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    • 专利摘要:
    本發明提供一種在兩腔室氣體放電雷射(諸如準分子雷射)之雷射腔室中自動實施高精度氣體注射的系統及方法。一種數學模式將注射後雷射腔室中之鹵素氣體的數量與注射前存在之鹵素氣體的數量、經注射之鹵素氣體的數量與腔室中鹵素氣體的消耗速率相關連。於起始數目之注射中，固定數量之鹵素氣體被加入腔室內以讓暫時性效應得以解決，其後，根據該模式計算要被注射之鹵素氣體數量以獲得注射後該鹵素氣體所欲數量的結果。注射後進行測量以更新鹵素氣體存在之真正數量與鹵素氣體之消耗速率。
    公开号:TW201316632A
    申请号:TW101130987
    申请日:2012-08-27
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Daniel J Riggs
    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高精度氣體注射之系統及方法 相關申請案之交互參考
    本申請案主張2011年9月30日提出之美國發明專利申請案序號第13/251,181號(名稱「用於兩腔室氣體放電雷射系統中高精度氣體注射之系統及方法」，代理人案號第PA1091US號)的優先權，因此其整個內容併入此處做為參考。 發明領域
    本發明大致關於一種雷射系統。更特定地，本發明與反應性氣體注射進入氣體放電雷射(諸如兩腔室主震盪功率放大器準分子雷射)之腔室有關。 發明背景
    已知一種用於光蝕刻之氣體放電雷射類型為準分子雷射。準分子雷射典型上利用鈍氣(諸如氬、氪或氖)與反應性鹵素氣體(諸如氟或氯)之組合。準分子雷射的名稱來自於，在適當之電氣激發及高壓的狀況下，產生一種叫做準分子(或者，在鈍氣鹵化物的案例中，叫做激發錯合體(exciplex))的擬似分子(pseudo-molecule)，其僅可存在於激能態且可生成位於紫外線範圍的雷射光。
    準分子雷射廣泛用於高解析光蝕刻機械中，且因此成為微電子晶片製造所需要的關鍵技術之一。現階段技術水準之微影術工具使用來自KrF及ArF準分子雷射的深紫外線(DUV)，其等分別具有248及193奈米之標稱波長。
    雖然所建造之準分子雷射可具有單一腔室光源，然而更大功率及更小光譜頻寬的衝突性設計需求意味著在這種單一腔室之設計中效能必須妥協。一種避免這種設計妥協且同時增進效能的方式為使用兩個腔室。如此讓光譜頻寬功能與脈衝能量生成功能分離；各個腔室就該兩種效能參數之一達到最佳化。
    這種雙重氣體放電腔室之準分子雷射常稱為主震盪功率放大器或“MOPA”雷射。除了改良光譜頻寬及脈衝能量之外，雙重腔室建構之效率可使得MOPA雷射中之可消耗模組能夠比單一腔室光源中之相對應模組達到更長的操作壽命。
    在各腔室中，當光源橫過其電極釋放能量以產生光線時，鹵素氣體(於ArF或KrF雷射案例中為氟)會耗盡。如此造成雷射效率的降低，例如，可以見到創造一給定所欲脈衝能量所需要之放電電壓的增加。由於放電電壓具有硬體物理學上侷限所決定之上限，所以必須採取步驟以補充失去的氟，以使得電壓保持在此限制之下且雷射的功能持續正常地運作。
    完成這種工作的一種方式為完全補充腔室中的氣體，稱做重灌，其中在雷射未發動時替換所有的氣體以讓腔室中之氣體含量回到所欲的混合、濃度及壓力。然而，重灌相當具有破壞性，因為於重灌過程期間雷射必須關閉，因此半導體晶圓的微影曝光也必須同時以經控制的方式被迫暫停，然後當雷射可以再次操作時，再重新啟動微影曝光以避免晶圓的不當加工。為此緣故，典型上一次重灌兩個腔室以節省時間，雖然這不是必要的。
    重灌的需求依賴數個複雜且常是無法預測的變數決定，包括光源發射模式及能量、光源模組的使用時間及其他習於此藝者所知悉的因素。因此，重灌典型上依規則的時程表完成，其可確保光源的運作不會遭受預期之外的打斷(由於光源達到操作上限制之故)。此種規則性的時程表對於兩次重灌之間的時間大致造成了非常固定的上限，如此對於兩次重灌之間的時間間隔，比起簡單時程表所提供者，一些低脈衝使用下之光源操作的使用者可能要等待遠為長久的時間。
    由於產率增加及光源可利用性的需求，已經努力地希望將用於重灌之光源停止減至最低。一種方法是藉由實施腔室中氣體之部分補充(稱作注射)而不是完全重灌來達成。只要雷射在某些參數範圍內能夠持續操作，就不必為了注射而關閉雷射，因此於注射過程期間仍可繼續加工。
    對於注射之安排，包括，例如，如何決定何時進行注射及該注射所提供之鹵素氣體的數量，已經描述於許多習知之方法及系統中。參見，例如，本申請案受讓人所擁有之美國專利第7,741,639號及第7,835,414號。然而，直到現在仍然難以精確估計主震盪器腔室與功率放大器腔室兩者中之鹵素氣體的消耗，因此難以計算應該被注射入各個腔室的氣體數量。
    更精確的注射可讓雷射在必須執行另一次重灌及/或注射之前運作更長的時間。再者，精確的注射提供較佳的基礎，基於這個基礎可進行後續注射至雷射腔室的計算。因此，所欲的是，以一種可造成高精度之氣體濃度的方式來實施注射。 發明概要
    所揭露的是一種在兩腔室氣體放電雷射(諸如準分子雷射)之雷射腔室中自動實施高精度氣體注射的系統及方法。一種數學模式將注射後雷射腔室中之鹵素氣體的數量與注射前存在之鹵素氣體的數量、經注射之鹵素氣體的數量與腔室中鹵素氣體之消耗速率相關連。於起始數目之注射中，固定數量之鹵素氣體被加入腔室內以讓暫時性效應得以解決，其後，根據該模式計算要被注射之鹵素氣體數量以獲得注射後該鹵素氣體所欲數量的結果。注射後進行測量以更新鹵素氣體存在之真正數量與鹵素氣體之消耗速率。
