DB13-T 6034-2024 熱場發(fā)射電子槍燈絲更換與調(diào)校規(guī)范

ICS31.260CCSL9013DB13/T6034—2024I本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中共河北省委軍民融合發(fā)展委員會(huì)辦公室提出。本文件由河北省軍民融合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（HeB/TC21）歸口。本文件起草單位：中國電子科技集團(tuán)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：郝曉亮、吳愛華、趙英偉、王秀海、孫虎、曹健、馬培圣、張文雅、文黎波、喬玉娥、鄭飄逸、王維、趙偉、陳立紅。DB13/T6034—20241本文件給出了熱場發(fā)射電子槍燈絲的失效判斷標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定了熱場發(fā)射電子槍燈絲的更換和調(diào)校操作流程等。本文件適用于應(yīng)用于電子束光刻機(jī)、掃描電鏡、關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡等設(shè)備儀器的熱場發(fā)射電子槍燈絲的更換和調(diào)校，其它類型的電子槍燈絲的更換與調(diào)校不適用于本文件。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T11651個(gè)體防護(hù)裝備選用規(guī)范GB50073潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范3術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。4概述熱場發(fā)射電子槍的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含：燈絲、抑制極、提取極、聚焦極、陽極。熱場發(fā)射電子槍的燈絲結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由鎢單晶、氧化鋯組成。氧化鋯的作用是使電子更容易從燈絲發(fā)射。燈絲在使用過程中氧化鋯會(huì)消耗，當(dāng)氧化鋯耗盡時(shí)，燈絲不能穩(wěn)定地發(fā)射電子，燈絲失效，需要對(duì)燈絲進(jìn)行更換。熱場發(fā)射電子槍的燈絲的壽命通常是2-5年，需要定期更換。燈絲更換完成以后，要對(duì)電子槍進(jìn)行調(diào)校，以使電子槍能工作在合適的工作點(diǎn)，提高燈絲的使5一般要求5.1人員5.1.1應(yīng)掌握電子光學(xué)等相關(guān)知識(shí)，能正確判斷故障部位并進(jìn)行更換操作。5.1.2應(yīng)具備正確使用維修檢測工具、儀器的能力。5.1.3維修人員應(yīng)按要求穿戴工作服、工作帽、工作鞋，正確佩戴勞動(dòng)防護(hù)用品。5.2環(huán)境5.2.1空氣潔凈度等級(jí)：滿足GB50073規(guī)定的2級(jí)及以上等級(jí)要求。5.2.2溫度：22℃±2℃。5.2.3相對(duì)濕度：30%～70%。5.3.1維修人員按照GB/T11651的要求使用個(gè)體防護(hù)裝備。5.3.2維修人員應(yīng)按操作要求正確使用工具。5.3.3維修過程涉及高壓，電壓最高達(dá)到100kV,維修人員應(yīng)嚴(yán)格遵守安全規(guī)定，按操作規(guī)程操作。DB13/T6034—20242圖1熱場發(fā)射電子槍結(jié)構(gòu)圖圖2熱場發(fā)射電子槍燈絲結(jié)構(gòu)圖6儀器設(shè)備6.1儀器使用的儀器要求如下：a)應(yīng)進(jìn)行定期檢定或校準(zhǔn)，并在檢定或校準(zhǔn)有效期內(nèi)使用；b)應(yīng)滿足檢測、驗(yàn)證等的使用要求；c)應(yīng)滿足安全要求，且其技術(shù)指標(biāo)符合表1的規(guī)定。表1使用儀器技術(shù)指標(biāo)技術(shù)要求數(shù)字多用表用于燈絲的電阻檢測用于檢測聚焦極對(duì)中顯微鏡用于檢測提取極對(duì)中絕緣電阻測試儀用于燈絲的絕緣度檢測DB13/T6034—202436.2設(shè)備工具及輔助材料使用的設(shè)備工具及輔助材料要求如下：a)工具應(yīng)完好無損、潔凈，規(guī)格尺寸應(yīng)與電子槍的尺寸相適應(yīng)；b)緊固工具的額定力矩應(yīng)符合對(duì)應(yīng)螺母緊固要求。c)主要設(shè)備工具及輔助材料技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2主要設(shè)備工具及輔助材料技術(shù)要求烘箱30℃~70℃,最大允許誤差：±5%超聲清洗機(jī)氮?dú)鈽尩獨(dú)鈮毫Γ?.3MPa～0.4MPa含量≥99.5%含量≥99.7%7操作流程熱場發(fā)射電子槍燈絲的更換與調(diào)校具體操作流程按圖3進(jìn)行。