マスタオシレータシステムおよびレーザ装置
【課題】安定したレーザ光を出力する。
【解決手段】マスタオシレータシステムは、光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、前記光学素子の姿勢を調節することで前記光共振器内を進行するレーザ光の前記グレーティングへの入射角を調節する姿勢制御機構と、を備えてもよい。
【解決手段】マスタオシレータシステムは、光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、前記光学素子の姿勢を調節することで前記光共振器内を進行するレーザ光の前記グレーティングへの入射角を調節する姿勢制御機構と、を備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マスタオシレータシステムおよびレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
【０００３】
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射され得る。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
【０００４】
ＫｒＦエキシマレーザ装置やＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は約３５０〜４００ｐｍと広い。そのため、露光装置において投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する場合がある。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅（スペクトル幅）を狭帯域化する必要がある。近年では、ガスレーザ装置のレーザ共振器内に狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ Ｎａｒｒｏｗ Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられることで、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０８８７５８号明細書
【特許文献２】米国特許第７１５４９２８号明細書
【特許文献３】米国特許第６３９３０３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６８５６６３８号明細書
【特許文献５】米国特許第６８５９３０５号明細書
【概要】
【０００６】
本開示の一態様によるマスタオシレータシステムは、光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、前記光学素子の姿勢を調節する姿勢制御機構と、を備えてもよい。
【０００７】
本開示の他の態様によるマスタオシレータシステムは、上述の態様において、前記光学素子が、プリズムであってもよい。また、前記姿勢制御機構が、前記プリズムにおける前記レーザ光の２つの入出射面をそれぞれ含む２つの面が交差する軸を傾けるように前記プリズムの姿勢を調節してもよい。
【０００８】
本開示の他の態様によるレーザ装置は、上述のマスタオシレータシステムと、前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、実施の形態によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。
【図２】図２は、実施の形態によるマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す側視図である。
【図３】図３は、実施の形態によるマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す上視図である。
【図４】図４は、実施の形態による姿勢制御機構の側視図である。
【図５】図５は、図４に示された姿勢制御機構の上視図である。
【図６】図６は、図４におけるプリズムの回転軸とレーザ光の入出射面との関係を示す。
【図７】図７は、実施の形態による他の姿勢制御機構の側視図である。
【図８】図８は、図７に示された姿勢制御機構の上視図である。
【図９】図９は、実施の形態によるプリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第１例のマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す。
【図１０】図１０は、図９に示されるマスタオシレータシステムの第１例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１１】図１１は、図９に示されるマスタオシレータシステムの第２例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１２】図１２は、実施の形態によるプリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第２例のマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す。
【図１３】図１３は、図１２に示されるマスタオシレータシステムの第１例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１４】図１４は、図１２に示されるマスタオシレータシステムの第２例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１５】図１５は、実施の形態によるプリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第３例のマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す。
【図１６】図１６は、実施の形態による複数の光路調節プリズムのうちの１つがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部を含むマスタオシレータシステムの構成例を示す。
【図１７】図１７は、図１６の他の配置例を示す。
【図１８】図１８は、実施の形態による４つの光路調節プリズムのうち間に位置する２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部の構成例を示す。
【図１９】図１９は、実施の形態による４つの光路調節プリズムのうちレーザ出力端側から２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部の構成例を示す。
【図２０】図２０は、実施の形態による複数の光路調節プリズムのうちの移動しないプリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部を含むマスタオシレータシステムの構成例を示す。
【図２１】図２１は、実施の形態による他の波面調節部の上視図である。
【図２２】図２２は、図２１に示される波面調節部の側視図である。
【図２３】図２３は、実施の形態によるファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図２４】図２４は、実施の形態によるリング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図２５】図２５は、図２４に示す構成をレーザ光の光路を軸として９０°回転した際の断面図である。
【図２６】図２６は、実施の形態によるスペクトル検出器の概略構成を模式的に示す。
【図２７】図２７は、実施の形態によるスペクトル検出器の他の概略構成を模式的に示す。
【図２８】図２８は、スペクトル純度Ｅ９５を説明するための図である。
【実施の形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【００１１】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．レーザ装置
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 作用
４．狭帯域化レーザ装置（マスタオシレータシステム）
４．１ 狭帯域化モジュール
４．１．１ プリズムの姿勢を調節可能な狭帯域化モジュール
４．１．１．１ プリズムの姿勢を調節する機構
４．１．１．１．１ 第１例
４．１．１．１．２ 第２例
４．１．２ プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む狭帯域化レーザ装置
４．１．２．１ 第１例
４．１．２．１．１ ビーム幅調節部
４．１．２．１．１．１ 第１例
４．１．２．１．１．２ 第２例
４．１．２．２ 第２例
４．１．２．２．１ ビーム幅調節部
４．１．２．２．１．１ 第１例
４．１．２．２．１．２ 第２例
４．１．２．３ 第３例
４．１．２．４ 第４例
４．１．２．４．１ １つのプリズムが交換可能な場合
４．１．２．４．２ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その１）
４．１．２．４．３ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その２）
４．１．２．４．４ 移動しないプリズムをビーム幅調節器として用いる場合
４．２ 波面調節部
７．その他
７．１ 増幅装置
７．１．１ ファブリペロ共振器を含む実施形態
７．１．２ リング共振器を含む実施形態
７．２ スペクトル検出器
７．２．１ モニタエタロン分光器
７．２．２ グレーティング型分光器
７．３ スペクトル純度Ｅ９５
【００１２】
１．概要
以下で例示する実施の形態は、マスタオシレータの光共振器内に配置された光学要素の姿勢を制御し得る。これにより、安定したレーザ発振を実現し得る。
【００１３】
２．用語の説明
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。上流とは、レーザ光の光路に沿って光源に近い側をいう。また、下流とは、レーザ光の光路に沿って露光装置に近い側をいう。プリズムとは、三角柱またはそれに類似した形状を有し、レーザ光を含む光を透過し得るものをいう。プリズムの底面および上面は、三角形またはそれに類似した形状であるとする。プリズムの底面および上面に対して略９０°に交わる３つの面を側面という。直角プリズムの場合、これらの側面のうち他の２面と９０°に交わらない面を斜面という。なお、プリズムの頂辺を削るなどして形状を変形したものについても、本説明におけるプリズムに含まれ得る。光軸とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
【００１４】
３．レーザ装置
本開示の一実施の形態によるレーザ装置を、以下に図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態では、狭帯域化レーザ装置をマスタオシレータシステムとして備えたレーザ装置を例に説明する。
【００１５】
３．１ 構成
図１は、実施の形態によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。レーザ装置１００は、半導体露光用レーザであってもよい。レーザ装置１００は、発振段（マスタオシレータ）と増幅段（増幅装置）とを備えた２ステージレーザ装置であってもよい。
【００１６】
図１に示されるように、レーザ装置１００は、コントローラ１０と、マスタオシレータシステム２０と、増幅装置５０と、スペクトル検出部６０と、を備えてもよい。レーザ装置１００は、高反射ミラー４１および４２などの光学系と、シャッタ機構７０とをさらに備えてもよい。レーザ装置１００は、コントローラ１０に接続された記憶部１１をさらに備えてもよい。
【００１７】
コントローラ１０は、レーザ装置１００全体を制御してもよい。コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０に接続されてもよい。また、コントローラ１０は、増幅装置５０、スペクトル検出部６０、およびシャッタ機構７０に接続されてもよい。さらに、コントローラ１０は、露光装置８０のコントローラ８１に接続されてもよい。
【００１８】
マスタオシレータシステム２０は、レーザ光Ｌ１を出力してもよい。レーザ光Ｌ１は、パルス光であってもよい。
【００１９】
高反射ミラー４１および４２などの光学系は、マスタオシレータシステム２０と増幅装置５０との間の光路上に配置されてもよい。増幅装置５０は、光学系を介して入射したレーザ光Ｌ１を増幅してもよい。増幅装置５０は、エキシマガスなどをゲイン媒質として内部に含んでもよい。増幅装置５０は、コントローラ１０からの制御の下で動作してもよい。
【００２０】
スペクトル検出部６０は、増幅装置５０より下流の光路上に配置されてもよい。スペクトル検出部６０は、ビームスプリッタ６１と、集光レンズ６２と、スペクトル検出器６３とを含んでもよい。ビームスプリッタ６１は、増幅装置５０から出力されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置されてもよい。集光レンズ６２は、ビームスプリッタ６１によって分岐されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置されてもよい。スペクトル検出器６３の入力部は、集光レンズ６２の集光位置または集光位置付近に配置されてもよい。スペクトル検出器６３は、入力されたレーザ光Ｌ１のスペクトル波形からスペクトル線幅を検出してもよい。スペクトル検出器６３は、検出したレーザ光Ｌ１のスペクトル線幅をコントローラ１０へ出力してもよい。
【００２１】
シャッタ機構７０は、スペクトル検出部６０より下流の光路上に配置されてもよい。シャッタ機構７０は、シャッタ７１と、駆動機構７２とを含んでもよい。駆動機構７２は、レーザ光Ｌ１の光路に対してシャッタ７１を出し入れしてもよい。駆動機構７２は、コントローラ１０からの制御の下で動作してもよい。シャッタ７１が開の状態でシャッタ機構７０を通過したレーザ光Ｌ１は、露光装置８０に導かれてもよい。
【００２２】
３．２ 動作
