JP2012506634A - Method and apparatus for laser control in a two-chamber gas discharge laser - Google Patents
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Abstract
レーザ制御システムは、発振器ガスチャンバ及び増幅器ガスチャンバを収容する。第1の電圧入力は、発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスを送出するように作動的に接続される。ガスチャンバの出力は、台形ウィンドウにより計算されたエネルギ線量である。制御回路は、第1の電圧入力を変更するために第1の電圧入力に接続される。フィードバック制御ループは、第1の電圧入力を変更するために制御回路にガスチャンバの出力を通信する。
【選択図】図1The laser control system contains an oscillator gas chamber and an amplifier gas chamber. The first voltage input is operatively connected to deliver an electrical pulse to a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber. The output of the gas chamber is the energy dose calculated by the trapezoidal window. The control circuit is connected to the first voltage input to change the first voltage input. The feedback control loop communicates the gas chamber output to the control circuit to change the first voltage input.
[Selection] Figure 1
Description
開示する主題は、一般的に、レーザシステムに関し、より具体的には、2チャンバガス放電レーザのためのレーザ制御システムに関する。 The disclosed subject matter relates generally to laser systems, and more specifically to laser control systems for two-chamber gas discharge lasers.
図1は、従来技術で公知であるMOPA(主発振器/パワー増幅器)レーザシステム10のブロック図の例示である。MOPAレーザシステム10は、例えば、集積回路リソグラフィの分野に使用される。MOPAレーザシステム10の一実施形態では、193nm紫外線レーザビームは、日本国内の施設ではキヤノン又はニコンにより又はオランダ国内の施設ではASMLによって供給されるステッパ又はスキャナ機械のようなリソグラフィ機械/スキャナ2の入力ポートで供給される。MOPAレーザシステム10は、例えば、4,000Hz又はそれを超えるパルス繰返し数でシステムのパルスエネルギ及び蓄積線量エネルギ出力の両方を制御するレーザエネルギ制御システム4を含む。MOPAレーザシステム10は、パルス及び線量エネルギのフィードバック及びフィードフォワード制御の両方を用いて2つのレーザチャンバにおいて互いに対する放電の極めて正確なトリガを提供する。
FIG. 1 is an illustration of a block diagram of a MOPA (Master Oscillator / Power Amplifier)
レーザシステム4の主構成要素は、スキャナ2が設けられるデッキ/床部5よりも下方に設けられることが多い。しかし、MOPAレーザシステム10は、スキャナ2の入力ポートにレーザビーム送出する封入ビーム経路をもたらすビーム送出ユニット6を含む。光源は、シードレーザ発生器、例えば、主発振器11、及び増幅器レーザ部分、例えば、以下でより詳細に説明するパワー増幅器12であり、同じく以下でより詳細に説明する発振器、例えば、パワーリング発振器(PRA)とすることもできるものを含む。本出願を通して便宜上、シードレーザは、MOという場合があり、増幅器レーザは、パワー増幅器又は単にPAという場合があり、併せてMOPOを形成する他の形態のシードレーザ構成及び実際は発振器、すなわち、パワー発振器(PO)であるパワーリング増幅器(PRA)のような増幅器レーザ構成を含むことを意図しており、明示的な特に断らない限り、これらの用語は、非常に広義に定められるように意図している。光源は、パルス伸長器22も含む。
The main components of the
主発振器11及びパワー増幅器/パワー発振器12の各々は、単チャンバリソグラフィレーザシステムの放電チャンバと類似のものである放電チャンバ11A、12A)を含む。これらのチャンバ11A、12Aは、2本の電極、レーザガス、電極と水冷式フィン付き熱交換器との間のガスを循環させるタンジェンシャルを含む。主発振器11は、図1に示すように第2のレーザビーム14Bを生成するために、PA構成ではパワー増幅器12を通る2つの通過により、又はPO/PRA構成の場合はPO/PRA内の発振により増幅される第1のレーザビーム14Aを生成する。主発振器11は、出力カプラ11C及び線狭化パッケージ11Bによって形成された共振空洞を含む。主発振器11のための利得媒体は、主発振器放電チャンバ11A内に収容された2つの長形電極の間に生成される。パワー増幅器12は、基本的に放電チャンバ12Aであり、この好ましい実施形態では、2つの電極間に利得媒体を供給する主発振器放電チャンバ11Aと殆ど正確に同じものであるが、パワー増幅器12は、PO/PRAと異なり、共振空洞を有することができない。このMOPRA構成により、波長安定性及び超狭帯域幅のようなビーム品質パラメータを最大にするように主発振器11を設計及び作動することができ、一方、パワーリング増幅器12は、パワー出力を最大にするように設計及び作動される。こういう理由から、MOPAレーザシステム10は、単チャンバシステムよりも遥かに高品質かつ遥かに高パワーのレーザ光源を表している。
Each of the
上述のように、増幅器部分は、例えば、増幅器放電チャンバの放電領域を通る2つのビーム通過のための又は図1に示すように増幅器放電チャンバを収容する空洞内の発振に向けて構成することができる。ビームは、MO11のLNP11Bと出力カプラ11C(30パーセント反射率を有する)の間の主発振チャンバ11Aを収容する空洞内で発振してLNP10Cを通るビーム通過で強く線狭化される。出力カプラ11Cから出射されたレーザビームの波長は、線中心部解析モジュール7により測定される。線狭化シードビームは、MO波長エンジニアリングボックス(MOのWEB)24内のミラーにより下方に反射され、かつ(電極向きに対して)若干歪んだ状態で斜めに水平に反射されてPA波長エンジニアリングボックス(PAのWEB)26を通って増幅器チャンバ12に至る。増幅器の後端では、ビーム反転器28は、PAチャンバ12を通る第2の通過のための又はPO/PRAチャンバ内の発振に向けて電極向きに一致して水平にビーム後部を反射する。放電チャンバ12Aから出射されたレーザの帯域幅は、スペクトル解析モジュール9により測定されるが、レーザの帯域幅は、その代わりに帯域幅解析モジュールにより測定することができる。
