针对光学源中的干扰的补偿的制作方法
所公开的主题涉及对光学源中的干扰的主动拒绝。
背景技术：
光刻是将半导体电路装置图案化在诸如硅晶片等的衬底上所采用的工艺。光刻光源提供用于使晶片上的光致抗蚀剂曝光的深紫外(duv)光。用于光刻的duv光通过准分子光源生成。往往，光源是激光源并且脉冲光束是脉冲激光束。光束被传递通过光束传递单元、通过掩模版(或掩模)被滤光并接着被投影到准备好的硅晶片上。以该方式，将芯片设计图案化到光致抗蚀剂上，接着对其进行蚀刻和清洁，并且接着重复该过程。
技术实现要素：
在一个总体方面中，一种补偿光学源中的干扰的方法包括：接收从光学源发射的脉冲光束，脉冲光束与时间重复率相关联；确定光学源中的干扰的频率，该频率是随着脉冲光束的时间重复率变化的混叠频率；基于混叠频率生成校正波形；以及通过基于生成的校正波形修改脉冲光束的特性来补偿光学源中的干扰。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。通过基于生成的校正波形修改脉冲光束的特性来补偿光学源中的干扰可以包括将校正波形应用于光学组件，该光学组件包括被定位成与在光学源中传播的光相互作用的光学元件，将校正波形应用于光学组件足以使光学元件移动。脉冲光束的特性可以包括脉冲光束的波长。校正波形可以包括与干扰的幅度基本相同的幅度和相对于干扰的相位被偏移的相位。校正波形的相位可以相对于干扰的相位被偏移一百八十度。
干扰的频率可以包括彼此分离且不同的多个频率。多个频率可以包括与干扰相关联的基波频率以及基波频率的一个或多个谐波。
在一些实施方式中，方法还包括基于确定的光学源中的干扰的混叠频率来估计与干扰相关联的状态，并且其中基于混叠频率生成校正波形包括基于估计的与干扰相关联的状态而生成校正波形。与干扰相关联的状态可以包括第一状态和第二状态。第一状态可以是同相分量，并且第二状态可以是正交分量。基于估计的状态生成校正波形可以包括生成具有基于同相分量和正交分量的矢量和的幅度以及基于正交分量与同相分量的比率的相位的波形。
在一些实施方式中，方法还包括：在补偿干扰之前确定从光学源发射的脉冲光束的第一频谱，第一频谱包括在干扰的频率处的第一功率量；以及在补偿干扰之后确定从光学源发射的第二脉冲光束的第二频谱，第二频谱包括在干扰的频率处的第二功率量，第二功率量小于第一功率量。在经补偿的干扰的频率处第二功率量可以比第一功率量小至少5分贝(db)。
可以测量时间重复率。可以接收包括时间重复率的数据。
可以基于脉冲光束的时间重复率确定光学源中的干扰的频率。基于时间重复率确定干扰的频率可以包括：访问频率映射，频率映射包括取决于时间重复率的干扰的频率，以及从访问的频率映射确定与访问的时间重复率相关联的干扰的频率。频率映射可以包括针对每个时间重复率的多个频率。
确定干扰的频率可以包括接收包括干扰的频率的值的数据。
光学元件可以被定位成选择在室中传播的光的光谱特征，并且使光学元件移动可以改变光的选择的光谱特征。光谱特征可以是在室中传播的光的波长。光学元件可以是使在室中传播的光透射的光学元件。光学元件可以是棱镜。
光学源可以包括增益介质，在光学源中传播的光可以沿着光束路径并且在增益介质中传播，光学元件可以沿着光束路径被定位，并且源中的干扰可以包括沿着光束路径在增益介质中创建异质性的干扰。光学源中的干扰可以包括由使增益介质在室中循环的风扇的运动引起的声学干扰。
在一些实施方式中，光学源中的干扰进一步包括次级干扰，并且方法还包括：接收脉冲光束的波长测量，波长测量包括针对脉冲光束中的多个脉冲的波长误差；访问表示光学源中的次级干扰的模型；访问表示致动器的动态的模型；以及基于波长误差、次级干扰的模型和表示致动器的动态的模型中的一个或多个生成第二校正波形，其中将校正波形应用于光学组件进一步包括将第二校正波形应用于光学组件。可以生成第二校正波形，而不管是否接收到波长测量。
在另一总体方面中，一种补偿光学源中的干扰的方法包括：接收从光学源发射的脉冲光束，脉冲光束与时间重复率相关联；确定光学源中的干扰的频率；重复估计表示干扰的特性的至少一个状态的值，估计以等于或大于时间重复率的控制事件频率更新；针对至少一个状态的每个估计值生成校正波形的实例，校正波形的实例以控制事件频率被生成；以及通过将校正波形的实例应用于光学源来补偿光学源中的干扰，补偿以控制事件频率应用于光学源。
光学源中的干扰可以与多个不同的频率相关联。
上面描述的技术中的任一个的实施可以包括：方法；过程；设备；计算机程序产品，其有形地体现在非瞬态机器可读存储介质中，产品包括当被执行时引起一个或多个电子处理器执行各种动作的指令；或者装置。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施的细节。其他特征将从描述和附图并且从权利要求时显而易见的。
附图说明
图1是示例性光刻系统的框图。
图2是另一示例性光刻系统的框图。
图3是用于控制作为光刻系统的一部分的光学源的示例性信号的迹线。
图4a是包括光源和控制系统的示例性光学系统的框图。
图4b是可以在图4a的控制系统中使用的示例性估计模块的框图。
图4c是可以在图4a的光源中使用的示例性风扇的立体图。
图4d是图4c的示例性风扇的侧视图。
