Доклад за основен ремонт на Mex-L2 Technolas 193nm ексимерен лазер

Въведение

Този доклад систематично документира цялостен процес на задълбочена поддръжка и оптимизация на производителността за Mex-L2 Technolas 193nm ArF ексимерен лазер. Целта на тази поддръжка беше да се решат основни проблеми като намаляване на изходната енергия и влошаване на стабилността, причинени от дългосрочна работа при високо натоварване. Обхватът на поддръжката покри ключови подсистеми, включително| оптична кухина, разрядна система, газов кръг, електрическо управление и въздушен път за охлаждане.

Чрез щателно почистване, обновяване на ключови компоненти, подмяна на остарели и повредени части и прецизна калибрация, производителността на оборудването беше отлично възстановена. Финалните тестове показаха, че максималната енергия на единичния импулс на лазера достигна 153.6 mJ (@27kV), а стабилността на енергията (относително стандартно отклонение) беше по-добра от 1.4% (@10Hz). Всички ключови параметри значително надвиши 80% от оригиналните заводски спецификации, значително надвишаващи договорно установените критерии за приемане (>100 mJ). Този доклад завършва с предоставяне на дългосрочни стратегии и препоръки за поддръжка, насочени към удължаване на експлоатационния живот на оборудването и осигуряване на стабилна работа в бъдеще.

Фон на поддръжката и подробно съдържание на работата

Тази задълбочена поддръжка включваше основно следните подробни задачи:

1. Отваряне на лазерната кухина и комплексна поддръжка

Операция: Лазерната кухина беше отворена строго според процедурите за работа в чиста среда.

Обработка на оптичните компоненти: Напълно отразяващото огледало и огледалото за изходно свързване на резонаторната кухина бяха почистени безразрушително с използване на специализирана безвлакнеста хартия и високочисти разтворители. За проверка на подравняването на оптичния път преди и след почистването беше използван He-Ne лазер.

Механична проверка: Всички монтажи на оптичните компоненти бяха проверени за стегнатост и стабилност, за да се гарантира липса на разхлабване, осигурявайки дългосрочна стабилност на оптичния път.

2. Почистване на електродите за разряд и системата за предварителна йонизация

Диагностика на проблема: След отваряне на кухината беше установено, че повърхността на основните електроди за разряд е покрита с неравномерен черен налеп и малки количества метален флуорид; керамичната обвивка на структурата за предварителна йонизация показва признаци на ерозия от дъга.

Техника на обработка: Електродите бяха фино ръчно полиран с използване на специализирана паста за полиране и плат за възстановяване на огледалния им блясък и подобряване на равномерността на разряда. Сглобката за предварителна йонизация беше разглобена, почистена и заменени бяха остарелите изолиращи керамични части. Тази стъпка беше най-критичната част за възстановяване на ефективността и енергийната стабилност на лазера.

3. Ремонт на захранването за задвижване на газовата циркулация

Локализация на повредата: Тестовете разкриха изкривени изходни вълнови форми от захранващия модул, причиняващи ненормално напрежение за задвижване на мотора на вентилатора, което води до необичаен шум и колебания в скоростта.

Мерки за ремонт: Повредени задвижващи устройства и филтърните кондензатори бяха заменени, спойките бяха преобработени, а изходните параметри бяха прекалибрирани. След ремонта вентилаторът работеше плавно и шумът се върна към нормалното, осигурявайки равномерност на газовата смес на лазера.

4. Почистване и обновяване на системата за циркулация на въздуха в кухината

Операция: Въздуховодите за циркулация на въздуха бяха напълно разглобени и натрупаните прах и други замърсители вътре бяха отстранени с изопропилов алкохол и високонапорен въздушен пистолет.

Обновени компоненти: Старата уплътнения на въздуховодите и електростатичен утаител (използвани за адсорбиране на примеси и странични продукти в лазерния газ) бяха заменени, за да се осигури чистота на газа и ефективност на циркулацията.

5. Възстановяване на газоплътността на лазерния кавитет

Стандартна експлоатация: Уплътненията на кавитета бяха заменени и тестът за течове беше повторен.

