CN108183382B - 准分子激光器窗片的更换装置和更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种涉及准分子激光器窗片的更换装置及其更换方法，包括一端开口的更换主腔体，更换主腔体的腔壁设有多个用于观测更换主腔体内部的观察窗、用于检测更换主腔体内部气压的气压计、抽真空通道、充气通道、多个指套孔和窗片室，抽真空通道和充气通道与更换主腔体内部相通，指套孔密封配有方便在更换主腔体内部进行窗片更换的操作指套。本发明能够显著降低准分子激光器窗片更换过程中卤素介质的扩散现象，能够有效避免零部件在大气暴露中发生污染，并可有效减少放电腔清洗的次数及其对操作人员的危害，免除钝化工艺或显著减少钝化时间，提高激光器的使用效率和能源的使用率。

Description

准分子激光器窗片的更换装置和更换方法

技术领域

本发明涉及准分子激光技术领域，特别涉及准分子激光器窗片的更换装置和更换方法。

背景技术

准分子激光器是紫外波段重要的激光器件，依靠受激混合气体形成的分子向基态跃迁产生激光。混合气体一般是由惰性气体和卤素气体组成，如氩气(Ar)和氟气(F2)、氪气(Kr)和氟气、氙气(Xe)和氯气(Cl2)等。放电腔为气体放电提供了空间，它是由多种部件组成的，如电极、腔壁、风机、导流结构、散热器、窗片等。其中，窗片等属于易污染、易损耗零部件，使用一段时间后需要更换或是清洗。

但是，准分子激光器的放电腔需要经特殊工艺处理后在密封的含卤素介质中使用的。激光器正常运转前，需要对放电腔零部件进行钝化处理，使氟、氯等卤素介质与零部件材料充分反应，以消除零部件表面的碳、氧、氢等有害杂质和污染物，生成稳定的卤化物保护层，减轻激光器运行过程有害产物的生成。更换窗片零件将不可避免的破坏原有的密封与隔离状态，使放电腔内的介质与环境介质发生交换。其危害包括：1)放电腔内的卤素气体及卤化反应产物将逸出到环境中，对操作人员产生危害。例如，研究表明ppm量级的氟介质就会对人体产生危害。2)环境中的O等介质也将进入放电腔，与零部件发生反应并在更换零件后残留在放电腔内，影响激光器的输出性能。研究表明，O介质接触金属材料面的卤化物层后会发生卤素-氧替代反应，导致金属材料表面生成氧化物。在这种情况下，即使多次清洗放电腔，材料表面的氧化层仍不能被去除，必须重新进行钝化处理。

因此，一般情况下，准分子激光器窗片零件的更换过程步骤繁多，包括：反复使用抽真空和充入惰性气体的方式清洗放电腔内的卤素介质，卸下包含窗片的零部件，安装新的窗片零部件，反复使用抽真空和充入惰性气体的方式清洗放电腔内的空气介质，对放电腔进行钝化处理。其中，反复的抽真空与充气处理和放电腔的钝化处理需要占用大量的时间、消耗大量的气体，并容易对操作人员产生危害。甚至，当卤素-氧替代反应严重时，钝化处理后各零部件表面层将是由卤化物和碳氧化物(可能是一种或几种，也可能是碳氢氧及卤素共同存在的化合物)共同组成，在激光器运行过程中这种反应层仍会缓慢的与卤素介质反应，进一步生成有害气体。由于10ppm量级的HF、O₂、CF₄等气体即显著影响激光的输出功率，空气介质向放电腔的扩散很容易成为影响激光输出能量的重要问题。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供准分子激光器窗片的更换装置和更换方法，解决准分子激光器窗片零件的更换过程会造成残留工作气体与空气介质发生交换，对操作人员产生危害，且去除引入的有害物质需要大量消耗时间和能源的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种准分子激光器窗片的更换装置，包括一端开口的更换主腔体，更换主腔体的腔壁设有多个用于观测更换主腔体内部的观察窗、用于检测更换主腔体内部气压的气压计、抽真空通道、充气通道、多个指套孔和窗片室，抽真空通道和充气通道与更换主腔体内部相通，指套孔密封配有方便在更换主腔体内部更换窗片的操作指套。

窗片室包括多个容纳固定腔，窗片室的一端设有可拆卸窗片室盖板，实现多个容纳固定腔与更换主腔体的外部环境封闭或相通，窗片室的另一端设有移动滑块，实现多个容纳固定腔交替与更换主腔体的内部环境封闭或相通。