图5是用于补偿窄带干扰的示例性过程的流程图。
图6是针对窄带干扰的各种谐波将混叠频率绘制为重复率的函数的示例性频率映射。
图7和图8是波长误差的功率谱密度的示例性绘制图。
图9是基于图8中示出的波长误差的功率谱密度的波长西格玛的示例性绘制图。
具体实施方式
公开了用于主动且连续地补偿和/或拒绝光学(或光)源中的干扰的技术。干扰可能是由一个或多个频率或音调组成的窄带干扰，每一个频率或音调仅以单个频率存在或者跨越几个频率的频带展开。光学源产生具有标称地处于中心波长处的波长的光。在光学光源的操作期间，所产生的光的波长可能偏离中心波长。中心波长与对于在一段时间内从源发射的光的一部分的实际波长之间的差异是取决于时间的波长误差。可以将波长误差变换成取决于频率的波长误差，这提供了各频率对波长误差的贡献的测量。波长西格玛(wavelengthsigma)是在从光学源发射的光的固定数目脉冲内的波长误差的变化(标准偏差)。下面所讨论的补偿技术导致波长西格玛上的减小和在使用光学源将微电子特征图案化到晶片上的光刻系统中的对比度和图像质量上的相应改善。
参见图1，光刻系统100包括将光束160提供至晶片120的光学(或光)源105。光刻系统100还包括接收晶片120的光刻曝光装置115。光刻曝光装置115包括投影光学系统125。微电子特征通过例如在晶片120上沉积一层辐射敏感的光致抗蚀剂材料并且用光束160对被掩蔽的光致抗蚀剂层曝光而形成在晶片120上。光刻曝光装置115可以是液体浸没系统或干燥系统。系统100还包括控制来自光源105的光的发射的控制器170。
光束160以围绕中心波长分布的波长的波带辐照。作为可以由系统100印刷在晶片120上的最小特征大小的临界尺寸(cd)取决于光束160的波长。为了维持对于印刷在晶片120上和通过系统100曝光的其他晶片上的微电子特征的均匀cd，光束160的波长应该保持处于中心波长处或在围绕中心波长的一定波长范围内。标称或期望的中心波长与光束160的实际或测量的波长之间的差异是波长误差。
波长误差可以被确定为针对光束160的一部分的时间的函数。例如，可以在多个不同时间对光束160的波长进行采样，并且可以通过将测量的波长与中心波长进行比较而针对每个时间确定波长误差。在其中光束160是脉冲光束的实施方式中，可以针对包括很多或许数百脉冲的突发中的脉冲的所有或一部分来确定波长误差。对于时间块或突发的波长误差的频率成分可以通过将作为时间的函数的波长误差变换成作为频率的函数，例如通过对时间波长误差数据应用傅里叶变换。该变换的结果揭示了波长误差在不同频率处的相对贡献(或相对功率)并且被称为波长误差的功率谱密度(psd)。波长误差的psd的标准偏差是波长西格玛。像狭缝带宽上的变化一样，波长西格玛上的变化会影响对比度并因此影响图像质量。这样，减小波长西格玛会改善系统100的性能。
光学源105中的窄带干扰会引起波长西格玛上的增加。窄带干扰是存在于频谱的仅一个频率处或只几个频率的频带内的任何干扰。例如，窄带干扰可以存在于仅包括单个频率(以赫兹(hz)为单位)的频带内。在另一示例中，窄带干扰可以是与中心频率相关联且具有跨越一定范围的频率延伸的频带的干扰。窄带干扰的最大振幅可以发生在中心频率处，并且干扰的幅度可以在除中心频率以外的频率处显著地衰减、陡然下降和/或不存在。窄带干扰的频带可以例如是落在中心频率的任一侧上的两个频率(第一频率和第二频率)之间的频率的连续范围或频带，其中第一频率是低于中心频率的频率并且第二频率是高于中心频率的频率。例如，第一和第二频率可以是干扰的幅度是比中心频率处的窄带干扰的幅度小三(3)分贝(db)所处的最接近中心频率的频率。在该示例中，第一和第二频率之间的差异的绝对值是以赫兹为单位的窄带干扰频带。频带可以是例如十(10)赫兹或更小。在一些实施方式中，窄带干扰由多个音调组成，各音调具有不同且分离的中心频率和频带。
窄带干扰可以例如由光学源105中的以周期性或规则方式移动的部件引起，以周期性或规则方式移动会在光束路径上诱发干扰，从而增加了脉冲光束的波长误差。因为窄带干扰造成在与干扰相关联的频率处的波长误差上的尖峰或急剧增加，所以当窄带干扰存在时，波长误差的psd包括在干扰的频率处的尖峰。归因于尖峰，psd的标准偏差趋向于当在光学源105中存在有窄带干扰时增加，因此，波长西格玛也趋向于增加。
如上面所讨论的，窄带干扰可以由多个音调组成，各音调具有不同且分离的中心频率和频带。其示例是具有基波频率和基波频率的谐波的窄带干扰。在该示例中，波长误差的psd包括在基波频率和基波频率的谐波处的功率(db/赫兹)上的尖峰。
窄带干扰的特性可以在光学源105的操作期间改变。例如，如果干扰本质上是声学的，则温度可以影响窄带干扰的振幅和相位，以及频率。因此，在光学源105的操作期间动态地估计窄带干扰的特性。窄带干扰的特性可以包括干扰的振幅、相位和频率。这些特性可以被建模为具有可随时间而变化的估计值的状态。
因为窄带干扰存在于仅一个频率处或仅几赫兹的频带内，所以一旦估计出窄带干扰的特性，就可以利用基于估计特性的相应校正波形来对抗窄带干扰。校正波形可以例如是具有与窄带干扰相同的频率和幅度以及与窄带干扰180°异相的相位的正弦波。在应用校正波形之后，波长误差的psd中可见的在干扰的频率处的贡献被减小。以该方式，可以减小波长西格玛。
