CN209860344U - 一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，该双路脉冲触发装置包括主控模块，外触输入模块、使能输入模块、两路信号切换控制模块、两路电脉冲信号处理模块和两路光脉冲信号处理模块；主控模块实现双路脉冲触发装置的多种不同脉冲信号输出模式切换，光脉冲信号和电脉冲信号输出的切换和两路脉冲的脉冲参数的配置，以此实现准分子激光器的双路脉冲的准确同步，同时使得准分子激光器基于不同的用途时候可以自由切换脉冲输出模式和激光脉冲输出形式，增加了准分子激光器的适用范围，保证了准分子激光器的双腔同步的精准性。

Description

一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置

技术领域

本实用新型涉及准分子激光器领域，一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置。

背景技术

193nmArF准分子激光器是一种面向深紫外光刻应用的脉冲式气体激光器，具有高重频，大能量，短波长，窄线宽的特点，是优秀的微电子光刻***用激光光源。准分子激光器发出的激光是以脉冲形式发出的，其每个激光脉冲都是由激光器的高压放电装置电击放电腔中的工作气体得到的。对于双腔激光器，两个腔体触发放电的延迟时间是需要调节的，这就需要协调控制两路脉冲触发。同时，不同的腔体和高压模块对于触发放电的脉冲的持续时间是不一样的，这就需要脉冲的持续时间可调。而且有些高压放电模块对于触发脉冲有着严苛的要求，即要求其输出功率又要求ns级的上升时间。另外准分子激光器的不同用途需要的脉冲模式也不一样，因此需要一个双通道多参数可调多模式可配置的激光脉冲触发装置去控制高压放电模块，发出脉冲的时间，脉冲触发的频率，脉冲触发的模式等问题。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种用于准分子激光器的双路脉冲触发的装置和方法成为本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，使得准分子激光器基于不同的用途时候可以自由切换脉冲输出模式和脉冲输出形式，增加了准分子激光器的适用范围，保证了准分子激光器的双腔同步的精准性。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

本实用新型提供了一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，所述双路脉冲触发装置包括：与工控机相连的主控模块，与所述主控模块相连的外触输入模块、使能输入模块、第一信号切换控制模块和第二信号切换控制模块，与所述第一信号切换控制模块相连的第一电脉冲信号处理模块和第一光脉冲信号处理模块，与所述第二信号切换控制模块相连的第二电脉冲信号处理模块和第二光脉冲信号处理模块；

所述主控模块用于响应工控机的控制信号，同时产生第一原始脉冲信号、第二原始脉冲信号、第一控制选择信号和第二控制选择信号；

所述外触输入模块用于在外触发模式下接收外触信号以产生触发信号，所述使能输入模块用于外触发模式下判定所述外触信号为高电平时输出触发信号；

所述第一信号切换控制模块用于根据所述第一控制选择信号将所述第一原始脉冲信号选择传输至第一电脉冲信号处理模块或者第一光脉冲信号处理模块，所述第一电脉冲信号处理模块用于将所述第一原始脉冲信号进行功率放大和波形整定、并输出电脉冲信号，所述第一光脉冲信号处理模块用于将所述第一原始脉冲信号转换并输出能在光纤中传输的激光脉冲信号；

所述第二信号切换控制模块用于根据所述第二控制选择信号将所述第二原始脉冲信号选择传输至第二电脉冲信号处理模块或者第二光脉冲信号处理模块，所述第二电脉冲信号处理模块用于将所述第二原始脉冲信号进行功率放大和波形整定、并输出电脉冲信号，所述第二光脉冲信号处理模块用于将所述第二原始脉冲信号转换并输出能在光纤中传输的激光脉冲信号。

进一步的，所述主控模块包括FPGA和ARM组合芯片，所述FPGA用于处理数据，产生原始脉冲信号、输入外触信号和使能信号，所述ARM用于控制脉冲信号输出模式、配置脉冲参数以及配置双路脉冲间的延迟时间差。

