双腔室气体放电激光器系统中自动气体优化的方法和系统与流程

本发明一般涉及激光器系统。更具体地，本发明涉及在再填充操作之后优化双腔室气体放电激光器(例如主振荡器-功率放大器准分子激光器)的腔室中的气体。

背景技术：

在光刻中使用的一种类型的气体放电激光器已知为准分子激光器。准分子激光器通常使用诸如氩、氪或氙之类的惰性气体与诸如氟或氯之类的反应气体的组合。准分子激光器的名称来源于以下事实：在电刺激和高压的适当条件下，产生称为准分子的假分子(或在惰性气体卤化物的情况下为激发复合物)，其仅能存在于激励状态并且能产生在紫外线范围内的激光。

准分子激光器广泛使用于高分辨率光刻机中，并且因此是微电子芯片制造所需的关键技术之一。当前的现有技术激光器可以从标称波长分别为248纳米和193纳米的KrF准分子激光器和ArF准分子激光器产生深紫外(DUV)光。

虽然准分子激光器可以用单腔室光源来构建，但是对于更多功率和降低的光谱带宽的冲突设计要求意味着在这种单腔室设计中的性能的折衷。避免这种设计折衷并改善性能的一种方式是通过利用两个腔室。这允许分离光谱带宽功能和脉冲能量生成功能；每个腔室针对两个性能参数之一而被优化。

这种双气体放电腔室准分子激光器通常被称为主振荡器-功率放大器或“MOPA”激光器。除了改善光谱带宽和脉冲能量之外，双腔室架构的效率可以使得MOPA激光器中的消耗模块能够达到比它们在单腔室光源中的对应模块更长的操作寿命。

在每个腔室中，由于光源在其电极上释放能量以产生光，所以在ArF激光器或KrF激光器的情况下，一些卤素气体(氟)被耗尽。这导致激光器效率的降低，这被视为例如产生给定期望脉冲能量所需的放电电压的增加。由于放电电压具有由硬件的物理约束所确定的上限，因此必须采取步骤来补充损失的氟，使得电压保持在该极限以下，并且激光器继续正常工作。

实现这一点的一种方式是在腔室中完全补充气体，称为再填充，其中在激光器不发射的同时更换所有气体以将腔室中的气体内容物返回到期望的混合、浓度和压力。然而，再填充是极具破坏性的，因为在再填充过程期间必须关闭激光器，因此芯片的光刻曝光也必须同时以受控方式暂停，然后当激光器再次操作时将其重新启动以避免不适当的芯片处理。由于这个原因，典型的是一次再填充两个腔室以节省时间，但这不是必要的。

对再填充的需要可以取决于若干复杂的且通常是不可预测的变量，包括光源发射模式和能量、光源模块的寿命以及本领域技术人员所熟悉的其它变量。由于这个原因，再填充通常按照规则时间表进行，这确保了光源操作将不会由于光源达到其操作极限而遭受意外的中断。这样的规则时间表通常产生了在再填充之间的时间的非常保守的上限，使得以低脉冲使用操作的光源的一些用户可能能够在再填充之间等待比由简单时间表提供的长得多的时间段。

考虑到增加的生产量和光源可用性的需求，已经进行了努力以使用于再填充的光源停止最小化。这样做的一种方式是通过执行腔室中的气体的部分补充，称为注入，而不是完全再填充。只要激光器能够在某些参数内继续操作，则不必为了注入而关闭激光器，因此在注入过程期间芯片的处理可以继续。然而，激光器的性能仍然倾向于以一种注入变得不足以进行补偿的方式而随着时间改变，因此仍然以规则的间隔执行再填充，但比不使用注入时的频率少得多。

在再填充操作中，激光器腔室中的剩余气体被排空，然后将新气体以预期达到氟的特定压力和浓度的量引入腔室中。在再填充结束时激光器腔室中的气体的目标压力和浓度通常由激光器的具体类型和模型确定(并且对于所有双腔室激光器甚至可以是相似的)，并且不能考虑到特定激光器的具体特性，比如其年龄。此外，随着再填充之间的发射间隔增加，由于激光器的老化而导致的激光器性能的变化变得更加显著。因此希望在再填充之后尽可能接近最佳条件地启动激光器的操作。

因此，再填充之后可以是气体优化，其意欲为特定激光器的初始操作提供最佳气体条件。优化气体允许特定激光器在其最有效的点处开始操作，虑及了在需要另一次再填充之前更长的操作。

