光刻用准分子激光器的能量特性在集成电路的光刻过程中至关重要,直接影响光刻机曝光线条的精度。为了实现对于衡量能量特性的能量稳定性和剂量精度的精确控制,从放电电压调节的角度对激光脉冲的能量特性控制进行了研究。为了设计能量特性控制算法,首先对准分子激光器的放电特性建立了仿真模型,并验证了模型的有效性。然后,设计了基于强化学习的准分子激光器能量特性控制算法。最后在仿真模型上,分别采用Z-N(Ziegler-Nichol)参数整定的比例积分(PI)算法、粒子群优化(PSO)整定的PI算法和基于强化学习的算法对出光脉冲进行了控制,将最终的结果进行对比。实验结果证明,在基于强化学习的能量控制算法的控制下,激光器的能量稳定性小于4%,剂量精度小于0.3%,并且动态性能要优于Z-N参数整定的PI算法、PSO整定的PI算法。证明了算法的优越性,提高了光刻用准分子激光器的鲁棒性和实用性,满足了半导体光刻需求。

准分子激光绝对波长校准技术中,参考中心波长位置抖动是影响校准精度的主要因素,寻峰算法是解决这类问题的有效途径。通过仿真和实验研究比较了5种寻峰算法,结果显示,高斯非线性曲线拟合寻峰法误差最小,算法平均误差为0.15 pm。通过研究强度阈值对5种寻峰算法的影响,明确了阈值优化对减小寻峰算法误差的重要性。选取各算法最佳强度阈值来优化算法,结果表明,高斯非线性曲线拟合寻峰算法的误差最低为0.04 pm,平均算法误差为0.06 pm,选取该寻峰算法作为绝对波长校准核心算法,能满足校准精度要求。通过对影响算法的误差原因进行分析,证明噪声大小是影响高斯非线性曲线拟合寻峰算法误差的主要因素,进一步提升校准精度须从抑制噪声角度出发。

短波长、高光子能量的ArF 准分子激光在集成电路光刻、材料加工、激光医学等领域具有重要的应用。结合线宽压窄技术方案设计了193 nm ArF 准分子激光器复合腔结构，理论分析了复合腔结构能量提升的原理。针对准分子激光器的长腔特性，提出了实现其复合腔窄带激光模式锁定的解决方案，并进行了实验验证。与通常插入色散元件的单窄带腔相比，锁定后的准分子激光复合腔在输出线宽基本不变的情况下能量提高了4.02 倍，激光效率大幅提升，能量稳定性也大幅优化。

针对高能窄带激光系统对光谱纯度检测的需求，提出通过精确测量激光光谱能量分布情况分析光谱纯度的方法，并进行了相关实验研究。该光谱纯度检测装置主要由中阶梯光栅、精密移动刀口、灵敏功率计等组成，实验利用该装置分析了复合腔结构准分子激光系统输出激光的光谱纯度，实验结果表明通过精确测量激光中各光谱成分所占的能量比例可实现光谱纯度的检测。该光谱纯度检测装置结构紧凑、成本较低、测量准确度高，在高能窄带激光系统搭建过程中具有重要的应用价值。