專利名稱：高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及準(zhǔn)分子激光器領(lǐng)域，特別是用作光刻光源的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器(lklkHz)，具體涉及一種高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
193nmArF準(zhǔn)分子激光器是90nm節(jié)點(diǎn)以下集成半導(dǎo)體器件光刻生產(chǎn)的主流光源，ArF浸沒式技術(shù)更是將光刻節(jié)點(diǎn)縮小至22nm。目前，國際上先進(jìn)的光刻光源和光刻機(jī)技術(shù)都掌握在日、美等發(fā)達(dá)國家手里，我國的光刻生產(chǎn)設(shè)備以及高端集成電路器件基本上全部依賴進(jìn)口。并且，在關(guān)鍵技術(shù)和器件的引進(jìn)上，還面臨著發(fā)達(dá)國家的阻礙。為改變集成電路生產(chǎn)領(lǐng)域的受制于人的局面，我國在“十一五”期間啟動(dòng)了“極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項(xiàng)”，其中就包括高重頻、能量穩(wěn)定性高的光刻光源的研制。
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高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，高壓快放電使鹵素氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)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(wěn)定性直接影響著集成芯片電路關(guān)鍵尺寸的控制。要提高光刻質(zhì)量，對(duì)激光器脈沖能量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)是必需的。傳統(tǒng)的能量穩(wěn)定控制方法是通過補(bǔ)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(duì)高重頻運(yùn)行的激光器每個(gè)脈沖能量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)很有難度的。因?yàn)槭紫?，補(bǔ)氣調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢，不適合高重頻下應(yīng)用；其次，單次補(bǔ)氣量不易控制，精度不高；最后，高重頻運(yùn)行的激光器，氣體老化速度很快，頻繁的補(bǔ)氣或換氣將會(huì)造成生產(chǎn)成本的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量的高速、高精度控制系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了能量穩(wěn)定閉環(huán)控制回路，提出一種放電電壓實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PI控制算法，從控制電源的角度進(jìn)行脈沖能量穩(wěn)定控制。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于包括有熱釋電探測器、運(yùn)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(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)，所述的峰值保持電路包括有正峰值保持電路和負(fù)峰值保持電路，所述的熱釋電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)后經(jīng)運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)峰值保持電路分別對(duì)放大后的電脈沖信號(hào)進(jìn)行正、負(fù)峰值保持跟蹤，再通過單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；單片機(jī)將正、負(fù)峰值轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量相加后得到單次脈沖能量值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，單片機(jī)利用PI控制算法計(jì)算出下次脈沖放電所需要的參考電壓數(shù)字信號(hào)后，單片機(jī)通過SPI串行通信將數(shù)字信號(hào)傳送至D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為模擬量后作用于高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器使用的全固態(tài)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(dá)式如下
權(quán)利要求
1.一種高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于包括有熱釋電探測器、運(yùn)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(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換模塊的單片機(jī)，所述的峰值保持電路包括有正峰值保持電路和負(fù)峰值保持電路，所述的熱釋電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)后經(jīng)運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)峰值保持電路分別對(duì)放大后的電脈沖信號(hào)進(jìn)行正、負(fù)峰值保持跟蹤，再通過單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；單片機(jī)將正、負(fù)峰值轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量相加后得到單次脈沖能量值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，單片機(jī)利用PI控制算法計(jì)算出下次脈沖放電所需要的參考電壓數(shù)字信號(hào)后，單片機(jī)通過SPI串行通信將數(shù)字信號(hào)傳送至D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為模擬量后作用于高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器使用的全固態(tài)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(dá)式如下
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PI控制算法表達(dá)式中的、K的值由matlab仿真結(jié)果得知·Λ” ^的值分別為O.2、0· 02時(shí)調(diào)節(jié)效果較好，所以& =0. 2 =0. 02ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的熱釋電探測器的探頭的響應(yīng)波長為O. 15^3um,響應(yīng)頻率高達(dá)5kHz，可測量范圍15uri0Jo
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的運(yùn)算放大電路的運(yùn)算放大器為AD548。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的峰值保持電路的主芯片為PKDOl。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)為PIC16F873A單片機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，其特征在于所述的D/A轉(zhuǎn)換模塊的芯片為高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC7731。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器脈沖能量控制系統(tǒng)，包括有熱釋電探測器、運(yùn)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(jī)，熱釋電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)后經(jīng)運(yùn)算放大電路進(jìn)行放大，再經(jīng)峰值保持電路進(jìn)行峰值保持跟蹤后通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后輸入單片機(jī)，單片機(jī)利用PI算法計(jì)算出下次脈沖放電所需要的參考電壓數(shù)字信號(hào)后經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)化為模擬量后作用于高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器使用的全固態(tài)脈沖電源中的高壓直流電源或可控諧振充電模塊。本發(fā)明提出的PI電壓調(diào)節(jié)算法能夠提高控制的精度，降低高重頻ArF準(zhǔn)分子激光器的運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)H01S3/10GK102790348SQ201210103480
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)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(qǐng)人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所