Poročilo o popravilu za Mex-L2 Technolas 193nm ekscimerski laser

Uvod

To poročilo sistematično dokumentira celovit postopek poglobljenega vzdrževanja in optimizacije zmogljivosti za Mex-L2 Technolas 193nm ArF ekscimerski laser. Namen tega vzdrževanja je bil reševanje ključnih težav, kot sta zmanjšanje izhodne energije in poslabšanje stabilnosti zaradi dolgotrajnega obratovanja pri visokih obremenitvah. Obseg vzdrževanja je zajemal ključne podsisteme, vključno z optčna votlina, sistem izpusta, plinski krogotok, električni nadzor in zračni hladilni tok.

S temeljitim čiščenjem, obnovo ključnih komponent, zamenjavo starih in poškodovanih delov ter natančno kalibracijo je bila zmogljivost opreme odlično obnovljena. Končni testi so pokazali, da je maksimalna energija enega laserskega pulza dosegla 153,6 mJ (@27kV), stabilnost energije (relativni standardni odklon) pa je bila boljša od 1.4% (@10Hz). Vsi ključni parametri znatno presegel 80 % prvotnih tovarniških specifikacij, kar daleč presega pogodbene sprejemne kriterije (>100 mJ). To poročilo zaključuje z dolgoročnimi strategijami vzdrževanja in priporočili, namenjenimi podaljšanju življenjske dobe opreme ter zagotavljanju stabilnega delovanja v prihodnosti.

Ozadje vzdrževanja in podrobna vsebina dela

To poglobljeno vzdrževanje je v glavnem vključevalo naslednje podrobne naloge:

1. Odprtje laserske votline in celovito vzdrževanje

Operacija: laserska votlina je bila odprta strogo v skladu z operativnimi postopki v čistem okolju.

Ravnanje z optičnimi komponentami: Popolnoma odbojno ogledalo in izhodno spojno ogledalo resonančne votline sta bila neuničujoče očiščeno z uporabo specializiranega papirja brez vlaken in topil visoke čistosti. He-Ne laser je bil uporabljen za pomoč pri preverjanju poravnave optične poti pred in po čiščenju.

Mehanski pregled: Vsi nosilci optičnih komponent so bili preverjeni glede zategnjenosti in stabilnosti, da se zagotovi odsotnost ohlapnosti, kar zagotavlja dolgoročno stabilnost optične poti.

2. Čiščenje izpustnih elektrod in sistema predionizacije

Diagnoza problema: Po odprtju votline je bilo ugotovljeno, da je površina glavnih izpustnih elektrod prekrita z neenakomernim črnim sputterjem in majhnimi količinami kovinskega fluorida; keramična lupina predionizacijske strukture je kazala znake erozije loka.

Tehnika obdelave: Elektrode so bile natančno ročno poliran z uporabo specializirane polirne paste in krpe za obnovitev njihovega zrcalnega sijaja in izboljšanje enakomernosti izpusta. Predionizacijska sestava je bila razstavljena, očiščena in zamenjani so bili starani izolacijski keramični deli. Ta korak je bil najpomembnejši del obnavljanje učinkovitosti laserja in stabilnosti energije.

3. Popravilo napajanja pogona za cirkulacijo plina

Lokalizacija okvare: Testiranje je pokazalo popačene izhodne valovne oblike iz napajalnega modula, kar je povzročilo nenormalno napetost pogona za motor ventilatorja, kar je povzročilo nenavaden hrup in nihanja hitrosti.

Popravni ukrepi: Poškodovani pogon naprave in filtri kondenzatorji so bili zamenjani, spajkalna mesta ponovno spajkana, in izhodni parametri ponovno kalibrirani. Po popravilu je ventilator deloval gladko in hrup se je vrnil v normalo, kar zagotavlja enakomernost mešanice laserskega plina.

4. Čiščenje in prenova sistema zračnih poti v votlini

Delovanje: Zračni kanali za cirkulacijo so bili popolnoma razstavljeni, in nabrani prah in druge nečistoče znotraj so bile odstranjene z uporabo izopropilnega alkohola in visokotlačnega zračnega pištole.

Posodobljene komponente: Stara tesnila zračnikov in elektrostatni precipitator (uporablja se za adsorpcijo nečistoč in stranskih produktov v laserskem plinu) so bili zamenjani, da se zagotovi čistost plina in učinkovitost kroženja.

5. Obnova tesnosti plina v laserski votlini

Standardno delovanje: Zamenjali so tesnila votline in ponovno izvedli testiranje puščanja.

