DB13-T 6034-2024 热场发射电子枪灯丝更换与调校规范

ICS31.260CCSL9013DB13/T6034—2024I本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中共河北省委军民融合发展委员会办公室提出。本文件由河北省军民融合标准化技术委员会（HeB/TC21）归口。本文件起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所、河北杰微科技有限公司。本文件主要起草人：郝晓亮、吴爱华、赵英伟、王秀海、孙虎、曹健、马培圣、张文雅、文黎波、乔玉娥、郑飘逸、王维、赵伟、陈立红。DB13/T6034—20241本文件给出了热场发射电子枪灯丝的失效判断标准，并规定了热场发射电子枪灯丝的更换和调校操作流程等。本文件适用于应用于电子束光刻机、扫描电镜、关键尺寸扫描电子显微镜等设备仪器的热场发射电子枪灯丝的更换和调校，其它类型的电子枪灯丝的更换与调校不适用于本文件。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T11651个体防护装备选用规范GB50073洁净厂房设计规范3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4概述热场发射电子枪的结构如图1所示，包含：灯丝、抑制极、提取极、聚焦极、阳极。热场发射电子枪的灯丝结构如图2所示，主要由钨单晶、氧化锆组成。氧化锆的作用是使电子更容易从灯丝发射。灯丝在使用过程中氧化锆会消耗，当氧化锆耗尽时，灯丝不能稳定地发射电子，灯丝失效，需要对灯丝进行更换。热场发射电子枪的灯丝的寿命通常是2-5年，需要定期更换。灯丝更换完成以后，要对电子枪进行调校，以使电子枪能工作在合适的工作点，提高灯丝的使5一般要求5.1人员5.1.1应掌握电子光学等相关知识，能正确判断故障部位并进行更换操作。5.1.2应具备正确使用维修检测工具、仪器的能力。5.1.3维修人员应按要求穿戴工作服、工作帽、工作鞋，正确佩戴劳动防护用品。5.2环境5.2.1空气洁净度等级：满足GB50073规定的2级及以上等级要求。5.2.2温度：22℃±2℃。5.2.3相对湿度：30%～70%。5.3.1维修人员按照GB/T11651的要求使用个体防护装备。5.3.2维修人员应按操作要求正确使用工具。5.3.3维修过程涉及高压，电压最高达到100kV,维修人员应严格遵守安全规定，按操作规程操作。DB13/T6034—20242图1热场发射电子枪结构图图2热场发射电子枪灯丝结构图6仪器设备6.1仪器使用的仪器要求如下：a)应进行定期检定或校准，并在检定或校准有效期内使用；b)应满足检测、验证等的使用要求；c)应满足安全要求，且其技术指标符合表1的规定。表1使用仪器技术指标技术要求数字多用表用于灯丝的电阻检测用于检测聚焦极对中显微镜用于检测提取极对中绝缘电阻测试仪用于灯丝的绝缘度检测DB13/T6034—202436.2设备工具及辅助材料使用的设备工具及辅助材料要求如下：a)工具应完好无损、洁净，规格尺寸应与电子枪的尺寸相适应；b)紧固工具的额定力矩应符合对应螺母紧固要求。c)主要设备工具及辅助材料技术指标应符合表2的规定。表2主要设备工具及辅助材料技术要求烘箱30℃~70℃,最大允许误差：±5%超声清洗机氮气枪氮气压力：0.3MPa～0.4MPa含量≥99.5%含量≥99.7%7操作流程热场发射电子枪灯丝的更换与调校具体操作流程按图3进行。图3热场发射电子枪灯丝更换与调校流程图8灯丝失效判断8.1热场发射电子枪的调校标准通过设备的软件，检查提取极电流，电子束光刻机应能稳定在70μA～150μA之间，每小时变化量低于1%，扫描电镜和关键尺寸扫描电子显微镜应能稳定在10μA～50μA之间，每小时变化量低于1%。DB13/T6034—202448.2判断步骤对于电子束光刻机提取极电流不能稳定在70μA～150μA之间，扫描电镜和关键尺寸扫描电子显微镜不能稳定在10μA～50μA之间，按以下步骤检测：a)在设备原来灯丝电流的基础上，加大灯丝电流，每次1mA，等待15分钟，观察提取极电流是否能满足8.1要求的条件，严禁超过该灯丝出厂时规定的最大电流；b)在设备原来提取压电压的基础上，加大提取极电压，每次50V，等待15分钟，观察提取极电流是否能满足8.1要求的条件，严禁超过设备规定的提取极电压；c)在设备原来抑制极电压的基础上，降低抑制极电压，每次5V，等待15分钟，观察提取极电流是否能满足8.1要求的条件，严禁低于设备规定的抑制极电压。通过以上的步骤如果还无法满足8.1规定的条件，可以判定灯丝失效，需要更换。9新灯丝检测新灯丝安装之前要对新灯丝进行检测，包含以下内容：a)用数字多用表检测灯丝两个管脚之间的电阻值，电子束光刻机的灯丝电阻值应该小于等于0.2Ω,扫描电镜和关键尺寸扫描电子显微镜的灯丝电阻值应该小于等于0.3Ω;b)用绝缘电阻测试仪检测灯丝任意管脚与外壳的绝缘度应该大于200MΩ;c)在显微镜下观察灯丝应无明显形变与污损。10灯丝的更换10.1更换前的准备10.1.1记录电子枪当前的状态参数，包括阴极电压、提取极电压、抑制极电压、提取极电流、灯丝电流等，并填入表格中的更换前电子枪状态栏，表格格式见附录A表A.1。