准分子激光器风机振动干扰补偿方法、装置及激光器与流程

本发明涉及光刻机光源，具体涉及准分子激光器风机振动干扰补偿方法、装置及激光器。

背景技术：

1、作为光刻机的光源，准分子激光器输出激光的特性会影响光刻机加工的重要参数，而激光特性中最重要的就是激光的能量、波长和线宽，而其中激光器输出激光的能量稳定性直接影响着光刻机关键尺寸的控制，所以在激光器设计过程中，控制能量稳定是很重要的一部分。

2、准分子激光器是气体激光器，有多种工作模式，包括恒能量模式，指输出能量稳定在目标值附近的一种模式；恒高压模式，指输入高压保持不变；外高压模式，指激光器的输入高压由外部提供。而每一种工作模式又有不同的放电模式，包括连续出光模式以及burst(猝发序列)出光模式，其中连续出光模式指的是进行相同时间间隔的脉冲出光，这种模式由于长时间连续出光，容易降低激光腔体的寿命，多用于测试，而在正式工作期间主要的放电方式就是burst模式。在burst放电模式下，激光器会以固定频率发出一定数量的脉冲激光，这段时间内的所有脉冲被称之为一个burst，然后停止工作一段时间，这段时间则被称之为burst间隔时间，再以相同频率发出相同数量的脉冲，然后停止工作相同时间，以此类推直到工作停止。除了固定间隔时间的burst模式外，还有包含序列间隔的burst模式，即在固定数量的burst(被称为一个序列)后，间隔较长时间，再开始进行下一个序列的出光。当激光器与光刻机相连时，单个burst对应晶片内一块芯片的曝光时间，而单个序列则对应整个晶片所有芯片的曝光时间。除此之外，这种工作模式由于包含停止工作时间，可以在满足单脉冲能量高，且工作重复频率高的同时，降低平均输出功率。

3、准分子激光器构造复杂，在其工作过程中，必然会产生干扰。这种干扰会影响到激光器的能量稳定性以及dose(剂量)稳定性，进而影响光刻的质量。如果能降低这种干扰的影响，那么就能减小能量稳定性控制的难度，提高激光器性能，进而提高光刻机的工作质量及产量。

4、这种干扰是固定频率、可测量且保持不变的信号。与此同时，激光器的输出能量受激光器输入电压的直接影响，输入电压的改变会直接体现在输出能量上。而干扰补偿正是基于干扰信号不变且可测量来组成的自动控制，其主要控制结构为前馈控制，具有处理速度快、及时有效，对于处理固定的干扰分量可以起到良好的效果。

5、激光器输出能量中的干扰信号为固定频率的风机干扰信号，风机干扰与风机转速一致，可以确定风机干扰的频率值，但是由于风机转速并不十分稳定，会有一些抖动，因此其频率也会有一定的波动。除此之外，由于无法确定激光器工作时干扰信号的相位，所以即使已知干扰信号的频率，也不能直接利用该频率生成模拟信号进行控制。

6、因此在干扰补偿过程中，需要实时采集当前的干扰信号。同时激光器的输出能量为单脉冲可控的，即，通过改变当前脉冲的输入电压，可以直接控制当前脉冲的输出能量。这意味着可以通过提取上一脉冲的干扰信号，超前预估当前脉冲的干扰信号幅值，通过能量与电压的关系，来改变当前脉冲放电高压，从而进行干扰补偿控制算法。

7、由于风机干扰信号的频率与风机转速一致，并且为了保证激光器的稳定工作，风机转速不会进行改变，因此可以在激光器工作前确定风机干扰的频率，虽然该频率会由于风机转速的不稳定而产生波动，但波动范围不大，该频率仍然可以作为参考频率使用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，克服现有的技术的不足，提供准分子激光器风机振动干扰补偿方法、装置及激光器，能够直接堵风机振动干扰进行补偿，稳定光源的输出能量和剂量，从而提高光源性能。

2、为达到上述技术目的，一方面，本发明提供一种准分子激光器风机振动干扰补偿方法，包括：

3、获取激光器输出当前脉冲的输出能量，通过各陷波滤波器提取对应风机振动干扰信号；

4、针对每组提取的干扰信号，通过对应超前滤波器预估下一脉冲的干扰信号；

5、由每组预估的下一脉冲的干扰信号计算对应电压增量，叠加后得到下一脉冲的补偿电压；

6、将下一脉冲的补偿电压加入当前脉冲的输入电压中，构成下一脉冲输入电压。

7、其中，所述获取激光器输出当前脉冲的输出能量，通过各陷波滤波器提取对应风机振动干扰信号，具体包括：

8、构建陷波滤波器，设置陷波滤波参数，针对激光器输出的各burst的每个脉冲，进行滤波：

9、当前脉冲为所属burst的首脉冲时，利用首脉冲对应的输出能量初始化陷波滤波器输入参数，得到对应的输出结果；

10、当前脉冲为所属burst的非首脉冲时，利用当前脉冲对应的输出能量、同一burst内上一个脉冲的输出结果及输出能量，设置陷波滤波器输入参数，得到对应的输出结果；

