KR20110086020A - 2 챔버 가스 방전 레이저의 레이저 제어 방법 및 장치 - Google Patents

2 챔버 가스 방전 레이저의 레이저 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 제어 시스템은 오실레이터 가스 챔버 및 증폭 가스 가스 챔버를 포함한다. 제1 전압 입력은 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극과 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스를 전달하도록 연결되어 있다. 가스 챔버의 출력은 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된 에너지 도스이다. 제어 회로는 제1 전압 입력을 수정하기 위해 제1 전압 입력에 연결되어 있다. 피드 제어 루프는 가스 챔버의 출력을 제어 회로에 전송하여 제1 전압 입력을 수정한다.

Description

2 챔버 가스 방전 레이저의 레이저 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LASER CONTROL IN A TWO CHAMBER GAS DISCHARGE LASER}
본원은 일반적으로 레이저 시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 2 챔버 가스 방전 레이저용 레이저 컨트롤 시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에서 알려진 MOPA(마스터 오실레이터/파워 증폭기)의 블록도이다. 이러한 MOPA 레이저 시스템(10)은 예를 들어, 집적 회로 리소그래피의 영역에서 사용된다. MOPA 레이저 시스템(10)의 하나의 실시예에서, 193 nm 자외선 레이저 광선이 네덜란드에 사무소를 둔 ASML 또는 일본에 사무소를 둔 니콘 또는 캐논에 의해 공급되는 스텝퍼 또는 스캐너 머신과 같은 리소그래피 머신/스캐너(20)의 입력 포트에 제공된다. MOPA 레이저 시스템(10)은 예를 들어, 4000Hz 이상의 펄스 반복율에서 시스템의 펄스 에너지 및 누적된 도스 에너지 출력을 제어하기 위한 레이저 에너지 컨트롤 시스템(4)을 포함하고 있다. MOPA 레이저 시스템(10)은 펄스 및 도스 에너지의 피드백 및 피드포워드 컨트롤을 갖는 서로에 대해 2개의 레이저 챔버내의 방전의 극히 정확한 트리거링을 제공한다.
레이저 시스템(4)의 주요 컴포넌트는 자주 스캐너(2)가 설치된 데크/플로우(5) 아래에 설치되어 있다. 그러나, MOPA 레이저 시스템(10)은 스캐너(20)의 입력 포트에 레이저 빔을 전달하기 위한 폐쇄된 빔 경로를 제공하는 빔 전달 유닛(6)을 포함하고 있다. 이러한 광원은 마스터 오실레이터(11)와 같은 시드 레이저 제너레이터, 그리고, 예를 들어, 아래에 보다 상세하게 설명된 파워 증폭기(12)일 수 있고, 예를 들어, 아래에 상세하게 설명되는 파워 링 오실레이터("PRA")와 같은 오실레이터일 수도 있는 증폭기 레이저부를 포함하고 있다. 편의를 위해, 본원에서, 시드 레이저는 MO로 부르고 증폭기 레이저는 파워 증폭기 또는 단순히 PA로 부를 수 있다. 이는 MOPO를 함께 형성하는 오실레이터, 즉 파워 오실레이터("PO")인 파워 링 증폭기("PRA")와 같은 증폭기 레이저 어레인지먼트 및 시드 레이저 어레인지먼트의 다른 형태를 포함하기 위한 것이다. 이러한 광원은 또한 펄스 스트레쳐(22)를 포함한다.
마스터 오실레이터(11) 및 파워 증폭기/파워 오실레이터(12)는 각각 단일 챔버 리소그래피 레이저 시스템의 방전 챔버와 유사한 방전 챔버(11A, 12A)를 포함하고 있다. 이러한 챔버(11A, 12A)는 2개의 전극, 레이저 가스 및, 이러한 전극과 수냉 피닝된 열 교환기 사이의 가스를 순환시키기 위한 탄젠셜을 포함한다. 마스터 오실레이터(11)는 파워 증폭기(12)를 관통하는 2개의 통로에 의한 PA 구성에서, 그리고 PO/PRA내의 오실레이션에 의한, PO/PRA 구성의 경우에, 증폭된 제1 레이저 빔(14A)을 생성하고, 그래서 도 1에 도시된 바와 같이 제 레이저 빔(14B)을 생성한다. 마스터 오실레이터(11)는 출력 커플러(11C) 및 라인 내로우잉 패키지(11B)에의해 형성된 공진 캐비티를 포함하고 있다. 마스터 오실레이터(11C)에 대한 이득 미디엄은 마스터 오실레이터 방전 챔버(11A)내에 포함된 2개의 긴 전극 사이에 생성된다. 파워 증폭기(12)는 기본적으로 방전 챔버(12A)이고 바람직한 실시예에서 거의 정확히 마스터 오실레이터 방전 챔버(11A)와 동일하고 이러한 챔버는 2개의 전극 사이의 이득 미디엄을 제공한다. 하지만, 파워 증폭기(12)는 PO/PRA와 같이 아무런 공진 캐비티를 가질 수 없다. 이러한 MOPA 레이저 시스템(10) 구성에 의해 마스터 오실레이터(11)는 파장 안정도 및 초협대역폭과 같은 빔 퀄리티 파라미터를 최대화하도록 설계되고 동작될 수 있다. 이에 대해 파워 증폭기(12)는 파워 출력을 최대화하도록 설계되고 동작된다. 이러한 이유로 인해, MOPA 레이저 시스템(10)은 단일 챔버 시스템보다 훨씬 더 높은 품질 및 훨씬 더 높은 파워 레이저 광원을 제공한다.
