电子致放气测试装置的研究

材料表面吸附的气体分子在电子轰击作用下,会加速释放到真空系统中。为了测试在电子轰击下的材料放气特性,研制了一套电子致放气的测试装置。电子束发生器作为重要的组成部件,具有许多可调参数,这些参数会在一定程度上影响输出的电子束质量,进而影响电子致放气测试结果。文章首先通过实验测量了电子束斑和束流的影响因素,结果表明,聚焦电压和栅极电压对束斑的尺寸有直接的影响,而能量电压对电子束斑直径没有影响。此外,阴极电压、电子能量和栅极电压都可影响到发射电流,从而影响出射的电子束电流。为了验证装置的电子致放气测试能力,采用放气率很低的316 L不锈钢作为测试样品,比较测试其经过三次电子束轰击前后的放气特性。结果表明,经过除气的316 L不锈钢的电子致放气率可较明显地测定,且电子束轰击下放气的主要成分由N_(2)/CO变为H_(2)。

基于离散坐标法的复杂构型跨流域流场模拟

跨流域流动不仅存在于高超声速飞行器、航天飞行器变轨/调姿等航空航天领域中,同时也广泛存在于微纳制造及器件传质/传热等科学和工程实践中。准确、快速模拟跨流域流动对此类科学研究和工程实践具有重大意义。本文引入基于气体动理学的多特征值离散坐标法对跨流域流场模拟进行研究,并以动态气体锁为研究对象完成给定构型的内部流场仿真,得到了构型内部温度场、速度场和密度场,所得结果符合理论预期。

高精度真空材料放气测试研究

材料放气率是评价真空材料性能的重要参数。高精度真空材料放气测试系统集成了定容升压法、小孔流导法和双通道转换法三种材料放气率测试方法。其独特的系统设计与加工并配备先进的泵阀计组件,使系统获得无污染清洁的超高真空,极限真空度最低达6.8×10^(-9)Pa。低的本底真空进一步降低了系统的放气率测量下限,三种方法的测量下限依次可达:6.20×10^(-12),2.90×10^(-12)和2.78×10^(-12)Pa·m^3/(s·cm^2)。针对三种方法,对应选取聚四氟乙烯(PTFE)、304和316 L不锈钢作为样品,测试了不同时间的放气率。测试结果表明:三类样品10 h内的总放气率分别在10^(-8),10^(-11)和10-12Pa·m^3/(s·cm^2)数量级,对应的最大测量不确定度分别为9.4%,12.5%和13.8%。结合四极质谱计,进一步获得样品的放气组分和PTFE各组分的放气分率,总放气率和放气分率均随抽气时间的增加而下降。

聚合物的放气分率与放气模型研究

在某些工程应用中,除了关注真空材料的总放气率之外,还需知道放出的单一气体的放气分率。本文采用定容升压法对三类聚合物样品进行放气率测试和放气组分分析;将四极质谱计和真空规对比校准修正所测的放气分压,得到水和碳氢化合物的放气分率随时间变化情况;依据扩散放气模型,对所测数据进行曲线拟合,获得具有实际应用意义的放气率表达式和时间指数。

极紫外光刻机真空材料放气分率的单质谱测试方法研究

水蒸气(H_2O)和碳氢化合物(C_xH_y)的放气分率是评价极紫外光刻机(EUVL)真空材料的重要参数。研究材料放气分率的传统方法一般需要2个完全相同的四极质谱计,这不仅大大增加了测试设备造价,而且会导致测试结果存在误差。为解决这一问题,本文仅采用1个四极质谱计,设计了一种EUVL真空材料评价装置。采用该装置测试了碳纤维增强树脂基复合材料层压板(CFRP板)和玻璃陶瓷板(GC板)在不同时间的放气组分、总放气率和放气分率。结果表明,CFRP板放出大量的H_2O和C_xH_y;虽然C_xH_y放气分率比H_2O下降快,但经10h抽真空后,CFRP板仍可放出大量C_xH_y,且其总放气率高于经验阈值;GC板置于真空1h后就不再放出C_xH_y,且其总放气率低于经验阈值;因此GC板比CFRP板更适用于极紫外光刻机真空系统。基于单质谱的放气分率测试方法可用于指导极紫外光刻机真空材料的选择。

极紫外真空动态气体锁流场分析与研究

满足极紫外(EUV)真空要求的动态气体锁是极紫外光刻机的重要部件。本文阐述了动态气体锁研究的必要性和国内外研究现状;首次提出动态气体锁效能评价机制,通过理论计算推导出动态气体锁抑制率公式;基于一种给定的动态气体锁结构模型,进行不同清洁气体种类、不同清洁气体流量的稀薄气体流场仿真分析。计算和仿真结果表明,同等条件下动态气体锁抑制率随清洁气体流量的增加而增加,随清洁气体分子量的增加而增加;清洁气体种类由动态气体锁抑制率和EUV透过率共同决定,优选为氢气和氩气的混合气体;清洁气体总流量为6500 Pa·L/s时,能够抑制超过90%的污染气体,能够为EUV真空的应用提供良好的环境保障。

