[發明專利]準分子激光器劑量穩定控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 201910253024.0
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109950786A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 馮澤斌;韓曉泉;江銳;周翊;趙江山;張華;張琴;王香;廖密;楊軍紅
• 申請（專利權）人: 北京科益虹源光電技術有限公司
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S3/134
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明公開了一種準分子激光器劑量穩定控制系統及控制方法，其中，控制系統包括：高壓放電組件，用于接收觸發信號，并根據觸發信號及預設高壓設定值，產生脈沖高壓；激光器，其內充有工作氣體，工作氣體用于接收脈沖高壓，并產生激光脈沖；激光參數測量組件，用于檢測激光脈沖的能量值，并將激光脈沖輸出至外部；能量穩定控制器，與高壓放電組件電性連接，能量穩定控制器用于采集能量值；本發明通過激光參數測量組件檢測脈沖激光的能量值，當能量值偏移預設能量值時通過能量穩定控制器控制高壓放電組件的放電高壓，進而控制激光脈沖的能量值與預設能量值接近或相等，以防止每個序列的前幾個激光脈沖嚴重超調，保證了每個激光脈沖的穩定性。

技術領域

本發明涉及精密儀器控制領域，尤其涉及一種準分子激光器劑量穩定控制系統及控制方法。

背景技術

193nmArF準分子激光器是一種面向深紫外特征應用的脈沖式氣體激光器，具有高重頻，大能量，短波長，窄線寬的特點，是優秀的微電子光刻系統用激光光源。

準分子激光器發出的激光是以脈沖形式發出的，由于電荷的變化或者是工作氣體的變質，脈沖與脈沖之間的能量是有差異的，同時激光脈沖的能量與設定的期望脈沖能量也存在一定的偏差，這就導致激光器激光能量的劑量穩定性有很大波動。在半導體光刻工藝中，劑量不穩定的結果表現為在光刻過程中過度曝光或曝光不足，使得加工出來的線條粗糙。為了使光刻的精度在允許范圍內，準分子激光脈沖劑量的穩定性必需得到很好的控制。所以解決劑量穩定性的控制，是準分子激光器研發過程中的一個關鍵。

在激光器運行的過程中，由于氣體溫度，氣體退化或更新、以及運行時間等因素的影響，準分子激光器總會出現單脈沖能量的波動，平均脈沖能量的漂移和單脈沖能量的超調。這些現象都會影響激光器的劑量穩定性和能量穩定性。能量的超調是指在burst模式下，一組脈沖與一組脈沖的時間間隔內，由于氣體處于不放電狀態而導致在相同的放電高壓下每一組的前幾個脈沖要比其它脈沖高很多。單脈沖能量波動和能量值超調現象是準分子激光器的固有特性，單純通過改變激光器本身的光學特性來改善這種現象比較困難，必須采用必要的控制算法，使劑量穩定性得到很大的提升。

發明內容

本發明的目的是提供一種準分子激光器劑量穩定控制系統及控制方法，以解決現有技術中準分子激光器在burst模式下，一組脈沖與一組脈沖的時間間隔內，由于氣體處于不放電狀態而導致在相同的放電高壓下每一組的前幾個脈沖要比其它脈沖高很多的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種準分子激光器劑量穩定控制系統，其包括：

高壓放電組件，其用于接收來自外部的觸發信號，并根據觸發信號及預設高壓設定值，產生脈沖高壓；

激光器，其內充有工作氣體，工作氣體用于接收脈沖高壓，并產生激光脈沖；

激光參數測量組件，其用于檢測激光脈沖的能量值，并將激光脈沖輸出至外部；

能量穩定控制器，其與高壓放電組件電性連接，能量穩定控制器用于采集所述激光脈沖的能量值；當能量值大于預設能量值時，能量穩定控制器根據預設控制算法控制高壓放電組件降低放電電壓，當能量值小于預設能量值時，能量穩定控制器根據預設控制算法控制高壓放電組件提高放電電壓，以致能量值與預設能量值接近或相等。

作為本發明的進一步改進，預設控制算法包括一閉環控制算法，其通過PI控制算法及公式(1)實現對能量值的控制：

其中，E_set(n+1)為下一個激光脈沖所需的能量值，DK_p為PI控制算法的比例系數，ΔDose(n)為本次激光脈沖劑量穩定性的偏差，DK_i為PI控制算法的積分系數，DT為PI控制算法的周期系數，為歷史激光脈沖劑量穩定性的偏差總和。