进一步的，所述脉冲信号输出模式包括连续输出模式、Burst输出模式、外触发输出模式、Gate输出模式和限定输出模式。

进一步的，所述第一信号切换控制模块或第二信号切换控制模块包括与主控模块相连的光电耦合电路模块和与所述光电耦合电路模块相连的继电器，所述光电耦合电路模块用于将所述第一控制选择信号或所述第二控制选择信号进行放大，所述继电器用于根据放大后的所述第一控制选择信号或放大后的所述第二控制选择信号选择接通路径。

进一步的，所述第一电脉冲信号处理模块或第二电脉冲信号处理模块包括史密斯触发器，所述史密斯触发器用于反向原始脉冲信号，同时增大所述原始脉冲信号的驱动能力并整定好波形形成电脉冲信号。

进一步的，所述第一光脉冲信号处理模块或所述第二光脉冲信号处理模块包括与所述第一信号切换控制模块或者所述第二信号切换控制模块相连的驱动电路单元和连接在所述驱动电路单元后的电光转换头，所述驱动电路单元用于根据所述原始脉冲信号产生所述电光转换头的驱动信号，所述电光转换头用于将根据所述驱动信号将所述原始脉冲信号转换为在光纤上传输的光脉冲信号。

进一步的，所述双路脉冲触发装置还包括与工控机的PCI总线相连接的线性电源转换模块，用于将从PCI上获取的直流电转换为电压纹波较小的直流电源。

本实用新型的有益效果在于提供一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，该双路脉冲触发装置包括主控模块，外触输入模块、使能输入模块、两路信号切换控制模块、两路电脉冲信号处理模块和两路光脉冲信号处理模块；主控模块实现双路脉冲触发装置的多种不同脉冲信号输出模式切换，光脉冲信号和电脉冲信号输出的切换和两路脉冲的脉冲参数的配置，以此实现准分子激光器的双路脉冲的精确同步，同时使得准分子激光器基于不同的用途时候可以自由切换脉冲输出模式和激光脉冲输出形式和脉冲信号输出模式，增加了准分子激光器的适用范围，保证了准分子激光器的双腔同步的精准性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的准分子激光器结构图；

图2是本实用新型实施例的准分子激光器双路脉冲触发装置结构图；

图3是本实用新型实施例的信号控制切换模块的电路图；

图4是本实用新型实施例的电脉冲信号处理模块的电路图；

图5是本实用新型实施例的光脉冲信号处理模块的电路图；

图6是本实用新型实施例的第一种准分子激光器双路脉冲触发方法流程图；

图7是本实用新型实施例的第二种准分子激光器双路脉冲触发方法流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本实用新型的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本实用新型具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

本实用新型用于准分子激光器的双路脉冲触发装置的原理是主控模块由 FPGA和ARM两种组合的芯片，通过FPGA(Field-Programmable Gate Array)和 ARM(Advanced RISCMachines)的配合实现双路脉冲触发装置的多种不同脉冲信号输出模式，光脉冲信号和电脉冲信号输出的切换以及两路脉冲的脉冲参数的配置，具体的脉冲参数包括两路脉冲的延迟时间、脉冲宽度和脉冲输出频率，以此实现准分子激光器的双路脉冲的准确同步，同时使得准分子激光器基于不同的用途时候可以自由切换脉冲输出模式和脉冲输出形式(光脉冲输出还是电脉冲输出)，增加了准分子激光器的适用范围，保证了双腔准分子激光器的双腔同步的精准性。

请参阅图1，图1展示了本实用新型实施例的准分子激光器结构图。双腔准分子激光器包括了激光器的主控***工控机1。工控机1通过PCI(Peripheral ComponentInterconnect)总线2和脉冲触发装置3相连接。脉冲触发装置3发出第一原始脉冲信号和第二原始，第一原始脉冲信号和第二原始触发对应的第一高压放电模块4和第二高压放电模块5高压放电模块充电后，并通过对应的第一磁脉冲控制模块6和第二磁脉冲控制模块8放电，电击对应的第一激光器腔7 和第二激光器腔9中的工作气体，发出激光。

