TWI440269B - 先進的雷射波長控制技術 - Google Patents

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Description

先進的雷射波長控制技術 發明領域
所揭露的標的物係位於雷射光控制技術之領域，且更特別位於如半導體光微影術製程中所可能使用之用於控制雷射光源的波長之領域。
 相關技藝
光微影術係為半導體產業的一種常用製程。現代的光微影術通常使用一雷射光源來提供照射一罩幕之很窄頻帶的光脈衝，藉此曝光矽晶圓上的光阻性材料。然而，半導體裝置參數的進步已對於所使用雷射光源的效能特徵提高要求。益加需要改良操作的速度及精密度。
現在參照第1圖，可看到如現代光微影術製程中所可能使用之一雷射系統100的方塊圖。雷射系統100中之光源係為一主振盪器(MO)腔室120。
如同習知，當MO腔室120發射所產生的光進入線窄化模組(LNM)110中時，其在該處照耀經過一稜鏡(實際上是數個稜鏡)且來到LNM 110內的一格柵上。這作為一光波長選擇器，其中改變LNM 110中之稜鏡的位置則將改變雷射光的波長。此改變波長的雷射光係通過MO腔室120回到一輸出耦合器(OC)130，且隨後譬如來到一負責處置半導體晶圓且使其曝光之步進器-掃描器裝置(未圖示)。
輸出耦合器130亦使來自MO腔室120的雷射光輸出通往一線中心分析模組(LAM) 170。LAM 170是一波長取樣器，其測量來自MO腔室120之光輸出的波長。雷射光輸出測量隨後係從LAM 170通往控制電腦160。
控制電腦160使用光輸出測量來決定需作什麼改變以重新定位LNM 110中的稜鏡來達成對於下個雷射發射事件之所想要的雷射光輸出波長。藉由一被施加至與LNM 110中的稜鏡連接之一壓電換能器(PZT) 140之電壓來控制LNM 110中之稜鏡的位置。控制電腦160因此決定應將什麼電壓施加至PZT 140以達成新的所想要之稜鏡位置。
控制電腦160將一用於指示對於LNM 110中的稜鏡所作的所想要電壓變化之數位信號輸出至PZT驅動電子件150。PZT驅動電子件係包含一數位至類比轉換器(DAC)，其將控制電腦160數位信號轉換成一類比電壓信號，及一類比低通濾器，其降低高頻電性雜訊且放大類比DAC電壓信號。此類比電壓信號隨後從PZT驅動電子件150通往PZT 140，藉此重新定位LNM 110中的稜鏡，其轉而造成在下個雷射發射事件經過輸出耦合器130來自MO腔室120的光輸出之波長的一變化。
隨著步進器-掃描器要求處於一指定脈衝率、開始時間及波長之來自雷射系統之一進一步順序或迸發的光脈衝而繼續此製程。
隨著光微影術製程逐年進步，已出現各種不同的挑戰。譬如，半導體特徵構造尺寸的減小已經造成雷射光源的所想要波長降低以維持所想要的聚焦。降低波長將在輸出的雷射光中需要進一步更高的精密度。
由於在從167至600微秒變動的脈衝週期，構成進一步的挑戰。在高脈衝率，很少有時間可供LAM 170採取一測量，使其通往控制電腦160，供控制電腦160計算用於LNM 110中的稜鏡之一新電壓數值，使其通往PZT驅動電子件150，供PZT驅動電子件150類比式轉換及過濾新的電壓數值，使其通往PZT 140且供PZT 140改變稜鏡位置藉以在發生下個雷射光脈衝之前改變來自MO腔室120的光波長。
現在參照第2圖，可看到上述順序的定時圖。顯示出一逬發中之來自一順序的此等脈衝之兩雷射發射事件，第一者代表時間t 0 發生的情形而第二者代表時間t 3 發生的情形。在時間t 0 的第一雷射發射事件之後，藉由LAM 170測量所產生的輸出波長(再度參照第1圖)。圖中係以從時間t 0 至時間t 1 的LAM延遲來顯示用於測量輸出波長且將其提供至控制電腦160之LAM 170處理的延遲。以時間t 2 顯示使一新控制信號隨後被施加至LNM 110中的稜鏡之時間。時間t 1 與t 2 之間的延遲係為控制電腦160計算一新電壓並使該新電壓傳播經過PZT驅動電子件150來到PZT 140以在t 3 發射雷射之前重新定位稜鏡所花費的時間。
