Raport de revizie pentru laserul excimer Mex-L2 Technolas 193nm

Introducere

Acest raport documentează sistematic un proces cuprinzător de întreținere aprofundată și optimizare a performanței pentru un laser excimer Mex-L2 Technolas 193nm ArF. Scopul acestei întrețineri a fost de a aborda problemele centrale precum atenuarea energiei de ieșire și degradarea stabilității cauzate de funcționarea pe termen lung la sarcină mare. Domeniul de întreținere a acoperit subsisteme cheie, inclusiv... cavitatea optică, sistemul de descărcare, circuitul de gaz, controlul electric și calea de aer de răcire.

Prin curățare temeinică, recondiționarea componentelor cheie, înlocuirea pieselor uzate și deteriorate și calibrare precisă, performanța echipamentului a fost restaurată excelent. Testele finale au arătat că energia maximă a impulsului unic al laserului a atins 153,6 mJ (@27kV), iar stabilitatea energiei (abaterea standard relativă) a fost mai bună decât 1.4% (@10Hz). Toți parametrii cheie a depășit semnificativ 80% din specificațiile originale ale fabricii, depășind cu mult criteriile de acceptare stipulate contractual (>100 mJ). Acest raport se încheie oferind strategii și recomandări pe termen lung pentru întreținere, menite să extindă durata de viață a echipamentului și să asigure o funcționare stabilă în viitor.

Contextul întreținerii și conținutul detaliat al lucrărilor

Această întreținere detaliată a inclus în principal următoarele sarcini detaliate:

1. Deschiderea cavității laser și întreținerea cuprinzătoare

Operațiune: Cavitatea laser a fost deschisă strict conform procedurilor de operare într-un mediu curat.

Manipularea componentelor optice: Oglinda complet reflectivă și oglinda de cuplare a ieșirii a cavității rezonante au fost curățate non-distructiv folosind hârtie specializată fără scame și solvenți de înaltă puritate. Un laser He-Ne a fost folosit pentru a asista verificarea alinierii căii optice înainte și după curățare.

Verificare mecanică: Toate suporturile componentelor optice au fost verificate pentru strângere și stabilitate pentru a asigura lipsa slăbirii, garantând stabilitatea pe termen lung a căii optice.

2. Curățarea electrozilor de descărcare și a sistemului de pre-ionizare

Diagnosticarea problemei: După deschiderea cavității, s-a constatat că suprafața electrozilor principali de descărcare era acoperită cu spută neagră neuniformă și cantități mici de fluorură metalică; carcasa ceramică a structurii de pre-ionizare prezenta semne de eroziune prin arc electric.

Tehnica de procesare: Electrozii au fost fin lustruit manual folosind pastă și cârpă specializate pentru lustruire pentru a le reda finisajul oglindă și a îmbunătăți uniformitatea descărcării. Ansamblul de pre-ionizare a fost demontat, curățat, iar părțile ceramice izolatoare îmbătrânite au fost înlocuite. Acest pas a fost cea mai critică parte de restabilire a eficienței laserului și stabilității energiei.

3. Repararea sursei de alimentare pentru acționarea circulației gazului

Localizarea defecțiunii: Testele au relevat forme de undă de ieșire distorsionate ale modulului de putere, cauzând o tensiune anormală de acționare pentru motorul ventilatorului, ceea ce a dus la zgomot neobișnuit și fluctuații de viteză.

Măsuri de reparație: Avariat dispozitive de acționare și condensatorii de filtrare au fost înlocuiți, îmbinările de lipit au fost refăcute, iar parametrii de ieșire au fost recalibrați. După reparație, ventilatorul a funcționat lin și zgomotul a revenit la normal, asigurând uniformitatea amestecului de gaz laser.

4. Curățarea și recondiționarea sistemului de circulație a aerului în cavitate

Operațiune: Conductele de circulație a aerului au fost complet demontate, iar acumulările pudră și alte contaminanți din interior au fost îndepărtați folosind alcool izopropilic și un pistol cu aer comprimat de înaltă presiune.

Componente actualizate: Garniturile vechi ale conductelor și precipitator electrostatic (folosit pentru a adsorbi impuritățile și produșii secundari din gazul laser) au fost înlocuite pentru a asigura puritatea gazului și eficiența circulației.

5. Restaurarea etanșeității gazului în cavitatea laserului

Operare standard: Garniturile cavității au fost înlocuite și testarea scurgerilor a fost efectuată din nou.

