GB/T 15861-2012 离子束蚀刻机通用规范

　　ICS 31-550 L 97

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 15861—2012代替 GB/T 15861—1995

　　离子束蚀刻机通用规范

　　Generalspecification ofion beam etchingsystem

　　2012-11-05发布 2013-02-15实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 15861—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准代替 GB/T 15861—1995《离子束蚀刻机通用技术条件》。

　　本标准与 GB/T 15861—1995相比主要变化如下 :

　　—GBn 193—1983 由 GB/T 13384—1992代替 ,SJ 2573—1985 由 SJ/T 10674—1995代替 ;

　　— 环境温度调整为 20 ℃ ±10 ℃[见 5. 1a)] ;

　　— 束能量范围调整为 0~ 2 000 eV,可调(见 5. 4. 1) ;

　　— 表 1 中束流密度 0. 5 mA/cm2 调整为 ≥0. 3 mA/cm2 ,1 mA/cm2 调整为 0. 8 mA/cm2 (见表 1) ;增加束能量为 2 000 eV 时束流密度 ≥1 mA/cm2 (见表 1) ;

　　— 有效束径规格增加了 ϕ50和 ϕ100两种 ,去掉了 ϕ60(见 5. 4. 4) ;

　　— 中和方式增加了 “电子源中和器 ”(见 5. 4) ;

　　— 对束流密度检测方法进行了更清楚的表述(见 6. 4. 2) ;

　　—“膜厚均匀性为 ±5%的蚀刻样片 ”改为“膜厚均匀性优于 ±2%、厚度 2 μm、制备了掩膜图案的蚀刻样片 ”(见 6. 4. 10) ;

　　— 检验规则去掉例行检验项(见 7) ;

　　— 增加包装前检查的条款(见 8. 2. 1) 。

　　本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出 。

　　本标准由中国电子技术标准化研究所归 口 。

　　本标准起草单位 : 中国电子科技集团公司第四十八研究所 。

　　本标准主要起草人 : 陈特超 、周大良 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为 :

　　—GB/T 15861—1995。

　　Ⅰ

　　GB/T 15861—2012

　　离子束蚀刻机通用规范

　　1 范围

　　本标准 规 定 了 离 子 束 蚀 刻 机 的 术 语 、产 品 分 类 、技 术 要 求 、试 验 方 法 、检 验 规 则 以 及 包 装 、运 输 、贮存 。

　　本标准适用于物理溅射腐蚀作用的通用离子束蚀刻机 。其他专用离子束蚀刻机亦可参照执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是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/T 191 包装储运图示标志

　　GB/T 4857. 7—2005 包装 运输包装件基本试验 第 7部分 :正弦定频振动试验方法

　　GB/T 5080. 7—1986 设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案

　　GB/T 6388—1986 运输包装收发货标志

　　GB/T 13384—1992 机电产品包装通用技术条件

　　SJ/T 142 电子工业专用设备通用规范

　　SJ/T 1276 金属镀层和化学处理层质量检验技术要求

　　SJ/T 10674 涂料涂覆通用技术条件

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　束能量 beam energy

　　表征离子束中离子的动能 。

　　注 : 单位为电子伏特(eV) 。

　　3. 2

　　束流密度 beam currentdensity

　　离子束某一指定截面上单位面积所通过的电流强度 。

　　3. 3

　　有效束径 effectivebeam diameter

　　打到靶上的束流密度均匀性在要求值(不低于 ±5%)以内的束直径范围 。

　　3. 4

　　束流均匀性 uniformity ofbeam current

　　离子束某一指定截面上任意测试点间有效束径范围内束流密度变化的最大与最小值之差与其之和的比的百分率 。

　　1

　　GB/T 15861—2012

　　3. 5

　　束流稳定性 stability ofbeam current

　　规定时间内束流强度变化的均方根值与其平均值之比 。

　　3. 6

　　蚀刻均匀性 etch uniformity

　　被蚀刻材料表层不同点上的蚀刻深度的不一致性 。

　　3. 7

　　中和器 neutralizer

　　产生中和离子束中正电荷的电子发射源 。

　　4 产品分类

　　按加工工件置放方式分 :

　　a) 立式离子束蚀刻机(工件水平放置) ;