상술된 바와 같이, 이러한 증폭기 부분은 예를 들어, 증폭기 방전 챔버의 방전 영역을 관통하는 2개의 빔 통로, 또는 증폭기 방전 챔버를 포함하는 캐비티내의 오실레이션을 위해 구성될 수 있고, 이는 도 1에 도시되어 있다. 이러한 빔은 MO(11)의 (30퍼센트의 반사도를 갖는) 출력 커플러(11C)와 LNP(11B) 사이에 마스터 오실레이션 챔버(11A)를 포함하는 캐비티에서 오실레이팅한다. 출력 커플러(11C)로부터 방출된 레이저 빔의 파장은 라인 센터 분석 모듈(7)에 의해 측정된다. 라인 내로우드 시드 빔은 MO 파장 엔지니어링 박스(MO WEB; 24)내의 미러에 의해 하방으로 반사되고 증폭기 챔버(12)쪽으로 PA 파장 엔지니어링 박스(PA WEB; 26)를 통해 (전극 오리엔테이션에 대해) 경미하게 스큐잉된 각도에서 수평으로 반사된다. 증폭기의 백엔드에서, PA 챔버(12)를 관통하는 제2 통로에 대해, 또는 전극 오리엔테이션과 일치하여 수평으로 PO/PRA 챔버내의 오실레이션에 대해 빔을 되반사한다. 방전 챔버(12A)로부터 방출된 레이저의 대역폭은 대신에 레이저의 대역폭이 대역폭 분석 모듈로에 의해 측정될수 있지만 스펙트럼 분석 모듈(9)에 의해 측정된다.
레이저 시스템 출력 빔 펄스(14B)는 PA/PO 챔버(12A)로부터 빔 스플리터(16)을 통과한다. 빔 스플리터(16)는 4개의 포커싱 미러(20A, 20B, 20C, 20D)에 의해 생성된 딜레이 경로내로 파워 증폭기 출력 빔(14B)의 약 60퍼센트를 반사한다. 빔(14B)의 각 펄스의 40 퍼센트 전송된 부분은 출력 빔 펄스(14C)의 상응하는 스트레칭된 펄스의 제1 험프가 된다. 출력 빔(14C)은 반사된 부분을 포인트(22)로 포커싱하는 미러(20A)로 빔 스플리터(16)에 의해 지향된다. 그후에, 이러한 빔은 확장되어 미러(20B)로부터 반사되고, 이러한 미러(20B)는 이러한 확장 빔을 병렬 빔으로 변환시키고 이것을 미러(20C)로 지향시킨다. 이러한 미러(20C)는 다시 이러한 빔을 다시 포인트(22)로 포커싱한다. 이러한 빔은 그후에, 미러(20B)와 같이 상술된 확장 빔을 광 병렬 빔으로 변화시키고 이것을 다시 빔 스플리터(16)로 지향시키는 미러(20D)에 의해 반사된다. 이러한 빔 스플리터(16)에서, 제1 반사된 광의 약 60퍼센트는 출력 빔(14C)내의 이러한 펄스의 제1 전송된 부분과 완벽하게 일치하여 반사되어 레이저 시스템 출력 빔 펄스내의 제2 험프의 대부분이 된다. 이러한 반사된 빔의 40퍼센트는 빔 스플리터(16)를 투과하고 스트레칭된 펄스내의 추가적으로 보다 적은 험프를 생산하는 제1 반사된 빔의 경로를 정확히 따른다. 그래서약 20ns로부터 약 70ns의 펄스 길이에서 스트레칭되는 완료된 출력 빔(14C)을 얻는다. 빔 전달 유닛(BDU)은 출력 빔(14C)을 전달한다. 이러한 BDU는 2개의 빔-포인팅 미러(40A, 40B)를 포함할 수 있고, 이러한 미러의 하나 또는 양측은 가변 빔 포인팅을 위한 팁 그리고 틸트 보정을 제공하도록 제어될 수 있다.
도 2는 종래기술에 따라, 도 1의 MOPA/MOPO 레이저 시스템에 대한 에너지 컨트롤 블록도(50)이다. 도 2는 MOPA 레이저 시스템(10)으로의 전압원(52)을 제어하는 다양한 컨트롤 엘리먼트를 설명한다. 에너지 컨트롤 블록도(50)는 (다른 영향이 고려될 필요가 있다면) 에너지 타겟(56)을 달성하도록 기대되는 기본적으로 결정된 전압을 제공하는 스태틱 컨트롤(54)을 포함한다. 피드 포워드 블록(58)은 트리거 인터벌(60)에 기초한 전압 조정을 제공한다. 트리거 인터벌(60)은 '전압 입력-에너지 출력' 관계에 영향을 주는, 반복율, 숏 넘버 및 듀티 사이클을 계산하는데 사용된다. 전압 조정은 이러한 값의 함수로서 계산된다. 에너지 서보(62)는 이전의 숏의 계산된 전압 에러(64)에 기초하여 전압 입력(52)을 조정한다. 디더 캔슬레이션(66)은 타이밍 디더(68)에 의해 유발된 에너지 변화를 상쇄하기 위해 전압을 조정한다. 최종적으로, 에너지 디더(70)는 MO 에너지, 출력 에너지 및 MOPA 타이밍에 대한 전압의 영향을 추정하도록 사용된 전압 입력(52)에 추가된 주기적 신호를 제공한다. 이러한 5개의 전압 신호는 전압 입력(52)을 발생시키기 위해 함께 추가된다. 레이저 파이어로서, 에너지(72)는 측정된다. 에너지 타겟은 측정된 에너지(72)로부터 감산되어 에너지 에러 신호(74)를 생성하고, 이러한 에너지 에러 신호(74)는 dV/dE에 의해 스케일링되고, 에너지에 대해 파생된 전압의 레이저 추정값(76)이다. 최종 전압 에러(64)는 에너지 에러, 도스 에러, 에너지 시그마, 또는 일부 조합을 최소화하는 방식으로 전압 신호의 일부를 조정하는 어댑테이션 알고리즘(78)을 유도하도록 사용된다.
