JP5513653B2 - レーザ装置の故障診断システム - Google Patents
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Description
複数のモジュールで構成されたレーザ装置の故障診断をするレーザ装置の故障診断システムにおいて、
故障診断の際にレーザ発振を行い、当該レーザ発振の動作結果を用いることで前記レーザ装置の被診断モジュールを診断する
ことを特徴とする。
レーザ装置に発生した異常に応じた故障診断を行う
ことを特徴とする。
前記レーザ装置は、
第1の充電電圧にて充電したエネルギーを用いて発振用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起すると共に当該発振用レーザチャンバからレーザ光を出力する発振用レーザと、
第2の充電電圧にて充電したエネルギーを用いて増幅用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起すると共に前記発振用レーザチャンバから前記増幅用レーザチャンバに注入されたレーザ光を増幅して出力する増幅用レーザと、
前記発振用レーザチャンバから出力された前記レーザ光が前記増幅用レーザチャンバ内を通過するタイミングで当該増幅用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起させる同期コントローラと、を備え、
前記同期コントローラを被診断モジュールとした故障診断の際に、前記第1及び第2の充電電圧を変化させつつパルスレーザ発振を行い、前記発振用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起した時期と前記増幅用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起した時期との時間差をパルス毎に計測し、当該時間差と故障判断の基準となる所定の時間差とを比較することで、前記同期コントローラにおける故障の有無を診断する診断手段を備えた
ことを特徴とする。
前記レーザ装置は、
指令された充電電圧に応じてコンデンサを充電する充電器と、
前記コンデンサで充電されたエネルギーをパルス圧縮するパルス発生器と、
前記パルス発生器でパルス圧縮されたエネルギーを用いてレーザガスを放電励起すると共にレーザ光を出力するレーザチャンバと、
前記レーザ光のエネルギーを計測するエネルギーセンサと、を備え、
前記レーザチャンバを被診断モジュールとした故障診断の際に、前記充電電圧を変化させつつパルスレーザ発振を行い、パルス毎の充電電圧と前記エネルギーセンサで計測したパルス毎のエネルギーとから充電電圧とエネルギーとの相関関係を取得し、当該相関関係と故障判断の基準となる所定の相関関係とを比較することで、前記レーザチャンバにおける故障の有無を診断する診断手段を備えた
ことを特徴とする。
前記レーザ装置は、
指令された充電電圧に応じてコンデンサを充電する充電器と、
前記コンデンサで充電されたエネルギーをパルス圧縮するパルス発生器と、
前記パルス発生器でパルス圧縮されたエネルギーを用いてレーザガスを放電励起すると共にレーザ光を出力するレーザチャンバと、
前記レーザ光のエネルギーを計測するエネルギーセンサと、を備え、
前記充電器と前記パルス発生器と前記レーザチャンバを被診断モジュールとした故障診断の際に、前記充電電圧を一定にしつつパルスレーザ発振を行い、前記エネルギーセンサで計測したパルス毎のエネルギーのばらつきと故障判断の基準となる所定のばらつきとを比較することで、前記充電器と前記パルス発生器と前記レーザチャンバを診断する診断手段を備えた
ことを特徴とする。
前記レーザ装置は、
レーザ光を出力するレーザチャンバと、
前記レーザチャンバから出力される前記レーザ光を反射又は透過させる光学素子と、
前記光学素子に入射する前記レーザ光のエネルギーを計測する第1のエネルギーセンサと、
前記光学素子から出射する前記レーザ光のエネルギーを計測する第2のエネルギーセンサと、を備え、
前記光学素子を被診断モジュールとした故障診断の際に、パルスレーザ発振を行い、前記第1のエネルギーセンサで計測した前記レーザ光のエネルギーと前記第2のエネルギーセンサで計測した前記レーザ光のエネルギーとを比較することで、前記光学素子における故障の有無を診断する診断手段を備えた