为了优化气体，工程师试射激光器以确定其操作参数，特别是放电电压和输出能量。如果激光器不在期望的参数内操作，则工程师调整腔室中的气体，并进行另一试射。重复此过程直到获得期望的操作参数。

在执行气体优化时存在一些固有的问题。优化过程通常是试错法，因此即使是有经验的工程师也将在获得最佳气体状态方面有一些困难。这也意味着优化不容易重复；不同的工程师可能对同一激光器产生不同的优化，甚至一个工程师也可能不能复制早先的结果。最后，如果发生差错，则重复优化过程可能是必要的，导致了激光器的额外停机时间。

优化气体的一种更精确的方法可以减轻或消除这些问题中的许多或全部，并且允许激光器在必须执行另一次再填充之前操作更长的时间段。此外，良好的优化提供了一个更好的基础，在该基础上将后续注入的计算基于激光器腔室。因此，期望以对于所使用的特定激光器带来最有效气体状态的方式来执行优化。

另一个问题是在优化中花费的时间。由于在进行优化时MOPA激光器不被用于处理，因此期望在尽可能短的时间内完成优化，优选地，最多几分钟。自动优化通常比手动优化快，并且可以降低如果优化的结果不充分则可能需要另一优化或者甚至完全填充的风险。

在本申请的受让人共同拥有的美国专利8,411,720中描述了一种类型的自动气体优化。然而，其中描述的优化基于腔室压力、放电电压和输出能量的测量，并且没有考虑激光器输出的带宽。此外，在那个方法中，仅仅功率放大器中的气体被优化。

随着MOPA激光器继续改进，已经显而易见的是，将输出的带宽保持在期望范围内是额外的考虑，并且带宽与压力、放电电压和输出能量相关。还显而易见的是，优化主振荡器中的气体也是相关的并且因此是期望的。达到所有期望值可能产生冲突，这可能阻止了这些参数中的一个或多个处在期望范围内。具体而言，希望通过在优化过程期间包括带宽调整来将达到如下这样的压力状态的风险最小化：在所述压力状态处输出能量如期望的那样但是期望带宽却不再可获得。

提供高度精确的气体状态、同时虑及了控制包括输出光束带宽在内的所有期望操作参数的自动再填充优化过程因此是有价值的。

技术实现要素：

公开了一种用于在诸如MOPA准分子激光器之类的双腔室气体放电激光器的功率放大器和主振荡器的激光器腔室已被再填充之后自动且精确地优化腔室中的气体的系统和方法。定义了某些期望的参数，然后控制器执行优化而无需用户的干预或动作。激光器以若干序列试射，并且如果需要，在每个序列期间从放大器的激光器腔室排出气体，以将激光器的操作参数保持在所定义的参数内，从而导致在放大器和主振荡器的激光器腔室中的气体条件在气体再填充结束时存在的条件下尽可能接近最佳。

在一个实施例中，描述了一种双腔室气体放电激光器光源，包括主振荡器，所述主振荡器具有包含激光介质气体的激光器腔室，所述激光介质气体包括卤素，所述主振荡器用于产生输出能量；放大器，所述放大器具有包含激光介质气体的激光器腔室，所述激光介质气体包括卤素，所述放大器用于产生经放大的输出能量；气体优化系统，所述气体优化系统包括控制器，所述控制器在所述主振荡器的激光器腔室和所述放大器的激光器腔室中的气体再填充之后自动执行优化方案，所述优化方案包括：第一序列，在其中以第一目标功率电平发射激光，同时：测量放电电压，并且如果所述放电电压低于预定的最小值，则从所述放大器的腔室排出气体，直到所述放电电压等于或大于所述最小值；和将控制器设置到初始位置，所述控制器将所述主振荡器中的激光光束路径中的光学元件的放大率调整到初始位置；第二序列，在其中在第二目标功率电平处以突发发射激光，同时测量所述主振荡器的所述输出能量、输出的带宽和放电电压，以及如果所述输出光束的光谱带宽不在期望范围内，则改变所述控制器的位置，所述控制器调整所述主振荡器中的所述光学元件的放大率，直到所述带宽在所述期望范围内；如果所述输出能量或所述放电电压低于相应的预定的最小值，则从所述放大器的腔室排出气体直到所述输出能量和所述放电电压二者都等于或大于它们各自的最小值，或者所述放大器的腔室中的压力下降到最小值；和第三序列，在其中在第二目标功率电平处以突发发射激光，同时测量所述主振荡器的输出能量和带宽，以及如果所述带宽不在所述期望范围内，则改变所述功率放大器中的所述激光光束的放大率，直到所述带宽在所述期望范围内；如果所述输出能量高于预定的目标最大值，则从所述主振荡器的腔室排出气体，直到所述输出能量等于或小于其目标最大值。