도 1에 도시된 MOPA 레이저 시스템(10)은 단일 챔버 시스템 보다 큰 빔 컨트롤, 빔 파워 및 안정도를 제공하여 단일 챔버 시스템보다 향상된 것이다. 그러나, 이러한 시스템의 톤 디스터번스를 리졸빙하고 보다 더 타이밍 및 에너지를 샤프닝함으로써 동작을 향상시킬 수 있다.
본원의 실시예의 특징은 레이저 시스템을 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다. 요컨대, 구조에서, 시스템의 하나의 가능한 실시예의 특징은 다음과 같이 구현될 수 있다. 본 시스템은 오실레이터 가스 챔버 및 증폭기 가스 챔버를 포함하고 있다. 제1 전압 입력은 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극 및 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극을 전기 펄스를 전달하도록 연결되어 있다. 가스 챔버의 출력은 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된 에너지 도스이다. 제어 회로가 제1 전압 입력을 수정하기 위해 제1 전압 입력에 연결되어 있다. 피드백 제어 루프는 제어 회로에 가스 챔버의 출력을 전송하여 제1 전압 입력을 수정한다.
본원의 특징은 또한 레이저 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공하는데 있다. 이러한 관점에서, 이러한 방법의 하나의 실시예는 다음의 단계, 즉, 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극과 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스의 형태로 제1 전압 입력을 전달하는 단계; 사다리꼴 윈도우를 갖는 가스 챔버의 출력의 에너지 도스를 계산하는 단계; 제어 회로에 의해 제1 전압 입력을 수정하는 단계; 제1 전압 입력을 수정하기 위해 피드백 제어 루프를 갖는 제어 회로에 가스 챔버의 출력을 전송하는 단계;에 의해 요약될 수 있다.
본원의 다른 시스템, 방법, 특징 및 장점은 다음의 도면 및 상세한 설명에 의ㅎ 당업자에게 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 시스템, 방법, 특징 및 장점은 이러한 설명에 포함되고 본원의 범위내에 있도록 그리고 첨부된 청구범위에 의해 보호되도록 의도되었다.
본 발명의 많은 특징은 다음의 도면을 참조하여 보다 더 잘 이해될 수 있다. 도면의 컴포넌트는 개시된 대상의 원리를 명확히 설명하기 위해 스케일을 맞추지 않았다. 또한, 도면에서, 동일한 부재 번호는 다양한 도면에서 상응하는 파트를 지정하고 있다.
도 1은 MOPA/MOPRA 레이저 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1의 MOPA/MOPRA에 대한 에너지 컨트롤 블록도이다.
도 3은 본원의 제1 실시예에 따른, 다양한 반복율의 사다리꼴 윈도우를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본원의 제1 실시예에 따른, 도 3에 개시된 윈도우에 대한 도스 오퍼레이터의 주파수 응답의 그래프이다.
도 5는 본원의 제1 실시예에 따른, 도 1의 MOPA/MOPRA 레이저 시스템에 대한 에너지 컨트롤 블록도이다.
도 6은 본원의 제1 실시예에 따른, 도 5의 레이저 컨트롤 시스템 제공 방법을 설명하는 순서도이다.
본원의 엘리먼트는 정사각형의 윈도가 과거에 에너지 도시 계산을 사용되었지만, 일부 장점은 대안의 형상의 윈도우에 적용함으로써 실형될 수 있다는 인식에 기초하고 있다. 도 3은 본원의 제1 실시에에 따른 다양한 반복율의 사다리꼴 위도우를 나타내는 그래프이다. 도 4는 본원의 제1 실시예의 특징에 따른, 도 3에 개시된 윈도우에 대한 도스 오퍼레이터의 주파수 응답의 그래프이다. 다양한 윈도우 폭에 대해 변하는 제로의 세트가 존재하지만 샘플율의 20% 및 40%에서 모든 윈도우에 대한 제로가 존재한다는 것은 분명하다. 이러한 제로는 5 펄스 무빙 평균의 제로에 상응한다. 사다리꼴 윈도우는 트레일링 에지 및 5 펄스 직방형 윈도우보다 작은 윈도우 사이즈와 동일한 길이를 갖는 직방향 윈도우의 컨볼루션이라는 것을 볼 수 있다.
도 5는 본원의 제1 실시예에 따른, 도 1의 MOPA/MOPRA 레이저 시스템에 대한 에너지 컨트롤 블록도이다. 도 5는 MOPA/MOPRA 레이저 시스템(10)으로의 전압 입력(152)을 제어하는 다양한 컨트롤 엘리먼트를 설명한다. 이러한 에너지 컨트롤 블록도(150)는 (고려할 다른 영향이 없다면) 에너지 타겟(156)을 달성할 것으로 기대되는 기본적으로 결정된 전압을 제공하는 스태틱 컨트롤(154)을 포함한다. 스태틱 컨트롤(154)의 목적의 일부는 에너지 타겟(156)에서 변화에 응답하는 에너지 컨트롤러를 만드는 것이다. 사용자가 에너지 타겟을 조정한다면, 제1 숏에 대한 제1 전압 입력(152)은 새로운 에너지 세트포인트를 충족하기 위해 계산되어야 한다. 이러한 스태틱 컨트롤(154)은 다음의 전압 신호를 제공할 수 있다.
