[发明专利]准分子激光器剂量稳定控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种准分子激光器剂量稳定控制系统及控制方法，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；本发明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。

技术领域

本发明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及控制方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种准分子激光器剂量稳定控制系统及控制方法，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，本发明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。

作为本发明的进一步改进，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，E_set(n+1)为下一个激光脉冲所需的能量值，DK_p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，DK_i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。