つづいて、図１に示されるレーザ装置１００の概略動作を、以下に説明する。コントローラ１０は、露光装置８０のコントローラ８１から、露光用のレーザ光Ｌ１の出力を要求する露光命令を受信してもよい。この露光命令には、レーザ光Ｌ１に要求するスペクトル線幅の目標値（目標スペクトル線幅）が含まれていてもよい。コントローラ１０は、露光命令を受信すると、シャッタ機構７０を駆動して、シャッタ７１を閉じてもよい。また、コントローラ１０は、レーザ光Ｌ１のスペクトル線幅が要求された目標スペクトル線幅となるように、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２を駆動してもよい。記憶部１１は、波面調節部２２および／またはビーム幅調節部３２の制御値を、目標スペクトル線幅に対応づけて格納していてもよい。制御値と目標スペクトル線幅とは、制御テーブルのデータ形式で管理されていてもよい。あるいは、記憶部１１は、目標スペクトル線幅から制御値を算出するための関数やパラメータ等を格納していてもよい。コントローラ１０は、記憶部１１から読み出した関数やパラメータを用いて、目標スペクトル線幅を達成するための制御値を算出してもよい。コントローラ１０は、得られた制御値を、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２へ適宜送信してもよい。また、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０内の増幅器２３を励起状態に駆動してもよい。これにより、マスタオシレータシステム２０から、スペクトル線幅が目標スペクトル線幅に略調整されたレーザ光Ｌ１が出力され得る。
【００２３】
コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０のレーザ発振に同期して、増幅装置５０を励起状態に駆動してもよい。これにより、マスタオシレータシステム２０から出力されたレーザ光Ｌ１が増幅装置５０によって増幅され得る。
【００２４】
増幅後のレーザ光Ｌ１は、スペクトル検出部６０のビームスプリッタ６１に入射してもよい。スペクトル検出部６０は、増幅後のレーザ光Ｌ１のスペクトル線幅を検出してもよい。検出されたスペクトル線幅は、コントローラ１０へ送信されてもよい。コントローラ１０は、検出されたスペクトル線幅が目標スペクトル線幅に近づくように、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２のうち少なくとも一方をフィードバック制御してもよい。
【００２５】
３．３ 作用
以上のように、コントローラ１０は、露光装置８０から目標スペクトル線幅を受信すると、目標スペクトル線幅を達成するための波面調節部２２とビーム幅調節部３２との制御値を記憶部１１内のデータを用いて求め、波面調節部２２とビーム幅調節部３２とに送信してもよい。これにより、マスタオシレータシステム２０が、略目標スペクトル線幅で発振し得る状態に迅速に調整され得る。また、コントローラ１０がスペクトル検出部６０によって検出されたスペクトル線幅に基づいてマスタオシレータシステム２０をフィードバック制御することで、マスタオシレータシステム２０が目標スペクトル線幅で安定して発振し得る。
【００２６】
４．狭帯域化レーザ装置（マスタオシレータシステム）
つぎに、図１に示すマスタオシレータシステム２０について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、マスタオシレータシステム２０の構成を概略的に示す側視図である。図３は、マスタオシレータシステム２０の構成を概略的に示す上視図である。
【００２７】
図２および図３に示すように、マスタオシレータシステム２０は、出力結合ミラー２１と、波面調節部２２と、増幅器２３と、狭帯域化モジュール３０とを含んでもよい。狭帯域化モジュール３０は、ビーム幅調節部３２と、グレーティング３１とを含んでもよい。
【００２８】
グレーティング３１と出力結合ミラー２１とは、光共振器を形成してもよい。グレーティング３１は、波長選択部としても機能してよい。増幅器２３は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１を増幅してもよい。波面調節部２２は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１の波面を調節してもよい。ビーム幅調節部３２は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１のビーム断面を拡大または縮小してもよい。増幅器２３、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２は、コントローラ１０からの制御の下で動作してもよい。
【００２９】
波面調節部２２は、凹面シリンドリカルレンズ２２２と、凸面シリンドリカルレンズ２２１とを含んでもよい。凹面シリンドリカルレンズ２２２の曲面の曲率と、凸面シリンドリカルレンズ２２１の曲面の曲率とは、同じであってもよい。凹面シリンドリカルレンズ２２２と凸面シリンドリカルレンズ２２１とは、曲面が互いに向かい合うように配置されてもよい。波面調節部２２は、凸面シリンドリカルレンズ２２１および／または凹面シリンドリカルレンズ２２２をレーザ光Ｌ１の光路に沿って移動する不図示の移動機構を備えてもよい。凸面シリンドリカルレンズ２２１および凹面シリンドリカルレンズ２２２の距離を変化させることで、レーザ光Ｌ１の波面を制御することができる。
【００３０】
増幅器２３は、レーザチャンバ２３１と、ウィンドウ２３２および２３４と、一対の放電電極２３３ａおよび２３３ｂとを備えてもよい。レーザチャンバ２３１の内部は、レーザ媒質としてのエキシマガスで満たされていてもよい。放電電極２３３ａおよび２３３ｂには、コントローラ１０からの制御の下で、励起電力が供給されてもよい。
【００３１】
４．１ 狭帯域化モジュール
つぎに、狭帯域化モジュール３０について、いくつか例を挙げて説明する。
【００３２】
４．１．１ プリズムの姿勢を調節可能な狭帯域化モジュール
図２および図３に示すように、狭帯域化モジュール３０は、複数のプリズム３２１、３２２および３２３と、グレーティング３１とを備えてもよい。複数のプリズム３２１〜３２３およびグレーティング３１は、台座３２１ａ〜３２３ａおよび３１ａにそれぞれ固定されてもよい。台座３２１ａ〜３２３ａおよび３１ａのうち少なくとも１つ、たとえばプリズム３２２の台座３２２ａは、プリズム３２２のレーザ光Ｌ１のビーム軸（光軸）に対する傾き（以下、姿勢という）を調節可能な姿勢制御機構４０に設置されてもよい。台座３２１ａ〜３２３ａおよび３１ａのうち少なくとも１つ、たとえばプリズム３２１の台座３２１ａは、プリズム３２１および台座３２１ａを図３の紙面と平行な面内で回転可能な回転テーブル３２１ｂに保持されてもよい。台座３１ａ、３２３ａ、姿勢制御機構４０および回転テーブル３２１ｂは、架台３１１に固定されてもよい。
【００３３】
４．１．１．１ プリズムの姿勢を調節する機構
ここで、姿勢制御機構４０について、いくつか例を挙げて説明する。
【００３４】
４．１．１．１．１ 第１例
図４および図５は、第１例による姿勢制御機構４０の構成を概略的に示す。図４は、姿勢制御機構４０の側視断面図である。図５は、姿勢制御機構４０の上視図である。図６は、プリズム３２２の回転軸ＡＸとレーザ光Ｌ１の入出射面との関係を示す。
【００３５】
図４および図５に示すように、姿勢制御機構４０は、平板がＵ字状に折り曲がった形状の姿勢調節板４３と、２つのボルト４４および４５とを含んでもよい。姿勢調節板４３は、略平行に離間して配置された２つのプレート部４３ａおよび４３ｂを含んでもよい。プレート部４３ａおよび４３ｂは、一方の端で連結部４３ｃを介してつながっていてもよい。連続部４３ｃは、この部分の剛性を下げるために一部が他の部分よりも薄く構成されていてもよい。
【００３６】
プリズム３２２を搭載する台座３２２ａは、プレート部４３ａに固定されてもよい。プレート部４３ａには、穴と螺子切されたネジ穴が形成されていてもよい。穴には、ボルト４４が貫通していてもよい。ボルト４４の先端は、プレート部４３ｂに形成されたネジ溝に係合してもよい。ネジ穴には、ボルト４５がはめ込まれてもよい。ボルト４５の先端は、プレート部４３ｂに接してもよい。２つのボルト４４および４５のねじ込み量を調節することで、プレート部４３ｂに対するプレート部４３ａの傾きを調節し得る。その結果、台座３２２ａに設置されたプリズム３２２の姿勢を調整し得る。この調整によって、光共振器内のレーザ光Ｌ１のグレーティング３１への入射角が調整されてもよい。
【００３７】
姿勢制御機構４０は、プリズム３２２におけるレーザ光Ｌ１が入射したり出射したりする面３２２ｂ、３２２ｃをそれぞれ含む２つの面が交差する軸３２２ｄを傾けるように、プリズム３２２の姿勢を調節してもよい。プリズムにおいてレーザ光が入射したり出射したりする面を、単に入出射面と呼ぶことがある。本例では、説明の明確化のため、２つの入出射面３２２ｂおよび３２２ｃが交差する軸を軸３２２ｄとする。たとえば姿勢制御機構４０は、プリズム３２２におけるレーザ光Ｌ１の入出射面３２２ｂおよび３２２ｃのうち一方の入出射面（ここでは増幅器２３側の入出射面３２２ｂとする）を含む面と垂直な軸ＡＸを中心として、プリズム３２２を回転可能であってもよい。図６では、説明の簡略化のため、軸ＡＸがプリズム３２２の入出射面３２２ｂと垂直であってプリズム３２２の頂点の１つを通るとする。この構成によれば、プリズム３２２の回転によって、レーザ光Ｌ１の光軸に対する入出射面３２２ｂの傾きが変化しない。そのため、プリズム３２２の光軸に対する姿勢調整が簡略化し得る。
【００３８】
４．１．１．１．２ 第２例
図７および図８は、第２例による姿勢制御機構１４０の構成を概略的に示す。図７は、姿勢制御機構１４０の側視図である。図８は、姿勢制御機構１４０の上視図である。
【００３９】
図７および図８に示すように、姿勢制御機構１４０は、略平行に離間して配置された２つのプレート１４３ａおよび１４３ｂと、１つ以上のバネ１４３ｄと、軸部材１４３ｃと、ボルト４４とを含んでもよい。１つ以上のバネ１４３ｄは、プレート１４３ｂに対してプレート１４３ａを弾性的に引き寄せるように保持してもよい。軸部材１４３ｃは、プレート１４３ｂに対するプレート１４３ａの回転軸として機能してもよい。ボルト４４は、プレート１４３ａに形成されたネジ穴に係合してもよい。ボルト４４の先端は、プレート１４３ｂに接してもよい。ボルト４４のねじ込み量を調節することで、プレート１４３ｂに対するプレート１４３ａの傾きを調節し得る。その結果、台座３２２ａに設置されたプリズム３２２の姿勢を調整し得る。
【００４０】
軸部材１４３ｃは、たとえば図８におけるプリズム３２２の入出射面３２２ｂおよび３２２ｃのうち一方の入出射面（ここでは増幅器２３側の入出射面３２２ｂとする）を含む面と垂直な方向に配置されてもよい。それにより、図６を用いて説明した場合と同様、プリズム３２３の回転によって、レーザ光Ｌ１の光軸に対する入出射面３２２ｂの傾きが変化しない。そのため、プリズム３２２の光軸に対する姿勢調整が簡略化し得る。
【００４１】
４．１．２ プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む狭帯域化レーザ装置
また、ビーム幅調節部３２は、複数の倍率の異なる光学系を備え、それぞれを交換可能としてもよい。なお、以下の構成において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００４２】
４．１．２．１ 第１例
図９は、プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第１例によるマスタオシレータシステム２０Ａの構成を概略的に示す。図９に示されるように、マスタオシレータシステム２０Ａは、出力結合ミラー２１と、波面調節部２２と、増幅器２３と、狭帯域化モジュール３０Ａとを含んでもよい。狭帯域化モジュール３０Ａは、狭帯域化モジュール３０のビーム幅調節部３２の代わりに、ビーム幅調節部３２Ａを備えてもよい。
【００４３】
ビーム幅調節部３２Ａは、光路調節プリズム３２１と、移動ステージ３３１と、スライドレール３３２と、ストッパ３３３と、移動機構３３４と、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２とを備えてもよい。ビーム幅調節器は２つに限らず更に備えてもよい。また、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２は、それぞれ姿勢制御機構４０または１４０と同様の姿勢制御機構を備えてもよい。ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２のそれぞれの倍率は異なっていてもよい。また、ビーム幅調節部３２Ａは、ビーム幅調節器が配置されていない空間３０２を含んでもよい。移動機構３３４は、レーザ光Ｌ１の光路と垂直方向に配設されたスライドレール３３２に沿って移動ステージ３３１を移動させてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の光路上に、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２、または空間３０２の何れかが選択的に配置されてもよい。移動ステージ３３１の移動は、スライドレール３３２の両端にそれぞれ設けられたストッパ３３３によって制限されてもよい。
【００４４】
ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２または空間３０２から出射したレーザ光Ｌ１の光軸は、これらの何れかに入射したレーザ光Ｌ１の光軸の延長と一致してもよい。すなわち、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２は、レーザ光Ｌ１の光軸をほとんど変更せず、ビーム幅のみを変更してもよい。光路調節プリズム３２１は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１の光路およびグレーティング３１への入射角度を決定してもよい。光路調節プリズム３２１は、不図示の台座３２１ａ上に固定されてもよい。ビーム幅調節部３２Ａおよびグレーティング３１は、不図示の架台３１１上に固定されてもよい。