ことを特徴とする。
前記レーザ装置は、
指令された充電電圧に応じてコンデンサを充電する充電器と、
前記コンデンサで充電されたエネルギーをパルス圧縮するパルス発生器と、
前記パルス発生器でパルス圧縮されたエネルギーを用いてレーザガスを放電励起すると共にレーザ光を出力するレーザチャンバと、
前記レーザ光のエネルギーを計測するエネルギーセンサと、を備え、
前記充電器と前記パルス発生器と前記レーザチャンバを被診断モジュールとした故障診断の際に、前記充電電圧を許容範囲内で上昇させるパルスレーザ発振を行い、前記エネルギーセンサで計測したエネルギーが故障判断の基準となる所望エネルギーに到達するかを判別することで、前記充電器と前記パルス発生器と前記レーザチャンバにおける故障の有無を診断する診断手段を備えた
ことを特徴とする。
またエラーが発生したときにレーザ装置側で故障診断が行われて故障モジュールがある程度特定されるため、作業員はレーザ装置の稼働現場に持ち込交換モジュールをある程度特定でき、余分な交換モジュールを搬送する作業が不要になる。したがってモジュール交換の労力及びコストを低減することが可能になる。
図1は本実施形態に係るレーザシステムの構成図である。また、図2(a)は発振用チャンバ及びその近傍の構成図であり、図2(b)は増幅用チャンバ及びその近傍の構成図である。図1ではMOPO方式の2ステージレーザ装置を示している。
図3(a)に示す発振用高電圧パルス発生器12は、可飽和リアクトルからなる3個の磁気スイッチSR1、SR2、SR3を用いた2段の磁気パルス圧縮回路を備える。磁気スイッチSR1は固体スイッチSWでのスイッチングロスを低減するために設けられたものであり、磁気アシストとも呼ばれる。例えば、この固体スイッチSWにはIGBT等の半導体スイッチング素子が用いられる。なお、図3(a)の回路を用いる代わりに、図3(b)の回路を用いてもよい。図3(b)は磁気パルス圧縮回路に加え昇圧トランスTr1を含む回路であり、図3(b)は昇圧トランスの代わりに主コンデンサC0の充電用のリアクトルL1を含む例である。
発振用チャンバ10の内部には、ガス供給・排気ユニット14から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット14には、発振用チャンバ10内にレーザガスを供給するガス供給系と、発振用チャンバ10内のレーザガスを排気するガス排気系とが設けられる。本レーザ装置がフッ素分子(F2)レーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット14は、フッ素(F2)ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。また、本レーザ装置がKrFエキシマレーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット14は、クリプトン(Kr)ガス及びフッ素(F2)ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。また、本レーザ装置がArFエキシマレーザとして使用される場合は、ガス供給・排気ユニット14は、アルゴン(Ar)ガス及びフッ素(F2)ガスと、ヘリウム(He)やネオン(Ne)等からなるバッファガスとを発振用チャンバ10に供給する。各ガスの供給及び排気はガス供給・排気ユニット14の各バルブの開閉で制御される。
ここで発振用レーザ100と増幅用レーザ300の放電タイミングについて更なる説明をする。
先に述べたように、発振用チャンバ10内の電極10a、10b間、及び増幅用チャンバ30内の電極30a、30b間に立上り時間の速い高電圧パルスを印加するために、それぞれ磁気パルス圧縮回路を有する発振用高電圧パルス発生器12と、増幅用高電圧パルス発生器32が用いられる。一般的に、各高電圧パルス発生器12、32の磁気パルス圧縮回路で用いられる磁気スイッチSR2、SR3は可飽和リアクトルである。主コンデンサC0からエネルギー(電圧パルス)が転送される場合、この磁気スイッチSR2、SR3にかかる電圧(V:すなわち主コンデンサC0の充電電圧)と磁気スイッチSR2、SR3によってパルス圧縮されて転送される電圧パルスの転送時間(t)との積(Vt積)の値は一定という関係がある。例えば、主コンデンサC0の充電電圧が高くなると、電圧パルスの転送時間(すなわち、磁気スイッチがオン状態である時間)が短くなる。