其中，窗片室的另一端突出于更换主腔体的内腔壁，窗片室的位于更换主腔体内部的窗体壁上设有贯穿的通气孔，使得每个容纳固定腔与更换主腔体的内部环境相通。

其中，观察窗包括主观察窗和侧观察窗，主观察窗与开口的位置相对，每个观察窗都设有用于密封的观察窗盖板。

其中，指套孔的个数为四个，且两两相对设置，每个指套孔均设有匹配的指套保护滑块；容纳固定腔的个数为两个，滑块通过滑动实现对单个容纳固定腔的封闭。

其中，更换主腔体的内部容量远小于放电腔的内部容量。

其中，更换装置还包括锁紧装置，使开口与准分子激光器的放电腔体的套接密封。

根据本发明的另一方面，提供使用该更换装置更换激光器窗片的方法，包括以下步骤：

S1：在激光器上固定零件更换装置，使更换装置通过开口套接并锁紧在准分子激光器的放电腔体的外部，待更换激光器窗片伸入至更换主腔体内靠近指套孔的位置；

S2：将清洁的激光器窗片放置于滑块所在的容纳固定腔；

S3：反复3次对更换主腔体内部抽真空并充入惰性气体；

S4：操作指套卸下待更换激光器窗片，放入另一容纳固定腔，移动滑块将其固定，并取出清洁的激光器窗片；

S5：安装清洁的激光器窗片；

S6：对更换装置抽真空，并充入惰性气体；

S7：对放电腔抽真空；

S8：静置一段时间，观察放电腔内气压变化，如气压稳定则从窗片零件所连接的腔体上取下更换装置并对放电腔充入工作气体，如存在漏气现象则重新安装窗片零件和检测步骤，直至放电腔不再漏气。

其中，步骤S3和步骤S4之间还包括步骤S3′：关闭指套保护滑块。

步骤S4和步骤S5之间还包括步骤S4′：开启指套保护滑块。

本发明具有以下有益效果：

1.通过密闭更换装置实现窗片零件的更换，可以有效避免卤素介质向空气中的扩散，减少了对操作人员的危害；

2.通过密闭更换装置实现窗片零件的更换，可以有效避免空气介质向放电腔内的扩散，减少有害介质的引入，进而免除钝化工艺或显著减少钝化时间，提高窗片零件的更换效率及激光器的使用效率；

3.由于更换装置体积远远小于放电腔的体积，对更换装置抽真空及充惰性气体处理，会显著降低消耗的时间和气体量，提高能源和时间的利用率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的准分子激光器窗片的更换装置的示意图；

图2示出了根据本发明实施方式的准分子激光器窗片的更换方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明旨在提出一种更换卤化物准分子激光器窗片零件的方法及装置，通过发明在激光器上安装可抽真空可充气体的密闭式更换装置，在更换装置内实现激光器的窗片零件的更换，以解决激光器窗片零件的更换过程会造成残留工作气体与空气介质发生交换，对操作人员产生危害，且去除引入的有害物质需要大量消耗时间和能源的问题。

如图1所示，一种更换卤化物准分子激光器窗片零件的装置，包括主观察窗1，主观察窗盖板2，更换主腔体3，指套孔4，窗片室5，侧观察窗6，抽真空通道7，充气通道8，锁紧装置9。

其中主观察窗盖板2通过紧固螺钉10与更换主腔体3连接，指套孔4中密封固定指套11及指套保护滑块12，窗片室5由窗片室盖板13、螺钉14与滑块15组成并分为两个内室，由滑块15位置确定某一内室窗片的固定与释放，窗片室上有与更换装置内联通的通气孔16；更换主腔体3通过锁紧装置9与窗片固定件17连接，为放置螺钉及密封圈等更换零部件，在更换主腔体3上设置部件糟18，为实时测定放电腔的气压，设置气压计19。

其中，为了减少更换设备在接触含卤素介质时的反应，避免生成有害物质，更换装置需要采用有害杂质含量低的材料、并在初次使用前进行充分的清洗，在使用后隔绝空气存放。

如图2所示，准分子放电腔窗片零件的更换过程主要包括以下环节：将更换装置密封固定在激光器窗片零件所连接的腔体上，将清洗后的新窗片放置于窗片室内并密封，反复3次对更换装置抽真空至1Pa并充入钝化气体至0.1Mpa，对放电腔抽真空至1Pa并充入钝化气体至0.1Mpa，操作更换装置卸下原装有窗片的零件，更换窗片后安装零件，反复三次对更换装置进行抽真空及充入钝化气体处理，对激光器放电腔抽真空，静置10min后检测放电器气压是否稳定，如气压稳定则从窗片零件所连接的腔体上取下更换装置并对放电腔充入工作气体，如存在漏气现象则重新安装窗片零件。