圖3熱場發(fā)射電子槍燈絲更換與調(diào)校流程圖8燈絲失效判斷8.1熱場發(fā)射電子槍的調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)通過設(shè)備的軟件，檢查提取極電流，電子束光刻機(jī)應(yīng)能穩(wěn)定在70μA～150μA之間，每小時(shí)變化量低于1%，掃描電鏡和關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡應(yīng)能穩(wěn)定在10μA～50μA之間，每小時(shí)變化量低于1%。DB13/T6034—202448.2判斷步驟對(duì)于電子束光刻機(jī)提取極電流不能穩(wěn)定在70μA～150μA之間，掃描電鏡和關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡不能穩(wěn)定在10μA～50μA之間，按以下步驟檢測：a)在設(shè)備原來燈絲電流的基礎(chǔ)上，加大燈絲電流，每次1mA，等待15分鐘，觀察提取極電流是否能滿足8.1要求的條件，嚴(yán)禁超過該燈絲出廠時(shí)規(guī)定的最大電流；b)在設(shè)備原來提取壓電壓的基礎(chǔ)上，加大提取極電壓，每次50V，等待15分鐘，觀察提取極電流是否能滿足8.1要求的條件，嚴(yán)禁超過設(shè)備規(guī)定的提取極電壓；c)在設(shè)備原來抑制極電壓的基礎(chǔ)上，降低抑制極電壓，每次5V，等待15分鐘，觀察提取極電流是否能滿足8.1要求的條件，嚴(yán)禁低于設(shè)備規(guī)定的抑制極電壓。通過以上的步驟如果還無法滿足8.1規(guī)定的條件，可以判定燈絲失效，需要更換。9新燈絲檢測新燈絲安裝之前要對(duì)新燈絲進(jìn)行檢測，包含以下內(nèi)容：a)用數(shù)字多用表檢測燈絲兩個(gè)管腳之間的電阻值，電子束光刻機(jī)的燈絲電阻值應(yīng)該小于等于0.2Ω,掃描電鏡和關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡的燈絲電阻值應(yīng)該小于等于0.3Ω;b)用絕緣電阻測試儀檢測燈絲任意管腳與外殼的絕緣度應(yīng)該大于200MΩ;c)在顯微鏡下觀察燈絲應(yīng)無明顯形變與污損。10燈絲的更換10.1更換前的準(zhǔn)備10.1.1記錄電子槍當(dāng)前的狀態(tài)參數(shù)，包括陰極電壓、提取極電壓、抑制極電壓、提取極電流、燈絲電流等，并填入表格中的更換前電子槍狀態(tài)欄，表格格式見附錄A表A.1。10.1.2按照設(shè)備操作規(guī)程，將整個(gè)腔體充高純氮?dú)庵脸籂顟B(tài)，后將設(shè)備關(guān)機(jī)。10.1.3等待1個(gè)小時(shí)，斷開電子槍與高壓電源之間的連線。10.1.4參照設(shè)備說明書，將電子槍從設(shè)備取下，并置于清潔、光線充足、滿足GB50073規(guī)定的2級(jí)及以上等級(jí)的場所進(jìn)行作業(yè)。10.1.5維修人員在進(jìn)行燈絲的操作之前應(yīng)更換干凈的手套，現(xiàn)場維修人員不宜超過2人。10.1.6取直徑為200mm或以上的潔凈培養(yǎng)皿，依次標(biāo)記為：聚焦極、提取極、抑制極、燈絲固定10.2電子槍燈絲的更換步驟10.2.1取下聚焦極，放到標(biāo)記為聚焦極的培養(yǎng)皿中。10.2.2斷開提取極的連接線。10.2.3斷開燈絲與基座的連接線。10.2.4將提取極、抑制極、燈絲一并從基座取下。10.2.5拆除提取極、抑制極，將燈絲取下，并將抑制極和提取極放到對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)皿中。10.2.6將燈絲從燈絲固定架取下。10.2.7將提取極、抑制極、燈絲固定架、聚焦極放到丙酮超聲清洗10分鐘，功率50W~100W，然后用氮?dú)鈽尨蹈珊?，再放置?0℃的烘箱中烘干15分鐘，放到對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)皿中。10.2.8將9中檢測合格的燈絲安裝到燈絲架上。10.2.9將裝配完成的燈絲架與提取極、聚焦極安裝好。此過程需要在顯微鏡下觀察燈絲在提取極中的位置，通過調(diào)節(jié)，使得燈絲的正中心與提取極的正中心重合，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)光。此步驟為提取10.2.10將10.2.9中裝配完成的部件安裝到電子槍的基座上，并連接好燈絲、提取極的連線。10.2.11用數(shù)字多用表的電阻檔檢測燈絲間的電阻，應(yīng)滿足9(a)的要求。10.2.12用絕緣電阻測試儀，在5kV電壓下檢測提取極、聚焦極、抑制極、燈絲兩兩之間的絕緣電阻，應(yīng)該大于200MΩ。