V = (dV/dE)ref*(Etarget - Eref + e(Etarget - Eref)2 + Vref
여기에서, Eref는 대략 레이저 시스템(10)의 공칭 에너지로 설정되어 있고, Vref는 대략 Eref에서 레이저를 발사하는데 필요한 전압이다.
피드 포워드 블록(158)은 트리거 인터벌(160)에 기초한 전압 조정을 제공한다. 트리거 인터벌(160)은 '전압 입력-에너지 출력' 관계에 영향을 주는 반복율, 숏 넘버 및 듀티 사이클을 계산하는데 사용된다. 이러한 트리거 인터벌(1600에 대한 전압 조정은 이러한 값들의 함수로서 계산된다. 보다 구체적으로, 피드 포워드 블록(158)에 의해 제공된 전압 신호는 다음에 같을 수 있다.
V =f0(D) + f1(R,n)
여기에서, D는 듀티 사이클이고, R은 반복율이고, n은 숏 넘버이다. 피드 포워드 전압은 2개의 항을 갖고 있음에 주목해야 한다. 한 항, /o은 듀티 사이클 및/또는 버스터 인터벌에 종속되어 있고, 또 다른 항, /i는 숏 넘버 및 반복율에 종속되어 있다. 설계에 의해, /i는 각 버스트의 제1 숏에 대해 제로이다. 따라서, /o 단독은 버스의 제1 숏에 대한 피드 포워드 전압을 결정한다. 이러한 항은 보통 버스트를 통해 계속되는 효율에서의 변화를 위해 레이저를 조정하도록 의도되어 있다. f 1 항은 임의의 트랜지언트의 형상을 계산한다. 이러한 등식은 듀티 사이클 또는 인터버스트 인터벌 효과가 단지 버스트내의 모든 숏에 대한 동일한 양만큼 에너지 대 숏 넘버를 상하로 이동시킨다는 것을 가정한다. 에너지 트랜지언트의 형상은 반복율에만 종속되는 것을 가정된다. /i(R,n) 함수는 에너지 트랜지언트의 형상을 보상한다.
/i(R,n) 함수는 테이블 대 반복율과 숏 넘버로서 유지되어 있다. 단순한 인티그레이터는 빈을 적용하는데 사용된다. 과거에, 빈은 제로로 시작되었고, 이는 레이저 컨트롤이 반복율에서 트랜지언트를 정확하게 인버팅하기 전에 다수의 버스트를 필요로 한다.
이러한 빈을 제로로 초기화하는 대신에, 피드 포워드 빈은 주파수에서 가장 가까운 트레이닝된 빈의 값으로 초기화될 수 있다. 이러한 빈을 에너지 트랜지언트의 형상에 대한 정확한 값에 보다 가까운 값으로 초기화함으로써 레이저 컨트롤은 보다 신속해지고, 보다 정확해져 트랜지언트를 반복율에서 인버팅한다.
에너지 서보(162)는 동일한 버스트내의 이전의 숏의 계산된 전압 에러9164)에 기초하여 전압 입력(152)을 조정한다. 이러한 에너지 서보(162)로부터의 조정은 적어도 한 커플의 상이한 모드에서 계산될 수 있다. 먼저, NSqaured 피드백은 당업자에게 공지된 피드백 법이다. 이러한 피드백 법은 전압 에러의 인티그럴에 비례하는 하나의 전압을 피드백하고(인티그럴 게인) 2배 인티그레이팅된 전압 에러에 비례하는 또 다른 전압을 피드백한다(I 스퀘어드 게인). 다수의 세트의 게인이 NSquared 필터: 소프트; 하드; 및 MO에 대해 제공된다. 소프트 게인은 목적이 숏과 숏 사이의 에너지 에러를 최소화하는 것일 때 동작 모드에서 사용된다. 소프트 게인은 에너지 에러를 최소화하기 위해 선택된다. 하드 게인은 도스 및 시그마 모드에서 사용된다. 이러한 하드 게인은 도스(인티그레이티드 에너지 에러)를 최소화하도록 의도되어 있고 소프트 게인 보다 큰 경향이 있다. MO 게인은 MO 에너지 컨트롤 모드에서 사용되고 에너지 에러를 최소화하도록 의도되어 있다.
HSquared 피드백의 대안은 도스 피드백이다. 하드 게인을 갖는 HSquared 컨트롤러와 같이, 도스 피드백 컨트롤러는 도스를 최소화하도록 의도되어 있지만, 그것은 비직방형 도스 윈도우(예를 들어, 사다리꼴 도스 윈도우)를 갖는 보다 양호한 성능을 제공하는 컨트롤법을 사용한다. 도스 피드백은 디메셔닝 파라미터 및 게인의 벡터에 의해 제어된다. 이러한 도스 피드백 컨트롤러는 도스 및 시그마 모드에서만 유용하고 에너지 도스 및 에너지 에러(172)의 제곱합을 최소화하도록 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터를 사용할 수 있다. 100% 인티그럴 피드백 대신에 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터의 사용하는 것은 시험 결과 대략 25%만큼 에너지 도스 에러를 감소시키는 것으로 나타났다.
