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    • 专利摘要:
    一種用以在一兩腔室氣體放電雷射譬如一準分子雷射的腔室重填之後自動地進行氣體最佳化的系統和方法係被揭露。該雷射會被以一低功率輸出連續地發射，且若需要該放大器雷射腔室中的氣體會被放出，直到其放電電壓符合或超過一最小值而不會減降壓力至低於一最小值。該功率輸出會增加，且若需要該氣體會被再度放出，直到該電壓和壓力符合或超過該最小值。當雷射嗣會被以一脈衝群式樣發射，其近似該雷射在操作時的預期發射情況，且若需要該氣體會被放出，直到該放電電壓符合或超過該最小值且該輸出能量符合或超過一最小值，亦不會減降該腔室中的壓力至低於該最小值。當該等最小值被提供後，該製程會迅速地進行而無需人力介入。
    公开号:TW201312884A
    申请号:TW101123021
    申请日:2012-06-27
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Kevin Michael O'brien；Joshua Jon Thornes；Daniel Jason Riggs；Rui Jiang
    申请人:Cymer Inc；
    IPC主号:H01S3-00
    专利说明:
    兩腔室氣體放電雷射系統中自動氣體最佳化之系統及方法 相關申請案
    本案要請求2011年6月30日申請之No.13/174,640美國新型專利申請案的優先權，其名稱為“兩腔室氣體放電雷射系統中自動氣體最佳化之系統及方法”，代理人編號No.PA1120US，該案的完整內容併此附送。 發明領域
    本發明概有關於雷射系統。更具言之，本發明係有關在一重填操作之後來最佳化一譬如主振盪器功率放大器準分子雷射之兩腔室氣體放電雷射的腔室中之氣體者。 發明背景
    一種使用於光微影術的氣體放電雷射係被稱為準分子雷射。一準分子雷射典型會使用一惰氣，譬如氬、氪、或氙，與一反應氣體譬如氟或氯的一種組合。該準分子雷射之名係得自如下事實：在適當的電刺激和高壓條件下，一稱為準分子的假分子(或在惰氣鹵化物的情況下為一激發錯合物)會被造成，其只能存在於一激能狀態，並能產生紫外線範圍的雷射光。
    準分子雷射係被廣泛地使用於高解析度微影機器，因而成為一種微電子晶片製造所需的關鍵技術。目前該技術的現況，微影工具會使用來自KrF和ArF準分子雷射的深紫外光(DUV)，其分別具有248和193nm的額定波長。
    雖準分子雷射可被以一單腔室光源來構成，但矛盾的設計要求更高的功率和縮減的光譜帶寬意含該等單腔室設計的性能會有一折衷妥協。一種避免此設計妥協並改良性能的方法係利用兩個腔室。此可容許光譜帶寬和脈衝能量產生的功能分開；而各腔室能針對該兩個性能參數之一來被最佳化。
    此等兩氣體放電腔室準分子雷射通常係稱為主振盪器功率放大器，或“MOPA”雷射。除了能改良該光譜帶寬和脈衝能量，該兩腔室結構的效率能使MOPA雷射中的可消耗分子達到比單腔室光源中的同等分子更長的操作壽命。
    在各腔室中，當該光源橫越其電極放出能量來產生光時，該鹵素氣體，在ArF或KrF雷射的情況下係為氟，將會耗乏。此會使雷射效率減低，其係可由例如用以造成一指定脈衝能量所需的放電電壓增加而被看出。因該放電電壓具有一上限係由該硬體的物理限制所決定，故必須採取步驟來補充損耗的氟，俾使該電壓保持在此極限以下，並使該雷射能繼續妥當地操作。
    一種達成如此的方法係全部補滿該等腔室中的氣體，稱為重填，其中所有的氣體會被更換，而該雷射並不發射以使該腔室中的氣體成分回復到所需的混合比、濃度和壓力。但是，重填是極為煩擾的，因該雷射會在該重填過程中被關掉，故該等晶片的微影曝光亦必須在同時被以一受控的方式暫停，然後當該雷射再度操作時重新開始以避免該等晶片的不當處理。為此原因，典型會一次同時來重填兩個腔室以節省時間，雖然此並非必要的。
    一重填的需要可取決於一些複雜且通常是不可預知的變數，包括該光源發射式樣和能量，該光源模組的年齡，及其它精習於該技術之人所熟知者。為此原因，該重填典型係以一規則排程來進行，此可確保該光源操作絕不會由於該光源達到其操作極限而遭到不可預期的中斷。此一規則排程通常會使該等重填之間的時間造成非常保守的上限，因此某些在低脈衝用途操作的光源之使用者乃可能會等待一更長甚多的再重填時間週期，而不是由該簡單排程所提供者。
    因有增加的產出和光源可用性的需求，故曾有一些努力被進行來最小化光源再重填的中斷時間。一種達成此目的的方法係進行該等腔室中的氣體之一部份補充，稱為一注入，而非一全部重填。只要該雷射能夠繼續在特定參數內操作，則不必關掉該雷射來注入，且在該注入過程中晶片的處理可以繼續。但是，該雷射的性能仍會在經久之後傾向於改變，而使注入變得不能適當補償，因此重填仍會被以規則的時間間隔來進行。
