ICS31.260CCSL9013DB13/T6034—2024I本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中共河北省委軍民融合發展委員會辦公室提出。本文件由河北省軍民融合標準化技術委員會（HeB/TC21）歸口。本文件起草單位：中國電子科技集團公司第十三研究所、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射電子槍燈絲的失效判斷標準，并規定了熱場發射電子槍燈絲的更換和調校操作流程等。本文件適用于應用于電子束光刻機、掃描電鏡、關鍵尺寸掃描電子顯微鏡等設備儀器的熱場發射電子槍燈絲的更換和調校，其它類型的電子槍燈絲的更換與調校不適用于本文件。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應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個體防護裝備選用規范GB50073潔凈廠房設計規范3術語和定義本文件沒有需要界定的術語和定義。4概述熱場發射電子槍的結構如圖1所示，包含：燈絲、抑制極、提取極、聚焦極、陽極。熱場發射電子槍的燈絲結構如圖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射。燈絲在使用過程中氧化鋯會消耗，當氧化鋯耗盡時，燈絲不能穩定地發射電子，燈絲失效，需要對燈絲進行更換。熱場發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，要對電子槍進行調校，以使電子槍能工作在合適的工作點，提高燈絲的使5一般要求5.1人員5.1.1應掌握電子光學等相關知識，能正確判斷故障部位并進行更換操作。5.1.2應具備正確使用維修檢測工具、儀器的能力。5.1.3維修人員應按要求穿戴工作服、工作帽、工作鞋，正確佩戴勞動防護用品。5.2環境5.2.1空氣潔凈度等級：滿足GB50073規定的2級及以上等級要求。5.2.2溫度：22℃±2℃。5.2.3相對濕度：30%～70%。5.3.1維修人員按照GB/T11651的要求使用個體防護裝備。5.3.2維修人員應按操作要求正確使用工具。5.3.3維修過程涉及高壓，電壓最高達到100kV,維修人員應嚴格遵守安全規定，按操作規程操作。DB13/T6034—20242圖1熱場發射電子槍結構圖圖2熱場發射電子槍燈絲結構圖6儀器設備6.1儀器使用的儀器要求如下：a)應進行定期檢定或校準，并在檢定或校準有效期內使用；b)應滿足檢測、驗證等的使用要求；c)應滿足安全要求，且其技術指標符合表1的規定。表1使用儀器技術指標技術要求數字多用表用于燈絲的電阻檢測用于檢測聚焦極對中顯微鏡用于檢測提取極對中絕緣電阻測試儀用于燈絲的絕緣度檢測DB13/T6034—202436.2設備工具及輔助材料使用的設備工具及輔助材料要求如下：a)工具應完好無損、潔凈，規格尺寸應與電子槍的尺寸相適應；b)緊固工具的額定力矩應符合對應螺母緊固要求。c)主要設備工具及輔助材料技術指標應符合表2的規定。表2主要設備工具及輔助材料技術要求烘箱30℃~70℃,最大允許誤差：±5%超聲清洗機氮氣槍氮氣壓力：0.3MPa～0.4MPa含量≥99.5%含量≥99.7%7操作流程熱場發射電子槍燈絲的更換與調校具體操作流程按圖3進行。圖3熱場發射電子槍燈絲更換與調校流程圖8燈絲失效判斷8.1熱場發射電子槍的調校標準通過設備的軟件，檢查提取極電流，電子束光刻機應能穩定在70μA～150μA之間，每小時變化量低于1%，掃描電鏡和關鍵尺寸掃描電子顯微鏡應能穩定在10μA～50μA之間，每小時變化量低于1%。DB13/T6034—202448.2判斷步驟對于電子束光刻機提取極電流不能穩定在70μA～150μA之間，掃描電鏡和關鍵尺寸掃描電子顯微鏡不能穩定在10μA～50μA之間，按以下步驟檢測：a)在設備原來燈絲電流的基礎上，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，嚴禁超過該燈絲出廠時規定的最大電流；b)在設備原來提取壓電壓的基礎上，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，嚴禁超過設備規定的提取極電壓；c)在設備原來抑制極電壓的基礎上，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，嚴禁低于設備規定的抑制極電壓。通過以上的步驟如果還無法滿足8.1規定的條件，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新燈絲進行檢測，包含以下內容：a)用數字多用表檢測燈絲兩個管腳之間的電阻值，電子束光刻機的燈絲電阻值應該小于等于0.2Ω,掃描電鏡和關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的燈絲電阻值應該小于等于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該大于200MΩ;c)在顯微鏡下觀察燈絲應無明顯形變與污損。