准分子激光器剂量稳定控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种准分子激光器剂量稳定控制系统，其中，控制系统包括：高压放电组件，用于接收触发信号，并根据触发信号及预设高压设定值，产生脉冲高压；激光器，其内充有工作气体，工作气体用于接收脉冲高压，并产生激光脉冲；激光参数测量组件，用于检测激光脉冲的能量值，并将激光脉冲输出至外部；能量稳定控制器，与高压放电组件电性连接，能量稳定控制器用于采集能量值；本实用新型专利技术通过激光参数测量组件检测脉冲激光的能量值，当能量值偏移预设能量值时通过能量稳定控制器控制高压放电组件的放电高压，进而控制激光脉冲的能量值与预设能量值接近或相等，以防止每个序列的前几个激光脉冲严重超调，保证了每个激光脉冲的稳定性。

Dose stabilization control system of excimer laser

【技术实现步骤摘要】
准分子激光器剂量稳定控制系统
本技术涉及精密仪器控制领域，尤其涉及一种准分子激光器剂量稳定控制系统。
技术介绍
193nmArF准分子激光器是一种面向深紫外特征应用的脉冲式气体激光器，具有高重频，大能量，短波长，窄线宽的特点，是优秀的微电子光刻系统用激光光源。准分子激光器发出的激光是以脉冲形式发出的，由于电荷的变化或者是工作气体的变质，脉冲与脉冲之间的能量是有差异的，同时激光脉冲的能量与设定的期望脉冲能量也存在一定的偏差，这就导致激光器激光能量的剂量稳定性有很大波动。在半导体光刻工艺中，剂量不稳定的结果表现为在光刻过程中过度曝光或曝光不足，使得加工出来的线条粗糙。为了使光刻的精度在允许范围内，准分子激光脉冲剂量的稳定性必需得到很好的控制。所以解决剂量稳定性的控制，是准分子激光器研发过程中的一个关键。在激光器运行的过程中，由于气体温度，气体退化或更新、以及运行时间等因素的影响，准分子激光器总会出现单脉冲能量的波动，平均脉冲能量的漂移和单脉冲能量的超调。这些现象都会影响激光器的剂量稳定性和能量稳定性。能量的超调是指在burst模式下，一组脉冲与一组脉冲的时间间隔内，由于气体处于不放电状态而导致在相同的放电高压下每一组的前几个脉冲要比其它脉冲高很多。单脉冲能量波动和能量值超调现象是准分子激光器的固有特性，单纯通过改变激光器本身的光学特性来改善这种现象比较困难，必须采用必要的控制算法，使剂量稳定性得到很大的提升。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种准分子激光器剂量稳定控制系统，以解决现有技术中准分子激光器在burst模式下，一组脉冲与一组脉冲的时间间隔内，由于气体处于不放电状态而导致在相同的放电高压下每一组的前几个脉冲要比其它脉冲高很多的问题。为了解决上述问题，本技术提供了一种准分子激光器剂量稳定控制系统，其包括：高压放电组件，其用于接收来自外部的触发信号，并根据触发信号及预设高压设定值，产生脉冲高压；激光器，其内充有工作气体，工作气体用于接收脉冲高压，并产生激光脉冲；激光参数测量组件，其用于检测激光脉冲的能量值，并将激光脉冲输出至外部；能量稳定控制器，其与高压放电组件电性连接，能量稳定控制器用于采集所述激光脉冲的能量值；当能量值大于预设能量值时，能量稳定控制器根据预设控制算法控制高压放电组件降低放电电压，当能量值小于预设能量值时，能量稳定控制器根据预设控制算法控制高压放电组件提高放电电压，以致能量值与预设能量值接近或相等。作为本技术的进一步改进，预设控制算法包括一闭环控制算法，其通过PI控制算法及公式(1)实现对能量值的控制：其中，Eset(n+1)为下一个激光脉冲所需的能量值，DKp为PI控制算法的比例系数，ΔDose(n)为本次激光脉冲剂量稳定性的偏差，DKi为PI控制算法的积分系数，DT为PI控制算法的周期系数，为历史激光脉冲剂量稳定性的偏差总和。作为本技术的进一步改进，预设控制算法还包括一与闭环控制算法相分离的误差控制算法，其用于控制脉冲序列前20个激光脉冲的严重超调：误差控制算法根据公式(2)计算激光器在出光时第m个Burst序列中第n个激光脉冲的能量值与能量设定值的误差：Eerror(m,n)＝Eset-Emeasured(m.n)(2)，其中，Emeasured(m,n)为激光器在出光时第m个Burst序列中第n个激光脉冲的能量值，Eerror(m,n)为误差；根据PI控制算法及公式(3)计算下一个脉冲序列中第n个激光脉冲所需的能量值；其中，HV(m+1,n)为下一个脉冲序列中第n个激光脉冲所需的能量值，PKp为PI控制算法的比例参数，PKi为PI控制算法的积分参数，T为PI控制算法的控制周期参数，为历史误差的积分。