用於雙腔室氣體放電雷射器系統中的自動氣體優化的系統與方法
2023-11-05 22:36:52 1
用於雙腔室氣體放電雷射器系統中的自動氣體優化的系統與方法
【專利摘要】公開了用於在重新充填後在諸如準分子雷射器之類的雙腔室氣體放電雷射器的腔室內執行氣體優化的系統與方法。以較低功率輸出來持續地激發該雷射器，且如果有必要則放出放大器雷射腔室內的氣體，直到放電電壓滿足或超過最小值，同時壓力沒有降至低於最小值。增加功率輸出，且如果有必要則再次放出氣體直到電壓和壓力滿足或超過最小值。然後以接近在操作中的雷射器的預期激發的脈衝串形式來激發該雷射器，且如果有必要放出氣體直到放電電壓滿足或超過最小值且輸出能量滿足或超過最小值，同樣同時沒有將腔室內的壓力下降至低於最小值。一旦提供了最小值，不需手動交互，快速運行該過程。
【專利說明】用於雙腔室氣體放電雷射器系統中的自動氣體優化的系統與方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求名為「SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC GAS OPTIMIZATION IN ATWO-CHAMBER GAS DISCHARGE LASER SYSTEM (用於在雙腔室氣體放電雷射器系統中進行氣體優化的系統與方法)」、在2011年6月30日提交的、美國專利申請序列號為13/174,640、律師卷號PA1121US的優先權，該專利申請的全部內容通過引用全部結合至此。
【技術領域】
[0003]本發明一般涉及雷射器系統。更特定地，本發明涉及在諸如主振蕩-功率放大準分子雷射器之類的兩腔室氣體放電雷射器的腔室內重新充填操作之後優化該氣體。
[0004]發明背景
[0005]光刻中所使用的氣體放電雷射器的一個類型被已知為準分子雷射器。準分子雷射器一般使用惰性氣體(諸如氬、氪、或氙)和活性氣體(諸如氟或氯)的組合。準分子雷射器的名稱源自於這樣的事實:在電刺激和高壓的合適條件下，創建了稱為準分子的偽分子(或在惰性氣體滷化物的情況下，是激態複合物)，其僅可以激勵狀態存在且可引起紫外範圍內的雷射。
[0006]準分子雷射器廣泛用於高解析度光刻機器，且因此是微電子晶片製造所需的關鍵技術之一。目前的現有技術的光刻用具使用來自於KrF和Ar準分子雷射器的深紫外(DUV)光，這些雷射器分別具有248和193納米的標稱波長。
[0007]儘管準分子雷射器可被構建為具有單腔室光源，但是對更大的功率和減少的光譜帶寬的設計要求是矛盾的且意味著這樣的單腔室設計中的性能有所折衷。避免這個設計折衷並改進性能的一個方式在於使用兩個腔室。這允許分離光譜帶寬和脈衝能量生成的功能；對於這兩個性能參數之一來優化各腔室。
[0008]這樣的雙氣體放電腔室的準分子雷射器經常被稱為主振蕩-功率放大或「Μ0ΡΑ」雷射器。除了改進光譜帶寬和脈衝能量外，雙腔室結構的有效性能使MOPA雷射器中的可消耗模塊比單腔室光源中它們的對應模塊達到更長的運行壽命。
[0009]在每一個腔室中，當光源在其電極兩端放電來產生光時，滷素氣體(在ArF或KrF雷射器的情況下是氟)被耗盡。這引起雷射效率的下降，例如，這被看作要求創建給定期望脈衝能量的放電電壓的增加。由於這個放電電壓具有由硬體的物理約束所確定的上限，必須採取步驟來補充丟失的氟以使電壓維持在低於這個限值且雷射器繼續合適地運作。
[0010]做到此舉的一個方式在於完全補充腔室中的氣體，稱之為重新充填，其中替換所有氣體同時雷射器不激發來使得腔室內的氣體含量恢復到期望的混合、濃度、和壓力。然而，重新充填極為具有破壞性，因為在重新充填過程期間雷射器被關閉，且因此晶片的光刻暴露也必須同時以受控方式暫停，然後當雷射器重新運行時重啟來避免對於晶片的不合適的加工。因此，一般每次都重新充填兩個腔室來節約時間，儘管這並非必要。
[0011]重新充填的需要可取決於數個複雜且經常是不可預測的變量，包括光源激發模式和能量、光源模塊的老化、以及本領域技術人員所熟悉的其他變量。因此，通常以有規律的計劃表來完成重新充填，這確保光源操作永不會由於光源達到其運行極限而遭受非預期的中斷。這樣的有規律的計劃表一般產生關於重新充填之間的時間的非常保守的上限，從而以低脈衝使用操作的光源的一些用戶可能夠在兩次重新充填之間等待比簡單的時間表所提供的要長得多的時間段。
[0012]考慮到增加的吞吐量和光源可用性的需求，已作出努力使用於重新充填的光源暫停達到最小。這樣做的一個方式在於，通過在腔室內部分填充氣體，被稱為注入，而不是全部重新充填。只要雷射器能以特定參數繼續運行，就沒有必要為該注入而關閉雷射器，且因此在注入過程期間可繼續進行晶片的加工。然而，雷射器的性能仍然易於隨時間變化，從而注入變得不足以補償，且所以仍然以有規律的間隔來執行重新充填。