10燈絲的更換10.1更換前的準備10.1.1記錄電子槍當前的狀態參數，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欄，表格格式見附錄A表A.1。10.1.2按照設備操作規程，將整個腔體充高純氮氣至常壓狀態，后將設備關機。10.1.3等待1個小時，斷開電子槍與高壓電源之間的連線。10.1.4參照設備說明書，將電子槍從設備取下，并置于清潔、光線充足、滿足GB50073規定的2級及以上等級的場所進行作業。10.1.5維修人員在進行燈絲的操作之前應更換干凈的手套，現場維修人員不宜超過2人。10.1.6取直徑為200mm或以上的潔凈培養皿，依次標記為：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，放到標記為聚焦極的培養皿中。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應的培養皿中。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，然后用氮氣槍吹干后，再放置到40℃的烘箱中烘干15分鐘，放到對應的培養皿中。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，通過調節，使得燈絲的正中心與提取極的正中心重合，必要時進行補光。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用數字多用表的電阻檔檢測燈絲間的電阻，應滿足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，在圓周范圍內該距離應該一致。此步驟為聚焦極的對中。10.2.14用無塵布和酒精清潔裝配好的電子槍，然后用氮氣槍和吸塵器清潔電子槍。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將電子槍安裝到設備上。11電子槍調校11.1電子槍更換完成后，應進行調校，使得電子槍工作在一個穩定的工作點，以延長使用壽命。11.2電子槍的調校標準電子槍的調校標準應符合8.1的要求。11.3電子束光刻機用電子槍的調校11.3.1按照更換的新燈絲的出廠銘牌，將燈絲電流設置到1800K對應的電流。11.3.2按照10.1.1記錄的參數，依次設置陰極電壓、提取極電壓、抑制極電壓等參數。11.3.3等待提取極電流穩定，此過程大約需要24小時。11.3.4如果提取極電流超過150μA后，且呈上升趨勢（每小時的增大量大于1%），需要降低燈絲電流，每次1mA，直到提取極電流能穩定在70μA～150μA之間；如果提取極電流超過150μA后，且呈下降趨勢（每小時的減小量大于1%繼續觀察等待，直到提取極電流穩定在70μA～150μA之間；如果提取極電流小于70μA，且呈上升趨勢（每小時的增大量大于1%繼續觀察等待，直到提取極電流穩定在70μA～150μA之間；如果提取極電流小于70μA，提取極電流呈下降趨勢（每小時的減小量大于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定。11.3.5在提取極電流穩定后（每小時的變化量小于1%如果提取極電流達不到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電子槍的調校標準，電流穩定后，檢測時間應不少于24小時，若無異常，電子槍的調校完成。11.3.7電子束光刻機用電子槍的調校流程見圖4。圖4電子束光刻機用電子槍調校流程圖DB13/T6034—2024611.4掃描電鏡和關鍵尺寸掃描電子顯微鏡用電子槍的調校11.4.1參照更換的新燈絲的出廠銘牌，將燈絲電流設置到1800K對應的電流。11.4.2參照10.1.1記錄的參數，依次設置陰極電壓、提取極電壓、抑制極電壓等參數。11.4.3等待提取極電流穩定，此過程大約需要12小時。11.4.4如果提取極電流超過50μA后，且呈上升趨勢（每小時的增大量大于1%），需要降低燈絲電流，每次1mA，直到提取極電流能穩定在10μA～50μA之間；如果提取極電流超過50μA后，且呈下降趨勢（每小時的減小量大于1%），繼續觀察等待，直到提取極電流穩定在10μA～50μA之間；如果提取極電流小于10μA，且呈上升趨勢（每小時的增大量大于1%繼續觀察等待，直到提取極電流穩定在10μA～50μA之間；如果提取極電流小于10μA，提取極電流呈下降趨勢（每小時的減小量大于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定。11.4.5在提取極電流穩定后（每小時的變化量小于1%如果提取極電流達不到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電子槍的調校標準，電流穩定后，檢測時間應不少于12小時，若無異常，電子槍的調校完成。11.4.7掃描電鏡和關鍵尺寸掃描電子顯微鏡用電子槍調校流程圖可參考圖4。12填寫記錄填寫電子槍燈絲更換記錄表，包含：設備名稱、設備型號、國別、