Inspecție: A fost utilizat un detector de scurgeri cu spectrometru de masă de heliu de înaltă precizie pentru a verifica scurgerile în cavitate. Rata finală a scurgerilor a fost mai bună decât 5x10⁻⁷ Pa·m³/s, depășind cu mult cerințele operaționale, asigurând o durată lungă de viață a gazului de lucru (amestec Ar /F₂ /Ne) și stabilitatea energiei în timpul funcționării prelungite.

6. Integrare și testare completă a sistemului

După asamblarea tuturor componentelor, s-a efectuat pomparea vidului, purjarea cu azot de înaltă puritate și umplerea finală cu gaz de lucru.

Un contor extern de energie de înaltă precizie, un spectrometru și un osciloscop au fost conectați pentru testarea cuprinzătoare a performanței și achiziția de date.

3. Specificații de cerințe contractuale

Conform contractului, echipamentul post-mentenanță trebuie să îndeplinească:

• Performanța generală a laserului restaurată la peste 80% conform specificațiilor originale de fabrică;

• Energie maximă pe impuls unic >100 mJ (193nm);

• Durată de viață extinsă, asigurând o funcționare stabilă pe termen lung.

Rezultatele Testului de Întreținere

1. Verificarea Lungimii de Undă

Echipament de Testare: Spectrometru.

Rezultat: Lungimea de undă centrală a fost blocată stabil la 193,3 nm, cu o lățime completă la jumătatea înălțimii (FWHM) < 0,5 nm, în concordanță cu caracteristicile laserului excimer ArF. Nu au fost observate alte vârfuri parazite, indicând o stare bună a oglinzilor cavității optice și un raport corect al amestecului de gaz.

Descriere imagine:

Axa orizontală reprezintă lungimea de undă (unitate: nm), iar axa verticală intensitatea (unități relative). Graficul arată un vârf ascuțit și simetric centrat la 193,3nm, confirmând acuratețea și puritatea lungimii de undă emise, îndeplinind standardul de ieșire ultravioletă al laserelor excimer.

2. Energia Impulsului și Stabilitatea

Echipament de Testare: Contor de energie.

Analiza rezultatelor: După cum se arată în tabelul de mai sus, energia emisă prezintă o relație liniară bună cu tensiunea înaltă. La tensiunea contractuală necesară de 27kV, energia maximă pe impuls a atins 153,6 mJ (@27kV), depășind cu mult standardul de >100 mJ. Esențial, stabilitatea energiei (măsurată prin deviația standard relativă RSD%) a rămas mai bună de 1,8% chiar și la funcționarea de 10Hz, demonstrând o condiție excelentă a uniformității descărcării și a sistemului de circulație a gazului. Energia ușor mai scăzută la rate mari de repetiție se datorează efectului de lentilă termică, ceea ce este normal.

3. Analiza Profilului Fasciculului

Metoda de testare: Utilizarea hârtiei de ardere sensibilă la UV.

Rezultat: Profilul fasciculului a fost un dreptunghi regulat, aproximativ 15mm x 5mm ca dimensiune, cu distribuție uniformă a energiei, margini clare și fără distorsiuni sau goluri semnificative. Acest lucru indică o aliniere precisă a rezonatorului și o descărcare uniformă a electrozilor.

Descriere imagine:

Modelul de ardere pe hârtie arată un punct dreptunghiular luminos și uniform, cu dimensiuni care respectă specificațiile și o distribuție uniformă a energiei în ansamblu, demonstrând o calitate excelentă a fasciculului potrivită pentru aplicații de prelucrare de precizie a materialelor.

4. Măsurarea formei de undă a impulsului

Echipament de testare: Fotodiodă cu răspuns rapid și osciloscop de mare viteză.

Rezultat: Lățimea impulsului (FWHM) a fost aproximativ 18 ns, cu o margine de creștere abruptă și fără vârfuri duble sau umeri semnificativi, indicând o pre-ionizare suficientă și un proces de descărcare principal rapid și bine sincronizat.

Descriere imagine:

Captura de ecran a osciloscopului arată o formă de undă tipică a impulsului laser excimer. Axul orizontal este timpul (unitate: ns), iar axul vertical este intensitatea (unități relative). Lățimea impulsului măsurată FWHM este de 18 ns, cu o formă de undă curată, indicând o stare excelentă a circuitului de descărcare.

5. Înregistrarea locului de testare

Descriere video:

Starea de funcționare a unității laser. Arată aspectul general al laserului după întreținere, cu ușile echipamentului închise, indicatorii panoului de control afișând normal și în funcționare normală.