As described above, the amplifier portion may be configured for oscillation, for example, for the passage of two beams through the discharge region of the amplifier discharge chamber or within the cavity that houses the amplifier discharge chamber as shown in FIG. it can. The beam oscillates in a cavity containing the main oscillating
レーザシステム出力ビームパルス14Bは、PA/POチャンバ12Aからビーム分割器16に通過する。ビーム分割器16は、4つの集束ミラー20A、20B、20C、及び20Dにより作成された遅延経路内にパワー増幅器出力ビーム14Bの約60パーセントを反射する。ビーム14Bの各パルスの40パーセントの透過部分は、出力ビームパルス14Cの対応する伸長パルスの第1のこぶ部になる。出力ビーム14Cは、点22に反射部分を集束させるミラー20Aにビーム分割器16により誘導される。ビームは、次に、拡張し、ミラー20Bから反射され、ミラー20Bは、伸長ビームを平行ビームに変換し、再び点22でビームを再び集束させるミラー20Cに誘導する。このビームは、次に、ミラー20Dにより反射され、ミラー20Dは、20Bミラーと同様に、光平行ビームに伸長ビームを変えてビーム分割器16に戻し、第1の反射された光の60パーセントは、レーザシステム出力ビームパルス内の第2のこぶ部の殆どになるように出力ビーム14C内のこのパルスの第1の透過部分と一致して完全に反射される。反射されたビームの40パーセントは、ビーム分割器16を伝達され、第1の反射ビームの経路を正確に辿り、伸長パルス内の更に別のより小さいこぶ部が生成される。その結果は、約20ns〜約70nsのパルス長で伸張された完成された出力ビーム14Cである。ビーム送出ユニット(BDU)は、出力ビーム14C送出する。BDUは、2つのビーム指向ミラー40A、40Bを含むことができ、その一方又は両方は、ビーム指向の変動に対して先端及び傾斜補正を提供するように制御することができる。
The laser system
図2は、従来技術による図1のMOPA/MOPOレーザシステムのためのエネルギ制御ブロック図50の例示である。図2は、MOPAレーザシステム10に対する電圧供給源52を制御する様々な制御要素を示している。エネルギ制御ブロック図50は、静的制御部54を含み、静的制御部54は、エネルギターゲット56を達成するように予想される基本的に所定の電圧を供給する(考慮する他の影響がない場合)。フィードフォワードブロック58は、トリガ間隔60に基づいて電圧調節を提供する。トリガ間隔60は、「電圧入力−エネルギ出力」関係に影響を与える繰返し数、発射回数、及び負荷サイクルを計算するのに使用される。電圧調節量は、これらの値の関数として計算される。エネルギサーボ機構62は、直前の発射の計算電圧誤差64に基づいて電圧入力52を調節する。ディザ相殺部66は、タイミングディザ68により引き起こされたエネルギ変化を除去するように電圧を調節する。最後に、エネルギディザ部70は、MOエネルギ、出力エネルギ、及びMOPAタイミングに及ぼす電圧の影響を推定するのに使用される電圧入力52に追加される周期信号を供給する。これらの5つの電圧信号は、電圧入力52を生成するために一緒に追加される。レーザが発射された時、エネルギ72が測定される。エネルギターゲットが、測定エネルギ72から減算され、dV/dEによりスケーリングされたエネルギ誤差信号74、すなわち、エネルギに関する電圧の導関数のレーザ推定値76を作成する。得られた電圧誤差64は、適応アルゴリズム78を駆動するのに使用され、適応アルゴリズム78は、エネルギ誤差、線量誤差、エネルギシグマ、又はその何らかの組合せのいずれかを最小にするように電圧信号の一部を調節する。
FIG. 2 is an illustration of an energy control block diagram 50 for the MOPA / MOPO laser system of FIG. 1 according to the prior art. FIG. 2 shows various control elements that control the
図1に示すMOPAレーザシステム10は、単チャンバシステムよりも良好なビーム制御、ビームパワー、及び安定性を提供する単チャンバシステムの改良である。しかし、システムの音の外乱の解決及びタイミング及びエネルギ制御の更なる先鋭化は、作動を大幅に改善することができる。
The MOPA
開示する主題の実施形態の態様は、レーザシステムを制御するシステム及び方法を提供する。簡単に説明すると、アーキテクチャにおいて、とりわけ、システムの1つの可能な実施形態の態様は、以下のように実施することができる。システムは、発振器ガスチャンバ及び増幅器ガスチャンバを収容する。第1の電圧入力は、発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスを送出するように作動的に接続される。ガスチャンバの出力は、台形ウィンドウにより計算されたエネルギ線量である。制御回路は、第1の電圧入力を変更するために第1の電圧入力に接続される。フィードバック制御ループは、第1の電圧入力を変更するために制御回路にガスチャンバの出力を通信する。 Aspects of embodiments of the disclosed subject matter provide systems and methods for controlling a laser system. Briefly described, in architecture, among other aspects aspects of one possible embodiment of the system can be implemented as follows. The system contains an oscillator gas chamber and an amplifier gas chamber. The first voltage input is operatively connected to deliver an electrical pulse to a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber. The output of the gas chamber is the energy dose calculated by the trapezoidal window. The control circuit is connected to the first voltage input to change the first voltage input. The feedback control loop communicates the gas chamber output to the control circuit to change the first voltage input.