在一些实施方式中，控制系统170除了分离的校正或补偿之外还应用校正波形，其减小光束160的波长误差以造成整体系统性能上的更大的改善。
在讨论图4a、图4b和图5中用于对抗窄带干扰的影响的校正波形之前，相对于图2提供光源105的示例。
还参见图2，示例性光源205被用作光刻系统200中的光源105(图1)。光源205产生脉冲光束260，其被提供至光刻装置115。系统200还包括控制系统270，其被连接至光源205的部件以及光刻曝光装置115以控制系统200的各种操作。
光源205可以是例如输出脉冲光束260(其可以是激光束)的准分子光源。随着脉冲光束260进入光刻装置115，它被引导通过投影光学系统125并且被投影到晶片120上。以该方式，将一个或多个微电子特征图案化到晶片120上的光致抗蚀剂上，接着对其进行蚀刻和清洁，并且该过程重复。
在图2中示出的示例中，光源205是包括将种子光束224提供至功率放大器(pa)230的主振荡器(mo)212的两级激光系统。主振荡器212使得能够实现在相对低的输出脉冲能量(例如，1毫焦耳到1.5毫焦耳(mj)的脉冲能量，其通过功率放大器230放大至约10mj至15mj)下对诸如中心波长和带宽等的参数的精细调谐。功率放大器230接收来自主振荡器212的种子光束224并放大种子光束224以生成用于在光刻装置115中使用的光束260。
主振荡器212包括放电室214，其具有两个长形电极217、作为气体混合物的增益介质219以及用于使气体在电极217之间循环的风扇或鼓风机。谐振器形成在放电室214的一侧上的线窄化模块216与放电室214的第二侧上的输出耦合器218之间。线窄化模块216可以包括衍射光学器件，诸如精细调谐放电室214的光谱输出的光栅。主振荡器212还包括线中心分析模块220，其接收来自输出耦合器218的输出光束，以及光束修改光学系统222，其根据需要修改输出光束的大小和形状以形成种子光束224。线中心分析模块220是可以用来测量或监测种子光束224的波长的测量系统。线中心分析模块220可以放置在光源205中的其他位置处，并且它可以放置在光源205的输出处。
放电室214中使用的气体混合物可以是适于产生处于应用所要求的波长和带宽的光束的任何气体。例如，对于准分子源，气体混合物可以包含诸如例如氩、氪或氙等的惰性气体(稀有气体)和诸如例如氟或氯等的卤素，除了作为缓冲气体的氦和/或氖。气体混合物的具体示例包括发射处于约193nm的波长的光的氟化氩(arf)、发射处于约248nm的波长的光的氟化氪(krf)或发射处于约351nm的波长的光的氯化氙(xecl)。利用通过对长形电极217的电压的施加而在高电压放电中的短(例如，纳秒)当前脉冲泵浦准分子增益介质(气体混合物)。
功率放大器230包括光束修改光学系统232，其接收来自主振荡器212的种子光束224并将光束引导通过放电室240，并且到光束转向光学元件252，光束转向光学元件252修改或改变种子光束224的方向使得它被送回到放电室240中。放电室240包括一对长形电极241、作为气体混合物的增益介质249和用于使气体混合物在电极241之间循环的风扇。
输出光束260被引导通过带宽分析模块262，在那里可以测量光束260的各种参数(诸如带宽或波长)。输出光束260也可以被引导通过脉冲拉伸器，在那里输出光束260的脉冲中的每一个例如在光学延迟单元中在时间上被拉伸，以调整撞击光刻装置115的光束的性能属性。
控制系统270被连接至光源205的各种部件。例如，控制系统270被分别联接至主振荡器212和功率放大器230内的电极217、241，用于控制主振荡器212和功率放大器230的相应的脉冲能量，并且还用于控制脉冲重复率，其范围可以在约500hz与12,000hz之间或更大。控制系统270因此利用脉冲和剂量能量的反馈和前馈控制提供主振荡器212的室中的放电和功率放大器230的室中的放电相对于彼此的重复触发。重复脉冲光束260可以具有在几瓦与数百瓦之间的、例如从约40w到约200w的平均输出功率。在输出处的光束260的辐照度(也就是，每单位面积平均功率)可以是至少约60w/cm2或至少约80w/cm2。
光源205的输出功率可以在标称脉冲重复率和标称脉冲能量下以100％占空比(也就是，光源205的主振荡器212和功率放大器230中的电极的连续启动)来计算。因此，例如，在6000hz的标称脉冲重复率和15mj标称脉冲能量下，光源205的输出功率(这是光源260的功率)是90w。作为另一示例，在6000hz的标称脉冲重复率和20mj标称脉冲能量下，光源205的输出功率(这是光源260的功率)是120w。
另外，控制器270通过将一个或多个信号发送至光源205来控制光源205何时发射光脉冲或者包括一个或多个光脉冲的突发。光源260可以包括在时间上彼此分离的一个或多个突发。每个突发可以包括一个或多个光脉冲。在一些实施方式中，突发包括数百的脉冲、例如100个至400个脉冲。
