一种准分子激光器稳定性控制方法及准分子激光器

技术领域

本发明涉及准分子激光技术领域，具体涉及一种准分子激光器稳定性控制方法及准分子激光器。

背景技术

为了保持准分子激光器的正常运行，就需要维持激光器的能量稳定性和剂量稳定性，当激光器工作在Burst模式下的时候，脉冲与脉冲之间存在一定的间隔，在这个放电的时间间隔内，在放电腔内会引发气体积聚，从而在电源重新放电的时候就会导致前几个脉冲的能量较能量设定值高出很多，这种现象称之为“超调”，解决超调问题是准分子激光器控制的首要问题，目前就国内的准分子激光器的相关制造工艺和材料来看，不能完全控制脉冲的能量稳定性和剂量稳定性。所以在这种情况下就需要结合控制算法来达到控制脉冲的目的，提升激光器的能量稳定性和剂量稳定性。现有的算法虽然能够一定程度上控制脉冲的稳定性，但是调节的精准度不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种准分子激光器稳定性控制方法及准分子激光器，增强了算法的鲁棒性和有效性，使算法对出光脉冲的调节更加精准。

本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供一种准分子激光脉冲能量稳定性控制方法，一种准分子激光脉冲能量稳定性控制方法，所述控制方法包括：

根据设定放电电压值产生高压脉冲；

通过所述高压脉冲电击放电腔内设的工作气体，产生激光脉冲；

检测所述激光脉冲的能量值，并输出所述激光脉冲；

基于所述能量值利用PI(比例积分)算法计算对所述放电电压值进行调节；以及

利用PSO(粒子群优化)算法确定所述PI算法中的比例参数及积分参数。

可选的，所述利用PI算法计算得到所述放电电压值包括：

当所述脉冲为超调脉冲时，获取第m个脉冲序列中第n个脉冲的能量测量值E

根据公式①计算的所述第m个脉冲序列中第n个脉冲的能量误差值E

E

其中，所述E

根据公式②计算第m+1个脉冲序列中的第n个脉冲的放电电压值的第一变化值ΔHV(m+1,n)

其中，K

可选的，所述利用PI算法计算得到所述放电电压值包括：

当所述脉冲为非超调脉冲时，获取同一个脉冲序列中第n个脉冲的能量测量值E

根据所述公式①计算得到所述第n个脉冲的能量误差值E

根据公式③计算第n+1个脉冲的放电电压值的第二变化值ΔHV(n+1)

可选的，所述通过PI算法计算得到所述放电电压值还包括：

获取所述第m个脉冲序列中第n个脉冲的剂量测量值Dose

根据公式④计算得到所述第m个脉冲序列中第n个脉冲的剂量误差值Dose

Dose

其中，Dose

根据公式⑤计算得到第n+1个脉冲的放电电压值的第三变化值ΔHV(n+1)

可选的，所述通过PI算法计算得到所述放电电压值还包括：

根据公式⑥计算得到所述放电电压值HV

HV

其中，β为超调脉冲和非超调脉冲的决策参数，HV为初始放电电压值，HV

可选的，所述利用PSO算法确定所述PI算法中的比例参数及积分参数包括：

设定寻优范围，所述寻优范围为所述比例参数及所述积分参数的预设范围，初始化粒子群，确定每个粒子的速度和位置；

根据公式⑦计算每个粒子的适应度，所述公式⑦为：

将每个粒子适应度与个体最优值进行比较，当所述粒子的适应度大于所述个体最优值时，则用所述粒子的适应度替换所述个体最优值，所示个体最优值表示所述粒子在此时搜索到的最优位置；

将每个粒子的适应度与全局最优值进行比较，当所述粒子的适应度大于所述全局最优值时，则用所述粒子的适应度替换所述全局最优值，所述全局最优值表示粒子群在此时搜索到的最优位置；