LAM 170測量延遲因為其係依據LAM 170處理時間及從LAM 170至控制電腦160的傳輸時間而定所以相當地固定。然而，雷射發射率(t 0 與t 2 之間的時間)係取決於步進器-掃描器。最終，藉由一較快速的雷射發射率，LAM 170測量延遲可潛在地夠長，藉以在施加一新控制信號之前有可能發生一後續雷射發射事件。若發生該情形，則因為新控制信號隨後將以來自一較早雷射發射事件的一測量而非最近雷射發射事件為基礎(亦即其將落後一脈衝)，故將具有一效能碰撞(performance hit)。因此，係需要可以進一步增高的雷射發射率操作之一經改良的雷射控制技術。習知雷射控制方式之另一問題係為雷射系統110中的各種不同擾亂使其更難以精密地決定如何定位LNM 110中的稜鏡。因此，額外地需要可解決一雷射系統中所發生的各種不同擾亂之一經改良的雷射控制技術。
 發明概要
此處參照數項特定實施例，以顯示及描述一用於控制一雷射的波長而不仰賴在重新定位稜鏡之前接收一雷射光測量之先進的系統及方法。
一實施例中，一雷射波長控制之方法係包含以一雷射系統中的一稜鏡之位置的第一離散間隔作一預測，以第二離散間隔接收雷射系統中之一主振盪器腔室的一輸出波長之一測量，第二規律間隔長於第一規律間隔，其中在各第一離散間隔期間，若在第一離散間隔期間尚未接收到輸出波長測量，則利用稜鏡的經預測位置在一控制電腦中運算一用於稜鏡之控制電壓，若在第一離散間隔期間已接收到輸出波長測量，則利用輸出波長測量來更新稜鏡的經預測位置且利用稜鏡的經更新預測位置在控制電腦中運算一用於稜鏡之控制電壓，並從控制電腦將經運算的控制電壓輸出至用於定位稜鏡之電子件。
另一實施例中係為一雷射波長控制之方法，其包含以一雷射系統中之一稜鏡的位置之第一離散間隔作一預測，以第二離散間隔接收雷射系統中之一主振盪器的一輸出波長之一測量，第二規律間隔長於第一規律間隔，其中在各第一離散間隔期間，若在第一離散間隔期間尚未接收到輸出波長測量，則利用稜鏡的經預測位置在一控制電腦中運算一用於稜鏡之控制電壓，若在第一離散間隔期間已接收到輸出波長測量則，若自從接收輸出波長測量以來已再度發射雷射則利用輸出波長測量來更新一先前稜鏡位置預測，以經更新的先前稜鏡位置預測為基礎作出一新的稜鏡位置預測並利用新的稜鏡位置預測在控制電腦中運算用於稜鏡之控制電壓，且若自從接收輸出波長測量以來尚未再度發射雷射則利用輸出波長測量來更新稜鏡的經預測位置並利用經更新的稜鏡位置預測在控制電腦中運算用於稜鏡之控制電壓，且將來自控制電腦的經運算控制電壓輸出至用於定位稜鏡之電子件。
又另一實施例中，係為一稜鏡控制器方法，其包含利用一稜鏡運動模型以第一離散間隔預測一稜鏡的位置，以第二離散間隔接收由稜鏡所控制的一主振盪器腔室之輸出波長的一測量，第二規律間隔長於第一規律間隔，其中在各第一離散間隔期間若在第一離散間隔期間尚未接收到輸出波長測量，則利用稜鏡的經預測位置來運算一用於稜鏡之控制電壓，若在第一離散間隔期間已接收到輸出波長測量則利用輸出波長測量來更新稜鏡的經預測位置並利用稜鏡的經更新預測位置來運算一用於稜鏡之控制電壓，及將經運算控制電壓輸出至用於定位稜鏡之電子件。
圖式簡單說明
下文詳細描述及圖式中係揭露各種不同的實施例。
第1圖是一可使用於一實施例中之示範性雷射系統的方塊圖；第2圖是顯示先前技藝的事件之順序的定時圖；第3圖是顯示根據一示範性實施例之事件的順序之定時圖；第4圖是本方法的一實施例之流程圖；第5圖是顯示根據一實施例決定是否將一後續電壓更新事件之前再度發射一雷射之定時圖；第6圖是顯示根據一實施例對於一後續電壓更新事件作出一預測之定時圖；第7圖是顯示根據一實施例對於下一雷射發射事件作出一預測之定時圖；第8圖是顯示根據一實施例以一新雷射光測量對於下一電壓更新事件更新一預測之定時圖；第9圖是顯示根據一實施例以對於先前雷射發射事件的經更新預測為基礎對於該前一雷射發射事件更新一預測之且對於下一電壓更新事件作一新預測之定時圖。
 詳細描述
提供如半導體光微影術中可使用之一先進的用於控制雷射的波長之系統及方法。不用在決定一稜鏡如何重新定位於一雷射系統中之前等待一雷射光測量，此先進的系統及方法係利用稜鏡的動作特徵之一模型及已知的擾亂行為來週期性預測雷射系統中之一稜鏡的下一位置。這些預測的週期性通常比雷射發射事件的週期性更為迅速，故預測之間的間隔通常係短於雷射發射事件之間的間隔。如此不用再像先前技藝般地仰賴在將稜鏡重新定位之前接收一雷射光測量。當一雷射發射事件發生時仍獲得雷射輸出波長之一測量，並用來更新或改良稜鏡位置預測。不論是否更新，均利用經預測稜鏡位置來運算一用以驅動一用於控制稜鏡位置的PZT之控制信號。利用此方式，週期性作出預測，週期性地運算控制信號，且依此週期性地重新定位稜鏡。