还参见图3，控制器270可以被配置成将晶片曝光信号300发送至光源205以控制光源205使晶片120曝光于光束260。晶片曝光信号300可以具有在晶片120正被曝光时的高值305(例如，1)和当晶片120未被曝光时的低值310(例如，0)。另外，控制器270将门信号315发送至光源205。门信号315具有在突发脉冲期间的高值320(例如，1)和在相继突发之间的时间期间的低值325(例如，0)。控制器还将触发信号330发送至光源205。触发信号330具有在光源205的每个脉冲期间的高值335(例如，1)和对于每个相继脉冲之间的时间的低值340(例如，0)。
如上面所讨论的，当通过对电极217施加电压来泵浦增益介质219时，增益介质219发射光。当以脉冲对电极217施加电压时，从介质219发射的光也是脉冲的。脉冲光束260的重复率由对电极217施加电压的速率来确定，其中电压的每次施加产生光脉冲。触发信号330例如可以用来控制对电极217的电压的施加和脉冲的速率。光脉冲传播通过增益介质219并且通过输出耦合器218离开室214。因此，通过对电极217的电压的周期性重复施加创建了一连串脉冲。
还参见图4a，示出了示例性光学系统400的框图。光学系统400包括光学源405(其可以是例如准分子激光器)和控制系统450。光学源405可以用作系统100中的光源105或者用作系统200中的主振荡器211。控制系统450通过将包括校正波形的信号457(u)提供至光学源405而使由光学源405产生的光束424中的波长误差(偏离中心波长或别的期望的波长)最小化或减小。
控制系统450包括窄带干扰模块470，其基于测量的数据动态地估计窄带干扰的干扰状态，并且基于估计的状态产生减小或消除窄带干扰的影响的校正波形。估计的干扰状态表示窄带干扰的特性。例如，窄带干扰可以通过包括干扰的幅度的值的状态和包括干扰的相位的值的状态来表示。状态在每个控制事件之前估计出。当控制系统450将信号457提供至光学源405时发生控制事件，其中单独的控制事件在下面的讨论中用k来索引。通过针对每个控制事件估计干扰状态，状态的估计是动态的。因此，窄带干扰模块470允许对于光学源405中发生的窄带干扰的主动补偿，即使窄带干扰的特性随时间而改变。该窄带干扰模块470可以用来补偿存在于光谱中的任何频率处的窄带干扰，假定关于该频率的先前信息和通过光学源405在该频率处应用的校正波形的能力。
除了窄带干扰之外，在光学源405中发生的各种其他干扰和物理效应也可能对波长误差有贡献。例如，波长误差可以由与光学源405中的光相互作用的光学元件442的位置、漂移或瞬态效应引起。在一些实施方式中，控制系统450还包括考虑除窄带干扰以外的影响的波长估计模块460。在这些实施方式中，控制系统450产生减小窄带干扰的影响并且还提供附加补偿的输出。
光学源405包括振荡器412，振荡器412包括放电室414，放电室414具有两个长形电极417、作为气体混合物的增益介质419以及用于使增益介质419循环的风扇(或鼓风机)421。在图4a的示例中，风扇421被定位在电极417中的一个的下方。然而，其他位置是可能的。例如，风扇421可以放置在电极417中的一个的上方。风扇421可以放置在允许风扇421使室414中的增益介质419循环的任何位置。
在一些实施方式中，风扇421包括周向存在于表面上的多个叶片，并且叶片以周期性或规则方式围绕中心转动。这样的实施的示例被示出在示出了可以用作风扇421的风扇521的立体图的图4c中和示出了风扇521的立体侧视图的图4d中。风扇521是围绕纵向轴线523转动的转动风扇。风扇521包括外部分522，其具有多个节段524，其中的每一个节段通过隔板526分离。示例性风扇521包括十八(18)个节段，但可以使用其他数目的节段。每个节段524具有多个叶片528。叶片528可以以各种各样的方式布置，或者可以具有各种各样的形状。例如，叶片528可以具有螺旋形状。另外，节段524可以具有相同数目的叶片，或者叶片的数目可以在多个节段之间相异。叶片可以以有序的方式布置，或者可以在随机的位置。图4c和图4d的示例性风扇521具有以双人字形布置的或双螺旋风扇叶片布置的叶片528。当风扇521用作风扇421时，叶片528的该布置可以减小风扇521的转动对例如增益介质419具有的声学冲击。风扇的另一示例实施被公开在美国专利号8,855,166中并且例如相对于美国专利号8,855,166的图13至图18示出并进行讨论。
在电极417的启动期间产生的声波可以反射离开风扇421的移动的叶片(当风扇421被实施为风扇521时是叶片524)并且可以以叶片转动的频率及其高阶谐波创建增益介质419的密度上的变化。介质419上的变化可以使在放电室414中传播的光偏转，由此改变光的波长并造成波长误差。
谐振器形成在放电室414的一侧上的线窄化模块416与放电室414的第二侧上的输出耦合器418之间。当对电极417施加电压时，增益介质419发射沿着光束路径413在谐振器中传播的光以形成脉冲光束424。线窄化模块416包括光学元件442，其通过例如反射和/或折射光而与在谐振器中传播的光相互作用。光学元件442可以是衍射光学器件，诸如精细调谐光束424的光谱输出的光栅。在一些实施方式中，光学元件442是基于光的波长使光分散的反射元件，诸如棱镜。光学元件442可以具有折射和反射部件两者。光学元件442可以是光学元件的集合，其中的一些是折射的并且其中的一些是反射的，或者其中的所有都是相同类型的元件。