    在一重填操作時，於該等雷射腔室中的剩餘氣體會被排空，然後新的氣體會被以一量引入該等腔室中，意圖達到一特定的壓力和氟濃度。在一重填結束時，該等雷射腔室中的氣體之壓力和濃度典型係由該雷射的特定類型和模式來決定(且可能甚至所有的兩腔室雷射皆為類似)，而不能將一特定雷射的特殊特徵納入考量，比如其年齡。
    因此，一重填可能會後繼進行氣體最佳化，其係欲能提供該特定雷射之初始操作的最佳氣體條件。最佳化該氣體容許該特定雷射能在其最有效率點來開始操作，而在須要另次重填之前可較長的操作。
    最佳化並不一定進行，部份係由於所需的時間。一重填和最佳化典型須費大約一小時或更多，且該雷射會被停止操作。而，是否進行最佳化典型係由各種基準來決定，譬如主雷射橫組是否曾經更換，或是否該雷射的性能有一可見的劣化。
    要最佳化該氣體時，一工程師會試射該雷射來決定其操作參數，特別是該放電電壓和輸出能量。若該雷射並非操作於所需參數內，則該工程師會調整該等腔室中的氣體，再進行另次試射。此會重複直到所需的操作參數被得到為止。
    在進行氣體最佳化時會有一些固有的問題。該最佳化製程典型是一種試驗錯誤法，因此即使是一有經驗的工程師要獲得最佳的氣體狀態亦會有些困難。此亦意指最佳化並不是可容易地重複的；不同的工程師可能會造成同一雷射的不同最佳化，且甚至單一的工程師亦不可能複製一先前的結果。最後，若造成錯誤，則可能須要重複該最佳化製程，而造成該雷射的額外暫停時間。
    一最佳化該氣體之更精確的方法應能緩減或消除許多或全部的此等問題，並容許該雷射在必須進行另次重填之前能操作一段較長的時間。且，一良好的最佳化會提供一較佳的基礎，而可據以來支持對該等雷射腔室之後續注入的計算。故較好是最佳化係被以一方式進行，其會為所用的特定雷射造成最有效率的氣體狀態。該所述的氣體最佳化可能以一自動的重填程序會特別地有效，其會提供一高度精確的氟濃度。 發明概要
    一種用以在一兩腔室氣體放電雷射譬如一MOPA準分子雷射的腔室已被重填之後來自動且精確地最佳化該功率放大器雷射腔室中的氣體之系統及方法係被揭露。某些需要的參數會被界定，且一控制器或處理器嗣會進行該最佳化而無需該使用者介入或動作。該雷射會在數個程序中被試射，且若需要，在每一程序期間，氣體會被由該放大器雷射腔室放出，以使該雷射的操作參數保持在界定的參數內至可能的範圍，而令該放大器雷射腔室中的氣體狀況儘可能接近於最佳如同該氣體重填結束時存在的狀況。
    在一實施例中，一兩腔室氣體放電雷射光源會被揭露，包含一主振盪器與一放大器，各該主振盪器和放大器皆有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素，及一氣體最佳化系統包含一控制器會在一重填之後自動地執行一氣體最佳化方案，該氣體最佳化方案包含：一第一程序其中該雷射會被呈連續模式以一第一速率和目標能量來發射，同時測量其放電電壓，且若該放電電壓低於一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值為止；一第二程序其中該雷射係被呈連續模式以一第二速率和目標能量發射，同時測量其放電電壓，且若該放電電壓低於該預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值為止；及一第三程序其中該雷射係被呈脈衝群以一目標能量來發射，同時測量其放電電壓和主振盪器輸出能量，且若該放電電壓低於該預定的最小值，或該輸出能量低於另一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓和該輸出能量係等於或大於該各自的預定最小值為止。
    在另一實施例中，一種在一具有一主振盪器和一功率放大器的兩腔室氣體放電雷射光源之該功率放大器雷射腔室中自動地最佳化該氣體的方法係被揭述，該各主振盪器和放大器皆有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素，該最佳化該氣體的方法包含以下步驟：呈連續模式以一第一速率和目標能量來發射該雷射，同時測量其放電電壓，且若該放電電壓低於一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值為止；呈連續模式以一第二速率和目標能量發射該雷射，同時測量其放電電壓，且若該放電電壓低於該預定的最小值，則由該放大器腔室放出該氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值為止；及以一目標能量呈脈衝群發射該雷射，同時測量其放電電壓和輸出能量，且若該放電電壓低於該預定的最小值，或該輸出能量低於另一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓和該輸出能量皆等於或大於其各自的預定最小值為止。
