激光器的气体控制方法及激光器

技术领域

本发明涉及控制领域，具体一种激光器的气体控制方法及激光器。

背景技术

准分子激光器是一种波长处于紫外波段的脉冲气体激光器，其工作物质由惰性气体(氖气、氩气、氪气、氙气等)和卤族元素(氟、氯、溴等)做成，在基态时，成两种原子气体混合状，被短脉冲电流激发到高能级时生成化合物，化合物的每个分子由两种气体各贡献一个原子组成，成准分子态。当电子从高能级跃迁到低能级时辐射出紫外激光。

光刻机对于光源发出的深紫外脉冲激光有严苛的要求。对于准分子激光器发出的深紫外激光要求具有窄线宽、大能量、高重频、稳定的波长和剂量稳定性。光源放电的过程中，气体退化会出现单脉冲能量的波动、平均脉冲能量的漂移、单脉冲能量的超调，这些现象都会影响激光器各项指标的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，克服现有的技术的不足，提供一种激光器的气体控制方法及激光器，用于控制激光器进行工作气体的补充，从而保证激光器长时间稳定工作。

为达到上述技术目的，一方面，本发明提供的一种激光器的气体控制方法，包括：在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量；根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

具体的，所述获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量，包括：采集激光器的电源模块的放电电压，作为所述出光电压；采集激光器的放电电压变化量以及能量变化量，根据放电电压变化量以及能量变化量确定放电能量变化量。

具体的，根据出光电压，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入包括：根据采集到的放电电压与电压阈值确定电压差值，对所述电压差值进行低通滤波；确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体快速注入工作气体，快速注入工作气体是指在预置时间内注入的工作气体量大于气体阈值量。

具体的，所述向激光器的腔体快速注入工作气体，包括：根据激光器的控制器控制气体管理模块，通过快速注入气体的通路以及气体阀门，向所述腔体注入工作气体。

具体的，根据放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入，包括：根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波；确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体注入工作气体。

具体的，所述根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波，包括：根据放电能量变化量与目标放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波，所述目标放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系；其中，向激光器的腔体注入工作气体，包括：当大于零，则对激光器的腔体中的气体进行重新换气。

具体的，所述根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波，包括：根据放电能量变化量与第一放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波，第一放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系，且目标放电能量变化量大于第一放电能量变化量；其中，向激光器的腔体注入工作气体，包括：当大于零，则向激光器的腔体快速注入工作气体。

具体的，所述根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波，包括：根据放电能量变化量与第二放电能量变化量确定变化量差值，对所述变化量差值进行低通滤波，第二放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系，且第一放电能量变化量大于第二放电能量变化量；其中，向激光器的腔体注入工作气体，包括：当大于零，则向激光器的腔体慢速注入工作气体，慢速注入工作气体是指在预置时间内注入的工作气体量小于气体阈值量。

此外，该方法还包括：获取激光器的腔体的压力值，将所述压力值与排气阈值进行对比，并将比较结果进行低通滤波；当滤波结果大于零，则通过控制器控制激光器的气体阀门进行排气，直至所述压力值小于排气阈值。

另一方面，本发明提供的一种激光器的气体控制装置，包括：获取模块，用于在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量；确定模块，用于根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

另一方面，本发明提供的一种激光器，包括：控制器以及腔体；所述控制器，在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量；所述控制器，根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

在本申请实施例中，在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量；根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。从而通过确定是否进行气体的注入来控制激光器的气体补充，使得激光器能够长时间在较为稳定状态下进行放电以及延迟放电时间。使激光器长时间维持稳定的性能、提升生产效率和节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例的激光器的气体控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的补气系统的示意图；

图3为本申请实施例的补气过程的示意图；

图4为本申请实施例的放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系的示意图；

图5为本申请实施例的补气过程的示意图；

图6为本申请实施例的补气过程的示意图；

图7为本申请实施例的激光器的气体控制装置的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本申请提供了一种激光器的气体控制的方法，该方法100包括：

101：在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量。

102：根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

需要说明的是，该方法100的执行主体可以为激光器，更具体的可以为激光器中的控制器，该控制器可以为微处理器等处理器。

目前，激光器换气需要停止激光器放电且整个换气过程需要几十分钟，换气操作降低了晶圆输出效率。随着气体的成本增加，频繁换气也导致生产成本增加。所以须对气体进行管理，在激光器放电过程中，动态的微量补气与排气，使激光器长时间维持稳定的系统性能、提升生产效率和节约成本的目的。

以下针对上述步骤进行详细地阐述：

101：在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量。

其中，出光电压是指放电电压。

可以通过激光器的控制器获取出光电压以及确定放电能量变化量。

具体地，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量，包括：采集激光器的电源模块的放电电压，作为出光电压；采集激光器的放电电压变化量以及能量变化量，根据放电电压变化量以及能量变化量确定放电能量变化量。