開示する主題の態様は、レーザシステムを制御する方法を提供すると見ることもできる。この点に関して、このような方法の一実施形態は、とりわけ、電気パルスの形態の第1の電圧入力を発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に作動的に送出する段階と、台形ウィンドウを用いてガスチャンバの出力のエネルギ線量を計算する段階と、制御回路を用いて第1の電圧入力を変更する段階と、第1の電圧入力を変更するためのフィードバック制御ループを用いて制御回路にガスチャンバの出力を通信する段階とによって広義に要約することができる。 An aspect of the disclosed subject matter can also be viewed as providing a method of controlling a laser system. In this regard, an embodiment of such a method includes, among other things, a first voltage input in the form of an electrical pulse, a first pair of electrodes in an oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in an amplifier gas chamber. , The step of calculating the energy dose at the output of the gas chamber using a trapezoidal window, the step of changing the first voltage input using a control circuit, and the changing of the first voltage input And communicating the output of the gas chamber to the control circuit using a feedback control loop to broadly summarize.
開示する主題の他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下の図面及び詳細説明を吟味すると当業者に明らかであるか又は明らかになるであろう。全てのこのような付加的なシステム、方法、特徴、及び利点は、この説明に含まれ、開示する主題の範囲であり、かつ特許請求の範囲により保護されることが意図されている。 Other systems, methods, features, and advantages of the disclosed subject matter will be or will become apparent to those skilled in the art upon examination of the following drawings and detailed description. All such additional systems, methods, features, and advantages are included in this description, are within the scope of the disclosed subject matter, and are intended to be protected by the following claims.
本発明の多くの態様は、以下の図面を参照して理解を深めることができる。図面中の構成要素は、必ずしも原寸に比例しているわけではなく、代わりに、開示する主題の原理をはっきりと示す際に誇張される。更に、図面中、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部品を指す。 Many aspects of the invention can be better understood with reference to the following drawings. The components in the drawings are not necessarily drawn to scale, but instead are exaggerated in clearly illustrating the principles of the disclosed subject matter. Moreover, in the drawings, like reference numerals designate corresponding parts throughout the several views.
開示する主題の要素は、正方形ウィンドウがエネルギ線量計算のために過去に使用されてきたが、他の形状のウィンドウに適応させることによって何らかの恩典をもたらすことができるという認識に基づくものである。図3は、開示する主題の第1の例示的な実施形態による様々な繰返し数の台形ウィンドウを表すグラフの例示である。図4は、開示する主題の第1の例示的な実施形態の態様による図3に示すウィンドウの線量演算子の周波数応答のグラフの例示である。ウィンドウ幅が異なれば異なる1組のゼロがあるが、サンプリング速度の20%及び40%で全てのウィンドウに対して明らかにゼロがある。これらのゼロは、5パルス移動平均のゼロに対応する。台形ウィンドウは、後縁よりも小さいウィンドウサイズに等しい長さを有する矩形ウィンドウ及び5パルス矩形ウィンドウの畳み込みであることを見ることができる。 The elements of the disclosed subject matter are based on the realization that square windows have been used in the past for energy dose calculations, but can benefit by adapting to other shaped windows. FIG. 3 is an illustration of a graph representing trapezoidal windows with various repetition numbers according to a first exemplary embodiment of the disclosed subject matter. 4 is an illustration of a graph of the frequency response of the window dose operator shown in FIG. 3 in accordance with aspects of the first exemplary embodiment of the disclosed subject matter. There are a different set of zeros for different window widths, but there are clearly zeros for all windows at 20% and 40% of the sampling rate. These zeros correspond to the five-pulse moving average zero. It can be seen that the trapezoidal window is a convolution of a rectangular window having a length equal to the window size smaller than the trailing edge and a 5-pulse rectangular window.