    又另一實施例揭露一種非暫時性的電腦可讀媒體有一程式體現其上，該程式係可被一處理器執行來進行一方法，用以在一具有一主振盪器和一功率放大器的兩腔室氣體放電雷射光源之該功率放大器雷射腔室中自動地最佳化該氣體者會被描述，該各主振盪器和放大器皆具有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素，該最佳化該氣體的方法包含以下步驟：呈連續模式以一第一速率和目標能量發射該雷射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓低於一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值為止；呈連續模式以一第二速率和目標能量發射該雷射，同時測量其放電電壓，且若該放電電壓低於該預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值為止；及以一目標能量呈脈衝群發射該雷射，同時測量其放電電壓和輸出能量，且若該放電電壓低於該預定的最小值，或該輸出能量低於另一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓和輸出能量皆等於或大於各自的預定最小值為止。 圖式簡單說明
    第1圖示出依據一實施例之用於一兩腔室氣體雷射譬如一MOPA準分子雷射的自動氣體重填系統100之一簡化方塊圖。
    第2圖為依據一實施例之一簡化流程圖，示出一兩腔室氣體雷射譬如一MOPA準分子雷射之一放大器雷射腔室的自動氣體最佳化方法的主要步驟。
    第3圖為一簡化流程圖，示出第2圖之一第一系統設定程序之一實施例的更詳細步驟。
    第4圖為一簡化流程圖，示出第2圖之一第二系統設定程序之一實施例的更詳細步驟。
    第5圖為一簡化流程圖，示出第2圖之一主最佳化程序之一實施例的更詳細步驟。 較佳實施例之詳細說明
    本申請案揭述一種用以在一兩腔室氣體放電雷射譬如一MOPA準分子雷射的腔室重填之後自動且精確地最佳化該放大器腔室中的氣體之系統及方法。預期一完全自動的最佳化製程將會造成增加的精確度並緩減或消除許多與人為最佳化相關聯的問題。
    當某些所界定的參數被引入時，該製程會例如由一控制器來進行，而不必該使用者的介入或動作。該雷射會在數個程序中被試射，且在每個程序時，假使需要，氣體會被由該放大器雷射腔室放出，以使該雷射的操作參數保持在所界定的參數內至可能的程度。此會使該放大器雷射腔室中的氣體狀況能盡可能地接近於最佳如同該氣體重填結束時存在的狀況。
    一種用於一兩腔室氣體雷射譬如一MOPA準分子雷射的氣體補充系統100之一簡化方塊圖係被示於第1圖中。該MOPA準分子雷射具有一主振盪器102含有一雷射腔室，及一功率放大器104亦含有一雷射腔室。在操作時，該主振盪器102會造成一第一雷射束106，其會被送至該功率放大器104，在該處其會被強化，而造成一增強的雷射束108，其會被輸出至一掃描機器(未示出)以供用於微影術。
    各雷射腔室皆含有一氣體混合物；例如，在一所予的準分子雷射中各雷射腔室可能含有一鹵素，比如氟，以及其它氣體譬如氬、氖，且可能有其它者，它們係有不同的部份壓力會加總成一總壓力P。氣瓶110和112等係經由閥114等連接於該主振盪器102和功率放大器104，以容許在需要時用來補充該等雷射腔室中的氣體。在一ArF雷射中，氣瓶110典型可包含一氣體混合物，包括氟、氬和一或更多其它的稀有氣體，乃稱為一“M1混合物”或“三混物”，而氣瓶112可包含一氬與一或更多其它氣體的混合物，但沒有氟，乃稱為一“M2混合物”或“雙混物”。一控制器116，譬如一處理器或邏輯電路，會在一重填或注入時操作該等閥114來將氣體由瓶110和112送入該主振盪器102及功率放大器104的雷射腔室中，或當須要時將氣體由該等雷射腔室放出。放出的氣體典型不會回到該等氣瓶中而會在118被排除。
    如該技術中所習知，二個氣瓶會被需要，因於氣瓶110中的氟是在一特定的部份壓力，其典型係比雷射操作所需者更高。為能以一適當的較低部份壓力將該氟加入該主振盪器102或功率放大器104的雷射腔室中，在瓶110中的氣體必須被稀釋，而在瓶112中的不含鹵素氣體即供用於此目的。
    雖未示出，閥114等典型是每一雷射腔室會包含二個閥，一個“注入”閥可容許氣體以一第一速率進入和流出各腔室，及一個“腔室充填”閥會容許氣體以一較快的第二速率進入和流出各腔室。