超高精度质谱检出限的测试技术研究

检出限是评价四极质谱仪性能的重要指标,采用集成有高真空腔室、真空泵组、真空计、大气采样阀和待测四极质谱仪等的超高精度质谱检出限测试系统,针对四极质谱仪进行最小可检浓度和最小可检分压的测试技术研究。通过大气采样阀上的金属毛细管直接向四极质谱仪的封闭式离子源中引入新鲜空气,测试空气中极低含量氙气的质谱图。从谱图中可清晰分辨出氙气中除Xe(124)和Xe(126)以外其余各稳定同位素及含量;采用信噪比方法计算获得四极质谱仪的最小可检浓度为0. 319×10-9,最小可检分压为1. 46×10-13Pa。结果表明:该质谱仪的检出限测试方法简单易行,测试结果直观可比;检出限计算结果与仪器标称参数一致,验证了四极质谱仪的超高精度和测试方法的可靠性。

基于四极质谱仪O形氟橡胶圈的放气研究

在真空系统中,接口之间的密封主要有金属与橡胶密封。橡胶属于弹性元件,是一种适应性很强的密封件,其广泛应用于真空系统中。实验研究了O形氟橡胶圈放气特性对痕量气体分析的影响,在利用超高真空封闭式离子源的四极质谱系统,对O形氟橡胶圈释放气体进行分析。实验发现O形氟橡胶圈释放大量的氧气等杂质气体,在痕量杂质分析系统上,不适合使用O形橡胶圈作为密封器件。

高精度四极质谱检测限测试和影响因素分析

高精度四极质谱仪(QMS)的气体分压精确测量功能与其使用方法关系密切.采用包含有四极质谱仪、真空系统和进样系统的质谱参数测试装置,针对工作及系统参数对质谱测试结果的影响开展研究.试验结果表明:无论是扫描速率、质量数分辨率、电压和探测器等质谱工作参数,还是真空本底、工作真空和气体种类等系统参数都会对质谱测试结果尤其检测限产生一定影响.试验获得了特定条件下的最优参数并进行比较.采用获得的最优参数组合,通过测量空气中极低含量稀有氪气和氙气的同位素谱图,可获得一定条件下法拉第杯(FC)、二次电子倍增器(SEM)和离子计数器(CP)等3种探测器的最小可检浓度,分别为17.3×10-9、0.34×10-9和0.15×10-9.其中SEM和CP的检测限最低,适合用于微量气体分析.

导线在真空环境中的放气特性分析

材料放气特性对分析真空中残余气体成分有重要影响。主要研究常用导线绝缘层聚全氟乙丙烯和可溶性聚四氟乙烯这两种材料在真空环境中的放气特性。采用小孔流导法初步测量了样品在常温、加热以及冷却条件下的放气率,利用四极质谱计测量了样品在不同温度条件下的放气质谱图。结果表明这两种材料在加热过程中的放气率先增大后减小,并随着抽气不断减小,在加热过程中的谱图中检测到质量数为69的气体,说明放出的气体成分含氟。

脉动真空灭菌器灭菌效果的评定

采用嗜热脂肪杆菌芽胞菌片作为指示菌,通过其在同一灭菌条件下对同种包装方式的饲料、垫料、动物饮用水以及笼具等多种物品的灭菌效果以及不同灭菌条件下对单一物品的灭菌效果进行分析评定,进而验证脉动真空灭菌器在常用的灭菌条件下的灭菌效果,同时对该灭菌器的灭菌参数进行了优化。

基于标准漏孔比对法的漏率测量装置

针对真空密封件的密封性能评估,采用了基于标准漏孔比对的漏率测量方法,具体包括动态比对法和静态累积比对法,通过四极质谱仪比较标准漏孔和密封件流出气体产生的离子流,利用标准漏孔的已知漏率和四极质谱离子响应的线性外推,计算密封件的漏率。研制了一套密封件的漏率测量装置,装置极限真空可达10^(-7)Pa量级,漏率测量范围为:10^(-7)-10^(-14)Pa·m~3/s,可用于具有检漏接口的各类密封件的漏率测试。采用该装置的两种方法分别进行不锈钢刀口密封件的漏率测试。结果表明:动态比对法对该不锈钢刀口密封件的漏率测试误差较大,低于10^(-11)Pa·m~3/s量级的极低漏率密封件更适合采用静态累积比对法进行测试。

低压环境中材料的氢损伤测试技术

为了评估极紫外光刻(EUVL)机结构材料的氢损伤行为,提出首先采用低压气相充氢的方法获得不同充氢时间下材料内的氢含量及其变化趋势,同时采用电解充氢恒载荷拉伸试验获得不同氢含量材料的门槛应力值、氢脆指数及变化趋势;然后将两者结合从而评判一种材料在低压气相氢环境中的氢脆敏感性及其随时间的变化趋势。采用该试验方法对比测试了304不锈钢(304SS)和65Mn弹簧钢在低压环境中的氢损伤行为,结果表明:两种材料置于室温10Pa氢环境的时间越长,其氢脆敏感性越低,越不容易发生氢损伤;且材料内氢含量相同的条件下,65Mn弹簧钢比相304SS的氢脆敏感性高。该试验方法可用于EUVL中大部分结构材料的氢损伤行为评估,且试验结果具有指导意义。