【００４５】
また、マスタオシレータシステム２０Ａは、ドライバ１２および１３と、電源１４とを備えてもよい。ドライバ１２は、コントローラ１０の制御の下、移動機構３３４を駆動してもよい。ドライバ１３は、コントローラ１０の制御の下、波面調節部２２を駆動してもよい。電源１４は、コントローラ１０の制御の下、増幅器２３の放電電極２３３ａおよび２３３ｂへ、励起電力を供給してもよい。
【００４６】
ビーム幅調節部３２Ａは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２、または空間３０２の何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれのビーム幅調節器３０３−１、３０３−２に設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。なお、空間３０２の倍率は“１”である。
【００４７】
異なるビーム幅調節器３０３−１、３０３−２がレーザ光Ｌ１の光路上にセットされた際のアライメントは、姿勢制御機構４０、１４０等を用いて予め調節されていてもよい。それにより、移動ステージ３３１を移動していずれのビーム幅調節器に切り替えたとしても、すでにアライメントが調節されているため、マスタオシレータシステム２０Ａが迅速に所望の性能でレーザ発振することができる。
【００４８】
４．１．２．１．１ ビーム幅調節部
ここで、ビーム幅調節部の例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００４９】
４．１．２．１．１．１ 第１例
まず、直角プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器の一例を説明する。図１０は、第１例によるビーム幅調節器３０３−１の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の縮小系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００５０】
図１０に示されるように、縮小系のビーム幅調節器３０３−１は、架台３４１と、２つのプリズム３４２および３４３と、キューブプリズム３４４と、姿勢制御機構４０−１とを含んでもよい。プリズム３４２および３４３の少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−１およびキューブプリズム３４４は、架台３４１に固定されてもよい。架台３４１は、図９に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００５１】
プリズム３４２および３４３は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からプリズム３４２を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、プリズム３４３を透過することで、元の光軸と平行な光軸となってもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は縮小されてもよい。キューブプリズム３４４は、元の光軸から外れたレーザ光Ｌ１を、元の光軸の延長上に戻してもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−１を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が、レーザ光Ｌ１の光軸を変更せずに縮小され得る。
【００５２】
姿勢制御機構４０−１は、たとえばレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３４２および／または３４３を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３４２および／または３４３の回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００５３】
４．１．２．１．１．２ 第２例
また、プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器の一例を、図面を用いて詳細に説明する。図１１は、第２例によるビーム幅調節器３０３−２の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の拡大系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００５４】
図１１に示されるように、拡大系のビーム幅調節器３０３−２は、架台３４５と、キューブプリズム３４６と、２つのプリズム３４７および３４８と、姿勢制御機構４０−２とを含んでもよい。プリズム３４７および３４８の少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−２上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−２およびキューブプリズム３４６は、架台３４５に固定されてもよい。架台３４５は、図９に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００５５】
プリズム３４７および３４８は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からキューブプリズム３４６を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、元の光軸と平行な光軸となってもよい。プリズム３４７および３４８は、元の光軸から外れたレーザ光Ｌ１を、元の光軸の延長上に戻してもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は拡大されてもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−２を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が、レーザ光Ｌ１の光軸を変更せずに拡大され得る。
【００５６】
姿勢制御機構４０−２は、たとえばグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３４７および／または３４８を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３４７および／または３４８の回転軸をグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００５７】
４．１．２．２ 第２例
図１２は、プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第２例によるマスタオシレータシステム２０Ｂの構成を概略的に示す。図１２に示されるように、マスタオシレータシステム２０Ｂは、図９に示されるマスタオシレータシステム２０Ａと同様の構成において、狭帯域化モジュール３０Ａが狭帯域化モジュール３０Ｂに置き換えられてもよい。狭帯域化モジュール３０Ｂは、狭帯域化モジュール３０Ａと同様の構成において、ビーム幅調節部３２Ａがビーム幅調節部３２Ｂに置き換えられてもよい。
【００５８】
ビーム幅調節部３２Ｂは、ビーム幅調節部３２Ａと同様の構成において、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２がビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂに置き換えられてもよい。ビーム幅調節器は２つに限らず更に備えてもよい。また、ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂは、それぞれ姿勢制御機構４０または１４０と同様の姿勢制御機構を備えてもよい。ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂの倍率は、それぞれ異なっているとよい。
【００５９】
ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂは、レーザ出力端側から入射したレーザ光Ｌ１の光軸に対して、グレーティング３１側へ出射するレーザ光Ｌ１の光軸を、たとえば距離Ｙｓ１分、平行にシフトしてもよい。各ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂでの光軸のシフト方向およびシフト量（距離Ｙｓ１）は、同一であるとよい。また、光路調節プリズム３２１およびグレーティング３１の位置は、光軸のシフトに応じて位置合わせされているとよい。その構成によれば、ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂを入れ換えた場合でも、レーザ光Ｌ１の光軸のシフト量が同じであるため、マスタオシレータシステム２０Ｂが迅速に所望の性能でレーザ発振することできる。
【００６０】
ビーム幅調節部３２Ｂは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれのビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００６１】
異なるビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂがレーザ光Ｌ１の光路上にセットされた際のアライメントは、後述する姿勢制御機構４０−３、４０−４等を用いて予め調節されていてもよい。それにより、移動ステージ３３１を移動していずれのビーム幅調節器に切り替えたとしても、すでにアライメントが調節されているため、マスタオシレータシステム２０Ｂが迅速に所望の性能でレーザ発振することができる。
【００６２】
４．１．２．２．１ ビーム幅調節部
ここで、ビーム幅調節部の例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００６３】
４．１．２．２．１．１ 第１例
まず、直角プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器の一例を説明する。図１３は、第１例によるビーム幅調節器３０３−３の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の縮小系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００６４】
図１３に示されるように、縮小系のビーム幅調節器３０３−３は、架台３５１と、２つのプリズム３５２および３５３と、姿勢制御機構４０−３とを含んでもよい。プリズム３５２は、姿勢制御機構４０−３上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−３およびプリズム３５３は、架台３５１に固定されてもよい。架台３５１は、図１２に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００６５】
プリズム３５２および３５３は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からプリズム３５２を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、プリズム３５３を透過することで、元の光軸と平行な光軸となってもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は縮小されてもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−３を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が縮小され得る。また、プリズム３５２および３５３を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、所定距離（光軸シフト量Ｙｓ２）分、元の光軸と平行にシフトしてもよい。
【００６６】
姿勢制御機構４０−３は、たとえばレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３５２を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３５２の回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００６７】
４．１．２．２．１．２ 第２例
つぎに、直角プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器の一例を説明する。図１４は、第２例によるビーム幅調節器３０３−４の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の拡大系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００６８】
図１４に示されるように、拡大系のビーム幅調節器３０３−４は、架台３５５と、２つのプリズム３５６および３５７と、姿勢制御機構４０−４とを含んでもよい。プリズム３５７は、姿勢制御機構４０−４上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−４およびプリズム３５６は、架台３５５に固定されてもよい。架台３５５は、図１２に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００６９】