図5は、開示する主題の第1の例示的な実施形態による図1のMOPA/MOPRAレーザシステムのためのエネルギ制御ブロック図150の例示である。図5は、MOPA/MOPRAレーザシステム10への電圧入力152を制御する様々な制御要素を示している。エネルギ制御ブロック図150は、静的制御部154を含み、静的制御部154は、エネルギターゲット156(考慮する他の影響がない場合)をもたらすように予想される基本的に所定の電圧を供給する。静的制御154の目的の一部は、エネルギコントローラをエネルギターゲット156の変化に応答させることである。ユーザがエネルギターゲットを調節する場合、第1の発射の第1の電圧入力152は、新たなエネルギ設定値を満たすように計算すべきである。静的制御154は、以下の電圧信号を供給することができる。
V = (dV/dE)ref * (Etarget − Eref + ε(Etarget − Eref)2 + Vref
ここで、Erefは、レーザシステム10の公称エネルギにほぼ設定され、Vrefは、Erefでレーザを発射するためにほぼ必要とされる電圧である。
FIG. 5 is an illustration of an energy control block diagram 150 for the MOPA / MOPRA laser system of FIG. 1 according to a first exemplary embodiment of the disclosed subject matter. FIG. 5 shows various control elements that control the
V = (dV / dE) ref * (E target −E ref + ε (E target −E ref ) 2 + V ref
Here, E ref is approximately set to the nominal energy of the
フィードフォワードブロック158は、トリガ間隔160に基づいて電圧調節を提供する。トリガ間隔160は、「電圧入力−エネルギ出力」関係に影響を与える繰返し数、発射回数、及び負荷サイクルを計算するのに使用される。トリガ間隔160の電圧調節量は、これらの値の関数として計算される。より具体的には、フィードフォワードブロック158によって供給される電圧信号は、以下によって示すことができる。
V = f0(D) + f1(R,n)
ここで、Dは、負荷サイクルであり、Rは、繰返し数であり、nは、発射回数である。フィードフォワード電圧は、2つの項を有することに注意されたい。1つの項であるf0は、負荷サイクル及び/又はバースト間隔に依存し、別の項、f1は、発射回数及び繰返し数に依存する。設計上、f1は、各バーストの第1の発射で完全にゼロである。従って、f0だけで、バーストの第1の発射に対してフィードフォワード電圧が決まる。この項は、一般的にバーストを通して持続する効率の変化に対してレーザを調節することを意図している。f1項は、あらゆる移行の形状を捕捉するものである。この法則は、負荷サイクル又はバースト間隔の影響が、バースト内の全ての発射に対して等しい量だけエネルギ対発射回数を上下させることであることを仮定している。エネルギ移行の形状は、繰返し数だけに依存することが仮定されている。f1(R,n)関数により、エネルギ移行の形状が補償される。
Feedforward block 158 provides voltage adjustment based on
V = f 0 (D) + f 1 (R, n)
Here, D is the duty cycle, R is the number of repetitions, and n is the number of firings. Note that the feedforward voltage has two terms. One term, f 0 , depends on the duty cycle and / or burst interval, and another term, f 1 , depends on the number of firings and the number of repetitions. By design, f 1 is completely zero at the first launch of each burst. Thus, f 0 alone determines the feed forward voltage for the first firing of the burst. This term is intended to tune the laser for changes in efficiency that generally persist throughout the burst. The f 1 term captures any transition shape. This law assumes that the effect of duty cycle or burst interval is to raise or lower the energy versus the number of firings by an equal amount for all firings in the burst. It is assumed that the shape of the energy transfer depends only on the number of repetitions. The shape of the energy transfer is compensated for by the f 1 (R, n) function.
f1(R,n)関数は、表対繰返し数及び発射回数として維持される。単一の積分器が、ビンを適合させさせるために使用される。従来的に、ビンは、ゼロに初期化され、レーザ制御が繰返し数で正しく移行を逆転する前にいくつかのバーストが必要であった。ゼロでこれらのビンを初期化する代わりに、フィードフォワードビンは、周波数が最も近いトレーニング済みビンの値で初期化することができる。エネルギ移行の形状が得られるように正しい値により近い値でビンを初期化すると、より迅速かつ正確にレーザ制御により繰返し数で移行を逆転することができる。 The f 1 (R, n) function is maintained as the number of table pairs and the number of firings. A single integrator is used to fit the bins. Traditionally, the bin was initialized to zero and several bursts were required before the laser control correctly reversed the transition at the number of repetitions. Instead of initializing these bins with zeros, the feed forward bin can be initialized with the value of the trained bin whose frequency is closest. Initializing the bin with a value closer to the correct value so that the shape of the energy transfer can be obtained, the transfer can be reversed at a repetition rate with laser control more quickly and accurately.