10.1.2按照设备操作规程，将整个腔体充高纯氮气至常压状态，后将设备关机。10.1.3等待1个小时，断开电子枪与高压电源之间的连线。10.1.4参照设备说明书，将电子枪从设备取下，并置于清洁、光线充足、满足GB50073规定的2级及以上等级的场所进行作业。10.1.5维修人员在进行灯丝的操作之前应更换干净的手套，现场维修人员不宜超过2人。10.1.6取直径为200mm或以上的洁净培养皿，依次标记为：聚焦极、提取极、抑制极、灯丝固定10.2电子枪灯丝的更换步骤10.2.1取下聚焦极，放到标记为聚焦极的培养皿中。10.2.2断开提取极的连接线。10.2.3断开灯丝与基座的连接线。10.2.4将提取极、抑制极、灯丝一并从基座取下。10.2.5拆除提取极、抑制极，将灯丝取下，并将抑制极和提取极放到对应的培养皿中。10.2.6将灯丝从灯丝固定架取下。10.2.7将提取极、抑制极、灯丝固定架、聚焦极放到丙酮超声清洗10分钟，功率50W~100W，然后用氮气枪吹干后，再放置到40℃的烘箱中烘干15分钟，放到对应的培养皿中。10.2.8将9中检测合格的灯丝安装到灯丝架上。10.2.9将装配完成的灯丝架与提取极、聚焦极安装好。此过程需要在显微镜下观察灯丝在提取极中的位置，通过调节，使得灯丝的正中心与提取极的正中心重合，必要时进行补光。此步骤为提取10.2.10将10.2.9中装配完成的部件安装到电子枪的基座上，并连接好灯丝、提取极的连线。10.2.11用数字多用表的电阻档检测灯丝间的电阻，应满足9(a)的要求。10.2.12用绝缘电阻测试仪，在5kV电压下检测提取极、聚焦极、抑制极、灯丝两两之间的绝缘电阻，应该大于200MΩ。DB13/T6034—2024510.2.13安装聚焦极，并用公制塞尺检测聚焦极与基座的绝缘体之间的距离，在圆周范围内该距离应该一致。此步骤为聚焦极的对中。10.2.14用无尘布和酒精清洁装配好的电子枪，然后用氮气枪和吸尘器清洁电子枪。10.2.15更换密封用铜垫圈，更换电子枪与高压电源连接的针脚弹簧。10.2.16将电子枪安装到设备上。11电子枪调校11.1电子枪更换完成后，应进行调校，使得电子枪工作在一个稳定的工作点，以延长使用寿命。11.2电子枪的调校标准电子枪的调校标准应符合8.1的要求。11.3电子束光刻机用电子枪的调校11.3.1按照更换的新灯丝的出厂铭牌，将灯丝电流设置到1800K对应的电流。11.3.2按照10.1.1记录的参数，依次设置阴极电压、提取极电压、抑制极电压等参数。11.3.3等待提取极电流稳定，此过程大约需要24小时。11.3.4如果提取极电流超过150μA后，且呈上升趋势（每小时的增大量大于1%），需要降低灯丝电流，每次1mA，直到提取极电流能稳定在70μA～150μA之间；如果提取极电流超过150μA后，且呈下降趋势（每小时的减小量大于1%继续观察等待，直到提取极电流稳定在70μA～150μA之间；如果提取极电流小于70μA，且呈上升趋势（每小时的增大量大于1%继续观察等待，直到提取极电流稳定在70μA～150μA之间；如果提取极电流小于70μA，提取极电流呈下降趋势（每小时的减小量大于1%）需要加大灯丝电流，每次1mA。每次加大或减小灯丝电流，需要间隔15分钟，使得提取极电流的变化稳定。11.3.5在提取极电流稳定后（每小时的变化量小于1%如果提取极电流达不到70μA，需要加大提取极电压，每次50V；如果超过150μA，需要降低提取极电压，每次50V，每次加大或降低提取极电压，需要间隔15分钟。11.3.6直到满足8.1电子枪的调校标准，电流稳定后，检测时间应不少于24小时，若无异常，电子枪的调校完成。11.3.7电子束光刻机用电子枪的调校流程见图4。图4电子束光刻机用电子枪调校流程图DB13/T6034—2024611.4扫描电镜和关键尺寸扫描电子显微镜用电子枪的调校11.4.1参照更换的新灯丝的出厂铭牌，将灯丝电流设置到1800K对应的电流。11.4.2参照10.1.1记录的参数，依次设置阴极电压、提取极电压、抑制极电压等参数。11.4.3等待提取极电流稳定，此过程大约需要12小时。11.4.4如果提取极电流超过50μA后，且呈上升趋势（每小时的增大量大于1%），需要降低灯丝电流，每次1mA，直到提取极电流能稳定在10μA～50μA之间；如果提取极电流超过50μA后，且呈下降趋势（每小时的减小量大于1%），继续观察等待，直到提取极电流稳定在10μA～50μA之间；如果提取极电流小于10μA，且呈上升趋势（每小时的增大量大于1%继续观察等待，直到提取极电流稳定在10μA～50μA之间；如果提取极电流小于10μA，提取极电流呈下降趋势（每小时的减小量大于1%）需要加大灯丝电流，每次1mA。每次加大或减小灯丝电流，需要间隔15分钟，使得提取极电流的变化稳定。11.4.5在提取极电流稳定后（每小时的变化量小于1%如果提取极电流达不到10μA，需要加大提取极电压，每次50V；如果超过50μA，需要降低提取极电压，每次50V，每次加大或降低提取极电压，需要间隔15分钟。11.4.6直到满足8.1电子枪的调校标准，电流稳定后，检测时间应不少于12小时，若无异常，电子枪的调校完成。11.4.7扫描电镜和关键尺寸扫描电子显微镜用电子枪调校流程图可参考图4。12填写记录填写电子枪灯丝更换记录表，包含：设备名称、设备型号、国别、