作为本技术的进一步改进，根据公式(2)计算激光器在出光时第m个Burst序列中第n个激光脉冲的能量值与能量设定值的误差，具体包括：通过PI反馈控制算法的增量式的形式，如公式(4)所示；其中ΔHV(m+1,n)表示下一个脉冲序列中的第n个激光脉冲的预设放电高压的变化值，HV(m,n)表示本次脉冲序列中第n个激光脉冲所需的能量值。本技术通过激光参数测量组件检测脉冲激光的能量值，当能量值偏移预设能量值时通过能量稳定控制器控制高压放电组件的放电高压，进而控制激光脉冲的能量值与预设能量值接近或相等，以防止每个序列的前几个激光脉冲严重超调，保证了每个激光脉冲的稳定性。附图说明图1为本技术准分子激光器剂量稳定控制系统一个实施例的结构原理框图；图2为本技术准分子激光器剂量稳定控制系统一个实施例的控制效果图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用来限定本技术。图1展示了本技术准分子激光器剂量稳定控制系统的一个实施例，参见图1，在本实施例中，其该控制系统包括高压放电组件、激光器、激光参数测量组件和能量稳定控制器。其中，高压放电组件用于接收来自外部的触发信号，并根据触发信号及预设高压设定值，产生脉冲高压；激光器内充有工作气体，工作气体用于接收脉冲高压，并产生激光脉冲；激光参数测量组件用于检测激光脉冲的能量值，并将激光脉冲输出至外部；能量稳定控制器与高压放电组件电性连接，能量稳定控制器用于采集激光脉冲的能量值；当能量值大于预设能量值时，能量稳定控制器根据预设控制算法控制高压放电组件降低放电电压，当能量值小于预设能量值时，能量稳定控制器根据预设控制算法控制高压放电组件提高放电电压，以致能量值与预设能量值接近或相等。具体地，在激光器工作时，每当高压放电组件收到一个外部的触发信号时，会根据高压设定信号(预设高压设定值)产生一个脉冲高压，电击激光器腔体中的工作气体，触发激光器产生一个激光脉冲，激光器脉冲经过激光参数测量组件测量后，将用于工作的激光器脉冲输出。进一步地，激光器所产生的激光脉冲和工作用激光能量的高低主要受高压放电组件的高压控制，在高压放电组件的工作电压范围内，放电高压越高，激光器的出光能量越大。进一步地，激光器的剂量定义为N个脉冲的能量的总和，即其中j为每个Burst序列中的脉冲编号，Ei为第i个脉冲的能量值。激光器的剂量稳定性定义为：其中Dosetarget为剂量设定值。通过计算Burst序列中每个激光脉冲(脉冲所在位置序列号大于等于N)发出后的剂量稳定性，每个Burst的剂量稳定性用每个Burst中的剂量稳定性的最大值和最小值来衡量剂量的稳定性。本实施例通过激光参数测量组件检测脉冲激光的能量值，当能量值偏移预设能量值时通过能量稳定控制器控制高压放电组件的放电高压，进而控制激光脉冲的能量值与预设能量值接近或相等，以防本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准分子激光器剂量稳定控制系统，其特征在于，其包括：/n高压放电组件，其用于接收来自外部的触发信号，并根据所述触发信号及预设高压设定值，产生脉冲高压；/n激光器，其内充有工作气体，所述工作气体用于接收所述脉冲高压，并产生激光脉冲；/n激光参数测量组件，其用于检测所述激光脉冲的能量值，并将所述激光脉冲输出至外部；/n能量稳定控制器，其与所述高压放电组件电性连接，所述能量稳定控制器用于采集所述激光脉冲的能量值；当所述能量值大于预设能量值时，所述能量稳定控制器根据预设控制算法控制所述高压放电组件降低放电电压，当所述能量值小于所述预设能量值时，所述能量稳定控制器根据所述预设控制算法控制所述高压放电组件提高所述放电电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种准分子激光器剂量稳定控制系统，其特征在于，其包括：
高压放电组件，其用于接收来自外部的触发信号，并根据所述触发信号及预设高压设定值，产生脉冲高压；
激光器，其内充有工作气体，所述工作气体用于接收所述脉冲高压，并产生激光脉冲；
激光参数测量组件，其用于检测所述激光脉冲的能量值，并将所述激光脉冲输...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯泽斌，韩晓泉，江锐，周翊，赵江山，张华，张琴，王香，廖密，杨军红，
申请(专利权)人：北京科益虹源光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11