エネルギサーボ機構162は、同じ発射内の直前の発射の計算電圧誤差164に基づいて電圧入力152を調節する。エネルギサーボ機構162からの調節量は、少なくともいくつかの異なるモードで計算することができる。第1に、IISquaredフィードバックは、当業者に公知のフィードバック法である。このフィードバック法では、電圧誤差の積分に比例した1つの電圧(積分利得)及び2回積分された電圧誤差に比例した別の電圧(I二乗利得)をフィードバックする。数組の利得、すなわち、ソフト、ハード、及びMOは、IISquaredフィルタに供給される。ソフト利得は、目的が発射間エネルギ誤差を最小にすることである作動モードに使用される。ソフト利得は、エネルギ誤差を最小にするように選択される。ハード利得は、線量モード及びシグマモードに使用される。ハード利得は、線量(積分エネルギ誤差)を最小にすることを目的とするものであり、ソフト利得よりも大きい傾向がある。MO利得は、MOエネルギ制御モードに使用され、エネルギ誤差を最小にすることを意図している。
The
IISquaredフィードバックの代案は、線量フィードバックである。ハード利得を有するIISquaredコントローラと同様に、線量フィードバックコントローラは、線量を最小にすることを目的とするが、非矩形線量ウィンドウ(例えば、台形線量ウィンドウ)で性能を改善する制御法を使用する。線量フィードバックは、寸法決めパラメータ及び利得のベクトルにより制御される。線量フィードバックコントローラは、線量モード及びシグマモードでのみ利用可能であり、かつ「線形2次レギュレータ」を利用してエネルギ線量及びエネルギ誤差172の2次和を最小にすることができる。100%の積分フィードバックの代わりに線形2次レギュレータの利用は、エネルギ線量誤差を約25%低減することが試験で示されている。
An alternative to IISquared feedback is dose feedback. Similar to the IISquared controller with hard gain, the dose feedback controller aims to minimize the dose but uses a control method that improves performance with a non-rectangular dose window (eg, a trapezoidal dose window). Dose feedback is controlled by sizing parameters and gain vectors. The dose feedback controller is only available in dose mode and sigma mode, and a “linear quadratic regulator” can be utilized to minimize the secondary sum of energy dose and
レーザシステム4の効果は、図5に示すように、静的利得を通じて電圧入力152をエネルギ(エネルギ測定値172により評価)に変形することである。更に、エネルギ信号に追加される1組の外乱が存在する。従って、システムの状態は、外乱動特性及び線量演算子に同等とすることができる。エネルギサーボ機構162は、線量演算子の挙動に応答して電圧調節を行うことに向けられる。エネルギ線量フィードバックは、状態フィードバックベクトルK及び線量演算子の状態を特徴付けるベクトルxdの内積として計算することができる。
Vdose = −K xd
ここで、Kは、エネルギ誤差の二乗及びエネルギ線量誤差の二乗の加重和を最小にする線形2次レギュレータの解として計算される。
The effect of the
Vdose = -K xd
Here, K is calculated as the solution of the linear secondary regulator that minimizes the weighted sum of the square of the energy error and the square of the energy dose error.
ディザ相殺部166は、タイミングディザ168により引き起こされたエネルギ変化を相殺するように電圧を調節する。この相殺の二次効果は、それが、一定エネルギでのMOPA/MOPRAタイミングに関する電圧の導関数、すなわち、MopaOpPoint180(
ここで、Eをレーザエネルギ、Vを電圧、tをMOPAタイミング、すなわち、MOチャンバとPAチャンバの間の発射時間の差とした時に、
u = 1/E * dV/dt:一定エネルギ
として定義することができるMOPAレーザシステムの作動点u)を計算するのに使用される値を推定することである。タイミング制御のある一定の態様に対して、タイミング対エネルギ曲線の局所的な勾配が必要である。この情報は、MO及びPA整流器トリガに指令された差動タイミングにディザ信号を印加することによって取得される。タイミングがエネルギに結合するので、このディザ信号により、エネルギにおける適合ディザが生成される。ディザ相殺アルゴリズムは、レーザに印加された時にタイミングディザ信号によって生成されたエネルギ内のディザを正確に相殺する電圧信号を適応的に見つける。従って、タイミングディザは、エネルギ信号内ではもはや出現せず、従って、エネルギシグマ又はエネルギ線量には影響を与えない。
The
Where E is the laser energy, V is the voltage, and t is the MOPA timing, ie the firing time difference between the MO chamber and the PA chamber.
u = 1 / E * dV / dt: to estimate the value used to calculate the operating point u) of the MOPA laser system, which can be defined as constant energy. For certain aspects of timing control, a local slope of the timing versus energy curve is required. This information is obtained by applying a dither signal at the differential timing commanded by the MO and PA rectifier triggers. Since timing is coupled to energy, this dither signal produces a matched dither in energy. The dither cancellation algorithm adaptively finds a voltage signal that accurately cancels the dither in the energy generated by the timing dither signal when applied to the laser. Thus, the timing dither no longer appears in the energy signal and therefore does not affect the energy sigma or energy dose.