Инспекция: Използван е високоточен масов спектрометър за хелий за откриване на течове в кавитета. Крайният коефициент на теч беше по-добър от 5x10⁻⁷ Па·м³/с, далеч надвишаващи оперативните изисквания, осигурявайки дълъг живот на работния газ (смес Ar /F₂ /Ne) и стабилност на енергията при продължителна работа.

6. Пълна интеграция и тестване на системата

След сглобяване на всички компоненти бяха извършени вакуумно изпомпване, изплакване с високочист азот и окончателно пълнене с работен газ.

За комплексно тестване на производителността и събиране на данни бяха свързани външен високоточен енергиен метър, спектрометър и осцилоскоп.

3. Спецификации на договорните изисквания

Според договора, оборудването след поддръжка трябва да отговаря на:

• Общата производителност на лазера е възстановена до над 80% според оригиналните фабрични спецификации;

• Максимална енергия на единичен импулс >100 mJ (193nm);

• Удължен експлоатационен живот, осигуряващ дългосрочна стабилна работа.

Резултати от теста за поддръжка

1. Проверка на дължината на вълната

Тестово оборудване: Спектрометър.

Резултат: Централната дължина на вълната беше стабилно заключена на 193.3 нмс ширина на пълната ширина на половин максимума (FWHM) < 0.5 nm, съвпадаща с характеристиките на ArF ексимерния лазер. Не бяха наблюдавани други странични върхове, което показва добро състояние на огледалата на оптичната кухина и правилно съотношение на газовата смес.

Описание на изображението:

Хоризонталната ос е дължина на вълната (единица: nm), а вертикалната ос е интензитет (относителни единици). Графиката показва остър и симетричен връх, центриран на 193.3nm, потвърждавайки точността и чистотата на изходната дължина на вълната, отговаряща на стандартния ултравиолетов изход на ексимерните лазери.

2. Енергия на импулса и стабилност

Тестово оборудване: Енергиен метър.

Анализ на резултатите: Както е показано в горната таблица, енергийният изход показва добра линейна зависимост от високото напрежение. При договорно изискваните 27kV, максималната енергия за единичен импулс достигна 153.6 mJ (@27kV), което значително надвишава стандарта >100 mJ. Критично е, че стабилността на енергията (измерена чрез относително стандартно отклонение RSD%) остана по-добра от 1.8% дори при работа на 10Hz, демонстрирайки отличното състояние на равномерността на разряда и системата за циркулация на газа. Малко по-ниската енергия при високи честоти на повторение се дължи на ефекта на термичната леща, което е нормално.

3. Анализ на профила на лъча

Метод на теста: Използване на UV-чувствителна хартия за изгаряне.

Резултат: Профилът на лъча беше правилен правоъгълник, приблизително 15мм x 5мм по размер, с равномерно разпределение на енергията, остри ръбове и без значителни изкривявания или кухини. Това показва прецизно подравняване на резонатора и равномерен разряд на електродите.

Описание на изображението:

Моделът на изгаряне върху хартията показва ярко, равномерно правоъгълно петно, с размери, отговарящи на спецификациите и общо равномерно разпределение на енергията, доказващо отлично качество на лъча, подходящо за прецизни приложения в обработката на материали.

4. Измерване на формата на импулса

Тестово оборудване: Фотодиод с бърз отговор и високоскоростен осцилоскоп.

Резултат: Ширината на импулса (FWHM) беше приблизително 18 нсс рязко издигащ се фронт и без значителни двойни върхове или рамене, което показва достатъчна предварителна йонизация и бърз, добре синхронизиран основен разряден процес.

Описание на изображението:

Екранна снимка на осцилоскоп показва типична форма на импулс на ексимерен лазер. Хоризонталната ос е време (единица: ns), а вертикалната ос е интензитет (относителни единици). Измерената ширина на импулса FWHM е 18 ns, с чиста форма на вълната, което показва отлично състояние на разрядната верига.

5. Запис от тестовия обект

Описание на видеото:

Статус на работата на лазерния блок. Показва общия вид на лазера след поддръжка, с затворени врати на оборудването, индикатори на контролния панел, които работят нормално, и в нормален режим на работа.

