QMA 400 QMA 400 QMA 400
Stabsystem, Material/Durchmesser/Länge mm Mo/8/200 Mo/8/200 Mo/8/200
Detektor SEV 217/Faraday SEV 217/Faraday SEV 217/Faraday
Quadrupol-Steuergerät QMS 422 QMS 422 QMS 422
Kabellänge QMA/QMS m 10 10 10
Software QuadStar PPM QuadStar PPM QuadStar PPM
Turbomolekularpumpe, luftgekühlt TMU 071-03 TMU 071-03 TMU 071-03
Membranvorpumpe MVP 015-2 MVP 015-2 MVP 015-2
Gewicht, Analysator inkl. Turbo kg 26 26 26
Anschlussflansch DN 63 CF DN 63 CF DN 63 CF
Bestellnummer
PPM 422, 230 V PTM26605 PTM26607 auf Anfrage
PPM 422, 115 V PTM26606 PTM26608 auf Anfrage
Zweistufige Ausführung, andere Massen- und Energiebereiche sowie Varianten für höhere Prozessdrücke auf Anfrage
Einzelkomponenten
PPM 422 Bestellnummer
Katodeneinheit, yttriertes Iridium, für PPM 422 BN845983-T
Zubehör
PPM 422 Bestellnummer
SVV 063 PF, Sicherheits-Balgzugschieber, elektropn. 24 VDC
(Einbau zwischen Messrezipient und Turbopumpe)
PFF68231
1) Im PPM 422 wird ein Standard-Hochleistungs-Massenspektrometer des Typs QMG 422 eingesetzt. Für rein massenspektrometrische Aufgaben gelten die technischen
Daten der entsprechenden QMG 422-Systeme.
Da die aus einem Plasma extrahierten Ionenströme stark vom experimentellen Aufbau abhängen, kann für den Plasmamonitor keine globale Aussage gemacht werden.
Alle Geräte des Typs PPM 422 werden vor Auslieferung an einem Standard-Plasma im Applikationslabor getestet.
99
Ionenanalyse

4.3 Massenspektrometer für spezielle Applikationen
100
EPD 400 Endpunktdetektor
Der EPD 400 ist ein differenziell gepumptes Massenspektrometersystem
mit Ionenoptik zur Messung extern erzeugter positiver Ionen.
Endpunktdetektion und Prozessüberwachung beim Ion Milling und
anderen Ätzverfahren in der Gasphase.
Nachweis von positiven Ionen kondensierbarer Materialien,
wie z.B. Metallionen in industriellen Sputterprozessen.
Massenbereich 1–512 amu.
Übersicht EPD 400 Endpunktdetektor
Massenbereich in amu 1–512
für Nachweis von positiven Ionen
Analysator QMA 400
Stabsystem, Material/Durchmesser/Länge mm Mo/8/200
Detektor SEV 218/Faraday
Ionenzähler-Vorverstärker CP 400
RF-Generator QMH 400-5
Steuergerät QMS 422
mit Ionenquellenversorgung IS 420
Hochspannungsversorgung HV 420
Ionenzähler IC 421
Software QuadStar TM
Turbopumpe TMU 071-03
Membranvorpumpe MVP 015-2
Anschlussflansch DN 63 CF
EPD 400, mit 90°-Einlenkeinheit PTM26630
Zubehör
Bestellnummer
EPD 400 Bestellnummer
AS 420 zur Erweiterung des Energiebereichs der zu detektierenden Ionen BG572672-T
Maße in mm

Der DMM 422 ist ein Hochleistungs-Massenspektrometer
mit integrierter Wasserkühlung
(Verbrauch 15 l/h) für höchste Stabilität. Er
dient zur Messung von Materialdampf aus verschiedenen
Quellen im Hochvakuum < 10-6 mbar.
Beim DMM 422 mit Cross-Beam-Ionenquelle
tritt der zu analysierende Dampfstrahl nach
einem Blendensystem mit wassergekühlter
Abschirmung berührungslos durch die Cross-
Beam-Ionenquelle hindurch. Die gebildeten
Ionen werden senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
des Strahles in das Massenspektrometer
abgebildet.
Bei der Integration in Beschichtungsanlagen
und/oder der Einbindung in Desorptionsexperimenten
muss das Blendensystem der
jeweiligen Geometrie angepasst werden.
Maße in mm
DMM 422
DMM 422 Deposition Material Monitor
Messung von Materialfluss aus Elektronenstrahlverdampfern,
Effusionsquellen, Knudsenzellen und Verdampferschiffchen.
Messung von Verunreinigungen in Aufdampfmaterialien.
Massenbereich 1–512 amu.
1 Ionenquelle
2 Blende
Die Auslegung und Positionierung dieser Blenden
erfolgt mit Hilfe eines Produktspezialisten.
Der Lieferumfang des DMM 422 beinhaltet das
Steuergerät QMS 422, den Analysator QMA
400, DN 100 CF-F, mit Cross-Beam-Ionenquelle,
Faraday-Detektor und wassergekühlter Abschirmung,
sowie dem QuadStar-Softwarepaket.
Mit Standardblenden werden am Ort der
Ionenquelle z. B. für Cu (m/e 63) folgende
Empfindlichkeiten erzielt:
– Verdampferquelle senkrecht unter dem
Analysator: 5 · 10-13 A/nm s-1 – Verdampferquelle im Winkel von 10° zum
Analysator: 2,5 · 10-13 A/nm s-1 101
Ionenanalyse

5 Anhang
Inhaltsverzeichnis
102
Seite
5 Anhang 102
Tabellen 104
Dampfdruckkurven 108
Zusammensetzung der atmosphärischen Luft 109
Literaturangaben 110
Verkaufs- und Lieferbedingungen 112