此處所描述的先進雷射控制系統及方法可想像成一“快離散/慢離散過濾”。因為不用等待輸出波長測量即作出稜鏡位置的預測，可比雷射發射重覆率及所產生的輸出波長測量(所謂“慢離散”)更頻繁地作預測(所謂“快離散”)。結果，稜鏡可被重新定位於可比雷射發射事件更頻繁地發生之時間的離散點。並且，何時作預測相距何時發生雷射發射事件之分離係代表更新稜鏡控制的頻率不再受限於其測量雷射輸出波長所花費的時間(第2圖的“LAM延遲”)。這亦代表降低了由於比一雷射測量及所產生的雷射控制信號施加落後一脈衝所導致之效能劣化。
現在參照第3圖，可看到上述順序之定時圖。顯示出週期性雷射發射事件係發生於時間t 0 及t 4 並顯示出波長測量資料在時間t 2 變成可供取用。此外，以T控制器 顯示的稜鏡控制信號之間的間隔在時間t 1 、t 3 、t 5 及t 6 被施加的新稜鏡控制信號係更頻繁地發生。這些稜鏡控制信號係為施加控制信號的各循環期間所作之新稜鏡預測的結果。並且，作出這些稜鏡預測而不用等待波長測量資料變成可供取用。然而，如上述，當新波長測量資料可供取用時，其係用來更新稜鏡位置預測。如圖所示，施加新控制信號之頻率係比雷射發射事件之頻率更迅速地發生。在本文他處進一步說明這些操作的細節、變異及替代方式。
再度參照第1圖，將使用雷射系統100的方塊圖來描述本裝備之一實施例。
控制電腦160利用雷射系統100中之稜鏡的運動之一模型作出LNM 110中之稜鏡位置的週期性預測，如本文他處更詳細地說明。控制電腦160使用週期性稜鏡位置預測以週期性地輸出一數位控制信號至PZT驅動電子件150，指示出將被施加至LNM 110中的稜鏡之所想要電壓。PZT驅動電子件150 DAC將控制電腦160數位信號轉換成一類比電壓信號，且PCT驅動電子件150類比低通濾器係降低高頻電性雜訊並放大類比DAC電壓信號。此類比電壓信號隨後從PZT驅動電子件150通往PZT 140，其係身為新控制信號之施加。此電壓更新事件係重新定位LNM 110中的稜鏡，其隨後係在下個雷射發射事件造成經由輸出耦合器130來自MO腔室120的光輸出之波長的一變化。
如前文所說明，雷射系統100中之光來源係為MO腔室120。當MO腔室120發射時，所產生的光係進入線窄化模組(LNM)110，其在該處照耀經過稜鏡(實際上是如同本文他處更完整說明之多重稜鏡)且來到作為光波長選擇器之LNM 110內的一格柵上。經更改波長的雷射光係通過MO腔室120回到輸出耦合器130，其使得來自MO腔室120的雷射光輸出通往線中心分析模組(LAM) 170。LAM 170係測量雷射光的波長並使該測量通往控制電腦160。當控制電腦160從LAM 170接收雷射光輸出測量時，控制電腦160利用該測量來更新所預測的稜鏡位置，如本文他處更完整地說明。
對於後續稜鏡控制信號施加/電壓信號更新循環週期性地重覆此製程，譬如第3圖所示。此外，若一新的波長測量變成可供取用，如第3圖的時間t 2 發生，控制電腦160將利用此新接收的所測量資料來更新所預測的稜鏡位置。
如上述，控制電腦160利用雷射系統100中之稜鏡運動的一模型作出LNM 110中之稜鏡位置的週期性預測。稜鏡運動的模型係以雷射系統100中之稜鏡的物理運動之各種不同特徵的知識為基礎，並將稜鏡的振盪作用及雷射系統100內的擾亂列入考慮。一較佳實施例中，使用積分型式的下列模型：
其中x(t +T) 是初始狀態x(t) 之前T秒的經預測狀態，eAT 是對於一線性系統之標準狀態移轉矩陣，而B是標準輸入矩陣。
上述的公式(A)因此以一過去事件的狀態或預測為基礎對於一未來事件作出一預測。譬如，再度參照第3圖，可利用公式(A)以一先前對於t5 所作的預測為基礎來對於時間t6 作出一稜鏡位置預測，在此例中係為公式(A)中之T=t6 -t5 。請注意初始條件係對於初始預測作假設(譬如，在雷射起動時，初始條件是一預定常數，而在一順序的雷射脈衝開始時，初始條件則是自從先前雷射脈衝順序的終點以來之最後狀態加上諸如設定點變化等任何迸發間際操作)。
亦請瞭解上述公式係將雷射系統100中的波長之擾亂列入考慮。譬如，迸發暫態及穩態擾亂係造成不良的雷射光波長變異。迸發開始之暫態通常係見於所測量波長中，其咸信由於身為雷射腔室聲學的函數之震波所造成並已知會隨著雷射發射率而變使得事情更加複雜。這些迸發開始之暫態係以隨機漫步過程(random walk processes)作模擬。穩態擾亂係以波長信號之正弦曲線出現並依此作模擬。這些正弦曲線穩態擾亂咸信係由於雷射系統100中的一風扇、及其他振動源所造成。這些擾亂、及雷射系統100中所識別的任何其他擾亂皆在用於稜鏡位置預測之模型中被列入考量。