下面以ArF准分子激光器放电腔窗片零件的更换为例，对本发明的更换方法作进一步的详细描述。

将更换装置的更换主腔体3通过锁紧装置9密封固定在激光器窗片零件所连接的放电腔17上，其中可通过装卸紧固螺钉10实现主观察窗1及主观察窗盖板2与更换主腔体3的分离与安装，便于更换装置内的操作工具及部件。

打开窗片室盖板13，将清洗后的新窗片放置于窗片室5的滑块15固定的内室中，并使用螺钉14密封窗片室盖板13与窗片室5。

利用抽真空通道7、充气通道8反复3次对更换装置抽真空至1Pa并充入钝化气体至0.1Mpa，其中气压的检测通过气压计19完成，通气孔16的存在保证窗片室5内的气体状态与更换装置一致。

对放电腔抽真空至1Pa并充入钝化气体至0.1Mpa。

关闭指套保护滑块12，通过主观察窗1和侧观察窗6观察更换装置内的操作，操作指套孔4中的指套11卸下原装有窗片的零件，卸下的螺钉可放在部件糟18内。

操作指套11将更换下的窗片装入窗片室5的空室，并通过移动滑块15固定该窗片，取出新窗片，将新窗片固定在零件上，安装零件。

开启指套保护滑块12，利用抽真空通道7和充气通道8反复3次对更换装置进行抽真空至1Pa并充入钝化气体至0.1Mpa的处理。

对激光器放电腔抽真空，静置10min后检测放电器气压是否稳定，如气压稳定，则从窗片零件所连接的腔体上17取下更换装置，并对放电腔充入工作气体；如存在漏气现象，则对放电腔充入惰性气体至0.1MPa，关闭指套保护滑块12，操作指套11重新安装窗片零件，再执行更换窗片和抽真空充入惰性气体的步骤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.准分子激光器窗片的更换装置，其特征在于，包括一端设有开口的更换主腔体，所述更换主腔体的腔壁设有多个用于观测更换主腔体内部的观察窗、用于检测更换主腔体内部气压的气压计、抽真空通道、充气通道、多个指套孔和存放窗片的窗片室，所述抽真空通道和所述充气通道与所述更换主腔体内部相通，所述指套孔密封配有方便在更换主腔体内部更换窗片的操作指套；

所述窗片室包括多个容纳固定腔，所述窗片室的一端设有可拆卸窗片室盖板，实现所述多个容纳固定腔与更换主腔体的外部环境封闭或相通，所述窗片室的另一端设有移动滑块，实现所述多个容纳固定腔交替与更换主腔体的内部环境封闭或相通；

所述窗片室的另一端突出于所述更换主腔体的内腔壁，所述窗片室的位于所述更换主腔体内部的窗体壁上设有贯穿的通气孔，使得每个容纳固定腔与更换主腔体的内部环境相通；

所述观察窗包括主观察窗和侧观察窗，所述主观察窗与所述开口的位置相对，每个观察窗都设有用于密封的观察窗盖板。

2.如权利要求1所述的更换装置，其特征在于，

所述指套孔的个数为四个，且两两相对设置，每个指套孔均设有匹配的指套保护滑块；所述容纳固定腔的个数为两个，所述滑块通过滑动实现对单个容纳固定腔的封闭。

3.如权利要求1所述的更换装置，其特征在于，

所述更换主腔体的内部容量远小于放电腔的内部容量。

4.如权利要求1所述的更换装置，其特征在于，

所述更换装置还包括锁紧装置，使所述开口与准分子激光器的放电腔体的套接密封。

5.一种使用如权利要求1～4任一所述的更换装置更换激光器窗片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在激光器上固定更换装置，使更换装置通过开口套接并锁紧在准分子激光器的放电腔体的外部，使待更换激光器窗片伸入至更换主腔体内靠近指套孔的位置；

S2：将清洁的激光器窗片放置于滑块所在的容纳固定腔；

S3：反复3次对更换主腔体内部抽真空并充入惰性气体；

S4：操作指套卸下待更换激光器窗片，放入另一容纳固定腔，移动滑块将其固定，并取出清洁的激光器窗片；

S5：安装清洁的激光器窗片；

S6：对更换装置抽真空，并充入惰性气体；

S7：对放电腔抽真空；

S8：静置一段时间，观察放电腔内气压变化，如气压稳定则从窗片零件所连接的腔体上取下更换装置并对放电腔充入工作气体，如存在漏气现象则重新安装窗片零件和检测步骤，直至放电腔不再漏气。

6.如权利要求5所述的更换激光器窗片的方法，其特征在于，每个指套孔均设有匹配的指套保护滑块；

步骤S3和步骤S4之间还包括步骤S3′：关闭指套保护滑块；

步骤S4和步骤S5之间还包括步骤S4′：开启指套保护滑块。