Descriere video:

Interfața de achiziție și monitorizare a datelor. Prim-planul arată ecranul de monitorizare a datelor în timpul funcționării, inclusiv citirile energiei în timp real, setarea tensiunii înalte, rata de repetiție și alți parametri, precum și interfața instrumentului de achiziție pentru achiziția continuă a energiei.

Concluzie cuprinzătoare și sugestii de îmbunătățire

Concluzie:

Această întreținere detaliată a fost complet reușită. Performanța echipamentului nu a fost doar complet restaurată, ci energia și stabilitatea sa de ieșire au depășit chiar așteptările. Acest lucru indică faptul că componentele de bază ale acestui laser (cum ar fi circuitul Blumlein, substraturile optice) sunt încă în stare bună, cu o valoare reziduală ridicată. Această întreținere a evitat eficient costul ridicat al achiziționării unui echipament nou și a prelungit durata de viață cu cel puțin 3-5 ani.

Sugestii de îmbunătățire pe termen lung:

Întreținere Regulată: Recomandăm inspectarea sistemului de circulație a gazului la fiecare 6-12 luni.
Monitorizarea Electrozilor: Verificați starea suprafeței electrozilor după fiecare 1 milion de descărcări pentru a evita acumularea excesivă de sputter.
Controlul Mediului: Mediul de operare trebuie menținut cu un nivel scăzut de praf pentru a preveni pătrunderea particulelor în cavitate și afectarea componentelor optice.
Monitorizare Inteligentă: Introduceți un sistem de monitorizare online (energie, curent, tensiune) pentru a detecta prompt anomaliile.
Managementul Duratei de Viață: Stabiliți un registru complet al duratei de viață prin înregistrarea ciclurilor de înlocuire a gazului și a timpilor de întreținere a electrozilor.

Întrebări frecvente

Q1: De ce necesită un laser excimer întreținere regulată?

A: Operarea pe termen lung duce la: depuneri și coroziune pe suprafețele electrozilor din cauza descărcărilor, ceea ce poate cauza scăderea energiei; contaminarea ferestrelor optice, ducând la profile inegale ale fasciculului; atenuarea compoziției gazului, cauzând fluctuații ale energiei impulsurilor; îmbătrânirea garniturilor, ducând la scurgeri de gaz care afectează durata de viață. Prin urmare, întreținerea regulată restabilește performanța și extinde durata de viață a echipamentului.

Q2: Cât timp va dura performanța după întreținere? Când este așteptată următoarea revizie majoră?

A: Durata de menținere a performanței este direct legată de volumul de lucru și calitatea întreținerii de rutină. În cadrul unui program recomandat de întreținere preventivă, performanța de bază este așteptată să rămână stabilă timp de 12-18 luni. Ulterior, energia va scădea treptat din cauza îmbătrânirii gazului și a coroziunii ușoare a electrodului, care poate fi parțial restaurată prin înlocuirea gazului de lucru. Următoarea revizie majoră de scară similară este anticipată în 3 până la 4 ani sau ar trebui luată în considerare după ce funcționarea cumulativă depășește 150 milioane de impulsuri.

Q3: De ce este atât de importantă stabilitatea energiei (RSD%)?

A: Stabilitatea energiei determină direct consistența rezultatelor procesării și rata de randament. Mai ales în microprocesare, o fluctuație de 1% a energiei poate cauza defecte precum adâncime inegală de procesare, neîncupare completă sau ardere excesivă. Stabilitatea post-reparare sub 1,8% (la 10Hz) este o performanță industrială excelentă, suficientă pentru majoritatea nevoilor de aplicații de precizie.

Q4: Dacă apare o scădere bruscă a energiei în viitor, ce ar trebui să facem mai întâi?

A: În primul rând, efectuați o operațiune de „reumplere cu gaz”. Peste 90% din scăderile bruște de energie sunt cauzate de îmbătrânirea gazului sau de scurgeri minore. Dacă problema persistă după reumplere, vă rugăm să înregistrați valorile energiei și orice mesaje de alarmă, apoi să contactați suportul nostru tehnic pentru diagnosticare la distanță. Nu deschideți singur cavitatea.

Q5: Poate fi crescută în continuare energia de ieșire?

A: Acest aparat a emis deja 156 mJ la 28kV, foarte aproape de limita sa de proiectare. Operarea pe termen lung peste 27,5kV nu este recomandată, deoarece accelerează semnificativ îmbătrânirea electrozilor și a gazului, scurtează intervalele de întreținere și chiar riscă oprirea. Energia de 153 mJ îndeplinește deja pe deplin cerințele originale de aplicare din proiect.