Inšpekcija: Za preverjanje puščanja v votlini je bil uporabljen visoko natančen masni spektrometer za helij. Končna stopnja puščanja je bila boljša od 5x10⁻⁷ Pa·m³/s, kar daleč presega operativne zahteve, zagotavlja dolgo življenjsko dobo delovnega plina (mešanica Ar /F₂ /Ne) in stabilnost energije med dolgotrajno uporabo.

6. Popolna integracija in testiranje sistema

Po sestavi vseh komponent so izvedli vakuumsko črpanje, izpiranje z visokočistim dušikom in končno polnjenje z delovnim plinom.

Za celovito testiranje zmogljivosti in zbiranje podatkov so bili priključeni zunanji visoko natančni merilnik energije, spektrometer in osciloskop.

3. Pogodbene zahteve in specifikacije

V skladu s pogodbo mora oprema po vzdrževanju izpolnjevati:

• Celotna laserska zmogljivost obnovljena na več kot 80% izvirnih tovarniških specifikacij;

• Največja energija enega pulza >100 mJ (193nm);

• Podaljšana življenjska doba, ki zagotavlja dolgoročno stabilno delovanje.

Rezultati vzdrževalnega testa

1. Preverjanje valovne dolžine

Testna oprema: Spektrometer.

Rezultat: Osrednja valovna dolžina je bila stabilno zaklenjena na 193,3 nm, s polno širino na polovici maksimuma (FWHM) < 0,5 nm, kar je skladno z značilnostmi ArF ekscimerskega laserja. Ni bilo opaženih drugih nezaželenih vrhov, kar kaže na dobro stanje optičnih zrcal votline in pravilno razmerje plinov.

Opis slike:

Horizontalna os je valovna dolžina (enota: nm), vertikalna os pa intenziteta (relativne enote). Graf prikazuje oster in simetričen vrh, osredinjen na 193,3 nm, kar potrjuje natančnost in čistost izhodne valovne dolžine ter izpolnjuje standardni ultravijolični izhod ekscimerskih laserjev.

2. Energija pulza in stabilnost

Testna oprema: Merilnik energije.

Analiza rezultatov: Kot je prikazano v zgornji tabeli, izhodna energija kaže dobro linearno povezavo z visokim napetostjo. Pri pogodbeno zahtevanih 27 kV je največja energija enega pulza dosegla 153,6 mJ (@27kV), kar močno presega standard >100 mJ. Ključno je, da je stabilnost energije (merjena z relativnim standardnim odklonom RSD%) ostala boljša od 1,8% tudi pri delovanju s 10 Hz, kar dokazuje odlično stanje enakomernosti izpusta in sistema kroženja plina. Rahlo nižja energija pri visokih frekvencah ponavljanja je posledica toplotnega lečastega učinka, kar je normalno.

3. Analiza profila žarka

Metoda testa: Uporaba UV-občutljivega papirja za ožig.

Rezultat: Profil žarka je bil običajen pravokotnik, približno 15 mm x 5 mm v velikosti, z enakomerno porazdelitvijo energije, ostrimi robovi in brez pomembnih popačenj ali votlin. To kaže na natančno poravnavo resonatorja in enakomeren izpust elektrod.

Opis slike:

Vzorec zažiganja na papirju prikazuje svetel, enakomeren pravokotni madež, z dimenzijami, ki ustrezajo specifikacijam, in splošno enakomerno porazdelitvijo energije, kar dokazuje odlično kakovost žarka, primerno za natančne aplikacije obdelave materialov.

4. Meritve oblike impulza

Testna oprema: Hitro odzivni fotodioda in hitri osciloskop.

Rezultat: Širina impulza (FWHM) je bila približno 18 ns, z ostrim naraščajočim robom in brez pomembnih dvojnih vrhov ali ramen, kar kaže na zadostno predionizacijo in hiter, dobro sinhroniziran glavni izpustni proces.

Opis slike:

Posnetek osciloskopa prikazuje tipično obliko impulza ekscimerskega laserja. Horizontalna os je čas (enota: ns), vertikalna os je intenziteta (relativne enote). Izmerjena širina impulza FWHM je 18 ns, z jasno obliko valovanja, kar kaže na odlično stanje izpustnega kroga.

5. Zapis testnega mesta

Opis videa:

Stanje delovanja laserske enote. Prikazuje celoten videz laserja po vzdrževanju, z zaprtimi vrati opreme, indikatorji na kontrolni plošči, ki delujejo normalno, in v normalnem delovanju.

