一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，準(zhǔn)分子激光器工作期間由于激光腔內(nèi)鹵素氣體含量的減少和雜質(zhì)含量的增加，激光器輸出脈沖能量不斷下降。通過激光腔內(nèi)部分置換激光工作氣體方式，可以有效補(bǔ)充激光腔內(nèi)消耗的鹵素氣體，同時(shí)阻止雜質(zhì)的積累。氣體管理方法通過分析部分換氣前后激光腔內(nèi)鹵素氣體含量及雜質(zhì)含量的變化，控制部分換氣劑量和鹵素氣體注入劑量，使得每次部分換氣后激光腔內(nèi)鹵素氣體含量和雜質(zhì)含量保持不變，維持恒脈沖能量輸出模式下工作的準(zhǔn)分子激光器在一定工作電壓變化范圍內(nèi)或者恒工作電壓模式下工作的準(zhǔn)分子激光器在一定脈沖能量變化范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作。本發(fā)明能夠有效延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器工作氣體壽命，提高準(zhǔn)分子激光器工作效率。
【專利說明】一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于準(zhǔn)分子激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]準(zhǔn)分子激光器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療和科研領(lǐng)域，特別是在半導(dǎo)體光刻工藝領(lǐng)域，作為光刻用光源的準(zhǔn)分子激光器是光刻系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。目前半導(dǎo)體光刻設(shè)備所使用的激光光源主要為紅？ (19311111)和準(zhǔn)分子激光器。光刻用準(zhǔn)分子激光器存在氣體壽命問題，隨著工作脈沖數(shù)量的增加，恒電壓模式下工作的準(zhǔn)分子激光器輸出脈沖能量不斷下降，恒脈沖能量輸出模式下工作的準(zhǔn)分子激光器工作電壓逐漸升高，主要原因在于激光腔內(nèi)的氟氣容易與腔內(nèi)其他物質(zhì)反應(yīng)形成雜質(zhì)，導(dǎo)致氟氣濃度逐漸降低，同時(shí)激光腔內(nèi)雜質(zhì)含量不斷積累。因此，傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光器工作模式為工作一段時(shí)間后在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行完全換氣，這將降低光刻設(shè)備的使用效率。氣體管理技術(shù)能夠有效延長(zhǎng)激光氣體工作壽命、減少激光器完全換氣次數(shù)，提高光刻設(shè)備的生產(chǎn)效率，是準(zhǔn)分子激光技術(shù)的重要組成部分。
[0003]早期的準(zhǔn)分子激光器氣體管理方法主要通過向激光腔內(nèi)注入適量的？2氣，補(bǔ)償準(zhǔn)分子激光器工作中消耗的？2氣，達(dá)到延長(zhǎng)激光氣體工作壽命的目的。例如，美國(guó)專利1136028880“ 仙1:0腦00111:1-01 3731:6111”和 1136963595“ 仙1:0腦職8 00111:1-018781:6111 8職8 13861'”，利用準(zhǔn)分子激光器工作電壓、能量、線寬等參數(shù)與？2氣濃度的變化關(guān)系，提出了一種氣體管理算法331 (3101)6 866^1118估算激光腔內(nèi)？2氣的消耗劑量，通過控制氣體管理裝置向激光腔內(nèi)注入相同劑量的？2氣，延長(zhǎng)激光氣體工作壽命。該方法的缺點(diǎn)是沒有考慮到激光腔內(nèi)雜質(zhì)的積累同樣會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)分子激光器輸出脈沖能量的減小，降低激光器工作效率，激光氣體工作壽命通常為百兆個(gè)激光脈沖。后來的準(zhǔn)分子激光器氣體管理方法提出了部分換氣的方式減少激光腔內(nèi)雜質(zhì)的積累。例如，美國(guó)專利1137835414 “ 13861職8 8781:6111”，采用微量補(bǔ)氣和部分換氣相結(jié)合的方式，補(bǔ)償激光腔內(nèi)消耗的？2氣以及減少雜質(zhì)的積累。其中，部分換氣是在一定周期或者一定的激光脈沖數(shù)下，按照一定比例更換激光腔內(nèi)的激光氣體，達(dá)到延長(zhǎng)激光氣體工作壽命的目的。該方法的缺點(diǎn)是不能長(zhǎng)期有效地控制激光腔內(nèi)雜質(zhì)的積累，激光氣體工作壽命能夠達(dá)到十億個(gè)激光脈沖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，該方法通過控制部分換氣劑量和？2氣注入劑量，使得每次部分換氣后激光腔內(nèi)氣含量和雜質(zhì)含量保持不變，維持恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器在一定電壓變化范圍內(nèi)，或者恒電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器在一定脈沖能量變化范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作，有效延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命，提高激光器工作效率。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，在恒脈沖能量輸出模式或者恒工作電壓模式下準(zhǔn)分子激光器工作期間，通過分析部分置換激光工作氣體前后激光腔內(nèi)鹵素氣體含量及雜質(zhì)含量的變化，控制部分換氣劑量和齒素氣體注入劑量，使得每次部分換氣后激光腔內(nèi)齒素氣體含量和雜質(zhì)含量保持不變，維持準(zhǔn)分子激光器在一定電壓變化范圍內(nèi)或者一定脈沖能量變化范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作。