光学元件442被联接至致动器444，致动器444是可控制的以使光学元件442移动或者修改光学元件442的形状。致动器444可以是能够引起光学元件442移动或改变形状的任何类型的致动器。例如，致动器444可以是响应于电压的施加而改变形状和/或大小的压电换能器(pzt)。在该示例中，施加电压以改变致动器444的形状引起了光学元件442移动。光学元件442可以通过直接或间接物理接触被联接至致动器444。例如，致动器444可以碰触光学元件442或者触碰碰触光学元件442的元件(诸如安装座)。在一些实施方式中，致动器444在不进行物理接触的情况下引起光学元件442移动。
光学源405还包括线中心分析模块420，其接收来自输出耦合器418的输出光束以形成脉冲光束424。线中心分析模块420是监测和/或测量脉冲光束424的脉冲的波长的测量系统。在一些实施方式中，线中心分析模块420测量脉冲光束424中的每个脉冲的波长并且经由信号y(458)将波长测量提供至控制系统450。波长测量可以是表示测量的波长与中心波长之间的差异的波长误差。波长测量以脉冲光束424的时间重复率被提供。脉冲光束424的时间重复率可以不同于控制事件发生的速率。
系统400还包括控制系统450。控制系统450接收来自线中心分析模块420的数据和/或信号，诸如由信号458提供的指示了脉冲光束中的一个或多个脉冲的波长或脉冲光束424的时间重复率的数据。该数据以光束424的时间重复率在控制系统处被接收。
控制系统450包括估计模块541和致动控制455。估计模块451估计被表示为时变阵列x的干扰状态，其影响波长以及光学源405中的部件(诸如光学元件442)的状态并且将估计提供至致动控制455。基于估计的状态，致动控制455确定信号u(457)，其在当施加至光学源405时引起致动器444以补偿预测存在于光学源405中的窄带干扰的方式移动。信号457可以表示相对于当前施加的或最近施加的信号的改变的量。
窄带干扰模块470估计窄带干扰的状态并且估计的状态被包含在x中。在一些实施方式中，窄带干扰可以利用两个干扰状态建模，同相分量的状态(xi)和正交分量的状态(xq)。当矢量相加时的同相和正交分量的总和造成表示窄带干扰的波形。以该方式，确定包含窄带干扰的表征的状态x允许致动控制455生成抵消除了其他干扰和影响外的窄带干扰的校正信号。
当作为当前控制事件k之后紧接着的控制事件的下一控制事件(k+1)发生时在室414中的窄带干扰的状态可以用具有等式(1)中示出的形式的正交振荡模型来估计：
其中tp是预测周期，w是噪声分量，k对控制事件(信号457至光学源405的提供)进行索引，并且ω是以弧度每秒为单位的窄带干扰(其可以是混叠频率)的频率。控制事件可以以例如6250hz(其中控制事件以每0.16毫秒发生)的频率发生。预测周期tp是状态x的估计之间的时间，并且可以等于或大于控制事件发生时所处的频率的倒数。因此，可能存在有比控制事件更多的预测。
窄带干扰的频率(ω)取决于造成干扰的部件的速度、该部件的设计和/或时间重复率。例如，当窄带干扰起源于风扇421时，等式(2)提供了窄带干扰的频率：
其中ω是以hz为单位的窄带干扰的混叠频率，h是表示谐波的一(1)或更大的整数(其中h＝1表示基波频率)，并且b是表示风扇421上的周向叶片的数目的整数。
在等式(1)中使用从等式(2)产生的ω(利用单位的适当转换)导致预测当下一控制事件(k+1)发生时存在于光学源405中的窄带干扰(包含在x中)的状态的值的估计。将具有这两个估计状态的波形的幅度可以从等式3确定：
将具有这两个状态的波形的相位可以从等式(4)确定：
因此，从等式(3)和(4)，可以确定具有与窄带干扰相同的幅度和不同的相位的校正波形。表示校正波形的数据可以是例如具有等于针对窄带干扰估计或确定的那些的频率和幅度及与窄带干扰的估计相位180°异相的相位的正弦电压信号。另外，校正波形可以针对窄带干扰的任何数目的谐波来确定。
在一些实施方式中，估计模块451还包括波长估计模块460，其对除通过窄带干扰模块470建模的那些以外的干扰和系统变化性进行建模。这样的实施方式的示例被示出在图4b中，该图是具有包括波长估计模块460和窄带干扰模块470两者的模型456的估计模块451的实施方式的框图。
波长估计模块460包括致动器动态模块461和次级干扰模块463。致动器动态模块461提供光学元件442和/或致动器444的行为的模型。该模型可以用来进行光学元件442和/或致动器444的状态的周期性预测。光学元件442的状态可以包括例如表示光学元件442的位置和/或速度的一个或多个值。
致动器动态模块461响应于对致动器444的输入的施加而提供致动器444的物理移动或动作的模型。例如，在其中致动器444是pzt的实例中，致动器动态模块461将致动器444建模为二阶系统。致动器444的状态可以是可随时间变化的与致动器444相关联的任何量或质量。例如，状态可以是施加至致动器444的电压。致动器444的状态可以包括超过一个的量或质量。例如，致动器的状态可以是当前位置，和致动器在一个或多个维度上的当前速度和最近施加至致动器444的电压。次级干扰模块463对光学源405中的除窄带干扰以外的良好理解的干扰进行建模。例如，次级干扰模块463可以对随时间的波长漂移进行建模。