基于所述个体最优值及所述全局最优值，对所述粒子的位置和速度的进行优化，以确定所述比例参数及所述积分参数；以及

如果满足预设结束条件则退出，否则返回至根据公式⑦计算每个粒子的适应度。

可选的，所述预设结束条件为达到设定循环次数。

第二方面，本发明实施例提供一种准分子激光器，所述准分子激光器包括：

高压放电模块，用于根据设定的放电电压值产生高压脉冲；

放电腔，所述放电腔内设有工作气体，所述工作气体受所述高压脉冲电击，产生激光脉冲；

检测模块，用于检测所述激光脉冲的能量值，并输出所述激光脉冲，以及

控制模块，用于获取所述能量值，根据权利要求1-7中任一所述的控制方法计算下一个激光脉冲的放电电压值，并将所述放电电压值传输至高压放电模块。

第三方面，本发明实施例提供一种准分子激光脉冲能量稳定性控制的系统，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至7任一所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1至7任一所述的方法的步骤。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述准分子激光脉冲能量稳定性控制方法利用PSO算法确定所述PI算法中的比例参数及积分参数，实现PI参数自适应处理，在PI算法的基础上增强了算法的鲁棒性和有效性，使算法对出光脉冲的调节更加精准，能量和剂量的精度都得到了更好的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种准分子激光脉冲能量稳定性控制方法的流程图。

图2是现有的准分子激光器的脉冲的能量分布图。

图3是图1所示的准分子激光脉冲能量稳定性控制方法中利用PSO算法确定所述PI算法中的比例参数及积分参数的流程图。

图4A是使用现有的PI算法得到的脉冲能量稳定性分布图。

图4B是使用本发明实施例提供的准分子激光脉冲能量稳定性控制方法得到的脉冲能量稳定性分布图。

图5A是使用现有的PI算法得到的脉冲剂量稳定性分布图。

图5B是使用本发明实施例提供的准分子激光脉冲能量稳定性控制方法得到的脉冲剂量稳定性分布图。

图6是本发明实施例提供的一种准分子激光器的功能模块图。

图7是图6所示的准分子激光器进行放电电压值调节的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种准分子激光脉冲能量稳定性控制方法的流程图。准分子激光脉冲能量稳定性控制方法用于对准分子激光器发出的激光脉冲的能量稳定性进行控制。准分子激光器发出多组脉冲序列，每组脉冲序列中包含多个脉冲，各个脉冲的能量大小通过控制对应脉冲的放电电压值进行调节。准分子激光脉冲能量特性包括能量稳定性和剂量稳定性，其中，能量稳定性定义为：

其中，N表示一个脉冲序列中的脉冲数量，例如，300，E

也就是说，剂量为N个脉冲的能量和，剂量的稳定性定义为：

本发明准分子激光脉冲能量稳定性控制方法基于能量误差值及剂量误差值，结合PI(比例积分)控制算法及PSO(Particle Swarm Optimization，粒子群优化)算法对控制对应脉冲的放电电压值进行调节。本发明准分子激光脉冲能量稳定性控制方法包括：

步骤S1，根据设定放电电压值产生高压脉冲。

步骤S2，通过所述高压脉冲电击放电腔内设的工作气体，产生激光脉冲。

步骤S3，检测所述激光脉冲的能量值，并输出所述激光脉冲。

步骤S4，基于所述能量值利用PI算法计算对所述放电电压值进行调节。

具体地，基于所述能量值利用PI算法计算对所述放电电压值进行调节包括：

步骤a，基于能量误差值进行增量式PI的控制。

请一并参阅图2，准分子激光器在半导体光刻的应用场景中是基于激光器的Burst工作模式，即激光器输出一个序列的激光脉冲后，有一个停止工作的时间间隔，即为Burst间隔，然后继续输出另一个序列的激光脉冲，以此类推。如图2所示，本发明实施例提供的准分子激光器在Burst工作模式下的能量分布图，准分子激光器发出多组脉冲序列12，每组脉冲序列12之间Burst间隔13，每组脉冲序列12中包含多个脉冲，多个脉冲包括超调脉冲121及非超调脉冲122，其中，超调脉冲121的能量比后续非超调脉冲的能量高。

当脉冲为超调脉冲121时，基于能量误差值进行增量式PI的控制包括：

步骤a11，获取第m个脉冲序列中第n个脉冲的能量测量值E

步骤a12，根据公式①计算的第m个脉冲序列中第n个脉冲的能量误差值E

E

其中，E

步骤a13，根据公式②计算第m+1个脉冲序列中的第n个脉冲的放电电压值的第一变化值ΔHV(m+1,n)

其中，K

当脉冲为非超调脉冲122时，“基于能量误差值进行增量式PI的控制”包括：

步骤a21，获取同一个脉冲序列中第n个脉冲的能量测量值E

步骤a22，根据公式①计算得到第n个脉冲的能量误差值E

步骤a23，根据公式③计算第n+1个脉冲的放电电压值的第二变化值ΔHV(n+1)