[0013]在重新充填操作中，排出雷射腔室中的剩餘氣體，且然後以意在達到氟的特定壓力和濃度的量將新的氣體引入腔室內。在重新充填結束時在雷射腔室內氣體的壓力和濃度一般由雷射器的具體類型和型號所確定(且甚至可對於所有雙腔室雷射器都是類似的)，且沒能考慮特定雷射器的特定特性，諸如其老化。
[0014]因此，重新充填可後跟氣體優化，意在對於特定雷射器的初始化操作提供最佳的氣體條件。優化氣體允許特定雷射器在其最有效率的點開始操作，允許在需要另一次重新充填前的更長的操作。
[0015]並不總是做出優化，部分是由於其所需要的時間。重新充填和優化花費約一小時或更多的時間，而且雷射器要停止操作。而且，一般通過各種準則來確定是否完成優化，諸如是否已經替換了主要的雷射器模塊、或者在雷射器性能方面是否存在明顯劣化。
[0016]為了優化氣體，工程師測試激發雷射器來確定其操作參數，特別是放電電壓和輸出能量。如果雷射器並沒有以期望參數操作，工程師則調節腔室內氣體，並完成另一次測試激發。重複上述直到獲得期望操作參數。
[0017]在執行氣體優化過程中，存在一些固有的問題。優化過程一般是一種反覆試驗，從而即使是經驗豐富的工程師在獲得優化氣體狀態方面也具有一些困難。這也意味著並不容易重複優化；不同工程師可對相同雷射器產生不同優化，且甚至單個工程師可能無法複製之前的結果。最後，如果造成誤差，可能必須重複優化過程，這造成雷射器的額外的停工期。
[0018]更準確的優化氣體的方法可減輕或消除這些問題中的很多或全部，且允許雷射器在必須執行另一次重新充填前能運行更長時間段。進一步，較好的優化提供更好的基礎，在該基礎上進行對於雷射器腔室的後續注入的計算。因此期望的是以使得特定雷射器使用的最有效的氣體狀態的方式來執行優化。對於提供高度準確的氟濃度的自動重新充填過程，所述氣體優化可特別有效。
【發明內容】
[0019]公開了在諸如MOPA準分子雷射器之類的雙腔室氣體放電雷射器的各腔室被重新充填後，用於自動且準確地優化功率放大器雷射腔室內的氣體的系統與方法。定義了某些期望的參數，並且控制器或處理器在沒有用戶幹預或動作的情況下執行該優化。在數個序列中測試激發雷射器，且如果必要的話在每一個序列中將氣體從放大器雷射腔室內放出，來將雷射器的操作參數以可能的程度保持在所定義的參數內，使得考慮到在氣體重新充填結束時存在的條件，放大器雷射腔室內的氣體條件儘可能接近優化。
[0020]在一個實施例中，描述了雙腔室氣體放電雷射器光源，包括主振蕩器和放大器，主振蕩器和放大器各自具有包括含滷素的雷射介質氣體的雷射腔室，和氣體優化系統，包括在重新充填後自動執行氣體優化方案的控制器，該氣體優化方案包括:第一序列，其中以第一速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果該放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到該放電電壓等於或大於該最小值；第二序列，其中以第二速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果該放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到該放電電壓等於或大於該最小值；以及第三序列，其中以目標能量以脈衝串激發該雷射器同時測量放電電壓和主振蕩器輸出能量，且如果該放電電壓低於預定最小值、或該輸出能量低於另一個預定最小值，將氣體從放大器腔室內放出直到該放電電壓和輸出能量等於或大於各自的預定最小值。
[0021]在另一個實施例中，描述了在具有主振蕩器和放大器的雙腔室氣體放電雷射器光源中的功率放大器雷射腔室內自動優化氣體的方法，主振蕩器和放大器各自具有包括含齒素的雷射介質氣體的雷射腔室，優化氣體的方法包括如下步驟:以第一速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果該放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到該放電電壓等於或大於該最小值；以第二速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果該放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到該放電電壓等於或大於該最小值；以及以目標能量以脈衝串激發該雷射器同時測量放電電壓和輸出能量，且如果該放電電壓低於預定最小值、或該輸出能量低於另一個預定最小值，將氣體從放大器腔室內放出直到該放電電壓和輸出能量等於或大於各自的預定最小值。