103
Anhang
Ionenanalyse Gasanalyse
Restgasanalyse
Grundlagen

5 Anhang
Tabellen
Relative Ionisierungswahrscheinlichkeiten
bezogen auf Stickstoff, ca. 100 eV
Elektronenenergie
He 0,15
Ne 0,30
D2 0,35
H2 0,44
Luft 1,0
N2 1,0
O2 1,0
H2O 1,0
CO 1,05
Ar 1,2
NO 1,2
NH3 1,3
HF 1,4
CO2 1,4
HCI 1,6
N2O 1,7
Kr 1,0
SO2 2,1
SF6 2,3
Xe 2,4
CH4 1,6
C2H6 2,6
C3H8 3,7
C4H10 4,9
n-C5H12 6,0
C6H14 6,6
C6H6 5,9
C6H5CI 7,0
C6H5CH3 6,8
C6H4(CH3) 2
7,8
CH3OH 1,8
CH3CI 3,1
CH2CI2 3,7
CHCI3 4,8
CCI4 6,0
CCI2F2 2,7
C2H5OH 3,6
C2H5CI 4,0
Massenspektrum von CO 2
bei 70 eV Elektronenenergie
m/e Intensität Ion
12 2,46 12C +
16 6,24 16O +
22 1,78 12C16O2 ++
28 6,55 12 C 16 O +
29 0,06 13 C 16 O +
44 100,00 12 C 16 O2 +
45 1,16 13 C 16 O2 +
46 0,41 12 C 16 O 18 O +
104
Schlüsselbruchstückionen
Massenzahl Schlüsselbruchstücke
1 H +
2 H +
2 (He ++ )
4 He +
6 C ++
7 N ++
8 O ++
12 C +
13 CH +
14 N + CH 2 + CO ++
15 CH 3 + NH +
16 O + CH 4 + NH 2 +
17 OH + NH 3 +
18 H 2O +
19 F + H 3O +
20 HF + 20 NE + Ar ++
22 CO 2 + 22 NE +
24 C 2+
26 C 2H 2 +
27 C 2H 3 +
28 N 2 C 2H 4 + CO +
29 C 2H 5 + 15 N 14 N +
30 C 2H 6 + NO +
31 CF + CH 2OH +
32 O 2 + 32 S +
34 H 32
2 S + 34S + 18O16O +
35
35CI +
36 H35CI + 36Ar +
37 37 CI + C 3H +
38 H 37 CI + C 3H 2 + 38 Ar +
39 C 3H 3 + 39 K +
40 Ar + C 3H 4 +
41 C 3H 5 + 41 K +
42 C 3H 6 +
43 C +
3H7 CH3CO +
44 C +
3H8 CO +
2 N2O +
45 C2H5O + (Alkohol)
46 NO +
2 C2H5OH +
48 SO +
50 CF +
2
55 C +
4H7 57 C +
4H9 58 (CH3) 2 CO + (Aceton)
64 SO +
2
69 CF +
3
77 C +
6H5 (Phenyl)
78 C +
6H6 (Benzol)
85 C35CIF +
2 (Freon)
87 C37CIF +
2 (Freon)
92,5
185 ++ Re
93,5
187 ++ Re
101 C35Cl2F + (Freon)
103 C35Cl37ClF + (Freon)
105 C37Cl2F + (Freon)
130 C +
2HCl3 (Trichlor)
132 C +
2HCl3 (Trichlor)
134 C +
2HCl3 (Trichlor)
136 C +
2HCl3 (Trichlor)
149 Phthalsäureester (Weichmacher)
151 C 35
2 Cl2F +
3 (Freon)
153 C 35 37
2 Cl ClF3 + (Freon)
155 C 37
2 Cl2F +
3 (Freon)
182 W +
183 W +
184 W +
185 Re +
186 W +
187 Re +

Relative Ionenströme von Bruchstückionen
90 eV Ionisierungsenergie
Massenzahl H 2 He CH 4 H 2O Ne N 2 CO C 2H 6 O 2 Ar CO 2 C 3H 8
1 3 16,5 2,4 9,6 5,0
2 100
3 100
12 3,0 6,3 0,7 9,7 0,6
13 7,8 1,2 0,9
14 16,0 14 0,8 3,3 2,3
15 85,0 4,7 7,2
16 100 0 1,8 2,8 18 16,0
17 1,2 26 0
18 1000
20 100 0 22,6
22 10,2 2,1
25 3,8 0,8
26 22,2 9,8
27 33,4 43,5
28 100 0 100 0 100 0 13,0 61,0
29 0,7 1,2 20,0 100 0
30
31
22,2 21,7
32 100 0
34 0,4
36 0,34
37 4,6
38 0,06 6,7
39 20,2
40 100 2,6
41 15,0
42 4,8
43 22,8
44 100 0 24,0
45 1,2 0,8
Isotopentabelle der natürlichen
Elemente
Ordnungs- Element Chem. Massen- Relative
zahl Symbol zahl Häufigkeit [%]
1 Wasserstoff H 1 99,985
D 2 0,01492
2 Helium He 3 0,000137
4 99,999863
3 Lithium Li 6 7,42
7 92,58
4 Beryllium Be 9 100
5 Bor B 10 19,61
11 80,39
6 Kohlenstoff C 12 98,893
13 1,107
7 Stickstoff N 14 99,6337
15 0,3663
8 Sauerstoff O 16 99,759
17 0,0374
18 0,2039
9 Fluor F 19 100
10 Neon Ne 20 90,92
21 0,26
22 8,82
11 Natrium Na 23 100
12 Magnesium Mg 24 78,70
25 10,13
26 11,17
Ordnungs- Element Chem. Massen- Relative
zahl Symbol zahl Häufigkeit [%]
13 Aluminium Al 27 100
14 Silicium Si 28 92,21
29 4,70
30 3,09
15 Phosphor P 31 100
16 Schwefel S 32 95,0
33 0,76
34 4,22
17 Chlor Cl 35 75,53
37 24,47
18 Argon Ar 36 0,337
38 0,063
40 99,600
19 Kalium K 39 93,1
40 0,0118
41 6,88
20 Calzium Ca 40 96,97
42 0,64
43 0,15
44 2,06
46 0,003
48 0,18
21 Scandium Sc 45 100
22 Titan Ti 46 7,93
47 7,28
48 73,94
49 5,51
50 5,34
105
Anhang