プリズム３５６および３５７は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からプリズム３５６を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、プリズム３５７を透過することで、元の光軸と平行な光軸となってもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は拡大されてもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−４を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が拡大され得る。また、プリズム３５６および３５７を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、所定距離（光軸シフト量Ｙｓ２）分、元の光軸と平行にシフトしてもよい。
【００７０】
姿勢制御機構４０−４は、たとえばグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３５７を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３５７の回転軸をグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００７１】
４．１．２．３ 第３例
つぎに、図１に示されたマスタオシレータシステム２０の第３例を、以下に図面を参照して詳細に説明する。第３例では、グレーティング３１へのレーザ光Ｌ１の入射光路を調節する光路調節プリズム３２１を、ビーム幅調節部に用いてもよい。図１５は、第３例によるマスタオシレータシステム２０Ｃの構成を概略的に示す。図１５に示されるように、マスタオシレータシステム２０Ｃは、図９に示されるマスタオシレータシステム２０Ａと同様の構成において、狭帯域化モジュール３０Ａが狭帯域化モジュール３０Ｃに置き換えられてもよい。狭帯域化モジュール３０Ｃは、グレーティング３１直前の光路調節プリズム３２１が省略されるとともに、ビーム幅調節部３２Ａがビーム幅調節部３２Ｃに置き換えられてもよい。
【００７２】
図１５に示されるように、ビーム幅調節部３２Ｃは、複数の光路調節プリズム３６ａと、３６ｂとを備えてもよい。光路調節プリズムは２つに限らず更に備えてもよい。光路調節プリズム３６ａ、３６ｂは、それぞれ姿勢制御機構４０−５、４０−６に設置されてもよい。姿勢制御機構４０−５、４０−６は、移動ステージ３３１上に固定されてもよい。
【００７３】
レーザ光Ｌ1の光路上に光路調節プリズム３６ａが配置された場合に光路調節プリズム３６ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１の光軸と、光路調節プリズム３６ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６ｂから出射するレーザ光Ｌ１の光軸とは、実質的に同じであってもよい。ただし、光路調節プリズム３６ａが配置された場合に光路調節プリズム３６ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅と、光路調節プリズム３６ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６ｂから出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅とは、異なるとよい。ビーム幅調節部３２Ｃは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６ａ、３６ｂの何れかを選択的に配置してもよい。
【００７４】
光路調節プリズム３６ａは、たとえば直角プリズムであってもよい。光路調節プリズム３６ａを設置する姿勢制御機構４０−５は、たとえばレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６ａを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６ａの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００７５】
また、光路調節プリズム３６ｂは、たとえば分散プリズムであってもよい。光路調節プリズム３６ｂを設置する姿勢制御機構４０−６は、たとえば光路調節プリズム３６ｂ内を透過するレーザ光Ｌ１の光路と平行な軸を中心として、光路調節プリズム３６ｂを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６ｂの回転軸を光路調節プリズム３６ｂ内を透過するレーザ光Ｌ１の光路と平行な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００７６】
ビーム幅調節部３２Ｃは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６ａ、３６ｂの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズム３６ａ、３６ｂに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００７７】
異なる光路調節プリズム３６ａ、３６ｂがレーザ光Ｌ１の光路上にセットされた際のアライメントは、姿勢制御機構４０−５、４０−６等を用いて予め調節されていてもよい。それにより、移動ステージ３３１を移動していずれの光路調節プリズムに切り替えたとしても、すでにアライメントが調節されているため、マスタオシレータシステム２０Ｃが迅速に所望の性能でレーザ発振することができる。
【００７８】
４．１．２．４ 第４例
また、複数の光路調節プリズムを用い、それらのうちのすくなくとも１つがビーム幅調節器として用いられてもよい。以下、複数の光路調節プリズムを用いる場合を第４例として、図面を用いて詳細に説明する。
【００７９】
４．１．２．４．１ １つのプリズムが交換可能な場合
まず、複数の光路調節プリズムのうちの１つがビーム幅調節器として用いられる場合を説明する。図１６および図１７は、複数の光路調節プリズムのうちの１つがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｄを含むマスタオシレータシステム２０Ｄの構成例を示す。
【００８０】
図１６および図１７に示されるように、狭帯域化モジュール３０Ｄのビーム幅調節部３２Ｄは、複数の光路調節プリズム３２１、３６２、３６３ａ、３６３ｂおよび３６４を含んでもよい。これらのうち、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂは、レーザ光Ｌ１の光路に対して入れ換え可能であるとよい。図１６は、光路調節プリズム３６３ａが光路上に配置された場合を示し、図１７は、光路調節プリズム３６３ｂが光路上に配置された場合を示す。
【００８１】
レーザ光Ｌ１の光路上に光路調節プリズム３６３ａが配置された場合に光路調節プリズム３６３ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１の光軸と、光路調節プリズム３６３ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６３ｂから出射するレーザ光Ｌ１の光軸とは、実質的に同じであってもよい。ただし、光路調節プリズム３６３ａが配置された場合に光路調節プリズム３６３ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅と、光路調節プリズム３６３ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６３ｂから出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅とは、異なるとよい。
【００８２】
光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂは、それぞれ姿勢制御機構４０−７、４０−８上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−７および４０−８は、それぞれレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸がそれぞれ調節され得る。また、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００８３】
光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂは、移動ステージ３３１に搭載されてもよい。ビーム幅調節部３２Ｄは、駆動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００８４】
４．１．２．４．２ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その１）
また、複数の光路調節プリズムのうちの複数がビーム幅調節器として用いられてもよい。図１８は、４つの光路調節プリズムのうち、間に位置する２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｅの構成例を示す。
【００８５】
図１８に示されるように、ビーム幅調節部３２Ｅは、複数の光路調節プリズム３２１、３６２ａ、３６２ｂ、３６３ａ、３６３ｂおよび３６４を含んでもよい。これらのうち、光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａと、光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂとは、レーザ光Ｌ１の光路に対して入れ換え可能であるとよい。図１８は、光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａが光路上に配置された場合を示す。
【００８６】
レーザ光Ｌ１の光路上に光路調節プリズム３６３ａおよび３６２ａが配置された場合に光路調節プリズム３６２ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１の光軸と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６２ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６２ｂから出射するレーザ光Ｌ１の光軸とは、実質的に同じであってもよい。ただし、光路調節プリズム３６３ａおよび３６２ａが配置された場合に光路調節プリズム３６２ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６２ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６２ｂから出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅とは、異なるとよい。
【００８７】
光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−９上に固定されてもよい。図１８は、光路調節プリズム３６３ａが姿勢制御機構４０−９上に固定されている場合を示す。姿勢制御機構４０−９は、レーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６３ａを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６３ａの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００８８】
同様に、光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１０上に固定されてもよい。光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂは、たとえば分散プリズムであってもよい。光路調節プリズム３６３ｂを設置する姿勢制御機構４０−１０は、たとえば光路調節プリズム３６３ｂ内を透過するレーザ光の光路と平行な軸を中心として、光路調節プリズム３６３ｂを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６３ｂの回転軸を光路調節プリズム３６３ｂ内を透過するレーザ光の光路と平行な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００８９】
光路調節プリズム３６２ａ、３６２ｂ、３６３ａおよび３６３ｂは、移動ステージ３３１に搭載されてもよい。ビーム幅調節部３２Ｅは、図示しない移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａと、光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂとの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズムの組合せに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００９０】
４．１．２．４．３ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その２）
また、複数の光路調節プリズムのうち、レーザ出力端側に位置する光路調節プリズムを含む複数の光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられてもよい。図１９は、４つの光路調節プリズムのうち、レーザ出力端側から２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｆの構成例を示す。
【００９１】
図１９に示されるように、ビーム幅調節部３２Ｆは、複数の光路調節プリズム３２１、３６２、３６３ａ〜３６３ｃおよび３６４ａ〜３６４ｃを含んでもよい。これらのうち、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａと、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂと、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃとは、レーザ光Ｌ１の光路に対して入れ換え可能であるとよい。図１９は、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａが光路上に配置された場合を示す。