次にレーザ装置の故障診断システムについて具体的な処理の一形態を説明する。
先ず同期異常に関するエラーが発生しているかが判断され(ステップ11)、発生している場合は図9に示す同期制御診断処理が行われる(ステップ15)。次にパラメータdV/dE異常に関するエラーが発生しているかが判断され(ステップ12)、発生している場合は図10に示すエネルギー制御診断処理が行われる(ステップ16)。次にエネルギー安定性異常に関するエラーが発生しているかが判断され(ステップ13)、発生している場合は図11に示すエネルギー安定性診断処理が行われる(ステップ17)。次にエネルギー低下異常に関するエラー、すなわちエネルギーが目標エネルギーに達していないにもかかわらず、増幅用レーザ300の充電電圧Vampが許容範囲の上限電圧Vmaxに張り付いているかが判断され(ステップ14)、上限電圧Vmaxに張り付いている場合は図12に示すエネルギー出力診断処理が行われ(ステップ18)、上限電圧Vmaxに張り付いていない場合は図11に示すエネルギー安定性診断処理が行われる(ステップ19)。
図7を用いて説明した遅延時間差dtが指定範囲内にあること、すなわち最適遅延時間差dt1±αにあることを“同期”といい、指定範囲外にあることを“同期外れ”という。この同期外れの状態にあることをもって同期異常のエラーという。同期外れは同期コントローラ8の故障によって発生する。ここでは同期外れを引き起こす同期コントローラ8が被故障診断モジュールとして故障診断される。
同期コントローラ8は、外部から送信されるマスタートリガを受信した後に発振用高電圧パルス発生器12の固体スイッチSWに対して発振側放電トリガを送信し、同様にマスタートリガを受信した後に増幅用高電圧パルス発生器32の固体スイッチSWに対して増幅側放電トリガを送信する。同期コントローラ8の内部にはこれら発振側放電トリガ及び増幅側放電トリガの送信タイミングを調節するために遅延回路が設けられている。この遅延回路は発振用レーザ100で放電してから図7で示す遅延時間差dt1後に増幅用レーザ300で放電するように、発振側放電トリガ及び増幅側放電トリガの送信タイミングを調節する。遅延回路が正常に機能している場合は、遅延時間差dtは所定の範囲内に収まるが、正常に機能していない場合は、遅延時間差dtは所定の範囲内に収まらない。同期調整発振によって同期コントローラ8の遅延回路に故障があるか否かが判る。
図6で示すように、一般にエネルギーEと充電電圧Vとの間に線形の相関関係がある。しかし各レーザ100、300のチャンバ10、30に異常があると、充電電圧Vと実際に出力されるエネルギーEとの間は初期の相関関係から外れる。ここではパラメータdV/dEの異常を引き起こす発振用チャンバ10及び増幅用チャンバ30が被故障診断モジュールとして故障診断される。
発振側dV/dE発振では、発振用レーザ100の充電電圧Voscが所定範囲内で変化され、各充電電圧Voscでパルスレーザ発振が行われる。発振用レーザ100から出力されるレーザ光のエネルギーEoscはパルス毎に第1モニタモジュール19によって計測される。そして充電電圧Voscと出力されたレーザ光のエネルギーEoscとを対応付けることによって、図6に示すような充電電圧VoscとエネルギーEoscとの相関関係が得られ、パラメータdV/dEが求められる。
増幅側dV/dE発振では、発振用レーザ100から出力されるシード光のエネルギーEoscが一定にされると共に、増幅用レーザ300の充電電圧Vampが所定範囲内で変化され、各充電電圧Vampでパルスレーザ発振が行われる。増幅用レーザ300から出力されるレーザ光のエネルギーEampはパルス毎に第2モニタモジュール39によって計測される。そして充電電圧Vampと出力されたレーザ光のエネルギーEampとを対応付けることによって、図6に示すような充電電圧VampとエネルギーEampとの相関関係が得られ、パラメータdV/dEが求められる。発振用レーザ100から出力されるシード光のエネルギーEoscを複数種類に変化させて、各エネルギーEosc毎にパラメータdV/dEが求められるようにしてもよい。
