Отчет о капитальном ремонте эксимерного лазера Mex-L2 Technolas 193 нм

Введение

В этом отчете систематически документируется комплексный процесс углубленного технического обслуживания и оптимизации производительности лазера Mex-L2 Technolas 193 нм ArF эксимерного лазера. Целью обслуживания было устранение основных проблем, таких как снижение выходной энергии и ухудшение стабильности, вызванных длительной работой под высокой нагрузкой. Объем обслуживания охватывал ключевые подсистемы, включая| оптический резонатор, система разряда, газовый контур, электрическое управление и воздушный охлаждающий канал.

Благодаря тщательной очистке, восстановлению ключевых компонентов, замене изношенных и поврежденных деталей и точной калибровке производительность оборудования была отлично восстановлена. Финальные испытания показали, что максимальная энергия одиночного импульса лазера достигла 153,6 мДж (@27 кВ), а стабильность энергии (относительное стандартное отклонение) была лучше, чем 1.4% (@10 Гц). Все ключевые параметры значительно превысил 80% от исходных заводских спецификаций, значительно превосходя контрактно установленные критерии приемки (>100 мДж). В этом отчете приводятся долгосрочные стратегии и рекомендации по техническому обслуживанию, направленные на продление срока службы оборудования и обеспечение стабильной работы в будущем.

Фон обслуживания и подробное содержание работ

Это углубленное техническое обслуживание включало в себя в основном следующие подробные задачи:

1. Открытие лазерной полости и комплексное техническое обслуживание

Операция: Лазерная полость была открыта строго в соответствии с операционными процедурами в чистой среде.

Обращение с оптическими компонентами: Полностью отражающее зеркало и выходное сопрягающее зеркало резонаторной полости были неразрушающе очищены с использованием специализированной безворсовой бумаги и высокочистых растворителей. Для контроля выравнивания оптического пути до и после очистки использовался лазер He-Ne.

Механическая проверка: Все крепления оптических компонентов были проверены на затяжку и стабильность, чтобы исключить ослабление, гарантируя долгосрочную стабильность оптического пути.

2. Очистка электродов разряда и системы предионизации

Диагностика проблемы: После открытия полости было обнаружено, что поверхность основных электродов разряда покрыта неровным чёрным напылением и небольшим количеством металлического фторида; керамическая оболочка структуры предионизации показывала признаки эрозии дугой.

Технология обработки: Электроды были тонко отполированы вручную с использованием специализированной полировальной пасты и ткани для восстановления зеркальной поверхности и улучшения равномерности разряда. Сборка предионизации была разобрана, очищена, а стареющие изолирующие керамические детали заменены. Этот этап был самая критическая часть восстановления эффективности лазера и стабильности энергии.

3. Ремонт источника питания привода циркуляции газа

Локализация неисправности: Тестирование выявило искажённые выходные формы сигналов силового модуля, вызывающие аномальное напряжение привода мотора вентилятора, что приводило к необычному шуму и колебаниям скорости.

Меры ремонта: Поврежденные приводные устройства и фильтрующие конденсаторы были заменены, паяные соединения перепаяны, а выходные параметры перекалиброваны. После ремонта вентилятор работал плавно, а шум вернулся к норме, обеспечивая однородность газовой смеси лазера.

4. Очистка и восстановление системы циркуляции воздуха в полости

Операция: Воздушные каналы циркуляции были полностью разобраны, и накопившиеся порошок и другие загрязнения внутри были удалены с помощью изопропилового спирта и пневматического пистолета высокого давления.

Обновлённые компоненты: Изношенные уплотнения воздуховодов и электростатический осадитель (используемые для адсорбции примесей и побочных продуктов в лазерном газе) были заменены для обеспечения чистоты газа и эффективности циркуляции.

5. Восстановление герметичности газового резонатора лазера

Стандартная эксплуатация: Уплотнения резонатора были заменены, и тест на утечки проведён повторно.