例如，如图2所示，该激光器包括补气系统，包括放电腔即腔体203、电源模块202、主控器即控制器201、气体管理模块204和卤素混合气体即工作气体205。激光器在正常工况下出光，在操作中，控制器201控制电源模块202对腔体203中的卤素混合气体释放高电压，从而使得卤素混合气体气体电离产生激光。由此控制器201可以从电源模块202获取到当前的放电电压，作为出光电压。

此外，激光器正常工作时，即刻硅片是处于某个相对恒定能量模式下进行，此处该相对恒定能量模式为恒能量模式。恒能量模式下观察单位能量变量的输出电压变化。单腔激光器能量闭环控制过程中的变量为ΔM，ΔM表示了激光器的放电能力变化，即放电能量变化量。可以通过下述公式确定：

/>

其中，V表示为电压，E表示为能量，j表示Burst突发脉冲序列，i表示Burst突发脉冲序列内的具体脉冲序列，n表示为突发脉冲序列内的具体脉冲序列个数，f

由此，可以通过控制器确定ΔM，即放电能量变化量。

102：根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

具体的，根据出光电压，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入包括：根据采集到的放电电压与电压阈值确定电压差值，对电压差值进行低通滤波；确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体快速注入工作气体，快速注入工作气体是指在预置时间内注入的工作气体量大于气体阈值量。

例如，激光器工作过程中，随着激光器出光，气体逐渐耗尽，为维持激光器光谱性能稳定(如激光器的指标合格)需要对激光器补气，就需要控制器控制气体管理模块打开阀门，对激光器补充卤素混合气体。

根据前文所述，激光器的控制器可以实时采集电源模块的放电电压V，如图3所示，通过针对电压低通滤波的过程311，将放电电压即测得电压301与电压阈值即电压补气值阈值302通过加法器304进行差值计算，由于放电电压随出光频率波动，对差值通过低通滤波器或电路，进行步骤303：低通滤波，判断其滤波结果是否大于零，即执行步骤305：大于0？，表示为是否大于0，如果是，则执行快速注入工作气体，即执行步骤306快充，即快速注入工作气体。若否，则不动作。

其中，低通滤波可以满足如下公式：

a＝1/(1+f

V(l)＝(1-a)V(l-1)-aM

其中，a为中间量参数，f

其中，向激光器的腔体快速注入工作气体即快充气体，包括：根据激光器的控制器控制气体管理模块，通过快速注入气体的通路以及气体阀门，向腔体注入工作气体。

其中，激光器可以包括两个注入气体通路，分别为快速注入气体的通路以及慢速注入气体的通路。

例如，根据前文所述，如图2所示，控制器201控制气体管理模块204，打开气体阀门，通过快速注入气体的通路，向腔体203注入工作气体205。

具体的，根据放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入，包括：根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波；确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体注入工作气体。

其中，预置放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系。

在激光器重新更换新工作气体，调试激光器整体性能，使激光器达到稳态，即在目标温度范围内剂量稳定性、线宽、波长的性能指标合格。则可以测试ΔM随出光脉冲数的变化关系，即上述对应关系。该关系可以如图4所示，且图4中的关系如下式5)所示：

ΔM

其中，t表示出光脉冲数。在图4中，横坐标为t，纵坐标为ΔM，即ΔM

由此，可以在f(t)的函数上设定预置放电能量变化量。根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波；确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体注入工作气体。

其中，根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，包括：根据放电能量变化量与目标放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，目标放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系；其中，向激光器的腔体注入工作气体，包括：当大于零，则对激光器的腔体中的气体进行重新换气。

根据前文所述，可以在f(t)的函数上设定预置放电能量变化量，如多个阈值，补气目标ΔM

如图5所示，激光器的控制器可以实时采集ΔM，即根据前文所述的方式进行计算，即得到测得ΔM501。由于测得ΔM501随出光频率波动，将其与补气目标ΔM

其中，根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，包括：根据放电能量变化量与第一放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，第一放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系，且目标放电能量变化量大于第一放电能量变化量；其中，向激光器的腔体注入工作气体，包括：当大于零，则向激光器的腔体快速注入工作气体。

根据前文所述，可以在f(t)的函数上设定预置放电能量变化量，如多个阈值，补气阈值1ΔM

如图5所示，激光器的控制器可以实时采集ΔM，即根据前文所述的方式进行计算，即得到测得ΔM501。由于测得ΔM501随出光频率波动，将其与补气阈值1ΔM

其中，根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，包括：根据放电能量变化量与第二放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，第二放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系，且第一放电能量变化量大于第二放电能量变化量；其中，向激光器的腔体注入工作气体，包括：当大于零，则向激光器的腔体慢速注入工作气体，慢速注入工作气体是指在预置时间内注入的工作气体量小于气体阈值量。