    於一實施例中，描述的是一種雙重腔室氣體放電雷射光源，其包括一主震盪器及一放大器，各該主震盪器及放大器具有包含雷射介質氣體之雷射腔室，該雷射介質氣體包括鹵素，及一氣體補充系統，該氣體補充系統包括以規則性間隔執行補充計劃之控制器，該補充計劃包括：基於注射時機前該腔室中鹵素氣體的數量與注射時機期間加入該腔室之鹵素氣體的數量，製作關於該注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式；於第一數目之注射時機後，測量該雷射光源之參數以估計該注射時機後之該腔室中鹵素氣體的數量，並基於該參數之測量值更新該數學模式；就大於該第一數目之第二數目的注射時機，在各次注射時機，將固定量之含非鹵素氣體與固定量之該含鹵素氣體注射入所選擇之雷射腔室中；及於該第二數目之注射時機後，在各次注射時機，將固定量之含非鹵素氣體與一定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中，該一定量之含鹵素氣體預期會於該注射時機後，在該腔室中達成所欲之鹵素氣體數量。
    於另一實施例中，描述一種在雙重腔室氣體放電雷射光源中補充氣體之方法，該光源具有一主震盪器及一放大器，各該主震盪器及放大器具有包含雷射介質氣體之雷射腔室，該雷射介質氣體包括鹵素，該方法包括下列步驟：選擇多個以規則性間隔發生之注射時機；基於注射時機前該腔室中之鹵素氣體的數量及於注射時機期間加入該腔室之鹵素氣體的數量，製作該注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式；於第一數目之注射時機後，測量該雷射光源之參數以估計該注射時機後該腔室中之鹵素氣體的數量，並基於該參數之測量值更新該數學模式；就大於該第一數目之第二數目的注射時機，在各次注射時機，將固定量之含非鹵素氣體與固定量之該含鹵素氣體注射入所選擇之雷射腔室中；及於該第二數目之注射時機後，在各次注射時機，將固定量之含非鹵素氣體與一定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中，該一定量之含鹵素氣體預期會於該注射時機後，在該腔室中達成所欲之鹵素氣體數量。
    又一實施例揭露一種非暫態電腦可讀取式媒體，其上收錄有一程式，該程式可藉由處理器執行以實施在雙重腔室氣體放電雷射光源中自動補充氣體的方法，該雷射光源具有一主震盪器及一放大器，各該主震盪器及放大器具有包含雷射介質氣體之雷射腔室，該雷射介質氣體包括鹵素，該方法包括下列步驟：選擇多個以規則性間隔發生之注射時機；基於注射時機前該腔室中之鹵素氣體的數量及於注射時機期間加入該腔室之鹵素氣體的數量，製作該注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式；於第一數目之注射時機後，測量該雷射光源之參數以估計該注射時機後該腔室中之鹵素氣體的數量，並基於該參數之測量值更新該數學模式；就大於該第一數目之第二數目的注射時機，在各次注射時機，將固定量之含非鹵素氣體與固定量之該含鹵素氣體注射入所選擇之雷射腔室中；及於該第二數目之注射時機後，在各次注射時機，將固定量之含非鹵素氣體與一定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中，該一定量之含鹵素氣體預期會於該注射時機後，在該腔室中達成所欲之鹵素氣體數量。 圖式簡單說明
    圖1顯示根據一實施例之一種用於雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之氣體補充系統100的簡要方塊圖。
    圖2顯示用於補充雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室中氣體的單一注射，如先前技藝與此處一實施例所可完成者。
    圖3顯示用於補充雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室中氣體的一系列注射，其用於顯示於一實施例中，一種用於決定腔室中預期之氟數量的模式。
    圖4顯示於第一N注射期間，在缺少任何經更新數據之情形下，該模式所預測之氟數值中，不確定性的預期增加，以及於後續之M-N注射期間，當所收集之數據被用於更新該模式時，不確定性的減少。
    圖5顯示用於補充雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室中氣體的兩注射，其用於顯示於另一實施例中，一種決定腔室中預期之氟數量的模式。
    圖6為一簡化流程圖，其顯示根據一實施例之在注射至雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室期間，決定要添加之氟數量之方法的各個步驟。 較佳實施例之詳細說明
    本申請案描述一種自動實施將鹵素氣體注射進入兩腔室氣體放電雷射(諸如MOPA準分子雷射)之一或二腔室的方法及系統，其目的為以比先前技藝所為者更大之精確度來調整鹵素氣體之濃度。
    預期的是，此處所述之注射過程將帶來鹵素氣體精確性之增加並減少或消除許多與先前注射方法有關的問題。注射過程之控制係基於一種模式，其藉由考量在前幾次中出現之鹵素氣體數量、腔室中鹵素氣體之消耗速率、注射前腔室中之壓力與注射後所欲的壓力，利用數個可取得之雷射操作的訊號及參數中的一或多個來計算要被加入所欲腔室之鹵素氣體的數量。這些參數中之多個係在規則性間隔處測量且基於此等測量值更新該模式。經由容許使用並更新過程中的這些因子，可以達成與先前技藝過程相較，遠為精確的氟濃度控制。