在另一个实施例中，描述了一种自动优化具有主振荡器和放大器的双腔室气体放电激光器光源的所述放大器和所述主振荡器的激光器腔室中的气体的方法，所述主振荡器用于产生输出能量，所述主振荡器和所述放大器中的每一个都具有包含激光介质气体的激光器腔室，所述激光介质气体包括卤素，所述方法包括以下步骤：在第一目标功率电平处以连续模式发射激光，同时：在控制器中接收放电电压的测量值，以及在所述控制器中确定所述放电电压是否低于预定的最小值，并且如果是，则由所述控制器引导气体从所述放大器的腔室排出，直到所述放电电压等于或大于所述最小值；和将控制器设置到初始位置，所述控制器将所述主振荡器中的激光光束路径中的光学元件的放大率调整到初始位置；在第二目标功率电平处发射所述激光，同时在所述控制器中接收输出能量、输出的带宽和放电电压的测量值，以及在所述控制器中确定所述输出光束的带宽是否不在期望范围内，并且如果否，则由所述控制器引导改变所述主振荡器中的所述光学元件的放大率，直到所述带宽在所述期望范围内；在所述控制器中确定所述输出能量或所述放电电压是否低于相应的预定的最小值，并且如果是，则由所述控制器引导从所述放大器的腔室排出气体，直到所述输出能量和所述放电电压都等于或大于它们各自的最小值，或者所述放大器的腔室中的压力下降到最小值；和在完成从所述放大器的腔室排出气体后，在所述控制器中确定所述输出能量是否高于预定的目标最大值，并且如果是，则从所述主振荡器的腔室排出气体，直到所述输出能量等于或小于其目标最大值。

另一个实施例公开了一种非瞬态计算机可读介质，其上嵌入有程序，描述了所述程序可由处理器执行以执行自动优化具有主振荡器和放大器的双腔室气体放电激光器光源的所述放大器和所述主振荡器的激光器腔室中的气体的方法，所述主振荡器用于产生输出能量，所述主振荡器和所述放大器中的每一个都具有包含激光介质气体的激光器腔室，所述激光介质气体包括卤素，优化气体的所述方法包括以下步骤：在第一目标功率电平处以连续模式发射激光，同时：在控制器中接收放电电压的测量值，以及在所述控制器中确定所述放电电压是否低于预定的最小值，并且如果是，则由所述控制器引导气体从所述放大器的腔室排出，直到所述放电电压等于或大于所述最小值；和将控制器设置到初始位置，所述控制器将所述主振荡器中的激光光束路径中的光学元件的放大率调整到初始位置；在第二目标功率电平处发射所述激光，同时在所述控制器中接收输出能量、输出的带宽和放电电压的测量值，以及在所述控制器中确定所述输出光束的带宽是否不在期望范围内，并且如果否，则由所述控制器引导改变所述主振荡器中的所述光学元件的放大率，直到所述带宽在所述期望范围内；在所述控制器中确定所述输出能量或所述放电电压是否低于相应的预定的最小值，并且如果是，则由所述控制器引导气体从所述放大器的腔室排出，直到所述输出能量和所述放电电压都等于或大于它们各自的最小值，或者所述放大器的腔室中的压力下降到最小值；和在完成从所述放大器的腔室排出气体后，在所述控制器中确定所述输出能量是否高于预定的目标最大值，并且如果是，则从所述主振荡器的腔室排出气体，直到所述输出能量等于或小于其目标最大值。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的用于诸如MOPA准分子激光器之类的双腔室气体激光器的自动气体再填充系统100的简化框图。

图2是示出了根据一个实施例的诸如MOPA准分子激光器之类的双腔室气体激光器的自动气体优化方法的主要步骤的简化流程图。

图3是示出了来自图2的功率放大器优化序列的一个实施例的更详细步骤的简化流程图。

图4是示出了来自图2的主振荡器优化序列的一个实施例的更详细步骤的简化流程图。

具体实施方式

本申请描述了用于在诸如MOPA准分子激光器之类的双腔室气体放电激光器的放大器腔室和主振荡器腔室的再填充之后自动且精确地优化这些腔室中的气体的系统和方法。所期望的是，完全自动化的优化过程将带来提高的精度并且减轻或消除与手动优化相关联的许多问题。

