JP2001094183A - パルスレーザ制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パルスレーザ装置の設計変更が頻繁に生じる場
合であっても、少ない拡張スペースで、かつ容易に変更
することができ、しかもパルスレーザ装置を構成する各
機器の管理を容易に行うことができる。 【解決手段】パルスレーザ装置１を構成する各機器２１
〜３０に対する制御を行う複数のコントローラ２〜６
と、複数のコントローラ２〜６各間をパラレル通信接続
するパラレル通信回線Ｐ１〜Ｐ４と、複数のコントロー
ラ２〜６各間をシリアル通信接続するイーサネットＳ
と、外部装置１０と主コントローラ２との間をパラレル
通信接続するパラレル通信回線ＰＰと、外部装置１０と
主コントローラ２との間をシリアル通信接続するイーサ
ネットＳＳとを具備し、パラレル通信回線Ｐ１〜Ｐ４，
ＰＰは、リアルタイム性が要求される信号を伝送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザ等
の高繰り返しパルスレーザを制御するパルスレーザ制御
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、縮小投影露光装置（ステッ
パ）は、エキシマレーザ等の紫外領域のレーザ光を用い
ている。エキシマレーザ等のパルスレーザ装置をステッ
パに用いる場合、安定したレーザ光出力が要求されるた
め、各パルス毎の制御が必要となる。

【０００３】図９は、従来のパルスレーザ装置における
レーザ制御システムの概要構成を示す図である。図９に
おいて、主コントローラ１０２は、パルスレーザ装置１
０１を構成する各機器１２１〜１３０を集中制御する。

【０００４】主コントローラ１０２は、外部インターフ
ェース１０２ｉを有し、この外部インターフェース１０
２ｉを介してステッパ等の外部装置１１０と接続され
る。外部装置１１０は、ステッパ等の外部装置１１０を
制御する外部コントローラ１１１と、ステッパ等の外部
装置１１０およびパルスレーザ装置１０１を管理する管
理装置１１２を有する。外部装置１１０とパルスレーザ
装置１０１とは、パラレル通信回線１０３およびＲＳ２
３２Ｃ等のシリアル通信回線１０４によって接続され
る。

【０００５】ここで、外部装置１１０をステッパとした
場合における具体的な構成について図１０を参照して説
明する。図１０において、パルスレーザ装置２０１は例
えばエキシマレーザ装置であり、レーザチャンバ２０２
は、紙面に垂直な方向に陽極および陰極が対向して配設
された放電電極としてのレーザ放電部ＬＤを有し、レー
ザチャンバ２０２内に充填されたハロゲンガス、希ガ
ス、バッファガス等からなるレーザ媒質ガスをレーザ放
電部ＬＤ間の放電によって励起させてレーザ発振を行
う。

【０００６】レーザチャンバ２０２の両レーザ出射口に
はウィンドウ２０４が設けられている。また、レーザチ
ャンバ２０２のレーザ光出力側にはフロントミラー２０
５が設けられている。狭帯域化モジュール２０６は、フ
ロントミラー２０５に対向するレーザ出射口側に設けら
れ、この場合、ビーム拡大光学系２０７と、ミラー２０
８と、角度分散型波長選択素子であるグレーティング２
０９と、ミラー調整器２１０とで構成される。

【０００７】従って、フロントミラー２０５とグレーテ
ィング２０９との間で光共振器が構成されることにな
る。この場合、ミラー調整器２１０はミラー２０８の角
度を調整することによって、結果的にグレーティング２
０９に入射されるレーザ光入射角を調整する。このミラ
ー調整を含むグレーティング２０９の波長選択調整は、
主コントローラ２０２の制御のもとに行われ、このコン
トローラ２０２の制御は、後述するモニタモジュール２
２０によるレーザ出力光のモニタ結果に基づいて行われ
る。

【０００８】レーザチャンバ２０２内で発振したレーザ
光は、狭帯域化モジュール２０６に入射され、ビーム拡
大光学系２０７に入射されてその放電方向に垂直な方向
のビーム幅に拡大される。さらに、レーザ光はグレーテ
ィング２０９に入射されて回折されることにより、所定
の波長成分のレーザ光のみが入射光と同じ方向に折り返
される。グレーティング２０９で折り返されたレーザ光
は、ビーム拡大光学系２０７でビーム幅が縮小された
後、レーザチャンバ２０２に入射される。レーザチャン
バ２０２を通過して増幅されたレーザ光は、フロントミ
ラー２０５を介してその一部が出力光として取り出され
ると共に、残りが再度レーザチャンバ２０２に戻って増
幅される。