도 5에 도시된 바와 가팅, 레이저 시스템(4)의 효과는 전압 입력(152)을 스태틱 게인을 통해 (에너지 측정(172)에 의해 산출된) 에너지로 변환시키는 것이다. 또한, 에너지 신호에 추가된 디스터번스의 세트가 존재한다. 따라서, 시스템의 상태는 디스터번스 다이나믹스 및 도스 오퍼레이터와 동일할 수 있다. 에너지 서보(162)는 도스 오퍼레이터의 행위에 응답하여 전압 조정을 제공하도록 되어 있다. 에너지 도스 피드백은 상태 피드백 벡터의 이너 프로덕트로서 계산될 수 있고, K 및 벡터는 도스 오퍼레이터, xd의 상태를 특성화한다.
Vdose = -Kxd
K는 에너지 에러의 제곱 및 에너지 도스 에러의 제곱의 가중치 적용된 합을 최소화하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터의 솔루션으로서 계산된다.
디더 캔실레이션(166)은 타이밍 디더(168)에 의해 유발된 에너지 변화를 상쇄하도록 전압을 조정한다. 이러한 캔실레이션의 부작용은 MopaOpPoint(180)를 계산하는데 사용된 값인 고정된 에너지에서의 MOPA/MOPRA 타이밍에 대해 전압의 데릭베이티브를 추정한다는 것이다. MopaOpPoint(180)는 MOPA 레이저 시스템의 동작점, u로서, 이는 다음과 같이 정의될 수 있다.
u=1/E*dV/dt (일정 에너지에서)
E는 레이저 에너지이고, V는 전압이고 t는 MOPA 타이밍, 즉, MO와 PA 챔버 사이의 파이어링 타임차이다. 타이밍 컨트롤의 특정 특징에 대해, 에너지 커브에 대한 타이밍의 로컬 슬로프가 필요하다. 이러한 정보는 MO 및 PA 커뮤테이터 트리거에 명령된 차등 타이밍에 디더 신호를 적용함으로써 얻어진다. 타이밍이 에너지내에 결합되어 있기 때문에, 이러한 디더 신호는 에너지의 매칭 디더를 생성한다. 디더 캔실레이션 알고리즘은 레이저에 적용될 때 타이밍 디더 신호에 의해 산출된 에너지에서의 디더를 정확하게 상쇄시키는 전압 신호를 적응식으로 발견한다. 따라서, 타이밍 디더는 더 이상 에너지 신호에 나타나지 않고 따라서, 에너지 시그마 또는 에너지 도스에 아무런 영향도 주지 않는다.
이러한 캔실레이션 알고리즘의 바이-프로덕트는 고정된 에너지에서의 타이밍에 대한 파생된 전압이다. 이러한 바이-프로덕트는 타이밍이 제1 플레이스에서 식별하도록 적용된 슬로프 정보이다. 가스 제어를 위한 레이저 컨트롤 시스템에서 사용되는 파라미터, dMpopdMopa (MO 및 PA 챔버 파이어링 타임 사이의 차이에 대한 파생된 MopaOpPoint)는 디더 캔실레이션이 MOPA 타이밍에서의 변화에 거의 즉시 응답하도록 할 수 있다(MO와 PA 챔버 파이어링 시간차). 이러한 파라미터가 오프라면, MOPA/MOPRA 타이밍에서의 "라지"1 (1-2 ns) 변화에 대해, MopaOpPoint(180: "Mpop")는 새로운 값으로 점프할 것이고 그다음, 그 위로, 그다음, 다음 수천 숏으로 점프할 것이고, 상이한 값으로 드리프팅할 것이다. MopaOpPoint(180) 추정값이 컨버징하는 동안, 일부 타이밍 디더 신호는 에너지내로 흘러들어갈 것이다. 상술된 가스 컨트롤 파라미터가 정확하게 설정되어 있다면, MopaOpPoint(180)는 "라지" MOPA/MOPPRA 타이밍 변화에 대한 새로운 값으로 점프한 후에 머티리얼리 디미니싱된 드리프트를 갖고 새로운 값에 남아 있어야 한다.
상술된 바와 같이, 사다리꼴 윈도우를 사용하는 도 4에 대해, (사다리꼴 윈도우의 리딩 및 트레일링 에지가 5 펄스인) 샘플율의 20% 및 40%에서 모든 윈도우에 대한 제로가 분명히 존재한다. 디더의 진폭이 에너지 디더를 감소시키기 위해 보통 낮게 설정될 수 있지만, 낮은 진폭은 전압 추정값에 대한 파생된 에너지 도스의 계산을 지연한다. 디더가 사다리꼴 위도우중 하나의 제로 아래로 이동된다면, 진폭은 약해진 네가티브 임팩트를 갖고 상승될 수 있다.
Mpop 컴펜세이션(182)은 MOPA 타이밍에서의 변화를 보상하기 위해 전압 입력(152)를 조정한다. 이러한 조정은 주로, 대략 1 나노초를 초과한 DtMopaTarget의 변화에 대해 에너지를 안정화시키기 위한 것이다. 레이저가 대역폭 컨트롤 이네이블드(ASC)로 동작하고 있고 현 공진으로부터 떨어져 동작하고 있다면, 대역폭을 업으로 유지하기 위해, 컨트롤 시스템은 MO와 PA 트리거 사이의 딜레이를 감소시켰다. 이러한 포인트에서, MopaOpPoint는 DtMopaTarget가 피크 효율에 대한 값 보다 수 ns 아래에 있기 때문에 낮은 음의 값일 것이다. 그다음, 스캐너(2)는 반복율을 대역폭 공진에 있는 것으로 반복율을 전환한다. 대역폭은 위로 올라가고 대역폭 컨트롤러는 보상을 위해 수 ns 만큼 DtMopaTarget을 선행한다. 이것은 스텝 방식으로 피크 효율 및 에너지 증가로 수 ns 더 가깝게 레이저를 이동시킨다. 에너지에서의 이러한 스텝 변화는 에너지 서버(162)가 보상 기회를 갖을 때까지 에너지 도스에 영향을 줄 것이다.