如前文所述及本文他處更完整地說明，隨後當接收到一新雷射光測量時則更新一稜鏡位置預測。經由下列公式達成稜鏡位置預測之更新：
(B)　x(k ∣k) =(I -L k C k )x(k ∣k -1) +L k y(k)
上述方程式中，
-　k 標示出雷射發射事件。
-　I 是適當尺寸的單位矩陣(n 列×n 行，其中n 是狀態向量x 中的元素數)
-　L k 是一捕捉到“信任新資料及相信先前預測”之間的取捨之增益矩陣。
-　C k 是從經預測狀態至經預測輸出之標準映射，譬如，y=Cx。
-　x(k ∣k) 是經更新預測，在指標k 之最後資料為給定的情形下
-　x(k ∣k-1) 是處於雷射發射指標k 之狀態的“舊”預測，在先前雷射發射事件k-1 之資料為給定的情形下。
上述公式(B)藉此更新一先前所作的預測，如本文他處更完整地說明。
現在參照第4圖，可看到本方法的一實施例之流程圖。圖中可看到該方法在邏輯上被分成三段，但請瞭解所描述的機能可以替代性組態實行。測量更新段401係針對接收一新雷射光測量時所發生之更新操作。運算控制段402係針對利用一稜鏡位置預測來運算新控制信號所發生之操作。時間更新段403主要係針對對於一後續電壓更新事件作一預測所發生之操作。現在將在一實施例的脈絡下，更詳細地說明其各者。
譬如在第1圖的控制電腦160上運行之製程係始自於測量更新段401中，譬如當藉由控制電腦160中的一計時器週期性地啟動該製程之時。
若在決策方塊405中無法取得新波長測量，該製程係離開測量更新段401並進入運算控制段402。運算控制段402中，在步驟430中使用先前所作的下一稜鏡位置預測來運算用於LNM 110中的一粗糙波長稜鏡之一數值。如同習知，LNM 110的一典型組態係包含不只一個稜鏡，一者是用來使PZT保持接近其中程電壓之粗糙波長稜鏡，而另一者是此處一般所指涉用於細微波長控制之稜鏡。第4圖雖未顯示，用於粗糙波長控制稜鏡之新數值係從控制電腦160輸出至適當的驅動電子件。
步驟435中，利用先前所作的下個稜鏡位置預測來運算一⊿PZT電壓。PZT電壓的⊿或變化係根據下式作運算：
(C)　⊿u(m τc) =-Kx(m τc)
-　m 標示出控制事件(亦即，電壓更新事件)
-　τc 是控制器取樣週期，藉此使得x(m τc) 成為(來臨)電壓更新時之狀態
-　K 是一狀態回饋矩陣，其運算係為了盡量減小波長效能及控制能量的一加權總和。
隨後在步驟440中利用此⊿PZT電壓來運算一新的PZT控制信號。新的PZT控制信號係根據下式作運算：
(D)　V(m τc) =V((m-1) τc) +⊿u(m τc)
-　V((m-1) τc) 是來自先前更新之PZT控制信號
-　⊿u(m τc) 是方程式(C)的輸出
-　V(m τc) 是新的PZT控制信號
請注意當上下文清楚時，諸如V (m τc )等信號將簡寫成Vm。
第4圖雖未顯示，PZT控制信號隨後譬如輸出至第1圖的PZT驅動電子件150，以施加至稜鏡。
該製程繼續係離開運算控制段402且進入時間更新段403，其中在步驟445中決定是否將在一後續電壓更新操作(後續施加一新控制信號至稜鏡)之前再度發射雷射，如參照第5圖所說明。
如第5圖所示，將週期性地施加在圖中標成Vm-1 、Vm 及Vm+1 的新控制信號。然而，現今的製程係標示處於時間Cm ，且需考量其中將在一後續電壓更新事件之前發射雷射之兩種可能情境。
描述這兩種情境之前，請瞭解在製程中的此時間點，亦即Cm ，後續電壓更新事件係為施加一新控制信號Vm+1 ，而非身為施加一新控制信號Vm 之下個電壓更新事件。下一電壓更新事件及一後續電壓更新事件之間的此差異單純係為週期性製程在其循環中位居何處之函數。同理，一後續電壓更新事件係變成下個循環的下個電壓更新事件。
如上述，在時間點Cm ，具有其中將在一後續電壓更新事件之前發射雷射的兩種情境。第一情境係為當雷射系統已從步進器-掃描器系統接收到一觸發信號之時，諸如圖中的時間點Tk+1 所描繪，以使MO腔室120再度發射。此所接收的觸發信號隨後可配合使用一已知雷射觸發延遲(亦即，掃描器觸發信號與後續光產生之間的一已知遲滯)以估計所產生的雷射發射事件之定時，如圖中的LFk+1 所顯示，以決定是否將在後續電壓更新事件Vm+1 之前發生雷射發射事件(此範例中將是肯定的)。