この相殺アルゴリズムの副産物は、一定エネルギのタイミングに関する電圧の導関数である。この副産物は、第一に識別するためにタイミングディザが適用された勾配情報である。ガス制御に向けてレーザ制御システムに使用されるパラメータdMpopdMopa(MOチャンバとPAチャンバの発射時間の差に対するMopaOpPointの導関数)は、ディザ相殺をMOPAタイミングの変化(MOチャンバ及びPAチャンバの発射時間の差)にほぼ瞬時に応答させるために使用することができる。このパラメータがオフである場合、MOPA/MOPRAタイミング内の「大きな」(1〜2ns)変化で、MopaOpPoint180(Mpop)は、新たな値に跳び、次に、次の数千発射にわたって異なる値にドリフトする。MopaOpPoint180推定値が収束する間の時間中、タイミングディザ信号の一部は、放出されてエネルギになる。上述のガス制御パラメータが正しく設定されている場合、MopaOpPoint180は、「大きな」MOPA/OPRAタイミング変化で新たな値に跳び、次に、その新しい値に留まり、ドリフトが実質的に低減されるはずである。
A byproduct of this cancellation algorithm is the derivative of the voltage with respect to constant energy timing. This by-product is gradient information to which timing dithering is applied in order to identify first. The parameter dMpopdMopa (MopaOpPoint derivative with respect to the difference between the MO chamber and PA chamber firing times) used in the laser control system for gas control is a dither cancellation change in MOPA timing (MO chamber and PA chamber firing times Can be used to respond to the difference) almost instantaneously. If this parameter is off, with a “big” (1-2 ns) change in MOPA / MOPRA timing, MopaOpPoint 180 (Mpop) will jump to a new value and then drift to a different value over the next thousands of firings. To do. During the time during which the
図4に関して上述のように、台形ウィンドウを利用すると、明らかにサンプリング速度の20%及び40%で全てのウィンドウに対してゼロがある(台形ウィンドウの前縁及び後縁が5パルスである場合)。ディザの振幅は、エネルギディザを低減するために通常は低く設定することができるが、この低い振幅により、エネルギ線量の導関数対電圧推定値の計算が遅れる。ディザが、台形ウィンドウのうちの1つのゼロの下に移動された場合、振幅を上げることができ、悪影響が低減する。 As described above with respect to FIG. 4, when using trapezoidal windows, there is clearly zero for all windows at 20% and 40% of the sampling rate (if the leading and trailing edges of the trapezoidal window are 5 pulses) . The dither amplitude can usually be set low to reduce energy dither, but this low amplitude delays the calculation of the energy dose derivative versus voltage estimate. If the dither is moved below the zero of one of the trapezoidal windows, the amplitude can be increased and adverse effects are reduced.
Mpop補償182は、MOPAタイミングの変化を補償するために電圧入力152を調節するものである。この調節は、主として、約1ナノ秒を超えるDtMopaTargetの変化に対してエネルギを安定化するためのものである。レーザが、帯域幅制御有効(ASC)で稼動中であり、かつ帯域幅が下がらないように保つために共振から遠ざかって現在作動中である場合、制御システムは、MOとPAトリガ間の遅延を低減する。この時点で、MopaOpPointは、低い負の値になるが、その理由は、DtMopaTargetがピーク効率に対する値を数ns下回っているからである。次に、スキャナ2は、繰返し数を帯域幅共振上にあるものに切り換える。帯域幅は上昇し、帯域幅コントローラは、補償するために数nsだけDtMopaTargetを前進させる。それによってレーザは、ピーク効率に数ns近づき、エネルギは、段階的に増加する。エネルギのこの段階的変化は、エネルギサーボ機構162が補償する機会を有するまでエネルギ線量に影響を与えることになる。
一方、MopaOpPoint補償182は、この影響に対抗するものである。Mopaタイミングの変化に対してディザ相殺を調節するのに使用されるのと同じ値dMpopDMopaを使用して、Mopaタイミングの所定の変化に対して電圧が変わる必要があることになる量を計算することができる。Mopaタイミングが急速に変わった時、MopaOpPoint補償182は、同じくどの程度の電圧変化が必要であるかを予測し、エネルギ誤差174が出現するのを待つ必要がなく、電圧入力152に適切な電圧信号を供給することができる。MopaOpPoint補償182は、以下のように説明することができる。
V = Eu2/2k
ここで、Eは、レーザエネルギであり、uは、MopaOpPointであり、kは、dMpopDMopa、すなわち、Mopaタイミングに対するMopaOpPointの導関数、すなわち、MOチャンバとPAチャンバの間の発射時間の差である。
On the other hand, the
V = Eu 2 / 2k
Where E is the laser energy, u is MopaOpPoint, and k is dMpopDMopa, ie the derivative of MopaOpPoint with respect to Mopa timing, ie the difference in firing time between the MO and PA chambers.
外乱予測部184は、エネルギに作用する外乱がDCオフセット+数トーンであると仮定して電圧誤差の予測に基づいて電圧入力152を調節する。トーンは、MO及びPA/PO送風機速度の倍数である周波数である。この予測電圧誤差は、電圧入力152から減算され、従って、DCオフセット又は送風機ブレード通過による影響が除去される。
The
最後に、エネルギディザ部170は、MOエネルギ、出力エネルギ、及びMOPAタイミングに及ぼす電圧の影響を推定するのに使用される電圧入力152に追加される周期信号を供給する。エネルギディザ170からの周期信号は、n回の発射の長さであり、以下の方程式により説明することができる。
V[k] = Acos(2πndk/n) k=0,...,n−1
ここで、Aは、ディザ振幅であり、ndは、ディザの1つの完全なサイクル内の余弦周期の個数である。
Finally, the
V [k] = A cos (2πn d k / n) k = 0,. . . , N-1
Where A is the dither amplitude and n d is the number of cosine periods within one complete cycle of the dither.