　　b) 卧式离子束蚀刻机(工件竖直放置) 。

　　5 技术要求

　　5. 1 工作条件

　　a) 环境温度 :20 ℃ ±10 ℃ ;

　　b) 相对湿度 :<60% ;

　　c) 具有空调 ,一般净化房间 ;

　　d) 电压 :三相五线制 ,交流电压 380V±10% ;频率 :50 Hz±1% ;

　　e) 氩气 ,氧气纯度为 99. 999% ,氮气为 99. 99% ,气体压力不大于 0. 2 MPa;

　　f) 进水压力及流量 :0. 2 MPa~0. 4 MPa,流量 30 L/min;

　　g) 进水温度 :10 ℃ ~ 26 ℃ ;

　　h) 室内应设置排出废气地沟的标准尺寸接 口 ;

　　i) 室内应设置排出冷却水地沟接 口 ;

　　j) 室内应安装有接地电阻小于 4 Ω 的接线端子 ;

　　k) 离子源供电接地参考点和主机接地点应一点接地 ;

　　l) 机柜保护接地应与离子源供电参考点接地分开 ;

　　m) 不能用电网电源的零线作接地地点 。

　　5. 2 外观要求

　　5. 2. 1 设备的外观布置应整齐 、美观 、平整 , 表面不应有明显的凸起 、凹陷 、粗糙不平 、划伤 、锈蚀等缺陷 ,符合 SJ/T 142的要求 。标牌安装牢固 、字迹清晰 、标注与内容一致 。

　　5. 2. 2 油漆涂覆的零部件 ,其漆层应平整清洁 、牢固光滑 、色泽一致 ,不得有流挂 、起泡 、划痕等缺陷 ,符合 SJ/T 10674的要求 。

　　5. 2. 3 电镀及化学涂覆的零件 ,其表面应光滑细致 、无斑点 、锈蚀 、起泡 、烧痕等缺陷 ,符合 SJ/T 1276的规定 。

　　5. 2. 4 紧固件连接牢固 、无松动现象 。

　　2

　　GB/T 15861—2012

　　5. 3 安全要求

　　5. 3. 1 设备应具有过载 、短路 、停电 、停水等安全防护装置或报警装置 。

　　5. 3. 2 离子源供电接线端子的绝缘电阻应大于 20 MΩ。端子备有防护装置 。

　　5. 3. 3 设备应设有避免误操作的安全联锁装置 。

　　5. 4 主要性能要求

　　5. 4. 1 束能量

　　束能量值可调 ,调节范围在(0~ 2000) eV 内 。在具体产品规范中规定 。

　　5. 4. 2 束流密度

　　束流密度的大小按照表 1 的规定在具体产品规范中提出 。

　　表 1

　　束能量/eV

　　束流密度/(mA/cm2 )

　　500

　　≥0. 3

　　1 000

　　≥0. 8

　　2 000

　　≥1

　　5. 4. 3 束流均匀性

　　在产品规范中给出束流均匀性指标 ,其指标值应为 ±5% 。

　　5. 4. 4 有效束径

　　蚀刻机的有效束径应在具体产品规范 中 规 定 。 其 误 差 为 ±2% 。 有 效 束 径 优 选 规 格 为 ϕ50、ϕ80、 ϕ100、ϕ150 。

　　5. 4. 5 束流稳定性

　　束流稳定性指标值 :

　　a) 在 1 h 内为 ±1% ;

　　b) 在 4 h 内为 ±2% 。

　　5. 4. 6 真空度

　　a) 蚀刻机工作室的极限压力为 6. 7× 10-4 Pa;