第二情境係為當雷射系統尚未從步進器-掃描器系統接收一觸發信號之時，如同位於現今時間Cm 之後在圖中一稍後時間點T’k+1 接收到之觸發所描繪。尚未接收到一觸發信號，該製程則是另行估計一雷射發射事件，圖中顯示成LF’k+1 ，其以一或更多個先前接收的週期性觸發信號及已知的觸發延遲為基礎。該製程隨後係決定是否將在後續的電壓更新事件Vm+1 之前發生此經估計的雷射發射事件LF’k+1 (此範例中將是肯定的)。
該製程現在已經決定：在兩種可能情境下，是否將在後續電壓更新事件Vm+1 之前發射雷射。
再度參照第4圖，若決策方塊445的結果使得在一後續電壓更新事件之前並不發射雷射，則在步驟455中，對於後續電壓更新事件作一稜鏡位置預測。
現在將參照第6圖說明對於後續電壓更新事件作一稜鏡位置預測，如步驟455中所作。如前，該製程目前位於時間Cm 。該預測係對於標為Vm+1 的後續電壓更新事件所作，如圖中箭頭所示，此預測係以對於標為Vm 的下個電壓更新事件之一先前所作的預測為基礎。較佳實施例中，利用本文他處所描述的公式(A)作出對於後續電壓更新事件之預測。
再度參照第4圖，該製程隨後在時間更新段403中完成操作的一循環。
請瞭解此時已對於一後續電壓更新事件作出一預測，決策方塊405的該順序係決定並沒有可供取用之新測量，然後在步驟430、435及440中運算新的控制信號，且其中決策方塊445係決定在一進一步的後續電壓更新事件之前將不會發射雷射，其皆導致位於離散的時間點之稜鏡的週期性預測及重新定位，如第3圖的定時圖所描繪。
再度回到決策方塊445，若另行決定將在一後續電壓更新事件之前發射雷射，則步驟450中，對於下個雷射發射事件作一稜鏡位置預測。
現在將參照第7圖描述對於下個雷射發射事件作一稜鏡位置預測，如同步驟450中所作。如前，該製程目前位於時間Cm 。並且，此範例中且如參照第5圖所說明，此時已知雷射將在LFk+1 發射，其係位於下個電壓控制更新Vm 之後及後續電壓控制更新Vm+1 之前。該製程此時對於位於LFk+1 的雷射發射事件作出一稜鏡位置預測，其以對於電壓更新事件Vm 之一先前所作預測為基礎，如圖中的預測箭頭所示。較佳實施例中，利用本文他處所描述的公式(A)作出對於位於LFk+1 的雷射發射事件之此預測。
再度參照第4圖，該製程隨後前進至步驟455，其中對於後續電壓更新事件作出一稜鏡位置預測，已如前文所描述。並且，如前，該製程隨後在時間更新段403中完成操作的一循環。
再度參照決策方塊405及測量更新段401中之週期性啟動的製程之開始，若一新雷射輸出測量已另行被接收且因此可供取用，則藉由對於先前預測進行一或多個更新及/或利用新測量之新預測藉以在測量更新段401內繼續該製程，如下文進一步說明。
若在決策方塊410中決定自從上次接收一新雷射輸出測量以來尚未再度發射雷射，則製程繼續來到步驟420，其中以新測量來更新對於新電壓更新事件之預測。
現在將參照第8圖描述以新測量來更新對於下個電壓更新事件之預測，如同步驟420中所作。如前，該製程目前位於時間Cm ，且此時在對於一後續電壓控制事件Vm+1 (未圖示)作一預測之前對於雷射發射事件LFk 之雷射輸出測量已經變成可供取用。該製程使用在施加下個控制信號Vm 之前的剩餘時間以利用新可供取用的雷射輸出測量來更新對於該電壓更新事件之一先前所作的預測。利用此方式，使用來自雷射發射事件LFk 之新可供取用的雷射輸出測量以更新對於新控制信號施加Vm 先前所作的預測。較佳實施例中，利用本文他處所描述的公式(B)對於下個電壓更新事件之預測作出更新。
再度參照第4圖，此時已經更新先前對於下個電壓更新事件所作的稜鏡預測，如前述，藉由離開測量更新段401及進入運算控制段402而其中首先係運算粗糙波長稜鏡信號430等，藉以繼續該製程。然而，此時運算步驟430、435及440使用對於下個電壓更新事件之經更新的預測，藉此獲益自新接收的雷射輸出波長測量資料。
或者，再度參照測量更新段401的決策方塊410，若決定自從上次接收一新雷射輸出測量以來已經再度發射雷射，則製程繼續來到步驟415其中以新測量來更新對於先前雷射發射事件之預測，且來到步驟425其中將以對於先前雷射發射事件之經更新預測為基礎作出對於下個電壓更新事件之一新預測，各者將作進一步說明。