    如上所述，當該等雷射腔室進行重填時，在該等腔室中的全部氣體皆會被更換，且會企圖使各腔室中達到一特定的壓力和氟濃度。因為重填對所有某一指定模式的全部雷射典型係為相同的，一重填有時會接著氣體最佳化，因此該氣體的狀況會被針對相關的特定雷射最佳化。如前所述，此通常可由一工程師來完成，其會試射該雷射，觀察操作參數，並企圖調整一或兩個雷射腔室中的氣體狀況以補償任何與所需參數的偏差。此等調整典型係以人力來為之，而有賴該工程師的經驗和判斷。
    如同此等習知的人為最佳化過程，於此所述的自動最佳化程序會在該等雷射腔室被重填之後來進行。在所述實施例中，該主振盪器雷射腔室中的氣體於該重填之後會保持固定，而只有該放大器雷射腔室中的氣體會被調整。因該放大器雷射腔室可推定在該重填結束時會含有一所需的氟濃度，而在最佳化時只容許氣體排出；故在此時沒有注入會被允許，因為它們可能會改變氟濃度。
    此方法典型係以軟體實施，在一處理器中進行，譬如第1圖中的控制器116，其會接收某些參數，包括該等腔室中的溫度和壓力測量值作為輸入，並控制該等閥的操作。
    第2圖為一簡化的流程圖，示出在一兩腔室氣體雷射譬如一MOPA準分子雷射之功率放大器腔室中用以自動地最佳化氣體的製程之一實施例。如圖所示及如下所述，該製程包含兩種各別的程序，一系統設定程序會進行兩次(步驟201和202)，及一主最佳化程序(步驟203)。
    當最佳化時，會企圖來獲得一固定的能量輸出；但是，此並非恆是可能的，且在某些情況下該輸出能量將會比所需者更高。為此原因，為了防止損及該雷射系統的光件，在該第一設定程序時該雷射會被以一非常低的頻率操作，來造成一低輸出功率。當明顯地該雷射係妥確地操作時，該第二設定程序可被以一較高的輸出功率來進行，然後該主最佳化程序可被以近似該雷射操作時的預期輸出功率來進行。
    在一實施例中，於該系統設定程序時該雷射係以連續模式操作，其中該雷射會連續地發射脈衝，而非呈一脈衝群模式其中該雷射會發射成組群的脈衝，雖此並不須要。例如，一雷射被設計成能呈連續模式以一6千赫(kHz)的脈衝率，即每秒6000個脈衝，來產生每個10毫焦耳(mJ)的脈衝，則被視為具有一60W的最大預定輸出，而一能以相同速率來產生每個15mJ的脈衝者係被額定為輸出90W。在某些情況下，此一雷射將容許一使用者選擇一較高的脈衝能量。雖該使用者可推測地亦會選擇一較低的脈衝率，若該雷射係呈連續波模式以一在6kHz速率的較高脈衝能量來開始操作，則對該雷射的損害將可能產生。故，該設定程序會以一被選擇能確保該輸出功率會遠低於該雷射之最大預定輸出的速率來開始，除非該氣體被最佳化成容許該輸出。
    請瞭解於此所述的各種數值係以來自加州聖地牙哥之Cymer公司的某些MOPA雷射所使用者，雖許多其它的雷射亦會使用類似之值。一精習於該技術者能夠將所述的原理應用於來自其它製造商的準分子雷射，或具有不同操作值的雷射。
    因該第一設定程序的低輸出能量可能偏出正常的操作參數之外，故能量輸出的錯誤警示可被消止，或者僅是不理會。同樣地，針對波長和帶寬偏出正常操作外的警示亦可在該最佳化過程中被消止或忽略。
    請轉至第2圖，如前所述，在步驟201時一第一設定程序會以一低頻率進行。在一實施例中使用所述的60W雷射之例能夠以一6kHz的脈衝率產生每個10mJ的脈衝，該第一設定程序可能以例如200Hz來進行。
    如前所述，該200Hz的速率係被選來確保該第一設定程序時該輸出功率會足夠地低，俾得能無損於該系統的光件。以一10mJ脈衝之200Hz的連續脈衝率來進行該第一設定程序將會產生一2W的輸出功率。此係遠低於60W的額定輸出，且低得足以不會損及該雷射的光件，即使若最初所產生的脈衝係在每個10mJ以上的能量。一精習於該技術者將會瞭解該脈衝率乃可依據一係為該最佳化製程之標的的特定雷射之參數而被改變。
    在步驟202時，一第二設定程序會藉增加該連續脈衝率以增加的雷射輸出功率來進行。例如，該脈衝率可增加10倍成為2000Hz，而在上述之例中產生一20W的輸出功率。
    在步驟203時，最佳化會藉進行該主最佳化程序而來完成。如後所述，該主最佳化程序較好係以一目標輸出功率來進行，其係近似預期該雷射將會被操作的輸出功率。每個此等程序將會被更詳細地說明。
    第3圖為一流程圖，更詳細地示出該第一設定程序201之一實施例的步驟。在步驟301時，如前所述，該雷射會被以一所擇的速率以一固定的脈衝能量輸出或目標以連續模式發射，來造成一遠低於該額定功率的功率輸出，該額定功率是該雷射在生產操作時預期會被使用者。如前所述，針對一最大脈衝率為6kHz，且每個脈衝的能量為10mJ的雷射，該第一設定程序可例如被以200Hz來進行。
    嗣，在步驟302時，用以造成10mJ之所需輸出能量的雷射脈衝所需的放電電壓會被測量，且該功率放大器雷射腔室中的壓力會被測量。在步驟303時，會判定該功率放大器腔室中的壓力是否大於或等於一最小值PMIN。
    若所測得的壓力係低於PMIN，則一警示會在步驟304發送給使用者，且該製程會在步驟307前進至第二設定程序。