5 Anhang
Ordnungs- Element Chem. Massen- Relative
zahl Symbol zahl Häufigkeit [%]
23 Vanadium V 50 0,24
51 99,76
24 Chrom Cr 50 4,31
52 83,76
53 9,55
54 2,38
25 Mangan Mn 55 100
26 Eisen Fe 54 5,82
56 91,66
57 2,19
58 0,33
27 Kobalt Co 59 100
28 Nickel Ni 58 67,88
60 26,23
61 1,19
62 3,66
64 1,08
29 Kupfer Cu 63 69,09
65 30,91
30 Zink Zn 64 48,89
66 27,81
67 4,11
68 18,57
70 0,62
31 Gallium Ga 69 60,4
71 39,6
32 Germanium Ge 70 20,52
72 27,43
73 7,76
74 36,54
76 7,76
33 Arsen As 75 100
34 Selen Se 74 0,87
76 9,02
77 7,58
78 23,52
80 49,82
82 9,19
35 Brom Br 79 50,54
81 49,46
36 Krypton Kr 78 0,35
80 2,27
82 11,56
83 11,55
84 56,90
86 17,37
37 Rubidium Rb 85 72,15
87 27,85
38 Strontium Sr 84 0,56
86 9,86
87 7,02
88 82,56
39 Yttrium Y 89 100
40 Zirkonium Zr 90 51,46
91 11,23
92 17,11
94 17,40
96 2,80
41 Niob Nb 93 100
42 Molybdän Mo 92 15,84
94 9,04
95 15,72
96 16,53
97 9,46
98 23,78
100 9,63
43 Technetium Tc – –
106
Ordnungs- Element Chem. Massen- Relative
zahl Symbol zahl Häufigkeit [%]
44 Ruthenium Ru 96 5,51
98 1,87
99 12,72
100 12,62
101 17,07
102 31,61
104 18,58
45 Rhodium Rh 103 100
46 Palladium Pd 102 0,96
104 10,97
105 22,23
106 27,33
108 26,71
110 11,81
47 Silber Ag 107 51,35
109 48,65
48 Cadmium Cd 106 1,22
108 0,875
110 12,39
111 12,75
112 24,07
113 12,26
114 28,86
116 7,58
49 Indium In 113 4,28
115 95,72
50 Zinn Sn 112 0,96
114 0,66
115 0,35
116 14,30
117 7,61
118 24,03
119 8,58
120 32,85
122 4,72
124 5,94
51 Antimon Sb 121 57,25
123 42,75
52 Tellur Te 120 0,09
122 2,46
123 0,87
124 4,61
125 6,99
126 18,71
128 31,79
130 34,48
53 Jod J 127 100
54 Xenon Xe 124 0,09
126 0,09
128 1,92
129 26,44
130 4,08
131 21,18
132 26,89
134 10,44
136 8,87
55 Cäsium Cs 133 100
56 Barium Ba 130 0,10
132 0,09
134 2,42
135 6,59
136 7,81
137 11,32
138 71,66
57 Lanthan La 138 0,09
139 99,91
58 Cer Ce 136 0,19
138 0,25
140 88,48
142 11,07
59 Praseodym Pr 141 100

Ordnungs- Element Chem. Massen- Relative
zahl Symbol zahl Häufigkeit [%]
60 Neodym Nd 142 27,11
143 12,17
144 23,85
145 8,30
146 17,22
148 5,73
150 5,62
61 Promethium Pm – –
62 Samarium Sm 144 3,09
147 14,97
148 11,24
149 13,83
150 7,44
152 26,72
154 22,71
63 Europium Eu 151 47,82
153 52,18
64 Gadolinium Gd 152 0,20
154 2,15
155 14,73
156 20,47
157 15,68
158 24,87
160 21,90
65 Terbium Tb 159 100
66 Dysprosium Dy 156 0,05
158 0,09
160 2,29
161 18,88
162 25,53
163 24,97
164 28,18
67 Holmium Ho 165 100
68 Erbium Er 162 0,14
164 1,56
166 33,41
167 22,94
168 27,07
170 14,88
69 Thulium Tm 169 100
70 Ytterbium Yb 168 0,14
170 3,03
171 14,31
172 21,82
173 16,13
174 31,84
176 12,73
71 Luthetium Lu 175 97,41
176 2,59
72 Hafnium Hf 174 0,18
176 5,20
177 18,50
178 27,14
179 13,75
180 35,24
73 Tantal Ta 180 0,01
181 99,99
74 Wolfram W 180 0,13
182 26,41
183 14,40
184 30,64
186 28,41
75 Rhenium Re 185 37,07
187 62,93
76 Osmium Os 184 0,02
186 1,59
187 1,64
188 13,3
189 16,1
190 26,4
192 41,0
Ordnungs- Element Chem. Massen- Relative
zahl Symbol zahl Häufigkeit [%]
77 Iridium Ir 191 37,3
193 62,7
78 Platin Pt 190 0,01
192 0,78
194 32,9
195 33,8
196 25,3
198 7,21
79 Gold Au 197 100
80 Quecksilber Hg 196 0,15
198 10,02
199 16,84
200 23,13
201 13,22
202 29,80
204 6,85
81 Thallium Ti 203 29,50
205 70,50
82 Blei Pb 204 1,48
206 23,6
207 22,6
208 52,3
83 Wismut Bi 209 100
84 Polonium Po
85 Astatin At
86 Radon Rn
87 Francium Fr
88 Radium Ra
89 Actinium Ac
90 Thorium Th 232 100
91 Protactnium Pa
92 Uran U 234 0,0056
235 0,7205
238 99,2739
107
Anhang