한편, MopaOpPoint 컴펜세이션(182)은 이러한 효과와 충돌한다. dMpopDMopa, 즉 Mopa 타이밍에서의 변화에 대한 디더 캔실레이션을 조정하는데 사용된 동일한 값을 사용하여, Mopa 타이밍에서의 주어진 변화에 대해 변하기 위해 필요할 전압량을 계산하는 것이 가능하다. Mopa 타이밍이 신속하게 변할 때, MopaOpPoint 컴펜세이션(182)은 무슨 전압이 필요한지 그리고, 에너지 에러(174)가 나타나는 것을 기다리지 않고 전압 입력(152)에 적합한 전압 신호를 제공하는지를 예측할 수 있다. MopaOpPoint 컴펜세이션(182)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
V=Eu2/2K
여기에서, E는 레이저 에너지이고, u는 MopaOpPoint이고 k는 dMpopDMopa 또는 MO와 PA 챔버 사이의 파이어링 시간차인, Mopa 타이밍에 대한 파생된 MopaOpPoint이다.
디스터번스 프리딕션(184)은 에너지에 작용하는 디스터번스는 DC 오프셋 플러스 다수의 톤이라는 가정하에, 전압 에러의 예측에 기초하여 전압 입력(152)을 조정한다. 이러한 톤은 MO 및 PA/PO 블로우어 스피드의 배수인 주파수에 있다. 이러한 예측된 전압 에러는 전압 입력(152)로부터 감산되고, 따라서, DC 오프셋 또는 블로우어 블레이드 통로로 인해 상술된 영향을 제거한다.
최종적으로, 에너지 디더(170)는 MO 에너지, 출력 에너지 및 MOPA 타이밍에 대한 전압의 효과를 추정하는데 사용된 전압 입력(152)에 추가된 주기적 신호를 제공한다. 에너지 디더(170)로부터의 주기적 신호는 n 숏 길이이고 다음 등식에 의해 표현될 수 있다.
V[k]=Acos(2ττndk/n) k=0,...,n-1
여기에서, A는 디더 진폭이고 nd는 디더의 하나의 전체 사이클내의 코사인 주기의 수이다.
디더 신호는 각 버스트에서 개시하기 전에 고정된 수의 숏에 대해 오프 유지된다. 지연이 제공되어 디더는 스펙 밖으로 레이저(4)을 밀기 위해 버스트 효과의 시작과 결합할 수 없다. 디더 주파수에서 또는 근방에서의 다른 신호가 파생된 추정값과 간섭하는 것을 차단하기 위해, 디더 신호의 위상은 랜덤화될 수 있다. 랜덤화는 디더를 개시하기 위해 상기 등식에서의 k의 값을 랜덤화함으로써 이루어진다. 도 3에 도시된 윈도우에 대해, 디더 주파수는 반복율의 1/5이다(각 사다리꼴 윈도우당 5 숏의 리딩 및 트레일링). 이것은 도스를 사용하기 위해 사다리꼴 윈도우를 사용하는 레이저에 대한 핵심 주파수이다. 4개의 펄스 리딩 및 트레일링 에지를 갖는 윈도우에 대해, 20%의 반복율은 도스 오퍼레이터의 제로 내에 있다. 그래서, 이러한 주파수에서의 디더링은 도스에 아무런 영향을 갖지 않을 것이다.
이러한 전압 신호는 전압 입력(152)을 생성하기 위해 함께 더해진다. 레이저 파이어로서, 에너지가 측정된다(172). 에너지 타겟은 에너지에 대한 파생된 전압의 레이저 추정값(176), dV/dE 만큼 스케일링된 에너지 에러 신호(174)를 생성하도록, 측정된 에너지로부터 감산된다. 최종 전압 에러(164)는 에너지 에러, 도스 에러, 또는 에너지 시그마, 또는 이들의 일부 조합을 최소화하는 방식으로 전압 신호의 일부를 조정하는 어댑테이션 알고리즘(178)을 유도하도록 사용된다.
도 6은 본원의 제1 실시예에 따른, 도 5의 레이저 컨트롤 시스템(150)을 제공하는 방법을 설명하는 순서도(200)이다. 순서도내의 임의의 프로세스 설명 또는 블록은 프로세스내의 특정 논리 함수를 구현하기 위한 하나 이상의 명령어를 포함하는 모듈, 세그먼트, 코드의 부분 또는 스텝으로서 이해되어야 하고, 대안의 실시예는 본원의 당업자에게 이해되는 바와 같이, 수반된 기능에 기초하여 실질상 동시에 또는 역순을 포함하여 함수가 논의된 순서를 벗어나 실행될 수 있는 본원의 범위내에 포함된다는 것에 주목해야 한다.
제1 실시예의 3개의 대안을 이제 도 6을 참조하여 설명할 것이다.