    若該壓力係等於或高於PMIN，則嗣會在步驟305判定該放電電壓是否大於或等於一最小值VMIN。若該電壓等於或超過VMIN，則該製程會在步驟307再度前進至第二設定程序。
    若在步驟305時該電壓不是大於VMIN，則在步驟306時該放大器雷射腔室氣體會被放出而以一固定的增量減低該壓力。放出氣體會減低該壓力，其會增加該放電電壓。在一數秒的等待以容許瞬變，於一實施例中為3秒之後，該製程會回到步驟302，且該電壓和壓力會再次被測量。當再度達到步驟305時，若該放電電壓現已大於或等於VMIN(且該壓力大於PMIN)，則該製程會在步驟307再次移至該第二設定程序。
    若該放電電壓仍低於VMIN，則步驟306會被重複，且該氣體會被再度放出，而該製程會再回到步驟302來測量該放電電壓和壓力。在一實施例中，該氣體係每次以相同的增量被排出；而在其它實施例中該排放增量可在每次重複時改變；例如依據前次排氣所造成之該放電電壓的變化。步驟302、303、305和306會被重複，直到有一種導至步驟307的狀況且該第二設定程序發生，即該壓力小於PMIN，或該壓力係大於或等於PMIN，且該放電電壓係大於或等於VMIN。
    在一實施例中，由該放大器雷射腔室排出氣體係藉開啟該放大器雷射腔室的充填閥一固定的時間來完成，而非企圖去測量壓力的實際減降。該系統可提供一該閥被開啟時間的免誤值，或容許該使用者設定一值。
    該等VMIN和PMIN之值會被設定成能確使該雷射保持在安全的操作參數內。該雷射的物理性質會指定一最小的安全放電電壓；若該電壓比此更低，則係為該雷射的輸出能量太高之一徵兆，且該放電電壓會被驅降以將該輸出能量拉下。由於此情況可能造成對該雷射的損害，故若該放電電壓低於此最小值，則該雷射典型會自動關閉。為確保此放電電壓值不會達到，VMIN會被設成比該物理限制更高，在一實施例中係約為50V。
    同樣地，該雷射的物理性質亦會指定一最小壓力，低於此則該雷射將不能安全地操作。故該PMIN之值亦被設成高於此壓力，在一實施例中係約為15kPa。該排氣時間，於此例中為0.6秒，係被設成使一排氣會造成一小於15kPa的壓力減降，因此若在步驟303時該壓力係被判定為高於PMIN，且一排氣嗣會發生，但該壓力將仍會高於該雷射之安全操作所需的物理限制。
    在一實施例中，係有VMIN和PMIN的免誤值，例如VMIN為910V，而PMIN為220kPa。在其它實施例中，使用者可改變此等參數。
    第4圖為一流程圖更詳細地示出該第二設定程序202之一實施例的步驟。該第二設定程序係幾乎相同於第3圖的第一設定程序。在步驟401時，該雷射會再度呈連續模式被發射，但以一較高的脈衝率，而造成一較高的輸出功率。但是，在一實施例中，該第二設定程序可仍然以一比該雷射在正常操作時所預期者更低的輸出功率來進行。
    在一實施例中，於該第二設定程序時該雷射係以一10倍於最初速率的脈衝率來進行，即在此例中為2000Hz，或10倍於該第一設定程序的200Hz。假設上述之例每個脈衝能量為10mJ，則此將會增加預期的輸出功率至20W，仍遠低於該雷射的額定輸出，且亦可能低於該雷射在操作時的正常預期輸出能量。每個脈衝的目標能量較好係於該等程序中全部皆為固定不變，唯若需要則此亦可被改變。
    該脈衝率會影響所須的放電電壓，其係預期會在該第二設定程序的較高速率，於此為2000Hz，時減低。故，雖該放電電壓可能會在該第一設定程序時超過VMIN，但其可能在該第二設定程序時減降，因此必須使更多的氣體被排出，俾在較高的重複率時升高該放電電壓使其高於VMIN。
    在第4圖中所示的步驟係如同第3圖中所示者，且該第二設定程序會以如同於前參照該第一設定程序所述的方式來進行。但現在，當該第二設定程序的結束在步驟407達成時，該製程會進入該主最佳化程序。故，於第二設定程序期間，在某時點則該放電電壓將會等於或大於VMIN，且該壓力等於或大於PMIN，或該壓力將會減至PMIN以下。任一該等情況皆會終止該第二設定程序，且該製程會在步驟407前進至該主最佳化程序。
    當該第二設定程序完成後，該氣體狀況係足以防止該主最佳化程序對該雷射造成損害。嗣該主最佳化程序會進行來最佳化該氣體狀況以供用於該雷射的預期操作情況。
    第5圖為該主最佳化程序之一實施例的簡化流程圖。於該主最佳化程序時，該雷射係被以一脈衝群式樣來發射，而非以該設定程序時的連續波模式。在步驟501時，一脈衝群式樣會被選出。該脈衝群式樣係欲圖近似該預期的輸出功率及該雷射將會如何實際地被一典型的顧客發射，且在某些情況下該式樣係代表該雷射製造商相信會在操作時產生最佳性能者。