在估计模块451中，波长估计模块460的输出在窄带干扰模块470的输出中使用或与其一起使用，以形成状态-空间动态模型480。该状态-空间模型480包括矩阵a和b，其中矩阵a和矩阵b的元件包括窄带干扰模块470和波长估计模块460。矩阵a和b被提供至更新模块485，其基于在当前控制事件的xk的值和致动信号uk来预测或估计下一控制事件(k+1)的状态阵列x。使用等式(5)，可以从中获得状态的估计xk+1：
xk+1＝axk+buk(5)
其中k对控制事件进行索引(其中k是当前控制事件并且k+1是下一或紧接着的随后事件)，并且u表示通过致动控制455确定的控制信号457。因此，xk是光学源405中的一个或多个部件或条件的当前状态，uk是来自致动控制455(信号457)的最近施加的或当前的输出。xk的先前值被存储在电子存储453中并可以从电子存储453中获得，并且uk的值可以从致动控制455获得。因此，可以从等式(5)确定xk+1。
如上所示的方法是基于关于光学源405已知的诸如被包括在模型456和状态-空间动态模型480中的信息等的先验信息。然而，假定是关于光学源405的准确信息的该先验信息可能归因于系统之间的变化或其他未捕获的信息而不是完美准确的。更新模块485的第二功能是使用经由信号458从线中心分析模块420接收的先前波长测量来更新状态估计xk以更接近现实，从而产生了基于测量的数据的更新测量
在确定xk+1之后。估计模块451将xk+1提供至致动控制455。致动控制455确定信号457(u)如果在下一控制事件(k+1)被提供至光学源405则将作用在光学元件405和/或光学元件405的部件上以在满足一定的约束的同时获得接近光束424的期望波长的波长。该期望的波长可以是例如中心波长。信号457的确定可以包括例如优化u的值(被提供至光学元件405的信号)以在考虑约束的情况下鉴于被包括在x中的值使波长误差最小化。优化中使用的约束的示例可以是u的绝对值小于阈值。例如，u可以表示施加至致动器444以使光学元件442移动的电压或电流。禁止u的大值的约束可以防止对致动器的大电流或电压的施加。另外，该示例中的u的大值可以指示起源于除窄带干扰以外的某些因素的误差。优化可以实施为例如线性二次型调节器(lqr)。致动控制455的输出可以是对于u的接着被线性添加至uk的当前值的递增改变。
因此致动控制455确定下一值控制信号457或控制信号457中的递增改变(其中的任一个在该示例中用uk+1表示)并且将该控制信号457提供至光学源405。因为uk+1是从xk+1(这是作为波长误差的起因的部件和/或条件的状态)和uk(控制信号457的先前施加的值)确定的，所以向光学源405施加包括了uk+1的信号造成了具有最接近中心波长并因此具有减小的波长误差的波长的光束。另外，因为估计模块451包括窄带干扰模块470，所以uk+1也包括减小或消除窄带干扰的校正波形。
控制系统450还包括电子处理器452、电子存储453和输入/输出(i/o)接口454。电子处理器452包括诸如通用或专用微处理器等的适于计算机程序的执行的一个或多个处理器，和任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般地，处理器接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。电子处理器452可以是任何类型的电子处理器。
电子存储453可以是诸如ram等的易失性存储器，或非易失性存储器。在一些实施方式中，电子存储453可以包括非易失性和易失性部分或部件两者。电子存储453存储当被执行时引起处理器452与控制系统450和/或光学源405中的其他部件通信的指令、或许为计算机程序。例如，指令可以是引起电子存储453存储与脉冲光束424中的脉冲的波长有关的数据的指令。指令可以是引起电子处理器452对存储的数据进行分析并基于存储的数据生成电压信号的指令。
i/o接口454是允许控制系统450利用执行机构、光学源405和/或在另一电子设备上运行的自动化过程接收和/或提供数据和信号的任何种类的电子接口。例如，i/o接口454可以包括视觉显示器、键盘或通信接口中的一个或多个。
参见图5，示出了示例性过程500的流程图。过程500主动补偿和/或拒绝窄带干扰。
参照图4a和图4b中示出的控制系统450和光学源405来讨论过程500。然而，其他实施方式是可能的。例如，过程500可以由控制系统170或270中的一个或多个电子处理器来执行。在一些实施方式中，过程500由分布在光学源405内和/或光学源405外的电子处理器执行。此外，过程500可以实施为能够存储在计算机可读介质上的计算机可读且可执行指令，使得过程500可以作为升级或改装被安装到用于光源的现有控制系统上。例如，过程500可以作为软件更新来安装以将附加功能性添加至已经包括诸如波长估计模块460的模块的控制系统。