【００９２】
レーザ光Ｌ１の光路上に光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃが配置された場合とは、実質的に同じ光軸で光路調節プリズムからグレーティング３１へ向けてレーザ光Ｌ１が出射されてもよい。ただし、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃが配置された場合とは、それぞれグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が異なるとよい。
【００９３】
光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１１上に固定されてもよい。図１９は、光路調節プリズム３６４ａが姿勢制御機構４０−１１上に固定されている場合を示す。姿勢制御機構４０−１１は、レーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６４ａを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６４ａの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００９４】
同様に、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１２上に固定されてもよく、また、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１３上に固定されてもよい。
【００９５】
光路調節プリズム３６３ａ〜３６３ｃおよび３６４ａ〜３６４ｃは、移動ステージ３３１に搭載されてもよい。ビーム幅調節部３２Ｆは、図示しない移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａと、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂと、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃとの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズムの組合せに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００９６】
４．１．２．４．４ 移動しないプリズムが姿勢制御機構に設置される場合
移動しない光路調節プリズム、たとえば光路調節プリズム３６２が姿勢制御機構に設置されてもよい。図２０は、移動しない光路調節プリズム３６２がビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｇを備えるマスタオシレータシステム２０Ｇの構成例を示す。
【００９７】
図２０に示されるように、狭帯域化モジュール３０Ｇのビーム幅調節部３２Ｇは、光路調節プリズム３６２が姿勢制御機構４０−１４に設置された構成を備えてもよい。姿勢制御機構４０−１４は、不図示の架台３１１に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−１４は、レーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６２を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６２の回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００９８】
４．２ 波面調節部
波面調節部２２および出力結合ミラー２１は、これらの機能を併せ持つ波面調節部２６に置き換えられてもよい。図２１および図２２は、波面調節部２６の構成例を示す。図２１は、波面調節部２６の上視図である。図２２は、波面調節部２６の側視図である。
【００９９】
波面調節部２６は、一面が半筒状に突出した曲面で構成された凸面シリンドリカルレンズ２６１と、一面が半筒状に窪んだ曲面で構成された凹面シリンドリカルレンズ２６２と、架台２６３とを備えてもよい。凹面シリンドリカルレンズ２６２は、これをレーザ光Ｌ１の光軸に沿って移動させる移動機構が設けられてもよい。凸面シリンドリカルレンズ２６１は、架台２６３に固定されてもよい。凸面シリンドリカルレンズ２６１の曲面と対向する面には、部分反射コート２６１ａが設けられてもよい。部分反射コート２６１ａが形成された面は、マスタオシレータシステム２０のレーザ出力端として機能してもよい。
【０１００】
移動機構は、たとえば移動ステージ２６４と、レール２６５と、突起部２６６と、ステッピングモータ２６７とを備えてもよい。凹面シリンドリカルレンズ２６２は、移動ステージ２６４に固定されてもよい。レール２６５は、レーザ光Ｌ１の光路に沿って延在するように、架台２６３に固定されてもよい。移動ステージ２６４は、レール２６５上にスライド可能に設置されてもよい。突起部２６６は、移動ステージ２６４から突出していてもよい。ステッピングモータ２６７は、突起部２６６をレール２６５の延在方向に沿って進退させてもよい。これにより、移動ステージ２６４上の凹面シリンドリカルレンズ２６２がレーザ光Ｌ１の光路に沿って移動してもよい。その結果、凹面シリンドリカルレンズ２６２と凸面シリンドリカルレンズ２６１との間の距離が調節されてもよい。
【０１０１】
図２１および図２２に示されるように、以上のような構成を備えた波面調節部２６は、凸面シリンドリカルレンズ２６１と凹面シリンドリカルレンズ２６２との間の距離を調節することで、レーザ光Ｌ１の波面を調節し得る。
【０１０２】
７．その他
７．１ 増幅装置
つぎに、図１に示す増幅装置５０について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置５０は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置５０は、１つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。
【０１０３】
７．１．１ ファブリペロ共振器を含む実施形態
まず、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を例に挙げる。図２３は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置５０Ａの概略構成を模式的に示す。図２３に示されるように、増幅装置５０Ａは、チャンバ５３を備えてもよい。増幅装置５０Ａは、レーザ光の一部を反射し、一部を透過するリアミラー５１と、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する出力カプラ５８とを備えてもよい。リアミラー５１と出力カプラ５８とは、光共振器を形成してもよい。ここで、リアミラー５１の反射率は出力カプラ５８の反射率よりも高いことが好ましい。出力カプラ５８は、増幅後のレーザ光Ｌ１の出力端であってもよい。
【０１０４】
増幅装置５０Ａは、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルを調整するスリット５２をさらに備えてもよい。チャンバ５３には、ウィンドウ５４および５７が設けられてもよい。ウィンドウ５４および５７は、チャンバ５３の機密性を保持しつつ、レーザ光Ｌ１を透過させてもよい。このチャンバ５３内には、エキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。さらに、チャンバ５３内には、一対の放電電極５５および５６が設けられてもよい。放電電極５５および５６は、レーザ光Ｌ１が通過する領域（増幅領域）を挟むように配置されていてもよい。放電電極５５および５６間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、レーザ光Ｌ１が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極５５および５６間に印加されてもよい。放電電極５５および５６間に高電圧が印加されると、放電電極５５および５６間に、活性化されたゲイン媒質を含む増幅領域が形成され得る。レーザ光Ｌ１は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。
【０１０５】
７．１．２ リング共振器を含む実施形態
つぎに、リング共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を例に挙げる。図２４および図２５は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置９０の概略構成を模式的に示す。図２４は増幅装置９０の側視図を、図２５は増幅装置９０の上視図を示す。増幅装置９０の出力段には、増幅装置９０から出力されたレーザ光Ｌ１を遮断するシャッタ９８がさらに設けられてもよい。
【０１０６】
図２４および図２５に示されるように、増幅装置９０は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと、出力カプラ９１と、チャンバ９２とを備えてもよい。高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とは、チャンバ９２内の増幅領域をレーザ光Ｌ１が複数回通過するマルチパスを形成してもよい。出力カプラ９１は、部分反射ミラーであってもよい。チャンバ９２は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置９０は、内部を進行するレーザ光Ｌ１のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。チャンバ９２内には、増幅領域を満たすようにエキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
【０１０７】
上記の構成において、例えばマスタオシレータシステム２０から出力されたレーザ光Ｌ１は、高反射ミラー４１および高反射ミラー４２を介して増幅装置９０に入射してもよい。入射したレーザ光Ｌ１は、まず、高反射ミラー９１ａで反射され、一部は出力カプラ９１を透過し、高反射ミラー９１ｂで反射された後、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２内に入射してもよい。チャンバ９２内に入射したレーザ光Ｌ１は、電圧が印加された２つの放電電極９４および９５間の増幅領域を通過する際に増幅されてもよい。増幅後のレーザ光Ｌ１は、ウィンドウ９６を介してチャンバ９２から出射してもよい。出射したレーザ光Ｌ１は、高反射ミラー９７ａおよび９７ｂで反射されることで、ウィンドウ９６を介して再びチャンバ９２内に入射してもよい。その後、レーザ光Ｌ１は、チャンバ９２内の増幅領域を通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のレーザ光Ｌ１は、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２から出射してもよい。
【０１０８】
このようにチャンバ９２内の増幅領域を２回通過したレーザ光Ｌ１は、その後、その一部が出力カプラ９１を介して出力されてもよい。また、出力カプラ９１で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。
【０１０９】
７．２ スペクトル検出器
つぎに、図１に示されるスペクトル検出器６３について説明する。
【０１１０】
７．２．１ モニタエタロン分光器
まず、モニタエタロンを用いたスペクトル検出器６３を、図面を用いて詳細に説明する。図２６は、スペクトル検出器６３の概略構成を模式的に示す。図２６に示されるように、スペクトル検出器６３は、拡散板６３１と、モニタエタロン６３２と、集光レンズ６３３と、イメージセンサ６３５（またはフォトダイオードアレイでもよい）とを備えてもよい。
【０１１１】
集光レンズ６２を通過したレーザ光Ｌ１は、まず、拡散板６３１に入射してもよい。拡散板６３１は、入射したレーザ光Ｌ１を散乱させてもよい。この散乱光は、モニタエタロン６３２に入射してもよい。このモニタエタロン６３２は、レーザ光Ｌ１を透過する基板の表面に部分反射膜がコーティングされた２枚のミラーが所定の間隔となるようにスペーサを介して張り合わされたエアギャップエタロンであってもよい。モニタエタロン６３２は、入射した散乱光のうち所定の波長の光を透過してもよい。この透過光は、集光レンズ６３３に入射してもよい。イメージセンサ６３５は、集光レンズ６３３の焦点面に配置されてもよい。集光レンズ６３３によって集光された透過光は、イメージセンサ６３５に干渉縞を発生させ得る。イメージセンサ６３５は、発生した干渉縞を検出してもよい。この干渉縞の半径の２乗は、レーザ光Ｌ１の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出した干渉縞からレーザ光Ｌ１全体のスペクトルを検出し得る。各々のスペクトル線幅、ピーク強度及び波長は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求められてもよいし、コントローラ１０で算出されてもよい。
【０１１２】
なお、集光レンズ６３３とイメージセンサ６３５との間に、遮光板６３４を設けてもよい。これにより、迷光を低減し、高精度に干渉縞を検出し得る。
【０１１３】
７．２．２ グレーティング型分光器
つぎに、グレーティング型分光器を用いたスペクトル検出器６３Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図２７は、スペクトル検出器６３Ａの概略構成を模式的に示す。図２７に示されるように、スペクトル検出器６３Ａは、図示しない拡散板と、分光器６３３ａとを備えてもよい。分光器６３３ａは、凹面ミラー６３５ａと、グレーティング６３６ａと、凹面ミラー６３７ａと、イメージセンサ（ラインセンサ）６３８ａとを備えてもよい。
【０１１４】