根据前文所述，可以在f(t)的函数上设定预置放电能量变化量，如多个阈值，“补气阈值2”ΔM

如图5所示，激光器的控制器可以实时采集ΔM，即根据前文所述的方式进行计算，即得到测得ΔM501。由于测得ΔM501随出光频率波动，将其与补气阈值2ΔM

向激光器的腔体慢速注入工作气体即慢充气体，包括：根据激光器的控制器控制气体管理模块，通过慢速注入气体的通路以及气体阀门，向腔体注入工作气体。

例如，根据前文所述，如图2所示，控制器201控制气体管理模块204，打开气体阀门，通过慢速注入气体的通路，向腔体203注入工作气体205。

举例：如图4所示，选择ΔM

此处，根据激光器相应工作气体的寿命曲线，以及经验从图4中选取ΔM

此外，该方法100还包括：获取激光器的腔体的压力值，将压力值与排气阈值进行对比，并将比较结果进行低通滤波；当滤波结果大于零，则通过控制器控制激光器的气体阀门进行排气，直至压力值小于排气阈值。

例如，根据前文所述，如图6所示，控制器实时测试腔体的压力值，控制器通过针对腔体压力低通滤波的过程611，把腔体压力值即测得腔压601与排气阈值即腔压排气阈值602通过加法器304进行比较，计算差值，并进行步骤303：低通滤波，控制器通过排气是否排气过程612，通过低通滤波后判断是否大于零，即执行步骤305：大于0？，表示为是否大于0。如果滤波后结果大于零，即是，则控制器控制气体管理模块通过气体阀门进行排气，直至气体压力小于排气阈值即目标腔压，即执行步骤603：排气至目标腔压。否的话，则不进行排气。

例如，标准腔体压力位4000毫巴mBar，若工作过程中腔体压力大于阈值4500毫巴mBar，则腔体排气直至腔体压力小于4500毫巴mBar。

在整个补气过程分为注入气体以及排除气体，在整个出光过程中维持在一个动态平衡，直至激光器剂量稳定性等性能指标超标。

本申请实施例还提供了一种激光器的气体控制装置，应用于激光器中。如图7所示，该装置700包括：

获取模块701，用于在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量。

确定模块702，用于根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

具体的，获取模块701，包括：采集单元，用于采集激光器的电源模块的放电电压，作为出光电压；采集单元，用于采集激光器的放电电压变化量以及能量变化量，根据放电电压变化量以及能量变化量确定放电能量变化量。

具体的，确定模块702，包括：滤波单元，用于根据采集到的放电电压与电压阈值确定电压差值，对电压差值进行低通滤波；注气单元，用于确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体快速注入工作气体，快速注入工作气体是指在预置时间内注入的工作气体量大于气体阈值量。

具体的，注气单元，用于根据激光器的控制器控制气体管理模块，通过快速注入气体的通路以及气体阀门，向腔体注入工作气体。

具体的，滤波单元，用于根据放电能量变化量与预置放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波；注气单元，用于确定低通滤波结果是否大于零，若大于零，则向激光器的腔体注入工作气体。

具体的，滤波单元，用于根据放电能量变化量与目标放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，目标放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系；其中，注气单元，用于当大于零，则对激光器的腔体中的气体进行重新换气。

具体的，滤波单元，用于根据放电能量变化量与第一放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，第一放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系，且目标放电能量变化量大于第一放电能量变化量；注气单元，用于当大于零，则向激光器的腔体快速注入工作气体。

具体的，滤波单元，用于根据放电能量变化量与第二放电能量变化量确定变化量差值，对变化量差值进行低通滤波，第二放电能量变化量满足放电能量变化量与出光脉冲数的对应关系，且第一放电能量变化量大于第二放电能量变化量；其中，注气单元，用于当大于零，则向激光器的腔体慢速注入工作气体，慢速注入工作气体是指在预置时间内注入的工作气体量小于气体阈值量。

此外，该装置700还包括：对比模块，用于获取激光器的腔体的压力值，将压力值与排气阈值进行对比，并将比较结果进行低通滤波；排气模块，用于当滤波结果大于零，则通过控制器控制激光器的气体阀门进行排气，直至压力值小于排气阈值。

由于该装置700的具体实现方式请参考前文所述的方式，此处就不再赘述。

本申请实施例还提供了激光器，控制器以及腔体；控制器，在激光器正常放电进行出光的过程中，获取激光器的出光电压以及激光器的放电能量变化量；控制器，根据出光电压和/或放电能量变化量，确定是否对激光器的腔体中的工作气体进行注入。

除此以外，激光器还可以包括前文所述的电源模块、气体管理模块等。

此处就不再赘述了，未能详尽的内容请参考前文所述的内容。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比较清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrativelogical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrativecomponents)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。