5 Anhang
Dampfdruckkurven
108

Zusammensetzung der
atmosphärischen Luft
Die relative Luftfeuchtigkeit wird normalerweise
unter Angabe der Temperatur gesondert
aufgeführt. Als periodische Kontrolle von
Massenspektrometern ist Luft (Hauptkompo-
nenten) gut geeignet. Zur Demonstration der
Nachweisgrenze und des nachweisbaren Partialdruckverhältnisses
werden oft die Edelgase
(He, Kr und Xe) bei Lufteinlass verwendet.
Gewichts-Prozente Volumen-Prozente (x 10 = Druck [mbar])
N2 76,5 78,1
O2 23,0 20,9
Ar 1,29 0,93 Haupt-
Co2 0,04 0,03 Komponenten
Ne 1,2 · 10 –3 1,8 · 10 –3
He 7 · 10 –5 5,2 · 10 –4
Kr 3 · 10 –4 1,1 · 10 –4
Xe 4 · 10 –5 8,7 · 10 –6 Edelgase
Ch4 zusammen ca. 2 ppm
H2 sind für die Massenspektrometrie
N2O von untergeordneter Bedeutung
Empfindlichkeiten für QMA 125
Gas Massenzahl des Gesamtempfindlichkeit Summe der Bruckstückionen
Basispeaks für Basispeak x 10 –5 x 10
[A/mbar]
–5 [A/mbar]
He 4 6,4 –
Ne 20 6,4 7,2
Ar 40 24 34
Kr 84 6,8 17
H2 2 13 –
N2 28 20 23
CO 28 20 22
O2 32 14 16
CO2 44 13 19
CH4 16 28 54
C2H6 28 34 68
C3H8 29 26 74
C4H10 (n) 43 22 74
C4H10 (iso) 43 24 68
H2O 18 20 26
Naturkonstanten
Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c = 2,997925 · 108 m · s –1
Fallbeschleunigung (Normwert) g = 9,80665 m · s –2
Avogadro-Konstante NA = 6,0221 · 1023 mol –1
Elektrische Elementarladung e = 1,6022 · 10 –19 C
Faraday-Konstante F = NAe = 96485 C · mol –1
Planck-Konstante h = 6,6262 · 10 –34 J · s
Boltzmann-Konstante k = 1,3806 · 10 –23 J · K –1
Universelle Gaskonstante R = kNA = 8,3143 J · K –1 mol –1
Absoluter Nullpunkt T0 = O K or ϑ0 = –273,15 °C
Molares Normalvolumen eines idealen Gases Vmolar.0 = 0,022414 m3 · mol –1
(0 °C and 1013 mbar)
Atomare Masseneinheit 1 u = 10 –3 kg mol –1 · 1/NA = 1,66055 · 10 –27 kg
Ruhemasse des Elektrons m e = 9,1095 · 10 –31 kg = 0,548580·10 –3 u
des Protons m p = 1,6726 · 10 –27 kg = 1,007277 u
des Neutrons m n = 1,6749 · 10 –27 kg = 1,008665 u
des Deuterons m d = 3,3436 · 10 –27 kg = 2,013554 u
des Alphateilchens m � = 6,6447 · 10 –27 kg = 4,001506 u
des Wasserstoffatoms m H = 1,6735 · 10 –27 kg = 1,007825 u
des Heliumatoms m He = 6,6465 · 10 –27 kg = 4,002603 u
Massenverhältnis Proton/Elektron mp/me = 1836
Spezifische Ladung des Elektrons e/me = 1,7588 · 1011 A · s · kg –1
des Protons e/mp = 9,5788 · 107 A · s · kg –1
Ruheenergie des Elektrons me c2 = 0,5110 MeV
des Protons mp c2 = 938,3 MeV
Compton-Wellenlänge des Elektrons λc = 2,4263 · 10 –12 m
109
Anhang

5 Anhang
Literaturangaben
110
[ 1 ] W. Paul, H. Steinwedel, Z. Naturforschung 80 (1953) 448
[ 2 ] W. Paul, H.P. Reinhard, U. v. Zahn, Z. Physik (1958) 143
[ 3 ] P. Dawson, Quadrupole Mass Spectrometry, Elsevier, Amsterdam (1976)
[ 4 ] H.S.W. Massey, E.H.S. Burhop: Electronic and Ionic Impact Phenomena Vol.1, University
Press Oxford (1969)
[ 5 ] R.I. Reed: Ion Production by Electron Impact, Academic Press, London (1962)
[ 6 ] P.A. Redhead, J.P. Hobson and E.V. Kornelsen: The Physical Basis of Ultrahigh Vacuum,
Chapman & Hall, London (1968)
[ 7 ] P.A. Redhead: J. Vac. Sci. and Technol. 3 (1966) 173
[ 8 ] W.M. Brubaker, 14th National Vacuum Symposium, p. 23, American Vacuum Society, 1967
[ 9 ] Fachbericht Balzers BG 800 003 PD, „Das Funktionsprinzip des Quadrupol-Massenspektrometers“,
1990
[10] Sar-El, Rev. Sc. Instr. 38–9, 1967
[11] I.C. Abraham, J.R. Woodworth, M.E. Riley, P.A. Miller, Sandia National Laboratories
“Ion Energy Distributions at the RF-Biased Electrode in an Inductively-Driven Discharge”
Proceedings of the 47th International Symposium of the American Vacuum Society October
2000
[12] Ellmer, D. Lichtenberger, Surface and Coatings Technology, 74–75, 586 (1995)
“Plasma diagnostics by energy resolved quadrupole mass spectrometry of a reactive
magnetron sputtering discharge from an Fe target in Ar-H2S atmospheres”
[13] Feurprier, Ch. Cardinaud, B. Grolleau, and G. Turban, Plasma Sources Sci. Technol. 6, 1
(1997)
“Etch product identification during CH4-H2 RIE of InP using mass spectrometry”
[14] Ch. Hollenstein, A.A. Howling, C. Courteille, D. Magni, S.M. Scholz, G.M.W. Kroesen,
N. Simons, W. deZeeuw, and W. Schwarzenbach, J. Phys D: Appl. Phys. 30, 1 (1997)
“Silicon oxide particle formation in RF plasmas investigated by infrared absorption spectroscopy
and mass spectroscopy”
[15] T.H. Ahn, M. Itoh, K. Nakamura and H. Sugai, Proc. 1996, Int. Conf. on Plasma Physics,
Nagoya, 1996
"Negative ions in a pulsed-power inductively-coupled chlorine plasma for etching"
[16] M.G. Blain and R.L. Jarecki and R.J. Simson Sandia National Laboratories, Albuquerque,
New Mexico
J. Vac. Sci. Technol A 16 (4), Jul/Aug 1998
“Chemical downstream etching of tungsten”
[17] M.G. Blain J.Vac.Sci.Technol. A 17 (2), 665–667, Mar/Apr 1999
“Mechanism of nitrogen removal from silicon nitride by nitric oxide”
[18] Katsuyuki Okada, Shojiro Komatsu and Seiichrio Matsumoto
“Ion Energy Distributions in a Low Pressure Inductively Coupled Plasma used for Nanocrystalline
Diamond Deposition”
Proceedings of ISPC-15 (Orleance, France, 2001)
[19] M. Fahland, C. Charton, V. Kirchhoff, U. Stöhr
„Deposition of multilayer optical coatings onto plastic webs by pulse magnetron sputtering;
challenges and opportunities“
Proceedings 6th. International Symposium on Sputtering and Plasma Processes (ISSP),
p. 189, Kanazawa, Japan 2001,
[20] Fachbericht Fachbericht Balzers, BG 800 041 AD, „Nachweis von Äthanol in Wasser“; 1994
Markennamen
OmniStar* PacLine
ThermoStar* PackageLine
Prisma* DigiLine
FullRange* SplitFlow Turbo
QualyTest MagneticTurbo
TurboCube Compact Turbo
UniDry CorrosiveTurbo
DuoLine OnToolDryPump
* Markennamen Inficon