一旦输入了某些定义的参数，该过程例如就由控制器运行而无需用户的干预或动作。激光器在若干序列中被试射，并且必要时在每个序列期间从放大器的激光器腔室排出气体，以将激光器的操作参数尽可能地保持在定义的参数内。这导致放大器的激光器腔室中的气体条件在气体再填充结束时存在的条件下尽可能接近最佳。

图1中示出了用于双腔室气体激光器比如MOPA准分子激光器的气体补充系统100的简化框图。MOPA准分子激光器具有包含种子激光器模块和激光器腔室的主振荡器102以及也包含激光器腔室的功率放大器104。在操作中，主振荡器102产生第一激光光束106，该第一激光光束106被传递到功率放大器104，在那里它被放大，以产生经放大的激光光束108，经放大的激光光束108被输出到扫描仪机器(未示出)以用于光刻。

每个激光器腔室包含气体的混合物；例如在给定的准分子激光器中，每个激光器腔室可以包含卤素例如氟，以及其它气体例如氩、氖和可能的其他气体，其处于不同的分压，总计达到总压力P。气瓶110和112通过阀114连接到主振荡器102和功率放大器104，以允许在需要时补充激光器腔室中的气体。在ArF激光器中，气瓶110通常可以包含被称为“M1混合”或“三混合”的气体混合物，包括氟、氩和一种或多种其它稀有气体，而气瓶112可以包含氩和一种或多种其它气体的混合物，但不含氟，称为“M2混合”或“双混合”。诸如处理器或逻辑电路之类的控制器116操作阀114以在再填充或注入中将气体从瓶110和112转送到主振荡器102和功率放大器104的激光器腔室中，或者在必要时从激光器腔室排出气体。通常不将排出的气体返回到瓶，而是在118处排泄出。

如本领域中已知的，需要两瓶气体，因为气瓶110中的氟处于通常高于激光器操作所需的特定分压。为了以所需的较低分压将氟添加到主振荡器102或功率放大器104的激光器腔室，瓶110中的气体必须被稀释，并且瓶112中的不含卤素的气体用于该目的。

虽然未示出，但是阀114通常包括用于每个激光器腔室的两个阀，允许气体以第一速率进入和离开每个腔室的“注入”阀以及允许气体以更快的第二速率进入和离开每个腔室的“腔室填充”阀。

如上所述，当执行激光器腔室的再填充时，更换腔室中的所有气体，并且尝试在每个腔室中达到特定的压力和氟浓度。由于对于给定模型的所有激光器，再填充通常是相同的，所以再填充有时后面跟着的是气体优化，使得针对所讨论的特定激光器来优化气体的条件。如上所述，这通常由工程师来完成，工程师试射激光器、观察操作参数并尝试调整一个或两个激光器腔室中的气体条件以补偿与期望参数的任何偏差。这种调整通常是手动完成的，这取决于工程师的经验和判断。

与这种现有的手动优化过程一样，本文所述的自动优化过程在再填充激光器腔室之后执行。在本文所述的实施例中，主振荡器激光器腔室中的气体在再填充之后保持固定，并且仅调整放大器激光器腔室中的气体。由于放大器激光器腔室可能在再填充结束时含有所需的氟浓度，所以在优化期间仅允许气体的排出；在此刻不允许注入，因为它们可能改变氟浓度。

除了压力之外，在优化期间还可以调整激光器的某些其它操作参数。种子激光器模块包含线路变窄元件(“LNM”)，其可以包括可以由致动器调整或“旋转(turn)”以扩展或收缩激光光束的尺寸的光学元件。旋转光学元件导致改变激光光束的放大率，这导致光束的光谱带宽(或简称“带宽”)的变化。如所定义的，增加转数导致输出能量的带宽的增加，并且减少转数减小了带宽。(旋转和带宽之间的这种直接相关性实际上是两个逆相关的结果。如所定义的，旋转光学元件导致光束放大率的逆变化，即“增加”旋转减小了光束的放大率，“减少”旋转增加了放大率，然而，放大率本身对带宽具有相反的影响)。