请参阅图2，图2展示了本实用新型实施例的准分子激光器双路脉冲触发装置结构图。脉冲触发装置包括主控模块10，其核心芯片是由FPGA+ARM架构的芯片XLINX公司的XC7Z020，负责模式的设定，响应上位机的操作，第一原始脉冲信号和第二原始脉冲信号的产生等。PCI总线金手指12负责与工控机的 PCI总线2相连接，进行与工控机1的通讯。为了保证整体电路工作稳定和脉冲信号的精度，各模块的供电均采用线性电源供电。线性电源转换模块11，其功能是将从PCI取得的5V开关电源信号转换为1路线性的3.3V电源和3路线性的5V电源。其中3.3V的线性电源为主控单元模块供电，两路5V线性电源分别为两路脉冲信号处理模块分别供电，一路5V线性电源为其他模块供电。第一信号切换控制电路13和第二信号切换控制电路14，通过主控模块10发出的第一控制选择信号和第二控制选择信号实现对于第一原始脉冲和第二原始脉冲的光脉冲信号输出和电信号脉冲输出之间的切换。图中15为第一电脉冲信号处理模块，负责将第一原始脉冲信号进行功率放大和波形整定，并通过BNC(Bayonet Nut Connector)接口输出第一电脉冲信号。图中第一光脉冲信号处理模块16，负责将第一原始脉冲信号转换为能在光纤中传输的激光信号，并通过光纤头输出第一光脉冲信号。图中第二电脉冲信号处理模块17负责将第二原始脉冲信号进行功率放大和波形整定，并通过BNC接口输出第二电脉冲信号。图中第二光脉冲信号处理模块18，负责将第二原始脉冲信号转换为能在光纤中传输的激光信号，并通过光纤头输出第二光脉冲信号。图中外触输入模块19，外触输入模块包括外触发接口和调理电路，负责在外触发模式下接收外触信号。图中使能输入模块20，输入使能信号传至FPGA，在外触发模式下，该信号为高电平时，外触信号才认定为有效信号。

本实用新型的主控模块10是由FPGA和ARM架构的芯片，FPGA负责PCI 总线数据的处理，第一原始脉冲信号、第二原始脉冲信号、第一控制选择信号和第二控制选择信号的产生，外触发信号和使能信号的输入，第一原始脉冲信号和第二原始脉冲信号根据两路脉冲的延迟时间而产生，也就是说：第二路信号比第一路信号延迟一段时间产生；ARM负责对于脉冲参数的控制，脉冲信号输出模式的控制和双路脉冲之间延迟的控制。

ARM对于脉冲参数的控制包括：对于脉冲宽度的控制，对于脉冲频率的调节和两路脉冲触发信号之间的延迟。此控制在ARM中实现，每一路脉冲通过三个定时器中断实现。在中断里实现对FPGA进行控制，从而发出原始脉冲信号。最终实现了输出脉冲宽度1-100us可调，调整分辨率为1us；脉冲输出频率 1-6000Hz可调，调节分辨率为1Hz；两路脉冲信号之间的延迟根据用户通过工控机设置的延迟时间，通过ARM中的定时器控制FPGA输出两路脉冲-500ns～500ns之间可调，调整分辨率为1ns。

通过工控机的选择来控制主控模块实现不同脉冲信号模式切换，主控模块通过FPGA和ARM的相互配合从而实现了不同脉冲信号模式的输出，这里介绍五种脉冲信号输出模式，具体实现如下：

模式一：连续输出模式

该模式属于内触发模式，脉冲的输出是靠ARM内部的定时器控制FPGA中脉冲连续输出，是脉冲触发的基本模式。工控机切换到连续输出模式时，主控模块中的ARM启动程序中3个控制脉冲参数的定时器实现即可。

模式二：Burst输出模式

该模式是半导体光刻用的实际工作中经常采用的模式，属于内触发模式。通过ARM内部的定时器控制FPGA中脉冲输出，脉冲信号的Burst的输出模式主要涉及到Burst参数(Burst脉冲数，Burst间隔，Burst数，Burst序列间隔) 的控制，当工控机切换到Burst输出模式，主控模块中启动ARM中的定时器中断实现控制FPGA中的脉冲输出。