Notizen
111
Anhang

Notizen
112

Notizen
113
Anhang

Hinweis
Markennamen
Impressum
114
Angaben und Werbeaussagen in diesem Produktkatalog
gleich welcher Art, insbesondere Beschreibungen, Abbildungen,
Zeichnungen, Muster, Qualitäts-, Beschaffenheits-, Zusammensetzungs-,
Leistungs-, Verbrauchs- und Verwendbarkeitsangaben
sowie Maße und Gewichte der Produktpalette, sind freibleibend,
sofern sie nicht ausdrücklich als verbindlich bezeichnet sind. Sie
stellen keine Zusicherung oder Garantiezusage, welcher Art auch
immer, dar.
Geringe Abweichungen von den Produktangaben gelten als
genehmigt, sofern sie für den Besteller nicht unzumutbar sind.
Die Änderung von Irrtümern und technischen Gegebenheiten
behalten wir uns ausdrücklich vor.
Pfeiffer Vacuum GmbH, Januar 2005
Inficon:
QuadStar
TalkStar
Prisma
OmniStar
ThermoStar
SingleGauge
FullRange
Massenspektrometer Katalog
Pfeiffer Vacuum GmbH, Juni 2005
Technische Änderungen vorbehalten
Schutzgebühr: Euro 15,–
PK 0085 PD
Pfeiffer Vacuum GmbH
Headquarters/Germany
Berliner Straße 43
D-35614 Asslar
Tel. +49-(0) 6441-802-0
Fax +49-(0) 6441-802-202
info@pfeiffer-vacuum.de
www.pfeiffer-vacuum.net