    一種用於雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之氣體補充系統100的簡要方塊圖顯示於圖1。MOPA準分子雷射具有主震盪器102(其包含雷射腔室)與功率放大器104(其亦包含雷射腔室)。操作時，主震盪器102產生第一雷射光束106，其被送至功率放大器104並於該處放大，以產生經放大之雷射光束108，該雷射光束108被輸出至微影術所用之掃瞄機器(未顯示)。
    各個雷射腔室包含混合氣體；例如，於一給定的準分子雷射中，各個雷射腔室可包含鹵素(例如，氟)以及其他氣體(諸如，通常稱作稀有氣體的氬、氖)以及可能以不同分壓加入至總壓P的其他氣體。為了簡化起見，鹵素氣體以下稱作氟，雖然此處所述的原理也可以適用至其他的鹵素氣體。
    氣體瓶110及112經由閥門114連接至主震盪器102及功率放大器104以在需要時得以補充雷射腔室中的氣體。氣體瓶110典型上可包含包括氟、氬及氖的混合氣體，稱作“M1混合”、“三重混合”或常簡單稱作“氟”，而氣體瓶112可包含氬、氖及/或其他氣體(但非氟)的混合氣體，稱作“M2混合”、“二重混合”或“稀有氣體”。基於此處將進一步敘述的某些數據，控制器116(諸如處理器或邏輯電路)操作閥門114以將氣體從瓶110及112轉送進入主震盪器102及功率放大器104的雷射腔室中。
    如習於此藝者所熟知，需要兩瓶氣體，因為氣體瓶110中的氟處在特別的濃度，此濃度典型上比雷射操作所需的濃度還高。為了將氟以所要的較低濃度加入主震盪器102或功率放大器104的雷射腔室中，瓶110中的氣體必須被稀釋，瓶112中不含鹵素的氣體即用於此目的。
    雖然未顯示，對於各個雷射腔室，閥門114典型上包括兩個閥門，一個“注射”閥門，其允許氣體以第一速率通過進入及離開各腔室，及一個“填充腔室”閥門，其允許氣體以第二(較快)速率通過及離開各腔室。此外，主震盪器102及功率放大器104中的雷射腔室包含將腔室中氣體混合所用的風箱，如此於操作期間可維持混合氣體的均勻。風箱也將熱加入氣體中。
    如上所提及者，氟於雷射操作期間被消耗。氟濃度降低的結果典型上造成產生雷射脈衝所需之放電電壓的升高。此外，氟濃度的改變也影響了電氣放電(其引起第一雷射光束106與經放大雷射光束108之產生)之間的延遲時間(“dtMOPA”)。
    因此，該氟濃度必須被補充以保持雷射操作於所要的參數範圍內。再者，必須維持氟的滿足濃度，同時將各雷射腔室中之氣體含量保持在固定的壓力。再次，這有時藉由注射(亦即，腔室中氣體的部分補充)而不是藉由清空腔室且全然取代氣體的完全重灌完成。
    如同完全重灌，注射典型上以固定間隔完成，這或由注射之間的經過時間決定，或由已經產生之“打針”的數目(亦即，雷射脈衝)決定。一些習知技術系統中，在各腔室大約進行每1百萬脈衝之後，於各該腔室中完成注射。為求操作簡單些，對於雷射腔室之注射是交替進行的，如此當各腔室在約各百萬脈衝之後接受注射時，於主震盪器102接受注射之後大約500,000脈衝，功率放大器104接受注射，反之亦然。此種注射的時間點描述於，例如，本申請案之受讓人所擁有的美國專利第7,835,414號中。
    然而，完全重灌是替換雷射腔室中之所有氣體，但注射主要是想要替換自從上次重灌或注射之後已經被消耗之一定數量的氟。由於在操作期間所消耗者大部分是氟，習於此藝者已知，對主震盪器及功率放大器兩者之雷射腔室的注射將包括固定數量之M2混合物(其不含氟)與一定數量之M1混合物(其包含足夠的氟以使得腔室中的氟濃度回升至所欲的程度)，因而替換已經被消耗掉的氟。
    圖2顯示可於先前技藝與此處所述之方法及系統兩者中完成的典型單一注射。注射可在主震盪器或功率放大器之雷射腔室或是在兩者的腔室中實行。如上，若在兩者腔室中實行注射，典型上其中一者在另一者完成後才實行，而不是兩者同時進行。
    於一給定的注射中，補充氟之腔室開始時的壓力為目標壓力PT。一定數量的氟被加入腔室中；如上，這可以藉由將一定數量的M1混合物(標記為△F)加至腔室(其中氟佔一部分)而確實完成。如所示者，△F的添加增加腔室壓力。接著，一定數量的M2混合物被加入腔室中，如△RG所示，因而更增加腔室中的壓力。典型上，△RG之數量對於所有的注射均保持相同，而只有變化M1注射的數量△F。
    再次，如上，為簡化起見，於公式中，M1混合物將簡寫為氟或F，M2混合物將簡寫為RG(代表“稀有氣體”)。將要加入之M1混合物的所欲數量(△F)為，在注射前腔室中餘留之氟以及為額外之M2混合物△RG隨後稀釋的情況下，將達到腔室中所欲氟濃度的數量。一旦M1及M2混合物已經被加入且達到所欲氟濃度時，經過一段遲延時間以讓這些氣體充分地於腔室中混合之後(圖2中從第1點至第2點的時間)，現在經混合氣體從腔室放出以降低壓力，典型上回至目標壓力PT，而不改變氟濃度。(注意，於一些實施例中，注射後的PT數值不必與注射前的壓力完全相同，雖然於此處假定兩者是相同的)。
    傳統上，很難精確地計算腔室中已經消耗的氟數量，因而難以決定應該加入以填補之M1混合物的數量△F。一些管理注射的先前努力已經利用固定數量的M2氣體混合物(如來自圖1之氣體瓶112)，同時基於在規律時間間隔(諸如大約每30秒)所測得之各種參數來計算M1氣體混合物的數量。例如，在一些案例中，對於主震盪器注射的計算僅來自或主要來自dtMOPA，而對於功率放大器注射的計算來自主震盪器的能量輸出及放電電壓，或是一些用作經消耗氟之替代品的其他參數。然而，對於真正氟消耗而言，此等參數之改變通常是不良的近似值，因此無法精確決定△F注射的適當大小。
    本申請案尋求提供一種用於決定在注射期間要被加入腔室之氟數量的改良模式。如將看見的，該模式併入關於雷射運作時氣體濃度動態改變的數據，以及所測得數據與氣體濃度的關連性，以獲得氟消耗速率及氟分壓的改良估計。如果關於氟真實數量的適當數據存在及/或可獲得最新消耗速率的話，此處所描述的方法在各次注射之前也可提供模式的更新。
