真空紫外等离子体光源及其控制方法与流程

本发明涉及光源及光源控制，特别涉及真空紫外等离子体光源及其控制方法。

背景技术：

1、等离子体光源可通过将泵浦激光聚焦于工作气体中形成等离子体，以产生真空紫外光。等离子体形成过程中，除产生等离子体核心外，通常还会形成向外延伸的等离子体羽流。等离子体羽流的长度、方向和扩散程度容易受到工作气体流量、腔体压力、泵浦激光参数及气体喷射状态等因素影响。

2、当等离子体羽流过长、偏转或过度扩散时，羽流及工作气体可能进入真空紫外收集路径，增大真空紫外光的吸收损耗和后级真空系统的气体负载，影响真空紫外输出的稳定性。

3、现有等离子体光源通常根据输出光强、气体流量或腔体压力进行控制。然而，真空紫外输出异常可能由等离子体核心偏移、羽流形态异常、抽气不足、气体状态变化或泵浦激光异常等多种原因造成，仅依据输出光强难以识别异常原因并进行针对性控制。此外，现有技术较少直接以等离子体核心及等离子体羽流的形态作为反馈量实施闭环控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供真空紫外等离子体光源及其控制方法，解决现有真空紫外等离子体光源中等离子体羽流易发生扩散或偏转，导致工作气体和等离子体羽流进入真空紫外收集路径、增加真空紫外吸收损耗和后级气体负载，以及仅依据输出光强难以识别异常原因并实施针对性闭环控制。

2、本发明的第一方面公开了一种真空紫外等离子体光源，包括：

3、等离子体形成腔；

4、工作气体供给组件，与所述等离子体形成腔连通；

5、泵浦激光组件，包括用于将泵浦激光聚焦于所述等离子体形成腔内的聚焦光路；

6、真空紫外收集腔，与所述等离子体形成腔间隔设置；

7、羽流约束及差分抽气组件，设置于所述等离子体形成腔与所述真空紫外收集腔之间，包括沿所述等离子体形成腔至所述真空紫外收集腔的方向依次连通的限流结构、羽流约束腔和至少一个差分抽气腔，所述差分抽气腔连接有抽气组件；

8、至少一个等离子体成像单元，成像视场覆盖所述等离子体形成腔内的等离子体核心及由所述等离子体核心延伸的等离子体羽流；以及

9、控制器，与所述等离子体成像单元连接，并与所述工作气体供给组件、所述泵浦激光组件和所述抽气组件中的至少一者连接，用于根据所述等离子体成像单元采集的图像所表征的等离子体核心及等离子体羽流的形态，控制与所述控制器连接的组件。

10、根据本发明的第一方面，还包括真空紫外输出监测单元和运行状态检测组件，所述真空紫外输出监测单元用于检测真空紫外输出强度、真空紫外输出与紫外输出的比值、出射光斑位置中的至少一者，所述运行状态检测组件用于检测腔体压力、工作气体流量、抽气状态中的至少一者；

11、所述控制器还用于根据所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态、所述真空紫外输出监测单元的检测结果和所述运行状态检测组件的检测结果，确定真空紫外输出异常所对应的异常类型，并根据所述异常类型确定待控制的组件。

12、根据本发明的第一方面，所述差分抽气腔包括沿所述等离子体形成腔至所述真空紫外收集腔的方向依次设置的至少两个差分抽气腔，各所述差分抽气腔分别连接有抽气速率可调的抽气支路，以使所述等离子体形成腔、所述羽流约束腔、各所述差分抽气腔和所述真空紫外收集腔中的压力依次降低。

13、根据本发明的第一方面，所述控制器从所述等离子体成像单元采集的图像中提取等离子体核心位置、等离子体核心尺寸、等离子体羽流长度、等离子体羽流开角、等离子体羽流方向、等离子体核心与等离子体羽流的亮度比中的至少两者，并根据提取结果相对于对应预设范围的偏差控制与所述控制器连接的组件。

14、根据本发明的第一方面，所述至少一个等离子体成像单元包括成像方向不同的第一等离子体成像单元和第二等离子体成像单元，所述控制器用于根据所述第一等离子体成像单元和所述第二等离子体成像单元采集的图像，确定所述等离子体核心的三维位置和所述等离子体羽流的延伸方向。

15、本发明的第二方面公开了一种真空紫外等离子体光源的控制方法，应用于本发明的第一方面的真空紫外等离子体光源，所述控制方法包括：

16、向等离子体形成腔供给工作气体，并将泵浦激光聚焦于所述等离子体形成腔内，以形成等离子体核心及由所述等离子体核心延伸的等离子体羽流；

17、通过限流结构和羽流约束腔约束所述等离子体羽流，并通过至少一个差分抽气腔进行抽气，以减少所述工作气体和所述等离子体羽流向真空紫外收集腔扩散；

18、采集成像视场覆盖所述等离子体核心及所述等离子体羽流的图像；

19、根据所述图像确定所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态；以及

20、根据所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态，控制工作气体供给组件、泵浦激光组件和抽气组件中的至少一者。