ディザ信号は、各バーストで開始される前に一定数の発射にわたって控えられる。この遅延は、ディザがバースト効果の開始と結合してレーザ4を仕様外に押し出すことができないように設けられる。ディザ周波数で又はその近くの他の信号が導関数推定値と干渉することを防止するために、ディザ信号の位相をランダム化することができる。ランダム化は、ディザを開始するために上述の方程式のkの値をランダム化することによって行われる。図3に示すウィンドウに対して、ディザ周波数は、繰返し数の1/5である(各台形ウィンドウの前縁及び後縁の5発射)。これは、線量を計算するために台形ウィンドウを使用するレーザには重要な周波数である。4パルスの前縁及び後縁を有するウィンドウに対して、繰返し数の20%は、線量演算子のゼロ内にある。従って、この周波数でのディザリングは、線量に影響を与えないことになる。
The dither signal is withheld for a fixed number of firings before starting with each burst. This delay is provided so that the dither cannot combine with the start of the burst effect to push the
これらの電圧信号は、電圧入力152を生成するために一緒に追加される。レーザが発射された時、エネルギが測定される(172)。エネルギターゲットは、dV/dE、すなわち、エネルギに関する電圧の導関数のレーザ推定値176によりスケーリングされたエネルギ誤差信号174を作成するためにエネルギ測定値から減算される。得られた電圧誤差164は、エネルギ誤差、線量誤差、エネルギシグマ、又はその何らかの組合せを最小にするように電圧信号の一部を調節する適応アルゴリズム178を駆動するのに使用される。
These voltage signals are added together to generate a
図6は、開示する主題の第1の例示的な実施形態による図5のレーザ制御システム150を準備する方法を示す流れ図である。流れ図のあらゆる工程説明又はブロックは、モジュール、セグメント、コードの各部、又は工程において特定の論理的関数を実行する1つ又はそれよりも多くの命令を含む段階を表すと理解すべきであり、代替的な実施は、開示する主題の当業者により理解されるように、関わっている機能性に基づいて実質的に同時又は逆の順序を含む図示又は説明からの順序を外れた順序て機能を実行することができる開示する主題の範囲に含まれることに注意すべきである。
FIG. 6 is a flow diagram illustrating a method for preparing the
第1の例示的な実施形態の3つの代案を各々ここで図6を参照して以下に説明する。 Three alternatives of the first exemplary embodiment will now each be described below with reference to FIG.
第1の代案においては、ブロック202によって示すように、発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスの形態で第1の電圧入力を作動的に送出する。台形ウィンドウでガスチャンバの出力のエネルギ線量を計算する(ブロック204)。制御回路で第1の電圧入力を変更し、線量演算子に対する周波数応答は、少なくとも1つのゼロを有する(ブロック206)。エネルギディザ及びタイミングディザの少なくとも一方をゼロの1つの下で開始する(ブロック208)。第1の電圧入力を変更するフィードバック制御ループを用いて制御回路にガスチャンバの出力を通信する(ブロック210)。
In the first alternative, a first voltage input is actuated in the form of electrical pulses on a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber, as indicated by
第2の代案においては、ブロック202によって示すように、発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスの形態で第1の電圧入力を作動的に送出する。台形ウィンドウでガスチャンバの出力のエネルギ線量を計算する(ブロック204)。制御回路で第1の電圧入力を変更し、制御回路は、方程式V=Eu2/2kに従って第1の電圧入力を変更し、ここで、Eは、レーザエネルギであり、uは、MopaOpPointであり、kは、ガスチャンバ間の発射時間の差に関するMopaOpPointの導関数である(ブロック206)。この代案では、ブロック208を使用しない。第1の電圧入力を変更するフィードバック制御ループを用いて制御回路にガスチャンバの出力を通信する(ブロック210)。
In the second alternative, as indicated by
第3の代案においては、ブロック202によって示すように、発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスの形態で第1の電圧入力を作動的に送出する。台形ウィンドウでガスチャンバの出力のエネルギ線量を計算する(ブロック204)。Vdose=−Kxdとして計算されたエネルギ線量フィードバックを第1の電圧入力に追加することによって制御回路で第1の電圧入力を変更し、ここで、Kは、エネルギ誤差の二乗及びエネルギ線量誤差の二乗の加重和を最小にする線形2次レギュレータの解として計算された状態フィードバックベクトルであり、xdは、線量演算子の状態を特徴付けるベクトルである(ブロック206)。この代案では、ブロック208を使用しない。第1の電圧入力を変更するフィードバック制御ループを用いて制御回路にガスチャンバの出力を通信する(ブロック210)。
In a third alternative, a first voltage input is actuated in the form of electrical pulses on a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber, as indicated by
強調すべき点として、開示する主題の上述の実施形態、特に、あらゆる「好ましい」実施形態は、実施の単に可能な例であり、すなわち、本発明の原理が明確に理解されるように例示したものである。本発明の精神及び原理から実質的に逸脱することなく、上述の本発明の実施形態に多くの変形及び修正を行うことができる。全てのこのような修正及び変形は、本明細書において本発明の開示及び開示する主題の範囲内に含まれ、かつ特許請求の範囲により保護されるように意図するものである。 It should be emphasized that the above-described embodiments of the disclosed subject matter, and in particular any “preferred” embodiments, are merely possible examples of implementation, ie, illustrated so that the principles of the invention can be clearly understood. Is. Many variations and modifications may be made to the above-described embodiments of the invention without departing substantially from the spirit and principles of the invention. All such modifications and variations are intended to be included herein within the scope of the present disclosure and the disclosed subject matter and protected by the following claims.
