Báo cáo đại tu cho Laser Excimer Mex-L2 Technolas 193nm

Giới thiệu

Báo cáo này hệ thống hóa quá trình bảo trì chuyên sâu toàn diện và tối ưu hóa hiệu suất cho laser excimer ArF 193nm Mex-L2 Technolas. Mục đích của bảo trì là giải quyết các vấn đề cốt lõi như suy giảm năng lượng đầu ra và giảm độ ổn định do vận hành tải cao lâu dài. Phạm vi bảo trì bao gồm các hệ thống con chính như buồng quang học, hệ thống phóng điện, mạch khí, điều khiển điện và đường dẫn khí làm mát.

Thông qua việc làm sạch kỹ lưỡng, tân trang các bộ phận chính, thay thế các bộ phận cũ và hư hỏng, và hiệu chuẩn chính xác, hiệu suất thiết bị đã được phục hồi xuất sắc. Các thử nghiệm cuối cùng cho thấy năng lượng xung đơn tối đa của laser đạt 153,6 mJ (@27kV), và độ ổn định năng lượng (độ lệch chuẩn tương đối) tốt hơn 1.4% (@10Hz). Tất cả các thông số chính vượt trội đáng kể 80% so với các thông số kỹ thuật gốc của nhà máy, vượt xa tiêu chí nghiệm thu theo hợp đồng (>100 mJ). Báo cáo này kết luận bằng cách đưa ra các chiến lược và khuyến nghị bảo trì dài hạn nhằm kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo vận hành ổn định trong tương lai.

Bối cảnh bảo trì và nội dung công việc chi tiết

Bảo trì chuyên sâu này chủ yếu bao gồm các công việc chi tiết sau:

1. Mở Buồng Laser và Bảo Trì Toàn Diện

Hoạt động: Khoang laser được mở theo đúng quy trình vận hành trong môi trường sạch sẽ.

Xử lý Thành phần Quang học: Gương phản xạ hoàn toàn và gương ghép đầu ra của khoang cộng hưởng đã được được làm sạch không phá hủy sử dụng giấy không xơ chuyên dụng và dung môi tinh khiết cao. Một laser He-Ne được sử dụng để hỗ trợ kiểm tra căn chỉnh đường quang trước và sau khi làm sạch.

Kiểm tra cơ học: Tất cả giá đỡ thành phần quang học được kiểm tra độ chặt và ổn định để đảm bảo không bị lỏng, đảm bảo sự ổn định lâu dài của đường quang.

2. Vệ sinh Điện cực Phóng và Hệ thống Tiền ion hóa

Chẩn đoán vấn đề: Sau khi mở khoang, phát hiện bề mặt các điện cực phóng chính bị phủ một lớp bắn đen không đều và một lượng nhỏ flo kim loại; vỏ gốm của cấu trúc tiền ion hóa có dấu hiệu ăn mòn hồ quang.

Kỹ thuật xử lý: Các điện cực đã được đánh bóng thủ công tinh xảo sử dụng kem đánh bóng chuyên dụng và vải để phục hồi bề mặt gương và cải thiện sự đồng đều phóng điện. Bộ phận tiền ion hóa được tháo rời, làm sạch và các bộ phận gốm cách điện đã lão hóa được thay thế. Bước này là phần quan trọng nhất của việc khôi phục hiệu suất laser và sự ổn định năng lượng.

3. Sửa chữa Nguồn Cung cấp Truyền động Tuần hoàn Khí

Xác định lỗi: Kiểm tra cho thấy dạng sóng đầu ra bị méo mó từ mô-đun nguồn, gây ra điện áp truyền động bất thường cho động cơ quạt, dẫn đến tiếng ồn và dao động tốc độ không bình thường.

Biện pháp sửa chữa: Hư hỏng thiết bị truyền động và tụ lọc đã được thay thế, các mối hàn được hàn lại, và các thông số đầu ra được hiệu chuẩn lại. Sau khi sửa chữa, quạt hoạt động trơn tru và tiếng ồn trở lại bình thường, đảm bảo sự đồng đều của hỗn hợp khí laser.

4. Vệ sinh và Tân trang Hệ thống Đường dẫn Khí Tuần hoàn trong Khoang

Hoạt động: Các ống dẫn khí tuần hoàn đã được tháo rời hoàn toàn, và tích tụ bột và các chất bẩn khác bên trong đã được loại bỏ bằng cồn isopropyl và súng thổi khí áp lực cao.

Các thành phần được cập nhật: Gioăng ống dẫn đã cũ và bộ lọc tĩnh điện (dùng để hấp thụ tạp chất và sản phẩm phụ trong khí laser) đã được thay thế để đảm bảo độ tinh khiết khí và hiệu quả tuần hoàn.

5. Khôi phục Độ kín khí của Buồng Laser

Vận hành tiêu chuẩn: Thay thế các gioăng buồng và kiểm tra rò rỉ lại.