电镀件的真空放气特性研究

材料的真空放气特性与其表面状态息息相关,本文采用小孔流导法,比较研究了电镀件镀层材料、镀层厚度和不同基底材料下的放气特性。从实验结果可以看出,在所测试的24 h时间内,材料的表面放气仍占主导作用,基底材料和镀层厚度对材料放气率的时间变化趋势和最终放气率基本没有影响。而镀层材料对电镀件的放气率影响较大,同一时间点,电镀件的放气率高于未电镀件;电镀件中,镀锌件的放气率最高。无论电镀与否,未烘烤样品放出的气体组分中H_(2)O含量最高,其次有H_(2)、N_(2)/CO、CO_(2)和O_(2)等。而相比其它电镀件,镀锌件放出的HO最多。电镀件放出过量的水蒸气可能会影响含钨灯丝的热阴极电离规读数的准确性。真空系统中应尽量避免使用电镀锌件。

对国家科技重大专项财务验收工作的思考

围绕国家科技重大专项,介绍在科研事业单位承担的重大专项项目财务验收工作中的一些思考和体会,对重大专项项目财务验收基本流程、各预算科目经费支出注意事项、财务验收文档资料准备过程中注意事项进行分析并提出思考建议。可对项目(课题)财务验收工作起到一定的支持促进作用。

基于归一化的高精度EUV反射率测试技术研究

基于使用气体放电等离子体(DPP)极紫外(EUV)光源自研的小型反射率测试装置,分析了DPP光源参数及不同型号探测器对反射率测试的影响,提出了一种能量归一化的反射率测试方法,并测试了13.5 nm波长下Mo/Si多层膜反射镜的反射率特性。研究结果表明:在相同光源参数下,SXUV100型探测器的极紫外能量探测性能优于AXUV100G型;通过归一化使光能量波动对反射率测试光束的波动误差从6.2%降低到0.64%,多层膜反射镜的峰值反射率的测量重复性从4.34%提高到0.69%,与国外同等实验装置精度相当,实现了高精度反射率测试,可为极紫外光刻机的光学元件提供反射率测试。

高重复频率准分子激光器中放电冲击波特性的实验研究

采用阴影法对高重复频率准分子激光器放电腔内的放电冲击波现象进行了实验研究,研究结果揭示了放电冲击波的产生以及演化过程。通过对观测结果进行分析,获得了放电冲击波的3种典型形式:横向冲击波、纵向冲击波(主电极冲击波)和预电离冲击波。估算了3种冲击波的波速,进而分析了可会受冲击波影响的重复频率。研究成果可以为高重复频率准分子放电腔的设计提供支持,尤其是可以在放电冲击波抑制结构的设计方面提供支持。

极紫外光源参数对极紫外辐照损伤测试系统聚焦光束性能的影响

实验研究了放电频率、电脉冲能量、碎屑缓冲气体流量等极紫外光源参数对极紫外辐照损伤测试系统聚焦光束性能的影响。测试结果表明:极紫外辐照损伤测试系统焦深为±1.5 mm;聚焦光斑尺寸及单脉冲能量随光源电脉冲能量的增大而明显增大,受光源放电频率影响较小;典型工作条件下,光斑尺寸在0.79~1.44 mm之间,聚焦光束单脉冲能量在112.09~436.06μJ范围内;在200 Hz、5.0 J时聚焦光束单脉冲能量最高为436.06μJ,聚焦光束单脉冲能量密度最高达到31.53 mJ/cm^2,在1500 Hz、4.6 J时聚焦功率密度达32.87 W/cm^2;最优缓冲气体Ar气工作气压为1~2 Pa,此时聚焦光束单脉冲能量最优。该测试研究可为极紫外辐照损伤测试研究中系统参数优化及设置提供指导参考。

不同基底材料对极紫外收集镜聚焦性能的影响

仿真分析了不同基底材料对极紫外辐照损伤研究系统中收集镜聚焦性能的影响,包括熔融石英、SiC和AlSi。与熔融石英、SiC等陶瓷材料基底相比,AlSi基底收集镜的导热性能较高,但在极紫外辐照损伤研究系统中,对于300 mm直径的收集镜,当加载10 W功率时,AlSi基底收集镜反射面最高温升为1.39℃。尽管AlSi膨胀系数大于熔融石英和SiC,导致收集镜反射面发生最高为3.51μm结构变形,且相对于理想无变形收集镜,波像差增加8.071λ以及光斑均方根半径增加0.028μm,但AlSi基底收集镜满足极紫外辐照损伤系统的要求。AlSi基底收集镜可用于非成像系统或对成像质量要求不高的系统中,尤其在大口径、复杂面形的收集镜实现上具有明显优势。