光谱带宽通常被测量为E95，即包含激光光束的总光谱能量的95％的光谱范围的宽度，但是在一些情况下，带宽可以通过半高全宽(“FWHM”)或其他带宽度量来测量，半高全宽是如下两个波长之间的范围，在这两个波长处激光光束的光谱能量是光束在其最大值处的能量的一半。各种类型的带宽致动器是本领域技术人员已知的。有利的是将输出的带宽保持在期望范围内，既不太宽也不太窄，使得输出中的能量可以被完全利用。

激光器的另一参数被称为MOPA工作点或“MPOP”。MPOP测量主振荡器和功率放大器之间的定时如何“最佳”，因为对该定时的改变将直接且快速地影响激光器效率。对MOPA定时的改变也将直接且快速地影响频谱带宽。通常，主振荡器中的脉冲与功率放大器中的相同脉冲之间的峰值效率延迟可能约为40纳秒(nS)；在例如+1到-1的标度上，将这个理想延迟的MPOP的值定义为0。调整MPOP的值也将改变带宽，因此这种调整提供了控制输出带宽的独立方式，其独立于放大率并且可以比致动器电机通过调整LNM改变放大率更快地改变带宽。

下面将进一步解释这些参数的使用。本文描述的方法通常在诸如图1中的控制器116之类的处理器上运行的软件中实现。控制器116接收某些操作参数的测量值的反馈作为输入；这些包括放电电压V、主振荡器的输出能量E_MO和E95带宽。控制器116还接收MPOP的值和致动器的转数(或带宽致动器的其他值)，但这些不是测量值，而是响应于如下所解释的测量值而被设置的。控制器116控制阀的操作，并且还通过旋转LNM中的光学元件来控制放大率。

图2是示出用于自动优化双腔室气体激光器比如MOPA准分子激光器的功率放大器腔室中的气体的过程的一个实施例的简化流程图。如下所示和讨论的，该过程包括若干不同的序列，包括系统初始化和设立序列(步骤201)、功率放大器腔室的优化(步骤202)和主振荡器腔室的优化(步骤203)。这些序列可以可选地后面跟随着记录序列(步骤204)和优化后测试(步骤205)。初始化和设立序列可以包括激光器不操作期间的单独的初始化步骤，随后是激光器操作期间的一个或多个设立序列。

在优化期间，尝试获得恒定的能量输出；然而，这并不总是可能的，并且在一些情况下，输出能量将高于期望的能量。出于这个原因，为了防止损害激光系统的光学器件，在激光器操作时的初始化和设立序列中，它以非常低的平均脉冲重复速率进行，从而导致低的输出功率。

在一个实施例中，在设立序列期间，激光器以选择的方式操作，以确保输出功率充分在激光器的最大预期输出以下，直到气体被优化以确保在后来的序列期间不会递送太多功率。例如，尽管这不是必需的，但是设立序列可以使用在其中激光器连续地发射脉冲的连续模式，而不是在其中激光器成组地发射脉冲的突发模式中。被设计为每个在连续模式中以6千赫(kHz)的脉冲速率(即，每秒6000个脉冲)生成10毫焦耳(mJ)的脉冲的激光器被认为具有60瓦的最大预期输出，而每个以相同的速率生成15mJ的脉冲的激光器额定输出90瓦。在一些情况下，这样的激光器将允许用户选择更高的脉冲能量。虽然用户也可能选择较低的脉冲速率，但是如果激光器以具有6kHz速率的较高脉冲能量的连续模式开始操作，则可能导致对激光器的损害。

注意，本文所述的各种值是来自加利福尼亚州圣地亚哥的Cymer公司的某些MOPA激光器所使用的那些值，但是许多其它激光器将使用类似的值。本领域技术人员将能够将本文所述的原理应用于来自其他制造商或具有不同的操作值的准分子激光器。

回到图2，在步骤201处，初始化序列之后是以低频率运行的一个或多个设立序列。如本领域普通技术人员所众所周知的，初始化和设立序列201的目的是为某些设置提供初始已知值，使得可以根据这些设置进行优化，以便获得激光器系统的期望最佳性能。

对于MOPA激光器，初始化通常包括确定能量和电压目标，并且可以可选地包括禁用某些警告。由于初始化和设立序列的低输出能量可能在正常操作参数之外，因此可以禁用或者替代地简单忽略对于能量输出中的差错的警告。类似地，在优化过程期间也可以禁用或忽略在正常操作之外的波长和带宽的警告。如上所述，在初始化期间可以不操作激光器。

