单腔气体激光器补气方法、控制系统及准分子激光器与流程

本发明涉及一种单腔气体激光器补气方法，同时也涉及相应的单腔气体激光器控制系统及准分子激光器，属于光刻机。

背景技术：

1、准分子激光器是一种工作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)组成。在基态时，工作物质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准分子态化合物。当电子从高能级跃迁到低能级时，准分子态化合物辐射出紫外激光。

2、在激光器出光过程中，激光腔内气体会不断被消耗，并生成杂质，这会导致气体的放电能力变弱，导致输出激光能量无法达到要求，从而引起曝光能量不足，此时必须进行换气来使激光器能够输出要求的能量，这样就会大大降低工作效率。准分子激光器中有能量控制模块和在线能量测量模块，当能量测量模块检测到激光器的出光口能量，会将能量传递给能量控制模块，以根据能量变化，调整放电腔电压，来控制激光器的输出能量，以保证激光器输出稳定的能量。当检测到放电腔电压过高，且能量无法控制在所需能量下时，则对气体进行控制，以延长单次工作时间。

技术实现思路

1、本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种单腔气体激光器补气方法。

2、本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种单腔气体激光器控制系统。

3、本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种准分子激光器。

4、为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

5、根据本发明实施例的第一方面，提供一种单腔气体激光器补气方法，用在包括放电腔的激光器中，包括以下步骤：

6、根据多个实测的放电腔电压与预设的电压均值阈值的差值求得电压差值均值，

7、在电压差值均值大于电压均值阈值的情况下，通过模糊pi控制调整pi参数，计算放电腔补气量，并判断是否对放电腔进行补气，

8、判断实测气压是否大于放电腔气压上限值，如果是则不补气；如果不是则对放电腔进行补气。

9、其中较优地，所述计算放电腔补气量，包括以下步骤：

10、pi控制器满足如下公式：

11、hm(e)＝kp(em-em-1)+kiem

12、其中，以预定频率f2采样一次低通滤波器的输出电压差值均值作为模糊控制中的第m次输入误差em；kp、ki为根据模糊控制法得到的可调参数,hm(e)为pi控制器的输出，补气量根据输出hm(e)计算获取。

13、其中较优地，对所述放电腔的补气，包括以下子步骤：

14、s331：将放电腔补气量与预设放电腔最小补气量进行比较，如果放电腔补气量大于预设放电腔最小补气量则进入下一步，否则结束对放电腔的补气操作，进入s332,对功率放大放电腔的补气操作；

15、s332：通过限幅来限制放电腔的补气范围。

16、其中较优地，将可调参数kp的输出变量δkp，可调参数ki的输出变量δki，分别模糊化为模糊子集{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，量化到{-3，-2，-1，0，1，2，3}的论域范围。

17、其中较优地，所述单腔气体激光器补气方法还包括以下步骤：

18、根据实测放电腔气压，判断放电腔气压是否超过预设的气压阈值，如果超过则进行固定时间的排气；不超过则返回。

19、根据本发明实施例的第二方面，提供一种单腔气体激光器控制系统，包括能量控制模块、气体控制模块、气体阀门、气压传感器以及能量采集模块，其中，所述气体控制模块执行如前述的单腔气体激光器补气方法。

20、其中较优地，所述气体控制模块定时接收到，由能量采集模块采集的表示放电腔的输出能量的能量信号，由能量控制模块发出的放电腔电压信号，以及由气压传感器发出的放电腔气压信号。

21、其中较优地，所述气体控制模块还包括限幅器，用于限制放电腔的补气范围。

22、根据本发明实施例的第三方面，提供一种准分子激光器，其中包括前述的准分子激光器气体控制系统。

23、与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：

24、本发明结合模糊pi控制方法来控制气体补气与排气，在维持输出能量稳定性的同时增加气次单次工作时长，降低停机频率，提高生产效率，提高系统的鲁棒性。

技术特征：

1.一种单腔气体激光器补气方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的单腔气体激光器补气方法，其特征在于，所述计算放电腔补气量包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的单腔气体激光器补气方法，其特征在于，对所述放电腔的补气包括以下子步骤：

4.如权利要求2所述的单腔气体激光器补气方法，其特征在于，将可调参数kp的输出变量δkp，可调参数ki的输出变量δki，分别模糊化为模糊子集{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，量化到{－3，－2，－1，0，1，2，3}的论域范围。

5.如权利要求1所述的单腔气体激光器补气方法，其特征在于还包括以下步骤：

6.如权利要求1所述的单腔气体激光器补气方法，其特征在于，根据多个实测的放电腔电压与预设的电压均值阈值的差值求得电压差值均值，包括以下步骤：

7.一种单腔气体激光器控制系统，其特征在于包括能量控制模块、气体控制模块、气体阀门、气压传感器以及能量采集模块，其中，所述气体控制模块执行权利要求1～6中任意一项所述的单腔气体激光器补气方法。

8.如权利要求7所述的单腔气体激光器控制系统，其特征在于，所述气体控制模块定时接收到由能量采集模块采集的表示放电腔的输出能量的能量信号、由能量控制模块发出的放电腔电压信号以及由气压传感器发出的放电腔气压信号。

9.如权利要求8所述的单腔气体激光器控制系统，其特征在于所述气体控制模块还包括限幅器，用于限制放电腔的补气范围。

10.一种准分子激光器，其特征在于包括权利要求7～9中任意一项所述的单腔气体激光器控制系统。

技术总结
本发明公开了一种单腔气体激光器补气方法、控制系统及准分子激光器。该控制方法包括以下步骤：根据多个实测的放电腔电压与预设的电压均值阈值的差值求得电压差值均值，在电压差值均值大于电压均值阈值的情况下，通过模糊PI控制调整PI参数，计算放电腔补气量，并判断是否对放电腔进行补气，判断实测气压是否大于放电腔气压上限值，如果是则不补气；如果不是则对放电腔进行补气。本发明能够在维持输出能量稳定性的同时增加持续工作时长，降低停机频率，提高生产效率，提高系统的鲁棒性。

技术研发人员：刘锴锋,梁赛,冯泽斌,徐向宇,江锐
受保护的技术使用者：北京科益虹源光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24