Verkaufs- und Lieferbedingungen
I. Angebot
Mangels etwaiger gesonderter vertraglicher Vereinbarungen führen wir als Lieferer Lieferungen und Leistungen ausschließlich
nur zu diesen Bedingungen durch. Abweichende Einkaufsbedingungen des Bestellers werden unter keinen
Umständen – auch nicht durch Auftragsannahme – Vertragsinhalt, selbst wenn wir ihnen nicht gesondert widersprechen.
Diese AGB gelten sowohl für das vorliegende Geschäft als auch für alle zukünftigen Geschäftsfälle.
II. Angebot und Abschluss
Die in Preislisten, Katalogen und Werbemedien angeführten Informationen über unsere Leistungen stellen keine
Angebote dar. Die zu einem Angebot gehörigen Unterlagen wie Abbildungen, Zeichnungen, Gewichts- und
Maßangaben sind freibleibend und nur annähernd maßgebend, soweit sie nicht ausdrücklich als verbindlich bezeichnet
sind. Mündliche Auskünfte, Nebenabreden und Zusagen gleich welcher Art sind unwirksam, sofern sie nicht von
uns schriftlich als vereinbart bestätigt werden. Geringe Abweichungen von den Produktangaben gelten als genehmigt.
Ein Vertrag kommt – mangels besonderer Vereinbarung – erst mit unserer schriftlichen Auftragsbestätigung
oder Auslieferung der Ware zustande. Wir behalten uns an unseren Mustern, Kostenvoranschlägen, Plänen,
Zeichnungen und ähnlichen Informationen körperlicher und unkörperlicher Art – auch in elektronischer Form – sowie
allen anderen Unterlagen alle Eigentums- und Urheberrechte vor; sie dürfen Dritten nur mit unserer schriftlichen
Zustimmung zugänglich gemacht werden.
III. Umfang der Lieferung
Für den Umfang und alle weiteren Einzelheiten der Lieferung ist unsere schriftliche Auftragsbestätigung maßgebend,
im Falle eines Angebots mit zeitlicher Bindung unsererseits und fristgemäßer Annahme des Bestellers das Angebot,
sofern keine rechtzeitige Auftragsbestätigung von uns vorliegt. Nebenabreden und Änderungen bedürfen unserer
schriftlichen Bestätigung.
IV. Preis und Zahlung
1. Die Preise gelten ab Werk bzw. ab örtlichem Verkaufslager, von dem aus die Versendung geschieht. Sie schließen
die Verladung im Werk bzw. Verkaufslager ein, nicht jedoch die Verpackung und die gesetzliche Umsatzsteuer. Wir
sind berechtigt, die Verpackung zu unseren Selbstkosten zu berechnen, und behalten uns kostenlose Rücknahme
unserer Transportverpackung vor, sofern diese kostenfrei angeliefert wird. Zurückgesandte Verpackung wird nicht
gutgeschrieben.
2. Mangels besonderer schriftlicher Vereinbarung ist die Zahlung bar ohne jeden Abzug frei unserer Zahlstelle zu
leisten. Bei Systemen und Anlagen gelten folgende Zahlungsmodalitäten:
30 % Anzahlung nach Eingang der Auftragsbestätigung,
40 %, sobald dem Besteller mitgeteilt ist, dass die Haupteile versandbereit sind,
20 % nach erfolgter Lieferung, der Restbetrag innerhalb eines Monats nach Gefahrübergang.
3. Das Recht, Zahlungen zurückzuhalten oder mit Gegenansprüchen aufzurechnen, steht dem Besteller nur insoweit
zu, als seine Gegenansprüche unbestritten oder rechtskräftig festgestellt sind.
4. Der Mindestbestellwert beträgt Euro 100,–.
5. Bei Warenrücksendung berechnen wir für die erforderliche Funktionsprüfung und Aufarbeitung 10 % vom
Nettowarenwert, mindestens jedoch Euro 100,–.
6. Bei der Annullierung eines Auftrags berechnen wir grundsätzlich 15 % des gesamten Auftragswertes als
Annullierungspauschale. Eine Annullierung hat schriftlich zu erfolgen und ist nur innerhalb von 14 Tagen nach
unserer Auftragsbestätigung möglich.
V. Lieferzeit, Lieferverzögerung
1. Die Lieferzeit ergibt sich aus den Vereinbarungen der Vertragsparteien. Ihre Einhaltung durch uns setzt voraus,
dass alle kaufmännischen und technischen Fragen zwischen den Vertragsparteien geklärt sind und der Besteller
alle ihm obliegenden Verpflichtungen, z. B. Beibringung der vom Besteller zu beschaffenden Unterlagen,
Genehmigungen, Freigaben oder die Leistung einer vereinbarten Anzahlung, erfüllt hat. Ist dies nicht der Fall, so
verlängert sich die Lieferzeit angemessen. Dies gilt nicht, soweit wir die Verzögerung zu vertreten haben.
2. Die Einhaltung der Lieferfrist steht unter dem Vorbehalt richtiger und rechtzeitiger Selbstbelieferung.
3. Die Lieferfrist ist eingehalten, wenn der Liefergegenstand bis zu ihrem Ablauf unser Werk verlassen hat oder die
Versandbereitschaft gemeldet ist. Soweit eine Abnahme zu erfolgen hat, ist – außer bei berechtigter
Abnahmeverweigerung – der Abnahmetermin maßgebend, hilfsweise die Meldung der Abnahmebereitschaft.
4. Werden der Versand bzw. die Abnahme des Liefergegenstandes aus Gründen verzögert, die der Besteller zu vertreten
hat, so werden ihm, beginnend einen Monat nach Meldung der Versand- bzw. der Abnahmebereitschaft,
die durch Verzögerung entstandenen Kosten berechnet.
5. Ist die Nichteinhaltung der Lieferzeit auf höhere Gewalt, auf Arbeitskämpfe oder sonstige Ereignisse, die außerhalb
unseres Einflussbereiches liegen, zurückzuführen, so verlängert sich die Lieferzeit angemessen. Dies gilt auch,
wenn die Umstände bei Unterlieferern eintreten. Die vorbezeichneten Umstände sind auch dann von uns nicht zu
vertreten, wenn sie während eines bereits vorliegenden Verzuges entstehen. Beginn und Ende derartiger Hindernisse
werden wir in wichtigen Fällen dem Besteller baldmöglichst mitteilen.
6. Der Besteller kann ohne Fristsetzung vom Vertrag zurücktreten, wenn uns die gesamte Leistung vor Gefahrübergang
endgültig unmöglich gemacht wird. Der Besteller kann darüber hinaus vom Vertrag zurücktreten, wenn bei einer
Bestellung die Ausführung eines Teils der Lieferung unmöglich wird und er ein berechtigtes Interesse an der
Ablehnung der Teillieferung hat. Ist dies nicht der Fall, so hat der Besteller den auf die Teillieferung entfallenden
Vertragspreis zu zahlen. Dasselbe gilt bei unserem Unvermögen. Im Übrigen gilt Ziffer IX. 2.
Tritt die Unmöglichkeit oder das Unvermögen während des Annahmeverzugs ein oder ist der Besteller für diese
Umstände allein oder weit überwiegend verantwortlich, bleibt er zur Gegenleistung verpflichtet.
7. Kommen wir mit der Lieferung in Verzug und erwächst dem Besteller hieraus ein Schaden, so ist er unter