在初始化之后，一个或多个后续设立序列添加将致动器设置到已知位置，并且提供带宽致动器的初始已知值，在这种情况下为MPOP。在设立序列期间，激光器以低功率操作。在使用能够以6kHZ的脉冲速率生成10mJ的脉冲的60瓦激光器的所述示例的一个实施例中，设立序列可以在例如200Hz处运行。

如上所述，选择200Hz的速率以确保在初始化和设立序列期间的输出功率足够低，使得不会对系统的光学器件造成损害。以具有10mJ脉冲的200Hz的连续脉冲速率运行设立序列将导致2瓦的输出功率。这远低于60瓦的额定输出，并且足够低，使得即使最初产生的脉冲均具有大于10mJ的能量，也不会损害激光器的光学器件；这可能由于再填充的高压力(在功率放大器中的最高操作压力处，使得在优化期间仅需要排气)和在再填充之后激光器的高效率(即使在最低可能的操作电压处)而发生。本领域的技术人员将理解，脉冲速率可以取决于作为优化过程的主体的特定激光器的参数而改变。在一些实施例中，在存在第二设立序列的情况下，第二设立序列可以以仍然低于激光器的标称操作功率的较高速率运行。

在设立序列期间，测量放电电压V并将其与目标放电电压VTARGET进行比较。如果放电电压小于最小放电电压VTARGET，则从功率放大器腔室排出气体，直到放电电压等于或大于VTARGET。气体排出可以以连续方式进行，或者可以以增量步阶进行，使得可以在每个增量之后在稳定的压力下可靠地读取放电电压。

一旦初始化和设立完成，在步骤202处，优化功率放大器中的气体。图3是示出用于优化功率放大器的序列202的一个实施例的更详细步骤的流程图。

在步骤301处，激光器以其标称功率发射，即，具有预期接近期望输出功率和激光器将如何被典型客户实际发射的突发模式；在一些情况下，突发模式可以表示激光器制造商认为在操作中产生最佳性能的图案。

突发模式通常由三个参数指定：重复速率、突发中的脉冲数以及突发之间的时间。用于主优化序列的突发模式可以由激光器制造商或用户选择，但可以将默认设置存储在存储器中，并且一旦被选择，则在优化过程期间不改变。例如，在上述激光器对于60瓦的最大预期输出而每个以最大速率6KHz生成10mJ脉冲的情况下，可以使用在6KHz速率处每突发600脉冲的突发模式，其中在突发之间为100毫秒。这表示最大脉冲速率的50％的占空比，使得在每脉冲10mJ时功率输出将为30瓦。

接下来，在步骤302处，测量激光系统的操作参数。这些包括主振荡器E_MO的输出能量、在该输出能量下产生激光脉冲所需的放电电压、输出光束的带宽(再次通常在E95)以及功率放大器的激光器腔室中的压力。

在步骤303处，确定带宽是否在期望范围内。如果带宽在期望范围内，则过程进行到步骤305；如果带宽不在期望范围内，则在步骤304处，调整致动器以改变LNM的放大率并使带宽进入期望范围内。

在步骤305处，确定功率放大器的腔室中的压力是否大于或等于最小值PMIN。如果测量的压力低于PMIN，则在步骤306处向用户发出警告，指示这是在仍然满足最小压力的同时能够获得的最佳优化，并且过程在步骤309处进行到主振荡器优化序列。

如果压力等于或大于PMIN，则接下来在步骤307处确定输出能量E_MO是否大于或等于最小值E_MOMIN，以及放电电压V是否大于或等于最小值VMIN。如果输出能量和放电电压都等于或超过它们各自的最小值，则在步骤309处过程再次进行到主振荡器优化序列。

如果在步骤307处输出能量或电压不大于其期望的最小值，则在步骤308处，放大器的激光器腔室的气体排出以将压力减小固定的增量。排出气体降低压力，这增加了放电电压并因此增加了E_MO。在等待几秒钟以虑及瞬态之后，在一个实施例中为3秒，过程返回到步骤302，并且再次测量所指示的参数。当再次到达步骤307时，如果E_MO和放电电压现在大于或等于其期望的最小值(并且带宽在范围内并且压力仍然大于PMIN)，则在步骤309处过程再次移动到主振荡器优化序列。