    圖3顯示用於了解此處所述方法之一系列注射，該方法係根據一實施例來計算要被注射之氟的所欲數量。注意水平軸表示射擊兩者及時間，雖然如上所述，注射之間的時間間隔典型上為發動射擊之數目所均勻分隔，而不必然為經過的時鐘時間所均勻分隔。
    如在習知技藝中，一旦重灌已經完成，雷射開始或重新開始運作，並發動射擊(亦即，可用於加工半導體晶圓的雷射脈衝)。如圖3所示，於一特定的運作時間之後，注射將正常地開始，以注射1起始，然後從2依序計數注射次數，直到(經過未顯示的一段時間後)N-1、N等等。再次，猶如在習知技藝中，注射典型上定時地發生，例如，經運作中之雷射發動每百萬次的射擊之後。當注射期間及兩次注射之間發動射擊時，可進行晶圓的正常加工。
    如上，該模式要被更新，但是所想要的是，僅以有用或“良好”的數據為更新。例如，當重灌或長時間暫停(於此期間不產生脈衝)之後，雷射開始或重新開始運作時，將會有發生暫時性效應的時期，此期間所獲得之任何數據並不會反映出所欲的雷射運作狀況。為了避免在後續的注射中發生錯誤，因此想要的是讓雷射先運作一段時間，如此在嘗試進行任何類型之數據收集或模式更新之前，此種暫時性效應將會消失，而且雷射會以穩定的狀態運作。
    可以數種方式達成暫時性效應的容許。首先，一些數目的射擊可以有“拖延(holdoff)”時期301，在該時期，雷射持續運作但沒有進行注射，直到注射1發生，如圖3所示。(在一些案例中，這個時期可由使用者調整，而且如果想要的話，可以設成0，這樣從雷射運作一開始就進行注射)。
    然而，即使在不進行注射的拖延時期之後，當注射開始，一些第一注射仍可能會遭受暫時性效應的不良影響，使得習知方法或此處所述模式中所用之參數測定值依然無法成為有用的數據。為避免這種可能性，在此處所述方法之一實施例中，一旦拖延時期結束，開始注射，來自一些起始數字N之注射的數據將不被收集(或者，可收集數據，但不用來更新模式)。
    如將討論者，關於物理製程有一些不確定性，這反映在模式中，因此持續使用該模式將導致腔室中氣體濃度與該模式所估計者相差甚大的可能性增加，除非數據被用來更新該模式的現行狀態。為此之故，一旦獲得運作的穩定狀態，想要的是，收集數據及更新模式達一段時間，使得在利用該模式來調整注射期間添加之氟的數量之前，模式結果與雷射真正運作之間的任何變異將會減少。因此，當在N次注射後收集數據時，對於一些較大的數目J注射(即J大於N)，注射的大小是固定的，亦即，在這些注射的各次中，固定數量之M1混合物，△F，被加入。就此期間之適當大小△F可基於雷射操作之歷史數據，如習於此藝者將會了解者。
    在N次注射之後，收集來自後續注射的數據並用來更新模式。然後，模式於各次注射後更新直到進行J注射。基於所收集之數據，第一次使用此模式來決定要注射之氟的數量將因此用於J+1注射，且將基於先前的J-N注射。
    因此，將可以見到，在這種實施例中，重灌之後有四個操作相。於第一相中，拖延時期，不會有注射。於第二相中，將有N固定注射且沒有數據將被用於更新模式。於第三相中，將有J-N固定注射且數據將被用來更新模式。於第四相中，J注射後，注射大小將會變化並基於已更新的模式(其依據收集之數據而更新)。
    回到圖3，考慮重灌後的第一注射。當重灌完成，於注射開始之前，腔室中會有一些數量的氟混合氣F0與一些數量的稀有氣體RG(以kPa測定)。如上，氟來自M1混合物，稀有氣體來自M1及M2混合物兩者。氟濃度[F]因此可由下式得到： 及F 0=[F]×P T 其中F0為氟的總量，PT為腔室壓力。
    於第一注射後，氟的數量F1(在圖3上標記F1的點)將基於F0的數值、所加入的氟△F及非氟氣體△RG與過去期間之氟的消耗。
    此處所述的模式藉由改良(尤其是)氟消耗速率的估計尋求注射精確性的改善。有兩種類型的氟消耗，由於雷射發動之射擊的消耗以及由於時間經過的消耗。由於雷射射擊之氟消耗的速率被定義為ωf(“f”代表發動)，而由於時間經過的消耗速率被定義為ωnf(“nf”代表非發動)。
    為了決定第一注射後的氟數量，在標記F1的點上，各次消耗速率分別乘上自重灌之後已經經過的射擊數量或時間。過去射擊的測量值T重灌被定義為自重灌以來所發動之射擊的數目，且與ωf一起使用以決定由於雷射發動所造成的氟消耗。類似地，過去時間的測量值t重灌被定義為自重灌以來的時鐘時間，且與ωnf一起使用以決定由於時間經過所導致的氟消耗。如上，射擊與時間兩者都顯示於圖3的水平軸上，如此T重灌與t重灌顯示於圖3的相同點上，亦即，注射1的終點。然而，就引發氟消耗而言，它們是不同的事件，一個是以分與秒測量之時間的經過，另一個是雷射所發動之射擊的次數。
    基於這些定義，由以下等式可以得到F1：
    這是基礎模式。然而，一些變化也是可能的。例如，於此處假定為，注射前及後目標壓力PT係相同的。於其他實施例中，該兩點可能具有不同的壓力，於此案例中，分母之PT數值為注射前之腔室壓力，而方括弧外之PT數值為注射後之腔室壓力。為簡化之故，此模式也未考量留存於管道中之氣體；關於重灌順序中這是如何完成的一個例子顯示於本申請案之受讓人所擁有之美國專利申請案序號第13/174,484號中。
    如習於此藝者所知曉的，於所述的一些參數中存有某些的不確定性。例如，已知消耗速率ωf及ωnf僅在某些限制範圍內。雖然在ωf(以kPa/射擊為單位)的案例中，已知具有上限及下限，但是於此等限制內，真正的數值仍有某些不確定性，而且在整個氣體壽命中也會變化。相似地，ωnf數值已知僅有某些程度的確定性，雖然它傾向於在整個氣體壽命中大致維持不變。由於諸如M1混合物中氟數量、槽中壓力等精確性變化的緣故，即使F0數值(重灌終點時氟的數量)也具有某些不確定性，雖然這個不確定性一般相信是很小的。