レーザ光Ｌ１は、まず、拡散板に入射してもよい。拡散板は、入射したレーザ光Ｌ１を散乱してもよい。この散乱光は、集光レンズ６２に入射してもよい。集光レンズ６２の焦点面付近には、分光器６３３ａの入射スリット６３４ａが配置されてもよい。入射スリット６３４ａは、集光レンズ６２の焦点面より多少上流側に位置していてもよい。集光レンズ６２で集光された散乱光は、入射スリット６３４ａを介して凹面ミラー６３５ａに入射してもよい。凹面ミラー６３５ａは、入射した散乱光を略平行光に変換して反射してもよい。この反射光は、グレーティング６３６ａに入射してもよい。グレーティング６３６ａは、入射した略平行光を回折してもよい。この回折光は、凹面ミラー６３７ａに入射してもよい。凹面ミラー６３７ａは、入射した回折光を集光するように反射してもよい。凹面ミラー６３７ａの焦点面には、イメージセンサ６３８ａが配置されていてもよい。その場合、凹面ミラー６３７ａによって集光された反射光は、イメージセンサ６３８ａに結像され得る。イメージセンサ６３８ａは、結像位置における光の強度分布を検出してもよい。反射光の結像位置は、レーザ光Ｌ１の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出された結像位置からレーザ光Ｌ１全体のスペクトルを検出し得る。各々のスペクトル線幅、ピーク強度及び波長は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求められてもよいし、コントローラ１０で算出されてもよい。
【０１１５】
７．３ スペクトル純度Ｅ９５
ここで、図２８を用いて、スペクトル純度Ｅ９５について説明する。図２８に示されるように、スペクトルＳｐ全体の光エネルギーをＳａ、線幅Δλｃに含まれる光エネルギーをＳｂとすると、スペクトル純度Ｅ９５は、以下の式（１）で表現されるスペクトル純度Ｊが９５％となる線幅Δλｃと定義し得る。
Ｊ＝Ｓｂ／Ｓａ …（１）
【０１１６】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０１１７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１１８】
１００ レーザ装置
１０ コントローラ
１１ 記憶部
１２、１３ ドライバ
１４ 電源
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ マスタオシレータシステム
２１ 出力結合ミラー
２２ 波面調節部
２２１ 凸面シリンドリカルレンズ
２２２ 凹面シリンドリカルレンズ
２３ 増幅器
２３１ レーザチャンバ
２３２、２３４ ウィンドウ
２３３ａ、２３３ｂ 放電電極
３０ 狭帯域化モジュール
３１ グレーティング
３２、３２Ａ〜３２Ｇ ビーム幅調節部
３１ａ、３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ 台座
３２２ｂ、３２２ｃ 入出射面
３２２ｄ 軸
３１１ 架台
３２２、３２３ プリズム
３６ａ、３６ｂ、…、３２１、３６２ａ、３６２ｂ、３６３ａ〜３６３ｃ、３６４ａ〜３６４ｃ 光路調節プリズム
３２１ｂ 回転テーブル
３０２ 空間
３０３−１、３０３−２、３０３−３、３０３−３ａ、３０３−３ｂ、３０３−４ ビーム幅調節器
３３１ 移動ステージ
３３２ スライドレール
３３３ ストッパ
３３４ 移動機構
３４１、３４５、３５１、３５５ 架台
３４２、３４３、３４８、３４７、３５２、３５３、３５６、３５７ プリズム
３４４、３４６ キューブプリズム
４０、１４０、４０−１〜４０−１３ 姿勢制御機構
４３ 姿勢調節板
４３ａ、４３ｂ プレート部
４３ｃ 連結部
４４、４５ ボルト
１４３ｃ 軸部材
１４３ｄ バネ
４１、４２ 高反射ミラー
５０ 増幅装置
６０ スペクトル検出部
６１ ビームスプリッタ
６２ 集光レンズ
６３ スペクトル検出器
７０ シャッタ機構
７１ シャッタ
７２ 駆動機構
８０ 露光装置
８１ コントローラ
２６ 波面調節部
２６１ 凸面シリンドリカルレンズ
２６１ａ 部分反射コート
２６２ 凹面シリンドリカルレンズ
２６３ 架台
２６４ 移動ステージ
２６５ レール
２６６ 突起部
２６７ ステッピングモータ
Ｌ１ レーザ光
ＡＸ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マスタオシレータシステムおよびレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては解像力の向上が要請されている。このため露光用光源から放出される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
【０００３】
次世代の露光技術としては、露光装置側の露光用レンズとウエハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が研究されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射され得る。この技術をＡｒＦ液浸露光（又はＡｒＦ液浸リソグラフィー）という。
【０００４】
ＫｒＦエキシマレーザ装置やＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振幅は約３５０〜４００ｐｍと広い。そのため、露光装置において投影レンズが使用されると色収差が発生して解像力が低下する場合がある。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から放出されるレーザビームのスペクトル線幅（スペクトル幅）を狭帯域化する必要がある。近年では、ガスレーザ装置のレーザ共振器内に狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ Ｎａｒｒｏｗ Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられることで、スペクトル幅の狭帯域化が実現されている。このようにスペクトル幅が狭帯域化されるレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０８８７５８号明細書
【特許文献２】米国特許第７１５４９２８号明細書
【特許文献３】米国特許第６３９３０３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６８５６６３８号明細書
【特許文献５】米国特許第６８５９３０５号明細書
【概要】
【０００６】
本開示の一態様によるマスタオシレータシステムは、光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、前記光学素子の姿勢を調節する姿勢制御機構と、を備えてもよい。
【０００７】
本開示の他の態様によるマスタオシレータシステムは、上述の態様において、前記光学素子が、プリズムであってもよい。また、前記姿勢制御機構が、前記プリズムにおける前記レーザ光の２つの入出射面をそれぞれ含む２つの面が交差する軸を傾けるように前記プリズムの姿勢を調節してもよい。
【０００８】
本開示の他の態様によるレーザ装置は、上述のマスタオシレータシステムと、前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、実施の形態によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。
【図２】図２は、実施の形態によるマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す側視図である。
【図３】図３は、実施の形態によるマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す上視図である。
【図４】図４は、実施の形態による姿勢制御機構の側視図である。
【図５】図５は、図４に示された姿勢制御機構の上視図である。
【図６】図６は、図４におけるプリズムの回転軸とレーザ光の入出射面との関係を示す。
【図７】図７は、実施の形態による他の姿勢制御機構の側視図である。
【図８】図８は、図７に示された姿勢制御機構の上視図である。
【図９】図９は、実施の形態によるプリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第１例のマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す。
【図１０】図１０は、図９に示されるマスタオシレータシステムの第１例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１１】図１１は、図９に示されるマスタオシレータシステムの第２例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１２】図１２は、実施の形態によるプリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第２例のマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す。
【図１３】図１３は、図１２に示されるマスタオシレータシステムの第１例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１４】図１４は、図１２に示されるマスタオシレータシステムの第２例によるビーム幅調節器の構成を概略的に示す。
【図１５】図１５は、実施の形態によるプリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第３例のマスタオシレータシステムの構成を概略的に示す。
【図１６】図１６は、実施の形態による複数の光路調節プリズムのうちの１つがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部を含むマスタオシレータシステムの構成例を示す。
【図１７】図１７は、図１６の他の配置例を示す。
【図１８】図１８は、実施の形態による４つの光路調節プリズムのうち間に位置する２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部の構成例を示す。
【図１９】図１９は、実施の形態による４つの光路調節プリズムのうちレーザ出力端側から２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部の構成例を示す。
【図２０】図２０は、実施の形態による複数の光路調節プリズムのうちの移動しないプリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部を含むマスタオシレータシステムの構成例を示す。
【図２１】図２１は、実施の形態による他の波面調節部の上視図である。
【図２２】図２２は、図２１に示される波面調節部の側視図である。
【図２３】図２３は、実施の形態によるファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図２４】図２４は、実施の形態によるリング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図２５】図２５は、図２４に示す構成をレーザ光の光路を軸として９０°回転した際の断面図である。
【図２６】図２６は、実施の形態によるスペクトル検出器の概略構成を模式的に示す。
【図２７】図２７は、実施の形態によるスペクトル検出器の他の概略構成を模式的に示す。
【図２８】図２８は、スペクトル純度Ｅ９５を説明するための図である。
【実施の形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【００１１】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．レーザ装置
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 作用
４．狭帯域化レーザ装置（マスタオシレータシステム）
４．１ 狭帯域化モジュール
４．１．１ プリズムの姿勢を調節可能な狭帯域化モジュール
４．１．１．１ プリズムの姿勢を調節する機構
４．１．１．１．１ 第１例
４．１．１．１．２ 第２例
４．１．２ プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む狭帯域化レーザ装置
４．１．２．１ 第１例
４．１．２．１．１ ビーム幅調節部
４．１．２．１．１．１ 第１例
４．１．２．１．１．２ 第２例
４．１．２．２ 第２例
４．１．２．２．１ ビーム幅調節部
４．１．２．２．１．１ 第１例
４．１．２．２．１．２ 第２例
４．１．２．３ 第３例
４．１．２．４ 第４例
４．１．２．４．１ １つのプリズムが交換可能な場合
４．１．２．４．２ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その１）
４．１．２．４．３ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その２）
４．１．２．４．４ 移動しないプリズムをビーム幅調節器として用いる場合
４．２ 波面調節部
７．その他
７．１ 増幅装置
７．１．１ ファブリペロ共振器を含む実施形態
７．１．２ リング共振器を含む実施形態
７．２ スペクトル検出器
７．２．１ モニタエタロン分光器
７．２．２ グレーティング型分光器
７．３ スペクトル純度Ｅ９５
【００１２】
１．概要
以下で例示する実施の形態は、マスタオシレータの光共振器内に配置された光学要素の姿勢を制御し得る。これにより、安定したレーザ発振を実現し得る。
【００１３】
２．用語の説明
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。上流とは、レーザ光の光路に沿って光源に近い側をいう。また、下流とは、レーザ光の光路に沿って露光装置に近い側をいう。プリズムとは、三角柱またはそれに類似した形状を有し、レーザ光を含む光を透過し得るものをいう。プリズムの底面および上面は、三角形またはそれに類似した形状であるとする。プリズムの底面および上面に対して略９０°に交わる３つの面を側面という。直角プリズムの場合、これらの側面のうち他の２面と９０°に交わらない面を斜面という。なお、プリズムの頂辺を削るなどして形状を変形したものについても、本説明におけるプリズムに含まれ得る。光軸とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