如果E_MO或放电电压仍然小于其期望的最小值，则重复步骤308，并且气体再次排出，并且过程再次返回到步骤302以测量各种参数。在一个实施例中，每次以相同的增量排出气体；在其它实施例中，可以例如基于作为先前排气的结果的输出能量和/或放电电压的变化而在每次迭代时改变排气增量。步骤302至308将重复，直到出现导致步骤309和主振荡器优化序列的条件之一，即，压力小于PMIN，或者压力大于或等于PMIN，并且E_MO和放电电压大于或等于其期望的最小值。

应当注意，尽管图3所示的优化过程包含以特定顺序示出的步骤，但实际上一些事件可以同时发生，或者可以在时间上重叠。因此，例如，致动器可以在从腔室排出气体的同时改变放大率。

本领域技术人员将理解如何通过使用致动器(在一些实施例中可以是步进器)来旋转LNM中的光学元件以控制激光光束的放大率。将测量的带宽比如E95与期望的目标带宽进行比较。使用滤波器来排除非常小的差错并且减轻噪声，并且所得到的差错信号随着时间被放大和积分，使得当带宽在较长时间段内从目标带宽变化时进行更大的调整。基于所得信号的量级，致动器旋转LNM以改变激光光束的放大率并改变输出能量的带宽；如上所述，增加转数则增加了带宽，并且减少转数则减小了带宽。同样如上所述，其它类型的带宽致动器可以用于类似的效果。

在一个实施例中，通过在固定时间段内打开放大器的激光器腔室的填充阀，而不是尝试测量实际压力下降，来实现从放大器的激光器腔室排出气体。该系统可以为打开阀的时间段提供默认值，或者允许用户设置值。

设置E_MOMIN、VMIN和PMIN的值，以确保激光器保持在安全操作参数内。激光器的物理特性决定了最小的安全放电电压；如果电压低于其最小值，则指示激光器的输出能量太高，并且放电电压被向下驱动以拉低输出能量。由于该条件可能导致对激光器的损害，所以如果放电电压低于该最小值，则通常自动关闭激光器。为了确保没有达到放电电压的这个值，在一个实施例中，VMIN被设置为高于物理限制大约50伏。

类似地，激光器的物理特性也决定了最小压力，低于该最小压力激光器将不会安全地操作。在一个实施例中，PMIN的值因此也被设置为高于该压力大约15千帕(kPa)。排气时间在该示例中为0.6秒，其被设置为使得排气导致小于15kPa的压力降低，使得如果在步骤303处压力被确定为高于PMIN并且然后发生排气，则压力仍将高于激光器的安全操作所需的物理限制。

相比之下，E_MOMIN的值只是输出能量水平，低于该输出能量水平，激光器不能用于其预期目的，通常是处理半导体晶片。尽管降至低于该值将不会损害激光器，但是优化激光器以在没有用的条件下操作没有意义。

在一个实施例中，存在VTARGET和PMIN的默认值，例如对于VMIN为910伏，对于PMIN为220kPa，对于E_MOMIN为0.9mJ。在其他实施例中，用户可以改变这些参数。

如同VTARGET一样，本领域中众所周知的是，存在由激光器的物理限制所定义的真实的最大输出能量和最大放电电压。还已知在操作期间，放电电压倾向于随着氟被消耗而增加。因此，还存在限制激光器的操作的E_MOMAX和VMAX的值。这些值被设置为完全低于激光器的物理限制，以虑及在操作期间电压的增加。例如，激光器可以具有在大约1150伏的物理限制，并且VMAX可以被设置为100伏以下或者1050伏，而如上所述，用于这种激光器的VTARGET可以是大约910伏。E_MOMAX的典型值可能为1.7mJ。

因此，如果输出能量高于E_MOMAX或电压高于VMAX，则过程应该终止，因为当前气体条件将是可以通过优化过程获得的最佳结果。在一个实施例中，也可以向用户发出警告，即主振荡器能量或电压太高，因此如果需要则用户可以继续监视激光器腔室压力。

图4是示出用于优化主振荡器的序列203的一个实施例的更详细步骤的流程图。

主振荡器优化序列几乎与图3的功率放大器优化序列相同。图4所示的步骤基本上与图3所示的步骤相同，并且主振荡器优化序列以与上面参考功率放大器优化序列来描述的相同的方式运行，只有一个差别。在主振荡器优化序列中，不再测量放电电压和将其与最小值进行比较，因为这已经在功率放大器优化序列中完成，并且放电电压对于两个腔室是相同的。