2 スキャナ
6 ビーム送出ユニット
11 主発振器
12 パワー増幅器
2 Scanner 6
Claims (27)
発振器ガスチャンバと、
増幅器ガスチャンバと、
前記発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び前記増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスを送出するように作動的に接続された第1の電圧入力と、
を含み、
前記ガスチャンバの出力が、台形ウィンドウによって計算されるエネルギ線量であり、
レーザ制御システムが、
前記第1の電圧入力を変更するために前記第1の電圧入力に接続された制御回路、
を更に含み、
線量演算子に対する周波数応答が、少なくとも1つのゼロを有し、
レーザ制御システムが、
前記ゼロの1つの下で開始するように配置されたエネルギディザ及びタイミングディザのうちの少なくとも一方と、
前記第1の電圧入力を変更するために前記ガスチャンバの出力を前記制御回路に通信するフィードバック制御ループと、
を更に含む、
ことを特徴とするシステム。 A laser control system,
An oscillator gas chamber;
An amplifier gas chamber;
A first voltage input operatively connected to deliver an electrical pulse to a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber;
Including
The gas chamber output is the energy dose calculated by the trapezoidal window;
Laser control system
A control circuit connected to the first voltage input to change the first voltage input;
Further including
The frequency response to the dose operator has at least one zero;
Laser control system
At least one of energy dither and timing dither arranged to start under one of said zeros;
A feedback control loop that communicates the output of the gas chamber to the control circuit to change the first voltage input;
Further including
A system characterized by that.
複数の繰返し数ビンが、非ゼロ値に対して初期化される、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ制御システム。 The control circuit further includes a function of energy transfer;
Multiple iteration bins are initialized for non-zero values,
The laser control system according to claim 1.
発振器ガスチャンバと、
増幅器ガスチャンバと、
前記発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び前記増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスを送出するように作動的に接続された第1の電圧入力と、
を含み、
前記ガスチャンバの出力が、台形ウィンドウによって計算されるエネルギ線量であり、
レーザ制御システムが、
前記第1の電圧入力を変更するために該第1の電圧入力に接続され、Eが、レーザエネルギ、uが、MopaOpPoint、かつkが、MopaOpPointの前記ガスチャンバ間の発射時間の差に関する導関数である場合に方程式対=Eu2/2kに従って該第1の電圧入力を変更する制御回路と、
前記第1の電圧入力を変更するために前記ガスチャンバの出力を前記制御回路に通信するフィードバック制御ループと、
を更に含む、
ことを特徴とするシステム。 A laser control system,
An oscillator gas chamber;
An amplifier gas chamber;
A first voltage input operatively connected to deliver an electrical pulse to a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber;
Including
The gas chamber output is the energy dose calculated by the trapezoidal window;
Laser control system
A derivative of the difference in firing time between the gas chambers connected to the first voltage input to change the first voltage input, where E is the laser energy, u is MopaOpPoint, and k is MopaOpPoint. A control circuit for changing the first voltage input according to the equation pair = Eu 2 / 2k when
A feedback control loop that communicates the output of the gas chamber to the control circuit to change the first voltage input;
Further including
A system characterized by that.
複数の繰返し数ビンが、非ゼロ値に対して初期化される、
ことを特徴とする請求項10に記載のレーザ制御システム。 The control circuit further includes a function of energy transfer;
Multiple iteration bins are initialized for non-zero values,
The laser control system according to claim 10.
発振器ガスチャンバと、
増幅器ガスチャンバと、
前記発振器ガスチャンバ内の電極の第1の対及び前記増幅器ガスチャンバ内の電極の第2の対に電気パルスを送出するように作動的に接続された第1の電圧入力と、
を含み、
前記ガスチャンバの出力が、台形ウィンドウによって計算されるエネルギ線量であり、
レーザ制御システムが、
前記第1の電圧入力を変更するために該第1の電圧入力に接続され、Kが、エネルギ誤差の二乗及びエネルギ線量誤差の二乗の加重和を最小にする線形2次レギュレータの解として計算される状態フィードバックベクトル、かつxdが、線量演算子の状態を特徴付けるベクトルである場合に、Vdose=−Kxdとして計算されるエネルギ線量フィードバック回路を更に含む制御回路と、
前記第1の電圧入力を変更するために前記ガスチャンバの出力を前記制御回路に通信するフィードバック制御ループと、
を更に含む、
ことを特徴とするシステム。 A laser control system,
An oscillator gas chamber;
An amplifier gas chamber;
A first voltage input operatively connected to deliver an electrical pulse to a first pair of electrodes in the oscillator gas chamber and a second pair of electrodes in the amplifier gas chamber;
Including
The gas chamber output is the energy dose calculated by the trapezoidal window;
Laser control system
Connected to the first voltage input to change the first voltage input, K is calculated as the solution of a linear secondary regulator that minimizes the weighted sum of the square of the energy error and the square of the energy dose error. A control circuit further comprising: an energy dose feedback circuit calculated as V dose = −Kxd, where xd is a vector characterizing the state of the dose operator;
A feedback control loop that communicates the output of the gas chamber to the control circuit to change the first voltage input;
Further including
A system characterized by that.
複数の繰返し数ビンが、非ゼロ値に対して初期化される、
ことを特徴とする請求項19に記載のレーザ制御システム。 The control circuit further includes a function of energy transfer;
Multiple iteration bins are initialized for non-zero values,
The laser control system according to claim 19.
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