    因此，基於F0的估計值與消耗速率ωf及ωnf的估計值，所計算出來的F1數值確實只是真正數值的估計而已。消耗速率的起始估計來自於歷史數據與利用外部氟感測器的工程測試。
    將會看到，第二注射F2之後，氟的數量相似地將可由以下的模式導出： 然而，如上所述，現在該模式由F1的計算值開始，且T1及t1分別代表自第一注射終點至第二注射終點(而非自重灌以來)，發動的射擊數目及經過的時間。此處再度假設，第二注射之前及之後，腔室壓力PT係相同；如上，在其他實施例中，這些數值可能不同。在M混合物注射期間，△F及△RG的數值維持相同。
    將會明瞭，於缺少任何檢查或校正且各次接續之FK數值係基於先前估計之FK-1的情形下，重複地利用該模式去計算各次注射後氟的數量FK只會使得此種估計隨著時間而包含更多的錯誤。為此之故，也想要的是，在從固定的氟注射轉換至該模式所預測的數量之前，使用一段時間以來所收集之數據更新該模式。
    這可在圖4中看見，其大致顯示如何期待，於缺乏任何經更新之數據的情形下，該模式所預測之氟數值的不確定性可在第一N注射期間開始增加，然後在後續J-N注射期間，因使用經收集之數據來更新該模式，所以不確定性下降。
    將會明顯地，在允許更多時間以處理暫時性效應的需求與經過一段長時間之後所持續累積的錯誤之間必須折衷。據信，對於處理大部分暫時性效應以及讓數據變得令人信服而言，兩位數的N數值(亦即，首先少數的數十次注射)是足夠長的期間，雖然在某些狀況下，即使低至10的N數值也是讓人滿意的。
    J的數值應該夠大以讓該模式可以再次會合於(reconverge on)雷射之正常操作狀況；在某些情形下，據信低到30次注射的J數值可以是讓人滿意的。習於此藝者將會認知到，由於各種原因，這些數字對於每次雷射都不相同，而且如果，例如，該方法以N=10且J=30的方式運作，而得不到令人滿意的結果時，可以增加該等數值以讓更多的注射可以通過，一直到獲得可接受的結果為止。
    於J次注射之後，假設雷射已經會合在其適當的運作狀態下，因此FJ數值被假定為所欲的氟數量FT；這個數值被儲存為用於演算的目標數值。此後，當該模式運作時，計算在一給定之注射k中要被加入之氟數量△F以使得注射後之氟數量Fk等於FT。
    如上所述，想要的是，收集雷射運作期間關於該模式中一些專有名詞之真正數值的數據，以藉由推敲或替換經估計之數值來改善該模式。於一實施例中，選擇並測量參數V。於一實施例中，當考量注射至功率放大器腔室時，V可為放電電壓，然而在主震盪器腔室的案例中，V可為主震盪器腔室中創造雷射射擊之電氣放電與功率放大器腔室中放大該射擊之後續電氣放電之間的遲延時間(“dtMOPA”)。
    於一些實施例中，V可為一些其他的測量值，諸如頻寬，其可藉由積分某一百分比之能量(其包含在集中於中心波長之光譜的中心波長的任一側)而測得。其他內文中所使用之頻寬測量為95%能量的積分，其係普遍的而且被稱作E95%或簡稱為E95。其他地方所使用之另一參數為施加至兩腔室(例如，在用於各腔室之固態脈衝功率系統(SSPPM)之壓縮頭的峰值電容器處)的共同電壓，以及該等腔室之一者的能量輸出。對於主震盪器腔室，這被定名為EMO。用於估算氟數量或氟消耗速率之其他合適的參數及/或參數組合對於習於此藝者而言將是很明顯的。
    藉由以下等式，V數值將大致上與注射K之後的氟數量FK相關： 其中T自從重灌為自重灌以來之射擊總數(其不論已經發生的注射次數)，為測量值中與氟數量無關的組成，而h為適當的常數。根據哪一個參數被測量而作為V，習於此藝者將認知到如何適當地決定h。
    V之測量典型上在注射之終點完成。一旦注射終結，對於剛剛發生的注射，該模式又再次運作；然而，注射的真正大小(亦即，△F及△RG)現在已經知道，真正發動之射擊數目T及經過時間t也已經知道。基於歷史性數據，所測量的參數V可因此與當前真正的氟數量F與發動的消耗速率ωf相關聯，如此模式中之這些數值可被更新以更精確地反映腔室中的現行狀況。
    為了更容易在經電腦控制之系統中實行，該模式(包括FK數值的更新)可利用如下矩陣而寫成狀態等式： 其中
    F K =注射K之後的氟
    △F K =已注射之氟數量
    △RG=已注射之稀有氣體數量
    此模式假設ωf開始時為所預估的常數，亦即，ωf,k與ωf,k-1相等，這是因為剛開始時還不知道它會如何變化，而且dv/dt也是常數。該最終的專有名詞再度為被當作附加干擾的雜訊及/或擾亂向量。
    簡化起見，數值α k 定義為：
    該等式然後被解為：
    關於此狀態等式所代表之模式，專有名詞“運作模式”意指於開始之J次注射期間，計算特定注射k的Fk數值，且此後計算將會導致所要FT的△F數值。專有名詞“更新模式”意指相較於模式所估計之數值，使用所收集之數據來得到F或ωf之真正數值的較佳估計。習於此藝者將瞭解如何利用由上述等式(3)所得的測量值V，來對於等式(5)所表示之模式中之氟及其消耗速率的估計品質進行改良。
    至今均假設在各次注射之正終點(例如在圖3之F1及F2點)估計F數值。相似地，任何想獲得更精確F數值的測量也將在這些點進行。然而，將了解的是，能獲得所要F數值之點可以在注射之間的任何地方(其中腔室中壓力就是目標壓力PT)，而且將了解，僅需要稍加額外的計算就可以將此種變數包括於模式中。
    若想要的話，也可以將注射之間的期間包括於模式中以精進所欲氟注射△F的計算。圖5顯示兩注射J及J+1。如上所述，注射J之前的所有注射包括固定數量的氟。在注射J之終點，腔室中具有一定數量的氟FM，其數值變成氟目標FT。利用上述模式，可以計算△F之數值，其在與目標FT相等之下一次注射之後應該導致數值FM+1。