[0022]又一個實施例公開了實現為在其上具有程序的非易失性計算機可讀介質，該程序可由處理器執行從而執行在具有主振蕩器和功率放大器的雙腔室氣體放電雷射器光源內的功率放大器雷射腔室內自動優化氣體的方法，主振蕩器和放大器各自具有包括含齒素的雷射介質氣體的雷射腔室，優化氣體的方法包括如下步驟:以第一速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果該放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到該放電電壓等於或大於該最小值；以第二速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果該放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到該放電電壓等於或大於該最小值；以及以目標能量以脈衝串激發該雷射器同時測量放電電壓和輸出能量，且如果該放電電壓低於預定最小值、或該輸出能量低於另一個預定最小值，將氣體從放大器腔室內放出直到該放電電壓和輸出能量等於或大於各自的預定最小值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1示出根據一個實施例的用於諸如MOPA準分子雷射器之類的雙腔室氣體雷射器的自動氣體重新充填系統100的簡化框圖。
[0024]圖2是示出根據一個實施例的諸如MOPA準分子雷射器之類的雙腔室氣體雷射器的放大器雷射腔室的自動氣體優化的方法的主要步驟的簡化的流程圖。
[0025]圖3是示出來自圖2的第一個系統設置序列的一個實施例的更為詳細的步驟的簡化框圖。
[0026]圖4是示出來自圖2的第二個系統設置序列的一個實施例的更為詳細的步驟的簡化框圖。
[0027]圖5是示出來自圖2的主要優化序列的一個實施例的更為詳細的步驟的簡化框圖。
【具體實施方式】
[0028]本發明描述了用於在重新充填諸如MOPA準分子雷射器之類的雙腔室氣體放電雷射器的各腔室後在該雷射器的放大器腔室內自動且準確地優化氣體的系統與方法。期望的是完全自動化的優化過程將導致增加的準確度並減輕或消除與手動優化相關聯的很多問題。
[0029]一旦輸出某些所定義的參數，例如由控制器在沒有用戶幹預或動作的情況下運行該過程。在數個序列中測試激發該雷射器，且如果必須的話在每個序列期間將氣體從放大器雷射腔室中放出來將雷射器的操作參數以可能的程度保持在所定義的參數內。考慮到在氣體重新充填結束時存在的條件，這使得放大器雷射腔室內的氣體條件儘可能接近優化。
[0030]在圖1中示出諸如MOPA準分子雷射器之類的雙腔室氣體雷射器的氣體補給系統100的簡化框圖。該MOPA準分子雷射器具有包含雷射腔室的主振蕩器102、和也包含雷射腔室的功率放大器104。在操作中，主振蕩器102產生第一雷射束106,被傳送至功率放大器104,在放大器處該雷射束被放大,從而產生經放大的雷射束108,被輸出至掃描器(未不出)用於光刻。
[0031]每一個雷射腔室包含氣體混合物；例如，在給定準分子雷射器內，每一個雷射腔室可包含滷素(如，氟)以及諸如氬、氖、和可能的其他氣體，處於加起來總壓力為P的不同部分壓力中。氣瓶110和112通過閥門114連接至主振蕩器102和功率放大器104來允許需要時對於雷射腔室內的氣體進行補給。在ArF雷射器中，氣瓶110—般可包含包括氟、氬、和氖以及一個或多個其他稀有氣體的氣體混合物，稱為「Ml混合物」或「三混合物」，而氣瓶112可包含氬、氖、和/或一個或多個其他氣體，但是沒有氟，稱為「M2混合物」或「雙混合物」。控制器116，諸如處理器或邏輯電路，在重新充填或注入時操作閥門114來將氣體從氣瓶110和112傳輸至主振蕩器102和功率放大器104的雷射腔室內，或在需要時將氣體從雷射腔室放出。在118，被放出的氣體一般不返回氣瓶但是被排出。
[0032]如本領域已知地，需要兩瓶氣體，因為氣瓶110內的氟處於比雷射器操作需所期望的一般更高的特定部分壓力下。為了將氟以期望的較低部分壓力添加至主振蕩器102或功率放大器104的雷射腔室內，氣瓶110內的氣體必須被稀釋，且為此目的而使用氣瓶112內的不包含滷素的氣體。
[0033]儘管沒有圖示出，對於每一個雷射腔室，閥門114 一般包括兩個閥門，即允許以第一速率將氣體傳輸進或出每一個腔室的「注入」閥、以及允許以第二且更快的速率將氣體傳輸僅或出每一個腔室的「腔室填充」閥。