Kiểm tra: Máy dò rò rỉ khối lượng heli chính xác cao được sử dụng để kiểm tra rò rỉ trong buồng. Tỷ lệ rò rỉ cuối cùng tốt hơn 5x10⁻⁷ Pa·m³/s, vượt xa yêu cầu vận hành, đảm bảo tuổi thọ lâu dài của khí làm việc (hỗn hợp Ar /F₂ /Ne) và sự ổn định năng lượng trong quá trình vận hành kéo dài.

6. Tích hợp và Kiểm tra Hệ thống Toàn bộ

Sau khi lắp ráp tất cả các thành phần, tiến hành bơm chân không, thổi khí nitơ tinh khiết cao và cuối cùng là nạp khí làm việc.

Một đồng hồ đo năng lượng chính xác cao bên ngoài, máy quang phổ và máy hiện sóng đã được kết nối để kiểm tra hiệu suất toàn diện và thu thập dữ liệu.

3. Thông số Yêu cầu Hợp đồng

Theo hợp đồng, thiết bị sau bảo trì phải đáp ứng:

• Hiệu suất tổng thể của laser được khôi phục đến hơn 80% theo thông số kỹ thuật gốc của nhà máy;

• Năng lượng xung đơn tối đa >100 mJ (193nm);

• Tuổi thọ dịch vụ kéo dài, đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài.

Kết Quả Kiểm Tra Bảo Trì

1. Xác Minh Bước Sóng

Thiết Bị Thử Nghiệm: Máy quang phổ.

Kết Quả: Bước sóng trung tâm được khóa ổn định tại 193,3 nm, với độ rộng tại nửa chiều cao cực đại (FWHM) < 0,5 nm, phù hợp với đặc tính laser excimer ArF. Không quan sát thấy các đỉnh lạc khác, cho thấy tình trạng tốt của gương buồng quang học và tỷ lệ hỗn hợp khí chính xác.

Mô tả hình ảnh:

Trục ngang là bước sóng (đơn vị: nm), trục dọc là cường độ (đơn vị tương đối). Biểu đồ cho thấy một đỉnh sắc nét và đối xứng tập trung tại 193,3nm, xác nhận độ chính xác và độ tinh khiết của bước sóng đầu ra, đáp ứng tiêu chuẩn đầu ra tia cực tím của laser excimer.

2. Năng Lượng Xung và Độ Ổn Định

Thiết Bị Thử Nghiệm: Đồng hồ đo năng lượng.

Phân tích kết quả: Như bảng trên đã chỉ ra, năng lượng đầu ra cho thấy mối quan hệ tuyến tính tốt với điện áp cao. Ở mức 27kV theo hợp đồng yêu cầu, năng lượng xung đơn tối đa đạt 153,6 mJ (@27kV), vượt xa tiêu chuẩn >100 mJ. Quan trọng là, độ ổn định năng lượng (đo bằng độ lệch chuẩn tương đối RSD%) vẫn tốt hơn 1,8% ngay cả khi vận hành ở tần số 10Hz, chứng tỏ điều kiện đồng đều phóng điện và hệ thống tuần hoàn khí rất tốt. Năng lượng hơi thấp hơn ở tần số lặp lại cao là do hiệu ứng thấu kính nhiệt, điều này là bình thường.

3. Phân Tích Hồ Sơ Chùm Tia

Phương pháp thử: Sử dụng giấy cháy nhạy UV.

Kết quả: Mặt cắt chùm tia là hình chữ nhật đều, khoảng 15mm x 5mm về kích thước, với phân bố năng lượng đồng đều, cạnh sắc nét và không có biến dạng hoặc rỗng đáng kể. Điều này cho thấy sự căn chỉnh cộng hưởng chính xác và phóng điện điện cực đồng đều.

Mô tả hình ảnh:

Mẫu cháy trên giấy cho thấy một vệt sáng, đồng đều hình chữ nhật, kích thước đạt tiêu chuẩn và phân bố năng lượng tổng thể đồng đều, chứng tỏ chất lượng chùm tia xuất sắc phù hợp cho các ứng dụng gia công vật liệu chính xác.

4. Đo dạng sóng xung

Thiết bị thử nghiệm: Photodiode phản hồi nhanh và oscilloscope tốc độ cao.

Kết quả: Độ rộng xung (FWHM) khoảng 18 ns, với cạnh lên dốc nhanh và không có đỉnh đôi hoặc vai đáng kể, cho thấy sự tiền ion hóa đủ và quá trình phóng điện chính nhanh, đồng bộ tốt.

Mô tả hình ảnh:

Ảnh chụp màn hình oscilloscope cho thấy dạng sóng xung laser excimer điển hình. Trục ngang là thời gian (đơn vị: ns), trục dọc là cường độ (đơn vị tương đối). Độ rộng xung FWHM đo được là 18 ns, với dạng sóng sạch, cho thấy mạch phóng điện trong tình trạng xuất sắc.

5. Ghi chép tại hiện trường thử nghiệm

Mô tả video:

Trạng thái hoạt động của đơn vị laser. Hiển thị tổng thể ngoại hình của laser sau bảo trì, với cửa thiết bị đóng, các đèn chỉ báo trên bảng điều khiển hiển thị bình thường và hoạt động bình thường.