    然而，考慮即將開始下次注射(亦即，注射J+1)之點。在此點之氟數量被標記為F’J+1，以與注射後的氟數量FJ+1(如圖6所見者)相區別。注射J終點至注射J+1起點的時間稱作T’J+1，代表此段時期雷射所發動的射擊，及t’J+1，代表所經過之時鐘時間。如上，發生由於此兩者之故所造成之氟消耗。然而，於此段期間並沒有△F或△RG，所以該模式將此段期間之氟變化簡化為：F' J+1=F J -ω f,J T' J+1-ω nf,J t' J+1其中ωf,M及ωnf,M分別為由於發動雷射及經過時間之故所造成之注射J後之經更新的消耗速率，FJ為經更新的氟數值。再者，T’J+1及t’J+1兩者(亦即，自注射J以來之射擊數目與經過時間)在即將注射J+1之前就已經知道。
    因此可以在即將注射J+1之前使用數值F’J+1以決定於注射J+1期間要被注射之一定數量的氟△FJ+1，如此注射J+1後之腔室中的氟數量FJ+1就是目標數量FT。從上述模式，這可藉由下式得到： 其中如上，FT為目標氟及PT為壓力目標，T及t分別為注射期間的射擊數目及注射所經過之時間。注意，t為已知數值，亦即，已經知道注射將花費多長時間。然而，T(所發動之射擊數目)在各次注射期間可能均有所變化。因此，由以往之注射數據估計在一注射期間經發動之射擊的平均值T並使用於此等式中。
    圖6為顯示如此處所述之決定在注射期間要被加至雷射腔室之氟數量的方法500，其中各步驟的簡要流程圖。於步驟601中，決定實施注射的時間。如上，這是習於此藝者所知，而且典型上在預定之雷射射擊數目之後完成。
    於步驟602中，決定是否J注射已經發生。若J注射尚未發生，則在步驟603注射固定數量的氟△F。若J注射已經完成，那麼在當次注射之前，於步驟604進行此處所描述之模式以決定應該被注射進入腔室之氟數量△F，且於步驟605中，該經決定之氟數量被注射進入腔室中。
    一旦注射已經發生，不論是固定的或經計算的，於步驟606中，藉由如前所述地測量所欲參數V而獲得數據。於步驟607中，決定所得數據是否優良並可被用以更新模式。若認為該數據不夠好，就不要使用該數據。注意如上所述，就第一N注射而言，假定該數據不夠好，因此不用。如下所述，數據不好可能還有其他原因。
    若數據被認為是優良的，則於步驟608中更新模式；如上，於一實施例中，這包括注射之後運作該模式使得所得之數據可與自該模式所得之預測值相比較。不論該模式是否更新，過程接著回到步驟601以等待下次注射時間的決定。
    習於此藝者也將明瞭，在一些例子中，一旦獲得數據，腔室中真正的氟數量將與所欲的氟數量FT有相當顯著的變化，而且在這種案例中，可能很難或不想在單一注射中嘗試去修正這種變化。因此，在此等案例中，可以計算一系列的△F數值，這些數值與所欲FT間的變化在各次注射中將會減少，直到在數次注射之後，達到所要的氟數量，經此之後，該系統及模式將可如此處所述地發揮功能。
    在雷射為某種原因已經停止發動一段長時間，然後又再重新啟動的狀況下，可能會再次發生暫時性效應。在這種案例中，想要的是，在收集數據之前，重複一系列之J固定注射與較少數的N注射，以再度使得運作中的暫時性效應停息且讓操作參數會合於(converge on)正常操作，如同該雷射係在重灌操作之後啟動一樣。然而，在這種狀況下，不必要去重新設定重灌後所決定之標的，相反地，在重新啟動且已經發生J注射後，可以維持且利用重灌後所決定的數值。
    如上，假設由於暫時性效應之故，任何來自第一N注射的數據將不夠好而無法用於更新模式。也有其他狀況使得該數據被認為是無法為此目的所接受。一種決定這種狀況的方式如下所述。
    射擊計數器檢查注射後一段經界定之經過的時鐘時間來看看自該注射以來已經發動了多少次射擊。若射擊數目T大於某最低數目TMIN(亦即，自注射終點以來已經發動了足夠的射擊)，那麼執行注射後之數據收集與模式更新。若T不大於TMIN，那麼於經界定之一段時間後，再次檢查射擊數目；於一實施例中，該射擊計數器每隔30秒檢查一次。
    若在少數幾次此等檢查中即已達成TMIN的話，那麼收集數據並更新模式。於一實施例中，TMIN數值大約為3萬至5萬次射擊；這數值預期上係足夠大的數目而得以讓均值數據濾波器(averaging data filters，其接受脈衝至脈衝數據且典型上每30秒取樣一次)趕上。然而，若要達到TMIN需要進行太多次的檢查(亦即，經過的時鐘時間過長)，則該數據會被認為是不良的，因為雷射無法以足夠快的速率發動，且在任一次的測量中都容易有雜訊產生。於一實施例中，若達到TMIN射擊需要超過數分鐘的話，則該數據會被認為是不良的。
    若該系統已經到達下次注射的時間而且又未得到良好數據的話，那麼該模式於缺少經更新之數據下運作以決定下次注射中想要被加入的氟數量。於下次注射後，重設計數器並重複該過程。若得到良好的數據，則更新該模式。
    此處所述之方法可以使用於任一腔室，雖然各個腔室中之J與N的數值可能不同。或者，如本申請案之受讓人所擁有之共同審查中(co-pending)申請案序號第13/098,259號所描述者，對於PA腔室之注射依然維持固定，此處所說明之方法僅用於MO腔室。
    所揭露之系統及方法已經參考數個實施例而解釋如上。其它實施例經由本揭露內容之教示對於習於此藝者而言將是明顯的。利用以上實施例描述之外的構型或步驟，或是與以上描述之外的元件相結合，該經說明之方法及裝置的某些面向可以很快地被實施。
    例如，習於此藝者將會了解，雖然較佳實施例為一種主震盪功率放大器多腔室之準分子或分子氟氣體放電雷射系統(“MOPA”)，該系統也可被構型為含有其他震盪器/放大器(諸如主震盪器功率震盪器(“MOPO”)、功率震盪器-功率放大器(“POPA”)或功率震盪器-功率震盪器(“POPO”)配置或相似構造)之配置。也將會了解的是，在每一種此等構型中，第一震盪器階段之輸出在第二階段中以某種方式被放大，不管該第二階段是一種功率放大器或是一種功率震盪器。