Ausschluss weiterer Ansprüche dazu berechtigt, eine pauschale Verzugsentschädigung zu verlangen. Sie beträgt
für jede volle Woche der Verspätung 0,5 % vom Rechnungsbetrag, aber höchstens 5 % vom Wert desjenigen
Teiles der Gesamtlieferung, der infolge der Verspätung nicht rechtzeitig oder nicht vertragsgemäß genutzt werden
kann. Weitere Ansprüche aus Lieferverzug bestimmen sich ausschließlich nach Ziffer IX. 2. Gewährt der Besteller
dem in Verzug befindlichen Lieferer – unter Berücksichtigung der gesetzlichen Ausnahmefälle – eine angemessene
Frist zur Leistung und wird die Frist nicht eingehalten, ist der Besteller im Rahmen der gesetzlichen
Vorschriften zum Rücktritt berechtigt.
8. Wird der Versand auf Wunsch des Bestellers verzögert, so werden ihm, beginnend einen Monat nach Anzeige der
Versandbereitschaft, die durch die Lagerung entstandenen Kosten, bei Lagerung in unserem Werk oder
Verkaufslager mindestens jedoch 0,5 % des Rechnungsbetrages für jeden Monat berechnet.
Wir sind außerdem berechtigt, nach Setzung und fruchtlosem Ablauf einer angemessenen Frist anderweitig über
den Liefergegenstand zu verfügen und den Besteller mit angemessen verlängerter Frist zu beliefern.
VI. Gefahrübergang, Entgegennahme und Abnahme
1. Die Gefahr geht spätestens mit der Absendung der Lieferteile auf den Besteller über, und zwar auch dann, wenn
Teillieferungen erfolgen oder wir noch andere Leistungen, z. B. die Versandkosten oder Anlieferung und Aufstellung,
übernommen haben. Auf Wunsch des Bestellers wird die Sendung auf seine Kosten durch uns gegen Diebstahl,
Bruch-, Transport-, Feuer- und Wasserschäden sowie sonstige versicherbare Risiken versichert. Soweit eine
Abnahme zu erfolgen hat, ist diese für den Gefahrenübergang maßgebend. Sie muss unverzüglich zum Abnahmetermin,
hilfsweise nach unserer Meldung über die Abnahmebereitschaft durchgeführt werden. Der Besteller darf
die Abnahme bei Vorliegen eines nicht wesentlichen Mangels nicht verweigern.
2. Verzögert sich oder unterbleibt der Versand bzw. die Abnahme infolge von Umständen, die uns nicht zuzurechnen
sind, geht die Gefahr vom Tage der Meldung der Versand- bzw. der Abnahmebereitschaft auf den Besteller über.
Wir verpflichten uns, auf Kosten des Bestellers die Versicherungen abzuschließen, die dieser verlangt.
3. Angelieferte Gegenstände sind, wenn sie unwesentliche Mängel aufweisen, vom Besteller unbeschadet der Rechte
aus Ziffer VIII. entgegenzunehmen.
4. Teillieferungen sind zulässig, soweit für den Besteller zumutbar.
VII. Eigentumsvorbehalt
1. Wir behalten uns das Eigentum an dem Liefergegenstand bis zum Eingang aller Zahlungen aus dem Liefervertrag
und bis zur Befriedigung aller Forderungen vor, welche uns oder unseren Konzerngesellschaften aus anderen
Rechtsgründen gegen den Besteller oder dessen Konzerngesellschaften zustehen. Ist der Besteller Händler oder
Verarbeiter, so ist er widerruflich ermächtigt, die gelieferten Waren im ordnungsgemäßen Geschäftsverkehr zu verbinden
und/oder zu verarbeiten und/oder weiterzuveräußern. Der Besteller tritt bereits hiermit seine Ansprüche aus
dem Weiterverkauf (bei Verbindung und/oder Verarbeitung anteilig auf das Verhältnis des Wertes unserer Waren
zu den Herstellungskosten des Gesamtproduktes) an uns ab. Soweit die Abtretung 120 % der durch sie gesicherten
Forderungen übersteigt, wird die Sicherung auf schriftlichen Wunsch des Bestellers von uns freigegeben.
2. Wir sind berechtigt, den Liefergegenstand auf Kosten des Bestellers gegen Diebstahl, Bruch-, Feuer-, Wasser- und
sonstige Schäden zu versichern, sofern nicht der Besteller selbst die Versicherung nachweislich abgeschlossen hat.
3. Der Besteller darf den Liefergegenstand weder verpfänden noch zur Sicherung übereignen. Bei Pfändungen sowie
Beschlagnahme oder sonstigen Verfügungen durch dritte Hand hat er uns unverzüglich davon zu unterrichten.
4. Bei vertragswidrigem Verhalten des Bestellers, insbesondere bei Zahlungsverzug, sind wir zur Rücknahme des Liefergegenstandes
nach Mahnung berechtigt und der Besteller zur Herausgabe verpflichtet. Die Geltendmachung des
Eigentumsvorbehalts sowie die Pfändung des Liefergegenstandes durch uns gelten nicht als Rücktritt vom Vertrag.
5. Der Antrag auf Eröffnung des Insolvenzverfahrens berechtigt uns, vom Vertrag zurückzutreten und die sofortige
Rückgabe des Liefergegenstandes zu verlangen.
VIII. Gewährleistung
Für Sach- und Rechtsmängel der Lieferung leisten wir unter Ausschluss weiterer Ansprüche – vorbehaltlich Ziffer IX. –
Gewähr wie folgt:
Sachmängel
1. Alle diejenigen Teile, die sich infolge eines vor dem Gefahrenübergang liegenden Umstandes als mangelhaft herausstellen,
sind unentgeltlich nach unserer Wahl nachzubessern oder neu zu liefern. Die Feststellung solcher
Mängel sind uns unverzüglich schriftlich anzuzeigen. § 377 HGB gilt entsprechend. Ersetzte Teile werden unser
Eigentum. Für wesentliche Fremderzeugnisse beschränkt sich unsere Haftung auf die Abtretung der Ansprüche,
die uns gegen den Lieferer des Fremderzeugnisses zustehen, vorausgesetzt, diese Ansprüche sind nicht verjährt
und bleiben hinter den Ansprüchen, die gegen uns bestehen, nicht erheblich zurück.
2. Zur Vornahme aller uns notwendig erscheinenden Nachbesserungen und Ersatzlieferungen hat der Besteller uns
nach schriftlicher Verständigung die erforderliche Zeit und Gelegenheit zu geben; anderenfalls sind wir von der
Haftung für die daraus entstehenden Folgen befreit. Nur in dringenden Fällen der Gefährdung der Betriebssicherheit
bzw. zur Abwehr unverhältnismäßig großer Schäden, wobei wir sofort zu verständigen sind, hat der Besteller das
Recht, den Mangel selbst oder durch Dritte beseitigen zu lassen und von uns Ersatz der erforderlichen Aufwendungen
zu verlangen.
3. Von den durch die Nachbesserung bzw. Ersatzlieferung entstehenden Kosten tragen wir – soweit sich die Beanstandung
als berechtigt herausstellt – die Kosten des Ersatzstückes einschließlich des Versandes (ausgenommen
Schnell-, Express-, Auslandsversand) sowie die angemessenen Kosten des Aus- und Einbaus, ferner, falls dies