[0034]如上所述，當進行雷射腔室的重新充填時，替換了腔室內的所有氣體，且做出嘗試要達到每一個腔室內的特定壓力和氟濃度。由於對於給定型號的所有雷射器而言重新充填一般是一樣的，有時重新充填後跟氣體優化，從而優化正被討論的特定雷射器的氣體條件。如上，這一般是由測試激發雷射器的工程師完成的，觀察操作參數、並做出嘗試來調節一個或兩個雷射腔室內的氣體條件來補償與期望參數之間的任何偏差。一般手動地完成這樣的調節，依賴於工程師的經驗和判斷。
[0035]如同使用這樣的現有技術的手動優化過程一樣，此處描述的自動優化工程在重新充填雷射腔室後執行。在此處描述的實施例中，在主振蕩器雷射腔室內的氣體在重新充填後維持不變，且僅調節放大器雷射腔室內的氣體。由於放大器雷射腔室再重新充填結束時可能包含了期望的氟濃度，在優化期間僅允許放出氣體；在這點不允許注入，因為它們可改變氟濃度。
[0036]該方法一般以在處理器(諸如圖1中的控制器116)上運行的軟體實現，該軟體接收特定參數，包括腔室內的溫度和壓力的測量值，作為輸入並控制閥門的操作。
[0037]圖2是示出用於在諸如MOPA準分子雷射器之類的雙腔室氣體雷射器的功率放大器腔室內自動優化氣體的過程的一個實施例簡化的流程圖。如下文所說明和所述地，該過程包含兩個不同的序列，即運行兩次的系統設置序列(步驟201和202)、以及主優化序列(步驟203)。
[0038]在優化期間，做出嘗試來獲得恆定的能量輸出；然而，這並非總是可能的，且在一些情況下，輸出能量將高於期望。.因此，為了防止對於雷射系統的光學元件的損害，在第一設置序列中，以非常低的頻率來操作雷射器，導致較低的輸出功率。一旦清楚該雷射器正在合適地操作，第二設置序列可以較高的輸出功率運行，且然後可以約為操作中的雷射器的預期輸出功率來運行主優化序列。
[0039]在一個實施例中，在系統設置序列期間，雷射器以連續模式操作，其中雷射器連續激發脈衝，而不是以其中雷射器以組來雷射脈衝的脈衝串模式，儘管這並非必須。例如，被設計為在6千赫(kHz)即每秒6000個脈衝的脈衝速率在每一個連續模式中生成10毫焦耳(mj)的雷射器，被認為具有60瓦的最大預期輸出，而以相同速率生成15mJ脈衝的一個雷射器額定輸出90瓦。在一些情況下，這樣的雷射器將允許用戶選擇更高的脈衝能量。儘管用戶還可能選擇更低的脈衝速率，如果用戶想要以6kHz速率以更高的脈衝能量在連續模式內開始操作，可能引起對於雷射器的損害。因此，設置序列開始於被選擇為確保該輸出功率遠低於雷射器的最大預期輸出的速率開始，直到優化氣體以允許這樣的輸出。
[0040]注意，此處所述的各種值用於來自加利福尼亞州、聖地牙哥的Cymer有限公司的特定MOPA雷射器一起使用的，但是很多其他的雷射器將使用類似的值。本領域技術人員能夠將此處描述的各原理應用於來自其他製造商或具有不同操作值的準分子雷射器。
[0041 ] 由於第一設置序列的較低的輸出能量將在標稱操作參數外，可禁用、或可選地簡單地忽略對於能量輸出中的誤差的警告。類似地，在優化過程期間，還可禁用或忽略對于波長和帶寬落在標稱操作外的警告。
[0042]轉向圖2，如上所述，在步驟201，以低頻運行第一設置序列。在一個實施例中，使用所述示例的60瓦雷射器能以6kHz脈衝速率每次生成IOmJ脈衝，可例如在200Hz運行該
第一設置序列。
[0043]如上，選擇200Hz速率來確保第一設置序列期間的輸出功率足夠低從而對於系統的光學元件可沒有損害。以IOmJ以200Hz的連續脈衝速率運行該第一設置序列將導致2瓦的輸出功率。這遠低於額定的60瓦的輸出，且足夠低從而即使初始生成的脈衝各自位於大於IOmJ的能量，也不會對雷射器的光學元件產生損害。本領域技術人員將理解，可根據特定雷射器的參數來改變脈衝速率，該特定雷射器是優化過程的對象。
[0044]在步驟202，通過增加持續的脈衝速率以增加的雷射器輸出功率來運行第二設置序列。例如，可將脈衝速率增加10倍，增至2000Hz，導致上述示例中20瓦的輸出功率。
[0045]在步驟203，通過運行主優化序列來完成優化。如下所述，優選地以約為預期雷射器將運行所在的輸出功率的目標輸出功率來運行主優化序列。下文將更為詳細地描述每一個序列。
[0046]圖3示出第一設置序列201的一個實施例的更為詳細的步驟。在步驟301，如上所述，以恆定的脈衝能量輸出或目標、以選擇導致功率輸出遠低於標稱功率的速率、以連續模式來激發該雷射器，在製造操作中該雷射器被預期在該標稱功率處使用。如上，對於具有6KHz最大脈衝速率、和每個脈衝IOmJ能量的雷射器而言,例如可在200Hz運行該第一設置序列。