    相似地，除非有特定的相反說明，否則對於發明說明或申請專利範圍之主震盪器階段或腔室(“MO”)及/或對於發明說明或申請專利範圍之功率放大器階段或腔室(“PA”)之參考應該被認為是相當地廣泛，足以涵蓋任何震盪器第一階段或是將一輸出饋入任一放大器第二階段或用於放大之腔室的腔室，且專有名詞震盪器腔室或震盪器階段為相當廣泛足以涵蓋任一此種震盪器階段，及專有名詞放大器腔室或階段相當廣泛足以涵蓋任一此種放大器階段。再者，雖然以上之說明使用二階段或腔室雷射作為例子，所揭露之系統及方法也可被應用於單一腔室雷射或任何多腔室雷射。
    應該明白的是，所述方法與裝置可以各種方式實施，包括做為一種製程、一種裝置或一種系統。此處所述之方法可藉由一種用於指示處理器如何執行此種方法之程式指令而實施，此種指令紀錄於電腦可讀取式儲存媒體，諸如硬碟驅動器、軟碟、光碟(諸如緻密碟片(CD)或數位廣用碟片(DVD))、快閃記憶體等上。若想要的話，該等方法也可被併入硬性線路邏輯(hard-wired logic)中。應該要注意的是，可以改變此處所述該等方法之步驟的次序而仍然落入本揭露內容的範圍內。
    本揭露內容想要涵蓋關於實施例之各種變化，本揭露內容僅受附加之申請專利範圍的限制而已。
    100‧‧‧氣體補充系統
    102‧‧‧主震盪器
    104‧‧‧功率放大器
    106‧‧‧雷射光束
    108‧‧‧雷射光束
    110‧‧‧氣體瓶
    112‧‧‧氣體瓶
    114‧‧‧閥門
    116‧‧‧控制器
    301‧‧‧拖延時期
    601,602,603,604,605,606,607,608‧‧‧步驟
    圖1顯示根據一實施例之一種用於雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之氣體補充系統100的簡要方塊圖。
    圖2顯示用於補充雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室中氣體的單一注射，如先前技藝與此處一實施例所可完成者。
    圖3顯示用於補充雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室中氣體的一系列注射，其用於顯示於一實施例中，一種用於決定腔室中預期之氟數量的模式。
    圖4顯示於第一N注射期間，在缺少任何經更新數據之情形下，該模式所預測之氟數值中，不確定性的預期增加，以及於後續之M-N注射期間，當所收集之數據被用於更新該模式時，不確定性的減少。
    圖5顯示用於補充雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室中氣體的兩注射，其用於顯示於另一實施例中，一種決定腔室中預期之氟數量的模式。
    圖6為一簡化流程圖，其顯示根據一實施例之在注射至雙重腔室氣體雷射(諸如MOPA準分子雷射)之腔室期間，決定要添加之氟數量之方法的各個步驟。
    100‧‧‧氣體補充系統
    102‧‧‧主震盪器
    104‧‧‧功率放大器
    106‧‧‧雷射光束
    108‧‧‧雷射光束
    110‧‧‧氣體瓶
    112‧‧‧氣體瓶
    114‧‧‧閥門
    116‧‧‧控制器
    权利要求:
    Claims (23)
    [1] 一種雙重腔室氣體放電雷射光源，包含：一具有一雷射腔室之主震盪器，該雷射腔室含有一包含鹵素之雷射介質氣體；一具有一雷射腔室之放大器，該雷射腔室含有一包含鹵素之雷射介質氣體；一包括一控制器之氣體補充系統，其係組配為在以規則性間隔發生之注射時機執行補充計劃，該補充計劃包含：基於注射時機前該腔室中鹵素氣體的數量與注射時機期間加入該腔室之鹵素氣體的數量，製作關於該注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式；於第一數目之注射時機後，測量該雷射光源之參數以估計該注射時機後之該腔室中鹵素氣體的數量，並基於該參數之測量值更新該模式；就大於該第一數目之一第二數目的注射時機，在各次注射時機，將一固定量之含非鹵素氣體與一固定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中；及於該第二數目之注射時機後，在各次注射時機，將一固定量之含非鹵素氣體與一定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中，該一定量之含鹵素氣體預期會於該注射時機後，在該腔室中達成所欲之鹵素氣體數量。
    [2] 如申請專利範圍第1項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該鹵素包含氟。
    [3] 如申請專利範圍第1項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中用於注射時機之該等規則性間隔係藉由數個因子決定，該等因子包含經過時間及射擊計數之一者或兩者。
    [4] 如申請專利範圍第1項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該模式包括估計鹵素氣體在該所選擇之雷射腔室中的消耗速率。
    [5] 如申請專利範圍第4項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中鹵素氣體在該所選擇之雷射腔室中的消耗速率係基於該雷射光源之一操作參數的變化而估計。