模式三：外触发输出模式

该模式也是半导体光刻实际工作中经常采用的模式，其外触发信号通常由光刻机给出。脉冲输出不受本卡的控制，而是受到接收外部触发信号的控制。当使能信号为高电平时，本装置每收到一个外触发信号时，发出一个脉冲信号。该功能由FPGA的逻辑直接实现，不经过ARM。

模式四：Gate输出模式

该模式属于内触发模式，当工控机切换到该模式，双路脉冲触发装置通过使能输入信号通道收到一个Gate脉冲信号，发出一个Burst的脉冲触发信号。该功能通过FPGA接收Gate脉冲信号，ARM对FPGA进行一个Burst输出的控制，最后FPGA输出相应的脉冲触发信号。

模式五：限定输出模式

该模式和模式四的功能相似，当工控机设置该装置切换到该模式下，FPGA 接收到Gate信号后，ARM根据设定控制FPGA输出固定的脉冲数或一段时间的脉冲。该功能也是通过ARM编程和FPGA逻辑共同实现。

在工作过程中这五种脉冲输出模式的各个参数均可以通过工控机的PCI总线对双路脉冲触发装置进行设定，与PCI总线通讯的功能由FPGA实现。

请参阅图3，图3展示了本实用新型实施例的信号控制切换模块的电路图。图中32为光电耦合电路模块，可以将主控模块10的控制选择信号30的驱动能力放大从而控制继电器33动作。通过继电器33的动作决定主控模块10发出的原始脉冲信号输送到第一电脉冲信号处理模块15或第二电脉冲信号处理模块17，还是输送到第一光脉冲信号处理模块16或第二光脉冲信号处理模块18。

请参阅图4，图4展示了本实用新型实施例的电脉冲信号处理模块的电路图。图2中第一电脉冲信号处理模块的15和第二电脉冲信号处理模块17的电路结构框图如图4所示。由主控模块10产生的原始脉冲信号通过图3中模块第一信号控制切换模块13或第二信号控制切换模块14的电路选择后的原始脉冲信号 21，经过史密斯触发器22反向的同时增大了驱动能力并整定好波形，使其满足一定的驱动能力，和对上升沿小于20ns的需求。经过限流电阻23，并通过ESD 模块25，将电脉冲信号送到BNC接口24进行输出。

请参阅图5，图5展示了本实用新型实施例的光脉冲信号处理模块的电路图。图2中第一光脉冲信号处理模块16和第二光脉冲信号处理模块18的电路结构框图如图5所示。由主控模块10产生的原始脉冲信号通过图3中模块第一信号控制切换模块13或第二信号控制切换模块14的电路选择后的原始脉冲信号26，通过电光转换模块的驱动电路27产生电光转换模块的驱动信号28，从而驱动电光转换头29工作，产生在光纤上传输的激光脉冲信号。

下面对用于准分子激光器的双路脉冲触发方法进行具体解释说明，请参阅图6，图6展示了本实用新型实施例的第一种准分子激光器双路脉冲触发方法流程图。具体方法包括以下步骤：

在步骤S1中，根据工控机选择的脉冲信号输出模式，获取触发信号和使能信号，根据触发信号和使能信号发出第一原始脉冲信号、第二原始脉冲信号、第一控制选择信号和第二控制选择信号；

在步骤S2中，根据第一控制选择信号将第一原始脉冲信号选择输送至第一电脉冲信号处理模块或者第一光脉冲信号处理模块，根据第二控制选择信号将第二原始脉冲信号选择输送至第二电脉冲信号处理模块或者第二光脉冲信号处理模块；

在步骤S3中，第一电脉冲处理模块将第一原始脉冲信号放大并整定好波行输出第一电脉冲触发信号，或者第一光脉冲处理模块将第一原始脉冲信号转换并输出第一激光脉冲触发信号，

第二电脉冲处理模块将第二原始脉冲信号放大并整定好波行输出第二电脉冲触发信号，或者第二光脉冲处理模块将第二原始脉冲信号转换并输出第二激光脉冲触发信号。

请参阅图7，图7展示了本实用新型实施例的第二种准分子激光器双路脉冲触发方法流程图。

进一步的，可以根据不同的用途，通过工控机对脉冲参数进行配置，脉冲参数包括脉冲宽度、脉冲频率和脉冲延迟时间。输出脉冲宽度1-100us可调，调整分辨率为1us；脉冲输出频率1-6000Hz可调，调节分辨率为1Hz；两路脉冲信号之间的延迟之间-500ns～500ns之间可调，调整分辨率为1ns。具体参见图7 步骤S10。