11、将当前脉冲的输出能量减去对应陷波滤波器的输出结果，得到当前脉冲提取的干扰信号幅值。

12、其中，所述针对每组提取的干扰信号，通过对应超前滤波器预估下一脉冲的干扰信号，具体包括：

13、构建超前滤波器，设置超前滤波参数，针对各陷波滤波器中当前脉冲提取的干扰信号幅值，通过对应超前滤波器进行滤波：

14、当前脉冲为所属burst的首脉冲时，利用当前脉冲提取的干扰信号幅值初始化超前滤波器输入参数，得到下一脉冲预估的干扰信号幅值；

15、当前脉冲为所属burst的非首脉冲时，利用当前脉冲对应干扰信号幅值、同一burst内上一个脉冲提取的干扰信号幅值和预估的干扰信号幅值，得到下一脉冲预估的干扰信号幅值。

16、其中，所述由每组预估的下一脉冲的干扰信号计算对应电压增量，具体包括：

17、将每组中预估的下一脉冲的干扰信号反向乘以输入电压与输出能量比值，得到每组电压增量。

18、其中，所述构建超前滤波器，具体包括：

19、通过双线性畸变法将超前滤波器的系统函数转化为超前数字滤波器系统函数；

20、设置超前滤波器的超前度数，根据超前度数计算超前数字滤波器系统函数中的高截止频率和低截止频率。

21、其中，所述超前滤波器的系统函数为：

22、

23、公式(1)中，dl、dh为衰减系数，ωl为低截止频率，ωh为高截止频率；

24、所述超前数字滤波器系统函数为：

25、

26、公式(2)中，t为对应采样时间。

27、其中，所述超前度数计算公式为：

28、

29、公式(3)中，fi为干扰信号频率，fs为激光器工作重复频率；

30、所述根据超前度数计算超前数字滤波器系统函数中的高截止频率和低截止频率，通过下式实现：

31、

32、公式(4)中，a＝ωh-ωl，b＝ωlωh，y＝tan(deg)；s＝ejω。

33、其中，所述超前滤波参数设置为：

34、其中，当前脉冲为所属burst的首脉冲时，下一脉冲预估的干扰信号幅值为：

35、

36、公式(5)中，x1、x2、y1、y2都为超前滤波器输入参数，令x1＝x2＝em,1,y1＝y2＝em,1，em,1为第m个burst的首脉冲的提取的干扰信号幅值；

37、当前脉冲为所属burst的非首脉冲时，下一脉冲预估的干扰信号幅值为：

38、

39、公式(6)中，令x2＝x1，x1＝em,i-1，y2＝y1，y1＝e′m,i-1，em,i为为第m个burst的第i个脉冲的提取的干扰信号幅值。

40、另一方面，本发明提供一种准分子激光器风机振动干扰补偿装置，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述处理器读取所述存储器中的计算机程序，用于执行以下操作：

41、获取激光器输出当前脉冲的输出能量，通过各陷波滤波器提取对应风机振动干扰信号；

42、针对每组提取的干扰信号，通过对应超前滤波器预估下一脉冲的干扰信号；

43、由每组预估的下一脉冲的干扰信号计算对应电压增量，叠加后得到下一脉冲的补偿电压；

44、将下一脉冲的补偿电压加入当前脉冲的输入电压中，构成下一脉冲输入电压。

45、第三方面，本发明提供一种准分子激光器，包括放电腔和控制模块，

46、所述放电腔包括风机；

47、所述控制模块包括如权利要求9所述的风机振动干扰补偿装置，对风机干扰信号进行补偿。

48、在本发明中，首先通过陷波滤波器直接提取到了风机振动产生的当前脉冲的干扰信号，然后根据提取的当前脉冲的干扰信号，通过超前滤波器预估到了下一脉冲的干扰信号。通过预估的下一脉冲的干扰信号可以计算得到下一脉冲的电压增量。将下一脉冲的电压增量加入到下一脉冲的输入电压后，即可对下一脉冲的干扰信号进行补偿。从而减少了风机振动对激光器输出能量的影响，提高了光源性能，保证了光刻机工作质量及产量。