[0006]所述恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器工作電壓由Vtl上升至V1 ;或者恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器輸出脈沖能量由Etl下降至E1，激光腔內(nèi)鹵素氣體F2氣含量由初始含量F' Z變?yōu)镕' i，雜質(zhì)含量由O變?yōu)镃1 ;對(duì)準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行第一次部分換氣，換氣百分比為a，F(xiàn)2氣注入劑量為AF" 10
[0007]所述恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器第一次部分換氣后，工作電壓下降至V2，隨著工作脈沖數(shù)的增加，準(zhǔn)分子激光器工作電壓再次上升至V1 ;或者恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器第一次部分換氣后，輸出脈沖能量上升至E2,隨著工作脈沖數(shù)的增加，準(zhǔn)分子激光器輸出脈沖能量由E2下降至E1 ;此時(shí),激光腔內(nèi)齒素氣體F2氣含量變?yōu)镕' 2,雜質(zhì)含量變?yōu)镃2。
[0008]根據(jù)理論計(jì)算可知，若第一次部分換氣過程中F2氣注入劑量AF" ! = a -Fi。，則有F' i = F' ^C1 = C2,即可保證每次部分換氣后激光腔內(nèi)F2氣含量和雜質(zhì)含量相同，恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器維持在工作電壓V2?V1變化范圍內(nèi)工作，恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器維持在脈沖能量E1?E2變化范圍內(nèi)工作。
[0009]所述準(zhǔn)分子激光器部分換氣百分比α值越小，F(xiàn)2氣注入劑量越小，準(zhǔn)分子激光器工作電壓或者輸出脈沖能量變化范圍越小，有利于準(zhǔn)分子激光器的穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，考慮到部分換氣過程可能對(duì)準(zhǔn)分子激光器工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，部分換氣百分比α的大小需根據(jù)光刻系統(tǒng)的實(shí)際工作要求決定。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:能夠有效控制激光腔內(nèi)F2氣含量和雜質(zhì)含量，維持恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器在一定電壓變化范圍內(nèi)，或者恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器在一定能量變化范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作，更有效延長(zhǎng)激光氣體工作壽命，甚至無需完全換氣，提高準(zhǔn)分子激光器使用效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的氣體管理方法延長(zhǎng)恒脈沖能量輸出模式下準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的原理示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的氣體管理方法延長(zhǎng)恒工作電壓模式下準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的原理示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明的氣體管理方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分子激光器氣體管理的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:I為準(zhǔn)分子激光器，2為激光器輸出參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，3為電壓監(jiān)測(cè)模塊，4為氣體管理控制單元，5為氣體管理方法，6為氣體管理回路裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0015]如圖1所示，恒脈沖能量輸出模式下準(zhǔn)分子激光器的工作電壓隨著工作脈沖數(shù)的增加逐漸升高，當(dāng)工作電壓由Vtl上升至V1時(shí)，激光腔內(nèi)F2氣消耗量為Λ F' i，雜質(zhì)含量為C10激光腔內(nèi)雜質(zhì)是激光腔內(nèi)消耗的F2氣與其他物質(zhì)反應(yīng)生成，雜質(zhì)含量C1與F2氣消耗量AF' I成正比。此時(shí)，激光腔內(nèi)F2氣含量F' I和雜質(zhì)含量(^可表示為:
[0016]F' ! = Fi Q-AF' ! (I)
[0017]C1 = K.AF' (2)
[0018]其中，F(xiàn)'。為激光腔內(nèi)F2氣初始含量，K為比例系數(shù)。
[0019]對(duì)準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行第一次部分換氣，換氣百分比為a，F(xiàn)2氣注入劑量為AF" 10此時(shí),激光腔內(nèi)F2氣含量F" I和雜質(zhì)含量CT I可表示為:
[0020]F" 1=(l-a).(F/ q—AF' )+AF" ! (3)
[0021]C' ! = (1-a ).κ.Λ F' ! (4)
[0022]準(zhǔn)分子激光器第一次部分換氣后，工作電壓再次由V2上升至V1時(shí)，激光腔內(nèi)F2氣消耗量為AF' 2，雜質(zhì)含量為C2。此時(shí)，激光腔內(nèi)F2氣含量F' 2和雜質(zhì)含量(:2可表示為:
[0023]F' 2= (1-Ci)W Q-AF' )+AF" rAF' 2 (5)
[0024]C2 = (1-a ).K.Λ F'2 (6)