【０００９】一方、レーザ光の出力側には、フロントミ
ラー２０５から出力されたレーザ光の一部をビームスプ
リッタ２１１が設けられ、このビームスプリッタ２１１
で取り出されたレーザ光はモニタモジュール２２０に入
力される。モニタモジュール２２０は、入力されたレー
ザ光の線幅、出力強度、必要があればビームプロファイ
ルを検出し、主コントローラ２０２に送出し、主コント
ローラ２０２は、この検出結果をもとに狭帯域化モジュ
ール２０６およびパルスレーザ用電源装置２４０の制御
を行う。

【００１０】また、実際にパルスレーザ装置２０１が高
繰り返し連続パルス発振を行う場合、ステッパコントロ
ーラ３０２からレーザ発光信号やエネルギー信号が送出
され、これらの信号をもとに主コントローラ２０２がミ
ラー調整器２１０やパルスレーザ用電源装置２４０を制
御してパルス発振させる。この制御は、各パルス毎に行
われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のパルスレーザ制御システムでは、主コントロー
ラ１０２のみでパルスレーザ装置１０１内の各機器１２
１〜１３０を集中制御していたため、各パルス毎の制御
を行うには負荷が大きく、パルスレーザ装置１０１の設
計変更等が生じた場合に、この負荷制限、拡張性の制限
のために十分なパルスレーザ制御システムを構築するこ
とができないとともに、設計変更にかかる労力が大き
く、時間がかかるという問題点があった。

【００１２】また、従来のパルスレーザ制御システムで
は、主コントローラ１０２によって集中制御している
が、各機器との間の接続は、具体的にはボード間をバス
によって接続し、そのためのハーネスを引き回していた
ため、パルスレーザ装置１０１の筐体内空間を圧迫し、
設計変更に伴う十分なスペースを確保することができな
いという問題点があった。

【００１３】さらに、パルスレーザ装置１０１の状態ロ
グを取得する場合、パルスレーザ装置１０１から直接ダ
ウンロードするようにしていたため、パルスレーザ装１
０１の管理処理に労力と時間がかかるという問題点があ
った。

【００１４】そこで、本発明は、かかる問題点を除去
し、パルスレーザ装置の設計変更が頻繁に生じる場合で
あっても、少ない拡張スペースで、かつ容易に変更する
ことができ、しかもパルスレーザ装置を構成する各機器
の管理を容易に行うことができるパルスレーザ制御シス
テムを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段および効果】この発明にか
かるパルスレーザ制御システムは、パルスレーザ装置を
構成する各装置に対する制御を行う複数のコントローラ
と、前記複数のコントローラおよび外部装置を制御する
主コントローラと、前記複数のコントローラおよび前記
主コントローラの各間をパラレル通信接続するパラレル
通信手段と、前記複数のコントローラおよび前記主コン
トローラの各間をシリアルネットワークによってシリア
ル通信接続するシリアル通信手段と、を具備し、前記パ
ラレル通信手段は、リアルタイム性が要求される信号を
伝送することを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、パルスレーザ装置に対
する制御を主コントローラと複数のコントローラとに負
荷分散し、リアルタイム性が要求される信号の伝送に
は、パラレル通信手段を用いて高速に伝送するように
し、主コントローラと複数のコントローラとは、たとえ
ばイーサネット等のシリアル通信手段によってネットワ
ーク接続されているため、機器の増大／減少等を伴う変
更にも柔軟かつ容易に対処することができるという効果
を奏する。

【００１７】また、パルスレーザ装置内に用いられる制
御用のスペースが減少し、コンパクトなパルスレーザ装
置を実現することができるという効果を奏する。

【００１８】さらに、主コントローラおよび複数のコン
トローラと、これらに接続される各機器との接続距離が
短くなるため、ノイズ等による影響を考慮せずに良好な
通信を行うことができる。