Opis videa:

Vmesnik za pridobivanje podatkov in nadzor. Približan posnetek prikazuje zaslon za nadzor podatkov med delovanjem, vključno z meritvami energije v realnem času, nastavitvijo visoke napetosti, frekvenco ponavljanja in drugimi parametri, kot tudi vmesnik instrumenta za pridobivanje za stalno pridobivanje energije.

Celovit zaključek in predlogi za izboljšave

Zaključek:

To poglobljeno vzdrževanje je bilo popolnoma uspešno. Delovanje opreme ni bilo le popolnoma obnovljeno, temveč je njena izhodna energija in stabilnost celo presegla pričakovanja. To kaže, da so jedrne komponente tega laserja (kot so Blumleinov krog, optične podlage) še vedno v dobrem stanju z visoko preostalo vrednostjo. To vzdrževanje je učinkovito preprečilo visoke stroške nakupa nove opreme in podaljšalo življenjsko dobo za vsaj 3-5 let.

Predlogi za dolgoročne izboljšave:

Redno vzdrževanje: Priporočamo pregled sistema kroženja plina vsakih 6–12 mesecev.
Spremljanje elektrod: Po vsakem milijonu izpustov preverite stanje površine elektrod, da se izognete prekomerni akumulaciji sputterja.
Okoljski nadzor: Delovno okolje naj bo nizko v prahu, da preprečite vstop delcev v kaviteto in vpliv na optične komponente.
Inteligentno spremljanje: Uvedite sistem spletnega spremljanja (energija, tok, napetost) za pravočasno odkrivanje nepravilnosti.
Upravljanje življenjske dobe: Ustvarite popoln zapis življenjske dobe z beleženjem ciklov zamenjave plina in časov vzdrževanja elektrod.

Pogosta vprašanja

Q1: Zakaj excimerski laser zahteva redno vzdrževanje?

A: Dolgotrajno delovanje povzroča: nalaganje in korozijo na površinah elektrod zaradi izpustov, kar lahko povzroči padec energije; onesnaženje optičnih oken, kar vodi do neenakomernih profilov žarka; poslabšanje sestave plina, kar povzroča nihanja energije pulzov; staranje tesnil, kar vodi do puščanja plina in vpliva na življenjsko dobo. Zato redno vzdrževanje obnavlja zmogljivost in podaljšuje življenjsko dobo opreme.

Q2: Kako dolgo traja zmogljivost po vzdrževanju? Kdaj je pričakovan naslednji večji remont?

A: Trajanje ohranjanja zmogljivosti je neposredno povezano z obremenitvijo in kakovostjo rutinskega vzdrževanja. Po priporočeni shemi preventivnega vzdrževanja naj bi osnovna zmogljivost ostala stabilna 12-18 mesecev. Nato bo energija zaradi staranja plina in rahle korozije elektrod počasi upadala, kar je delno mogoče obnoviti z zamenjavo delovnega plina. Naslednji večji remont podobnega obsega se pričakuje čez 3 do 4 leta ali pa ga je treba upoštevati po preseženih 150 milijonih pulzov skupnega delovanja.

Q3: Zakaj je stabilnost energije (RSD %) tako pomembna?

A: Stabilnost energije neposredno določa doslednost rezultatov obdelave in donosnost. Še posebej pri mikroobdelavi lahko 1 % nihanje energije povzroči napake, kot so neenakomerna globina obdelave, neprebojnost ali prekomerno žganje. Po popravilu je stabilnost pod 1,8 % (pri 10 Hz) odlična industrijska zmogljivost, ki zadostuje za večino natančnih aplikacij.

Q4: Če v prihodnosti pride do nenadnega padca energije, kaj naj najprej storimo?

A: Najprej izvedite operacijo "dopolnitve plina". Več kot 90 % nenadnih padcev energije povzroča staranje plina ali manjše puščanje. Če težava po dopolnitvi ostane, prosimo, zabeležite meritve energije in morebitna alarmna sporočila ter se obrnite na našo tehnično podporo za oddaljeno diagnostiko. Kavitete ne odpirajte sami.

Q5: Ali je mogoče izhodno energijo še povečati?

A: Ta enota je že oddala 156 mJ pri 28 kV, kar je zelo blizu njene zasnovane meje. Dolgotrajno delovanje nad 27,5 kV ni priporočljivo, saj znatno pospeši staranje elektrod in plina, skrajša intervale vzdrževanja in celo ogroža zaustavitev. Energija 153 mJ že v celoti izpolnjuje prvotne zahteve zasnove.