[0047]接著，在步驟302，測量要求以IOmJ的期望輸出能量來產生雷射器脈衝的放電電壓，且測量在該功率放大器雷射腔室內的壓力。在步驟303，確定功率放大器腔室內的壓力是否大於或等於最小值PMIN。
[0048]如果測得的壓力低於PMIN，則在步驟304向用戶發出警告，且在步驟307該過程繼
續至第二設置序列。
[0049]如果壓力等於或大於PMIN，接著在步驟305確定該放電電壓是否大於或等於最小值VMIN。如果該電壓等於或超過VMIN，則在步驟307該過程再次繼續至第二設置序列。
[0050]如果在步驟305該電壓不大於VMIN，則在步驟306該放大器雷射腔室氣體被放出從而使該壓力減少固定增量。放出氣體就減少了壓力，這增加了放電電壓。在等待數秒允許瞬變後，在一個實施例中為3秒，該過程返回步驟302，且再次測量電壓和壓力。當再次達到步驟305時，如果放電電壓現在大於或等於VMIN (且壓力大於PMIN)，該過程在步驟307再次移至第二設置序列。
[0051]如果放電電壓仍是低於VMIN，重複步驟306且再次放出氣體，且過程再次返回步驟302用於測量放電電壓和壓力。在一個實施例中，每次放出相同增量的氣體；在其他實施例中，例如，基於作為前一次放氣結果的放電電壓的改變，在每次迭代時可改變放氣增量。重複步驟302、303、305、和306，直到發生了導致步驟307和第二設置序列的條件之一，即，壓力小於PMIN、或壓力大於或等於PMIN且放電電壓大於或等於VMIN。
[0052]在一個實施例中，通過將放大器雷射腔室的充填閥門打開達固定時間段，而不是嘗試測量壓力的實際下降，而完成從放大器雷射腔室放氣。該系統可提供打開閥門的時段的默認值，或允許用戶設定一值。
[0053]設定VMIN和PMIN的值以確保雷射器仍處於安全操作參數內。雷射器的物理性質指示了最小的安全放電電壓；如果電壓低於這個值，表示雷射器的輸出能量太高，且將放電電壓降低以拉低輸出能量。由於這個情況可導致對於雷射器的損害，如果放電電壓低於這個最小值，一般自動地關閉該雷射器。為了確保沒有達到放電電壓的這個值，將VMIN設定為高於物理極限，在一個實施例中約為50伏。
[0054]類似地，雷射器的物理性質還指示了低於其該雷射器將無法安全操作的最小壓力。因此PMIN的值也被設為高於這個壓力，在一個實施例中，高達約15千帕(kPa)。放氣時間，在這個示例中為0.6秒，被設定為以使放氣導致小於15kPa的壓力減少，從而如果在步驟303該壓力被確定為大於PMIN且然後發生放氣，該壓力將仍大於雷射器安全操作所需的物理極限。
[0055]在一個實施例中，存在VMIN和PMIN的默認值，例如VMIN為910伏，且PMIN是220kPa。在其他實施例中，用戶可改變這些參數。
[0056]圖4示出第二設置序列202的一個實施例的更為詳細的步驟。第二設置序列與圖3的第一設置序列近乎相同。在步驟401，再次以連續方式激發雷射器，但是以更高的脈衝速率，導致更高的輸出功率。然而，在一個實施例中，第二設置序列仍可以低於在雷射器標稱操作中所預期的輸出功率運行。
[0057]在一個實施例中，在第二設置序列中，雷射器以初始速率的10倍的脈衝速率運行，即，在這個示例中為2000Hz、或第一設置序列的200Hz的10倍。假設上述示例的每脈衝能量10mJ，這將預期輸出功率增至20瓦，仍低於雷射器的額定輸出，且可能仍低於操作中的雷射器的標稱預期輸出能量。優選地，對於所有序列而言每脈衝的目標能量是恆定的，但是如果期望這也可能是變化的。
[0058]脈衝速率影響所要求的放電電壓，放電電壓被預期以第二設置序列的更高速率減少，此處為2000Hz。因此，儘管在第一設置序列期間放電電壓可高於VMIN，但是在第二設置序列期間該放電電壓可下降，且因此要求放出更多氣體來以更高重複率將放電電壓提升至大於VMIN。
[0059]圖4中所示的各步驟與圖3中的各步驟相同，且以上文參看第一設置序列所描述的相同方式來運行該第二設置序列。然而，現在，當在步驟407達到第二設置序列結束時，該過程繼續至主優化序列。因此，在第二設置序列期間，在某點，放電電壓將等於或大於VMIN且壓力等於或大於PMIN，或壓力將下降至小於PMIN。這些條件之一結束了第二設置序列，且該過程在步驟407繼續至主優化序列。
[0060]一旦已經運行了該第二設置序列，氣體條件足以防止主優化序列導致對雷射器的損害。然後運行主優化序列，來優化雷射器的預期操作情況的氣體條件。