步骤b，基于剂量误差值进行增量式PI的控制，具体包括：

步骤b1，获取第m个脉冲序列中第n个脉冲的剂量测量值Dose

步骤b2，根据公式④计算得到第m个脉冲序列中第n个脉冲的剂量误差值Dose

Dose

其中，Dose

步骤b3，根据公式⑤计算得到第n+1个脉冲的放电电压值的第三变化值ΔHV(n+1)

步骤c，根据公式⑥计算得到放电电压值HV

HV

其中，β为超调脉冲和非超调脉冲的决策参数，HV为初始放电电压值，HV

步骤5，利用PSO算法确定PI算法中的比例参数及积分参数。如图3所示，利用PSO算法确定PI算法中的比例参数及积分参数包括：

步骤d1，设定寻优范围，寻优范围为比例参数及积分参数的预设范围，在本较佳实施例中，寻优范围包括3对比例参数及积分参数，分别为K

步骤d2，根据公式⑦计算每个粒子的适应度，公式⑦为：

步骤d3，确定每个粒子的个体最优值；

步骤d4，确定整个群体的全局最优值；

步骤d5，将每个粒子适应度与个体最优值进行比较，当粒子的适应度大于个体最优值时，则用粒子的适应度替换个体最优值，所示个体最优值表示粒子在此时搜索到的最优位置；

步骤d6，将每个粒子的适应度与全局最优值进行比较，当粒子的适应度大于全局最优值时，则用粒子的适应度替换全局最优值，全局最优值表示粒子群在此时搜索到的最优位置；

步骤d7，根据个体最优值及全局最优值，对粒子的位置和速度的进行优化，以确定比例参数及积分参数。如果满足预设结束条件则退出，否则返回至步骤d2“根据公式⑦计算每个粒子的适应度”。在本较佳实施例，预设结束条件为达到设定循环次数，即返回至步骤d2的执行次数。

请参阅图4A及4B，使用现有的PI算法得到的非超调脉冲的能量稳定性约5％，使用本发明实施例提供的准分子激光脉冲能量稳定性控制方法得到的非超调脉冲的脉冲能量稳定性不超过4％，因此，相较于现有的PI算法，使用本发明实施例提供的准分子激光脉冲能量稳定性控制方法得到的脉冲的能量更为稳定。

请参阅图5A及5B，由图5A及5B可得到，相较于现有的PI算法，使用本发明实施例提供的准分子激光脉冲能量稳定性控制方法得到的脉冲的剂量变化更为平稳。

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种准分子激光器100，如图6所示为准分子激光器100的功能模块图，准分子激光器100包括高压放电模块10、放电腔20、检测模块30及控制模块40。高压放电模块10用于根据设定的放电电压值产生高压脉冲。放电腔20内设有工作气体，工作气体受高压脉冲电击，产生激光脉冲。检测模块30用于检测激光脉冲的能量值，并输出激光脉冲。控制模块40用于获取能量值，根据准分子激光脉冲能量稳定性控制方法计算下一个激光脉冲的放电电压值，并将放电电压值传输至高压放电模块10。

请参阅图7，在本较佳实施例中，控制模块40包括至少三个控制器，分别为第一控制器41、第二控制器42及第三控制器43，所述控制模块40对所述检测模块30输出的脉冲进行判断，当脉冲为超调脉冲121时，所述第一控制器40执行步骤a11至步骤a13，基于能量误差值进行增量式PI的控制，确定放电电压值的第一变化值，当脉冲为非超调脉冲122时，所述第三控制器43执行步骤a21至步骤a23基于能量误差值进行增量式PI的控制，确定放电电压值的第二变化值，所述第二控制器42执行步骤b1至b3，基于剂量误差值进行增量式PI的控制，确定放电电压值的第三变化值，所述控制模块40执行步骤c，基于放电电压值的第一变化值、第二变化值及第三变化值及初始放电电压值进行放电电压调整，从而确定下一个激光脉冲的放电电压值，并将放电电压值传输至高压放电模块10。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供准分子激光脉冲能量稳定性控制的系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明所述准分子激光脉冲能量稳定性控制方法利用PSO算法确定所述PI算法中的比例参数及积分参数，实现PI参数自适应处理，在PI算法的基础上增强了算法的鲁棒性和有效性，使算法对出光脉冲的调节更加精准，能量和剂量的精度都得到了更好的控制。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。