Проверка: Для обнаружения утечек в резонаторе использовался высокоточный масс-спектрометр гелия. Итоговый уровень утечек был лучше, чем 5x10⁻⁷ Па·м³/с, значительно превышая эксплуатационные требования, обеспечивая долгий срок службы рабочего газа (смесь Ar /F₂ /Ne) и стабильность энергии при длительной работе.

6. Полная интеграция системы и тестирование

После сборки всех компонентов были проведены вакуумная откачка, продувка высокочистым азотом и окончательное заполнение рабочим газом.

Для комплексного тестирования производительности и сбора данных были подключены внешний высокоточный измеритель энергии, спектрометр и осциллограф.

3. Контрактные требования и спецификации

Согласно контракту, оборудование после обслуживания должно соответствовать:

• Общая производительность лазера восстановлена до более 80% согласно оригинальным заводским спецификациям;

• Максимальная энергия одного импульса >100 мДж (193нм);

• Продленный срок службы, обеспечивающий долгосрочную стабильную работу.

Результаты технического обслуживания

1. Проверка длины волны

Испытательное оборудование: Спектрометр.

Результат: Центральная длина волны стабильно зафиксирована на 193,3 нмс шириной на полувысоте (FWHM) < 0,5 нм, что соответствует характеристикам ArF эксимерного лазера. Других посторонних пиков не наблюдалось, что указывает на хорошее состояние зеркал оптического резонатора и правильное соотношение газовой смеси.

Описание изображения:

По горизонтальной оси — длина волны (единица: нм), по вертикальной — интенсивность (относительные единицы). График показывает острый и симметричный пик, центрированный на 193,3 нм, подтверждающий точность и чистоту выходной длины волны, соответствующей стандартному ультрафиолетовому излучению эксимерных лазеров.

2. Энергия импульса и стабильность

Испытательное оборудование: Энергомера.

Анализ результатов: Как показано в таблице выше, выходная энергия демонстрирует хорошую линейную зависимость от высокого напряжения. При контрактно требуемом 27 кВ максимальная энергия одного импульса достигла 153,6 мДж (@27kV), что значительно превышает стандарт >100 мДж. Важно, что стабильность энергии (измеряемая относительным стандартным отклонением RSD%) оставалась лучше 1,8% даже при работе на 10 Гц, что свидетельствует о превосходном состоянии однородности разряда и системы циркуляции газа. Немного более низкая энергия при высоких частотах повторения связана с эффектом тепловой линзы, что является нормальным.

3. Анализ профиля пучка

Метод испытания: Использование УФ-чувствительной бумаги для ожогов.

Результат: Профиль пучка был правильным прямоугольником, примерно 15 мм x 5 мм по размеру, с равномерным распределением энергии, четкими краями и отсутствием значительных искажений или провалов. Это указывает на точную настройку резонатора и равномерный разряд электродов.

Описание изображения:

Образец ожога на бумаге показывает яркое, равномерное прямоугольное пятно, размеры которого соответствуют спецификациям, а распределение энергии — равномерное, что доказывает отличное качество пучка, подходящее для прецизионной обработки материалов.

4. Измерение формы импульса

Испытательное оборудование: Фотодиод с быстрым откликом и высокоскоростной осциллограф.

Результат: Ширина импульса (FWHM) составляла примерно 18 нсс крутым фронтом нарастания и отсутствием значительных двойных пиков или «плеч», что свидетельствует о достаточной предионизации и быстром, хорошо синхронизированном основном процессе разряда.

Описание изображения:

Скриншот осциллографа показывает типичную форму импульса эксимерного лазера. Горизонтальная ось — время (единица: нс), вертикальная ось — интенсивность (относительные единицы). Измеренная ширина импульса на полувысоте (FWHM) составляет 18 нс, с чистой формой волны, что указывает на отличное состояние цепи разряда.

5. Запись с места испытаний

Описание видео:

Состояние работы лазерного блока. Показывает общий вид лазера после обслуживания, с закрытыми дверцами оборудования, индикаторами панели управления, работающими в нормальном режиме, и нормальной эксплуатацией.

