專利名稱：高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及準分子激光器領域，特別是用作光刻光源的高重頻ArF準分子激光器(lklkHz)，具體涉及一種高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統。
背景技術：
193nmArF準分子激光器是90nm節點以下集成半導體器件光刻生產的主流光源，ArF浸沒式技術更是將光刻節點縮小至22nm。目前，國際上先進的光刻光源和光刻機技術都掌握在日、美等發達國家手里，我國的光刻生產設備以及高端集成電路器件基本上全部依賴進口。并且，在關鍵技術和器件的引進上，還面臨著發達國家的阻礙。為改變集成電路生產領域的受制于人的局面，我國在“十一五”期間啟動了“極大規模集成電路制造裝備與成套工藝專項”，其中就包括高重頻、能量穩定性高的光刻光源的研制。
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高重頻ArF準分子激光器連續運行時，高壓快放電使鹵素氣體轉變為穩定的化合物，鹵素氣體濃度逐漸降低，激光輸出能量明顯下降。光刻過程中，激光器光源的脈沖能量穩定性直接影響著集成芯片電路關鍵尺寸的控制。要提高光刻質量，對激光器脈沖能量進行實時調節是必需的。傳統的能量穩定控制方法是通過補充鹵素氣體或者部分換氣來延緩能量的下降趨勢，但使用這種方法對高重頻運行的激光器每個脈沖能量進行實時調節時很有難度的。因為首先，補氣調節響應速度慢，不適合高重頻下應用；其次，單次補氣量不易控制，精度不高；最后，高重頻運行的激光器，氣體老化速度很快，頻繁的補氣或換氣將會造成生產成本的提高。
發明內容
本發明的目的是提供一種高重頻ArF準分子激光器脈沖能量的高速、高精度控制系統。本發明設計了能量穩定閉環控制回路，提出一種放電電壓實時調節PI控制算法，從控制電源的角度進行脈沖能量穩定控制。本發明的技術方案如下
高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于包括有熱釋電探測器、運算放大電路、峰值保持電路、主控電路、PI控制算法，所述的主控電路的主控制器為內置A/D轉換模塊的單片機，所述的峰值保持電路包括有正峰值保持電路和負峰值保持電路，所述的熱釋電探測器將光信號轉化為電脈沖信號后經運算放大電路進行放大，再經峰值保持電路分別對放大后的電脈沖信號進行正、負峰值保持跟蹤，再通過單片機內置的A/D轉換模塊轉化為數字信號；單片機將正、負峰值轉化后的數字量相加后得到單次脈沖能量值對應的數字量，單片機利用PI控制算法計算出下次脈沖放電所需要的參考電壓數字信號后，單片機通過SPI串行通信將數字信號傳送至D/A轉換模塊轉化為模擬量后作用于高重頻ArF準分子激光器使用的全固態脈沖電源中的高壓直流電源或可控諧振充電模塊；所述的PI控制算法的表達式如下
權利要求
1.一種高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于包括有熱釋電探測器、運算放大電路、峰值保持電路、主控電路、PI控制算法，所述的主控電路的主控制器為內置A/D轉換模塊的單片機，所述的峰值保持電路包括有正峰值保持電路和負峰值保持電路，所述的熱釋電探測器將光信號轉化為電脈沖信號后經運算放大電路進行放大，再經峰值保持電路分別對放大后的電脈沖信號進行正、負峰值保持跟蹤，再通過單片機內置的A/D轉換模塊轉化為數字信號；單片機將正、負峰值轉化后的數字量相加后得到單次脈沖能量值對應的數字量，單片機利用PI控制算法計算出下次脈沖放電所需要的參考電壓數字信號后，單片機通過SPI串行通信將數字信號傳送至D/A轉換模塊轉化為模擬量后作用于高重頻ArF準分子激光器使用的全固態脈沖電源中的高壓直流電源或可控諧振充電模塊；所述的PI控制算法的表達式如下
2.根據權利要求I所述的高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于所述的PI控制算法表達式中的、K的值由matlab仿真結果得知·Λ” ^的值分別為O.2、0· 02時調節效果較好，所以& =0. 2 =0. 02ο
3.根據權利要求I所述的高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于所述的熱釋電探測器的探頭的響應波長為O. 15^3um,響應頻率高達5kHz，可測量范圍15uri0Jo
4.根據權利要求I所述的高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于所述的運算放大電路的運算放大器為AD548。
5.根據權利要求I所述的高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于所述的峰值保持電路的主芯片為PKDOl。
6.根據權利要求I所述的高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于所述的單片機為PIC16F873A單片機。
7.根據權利要求I所述的高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，其特征在于所述的D/A轉換模塊的芯片為高速數模轉換芯片DAC7731。
全文摘要
本發明公開了一種高重頻ArF準分子激光器脈沖能量控制系統，包括有熱釋電探測器、運算放大電路、峰值保持電路、主控電路、PI控制算法，主控電路的主控制器為單片機，熱釋電探測器將光信號轉化為電脈沖信號后經運算放大電路進行放大，再經峰值保持電路進行峰值保持跟蹤后通過A/D轉換模塊轉化為數字信號后輸入單片機，單片機利用PI算法計算出下次脈沖放電所需要的參考電壓數字信號后經DA模塊轉化為模擬量后作用于高重頻ArF準分子激光器使用的全固態脈沖電源中的高壓直流電源或可控諧振充電模塊。本發明提出的PI電壓調節算法能夠提高控制的精度，降低高重頻ArF準分子激光器的運行成本。
文檔編號H01S3/10GK102790348SQ201210103480
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者劉毅, 尹洪虎, 方曉東, 梁勖, 游利兵, 王慶勝, 王效順, 趙家敏 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所