[0061]圖5是主優化序列的一個實施例的簡化流程圖。在主優化序列期間，以脈衝串形式，而不是以設置序列的連續波模式，來激發雷射器。在步驟501，選擇脈衝串形式。脈衝串形式意在模擬預期輸出功率和雷射器如何由一般消費者實際地激發，且在一些情況下可表示雷射器製造商相信實現操作中最佳性能的形式。
[0062]一般用三個參數來指定脈衝串形式，重複率、脈衝串長度、和脈衝串之間的時間。可由雷射器製造商或用戶來選擇主優化序列的脈衝串形式，但是可將默認設置存儲於存儲器內，且一旦選擇，在優化過程期間不可改變。例如，在上述雷射器的情況下，對於60瓦的最大預期輸出以6KHz的最大速率每次以IOmJ生成脈衝，可使用脈衝串形式為每個脈衝串600脈衝、以6KHz速率、且脈衝串之間具有100毫秒。這表示最大脈衝速率的50%的佔空t匕，從而在每脈衝10mJ，功率輸出將是30瓦。
[0063]在步驟502，再次測量放電電壓，且在步驟503，現在與最大電壓VMAX比較。如果該電壓超過VMAX，該過程終止，因為這個當前氣體條件是通過優化過稱可獲得的最佳結果。在一個實施例中，在步驟504還可向用戶發出電壓過高的警告，如果期望的話，以使用戶可繼續監測雷射腔室壓力。[0064]如使用VMIN和PMIN那樣，已知還存在由雷射器的物理極限所定義的真實的最大放電電壓。還已知在操作期間，當消耗氟時，放電電壓易於增加。因此，VMAX的值被設定為遠低於雷射器的物理極限，以允許操作期間電壓增加。例如，雷射器可具有約1150伏的物理極限，且VMAX可被設定為比1050伏特低100伏、或1050伏，而如上所述，這樣的雷射器的VMIN可約為910伏。
[0065]如果電壓並不高於VMAX，在步驟505，再次測量放電電壓，這是主振蕩器輸出能量。在步驟506，再次將放電電壓與上述設置序列中使用的相同的最小電壓VMIN比較，如果期望，還可將其與不同的參考值比較。還將主振蕩器能量與最小值EMIN比較。如果放電電壓等於或大於VMIN，且主振蕩器能量等於或大於EMIN，則再次中斷該過程，還是因為這是該優化過程可實現的最佳結果。
[0066]如果放電電壓或主振蕩器能量都沒有滿足各自最小值，則在步驟507，再次測量功率放大器雷射腔室內的氣體壓力。在步驟508，確定氣體壓力是否已經落在上述設置序列中使用的相同的PMIN值之下。如果壓力低於PMIN，在步驟510再次發出警告且優化序列再次結束。
[0067]然而，如果放大器雷射腔室內的壓力仍等於或超過PMIN，則在步驟509，再次從放大器雷射腔室內放出固定增量的氣體。如上所述，可通過將充填閥門打開達固定時間段來完成此舉。同樣,壓力減少時放電電壓將增加,這也導致主振蕩器能量增加。在例如5秒的短暫等待來允許瞬變穩定後，該過程返回步驟502且再次測量放電電壓。重複步驟502到509直到達到一個離開點。
[0068]為了相同理由，即提供與雷射器的安全操作極限之間足夠的餘量，在主優化過程期間使用的VMIN和PMIN的值可與在設置序列中使用的那些相同。
[0069]在這個點，對於特定雷射器的一般脈衝串模式操作而言，可認為此時放大器雷射腔室內的氣體是被優化的，且可在該壓力和氟濃度的最佳可能條件處開始正常操作。優化的氣體條件提供了良好基礎，用於之後將含氟氣體注入腔室來補償由雷射器操作消耗的氟，且應該允許雷射器在要求完整的重新充填前進行操作。對於本領域技術人員而言，執行這樣的注入的各種方式都是已知的。
[0070]實踐中，此處描述的自動氣體優化過程向重新充填雷射腔室花費的時間增加了少於5分鐘。與現有技術的重新充填和手動優化的一小時或更多比較，使用自動重新充填過程，可在小於25分鐘內完成整個重新充填和優化。進一步，當自動重新充填導致高度準確的氟濃度時，此處的優化過程應該導致最佳可能的初始氣體條件。
[0071]基於測試，相信，根據此處所述的方法的自動優化過程可在放大器雷射腔室內獲得用手動優化過程難以實現的優化的氣體條件。此外，這樣的自動優化過程並不要求工程師的進一步調整，且導致非常低量的過量氣體必須從雷射器腔室被放出。
[0072]上述系統和方法也可以是有價值的診斷工具，諸如氣體優化後雷射器參數的最終值，諸如電壓、主振蕩器能量等，對於確定雷射器的情況是非常重要的。在雷射器的壽命中跟蹤每一次氣體優化的結果，可提供關於雷射器如何隨時間演進的有價值的信息，且潛在是將來雷射器設計和改進的值。
[0073]已經參看數個實施例上述了所公開的方法與裝置。根據本公開，其他實施例對於本領域技術人員而言是明顯的。可易於使用上述實施例中描述的那些配置和步驟外的其他配置和步驟、或結合上述元件外的元件，來實現上述方法和裝置的特定方面。