Описание на видеото:

Интерфейс за събиране и наблюдение на данни. Крупен план показва екрана за наблюдение на данни по време на работа, включително реални показания на енергията, настройка на високо напрежение, честота на повторение и други параметри, както и интерфейсът на инструмента за придобиване за текущо събиране на енергия.

Обобщение и предложения за подобрение

Заключение:

Тази задълбочена поддръжка беше напълно успешна. Работата на оборудването не само беше напълно възстановена, но изходната му енергия и стабилност дори надминаха очакванията. Това показва, че основните компоненти на този лазер (като Blumlein веригата, оптичните подложки) все още са в добро състояние с висока остатъчна стойност. Тази поддръжка ефективно избегна високите разходи за закупуване на ново оборудване и удължи експлоатационния живот с поне 3-5 години.

Дългосрочни предложения за подобрение:

Редовна поддръжка: Препоръчва се инспекция на газовата циркулационна система на всеки 6-12 месеца.
Мониторинг на електродите: Проверявайте състоянието на повърхността на електродите след всеки 1 милион разряда, за да избегнете прекомерно натрупване на разпръскване.
Контрол на околната среда: Работната среда трябва да се поддържа с ниско съдържание на прах, за да се предотврати навлизането на частици във въздуха в камерата и влиянието им върху оптичните компоненти.
Интелигентен мониторинг: Въведете онлайн система за мониторинг (енергия, ток, напрежение), за да се откриват своевременно аномалии.
Управление на живота: Създайте пълен запис на живота чрез регистриране на цикли за смяна на газ и времена за поддръжка на електродите.

Често задавани въпроси

Q1: Защо ексимерният лазер изисква редовна поддръжка?

О: Дългосрочната работа води до: отлагания и корозия по повърхностите на електродите вследствие на разряд, което може да причини спад на енергията; замърсяване на оптичните прозорци, водещо до неравномерни профили на лъча; отслабване на газовия състав, причиняващо колебания в енергията на импулсите; стареене на уплътненията, водещо до газови течове, влияещи на живота на оборудването. Затова редовната поддръжка възстановява производителността и удължава живота на оборудването.

Q2: Колко дълго ще продължи производителността след поддръжка? Кога се очаква следващият голям основен ремонт?

О: Продължителността на задържане на производителността е пряко свързана с натоварването и качеството на рутинната поддръжка. Според препоръчителния график за превантивна поддръжка, основната производителност се очаква да остане стабилна в продължение на 12-18 месеца. След това енергията бавно ще намалява поради стареене на газа и леко корозиране на електродите, което може частично да се възстанови чрез подмяна на работния газ. Следващият голям основен ремонт от подобен мащаб се очаква след 3 до 4 години или трябва да се обмисли след натрупване на работа над 150 милиона импулса.

Q3: Защо стабилността на енергията (RSD%) е толкова важна?

О: Стабилността на енергията пряко определя последователността на резултатите от обработката и добива. Особено при микрообработка, колебание от 1% в енергията може да причини дефекти като неравномерна дълбочина на обработка, непълно прорязване или прегаряне. Следремонтната стабилност под 1.8% (при 10Hz) е отлична индустриална производителност, достатъчна за повечето прецизни приложения.

Q4: Ако в бъдеще възникне внезапен спад на енергията, какво трябва да направим първо?

О: Първо, извършете операция „допълване на газ“. Над 90% от внезапните спадове на енергията се дължат на стареене на газа или малки течове. Ако проблемът продължава след допълването, моля, запишете показанията на енергията и всички алармени съобщения, след което се свържете с нашата техническа поддръжка за дистанционна диагностика. Не отваряйте камерата сами.

Q5: Може ли изходната енергия да бъде увеличена допълнително?

О: Това устройство вече е изразходвало 156 mJ при 28kV, много близо до своя проектен лимит. Дългосрочната работа над 27.5kV не се препоръчва, тъй като значително ускорява стареенето на електродите и газа, скъсява интервалите за поддръжка и дори крие риск от спиране. Енергията от 153 mJ вече напълно отговаря на първоначалните изисквания за приложение.