Mô tả video:

Giao diện thu thập dữ liệu và giám sát. Cận cảnh cho thấy màn hình giám sát dữ liệu trong quá trình vận hành, bao gồm các chỉ số năng lượng thời gian thực, cài đặt điện áp cao, tần số lặp lại và các tham số khác, cũng như giao diện thiết bị thu nhận để tiếp tục thu nhận năng lượng.

Kết luận tổng thể và đề xuất cải tiến

Kết luận:

Việc bảo trì sâu này đã hoàn toàn thành công. Hiệu suất thiết bị không chỉ được phục hồi hoàn toàn mà năng lượng đầu ra và độ ổn định còn vượt quá mong đợi. Điều này cho thấy các thành phần lõi của laser này (như mạch Blumlein, nền quang học) vẫn còn trong tình trạng tốt với giá trị còn lại cao. Việc bảo trì này đã tránh được chi phí cao khi mua thiết bị mới và kéo dài tuổi thọ sử dụng ít nhất 3-5 năm.

Đề xuất cải tiến dài hạn:

Bảo trì định kỳ: Khuyến nghị kiểm tra hệ thống tuần hoàn khí mỗi 6-12 tháng.
Giám sát điện cực: Kiểm tra tình trạng bề mặt điện cực sau mỗi 1 triệu lần phóng điện để tránh tích tụ bắn quá mức.
Kiểm soát môi trường: Môi trường vận hành nên giữ sạch bụi để ngăn bụi bay vào buồng chứa và ảnh hưởng đến các thành phần quang học.
Giám sát thông minh: Triển khai hệ thống giám sát trực tuyến (năng lượng, dòng điện, điện áp) để phát hiện kịp thời các bất thường.
Quản lý tuổi thọ: Thiết lập hồ sơ tuổi thọ đầy đủ bằng cách ghi lại chu kỳ thay khí và thời gian bảo trì điện cực.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Tại sao laser excimer cần bảo trì định kỳ?

A: Vận hành lâu dài dẫn đến: sự lắng đọng và ăn mòn trên bề mặt điện cực do phóng điện, gây sụt giảm năng lượng; ô nhiễm cửa sổ quang học, làm biến dạng tia; suy giảm thành phần khí, gây dao động năng lượng xung; lão hóa các vòng đệm, gây rò rỉ khí ảnh hưởng tuổi thọ. Do đó, bảo trì định kỳ giúp phục hồi hiệu suất và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Q2: Hiệu suất sau bảo trì kéo dài bao lâu? Khi nào dự kiến đại tu lớn tiếp theo?

A: Thời gian duy trì hiệu suất liên quan trực tiếp đến khối lượng công việc và chất lượng bảo trì định kỳ. Theo lịch bảo trì phòng ngừa được khuyến nghị, hiệu suất lõi dự kiến sẽ ổn định trong 12-18 tháng. Sau đó, năng lượng sẽ giảm dần do sự lão hóa khí và sự ăn mòn điện cực nhẹ, điều này có thể được phục hồi một phần bằng cách thay thế khí làm việc. Đợt đại tu lớn tiếp theo với quy mô tương tự dự kiến sẽ diễn ra trong 3 đến 4 năm, hoặc nên được xem xét sau khi tổng số lần vận hành vượt quá 150 triệu xung.

Q3: Tại sao độ ổn định năng lượng (RSD%) lại quan trọng như vậy?

A: Độ ổn định năng lượng quyết định trực tiếp sự đồng nhất của kết quả xử lý và tỷ lệ sản phẩm đạt. Đặc biệt trong vi xử lý, dao động năng lượng 1% có thể gây ra lỗi như độ sâu xử lý không đều, không cắt xuyên hoặc cháy quá mức. Độ ổn định sau sửa chữa dưới 1,8% (ở 10Hz) là hiệu suất công nghiệp xuất sắc, đủ đáp ứng hầu hết nhu cầu ứng dụng chính xác.

Q4: Nếu xảy ra sụt giảm năng lượng đột ngột trong tương lai, chúng ta nên làm gì trước tiên?

A: Trước tiên, thực hiện thao tác "bơm khí lại". Hơn 90% các trường hợp sụt giảm năng lượng đột ngột do lão hóa khí hoặc rò rỉ nhỏ. Nếu vấn đề vẫn tiếp diễn sau khi bơm khí, vui lòng ghi lại các chỉ số năng lượng và bất kỳ cảnh báo nào, sau đó liên hệ bộ phận hỗ trợ kỹ thuật để chẩn đoán từ xa. Không tự mở buồng chứa.

Q5: Có thể tăng thêm năng lượng đầu ra không?

A: Thiết bị này đã xuất ra 156 mJ ở 28kV, rất gần với giới hạn thiết kế. Không khuyến nghị vận hành lâu dài trên 27,5kV vì điều này làm tăng tốc độ lão hóa điện cực và khí, rút ngắn khoảng thời gian bảo trì, thậm chí có nguy cơ ngừng hoạt động. Năng lượng 153 mJ đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu ứng dụng thiết kế ban đầu.