    一脈衝群式樣典型係由三個參數來界定，即重複率，該脈衝群的長度，及脈衝群之間的時間。一該主最佳化程序的脈衝群式樣可被由該雷射製造商或使用者來選擇，但一免誤設定可被儲存於記憶體中，且一旦選定後則不會在該最佳化程序中改變。例如，假使上述雷射要以6kHz的最大速率來產生每個10mJ的脈衝至一60W的最大預定輸出，則可使用一脈衝群式樣其每一脈衝群有600個脈衝，而速率為6kHz且各脈衝群間隔100ms。此代表一最大脈衝率之50%的工作循環，因此若每個脈衝有10mJ，則其功率輸出將是30W。
    在步驟502時，該放電電壓會再度被測量，且現在會在步驟503相較於一最大電壓VMAX。若該電壓超過VMAX，則該程序會終結，因此時的氣體狀況是該最佳化程序所能得到的最佳結果。在一實施例中，於步驟504時一警示亦可被發送給使用者表示該電壓太高，因此若有需要該使用者可繼續監視該雷射腔室壓力。
    如同VMIN和PMIN，乃已知有一由該雷射的物理限制所界定的真正最大放電電壓。其亦已知當操作時，若氟被消耗掉則該放電電壓會傾向於增加。故，該VMAX之值係被設成遠低於該雷射的物理限制，以容許操作時電壓增加。例如，一雷射可能有一物理限制在大約1150V，且VMAX可能被設成降低100V或為1050V，而如上所述，此一雷射的VMIN可能為大約910V。
    若該電壓不超過VMAX，則在步驟505時該放電電壓會再度被測量，因其是該主振盪器的輸出能量。在步驟506時，該放電電壓會再度被相較於上述設定程序中所用的同一最小電壓VMIN，唯若需要其亦可被相較於一不同的參考值。該主振盪器能量亦會被相較於一最小值EMIN。若該放電電壓係等於或大於VMIN，且該主振盪器能量係等於或大於EMIN，則該程序會再度終結，同樣因為此乃該最佳化程序所能達到的最佳結果。
    若該放電電壓或該主振盪器能量並不符合其各自的最小值，則在步驟507時，於該功率放大器雷射腔室中的氣體壓力會再度被測量。在步驟508時，會判定是否該氣體壓力已減降低於上述設定程序中所用的同一PMIN之值。若該壓力係低於PMIN，則一警示會再次於步驟510發出，且該最佳化程序會再度結束。
    但是，若該放大器雷射腔室中的壓力仍等於或超過PMIN，則在步驟509時該放大器雷射腔室中的氣體會被排出，仍是以一固定增量。如前所述，此乃可藉開啟該充填閥一固定的時間來完成。當該壓力減少時該放電電壓將會再度增加，此亦會使該主振盪器能量增加。在短暫等待之後，例如5秒鐘以讓瞬變安定，該程序會回到步驟502，且該放電電壓會再度被測量。步驟502至509會被重複，直到有一出離點達到為止。
    在該主最佳化程序中所用的VMIN和PMIN之值，為了同樣的理由，乃可如同該等設定程序中所使用者，即為對該雷射的安全操作限制提供充分的裕度。
    於此時該放大器雷射腔室中的氣體係可視為已針對該特定雷射的正常脈衝群模式操作來被最佳化，且正常的操作可在壓力和氟濃度的最佳可能狀況下來進行。該最佳氣體狀況會提供一良好的基礎以便後續將含氯氣體注入該腔室中來補償該雷射操作時消耗的氯，並使該雷射在需要一全部重填之前能操作更久一些。進行此等注入的各種方法係為精習於該技術者所泛知。
    實務上，於此所述之自動氣體最佳化程序只會使重填該等雷射腔室所費的時間增加少於5分鐘。以一自動重填程序，一完全重填及最佳化可在25分鐘以內完成，相較地習知技術的重填和人為最佳化須要一小時或更久。又，所述的最佳化程序在該自動重填程序造成一高度精確的氟濃度時，將會造成最佳的可能初始氣體狀況。
    根據測試，相信一依據所述方法的自動最佳化程序能在該放大器雷射腔室中獲得一最佳的氣體狀況，其係難以人為最佳化程序來達成者。此外，此一自動最佳化程序並不需要一工程師的另外調整，且只會造成一非常低量的過多氣體必須被由該等雷射腔室排出。
    上述的系統和方法亦可為一種有價值的診斷工具，因在氣體最佳化之後該等雷射參數的最終值，例如電壓、主振盪器能量等，對判斷該雷射的狀況是很重要的。在該雷射的使用壽命期間追踪每次氣體最佳化的結果能對該雷射長期如何演變提供有價值的資訊，且可能對未來的雷射之設計和改良是有價值的。
    所揭的方法和裝置已被參照數個實施例說明如上。其它實施例將可為精習該技術者參閱本揭露之後顯而易知。所揭方法和裝置的某些態樣可使用不同於以上實施例中所述的構造或步驟，或配合不同的元素或附加於上述元素來被輕易實施。
    例如，精習於該技術者將可瞭解，雖該較佳實施例係為一主振盪器功率放大器多腔室準分子或分子氟氣體放電雷射系統(“MOPA”)，但預期該系統和方法亦可被用於其它的振盪器/放大器構造，譬如一主振盪器功率振盪器(“MOPO”)，一功率振盪器功率放大器(“POPA”)或一功率振盪器功率振盪器(“POPO”)構造，或類似者等。亦請瞭解在每一該等構造中，該第一振盪器級的輸出會在第二級被以某種方式增強，而不論該第二級是一功率放大器或一功率振盪器。