nach Lage des Einzelfalles billigerweise verlangt werden kann, die Kosten der etwa erforderlichen Gestellung
unserer Monteure und Hilfskräfte.
4. Der Besteller hat im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften ein Recht zum Rücktritt vom Vertrag, wenn wir – unter
Berücksichtigung der gesetzlichen Ausnahmefälle – eine uns schriftlich gesetzte angemessene Frist für die
Nachbesserung oder Ersatzlieferung fruchtlos verstreichen lassen. Liegt nur ein unerheblicher Mangel vor, steht
dem Besteller lediglich ein Recht auf Minderung des Vertragspreises zu. Das Recht auf Minderung des
Vertragspreises bleibt ansonsten ausgeschlossen.
5. Keine Gewähr wird insbesondere in folgenden Fällen übernommen:
Ungeeignete oder unsachgemäße Verwendung, fehlerhafte Montage bzw. Inbetriebsetzung durch den Besteller
oder Dritte, natürliche Abnutzung, fehlerhafte oder nachlässige Behandlung, nicht ordnungsgemäße Wartung,
ungeeignete Betriebsmittel, mangelhafte Bauarbeiten, ungeeigneter Baugrund, chemische, elektrochemische,
radioaktive oder elektrische Einflüsse, sofern sie nicht von uns zu verantworten sind.
6. Bessert der Besteller oder ein Dritter unsachgemäß nach, besteht keine Haftung unsererseits für die daraus entstehenden
Folgen. Gleiches gilt für ohne unsere vorherige Zustimmung vom Besteller oder Dritten vorgenommene
Änderungen des Liefergegenstandes.
Rechtsmängel
7. Führt die Benutzung des Liefergegenstandes zur Verletzung von gewerblichen Schutzrechten oder Urheberrechten
im Inland, werden wir auf unsere Kosten dem Besteller grundsätzlich das Recht zum weiteren Gebrauch verschaffen
oder den Liefergegenstand in für den Besteller zumutbarer Weise derart modifizieren, dass die
Schutzrechtsverletzung nicht mehr besteht.
Ist dies zu wirtschaftlich angemessenen Bedingungen oder in angemessener Frist nicht möglich, ist der Besteller
zum Rücktritt vom Vertrag berechtigt. Unter den genannten Voraussetzungen steht auch uns ein Recht zum
Rücktritt vom Vertrag zu.
Darüber hinaus werden wir den Besteller von unbestrittenen oder rechtskräftig festgestellten Ansprüchen der
betreffenden Schutzrechtsinhaber freistellen.
8. Unsere in Ziffer VIII. 7 genannten Verpflichtungen sind vorbehaltlich Ziffer IX. 2 für den Fall der Schutz- oder Urheberrechtsverletzung
abschließend.
Sie bestehen nur, wenn
• der Besteller uns unverzüglich von geltend gemachten Schutz- oder Urheberrechtsverletzungen unterrichtet,
• der Besteller uns in angemessenem Umfang bei der Abwehr der geltend gemachten Ansprüche unterstützt
bzw. uns die Durchführung der Modifizierungsmaßnahmen gemäß Ziffer VIII. 7 ermöglicht,
• uns alle Abwehrmaßnahmen einschließlich außergerichtlicher Regelungen vorbehalten bleiben,
• der Rechtsmangel nicht auf einer Anweisung des Bestellers beruht und
• die Rechtsverletzung nicht dadurch verursacht wurde, dass der Besteller den Liefergegenstand eigenmächtig
geändert oder in einer nicht vertragsgemäßen Weise verwendet hat.
IX. Haftung
1. Wenn der Liefergegenstand durch unser Verschulden infolge unterlassener oder fehlerhafter Ausführung von vor
oder nach Vertragsabschluss liegenden Vorschlägen und Beratungen oder durch die Verletzung anderer vertraglicher
Nebenverpflichtungen – insbesondere Anleitung für Bedienung und Wartung des Liefergegenstandes – vom
Besteller nicht vertragsgemäß verwendet werden kann, so gelten unter Ausschluss weiterer Ansprüche des
Bestellers die Regelungen der Ziffern VIII. und IX. 2. entsprechend.
2. Für Schäden, die nicht am Liefergegenstand selbst entstanden sind, haften wir – aus welchen Rechtsgründen
auch immer – nur
• bei Vorsatz,
• bei grober Fahrlässigkeit des Inhabers/der Organe oder leitender Angestellter,
• bei schuldhafter Verletzung von Leben, Körper, Gesundheit,
• bei Mängeln, die wir arglistig verschwiegen oder deren Abwesenheit wir garantiert haben,
• bei Mängeln des Liefergegenstandes, soweit nach Produkthaftungsgesetz für Personen- oder Sachschäden an
privat genutzten Gegenständen gehaftet wird.
Bei schuldhafter Verletzung wesentlicher Vertragspflichten haften wir auch bei grober Fahrlässigkeit nicht leitender
Angestellter und bei leichter Fahrlässigkeit, in letzterem Fall begrenzt auf den vertragstypischen, vernünftigerweise
vorhersehbaren Schaden.
Weitere Ansprüche sind ausgeschlossen.
X. Verjährung
Alle Ansprüche des Bestellers – aus welchen Rechtsgründen auch immer – verjähren in 12 Monaten. Für vorsätzliches
oder arglistiges Verhalten sowie bei Ansprüchen nach dem Produkthaftungsgesetz gelten die gesetzlichen Fristen.
Sie gelten auch für Mängel eines Bauwerks oder Liefergegenstände, die entsprechend ihrer üblichen
Verwendungsweise für ein Bauwerk verwendet wurden und dessen Mangelhaftigkeit verursacht haben.
XI. Softwarenutzung
Soweit im Lieferumfang Software enthalten ist, wird dem Besteller ein nicht ausschließliches Recht eingeräumt, die
gelieferte Software einschließlich ihrer Dokumentation zu nutzen. Sie wird zur Verwendung auf dem dafür bestimmten
Liefergegenstand überlassen. Eine Nutzung der Software auf mehr als einem System ist untersagt.
Der Besteller darf die Software nur im gesetzlich zulässigen Umfang (§§ 69 a ff. UrhG) vervielfältigen, überarbeiten,
übersetzen oder von dem Objektcode in den Quellcode umwandeln. Der Besteller verpflichtet sich, Herstellerangaben
oder unsere Angaben – insbesondere Copyright-Vermerke – nicht zu entfernen oder ohne unsere vorherige ausdrückliche
Zustimmung zu verändern.
Alle sonstigen Rechte an der Software und den Dokumentationen einschließlich der Kopien bleiben bei uns bzw.
beim Softwarelieferanten. Die Vergabe von Unterlizenzen ist nicht zulässig.
XII. Anwendbares Recht, Gerichtsstand
1. Für alle Rechtsbeziehungen zwischen uns und dem Besteller gilt ausschließlich das maßgebliche Recht der
Bundesrepublik Deutschland. Dies gilt auch für Auslandsgeschäfte. Die Anwendung von UN-Kaufrecht ist ausgeschlossen.
2. Gerichtsstand ist das für unseren Sitz zuständige Gericht. Wir sind jedoch berechtigt, am Hauptsitz des Bestellers
Klage zu erheben.
115 2

PK 0085 PD (Juli 2005)
Auftragsabwicklung +49-(0) 64 41-8 02-6 71 11
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