[0025]根據(jù)公式⑴、(2)、(5)、(6)可推算出，當(dāng)
[0026]AF" i = a.F' 。 (7)
[0027]Λ F' 2 = a.Λ F' ! (8)
[0028]則有
[0029]F' ! = F' 2 (9)
[0030]C1 = C2(1)
[0031]即可保證每次部分換氣后激光腔內(nèi)含量F2氣含量和雜質(zhì)含量相同，準(zhǔn)分子激光器維持在工作電壓V2?V1變化范圍內(nèi)工作。
[0032]準(zhǔn)分子激光器部分換氣百分比α的大小通常根據(jù)光刻系統(tǒng)的實(shí)際工作要求決定。
[0033]圖2為恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器，采用氣體管理方法延長(zhǎng)工作氣體壽命的示意圖。與圖1所述的氣體管理方法原理相同，通過控制部分換氣過程中F2氣注入劑量AF" i及部分換氣百分比a，保證每次部分換氣后激光腔內(nèi)含量F2氣含量和雜質(zhì)含量相同，維持恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器在脈沖能量E1?E2變化范圍內(nèi)工作。
[0034]圖3為準(zhǔn)分子激光器氣體管理結(jié)構(gòu)示意圖，準(zhǔn)分子激光器I輸出激光脈沖，由激光器輸出參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊2監(jiān)測(cè)脈沖能量、譜線線寬、波長(zhǎng)等參數(shù)，電壓監(jiān)測(cè)模塊3監(jiān)測(cè)準(zhǔn)分子激光器工作電壓，氣體管理控制單元4根據(jù)激光器輸出參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊2和電壓監(jiān)測(cè)模塊3提供的監(jiān)測(cè)信號(hào)，以及建立的氣體管理方法5，確定部分換氣時(shí)間、換氣百分比以及F2氣注入劑量，最終通過控制氣體管理回路裝置6，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分子激光器I的氣體管理功能，延長(zhǎng)激光氣體工作壽命。
[0035]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，其特征在于:在恒脈沖能量輸出模式下或者在恒工作電壓模式下準(zhǔn)分子激光器工作期間，通過分析部分置換激光工作氣體前后激光腔內(nèi)齒素氣體含量及雜質(zhì)含量的變化，控制部分換氣劑量和齒素氣體注入劑量，使得每次部分換氣后激光腔內(nèi)齒素氣體含量和雜質(zhì)含量保持不變，維持準(zhǔn)分子激光器在一定電壓變化范圍內(nèi)或者一定脈沖能量變化范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，其特征在于:所述恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器工作電壓由Vtl上升至V1 ;或者恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器輸出脈沖能量由Etl下降至E1，激光腔內(nèi)鹵素氣體F2氣含量由初始含量F' Z變?yōu)镕' i，雜質(zhì)含量由O變?yōu)镃1 ;對(duì)準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行第一次部分換氣，換氣百分比為a，F(xiàn)2氣注入劑量為AF" 10
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，其特征在于:所述恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器第一次部分換氣后，工作電壓下降至V2,隨著工作脈沖數(shù)的增加，準(zhǔn)分子激光器工作電壓再次上升至V1 ;或者恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器第一次部分換氣后，輸出脈沖能量上升至E2,隨著工作脈沖數(shù)的增加，準(zhǔn)分子激光器輸出脈沖能量SE2下降至E1 ;此時(shí)，激光腔內(nèi)鹵素氣體F2氣含量變?yōu)镕' 2，雜質(zhì)含量變?yōu)镃2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，其特征在于:根據(jù)理論計(jì)算可知，若第一次部分換氣過程中F2氣注入劑量AF" !=a -Fi C1，則有F' 1 = F' 2、Q = C2，即可保證每次部分換氣后激光腔內(nèi)F2氣含量和雜質(zhì)含量相同，恒脈沖能量輸出模式下的準(zhǔn)分子激光器維持在工作電壓V2?V1變化范圍內(nèi)工作，恒工作電壓模式下的準(zhǔn)分子激光器維持在脈沖能量E1?E2變化范圍內(nèi)工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于延長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光器激光工作氣體壽命的氣體管理方法，其特征在于:所述準(zhǔn)分子激光器部分換氣百分比α值越小，F(xiàn)2氣注入劑量越小，準(zhǔn)分子激光器工作電壓或者輸出脈沖能量變化范圍越小，有利于準(zhǔn)分子激光器的穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，考慮到部分換氣過程可能對(duì)準(zhǔn)分子激光器工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，部分換氣百分比α的大小需根據(jù)光刻系統(tǒng)的實(shí)際工作要求決定。
【文檔編號(hào)】H01S3/036GK104332806SQ201410608396
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月2日
【發(fā)明者】李斌成, 王強(qiáng), 韓艷玲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所