21、根据本发明的第二方面，还包括：

22、检测真空紫外输出强度、真空紫外输出与紫外输出的比值、出射光斑位置中的至少一者，并检测腔体压力、工作气体流量、抽气状态中的至少一者；

23、根据所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态、真空紫外输出的检测结果和运行状态的检测结果，确定真空紫外输出异常所对应的异常类型；以及

24、根据所述异常类型，从所述工作气体供给组件、所述泵浦激光组件和所述抽气组件中确定待控制的组件。

25、根据本发明的第二方面，所述通过至少一个差分抽气腔进行抽气，包括：

26、分别调节沿所述等离子体形成腔至所述真空紫外收集腔的方向依次设置的至少两个差分抽气腔的抽气速率，以使所述等离子体形成腔、所述羽流约束腔、各所述差分抽气腔和所述真空紫外收集腔中的压力依次降低。

27、根据本发明的第二方面，所述根据所述图像确定所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态，包括：

28、从所述图像中提取等离子体核心位置、等离子体核心尺寸、等离子体羽流长度、等离子体羽流开角、等离子体羽流方向、等离子体核心与等离子体羽流的亮度比中的至少两者；

29、所述根据所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态进行控制，包括：

30、确定所提取的各参数相对于对应预设范围的偏差，并根据所述偏差控制所述工作气体供给组件、所述泵浦激光组件和所述抽气组件中的至少一者。

31、根据本发明的第二方面，图像的所述采集，包括：

32、从不同成像方向分别采集覆盖所述等离子体核心及所述等离子体羽流的第一图像和第二图像；

33、所述根据所述图像确定所述等离子体核心及所述等离子体羽流的形态，包括：

34、根据所述第一图像和所述第二图像，确定所述等离子体核心的三维位置和所述等离子体羽流的延伸方向。

35、本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

36、在本发明中，真空紫外等离子体光源包括：等离子体形成腔；工作气体供给组件，与等离子体形成腔连通；泵浦激光组件，包括用于将泵浦激光聚焦于等离子体形成腔内的聚焦光路；真空紫外收集腔，与等离子体形成腔间隔设置；羽流约束及差分抽气组件，设置于等离子体形成腔与真空紫外收集腔之间，包括沿等离子体形成腔至真空紫外收集腔的方向依次连通的限流结构、羽流约束腔和至少一个差分抽气腔，差分抽气腔连接有抽气组件；至少一个等离子体成像单元，成像视场覆盖等离子体形成腔内的等离子体核心及由等离子体核心延伸的等离子体羽流；以及控制器，与等离子体成像单元连接，并与工作气体供给组件、泵浦激光组件和抽气组件中的至少一者连接，用于根据等离子体成像单元采集的图像所表征的等离子体核心及等离子体羽流的形态，控制与控制器连接的组件。限流结构和羽流约束腔用于限制等离子体羽流的延伸和扩散，差分抽气腔用于抽除向真空紫外收集腔扩散的工作气体和等离子体羽流，从而降低真空紫外收集腔的气体负载，减少真空紫外光的吸收损耗。等离子体成像单元同时获取等离子体核心和等离子体羽流的图像，使控制器能够根据二者的形态变化调节工作气体供给组件、泵浦激光组件或抽气组件。由此，可以抑制等离子体核心偏移以及羽流伸长、偏转和扩散，提高等离子体形态和真空紫外输出的稳定性。

37、在本发明中，真空紫外等离子体光源的控制方法，应用于本发明的第一方面的真空紫外等离子体光源，控制方法包括：向等离子体形成腔供给工作气体，并将泵浦激光聚焦于等离子体形成腔内，以形成等离子体核心及由等离子体核心延伸的等离子体羽流；通过限流结构和羽流约束腔约束等离子体羽流，并通过至少一个差分抽气腔进行抽气，以减少工作气体和等离子体羽流向真空紫外收集腔扩散；采集成像视场覆盖等离子体核心及等离子体羽流的图像；根据图像确定等离子体核心及等离子体羽流的形态；以及根据等离子体核心及等离子体羽流的形态，控制工作气体供给组件、泵浦激光组件和抽气组件中的至少一者。通过限流结构、羽流约束腔和差分抽气腔约束并抽除等离子体羽流及工作气体，可以减少其向真空紫外收集腔扩散，降低真空紫外光的吸收损耗和后级气体负载。通过采集等离子体核心及等离子体羽流的图像，并根据二者的形态控制工作气体供给组件、泵浦激光组件或抽气组件，可以针对核心偏移、羽流过长、羽流偏转或羽流扩散等异常状态进行调节，实现基于等离子体形态的闭环控制，提高真空紫外光源的运行稳定性。