【００１９】次の発明にかかるパルスレーザ制御システ
ムは、上記の発明において、前記パラレル通信手段およ
び前記シリアル通信手段のそれぞれは、さらに前記外部
装置を接続することを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、上記の発明による作用
効果に加え、外部装置とパラレル接続されるため、外部
装置からリアルタイム性を必要とする信号の伝送を高速
に行うことができるとともに、外部装置をシリアル通信
手段によってネットワーク接続することができるので、
パルスレーザ装置に対する管理をリモートで行うことが
できるという効果を奏する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形
態であるパルスレーザ制御システムの構成を示す図であ
る。図１において、エキシマレーザ等によって実現され
るパルスレーザ装置１は、ステッパ等によって実現され
る外部装置１０との間を、シリアル通信ネットワークで
あるイーサネット等のシリアル通信回線ＳＳによってシ
リアル通信接続されるとともに、パラレル通信回線ＰＰ
によってパラレル通信接続される。

【００２２】パルスレーザ装置１は、機器２１を接続す
る主コントローラ２、機器２２〜２４を接続する波長コ
ントローラ３、機器２５，２６を接続するエネルギーコ
ントローラ４、機器２７〜２９を接続するユーティリテ
ィコントローラ５および機器３０を接続するオプション
コントローラ６を有する。各機器はパルスレーザ装置１
を構成するパルス電源装置等である。主コントローラ２
は、上述したシリアル通信回線ＳＳおよびパラレル通信
回線ＰＰを接続するための外部インターフェース２ｉを
有する。

【００２３】パルスレーザ装置１内には、イーサネット
Ｓが構成され、各コントローラ２〜６は、高速にシリア
ル通信接続される。また、各コントローラ２〜６は、パ
ラレル通信回線Ｐ１〜Ｐ４によってパラレル通信接続さ
れる。

【００２４】波長コントローラ３は、たとえば現在のレ
ーザ光の波長、線幅等をモニタし、このモニタ結果をも
とに波長を制御する。エネルギーコントローラ４は、パ
ルスレーザ用電源装置に必要なエネルギー演算を行う。
ユーティリティコントローラ５は、所定の機器の状態を
監視制御する。オプションコントローラ６は、新たなに
追加されたオプション機能を制御する。

【００２５】一方、外部装置１０は、ステッパコントロ
ーラ等によって実現される外部コントローラ１１、およ
びパルスレーザ装置１と外部装置１０自体との管理を行
う管理装置１２を有する。

【００２６】ここで、図２〜図８を参照して、上述した
イーサネットＳ，ＳＳおよびパラレル通信回線Ｐ１〜Ｐ
４，ＰＰを用いたパルスレーザ装置１に対する制御手順
の一例について説明する。

【００２７】図２において、エネルギーコントローラ４
は、パラレル通信回線を接続するためのパラレルインタ
ーフェース４ａと、エネルギー演算部４ｂと、ログ記録
部４ｃとを有する。波長コントローラ３は、パラレル通
信回線を接続するためのパラレルインターフェース３ａ
と、波長演算部３ｂと、ログ記録部３ｃとを有する。ユ
ーティリティコントローラ５は、パラレル通信回線を接
続するためのパラレルインターフェース５ａと、ユーテ
ィリティ演算部５ｂと、ログ記録部５ｃとを有する。主
コントローラ２は、パラレル通信回線を接続するための
パラレルインターフェース２ａと、主演算部２ｂとを有
する。

【００２８】機器２５から、レーザ発光信号Ｐ１０がエ
ネルギーコントローラ４に入力されると、パラレル通信
回線を介して波長コントローラ３、ユーティリティコン
トローラ５、および主コントローラ２に、このレーザ発
光信号Ｐ１０がパラレル伝送されるとともに、各パラレ
ルインターフェース４ａ，３ａ，５ａ，２ａは、それぞ
れエネルギー演算部４ｂ、波長演算部３ｂ、ユーティリ
ティ演算部５ｂ、および主演算部２ｂにレーザ発光信号
Ｐ１０を送出する。さらに、主コントローラ２は、パラ
レル通信回線を介して、外部装置１０に受信を示す発光
信号Ｐ１４を出力する。この場合におけるパラレル通信
回線の接続は、１信号１ペア線によって、それぞれ特定
の信号に割り当てられている。