　　b) 蚀刻机工作室的工作压力为 4×10- 2 Pa。

　　5. 4. 7 恢复真空时间

　　当蚀刻机工作室暴露大气不超过 20 min时 ,设备从开高压阀抽到大气压值变为 5× 10- 3 Pa,所需时间不大于 20 min。

　　5. 4. 8 蚀刻台

　　蚀刻台可连续旋转 ,转速 5 r/min~ 10 r/min可调 。

　　3

　　GB/T 15861—2012

　　5. 4. 9 工作温升

　　蚀刻机加工工件时 ,工件表面的温升不大于 80 ℃ 。

　　5. 4. 10 蚀刻均匀性

　　蚀刻均匀性为 ±5%(有效束径范围内) 。

　　5. 4. 11 离子束中和方式

　　蚀刻机的离子束采用热灯丝中和器或电子源中和器 。

　　5. 5 可靠性要求

　　产品平均失效间工作时间 MTBF≥70h,平均维修时间 MTTR<3h。

　　5. 6 成套性要求

　　设备交付用户时 ,应包括主机 、附件 、易损件和随机技术文件及合同规定的其他要求 。

　　附件 、易损件和随机技术文件的种类 、规格和数量应在具体产品规范及产品说明书中明确规定和说明 。

　　5. 7 包装运输要求

　　离子束蚀刻机设备的包装箱 ,在运输过程中不能损坏和变形 ,应能保证设备完好 。

　　6 试验方法

　　6. 1 试验用的计量器具经专业计量机构检定 ,并在检定合格有效期内 。

　　6. 2 外观要求检测

　　目测外观外形和油漆 、电镀 、化学涂覆质量 。

　　6. 3 安全要求检查

　　6. 3. 1 分别将屏栅电源 、阳极电源 、加速栅电源输出端人为瞬间为短路 ,观察过载保护装置是否动作 。

　　6. 3. 2 采用 1. 5 级 、2 500V兆欧表 ,测量离子源接线端子对地绝缘电阻 。

　　6. 3. 3 检查机械泵 、分子泵操作顺序的联锁装置 。检查冷却水与分子泵和设备其他冷却部件的联锁和报警装置 。

　　6. 4 主要性能检测

　　6. 4. 1 束能量检测

　　将屏栅电源正端与阳极电源负端相连 ,使用精度不低于千分之一的数字电压表 , 分别测出屏栅电源 , 阳极电源电压 ,用式(1)计算 :

　　Eb = e(Vs +VA +Vpc) …………………………( 1 )

　　式中 :

　　Eb — 表征束能量 ,单位为电子伏(eV) ;

　　e — 电子电荷量 ;

　　Vs — 离子源屏栅电源电压 ,单位为伏(V) ;

　　VA — 离子源阳极电源电压 ,单位为伏(V) ;

　　4

　　GB/T 15861—2012

　　Vpc— 离子源中等离子体鞘层电位 ,理论值约 5 V。

　　6. 4. 2 束流密度检测

　　中和器 、法拉第筒探头面积为 1 cm2 、靶到离子源出口距离为 d,按图 1所示方法测试 。探头置于束轴线上 ,用 1. 5 级 3 mA 的毫安表测出的示值 , 即为最大束流密度 。

　　根据选配的离子源 ,在如下测试条件下 , 即 VA=50V、Vs= 500V、Va= -70V(加速栅电源) 、不开

　　说明 :

　　S— 离子源 ;

　　F— 法拉第筒 ;

　　A— 毫安表 ;

　　d— 靶到离子源出口的距离 。

　　图 1 束流密度测试方法示意图

　　6. 4. 3 束流均匀性检测

　　按照 6. 4. 2选定的测试条件 ,设备运行 15 min预热 。按图 1 所示方法 。法拉第筒沿束径向方向 ,进程 、回程各测三次 。每次 0. 2 cm 等距移动 ,测出对应点相应束流 ,分别计算出进 、回程各点 3 次测试值平均值 。然后 , 由进程算术平均值和回程算术平均值求出进 、回程各点的算术平均值 。从该平均值中确定最大和最小束流密度值 ,代入式(2)计算 :

　　…………………………( 2 )

　　式中 :

　　ΔI — 束流密度均匀性 ;

　　Imax — 进程和回程平均值中的最大束流密度值 ;

　　Imin — 进程和回程平均值中的最小束流密度值 。

　　6. 4. 4 有效束径检测

　　根据 6. 4. 3测出的数据 ,按照式(2)计算 ,求出满足 ±5%束流密度均匀性的最大束径范围 。

　　6. 4. 5 束流稳定性检测

　　采用图 2所示方法 ,从总束流经过精度为万分之一的精密电阻取样 , 由精度千分之一的数字电压表读数 ,每 3 min读数一次 。测 1 h 和 4 h所得数据 ,分别代入式(3)计算 。 即