[0074]例如，本領域技術人員將理解，雖然優選實施例是主振蕩器-功率放大器多腔室的準分子或分子氟氣體放電雷射器系統(「Μ0ΡΑ」)，還預期，該系統與方法還可與其他振蕩器/放大器配置一起使用，諸如主振蕩器-功率振蕩器("Μ0Ρ0")、功率振蕩器-功率放大器("Ρ0ΡΑ")、或功率振蕩器-功率振蕩器("Ρ0Ρ0")配置等。還將理解的是，在這些配置的每一個中，第一振蕩器級的輸出在第二級被以某種方式放大，不論第二級是功率放大器還是功率振蕩器。
[0075]類似地，除非特別指示相反參考，對於說明書或所附權利要求中的主振蕩器級或腔室(「MO」)、和/或說明書或所附權利要求中的功率放大器級或腔室(「PA」)，都被認為是足夠寬泛來覆蓋任何振蕩器第一級或腔室，將輸出饋入任何放大器第二級或腔室用於放大，且術語振蕩器腔室或振蕩器級足夠寬泛來覆蓋所有這樣的振蕩器級且術語放大器腔室或級足夠寬泛來覆蓋任何這樣的放大器級。
[0076]還將理解的是，上述方法與裝置可以眾多方式實現，包括過程、裝置、或系統。可通過用於指令處理器執行這些方法程序指令來實現此處公開的各方法，且這樣的指令記錄在諸如硬碟驅動器、軟盤、光碟(諸如緊湊盤(CD)、或數字多功能盤(DVD))、快閃記憶體等之類的計算機可讀存儲介質上。如果期望，該方法也可被結合至硬連線邏輯內。應該注意的是，可修改此處公開的各方法的各步驟的順序且仍落在本公開的範圍內。
[0077]在各實施例上的這些和其他變型意在由本公開所覆蓋，本公開僅由所附權利要求所限制。
【權利要求】
1.一種雙腔室氣體放電雷射器光源，包括: 主振蕩器，具有包括含滷素的雷射介質氣體的雷射腔室； 放大器，具有包括含滷素的雷射介質氣體的雷射腔室； 氣體優化系統，包括控制器，所述控制器在所述放大器雷射腔室內重新充填氣體之後自動地執行優化方案，所述優化方案包括: 第一序列，其中以第一速率和目標能量以連續模式來激發雷射器同時測量放電電壓，且如果所述放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到所述放電電壓等於或大於所述最小值； 第二序列，其中以第二速率和目標能量以連續模式來激發雷射器同時測量放電電壓，且如果所述放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到所述放電電壓等於或大於所述最小值；以及 第三序列，其中以目標能量以脈衝串來激發該雷射器同時測量放電電壓和主振蕩器輸出能量，且如果所述放電電壓低於預定最小值、或所述輸出能量低於另一個預定最小值，將氣體從放大器腔室內放出直到所述放電電壓和輸出能量等於或大於各自的預定最小值。
2.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述滷素包括氟。
3.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，計算在所述第一序列期間所述雷射器被激發的速率從而導致功率輸出約為所述雷射器的最大功率輸出的數個百分點。
4.如權利要求3所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述第二序列期間所述雷射器被激發的速率約為在所述第一序列期間所述雷射器被激發的速率的10倍。`
5.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，計算在所述第三序列期間由所述雷射器所激發的脈衝串以導致功率輸出約等於在正常操作期間所述雷射器被預期生成的功率輸出。
6.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述優化方案還包括從所述放大器腔室中放出確定增量的氣體。
7.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述優化方案還包括在所述第一序列期間測量所述放大器腔室內的壓力，且如果所述壓力下降至低於預定值，則停止所述第一序列並開始所述第二序列。
8.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述優化方案還包括在所述第二序列期間測量所述放大器腔室內的壓力，且如果所述壓力下降至低於預定值，則停止所述第二序列並開始所述第三序列。
9.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述優化方案還包括在所述第三序列期間測量所述放大器腔室內的壓力，且如果所述壓力下降至低於預定值，則停止所述第三序列。
10.如權利要求1所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述優化方案還包括:如果在所述第三序列期間所述放電電壓大於預定最大值，則停止所述第三序列。