DB13/T6034—2024510.2.13安裝聚焦極，并用公制塞尺檢測聚焦極與基座的絕緣體之間的距離，在圓周范圍內(nèi)該距離應(yīng)該一致。此步驟為聚焦極的對(duì)中。10.2.14用無塵布和酒精清潔裝配好的電子槍，然后用氮?dú)鈽尯臀鼔m器清潔電子槍。10.2.15更換密封用銅墊圈，更換電子槍與高壓電源連接的針腳彈簧。10.2.16將電子槍安裝到設(shè)備上。11電子槍調(diào)校11.1電子槍更換完成后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)校，使得電子槍工作在一個(gè)穩(wěn)定的工作點(diǎn)，以延長使用壽命。11.2電子槍的調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)電子槍的調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合8.1的要求。11.3電子束光刻機(jī)用電子槍的調(diào)校11.3.1按照更換的新燈絲的出廠銘牌，將燈絲電流設(shè)置到1800K對(duì)應(yīng)的電流。11.3.2按照10.1.1記錄的參數(shù)，依次設(shè)置陰極電壓、提取極電壓、抑制極電壓等參數(shù)。11.3.3等待提取極電流穩(wěn)定，此過程大約需要24小時(shí)。11.3.4如果提取極電流超過150μA后，且呈上升趨勢(shì)（每小時(shí)的增大量大于1%），需要降低燈絲電流，每次1mA，直到提取極電流能穩(wěn)定在70μA～150μA之間；如果提取極電流超過150μA后，且呈下降趨勢(shì)（每小時(shí)的減小量大于1%繼續(xù)觀察等待，直到提取極電流穩(wěn)定在70μA～150μA之間；如果提取極電流小于70μA，且呈上升趨勢(shì)（每小時(shí)的增大量大于1%繼續(xù)觀察等待，直到提取極電流穩(wěn)定在70μA～150μA之間；如果提取極電流小于70μA，提取極電流呈下降趨勢(shì)（每小時(shí)的減小量大于1%）需要加大燈絲電流，每次1mA。每次加大或減小燈絲電流，需要間隔15分鐘，使得提取極電流的變化穩(wěn)定。11.3.5在提取極電流穩(wěn)定后（每小時(shí)的變化量小于1%如果提取極電流達(dá)不到70μA，需要加大提取極電壓，每次50V；如果超過150μA，需要降低提取極電壓，每次50V，每次加大或降低提取極電壓，需要間隔15分鐘。11.3.6直到滿足8.1電子槍的調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)，電流穩(wěn)定后，檢測時(shí)間應(yīng)不少于24小時(shí)，若無異常，電子槍的調(diào)校完成。11.3.7電子束光刻機(jī)用電子槍的調(diào)校流程見圖4。圖4電子束光刻機(jī)用電子槍調(diào)校流程圖DB13/T6034—2024611.4掃描電鏡和關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡用電子槍的調(diào)校11.4.1參照更換的新燈絲的出廠銘牌，將燈絲電流設(shè)置到1800K對(duì)應(yīng)的電流。11.4.2參照10.1.1記錄的參數(shù)，依次設(shè)置陰極電壓、提取極電壓、抑制極電壓等參數(shù)。11.4.3等待提取極電流穩(wěn)定，此過程大約需要12小時(shí)。11.4.4如果提取極電流超過50μA后，且呈上升趨勢(shì)（每小時(shí)的增大量大于1%），需要降低燈絲電流，每次1mA，直到提取極電流能穩(wěn)定在10μA～50μA之間；如果提取極電流超過50μA后，且呈下降趨勢(shì)（每小時(shí)的減小量大于1%），繼續(xù)觀察等待，直到提取極電流穩(wěn)定在10μA～50μA之間；如果提取極電流小于10μA，且呈上升趨勢(shì)（每小時(shí)的增大量大于1%繼續(xù)觀察等待，直到提取極電流穩(wěn)定在10μA～50μA之間；如果提取極電流小于10μA，提取極電流呈下降趨勢(shì)（每小時(shí)的減小量大于1%）需要加大燈絲電流，每次1mA。每次加大或減小燈絲電流，需要間隔15分鐘，使得提取極電流的變化穩(wěn)定。11.4.5在提取極電流穩(wěn)定后（每小時(shí)的變化量小于1%如果提取極電流達(dá)不到10μA，需要加大提取極電壓，每次50V；如果超過50μA，需要降低提取極電壓，每次50V，每次加大或降低提取極電壓，需要間隔15分鐘。11.4.6直到滿足8.1電子槍的調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)，電流穩(wěn)定后，檢測時(shí)間應(yīng)不少于12小時(shí)，若無異常，電子槍的調(diào)校完成。11.4.7掃描電鏡和關(guān)鍵尺寸掃描電子顯微鏡用電子槍調(diào)校流程圖可參考圖4。12填寫記錄填寫電子槍燈絲更換記錄表，包含：設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)、國別、