　　5

　　GB/T 15861—2012

　　I ( 3 )

　　式中 :

　　I0— 束流稳定性 ;

　　n — 读数次数 ;

　　I— 测量次数内的束流算术平均值 , I= 1,2, …n) ;

　　Ii — 第i次测量值 。

　　说明 :

　　S— 离子源 ;

　　T— 靶 ;

　　Va— 加速栅电源 ;

　　Vs— 屏栅电源 ;

　　V— 数字电压表 ;

　　R— 线绕电阻 。

　　图 2 束流稳定性测试示意图

　　6. 4. 6 真空度测试

　　采用随机配置的真空计进行测量 。

　　a) 对真空室不限时 连 续 排 气 , 真 空 计 测 量 值 不 再 明 显 变 化 时 , 记 录 真 空 计 读 数 , 该 值 即 为 极 限压力 ;

　　b) 选定阳极电压 50V,控制送气系统 ,使压强从 4×10- 2 Pa开始降低 ,调整灯丝电源 ,测出能产生稳定放电的最高压力 。

　　6. 4. 7 恢复真空时间测试

　　用计时器测量 ,设备从开高阀抽到 5× 10- 3 Pa时所需时间 。

　　6

　　GB/T 15861—2012

　　6. 4. 8 蚀刻台检查

　　调节调速器 ,用目测法检查蚀刻台的旋转速度是否在变化 ,并记录每分钟的旋转圈数 。

　　6. 4. 9 工件温升检查

　　在束功率(即束流与屏栅电压的乘积)小于 0. 5 W 条件下 ,用热电偶测工件温度与时间关系曲线 ,曲线饱和部分对应的温度减去室温即蚀刻台工件的最高温升 。

　　6. 4. 10 蚀刻均匀性检测

　　取一膜厚均匀性优于 ±2%、厚度 2 μm、制备了掩膜图案的蚀刻样片 。用规定的参数进行刻蚀 ,在样品没有完全刻穿的条件下 ,选取通过中心的一条直线上均布的 5 个测试点 。用干涉显微镜或台阶测试仪测得各点的蚀刻深度 ,将测得的数据按式(4)计算 。

　　…………………………( 4 )

　　式中 :

　　Δh — 蚀刻均匀性 ;

　　hmax — 最大蚀刻深度 ;

　　hmin — 最小蚀刻深度 。

　　6. 4. 11 离子束中和方式检查

　　直观检查中和器装置 。

　　6. 5 可靠性检测

　　采用 GB/T 5080. 7—1986中 4. 2规定的截尾序贯试验方案 4 ∶ 7概率比进行验证 。

　　6. 6 成套性检查

　　按使用说明书 、供货合同 ,检查产品成套性 。

　　6. 7 包装运输试验

　　按 GB/T 4857. 7—2005 中 3. 3 的规定 ,将离子束蚀刻机的包装件固定于振动试验台上 ,振动频率4 Hz,振幅 0. 35 mm ,持续时间 60min,试验结束后 ,检验包装箱应完好无损 ,开机测试产品是否符合技术要求 。

　　7 检验规则

　　7. 1 检验分类

　　离子束蚀刻机的检验分定型检验 、交收检验 。

　　7. 2 定型检验

　　7. 2. 1 定型检验由生产单位质量检验部门负责实施 。

　　7. 2. 2 有下列情况之一进行定型检验 :

　　a) 新品研制 ;

　　b) 改进设计或主要工艺 ,或更换主要元器件及材料时 ;

　　c) 交收检验结果与前次定型检验有较大差别时 。

　　7. 2. 3 定型检验项目见表 2。

　　7. 2. 4 检验中任一项出现故障时 ,应停止检验 ,查出故障原因 ,排除故障后 ,重新进行定型检验 。重新检验中若再次出现故障 ,则该机判为不合格 ,但允许进行一次返修后 ,再次交验 。