因此，在主振荡器优化序列期间，在某一点处，带宽应当在期望范围内，并且主振荡器能量E_MO将等于或小于E_MOMAX，并且压力等于或大于PMIN，或者压力将降至低于PMIN。这些条件中的任一个结束主振荡器优化序列。该过程然后在步骤409处进入记录序列。

在这一点上，功率放大器的激光器腔室和主振荡器的激光器腔室中的气体被认为针对特定激光器的正常操作而被优化，并且正常操作可以在最佳可能的压力条件下开始。在正常操作期间可以通过改变MPOP的值来进行对带宽的进一步调整，如上所述，其可以导致比致动器更快的带宽改变。再次，在一些实施例中，可以在优化期间将MPOP设置为任意值，只要其在优化结束时不太接近其范围的任一端，这将在正常操作期间过度地限制其范围。致动器也可以在正常操作期间使用。

从所描述的优化得到的最佳气体条件为随后将含氟气体注入腔室中以补偿由激光器的操作引起的氟消耗提供了良好的基础，并且应该允许激光器在需要完全再填充之前操作更长时间。执行这种注入的各种方式是本领域技术人员众所周知的。

在实践中，本文所述的自动气体优化过程将大约6分钟增加到对激光器腔室进行再填充所花费的时间。利用自动再填充过程，与现有技术再填充加上手动优化的一小时或更长时间相比，可以在不到26分钟内完成整个再填充和优化。此外，本文的优化过程会导致当自动再填充过程导致高度精确的氟浓度时的最佳可能的初始气体条件。

该气体优化过程同样可以后面跟随是记录序列，如图2中的步骤204中那样，其中可以记录从优化过程得到的值和设置以用于以后使用，或者用在评估系统的性能或为稍后优化过程设置初始值中。这之后继而可以是如图2中的步骤205中那样的自动优化后测试，其中可以测试激光器系统以确保其在期望的参数内操作并提供足够的和预期的输出能量。如何执行记录序列和优化后测试将是本领域技术人员众所周知的。

所描述的系统和方法也可以是有价值的诊断工具，因为在气体优化之后的激光器参数的最终值比如电压、主振荡器能量等在确定激光器的条件方面是重要的。跟踪激光器寿命期间每个气体优化的结果可以提供关于激光器随时间如何演变的有价值的信息，并且可能在未来激光器设计和改进中具有价值。

上面已经参照若干实施例解释了所公开的方法和装置。根据本公开，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。使用除了上述实施例中描述的那些之外的配置或步骤或者结合除了上述那些之外或与之不同的元件，可以很容易实现所描述的方法和装置的某些方面。

例如，本领域技术人员将理解，虽然优选实施例是主振荡器-功率放大器多腔室的准分子激光器或分子氟气体放电激光器系统(“MOPA”)，但是可以预期：该系统和方法也可以与诸如主振荡器-功率振荡器(“MOPO”)、功率振荡器-功率放大器(“POPA”)或功率振荡器-功率振荡器(“POPO”)配置等的其它振荡器/放大器配置一起使用。还将理解，在每个这样的配置中，第一振荡器级的输出在第二级中以某种方式被放大，而不管第二级是功率放大器还是功率振荡器。

类似地，除非另有特别指明，否则在说明书或所附权利要求中的主振荡器级或腔室(“MO”)，和/或说明书或所附权利要求中的功率放大器级或腔室，应被认为足够宽以覆盖将输出馈送到任何放大器第二级或腔室中用于放大的任何振荡器第一级或腔室，并且术语振荡器腔室或振荡器级足够宽以覆盖任何这样的振荡器级，以及术语放大器腔室或级足够宽以覆盖任何这样的放大器级。

还应当理解，所描述的方法和装置可以以包括作为过程、装置或系统的多种方式来实现。这里描述的方法可以由用于指令处理器执行这样的方法的程序指令来实现，并且这样的指令被记录在计算机可读存储介质上，诸如硬盘驱动器、软盘、诸如压缩盘(CD)或DVD的光盘、闪存等。如果需要，所述方法也可以并入硬连线逻辑中。应当注意，本文描述的方法的步骤的顺序可以改变并且仍然在本公开的范围内。

对实施例的这些和其它变化旨在由本公开所覆盖，本公开仅由所附权利要求限制。