現在將參照第9圖說明以新測量來更新對於先前雷射發射事件的預測，如同步驟415所作。如前，該製程目前位於時間Cm ，且此時來自雷射發射事件LFk 之雷射輸出測量已變成可供取用。該製程利用來自雷射發射事件LFk 的新雷射輸出測量以更新對於雷射發射事件LFk+1 之先前所作的預測(如步驟450所作，如本文他處所說明，位於一先前製程循環中)。較佳實施例中，利用本文他處所描述的公式(B)對於先前雷射發射事件之預測作出更新。
現在亦將參照第9圖說明以對於先前雷射發射事件的經更新預測為基礎對於下個電壓更新事件作一新預測，如同步驟420所作。如前，該製程目前位於時間Cm 。利用來自步驟415之對於先前雷射發射事件LFk+1 的經更新預測對於下個電壓更新事件作一預測，其在圖中顯示成被施加的新控制信號Vm 且如同預測箭頭所代表。較佳實施例中，利用本文他處所描述的公式(A)以對於先前雷射發射事件之經更新預測為基礎對於下個電壓更新事件作新預測。
再度參照第4圖，此時已對於下個電壓更新事件作一新預測，如他處所述，藉由離開測量更新段401及進入運算控制段402而其中首先係運算粗糙波長稜鏡信號430等，藉以繼續該製程。然而，此時運算步驟430、435及440使用對於下個電壓更新事件之新生成的預測，藉此獲益自新接收的雷射輸出波長測量資料及新雷射發射事件的已知定時。
最後，如本文他處所描述，藉由在時間更新段403中進行適當操作以對於一後續電壓更新事件作一預測，藉以結束製程循環。
為了幫助瞭解，現在將檢閱反映各種不同發生情境之各種不同順序的處理步驟。
在第一可能順序中，控制信號係被運算及輸出並對於一後續電壓事件生成一預測。此情境係發生於尚無新的雷射輸出波長測量之時，且在下個電壓更新事件之前將不發射雷射。此順序係包含處理步驟430、435、440及455。
在第二可能順序中，控制信號係被運算及輸出，對於下一雷射發射事件作一預測且對於一後續電壓事件生成一預測。此情境係發生於尚無新的雷射輸出波長測量之時，且在下個電壓更新事件之前將發射雷射。此順序係包含處理步驟430、435、440、450及455。
在第三可能順序中，對於下個電壓更新事件之預測係被更新，控制信號係以該經更新的下個電壓更新事件為基礎被運算，並對於一後續電壓更新事件作一預測。此情境係發生於一新的雷射輸出波長測量已變成可供取用之時，自從最後接收一新測量以來尚未再度發射雷射，且在下個電壓更新事件之前將不發射雷射。此順序係包含處理步驟420、430、435、440及455。
在第四可能順序中，對於下個電壓更新事件之預測係被更新，控制信號係以該經更新的下個新電壓更新事件為基礎被運算，對於下一雷射發射事件作一預測並對於一後續電壓更新事件作一預測。此情境係發生於一新的雷射輸出波長測量已變成可供取用之時，自從最後接收一新測量以來尚未再度發射雷射，且在下個電壓更新事件之前將不發射雷射。此順序係包含處理步驟420、430、435、440、450及455。
在第五可能順序中，對於先前雷射發射事件之預測係被更新，以經更新的先前雷射發射事件為基礎對於下個電壓更新事件作一預測，控制信號係以對於下個電壓更新事件之預測為基礎作運算，且對於一後續電壓更新事件作一預測。此情境係發生於一新的雷射輸出波長測量已變成可供取用之時，自從最後接收一新測量以來已再度發射雷射，且在下個電壓更新事件之前將不發射雷射。此順序係包含處理步驟415、425、430、435、440及455。
在第六可能順序中，對於先前雷射發射事件之預測係被更新，以經更新的先前雷射發射事件為基礎對於下個電壓更新事件作一預測，控制信號係以對於下個電壓更新事件的該預測為基礎作運算，對於下一雷射發射事件作一預測並對於一後續電壓更新事件作一預測。此情境係發生於一新的雷射輸出波長測量已變成可供取用之時，自從最後接收一新測量以來已經再度發射雷射，且在下個電壓更新事件之前將會發射雷射。此順序係包含處理步驟415、425、430、435、440、450及455。
上文討論的實施例係示範本發明。參照圖式以描述本發明的這些實施例，熟習該技術者可得知所描述的方法及或特定結構之各種不同修改或調適。仰賴本發明的教導之所有此等修改、調適或變異、以及據以使技藝進步的這些教導係被視為位於本發明的精神及範圍內。因此，描述及圖式不應視為具有限制意義，如同瞭解般本發明絕不限於所顯示的實施例。
作為一種可能的替代方式，請瞭解此處所描述的先進雷射控制方法及裝備可以與本文所描述用來控制雷射光波長的類似方式使用於雷射光頻寬之控制。