　　7

　　GB/T 15861—2012

　　表 2

　　序号

　　检验项 目

　　技术要求章条号

　　试验方法章条号

　　定型检验

　　交收检验

　　1

　　外观要求

　　5. 2

　　6. 1

　　○

　　○

　　2

　　安全要求

　　5. 3

　　6. 2

　　○

　　○

　　3

　　束能量

　　5. 4. 1

　　6. 4. 1

　　○

　　○

　　4

　　束流密度

　　5. 4. 2

　　6. 4. 2

　　○

　　○

　　5

　　束流均匀性

　　5. 4. 3

　　6. 4. 3

　　○

　　○

　　6

　　有效束径

　　5. 4. 4

　　6. 4. 4

　　○

　　○

　　7

　　束流稳定性

　　5. 4. 5

　　6. 4. 5

　　○

　　○

　　8

　　真空度

　　5. 4. 6

　　6. 4. 6

　　○

　　○

　　9

　　恢复真空时间

　　5. 4. 7

　　6. 4. 7

　　○

　　○

　　10

　　蚀刻台

　　5. 4. 8

　　6. 4. 8

　　○

　　○

　　11

　　工作温升

　　5. 4. 9

　　6. 4. 9

　　○

　　○

　　12

　　蚀刻均匀性

　　5. 4. 10

　　6. 4. 10

　　○

　　○

　　13

　　离子束中和方式

　　5. 4. 11

　　6. 4. 11

　　○

　　○

　　14

　　可靠性要求

　　5. 5

　　6. 5

　　○

　　15

　　成套性要求

　　5. 6

　　6. 6

　　○

　　○

　　16

　　包装运输试验

　　5. 7

　　6. 7

　　○

　　注 : “○ ”表示在该类检验中应进行的检验项 目 。

　　7. 3 交收检验

　　7. 3. 1 交收检验在用户现场安装调试完成后由供方代表与需方的质量部门共同组织实施 。

　　7. 3. 2 交收检验项目见表 2。

　　7. 3. 3 交收检验合格后 ,供需双方签署合格证书 。

　　8 标志、包装、运输、贮存

　　8. 1 标志

　　8. 1. 1 离子束蚀刻机应有字迹清晰的标牌 ,标牌应固定在明显的部位 。

　　8. 1. 2 标牌应有下列内容 :

　　a) 名称 ;

　　b) 型号 ;

　　c) 制造单位 ;

　　d) 出厂编号 ;

　　e) 电源要求及额定功率 ;

　　f) 制造日期 。

　　8. 1. 3 运输包装收发货应按 GB/T 6388—1986中第 2 章的规定 ,至少有下列标志 :

　　a) 商品分类图示标志 ;

　　8

　　GB/T 15861—2012

　　b) 品名规格 ;

　　c) 数量 ;

　　d) 重量 ;

　　e) 体积 :长 ×宽 ×高(mm) ;

　　f) 收货地点和单位 ;

　　g) 发货单位 。

　　8. 1. 4 包装运输作业标志 :

　　按 GB/T 191的规定 ,在包装箱的明显部位上注明 “易碎物品 ”、“怕雨 ”、“向上 ”、“重心 ”、“由此 吊起 ”等标志 。

　　8. 2 包装

　　8. 2. 1 包装前检查 :

　　a) 确认设备冷却水排空 ;

　　b) 确认工艺气体排净 。

　　8. 2. 2 离子束蚀刻机按主机 、电源柜 、电源部件 、离子源 、附件等分箱包装 。先用塑料袋包装 ,再装入包装箱内 ,箱内用硬塑料泡沫牢靠固定 。 木质包装箱应有防雨措施 。包装应符合 GB/T 13384—1992 中5. 1“箱装 ”,5. 5. 2“防潮包装 ”及 5. 5. 5“防震包装 ”等标志 。

　　8. 2. 3 包装箱内应有随机文件 :产品合格证书 、使用说明书 、装箱清单 、备件等 。

　　8. 2. 4 包装必须牢固可靠 ,包装箱牢固封闭 ,边角用扎带紧固 , 防止开裂 。

　　8. 3 运输

　　包装好的产品能适应各类工具装车运输 。装车和运输过程中应有防止跌落的紧固措施 。

　　8. 4 贮存

　　离子束蚀刻机设备的所有包装箱应集中存放在防晒 、防淋 、防潮 、温度 - 5 ℃ ~ 40 ℃ ,相对湿度不大于 75%的清洁 、通风良好的库房内 。

　　9