【００１４】
３．レーザ装置
本開示の一実施の形態によるレーザ装置を、以下に図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態では、狭帯域化レーザ装置をマスタオシレータシステムとして備えたレーザ装置を例に説明する。
【００１５】
３．１ 構成
図１は、実施の形態によるレーザ装置の構成例を概略的に示す。レーザ装置１００は、半導体露光用レーザであってもよい。レーザ装置１００は、発振段（マスタオシレータ）と増幅段（増幅装置）とを備えた２ステージレーザ装置であってもよい。
【００１６】
図１に示されるように、レーザ装置１００は、コントローラ１０と、マスタオシレータシステム２０と、増幅装置５０と、スペクトル検出部６０と、を備えてもよい。レーザ装置１００は、高反射ミラー４１および４２などの光学系と、シャッタ機構７０とをさらに備えてもよい。レーザ装置１００は、コントローラ１０に接続された記憶部１１をさらに備えてもよい。
【００１７】
コントローラ１０は、レーザ装置１００全体を制御してもよい。コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０に接続されてもよい。また、コントローラ１０は、増幅装置５０、スペクトル検出部６０、およびシャッタ機構７０に接続されてもよい。さらに、コントローラ１０は、露光装置８０のコントローラ８１に接続されてもよい。
【００１８】
マスタオシレータシステム２０は、レーザ光Ｌ１を出力してもよい。レーザ光Ｌ１は、パルス光であってもよい。
【００１９】
高反射ミラー４１および４２などの光学系は、マスタオシレータシステム２０と増幅装置５０との間の光路上に配置されてもよい。増幅装置５０は、光学系を介して入射したレーザ光Ｌ１を増幅してもよい。増幅装置５０は、エキシマガスなどをゲイン媒質として内部に含んでもよい。増幅装置５０は、コントローラ１０からの制御の下で動作してもよい。
【００２０】
スペクトル検出部６０は、増幅装置５０より下流の光路上に配置されてもよい。スペクトル検出部６０は、ビームスプリッタ６１と、集光レンズ６２と、スペクトル検出器６３とを含んでもよい。ビームスプリッタ６１は、増幅装置５０から出力されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置されてもよい。集光レンズ６２は、ビームスプリッタ６１によって分岐されたレーザ光Ｌ１の光路上に配置されてもよい。スペクトル検出器６３の入力部は、集光レンズ６２の集光位置または集光位置付近に配置されてもよい。スペクトル検出器６３は、入力されたレーザ光Ｌ１のスペクトル波形からスペクトル線幅を検出してもよい。スペクトル検出器６３は、検出したレーザ光Ｌ１のスペクトル線幅をコントローラ１０へ出力してもよい。
【００２１】
シャッタ機構７０は、スペクトル検出部６０より下流の光路上に配置されてもよい。シャッタ機構７０は、シャッタ７１と、駆動機構７２とを含んでもよい。駆動機構７２は、レーザ光Ｌ１の光路に対してシャッタ７１を出し入れしてもよい。駆動機構７２は、コントローラ１０からの制御の下で動作してもよい。シャッタ７１が開の状態でシャッタ機構７０を通過したレーザ光Ｌ１は、露光装置８０に導かれてもよい。
【００２２】
３．２ 動作
つづいて、図１に示されるレーザ装置１００の概略動作を、以下に説明する。コントローラ１０は、露光装置８０のコントローラ８１から、露光用のレーザ光Ｌ１の出力を要求する露光命令を受信してもよい。この露光命令には、レーザ光Ｌ１に要求するスペクトル線幅の目標値（目標スペクトル線幅）が含まれていてもよい。コントローラ１０は、露光命令を受信すると、シャッタ機構７０を駆動して、シャッタ７１を閉じてもよい。また、コントローラ１０は、レーザ光Ｌ１のスペクトル線幅が要求された目標スペクトル線幅となるように、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２を駆動してもよい。記憶部１１は、波面調節部２２および／またはビーム幅調節部３２の制御値を、目標スペクトル線幅に対応づけて格納していてもよい。制御値と目標スペクトル線幅とは、制御テーブルのデータ形式で管理されていてもよい。あるいは、記憶部１１は、目標スペクトル線幅から制御値を算出するための関数やパラメータ等を格納していてもよい。コントローラ１０は、記憶部１１から読み出した関数やパラメータを用いて、目標スペクトル線幅を達成するための制御値を算出してもよい。コントローラ１０は、得られた制御値を、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２へ適宜送信してもよい。また、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０内の増幅器２３を励起状態に駆動してもよい。これにより、マスタオシレータシステム２０から、スペクトル線幅が目標スペクトル線幅に略調整されたレーザ光Ｌ１が出力され得る。
【００２３】
コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０のレーザ発振に同期して、増幅装置５０を励起状態に駆動してもよい。これにより、マスタオシレータシステム２０から出力されたレーザ光Ｌ１が増幅装置５０によって増幅され得る。
【００２４】
増幅後のレーザ光Ｌ１は、スペクトル検出部６０のビームスプリッタ６１に入射してもよい。スペクトル検出部６０は、増幅後のレーザ光Ｌ１のスペクトル線幅を検出してもよい。検出されたスペクトル線幅は、コントローラ１０へ送信されてもよい。コントローラ１０は、検出されたスペクトル線幅が目標スペクトル線幅に近づくように、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２のうち少なくとも一方をフィードバック制御してもよい。
【００２５】
３．３ 作用
以上のように、コントローラ１０は、露光装置８０から目標スペクトル線幅を受信すると、目標スペクトル線幅を達成するための波面調節部２２とビーム幅調節部３２との制御値を記憶部１１内のデータを用いて求め、波面調節部２２とビーム幅調節部３２とに送信してもよい。これにより、マスタオシレータシステム２０が、略目標スペクトル線幅で発振し得る状態に迅速に調整され得る。また、コントローラ１０がスペクトル検出部６０によって検出されたスペクトル線幅に基づいてマスタオシレータシステム２０をフィードバック制御することで、マスタオシレータシステム２０が目標スペクトル線幅で安定して発振し得る。
【００２６】
４．狭帯域化レーザ装置（マスタオシレータシステム）
つぎに、図１に示すマスタオシレータシステム２０について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、マスタオシレータシステム２０の構成を概略的に示す側視図である。図３は、マスタオシレータシステム２０の構成を概略的に示す上視図である。
【００２７】
図２および図３に示すように、マスタオシレータシステム２０は、出力結合ミラー２１と、波面調節部２２と、増幅器２３と、狭帯域化モジュール３０とを含んでもよい。狭帯域化モジュール３０は、ビーム幅調節部３２と、グレーティング３１とを含んでもよい。
【００２８】
グレーティング３１と出力結合ミラー２１とは、光共振器を形成してもよい。グレーティング３１は、波長選択部としても機能してよい。増幅器２３は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１を増幅してもよい。波面調節部２２は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１の波面を調節してもよい。ビーム幅調節部３２は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１のビーム断面を拡大または縮小してもよい。増幅器２３、波面調節部２２およびビーム幅調節部３２は、コントローラ１０からの制御の下で動作してもよい。
【００２９】
波面調節部２２は、凹面シリンドリカルレンズ２２２と、凸面シリンドリカルレンズ２２１とを含んでもよい。凹面シリンドリカルレンズ２２２の曲面の曲率と、凸面シリンドリカルレンズ２２１の曲面の曲率とは、同じであってもよい。凹面シリンドリカルレンズ２２２と凸面シリンドリカルレンズ２２１とは、曲面が互いに向かい合うように配置されてもよい。波面調節部２２は、凸面シリンドリカルレンズ２２１および／または凹面シリンドリカルレンズ２２２をレーザ光Ｌ１の光路に沿って移動する不図示の移動機構を備えてもよい。凸面シリンドリカルレンズ２２１および凹面シリンドリカルレンズ２２２の距離を変化させることで、レーザ光Ｌ１の波面を制御することができる。
【００３０】
増幅器２３は、レーザチャンバ２３１と、ウィンドウ２３２および２３４と、一対の放電電極２３３ａおよび２３３ｂとを備えてもよい。レーザチャンバ２３１の内部は、レーザ媒質としてのエキシマガスで満たされていてもよい。放電電極２３３ａおよび２３３ｂには、コントローラ１０からの制御の下で、励起電力が供給されてもよい。
【００３１】
４．１ 狭帯域化モジュール
つぎに、狭帯域化モジュール３０について、いくつか例を挙げて説明する。
【００３２】
４．１．１ プリズムの姿勢を調節可能な狭帯域化モジュール
図２および図３に示すように、狭帯域化モジュール３０は、複数のプリズム３２１、３２２および３２３と、グレーティング３１とを備えてもよい。複数のプリズム３２１〜３２３およびグレーティング３１は、台座３２１ａ〜３２３ａおよび３１ａにそれぞれ固定されてもよい。台座３２１ａ〜３２３ａおよび３１ａのうち少なくとも１つ、たとえばプリズム３２２の台座３２２ａは、プリズム３２２のレーザ光Ｌ１のビーム軸（光軸）に対する傾き（以下、姿勢という）を調節可能な姿勢制御機構４０に設置されてもよい。台座３２１ａ〜３２３ａおよび３１ａのうち少なくとも１つ、たとえばプリズム３２１の台座３２１ａは、プリズム３２１および台座３２１ａを図３の紙面と平行な面内で回転可能な回転テーブル３２１ｂに保持されてもよい。台座３１ａ、３２３ａ、姿勢制御機構４０および回転テーブル３２１ｂは、架台３１１に固定されてもよい。
【００３３】
４．１．１．１ プリズムの姿勢を調節する機構
ここで、姿勢制御機構４０について、いくつか例を挙げて説明する。
【００３４】
４．１．１．１．１ 第１例
図４および図５は、第１例による姿勢制御機構４０の構成を概略的に示す。図４は、姿勢制御機構４０の側視断面図である。図５は、姿勢制御機構４０の上視図である。図６は、プリズム３２２の回転軸ＡＸとレーザ光Ｌ１の入出射面との関係を示す。
【００３５】
図４および図５に示すように、姿勢制御機構４０は、平板がＵ字状に折り曲がった形状の姿勢調節板４３と、２つのボルト４４および４５とを含んでもよい。姿勢調節板４３は、略平行に離間して配置された２つのプレート部４３ａおよび４３ｂを含んでもよい。プレート部４３ａおよび４３ｂは、一方の端で連結部４３ｃを介してつながっていてもよい。連続部４３ｃは、この部分の剛性を下げるために一部が他の部分よりも薄く構成されていてもよい。
【００３６】
プリズム３２２を搭載する台座３２２ａは、プレート部４３ａに固定されてもよい。プレート部４３ａには、穴と螺子切されたネジ穴が形成されていてもよい。穴には、ボルト４４が貫通していてもよい。ボルト４４の先端は、プレート部４３ｂに形成されたネジ溝に係合してもよい。ネジ穴には、ボルト４５がはめ込まれてもよい。ボルト４５の先端は、プレート部４３ｂに接してもよい。２つのボルト４４および４５のねじ込み量を調節することで、プレート部４３ｂに対するプレート部４３ａの傾きを調節し得る。その結果、台座３２２ａに設置されたプリズム３２２の姿勢を調整し得る。この調整によって、光共振器内のレーザ光Ｌ１のグレーティング３１への入射角が調整されてもよい。
【００３７】
姿勢制御機構４０は、プリズム３２２におけるレーザ光Ｌ１が入射したり出射したりする面３２２ｂ、３２２ｃをそれぞれ含む２つの面が交差する軸３２２ｄを傾けるように、プリズム３２２の姿勢を調節してもよい。プリズムにおいてレーザ光が入射したり出射したりする面を、単に入出射面と呼ぶことがある。本例では、説明の明確化のため、２つの入出射面３２２ｂおよび３２２ｃが交差する軸を軸３２２ｄとする。たとえば姿勢制御機構４０は、プリズム３２２におけるレーザ光Ｌ１の入出射面３２２ｂおよび３２２ｃのうち一方の入出射面（ここでは増幅器２３側の入出射面３２２ｂとする）を含む面と垂直な軸ＡＸを中心として、プリズム３２２を回転可能であってもよい。図６では、説明の簡略化のため、軸ＡＸがプリズム３２２の入出射面３２２ｂと垂直であってプリズム３２２の頂点の１つを通るとする。この構成によれば、プリズム３２２の回転によって、レーザ光Ｌ１の光軸に対する入出射面３２２ｂの傾きが変化しない。そのため、プリズム３２２の光軸に対する姿勢調整が簡略化し得る。
【００３８】
４．１．１．１．２ 第２例
図７および図８は、第２例による姿勢制御機構１４０の構成を概略的に示す。図７は、姿勢制御機構１４０の側視図である。図８は、姿勢制御機構１４０の上視図である。
【００３９】
図７および図８に示すように、姿勢制御機構１４０は、略平行に離間して配置された２つのプレート１４３ａおよび１４３ｂと、１つ以上のバネ１４３ｄと、軸部材１４３ｃと、ボルト４４とを含んでもよい。１つ以上のバネ１４３ｄは、プレート１４３ｂに対してプレート１４３ａを弾性的に引き寄せるように保持してもよい。軸部材１４３ｃは、プレート１４３ｂに対するプレート１４３ａの回転軸として機能してもよい。ボルト４４は、プレート１４３ａに形成されたネジ穴に係合してもよい。ボルト４４の先端は、プレート１４３ｂに接してもよい。ボルト４４のねじ込み量を調節することで、プレート１４３ｂに対するプレート１４３ａの傾きを調節し得る。その結果、台座３２２ａに設置されたプリズム３２２の姿勢を調整し得る。
【００４０】