    [6] 如申請專利範圍第5項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該所選擇之雷射腔室為該放大器雷射腔室及該操作參數為在該放大器雷射腔室中之放電電壓。
    [7] 如申請專利範圍第5項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該所選擇之雷射腔室為該主震盪器雷射腔室及該操作參數為該主震盪器及放大器之間放電時點的差別。
    [8] 如申請專利範圍第5項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該所選擇之雷射腔室為該主震盪器雷射腔室及該操作參數為該雷射光源之頻寬。
    [9] 如申請專利範圍第5項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該所選擇之雷射腔室為該主震盪器雷射腔室及該操作參數為E95。
    [10] 如申請專利範圍第1項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中該雷射光源為一準分子雷射源。
    [11] 如申請專利範圍第1項之雙重腔室氣體放電雷射光源，其中製作關於在一注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式更包含，製作在該注射時機後與即將為後續注射時機前之一選擇點，該腔室中鹵素氣體之數量的模式。
    [12] 一種在雙重腔室氣體放電雷射光源中補充氣體之方法，該光源具有一主震盪器及一放大器，該主震盪器及放大器各具有一含有一雷射介質氣體之雷射腔室，該雷射介質氣體包含鹵素，該方法包含下列步驟：選擇多個以規則性間隔發生之注射時機；基於注射時機前該腔室中之鹵素氣體的數量及於注射時機期間加入該腔室之鹵素氣體的數量，製作該注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式；於第一數目之注射時機後，測量該雷射光源之參數以估計該注射時機後該腔室中之鹵素氣體的數量，並基於該參數之測量值更新該模式；就大於該第一數目之一第二數目的注射時機，在各次注射時機，將一固定量之含非鹵素氣體與一固定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中；及於該第二數目之注射時機後，在各次注射時機，將一固定量之含非鹵素氣體與一定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中，該一定量之含鹵素氣體預期會於該注射時機後，在該腔室中達成所欲之鹵素氣體數量。
    [13] 如申請專利範圍第12項之補充氣體之方法，其中該鹵素包含氟。
    [14] 如申請專利範圍第12項之補充氣體之方法，其中選擇多個注射時機更包含基於數個因子選擇該等規則性間隔，該等因子包含經過時間及射擊計數之一者或兩者。
    [15] 如申請專利範圍第12項之補充氣體之方法，其中該模式包括估計鹵素氣體在該所選擇之雷射腔室中的消耗速率。
    [16] 如申請專利範圍第15項之補充氣體之方法，其中鹵素氣體在該所選擇之雷射腔室中的消耗速率係基於該雷射光源之一操作參數的變化而估計。
    [17] 如申請專利範圍第16項之補充氣體之方法，其中該所選擇之雷射腔室為該放大器雷射腔室及該操作參數為在該放大器雷射腔室中之放電電壓。
    [18] 如申請專利範圍第16項之補充氣體之方法，其中該所選擇之雷射腔室為該主震盪器雷射腔室及該操作參數為該主震盪器及放大器之間放電時點的差別。
    [19] 如申請專利範圍第16項之補充氣體之方法，其中該所選擇之雷射腔室為該主震盪器雷射腔室及該操作參數為該準分子雷射光源之頻寬。
    [20] 如申請專利範圍第16項之補充氣體之方法，其中該所選擇之雷射腔室為該主震盪器雷射腔室及該操作參數為E95。
    [21] 如申請專利範圍第12項之補充氣體之方法，其中該雷射光源為一準分子雷射源。
    [22] 如申請專利範圍第12項之補充氣體之方法，其中製作關於在一注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式更包含，製作在該注射時機後與即將為後續注射時機前之一選擇點，該腔室中鹵素氣體之數量的模式。
    [23] 一種非暫態電腦可讀取式媒體，其上收錄有一程式，該程式可藉由一處理器執行以實施在一雙重腔室氣體放電雷射光源中補充氣體的方法，該雷射光源具有一主震盪器及一放大器，該主震盪器及放大器各具有一含有一雷射介質氣體之雷射腔室，該雷射介質氣體包含鹵素，該方法包含下列步驟：選擇多個以規則性間隔發生之注射時機；基於該注射時機前該腔室中之鹵素氣體的數量及於注射時機期間加入該腔室之鹵素氣體的數量，製作該注射時機後該腔室中鹵素氣體之數量的模式；於一第一數目之注射時機後，測量該雷射光源之參數以估計該注射時機後該腔室中之鹵素氣體的數量，並基於該參數之測量值更新該數學模式；就大於該第一數目之一第二數目的注射時機，在各次注射時機，將一固定量之含非鹵素氣體與一固定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中；及於該第二數目之注射時機後，在各次注射時機，將一固定量之含非鹵素氣體與一定量之該含鹵素氣體注射入該所選擇之雷射腔室中，該一定量之含鹵素氣體預期會於該注射時機後，在該腔室中達成所欲之鹵素氣體數量。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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