    同樣地，除非對本說明書或所附申請專利範圍中之一主振盪器級或腔室(“MO”)及/或一功率放大器級或腔室(“PA”)有明白地相反表示，否則應要視為廣泛得足以涵蓋任何可將一輸出饋入任何放大器第二級或放大腔室的振盪器第一級或腔室，且該振盪器腔室或振盪器級用語係廣泛得足以涵蓋任何該振盪器級，且該放大器腔室或級用語係廣泛得足以涵蓋任何該放大器級。
    亦請瞭解所述的方法和裝置能被以許多方式來實施，包括一製程，一裝置，或一系統。所述的方法可藉用以指示一處理器來執行該等方法的程式指令來實施，且該等指令係記錄在一電腦可讀儲存媒體中，譬如一硬碟驅動器、軟碟、光碟比如一CD或數位多用途光碟(DVD)，快閃記憶體等。假使需要，該等方法亦可被併入硬線邏輯中。應請瞭解所述方法的步驟之順序可被改變而仍在本揭露的範圍內。
    該等實施例之這些及其它的變化係欲要被本揭露所涵蓋，其係僅由所附申請專利範圍來限制。
    100‧‧‧氣體補充系統
    102‧‧‧主振盪器
    104‧‧‧功率放大器
    106‧‧‧第一雷射束
    108‧‧‧增強的雷射束
    110，112‧‧‧氣瓶
    114‧‧‧閥
    116‧‧‧控制器
    118‧‧‧排氣
    201~203，301~307，401~407，501~510‧‧‧各步驟
    第1圖示出依據一實施例之用於一兩腔室氣體雷射譬如一MOPA準分子雷射的自動氣體重填系統100之一簡化方塊圖。
    第2圖為依據一實施例之一簡化流程圖，示出一兩腔室氣體雷射譬如一MOPA準分子雷射之一放大器雷射腔室的自動氣體最佳化方法的主要步驟。
    第3圖為一簡化流程圖，示出第2圖之一第一系統設定程序之一實施例的更詳細步驟。
    第4圖為一簡化流程圖，示出第2圖之一第二系統設定程序之一實施例的更詳細步驟。
    第5圖為一簡化流程圖，示出第2圖之一主最佳化程序之一實施例的更詳細步驟。
    501~510‧‧‧各步驟
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] 一種兩腔室氣體放電雷射光源，包含：一主振盪器具有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素；一放大器具有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素；一氣體最佳化系統包含一控制器會在該放大器雷射腔室中的氣體之一重填後自動地執行一最佳化方案，該最佳化方案包含：一第一程序其中該雷射會被以一第一速率和目標能量呈連續模式發射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓係低於一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值；一第二程序其中該雷射會被以一第二速率和目標能量呈連續模式發射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓係低於該預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值；及一第三程序其中該雷射會被以一目標能量呈脈衝群發射同時測量其放電電壓和主振盪器輸出能量，且若該放電電壓係低於該預定的最小值，或該輸出能量係低於另一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓和該輸出能量皆等於或大於各自的預定最小值。
    [2] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中該鹵素包含氯。
    [3] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中於該第一程序期間該雷射被發射的速率會被計算以造成一大約為該雷射的最大功率輸出之數個百分比的功率輸出。
    [4] 如申請專利範圍第3項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中於該第二程序期間該雷射被發射的速率係大約10倍於該雷射在第一程序期間被發射的速率。
    [5] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中於該第三程序期間由該雷射發射的脈衝群會被計算以造成一功率輸出，其係大概等於該雷射在正常操作時預期會產生的功率輸出。
    [6] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中該最佳化方案更包含以決定的增量由該放大器腔室放出氣體。
    [7] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中該最佳化方案更包含在該第一程序期間測量該放大器腔室中的壓力，且若該壓力減降至一預定值以下，則停止該第一程序並開始第二程序。