제1 대안예에서, 블록(202)에 도시된 바와 같이, 제1 전압 입력은 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극과 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극으로 전기 펄스의 형태로 동작식으로 전달된다. 가스 챔버의 출력의 에너지 도스는 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된다(블록 204). 제1 전압 입력은 도스 오퍼레이터에 대한 주파수 응답이 적어도 하나의 제로를 갖는 제어 회로에 의해 수정된다(블록 206). 에너지 디더 및 타이밍 디더중 적어도 하나는 제로들중 하나 아래에 시작된다(블록 208). 가스 챔버의 출력은 제1 전압 입력을 수정하기 위한 피드백 컨트롤 루프를 갖는 제어 회로에 전송된다(블록 210).
제2 대안예에서, 블록(202)에 도시된 바와 같이, 제1 전압 입력이 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극 및 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스의 형태로 동작식으로 전달된다. 가스 챔버의 출력의 에너지 도스는 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된다(블록 204). 제1 전압 입력은 제어 회로가 등식 V=Eu2/2k에 따라 제1 전압 입력을 수정하는 제어 회로에 의해 수정된다. 여기에서, E는 레이저 에너지이고, u는 MopaOpPoint이고 k는 가스 챔버 사이의 파이어링 시간차에 대한 파생된 MopaOpPoint이다(블록 206). 이러한 대안예는 블록(208)을 사용하지 않는다. 가스 챔버의 출력은 제1 전압 입력을 수정하기 위한 피드백 제어 루프를 갖는 제어 회로에 전송된다.
제3 대안예에서, 블록(202)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 전압 입력은 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극 및 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스의 형태로 동작식으로 전달된다. 이러한 가스 챔버의 출력의 에너지 도스는 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된다(블록 204). 제1 전압 입력은 제1 전압 입력에 Vdose=-K xd 로서 계산된 에너지 도스 피드백을 더함으로써 제어 회로에 의해 수정된다. 여기에서, K는 에너지 에러의 제곱과 에너지 도스 에러의 제곱의 가중치 적용된 합을 최소화하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터의 솔루션으로서 계산된 상태 피드백 벡터이고, xd는 도스 오퍼레이터의 상태를 특성화하는 벡터이다(블록 206). 이러한 대안예는 블록 208을 사용하지 않는다. 가스 챔버의 출력은 제1 전압 입력을 수정하기 위한 피드백 제어 루프를 갖는 제어 회로에 전송된다(블록 210).
본원의 상술된 실시예, 특히, "바람직한" 실시예는 본 발명의 원리의 이해를 위한 단순히 가능한 실시예에 불과하다는 것을 이해해야 한다. 많은 변형 및 수정은 본 발명의 정신 및 원리로부터 벗어남 없이 본 발명의 상술된 실시예에 만들어질 수 있다. 모든 이러한 수정 및 변형은 본원의 범위내에 포함되고 다음의 청구범위에 의해 보호되도록 기재되어 있다.

Claims (27)

  1. 오실레이터 가스 챔버;
    증폭기 가스 챔버;
    상기 오실레이터 가스 챔버내의 제1 쌍의 전극 및 상기 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스를 전달하도록 동작하기 위해 연결된 제1 전압 입력;
    상기 제1 전압 입력을 수정하기 위해 상기 제1 전압 입력부에 연결된 제어 회로로서, 도스 오퍼레이터에 대한 주파수 응답은 적어도 하나의 제로를 갖고 있는 제어 회로;
    상기 제로중 하나에 의해 시작하도록 설계된 에너지 디더 및 타이밍 디더중 적어도 하나; 및
    상기 제1 전압 입력을 수정하기 위한 제어 회로에 상기 가스 챔버의 출력을 전송하는 피드백 제어 루프;를 포함하고,
    상기 가스 챔버들의 출력은 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된 에너지 도스인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 등식 V=Eu2/2k에 따라 상기 제1 전압 입력을 수정하고, E는 레이저 에너지이고, u는 MopaOpPoint이고 k는 상기 가스 챔버들 사이의 파이어링 시간차에 대한 파생된 MopaOpPoint인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에너지 디더 및 타이밍 디더중 적어도 하나는 상기 제로중 하나에 의해 시작되는 에너지 디더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에너지 디더로부터의 주기적 신호는 n 숏의 길이를 갖고, 증폭 A를 갖고, V[k]=Acos(2τrndk/n)를 충족시키고, k=0,...,n-1이고, nd는 상기 에너지 디더의 하나의 전체 사이클내의 코사인 주기의 수인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에너지 디더 및 타이밍 디더중 적어도 하나는 상기 제로중 하나에 의해 시작하도록 설계된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 Vdose=-K xd 로서 계산된 에너지 도스 피드백 회로를 더 포함하고, K는 에너지 에러의 제곱과 에너지 도스 에러의 제곱의 가중치 적용된 합을 최소화하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터의 솔루션으로서 계산된 상태 피드백 벡터이고, xd는 도스 오퍼레이터의 상태를 특성화하는 벡터인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 에너지 트랜지언트의 함수를 더 포함하고, 복수의 반복율 빈은 논-제로 값에 대해 초기화된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반복율 빈은 유사한 반복율을 갖고 있는 트레이닝된 빈의 값으로 초기화된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 도스 오퍼레이터를 근사화하는 필터의 상태를 피드백하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  10. 오실레이터 가스 챔버;
    증폭기 가스 챔버;
    상기 오실레이터 챔버내의 제1 쌍의 전극 및 상기 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스를 전달하도록 동작하기 위해 연결된 제1 전압 입력;