各パルスのエネルギーEのばらつきは標準偏差σで表される。通常は充電電圧Vを一定にしてパルスレーザ発振を行うと、ばらつきσは所定範囲内に収まる。しかし発振用レーザ100の電気系統、すなわち発振用チャンバ10、発振用高電圧パルス発生器12、充電器11に異常があると、ばらつきσが大きくなり所定範囲内に収まらなくなる。同様に、増幅用レーザ300の電気系統、すなわち増幅用チャンバ30、増幅用高電圧パルス発生器32、充電器31に異常があると、ばらつきσが大きくなり所定範囲内に収まらなくなる。ここではエネルギー安定性の異常を引き起こす各レーザの電気系統が被故障診断モジュールとして故障診断される。
チャンバ内のレーザガスが劣化するとエネルギーが不安定になりまたエネルギーが低下する。ここではガス交換の後に発振用レーザ100及び増幅用レーザ300の電気系統の故障診断が行われる。
ここではエネルギー低下の異常を引き起こす各レーザの電気系統及び光学素子が被故障診断モジュールとして故障診断される。
本発明に係る故障診断システムは、故障診断の際にレーザ発振を行い、そのレーザ発振の動作結果を用いることでレーザ装置の被診断モジュールを診断するものであり、上記実施形態に限られるものではない。上記実施形態は、2ステージレーザにおいてエネルギー関連エラーの故障診断を行う場合の処理の一例である。しかしエネルギー関連エラーに関する他の故障診断を行ってもよい。また波長関連エラーやスペクトル関連エラーについても同様にレーザ発振を行い、その動作結果を用いることで、レーザ装置の被診断モジュールを診断することができる。また本発明は2ステージレーザだけでなくシングルレーザにも適用可能である。
4…メインコントローラ、5…ユーティリティコントローラ、
6…波長コントローラ、7…エネルギーコントローラ、8…同期コントローラ、
100…発振用レーザ(osc)、10…発振用チャンバ、11…充電器、
12…発振用高電圧パルス発生器、
14…ガス供給・排気ユニット、15…冷却水供給ユニット、
16…LNM(狭帯域化モジュール)、17…フロントミラー、
19…モニタモジュール、20…放電検出部、
300…増幅用レーザ(amp)、30…増幅用チャンバ、31…充電器、
32…増幅用高電圧パルス発生器、
34…ガス供給・排気ユニット、35…冷却水供給ユニット、
36…リア側ミラー36、37…出力ミラー、
39…モニタモジュール、40…放電検出部、
42…ビーム伝搬部、43…ビームエキスパンダ(BEX)、
44…エネルギーセンサ、45…ビーム出射位置調整機構(ABS)、
46…レーザパルス長大機構(OPS)
Claims (1)
- 複数のモジュールで構成されたレーザ装置の故障診断をするレーザ装置の故障診断システムにおいて、
故障診断の際にレーザ発振を行い、当該レーザ発振の動作結果を用いることで前記レーザ装置の被診断モジュールを診断するものであって、
前記レーザ装置は、
第1の充電電圧にて充電したエネルギーを用いて発振用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起すると共に当該発振用レーザチャンバからレーザ光を出力する発振用レーザと、
第2の充電電圧にて充電したエネルギーを用いて増幅用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起すると共に前記発振用レーザチャンバから前記増幅用レーザチャンバに注入されたレーザ光を増幅して出力する増幅用レーザと、
前記発振用レーザチャンバから出力された前記レーザ光が前記増幅用レーザチャンバ内を通過するタイミングで当該増幅用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起させる同期コントローラと、を備え、
前記発振用レーザと前記増幅用レーザの同期の異常に関するエラーが発生しているとエラー判断された場合に、
前記同期コントローラを被診断モジュールとして、前記第1及び第2の充電電圧を変化させつつパルスレーザ発振を行い、前記発振用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起した時期と前記増幅用レーザチャンバ内のレーザガスを放電励起した時期との時間差をパルス毎に計測し、当該時間差と故障判断の基準となる所定の時間差とを比較することで、前記同期コントローラにおける故障の有無を診断する診断手段を備えた
ことを特徴とするレーザ装置の故障診断システム。
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