    [8] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中該最佳化方案更包含在該第二程序期間測量該放大器腔室中的壓力，且若該壓力減降至一預定值以下，則停止該第二程序並開始該第三程序。
    [9] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中該最佳化方案更包含在該第三程序期間測量該放大器腔室中的壓力，且若該壓力減降至一預定值以下，則停止該第三程序。
    [10] 如申請專利範圍第1項之兩腔室氣體放電雷射光源，其中該最佳化方案更包含若在該第三程序期間該放電電壓大於一預定的最大值則停止該第三程序。
    [11] 一種自動地最佳化一兩腔室氣體放電雷射光源之放大器雷射腔室中的氣體之方法，該雷射光源具有一主振盪器及一放大器，該主振盪器和放大器各具有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素，該方法包含以下步驟：以一第一速率和目標能量呈連續模式發射該雷射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓係低於一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值；以一第二速率和目標能量呈連續模式發射該雷射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓係低於該預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值；及以一相標能量呈脈衝群發射該雷射同時測量其放電電壓和輸出能量，且若該放電電壓係低於該預定的最小值，或該輸出能量係低於另一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓和該輸出能量皆等於或大於各自的預定最小值。
    [12] 如申請專利範圍第11項之方法，其中該鹵素包含氟。
    [13] 如申請專利範圍第11項之方法，其中於該第一程序期間該雷射被發射的速率會被計算以造成一大約為該雷射的最大功率輸出之數個百分比的功率輸出。
    [14] 如申請專利範圍第13項之方法，其中於該第二程序期間該雷射被發射的速率係大約10倍於該雷射在第一程序期間被發射的速率。
    [15] 如申請專利範圍第11項之方法，其中於該第三程序期間由該雷射發射的脈衝群會被計算以造成一功率輸出，其係大概等於該雷射在正常操作時預期會產生的功率輸出。
    [16] 如申請專利範圍第11項之方法，其中該最佳化方案更包含以決定的增量由該放大器腔室放出氣體。
    [17] 如申請專利範圍第11項之方法，其中該最佳化方案更包含在該第一程序期間測量該放大器腔室中的壓力，且若該壓力減降至一預定值以下，則停止該第一程序並開始第二程序。
    [18] 如申請專利範圍第11項之方法，其中該最佳化方案更包含在該第三程序期間測量該放大器腔室中的壓力，且若該壓力減降至一預定值以下，則停止該第二程序並開台該第三程序。
    [19] 如申請專利範圍第11項之方法，其中該最佳化方案更包含在該第三程序期間測量該放大器腔室中的壓力，且若該壓力減降至一預定值以下，則停止該第三程序。
    [20] 如申請專利範圍第11項之方法，其中該最佳化方案更包含若在該第三程序期間該放電電壓大於一預定的最大值則停止該第三程序。
    [21] 一種非暫時性電腦可讀的媒體具有一程式體現其上，該程式可被一處理器執行來進行一種自動地最佳化一兩腔室氣體放電雷射光源之放大器雷射腔室中的氣體之方法，該雷射光源具有一主振盪器及一放大器，該主振盪器和放大器各具有一雷射腔室含有一雷射媒介氣體包含一鹵素，該方法包含以下步驟：以一第一速率和目標能量呈連續模式發射該雷射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓係低於一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值；以一第二速率和目標能量呈連續模式發射該雷射同時測量其放電電壓，且若該放電電壓係低於該預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓係等於或大於該最小值；及以一相標能量呈脈衝群發射該雷射同時測量其放電電壓和輸出能量，且若該放電電壓係低於該預定的最小值，或該鯆出能量係低於另一預定的最小值，則由該放大器腔室放出氣體，直到該放電電壓和該輸出能量皆等於或大於各自的預定最小值。
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