亦請瞭解可在如同此處所描述之本發明的精神及意義內使用替代性順序及數學式。
同理，請瞭解控制電腦160可為包含一處理器及記憶體之任何運算系統，包括一個人電腦、伺服器、或其他處理系統，其執行軟體指令以進行所描述的操作，該等指令本身可能已來自於一電腦可讀取式媒體或駐留其中。或者，控制電腦160可為任何專用的硬體，諸如一特殊應用積體電路(ASIC)或其他硬接線式裝置，含有或不含韌體，其被特定地組構用來進行所描述的操作。
100．．．雷射系統
110．．．線窄化模組(LNM)
120．．．主振盪器(MO)腔室
130．．．輸出耦合器(OC)
140．．．壓電換能器(PZT)
160．．．控制電腦
170．．．線中心分析模組(LAM)
401．．．測量更新段
402．．．運算控制段
403．．．時間更新段
405,410．．．決策方塊
415,420,425,430,435,440,445,450,455．．．步驟
⊿u(m τc) ．．．方程式(C)的輸出
B．．．標準輸入矩陣
C k ．．．從經預測狀態至經預測輸出之標準映射
eAT ．．．對於一線性系統之標準狀態移轉矩陣
I ．．．適當尺寸的單位矩陣
K ．．．狀態回饋矩陣
k-1,k ．．．雷射發射事件
L k ．．．捕捉到“可信任新資料及相信先前預測”之間的取捨之增益矩陣
m ．．．控制事件
n ．．．狀態向量x 中的元素數
PZT．．．驅動電子件150
T控制器 ．．．稜鏡控制信號之間的間隔
x(k ∣k) ．．．經更新預測
x(k ∣k-1) ．．．處於雷射發射指標k 之狀態的“舊”預測
x(t) ．．．初始狀態
x(t +T) ．．．初始狀態x(t) 之前T 秒的經預測狀態
τc ．．．控制器取樣週期
t 0 ,t 1 ,t 2 ,t 3 ,t 4 ,t 5, t 6 ．．．時間
Cm ,T’k+1 ．．．時間點
LFk ,LFk+1 ,LF’k+1 ．．．雷射發射事件
V(mτc) ‧‧‧新的PZT控制信號
V((m-1)τc) ‧‧‧來自先前更新之PZT控制信號
Vm-1 ,Vm ,Vm+1 ‧‧‧新控制信號
第1圖是一可使用於一實施例中之示範性雷射系統的方塊圖；
第2圖是顯示先前技藝的事件之順序的定時圖；
第3圖是顯示根據一示範性實施例之事件的順序之定時圖；
第4圖是本方法的一實施例之流程圖；
第5圖是顯示根據一實施例決定是否將一後續電壓更新事件之前再度發射一雷射之定時圖；
第6圖是顯示根據一實施例對於一後續電壓更新事件作出一預測之定時圖；
第7圖是顯示根據一實施例對於下一雷射發射事件作出一預測之定時圖；
第8圖是顯示根據一實施例以一新雷射光測量對於下一電壓更新事件更新一預測之定時圖；
第9圖是顯示根據一實施例以對於先前雷射發射事件的經更新預測為基礎對於該前一雷射發射事件更新一預測之且對於下一電壓更新事件作一新預測之定時圖。
401．．．測量更新段
402．．．運算控制段
403．．．時間更新段
405,410．．．決策方塊
415,420,425,430,435,440,445,450,455．．．步驟

Claims (13)

  1. 一種雷射波長控制之方法，包含：預測一雷射系統中的一稜鏡在第一規律離散間隔之位置；以第二規律離散間隔接收該雷射系統中之一主振盪器腔室的一輸出波長測量值，該等第二規律離散間隔係長於該等第一規律離散間隔；其中在各第一規律離散間隔期間：若在該第一規律離散間隔期間尚未接收該輸出波長測量值，則利用該稜鏡的預測位置在一控制電腦中運算一用於該稜鏡之控制電壓，若在該第一規律離散間隔期間已經接收該輸出波長測量值，則利用該輸出波長測量值來更新該稜鏡的預測位置、且利用該稜鏡的經更新預測位置在該控制電腦中運算一用於該稜鏡之控制電壓，及從該控制電腦將經運算的控制電壓輸出至用於定位該稜鏡之電子件。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中預測該稜鏡在第一規律離散間隔之位置使用該稜鏡運動的一模型。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該稜鏡運動的模型係以該稜鏡的物理運動及該雷射系統內的擾亂為基礎。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該模型於其積分形式中係為： 其中：x(t+T)是初始狀態x(t) 之前T 秒的經預測狀態；eAT 是對於線性系統之狀態移轉矩陣；B是輸入矩陣；u是換能器信號之值；及τ是虛擬變數。