11.一種在具有主振蕩器和放大器的雙腔室氣體放電雷射器光源的放大器雷射腔室中自動優化氣體的方法，所述主振蕩器和放大器各自具有包括含滷素的雷射介質氣體的雷射腔室，該方法包括如下步驟:以第一速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果所述放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到所述放電電壓等於或大於所述最小值； 以第二速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果所述放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到所述放電電壓等於或大於所述最小值；且 以目標能量以脈衝串激發該雷射器同時測量放電電壓和輸出能量，且如果所述放電電壓低於預定最小值、或所述出能量低於另一個預定最小值，將氣體從放大器腔室內放出直到所述放電電壓和輸出能量等於或大於各自的預定最小值。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述滷素包括氟。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，計算在所述第一序列期間所述雷射器被激發的速率從而導致功率輸出約為所述雷射器的最大功率輸出的數個百分點。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，在所述第二序列期間所述雷射器被激發的速率約為在所述第一序列期間所述雷射器被激發的速率的10倍。
15.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，計算在所述第三序列期間由所述雷射器所激發的脈衝串以導致功率輸出約等於在正常操作期間所述雷射器被預期生成的功率輸出。
16.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述優化方案還包括從所述放大器腔室中放出確定增量的氣體。
17.如權利要求11所述 的方法，其特徵在於，所述優化方案還包括在所述第一序列期間測量所述放大器腔室內的壓力，且如果所述壓力下降至低於預定值，則停止所述第一序列並開始所述第二序列。
18.如權利要求11所述的雙腔室氣體放電雷射器光源，其特徵在於，所述優化方案還包括在所述第二序列期間測量所述放大器腔室內的壓力，且如果所述壓力下降至低於預定值，則停止所述第二序列並開始所述第三序列。
19.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述優化方案還包括在所述第三序列期間測量所述放大器腔室內的壓力，且如果所述壓力下降至低於預定值，則停止所述第三序列。
20.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述優化方案還包括:如果在所述第三序列期間所述放電電壓大於預定最大值，則停止所述第三序列。
21.一種在其上具有程序的非易失性計算機可讀介質，所述程序可由處理器執行從而執行在具有主振蕩器和放大器的雙腔室氣體放電雷射器光源的放大器雷射腔室內自動優化氣體的方法，主振蕩器和放大器各自具有包括含滷素的雷射介質氣體的雷射腔室，所述方法包括如下步驟: 以第一速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果所述放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到所述放電電壓等於或大於所述最小值； 以第二速率和目標能量以連續模式激發雷射器同時測量放電電壓，且如果所述放電電壓低於預定最小值，將氣體從放大器腔室放出直到所述放電電壓等於或大於所述最小值；且 以目標能量以脈衝串激發該雷射器同時測量放電電壓和輸出能量，且如果所述放電電.壓低於預定最小值、或所述輸出能量低於另一個預定最小值，將氣體從放大器腔室內放出直到所述放電電壓和輸出能量等於或大於各自的預定最小值。
【文檔編號】H01S3/22GK103620891SQ201280031885
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月5日 優先權日:2011年6月30日
【發明者】K·M·奧布萊恩, J·J·索恩思, D·J·裡格斯, 江銳 申請人:西默有限公司