    상기 제1 전압 입력을 수정하기 위해 상기 제1 전압 입력에 연결된 제어 회로로서, 등식 V=Eu2/2k에 따라 상기 제1 전압 입력을 수정하고, E는 레이저 에너지이고, u는 MopaOpPoint이고 k는 상기 가스 챔버들 사이의 파이어링 시간차에 대한 파생된 MopaOpPoint인 제어 회로를; 및
    상기 제1 전압 입력을 수정하기 위한 상기 제어 회로에 상기 가스 챔버들의 출력을 전송하는 피드백 제어 루프;를 포함하고,
    상기 가스 챔버들의 출력은 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된 에너지 도스인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 전압 입력은 V = (dV/dE)ref*(Etarget - Eref + e(Etarget - Eref)2 + Vref로서 에너지 타겟으로부터 계산된 입력을 더 포함하고, 여기에서, Eref는 대략 레이저 시스템(10)의 공칭 에너지로 설정되어 있고, Vref는 대략 Eref에서 레이저를 발사하는데 필요한 전압인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 도스 오퍼레이터에 대한 주파수 응답은 적어도 하나의 제로를 갖고 있고, 상기 제어 회로는 상기 제로중 하나에 의해 시작된 에너지 디더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 에너지 디더로부터의 주기적 신호는 n 숏의 길이를 갖고, 증폭 A를 갖고, V[k]=Acos(2τrndk/n)를 충족시키고, k=0,...,n-1이고, nd는 상기 에너지 디더의 하나의 전체 사이클내의 코사인 주기의 수인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 도스 오퍼레이터에 대한 주파수 응답은 적어도 하나의 제로를 갖고 있고 타이밍 디더는 상기 제로중 하나에 의해 시작되도록 설계된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제어 회로는 Vdose=-K xd 로서 계산된 에너지 도스 피드백 회로를 더 포함하고, K는 에너지 에러의 제곱과 에너지 도스 에러의 제곱의 가중치 적용된 합을 최소화하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터의 솔루션으로서 계산된 상태 피드백 벡터이고, xd는 도스 오퍼레이터의 상태를 특성화하는 벡터인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제어 회로는 에너지 트랜지언트의 함수를 더 포함하고, 복수의 반복율 빈은 논-제로 값에 대해 초기화된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 반복율 빈은 유사한 반복율을 갖고 있는 트레이닝된 빈의 값으로 초기화된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  18. 제10항에 있어서, 상기 제어 회로는 도스 오퍼레이터를 근사화하는 필터의 상태를 피드백하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  19. 오실레이터 가스 챔버;
    증폭기 가스 챔버;
    상기 오실레이터 챔버내의 제1 쌍의 전극 및 상기 증폭기 가스 챔버내의 제2 쌍의 전극에 전기 펄스를 전달하도록 연결된 제1 전압 입력;
    상기 제1 전압 입력을 수정하기 위해 상기 제1 전압 입력에 연결된 제어 회로로서, Vdose=-K xd 로서 계산된 에너지 도스 피드백 회로를 더 포함하고, K는 에너지 에러의 제곱과 에너지 도스 에러의 제곱의 가중치 적용된 합을 최소화하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터의 솔루션으로서 계산된 상태 피드백 벡터이고, xd는 도스 오퍼레이터의 상태를 특성화하는 벡터인 제어 회로; 및
    상기 제1 전압 입력을 수정하기 위한 상기 제어 회로에 상기 가스 챔버들의 출력을 전송하는 피드백 제어 루프;를 포함하고,
    상기 가스 챔버들의 출력은 사다리꼴 윈도우에 의해 계산된 에너지 도스인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어 회로는 등식 V=Eu2/2k에 따라 상기 제1 전압 입력을 수정하고, E는 레이저 에너지이고, u는 MopaOpPoint이고 k는 상기 가스 챔버들 사이의 파이어링 시간차에 대한 파생된 MopaOpPoint인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 도스 오퍼레이터에 대한 주파수 응답은 적어도 하나의 제로를 갖고 있고 상기 제어 회로는 상기 제로중 하나에 의해 시작되는 에너지 디더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 에너지 디더로부터의 주기적 신호는 n 숏의 길이를 갖고, 증폭 A를 갖고, V[k]=Acos(2ττndk/n)를 충족시키고, k=0,...,n-1이고, nd는 상기 에너지 디더의 하나의 전체 사이클내의 코사인 주기의 수인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  23. 제19항에 있어서, 도스 오퍼레이터에 대한 주파수 응답은 적어도 하나의 제로를 갖고 있고 타이밍 디더는 상기 제로중 하나에 의해 시작되도록 설계된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  24. 제19항에 있어서, 상기 제1 전압 입력은 V = (dV/dE)ref*(Etarget - Eref + G(Etarget - Eref)2 + Vref로서 에너지 타겟으로부터 계산된 입력을 더 포함하고, 여기에서, Eref는 대략 레이저 시스템(10)의 공칭 에너지로 설정되어 있고, Vref는 대략 Eref에서 레이저를 발사하는데 필요한 전압인 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  25. 제19항에 있어서, 상기 제어 회로는 에너지 트랜지언트의 함수를 더 포함하고, 복수의 반복율 빈은 논-제로 값에 대해 초기화된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 반복율 빈은 유사한 반복율을 갖고 있는 트레이닝된 빈의 값으로 초기화된 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
  27. 제19항에 있어서, 상기 제어 회로는 도스 오퍼레이터를 근사화하는 필터의 상태를 피드백하는 리니어 쿼드레이틱 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 제어 시스템.
KR1020117010145A 2008-10-21 2009-10-20 2 챔버 가스 방전 레이저의 레이저 제어 방법 및 장치 KR101742715B1 (ko)

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