【００２９】図３において、レーザ発光信号Ｐ１０を受
け付けたタイミングで、エネルギーコントローラ４は、
接続される機器からエネルギー信号４１を取得し、ログ
記録部４ｃに記録する。同様に、レーザ発光信号Ｐ１０
を受け付けたタイミングで、波長コントローラ３は、接
続される機器からレーザ波長モニタ信号３１を取得し、
ログ記録部３ｃに記録する。同様に、レーザ発光信号Ｐ
１０を受け付けたタイミングで、ユーティリティコント
ローラ５は、接続される機器から機器状態信号５１を取
得し、ログ記録部５ｃに記録する。

【００３０】図４において、その後エネルギー演算部４
ｂは、取得したエネルギー信号４１をもとに次のパルス
分のエネルギーを演算し、その値をエネルギー制御信号
４２として、パルスレーザ用電源装置等の機器に出力す
る。また、波長演算部３ｂは、取得したレーザ波長モニ
タ信号３１をもとに、次のパルスで調整される調整デー
タを演算し、その値を波長制御信号３２として、ミラー
調整器等の機器に出力する。

【００３１】その後、図５に示すように、主コントロー
ラ２は、イーサネットＳによる高速シリアル通信回線を
用いて、ログ記録部３ｃ〜５ｃに保持されたログデータ
の要求を行って、ログデータを取得する。

【００３２】次に、図６を参照して、いずれかのコント
ローラがエラーを検出した場合におけるエラー処理につ
いて説明する。図６において、たとえばエネルギーコン
トローラ４がエラーを検出した場合、エネルギーコント
ローラ４は、パラレル通信回線を用いて、主コントロー
ラ２および他のコントローラ３，５，６にエラー検出の
イベントＰ４１，Ｐ４２を送出する。このイベントＰ４
１，Ｐ４２を受信した主コントローラ２および他のコン
トローラ３，５，６は、このイベントをログデータとし
てラッチする。一方、エラーを検出したエネルギーコン
トローラ４も、エラー検出をログデータとしてラッチす
る。

【００３３】その後、主コントローラ２は、エネルギー
コントローラ４に対して、イーサネットＳを用いてエラ
ー内容の要求Ｓ４１，Ｓ４２を送出し、エネルギーコン
トローラ４から、エラー内容を示すエラーコードを受信
する。さらに、主コントローラ２は、受信したエラーコ
ードを確認した後、主コントローラ２および他のコント
ローラ２，３，５，６、すなわち全てのコントローラに
対して、パラレル通信回線を用いて、エラー発生Ｐ４
３，Ｐ４４を通知し、この通知を受けたエネルギーコン
トローラ４および他のコントローラ２，３，５，６は、
接続される機器の停止を行う。

【００３４】その後、主コントローラ２は、イーサネッ
トＳを用いて、エネルギーコントローラ４および他のコ
ントローラ２，３，５，６に対して、記録されたログデ
ータの要求Ｓ４３、Ｓ４４を行い、エネルギーコントロ
ーラ４および他のコントローラ３，５，６は、主コント
ローラ２に対してログデータの送出Ｓ４５，Ｓ４６を行
うことによって、主コントローラ２は、ログデータを取
得する。このようにして取得されたログデータは、たと
えばイーサネットＳＳを介して外部装置１０内の管理装
置１２によって取得され、管理することができる。

【００３５】このログデータの保持および取得は、図７
に示すように、各コントローラ２〜５がパラレル通信回
線を介して、レーザ発光信号Ｐ１０を受信するタイミン
グに同期して、すなわちパルス同期して各ソースデータ
ベースに保持し、その後、主コントローラ２が、イーサ
ネットＳを介したログデータの要求を行って取得する。
この場合、パルス同期してログデータが取得されるた
め、主コントローラ２は、ログデータを各パルス毎に取
得し、管理することができる。