接收脉冲光束(505)。脉冲光束从振荡器412发射并具有时间重复率。时间重复率是脉冲光束中的两个相继的光脉冲之间的时间。时间重复率可以例如大于500hz、在500hz与6,000hz之间、在5990hz与6,000hz之间或大于6,000hz。
光束可以在线中心分析模块420或者测量、监测或确定脉冲光束的诸如波长等的特性的另一模块处被接收。光束可以是脉冲光束424。在其他示例中，光束可以是由准分子激光器产生的脉冲激光束、放大的脉冲光束或者来自不是激光器的光学源的脉冲光束。
光束与中心波长相关联。表示光束的波长的信号458被提供至控制系统450。信号458的实例可以在每次接收光脉冲时被提供。因此，控制系统450可以以等于在线中心分析模块420处接收脉冲时所处的频率的频率接收更新的信号458。
光束与光学源405预期产生光时所处的标称或中心波长相关联。光束可能归因于室414中的干扰而偏离中心波长。例如，可能在光学振荡器412或光学源405的任何部件中发生窄带干扰。窄带干扰是相对于整个光谱仅存在于单个频率或小频带处的干扰。窄带干扰的幅度表示干扰对波长的影响。光学源405中的窄带干扰可以包含多个窄带干扰，每个窄带干扰发生在分离且不同的频率处，或者在分离且不同的频率的频带处，并且具有不同的幅度。每个窄带干扰创建了在增益介质419中的干扰的频率处的在光束路径上的密度差异。这会例如通过使光偏转并且改变其进入线窄化模块416所处的角度(因此改变光的波长)而影响振荡器412中的光的传播，由此增加了波长误差。
确定振荡器中的窄带干扰的频率(510)。虽然窄带干扰的物理表现可以具有在时间上固定的频率，但是如从波长误差测量的干扰的频率可能表现为随着脉冲光束的时间重复率而变化的混叠频率。沿着室414中的光束路径413行进的光具有以等于光束的重复率的频率发生的脉冲。以该方式，在光束路径413上传播的光以时间重复率对窄带干扰的基波和谐波频率进行采样。如果基波和/或谐波频率大于重复率的一半，则基波和/或谐波频率归因于有限的采样率而被混叠。
基波和谐波频率被混叠所至的相应的频率取决于光束的时间重复率(采样率)，并且混叠频率可以基于时间重复率来确定。例如，混叠频率可以从实际干扰频率与时间重复率之间的数学关系来确定。等式2(在下面再次重现并且在上面相对于图4a和图4b讨论的)示出了可以用来确定与由风扇421引起的窄带干扰相关联的混叠频率的等式的示例：
窄带干扰的频率可以从取决于时间重复率、系统设计细节和/或光学源405中的部件移动时所处的频率的其他等式来确定。
在一些实施方式中，诸如等式2等的等式和/或观察到的数据可以用于生成使窄带干扰的混叠频率与光束424的时间重复率相联系的频率映射600。频率映射600可以用来确定窄带干扰的频率(基波和/或谐波)的混叠值。还参见图6，示出了将混叠频率(hz)绘制为光束的时间重复率的函数的示例性频率映射600。
频率映射600上示出的数据是针对具有二十三(23)个叶片且以5,000rpm的速度转动的鼓风机(风扇)而估计的。各表示由风扇引起的窄带声学干扰的基波频率(hz)和基波频率的谐波的频率(hz)取决于风扇的几何形状及其转动速度，并且通过等式(7)给出：
其中h是谐波(1或更大的整数)，并且b是风扇中的叶片的数目。窄带声学干扰的其他源可以用考虑产生干扰的部件的设计、几何形状和运动的等式来表达。
被建模以产生频率映射600的窄带干扰的频率被从通过等式7给出的值f被混叠。如等式7所示，在没有混叠的情况下，窄带干扰的基波和谐波频率是固定的并且不取决于时间重复率。混叠的存在从图6显而易见，该图示出了频率对光束的时间重复率的依赖性。
另外，在一些时间重复率处，混叠谐波相交，指示了不同谐波被混叠到相同的频率。在频率映射600中，这在很多时间重复率处发生，包括例如3,500hz。对于产生具有3,500hz的时间重复率的脉冲光束的光学源，频率映射600指示了五次(5th)和六次(6th)谐波的频率两者被混叠至1,000hz。
光束的时间重复率是已知的并且可以在光学源405的操作期间从施加至电极417的电压的模式来确定。使用已知时间重复率，可以从频率映射600确定窄带干扰的频率。例如，对于6,000hz的时间重复率，频率映射600显示二次谐波(其具有3,833hz的非混叠频率)被混叠至约2,166hz的频率(在频率映射600上用标记605示出)。干扰的五次谐波(其具有9,585hz的非混叠值)被混叠至2,415hz的频率(在频率映射600上用标记610示出)。
因此，与窄带干扰相关联的频率或多个频率可以从频率映射600来确定。频率映射600可以用图形的方式实施，如图6的示例中所示。在一些实施方式中，频率映射可以表达为存储在查找表中的数值的集合。在一些实施方式中，窄带干扰的频率(或多个频率)作为输入从执行机构或自动化过程接收。
窄带干扰的频率或多个频率可以以其他方式来确定。例如，窄带干扰的频率可以从波长误差的功率谱密度(psd)来确定。还参见图7，示出了作为基于测量的波长误差的频率(hz)的函数的波长误差的单侧功率谱密度的示例(分贝/hz)。功率谱密度是通过采用波长误差数据的1024点快速傅里叶变换(fft)作为时间的函数并计算fft的幅度来确定的。波长误差数据包括针对光束中的数百或数千脉冲的集合中的每个脉冲的波长误差。