进一步的，不同用途脉冲选择输出模式不同，当切换外触发输出模式时，获取触发信号为外触信号，判定使能信号为高电平，发出原始脉冲信号。具体参见图7步骤S11。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述双路脉冲触发装置包括：与工控机相连的主控模块，与所述主控模块相连的外触输入模块、使能输入模块、第一信号切换控制模块和第二信号切换控制模块，与所述第一信号切换控制模块相连的第一电脉冲信号处理模块和第一光脉冲信号处理模块，与所述第二信号切换控制模块相连的第二电脉冲信号处理模块和第二光脉冲信号处理模块；

所述主控模块用于响应工控机的控制信号，同时产生第一原始脉冲信号、第二原始脉冲信号、第一控制选择信号和第二控制选择信号；

所述外触输入模块用于在外触发模式下接收外触信号以产生触发信号，所述使能输入模块用于外触发模式下判定所述外触信号为高电平时输出触发信号；

所述第一信号切换控制模块用于根据所述第一控制选择信号将所述第一原始脉冲信号选择传输至第一电脉冲信号处理模块或者第一光脉冲信号处理模块，所述第一电脉冲信号处理模块用于将所述第一原始脉冲信号进行功率放大和波形整定、并输出电脉冲信号，所述第一光脉冲信号处理模块用于将所述第一原始脉冲信号转换并输出能在光纤中传输的激光脉冲信号；

所述第二信号切换控制模块用于根据所述第二控制选择信号将所述第二原始脉冲信号选择传输至第二电脉冲信号处理模块或者第二光脉冲信号处理模块，所述第二电脉冲信号处理模块用于将所述第二原始脉冲信号进行功率放大和波形整定、并输出电脉冲信号，所述第二光脉冲信号处理模块用于将所述第二原始脉冲信号转换并输出能在光纤中传输的激光脉冲信号。

2.如权利要求1所述的用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述主控模块包括FPGA和ARM组合芯片，所述FPGA用于处理数据，产生原始脉冲信号、输入外触信号和使能信号，所述ARM用于控制脉冲信号输出模式、配置脉冲参数以及配置双路脉冲间的延迟时间差。

3.如权利要求2所述的用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述脉冲信号输出模式包括连续输出模式、Burst输出模式、外触发输出模式、Gate输出模式和限定输出模式。

4.如权利要求3所述的用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述第一信号切换控制模块或第二信号切换控制模块包括与主控模块相连的光电耦合电路模块和与所述光电耦合电路模块相连的继电器，所述光电耦合电路模块用于将所述第一控制选择信号或所述第二控制选择信号进行放大，所述继电器用于根据放大后的所述第一控制选择信号或放大后的所述第二控制选择信号选择接通路径。

5.如权利要求4所述的用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述第一电脉冲信号处理模块或第二电脉冲信号处理模块包括史密斯触发器，所述史密斯触发器用于反向原始脉冲信号，同时增大所述原始脉冲信号的驱动能力并整定好波形形成电脉冲信号。

6.如权利要求5所述的用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述第一光脉冲信号处理模块或所述第二光脉冲信号处理模块包括与所述第一信号切换控制模块或者所述第二信号切换控制模块相连的驱动电路单元和连接在所述驱动电路单元后的电光转换头，所述驱动电路单元用于根据所述原始脉冲信号产生所述电光转换头的驱动信号，所述电光转换头用于将根据所述驱动信号将所述原始脉冲信号转换为在光纤上传输的光脉冲信号。

7.如权利要求6所述的用于准分子激光器的双路脉冲触发装置，其特征在于，所述双路脉冲触发装置还包括与工控机的PCI总线相连接的线性电源转换模块，用于将从PCI上获取的直流电转换为电压纹波较小的直流电源。