【００３６】一方、外部装置１０は、パルスレーザ装置
１側における光品位の変化をリアルタイムで取得し、制
御および管理したい場合がある。たとえば、図８は、パ
ルスレーザ装置１側の光品位をリアルタイムで外部装置
１０側に出力する場合の処理を示している。図８におい
て、波長コントローラ３およびエネルギーコントローラ
４は、パラレル通信回線を介して、レーザ発光信号Ｐ１
０を受信すると、そのタイミングで、波長演算部３ｂが
波長および線幅を演算し、その演算結果を主コントロー
ラ２にパラレル通信回線を用いて送出し、エネルギー演
算部４ｂが、エネルギーの平均およびバラツキを演算
し、その演算結果を主コントローラ２にパラレル通信回
線を用いて送出し、主コントローラ２は、これらの演算
結果をリアルタイムで外部機器１０に送出する。これに
よって、パルスレーザ装置１の光品位をリアルタイム
で、かつリモートで監視することができる。

【００３７】この実施の形態によれば、パルスレーザ装
置１内の制御を複数のコントローラ２〜６に分割して負
荷を分散し、各コントローラ２〜６間を高速シリアル回
線としてのイーサネットを介して接続して、設計変更等
に伴う拡張等を容易に行えるようにし、また、各コント
ローラ２〜６間をパラレル通信回線を介して接続してい
るので、イーサネットによる通信速度あるいは一時的な
負荷増大等による通信遅延に耐えられない、タイムクリ
ティカルな信号をリアルタイムで確実に伝送するように
している。すなわち、シリアル通信回線とパラレル通信
回線とを用いたハイブリッド方式によって各コントロー
ラ２〜６間の通信を高速に行うようにしている。

【００３８】また、各コントローラ２〜６は、接続する
各機器に近接した位置に配置することが可能となるの
で、ハーネス等の引き回しがなくなり、短い配線によっ
て各機器を接続することができるため、ノイズ等の影響
を比較的考慮しなくてもよい通信制御システムを構築す
ることができる。

【００３９】さらに、各コントローラ２〜６が保持する
ログは、イーサネットＳを用いて取得することができる
ので、その後保守、管理が容易となる。特に、外部装置
１０とパルスレーザ装置１との間も、イーサネットおよ
びパラレル通信回線で接続するようにしているので、リ
モートで、パルスレーザ装置１の制御および管理を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるパルスレーザ制御シ
ステムの構成を示す図である。

【図２】レーザ発光時における各コントローラ間におけ
る通信処理の一例を示す図である。

【図３】レーザ発光時における各コントローラ間におけ
る通信処理の一例を示す図である。

【図４】レーザ発光時における各コントローラ間におけ
る通信処理の一例を示す図である。

【図５】レーザ発光時における各コントローラ間におけ
る通信処理の一例を示す図である。

【図６】エラー検出時における各コントローラ間の通信
処理の一例を示す図である。

【図７】ログデータの取得に関する各コントローラ間の
通信処理の一例を示す図である。

【図８】レーザ発行時における光品位の変化状態をリア
ルタイムで取得する通信処理の一例を示す図である。

【図９】従来のパルスレーザ制御システムの構成を示す
図である。

【図１０】従来のパルスレーザ制御システムが適用され
る具体例を示す図である。

【符号の説明】

１…パルスレーザ装置 ２…主コントローラ ３…波長
コントローラ ４…エネルギーコントローラ ５…ユーティリティコン
トローラ ６…オプションコントローラ １０…外部装置 １１…
外部コントローラ １２…管理装置 ２１〜３０…機器 ２ｉ…外部インタ
ーフェース Ｓ，ＳＳ…イーサネット Ｐ１〜Ｐ４，ＰＰ…パラレル
通信回線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 武 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 (72)発明者 林 英行 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 (72)発明者 田中 洋志 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 Ｆターム(参考） 5F072 AA06 HH05 JJ20 SS06 YY09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスレーザ装置を構成する各装置に対
   する制御を行う複数のコントローラと、 前記複数のコントローラおよび外部装置を制御する主コ
   ントローラと、 前記複数のコントローラおよび前記主コントローラの各
   間をパラレル通信接続するパラレル通信手段と、 前記複数のコントローラおよび前記主コントローラの各
   間をシリアルネットワークによってシリアル通信接続す
   るシリアル通信手段と、 を具備し、前記パラレル通信手段は、リアルタイム性が
   要求される信号を伝送することを特徴とするパルスレー
   ザ制御システム。
2. 【請求項２】 前記パラレル通信手段および前記シリア
   ル通信手段のそれぞれは、さらに前記外部装置を接続す
   ることを特徴とするパルスレーザ制御システム。