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中利用該輸出波長測量值來更新該稜鏡的預測位置係使用下列公式：x(k |k) =(I-L k C k )x(k |k-1) +L k y(k) ；其中：k標示出雷射發射事件；I是n列×n行的單位矩陣，其中n是狀態向量x中的元素數；Lk 是捕捉到信任新資料及相信先前預測之間的取捨之增益矩陣；Ck 是從經預測狀態至經預測輸出之映射；x(k | k)是在指標k之最後資料為給定的情形下之經更新預測；及x(k | k-1)是自先前雷射發射事件k-1給定資料的情形下，處於雷射發射指標k之預測狀態的未更新預測。
  6. 一種雷射波長控制之方法，包含：預測一雷射系統中的一稜鏡在第一規律離散間隔之位置； 以第二規律離散間隔接收該雷射系統中之一主振盪器腔室的一輸出波長測量值，該等第二規律離散間隔係長於該等第一規律離散間隔；其中在各第一規律離散間隔期間：若在該第一規律離散間隔期間尚未接收該輸出波長測量值，則利用該稜鏡的預測位置在一控制電腦中運算一用於該稜鏡之控制電壓，若在該第一規律離散間隔期間已經接收該輸出波長測量值，則若自從接收該輸出波長測量值以來已經再度發射該雷射，則利用該輸出波長測量值來更新一先前稜鏡位置預測、以經更新的先前稜鏡位置預測為基礎作出一新的稜鏡位置預測、並利用該新的稜鏡位置預測在該控制電腦中運算該用於稜鏡之控制電壓，及若自從接收該輸出波長測量值以來尚未再度發射該雷射，則利用該輸出波長測量值來更新該稜鏡的預測位置、並利用經更新的稜鏡位置預測在該控制電腦中運算該用於稜鏡之控制電壓，及從該控制電腦將經運算的控制電壓輸出至用於定位該稜鏡之電子件。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中預測該稜鏡在第一規律離散間隔之位置使用該稜鏡運動的一模型。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該稜鏡運動的模型 係以該稜鏡的物理運動及該雷射系統內的擾亂為基礎。
  9. 一種稜鏡控制器方法，包含：利用一稜鏡運動模型預測一稜鏡在第一規律離散間隔之位置；以第二規律離散間隔接收由該稜鏡所控制之一主振盪器腔室的一輸出波長測量值，該等第二規律離散間隔係長於該等第一規律離散間隔；其中在各第一規律離散間隔期間：若在該第一規律離散間隔期間尚未接收該輸出波長測量值，則利用該稜鏡的預測位置運算一用於該稜鏡之控制電壓，若在該第一規律離散間隔期間已經接收該輸出波長測量值，則利用該輸出波長測量值來更新該稜鏡的預測位置、並利用該稜鏡的經更新預測位置來運算一用於該稜鏡之控制電壓，及將經運算的控制電壓輸出至用於定位該稜鏡之電子件。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中預測該稜鏡在第一規律離散間隔之位置使用該稜鏡運動的一模型。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該稜鏡運動的模型係以該稜鏡的物理運動及該雷射系統內的擾亂為基礎。
  12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該模型於其積分形式中係為： 其中：x(t+T)是初始狀態x(t) 之前T 秒的經預測狀態；eAT 是對於線性系統之狀態移轉矩陣；B是輸入矩陣；u是換能器信號之值；及τ是虛擬變數。
  13. 如申請專利範圍第9項之方法，其中利用該輸出波長測量值來更新該稜鏡的預測位置係使用下列公式：x(k |k) =(I-L k C k )x(k |k-1) +L k y(k) ；其中：k標示出雷射發射事件；I是n列×n行的單位矩陣，其中n是狀態向量x中的元素數；Lk 是捕捉到信任新資料及相信先前預測之間的取捨之增益矩陣；Ck 是從經預測狀態至經預測輸出之映射；x(k | k)是在指標k之最後資料為給定的情形下之經更新預測；及x(k | k-1)是自先前雷射發射事件k-1給定資料的情形下，處於雷射發射指標k之預測狀態的未更新預測。
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