在图7中示出的示例中，光束的时间重复率是6,000hz，并且风扇421包括以5,000rpm转动的二十三(23)个叶片。峰值705、710和715分别显示了由风扇421引起的窄带干扰的基波、二次和五次谐波的贡献的功率。在该示例中，功率谱密度上的尖峰表示窄带干扰并且发生在风扇421的运动的基波频率处，其中在对应于基波频率的谐波的频率处发生的附加峰值。诸如来自除风扇421以外的部件的振动的其他物理效应可以造成光学源405中的窄带干扰。无论其起因如何，窄带干扰都会引起在干扰的频率或多个频率处的在波长误差的功率谱密度上的尖峰(集中在单个频率处或跨越包含几个频率的频带的功率上的增加)和波长西格玛上的对应增加。
在一些实施方式中，波长误差的psd(诸如psd700)可以或许通过自动化的电子过程进行分析，以标识指示了在那些频率处存在窄带干扰的峰值(psd的最大值)。峰值发生所在的频率或多个频率可以用在窄带干扰模块470和状态-空间模型480中以使用等式1来确定窄带干扰的状态x。
回到图5，基于混叠频率生成校正波形(515)。校正波形可以基于状态，其矢量和表示预测当校正波形被应用于光学源405时存在于室中的窄带干扰。如上面相对于等式1讨论的，状态的估计是基于窄带干扰的频率，其可以是混叠频率。干扰状态可以包括同相分量和正交分量。在一些实施方式中，干扰状态中的一个表示窄带干扰的幅度并且干扰状态中的另一个表示窄带干扰的相位。
干扰状态的估计可以以大于或等于光束的时间重复率的速率动态地更新。以该方式，干扰状态的估计考虑了光学源405的操作期间发生的改变。
校正波形具有与估计的窄带干扰相同的频率和幅度以及与窄带干扰不同的相位。因此，校正波形用来取消或减小窄带干扰。在一些实施方式中，校正波形具有与窄带干扰的相位180°相反的相位。
除了包括关于窄带干扰的信息之外，在一些实施方式中，校正波形还包括关于光学源405中的可引起波长误差的其他干扰和条件的信息。在这些实施方式中，波长估计模块460可以用来确定表示这些条件和附加干扰的状态。在这些实施方式中，过程500补偿窄带干扰和波长误差的附加源。
校正波形可以采取任何形式，只要校正波形或从校正波形导出的信号具有足以引起光学源405或光学源405中的部件以响应于校正波形的应用而补偿窄带干扰(和可能的其他干扰)的方式起反应的信息。例如，校正波形可以是除了补偿附加干扰的电压信号之外的包括在发生窄带干扰所处的一个或多个频率处的正弦波的电压信号。将校正波形应用至光学源405可以引起致动器444和光学元件442移动。在一些实施方式中，校正波形是通过进一步的电子处理转换成一个或多个模拟电压校正波形的数字信号的集合。另外，在一些实施方式中，校正波形是表示与先前波形相比的改变(或增量)的波形。
通过基于生成的校正波形修改脉冲光束的特性来补偿窄带干扰(520)。脉冲光束424的特性可以是例如光束424的波长。窄带干扰可以包括例如基波频率的多个谐波。校正波形可以是例如包括处于基波频率和谐波中的每一个处的正弦波的电压信号，具有与在频率中的每一个处的窄带干扰的相位不同(例如，相反)的相位。电压信号可以被施加至致动器444以引起光学元件442以如下方式移动：使得在室414中传播的光被以抵抗将会由窄带干扰引起的偏转的方式偏转。通过以该方式使光学元件442移动，光束424的频率保持处于中心波长或变成接近中心波长，由此减小了波长误差以及减小了在与窄带干扰相关联的频率处对波长误差的贡献。
参见图8，曲线805和810示出了波长误差的示例性功率谱密度。用实线示出且标记为关键词“没有音调补偿”的曲线805表示没有对窄带干扰的主动补偿的波形误差的psd。用虚线示出且标记为关键词“具有音调补偿”的曲线810表示从在相同条件下收集但在使用诸如上面讨论的过程500等的过程对窄带干扰进行补偿之后的波长误差数据形成的psd。
被收集以产生曲线805和曲线810的波长误差数据是在5,995hz的时间重复率、65℃的室温度和以5,000rpm的速度转动的23个叶片鼓风机(风扇)的状态下从来自准分子激光器的150突发的脉冲(其中每个突发包括数百脉冲)收集的。在该配置中，鼓风机具有在2,157hz处被混叠的处于3,833hz的二次谐波。在该示例中，由二次谐波引起的干扰对波长误差做出最大贡献。
如图所示，对窄带干扰的补偿的应用使二次谐波对波长误差的贡献的幅度减小了超过20分贝(db)。在二次谐波的频率处的相对贡献上的减小降低了波长的标准偏差，并因此降低了由光学源产生的波长变化性。
参见图9，示出了作为从图8所示数据导出的突发数目的函数的每个突发的最大波长西格玛的绘制图。绘图900包括没有补偿窄带干扰的数据的波长西格玛905，补偿了窄带干扰的数据的波长西格玛910。如通过比曲线905和910所示，对窄带干扰的补偿减小了观察到的所有突发的最大波长西格玛。另外，波长西格玛905和910是在十(10)个分离的测试(或晶片)上收集的，显示了结果是可重复的。
其他实施方式在所附权利要求的范围内。
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