Описание видео:

Интерфейс сбора данных и мониторинга. Крупный план показывает экран мониторинга данных во время работы, включая показания энергии в реальном времени, настройку высокого напряжения, частоту повторения и другие параметры, а также интерфейс прибора для непрерывного сбора энергии.

Общий вывод и предложения по улучшению

Заключение:

Это глубокое техническое обслуживание прошло полностью успешно. Производительность оборудования была не только полностью восстановлена, но его выходная энергия и стабильность даже превзошли ожидания. Это указывает на то, что основные компоненты этого лазера (такие как схема Блюмлейна, оптические подложки) все еще находятся в хорошем состоянии с высоким остаточным ресурсом. Это обслуживание эффективно позволило избежать высоких затрат на покупку нового оборудования и продлить срок службы как минимум на 3-5 лет.

Долгосрочные предложения по улучшению:

Регулярное обслуживание: Рекомендуется проверять систему циркуляции газа каждые 6-12 месяцев.
Мониторинг электродов: Проверяйте состояние поверхности электродов после каждого миллиона разрядов, чтобы избежать чрезмерного накопления осадков.
Контроль окружающей среды: Рабочая среда должна быть с низким уровнем пыли, чтобы предотвратить попадание частиц в камеру и влияние на оптические компоненты.
Интеллектуальный мониторинг: Внедрите систему онлайн-мониторинга (энергия, ток, напряжение) для своевременного обнаружения отклонений.
Управление сроком службы: Ведите полный учёт срока службы, фиксируя циклы замены газа и время обслуживания электродов.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Почему эксимерный лазер требует регулярного обслуживания?

Ответ: Длительная эксплуатация приводит к: отложениям и коррозии на поверхности электродов из-за разрядов, что может вызвать падение энергии; загрязнению оптических окон, вызывающему неравномерность профиля луча; изменению состава газа, вызывающему колебания энергии импульсов; старению уплотнений, приводящему к утечкам газа и влияющему на срок службы. Поэтому регулярное обслуживание восстанавливает характеристики и продлевает срок службы оборудования.

Вопрос 2: Как долго сохраняется производительность после обслуживания? Когда ожидается следующий капитальный ремонт?

О: Продолжительность сохранения производительности напрямую связана с нагрузкой и качеством планового технического обслуживания. При рекомендованном графике профилактического обслуживания основная производительность ожидается стабильной в течение 12-18 месяцев. После этого энергия будет постепенно снижаться из-за старения газа и незначительной коррозии электродов, что частично можно восстановить заменой рабочего газа. Следующий капитальный ремонт аналогичного масштаба ожидается через 3-4 года или должен рассматриваться после накопительной эксплуатации свыше 150 миллионов импульсов.

Вопрос 3: Почему стабильность энергии (RSD%) так важна?

Ответ: Стабильность энергии напрямую определяет однородность результатов обработки и выход годного продукта. Особенно в микрообработке, колебание энергии на 1% может вызвать дефекты, такие как неравномерная глубина обработки, неполное прорезание или пережог. Стабильность после ремонта ниже 1,8% (при 10 Гц) — это отличные промышленные показатели, достаточные для большинства задач прецизионного применения.

Вопрос 4: Если в будущем произойдёт внезапное падение энергии, что следует делать в первую очередь?

Ответ: Сначала выполните операцию «дозаправки газа». Более 90% внезапных падений энергии вызваны старением газа или незначительными утечками. Если проблема сохраняется после дозаправки, пожалуйста, зафиксируйте показания энергии и любые сообщения об ошибках, затем свяжитесь с нашей технической поддержкой для удалённой диагностики. Не открывайте камеру самостоятельно.

Вопрос 5: Можно ли увеличить выходную энергию ещё больше?

Ответ: Это устройство уже выдало 156 мДж при 28 кВ, что очень близко к его проектному пределу. Длительная работа выше 27,5 кВ не рекомендуется, так как это значительно ускоряет старение электродов и газа, сокращает интервалы обслуживания и даже может привести к остановке. Энергия в 153 мДж уже полностью соответствует исходным требованиям к применению.