軸部材１４３ｃは、たとえば図８におけるプリズム３２２の入出射面３２２ｂおよび３２２ｃのうち一方の入出射面（ここでは増幅器２３側の入出射面３２２ｂとする）を含む面と垂直な方向に配置されてもよい。それにより、図６を用いて説明した場合と同様、プリズム３２３の回転によって、レーザ光Ｌ１の光軸に対する入出射面３２２ｂの傾きが変化しない。そのため、プリズム３２２の光軸に対する姿勢調整が簡略化し得る。
【００４１】
４．１．２ プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む狭帯域化レーザ装置
また、ビーム幅調節部３２は、複数の倍率の異なる光学系を備え、それぞれを交換可能としてもよい。なお、以下の構成において、上述と同様の構成には、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００４２】
４．１．２．１ 第１例
図９は、プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第１例によるマスタオシレータシステム２０Ａの構成を概略的に示す。図９に示されるように、マスタオシレータシステム２０Ａは、出力結合ミラー２１と、波面調節部２２と、増幅器２３と、狭帯域化モジュール３０Ａとを含んでもよい。狭帯域化モジュール３０Ａは、狭帯域化モジュール３０のビーム幅調節部３２の代わりに、ビーム幅調節部３２Ａを備えてもよい。
【００４３】
ビーム幅調節部３２Ａは、光路調節プリズム３２１と、移動ステージ３３１と、スライドレール３３２と、ストッパ３３３と、移動機構３３４と、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２とを備えてもよい。ビーム幅調節器は２つに限らず更に備えてもよい。また、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２は、それぞれ姿勢制御機構４０または１４０と同様の姿勢制御機構を備えてもよい。ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２のそれぞれの倍率は異なっていてもよい。また、ビーム幅調節部３２Ａは、ビーム幅調節器が配置されていない空間３０２を含んでもよい。移動機構３３４は、レーザ光Ｌ１の光路と垂直方向に配設されたスライドレール３３２に沿って移動ステージ３３１を移動させてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の光路上に、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２、または空間３０２の何れかが選択的に配置されてもよい。移動ステージ３３１の移動は、スライドレール３３２の両端にそれぞれ設けられたストッパ３３３によって制限されてもよい。
【００４４】
ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２または空間３０２から出射したレーザ光Ｌ１の光軸は、これらの何れかに入射したレーザ光Ｌ１の光軸の延長と一致してもよい。すなわち、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２は、レーザ光Ｌ１の光軸をほとんど変更せず、ビーム幅のみを変更してもよい。光路調節プリズム３２１は、光共振器内を往復するレーザ光Ｌ１の光路およびグレーティング３１への入射角度を決定してもよい。光路調節プリズム３２１は、不図示の台座３２１ａ上に固定されてもよい。ビーム幅調節部３２Ａおよびグレーティング３１は、不図示の架台３１１上に固定されてもよい。
【００４５】
また、マスタオシレータシステム２０Ａは、ドライバ１２および１３と、電源１４とを備えてもよい。ドライバ１２は、コントローラ１０の制御の下、移動機構３３４を駆動してもよい。ドライバ１３は、コントローラ１０の制御の下、波面調節部２２を駆動してもよい。電源１４は、コントローラ１０の制御の下、増幅器２３の放電電極２３３ａおよび２３３ｂへ、励起電力を供給してもよい。
【００４６】
ビーム幅調節部３２Ａは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２、または空間３０２の何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれのビーム幅調節器３０３−１、３０３−２に設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。なお、空間３０２の倍率は“１”である。
【００４７】
異なるビーム幅調節器３０３−１、３０３−２がレーザ光Ｌ１の光路上にセットされた際のアライメントは、姿勢制御機構４０、１４０等を用いて予め調節されていてもよい。それにより、移動ステージ３３１を移動していずれのビーム幅調節器に切り替えたとしても、すでにアライメントが調節されているため、マスタオシレータシステム２０Ａが迅速に所望の性能でレーザ発振することができる。
【００４８】
４．１．２．１．１ ビーム幅調節部
ここで、ビーム幅調節部の例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００４９】
４．１．２．１．１．１ 第１例
まず、直角プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器の一例を説明する。図１０は、第１例によるビーム幅調節器３０３−１の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の縮小系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００５０】
図１０に示されるように、縮小系のビーム幅調節器３０３−１は、架台３４１と、２つのプリズム３４２および３４３と、キューブプリズム３４４と、姿勢制御機構４０−１とを含んでもよい。プリズム３４２および３４３の少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−１およびキューブプリズム３４４は、架台３４１に固定されてもよい。架台３４１は、図９に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００５１】
プリズム３４２および３４３は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からプリズム３４２を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、プリズム３４３を透過することで、元の光軸と平行な光軸となってもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は縮小されてもよい。キューブプリズム３４４は、元の光軸から外れたレーザ光Ｌ１を、元の光軸の延長上に戻してもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−１を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が、レーザ光Ｌ１の光軸を変更せずに縮小され得る。
【００５２】
姿勢制御機構４０−１は、たとえばレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３４２および／または３４３を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３４２および／または３４３の回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００５３】
４．１．２．１．１．２ 第２例
また、プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器の一例を、図面を用いて詳細に説明する。図１１は、第２例によるビーム幅調節器３０３−２の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の拡大系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００５４】
図１１に示されるように、拡大系のビーム幅調節器３０３−２は、架台３４５と、キューブプリズム３４６と、２つのプリズム３４７および３４８と、姿勢制御機構４０−２とを含んでもよい。プリズム３４７および３４８の少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−２上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−２およびキューブプリズム３４６は、架台３４５に固定されてもよい。架台３４５は、図９に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００５５】
プリズム３４７および３４８は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からキューブプリズム３４６を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、元の光軸と平行な光軸となってもよい。プリズム３４７および３４８は、元の光軸から外れたレーザ光Ｌ１を、元の光軸の延長上に戻してもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は拡大されてもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−２を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が、レーザ光Ｌ１の光軸を変更せずに拡大され得る。
【００５６】
姿勢制御機構４０−２は、たとえばグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３４７および／または３４８を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３４７および／または３４８の回転軸をグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００５７】
４．１．２．２ 第２例
図１２は、プリズムを交換して倍率を変更する機構を含む第２例によるマスタオシレータシステム２０Ｂの構成を概略的に示す。図１２に示されるように、マスタオシレータシステム２０Ｂは、図９に示されるマスタオシレータシステム２０Ａと同様の構成において、狭帯域化モジュール３０Ａが狭帯域化モジュール３０Ｂに置き換えられてもよい。狭帯域化モジュール３０Ｂは、狭帯域化モジュール３０Ａと同様の構成において、ビーム幅調節部３２Ａがビーム幅調節部３２Ｂに置き換えられてもよい。
【００５８】
ビーム幅調節部３２Ｂは、ビーム幅調節部３２Ａと同様の構成において、ビーム幅調節器３０３−１、３０３−２がビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂに置き換えられてもよい。ビーム幅調節器は２つに限らず更に備えてもよい。また、ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂは、それぞれ姿勢制御機構４０または１４０と同様の姿勢制御機構を備えてもよい。ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂの倍率は、それぞれ異なっているとよい。
【００５９】
ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂは、レーザ出力端側から入射したレーザ光Ｌ１の光軸に対して、グレーティング３１側へ出射するレーザ光Ｌ１の光軸を、たとえば距離Ｙｓ１分、平行にシフトしてもよい。各ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂでの光軸のシフト方向およびシフト量（距離Ｙｓ１）は、同一であるとよい。また、光路調節プリズム３２１およびグレーティング３１の位置は、光軸のシフトに応じて位置合わせされているとよい。その構成によれば、ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂを入れ換えた場合でも、レーザ光Ｌ１の光軸のシフト量が同じであるため、マスタオシレータシステム２０Ｂが迅速に所望の性能でレーザ発振することできる。
【００６０】
ビーム幅調節部３２Ｂは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、ビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれのビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００６１】
異なるビーム幅調節器３０３−３ａ、３０３−３ｂがレーザ光Ｌ１の光路上にセットされた際のアライメントは、後述する姿勢制御機構４０−３、４０−４等を用いて予め調節されていてもよい。それにより、移動ステージ３３１を移動していずれのビーム幅調節器に切り替えたとしても、すでにアライメントが調節されているため、マスタオシレータシステム２０Ｂが迅速に所望の性能でレーザ発振することができる。
【００６２】
４．１．２．２．１ ビーム幅調節部
ここで、ビーム幅調節部の例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００６３】
４．１．２．２．１．１ 第１例
まず、直角プリズムを用いて構成された縮小系のビーム幅調節器の一例を説明する。図１３は、第１例によるビーム幅調節器３０３−３の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の縮小系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００６４】
図１３に示されるように、縮小系のビーム幅調節器３０３−３は、架台３５１と、２つのプリズム３５２および３５３と、姿勢制御機構４０−３とを含んでもよい。プリズム３５２は、姿勢制御機構４０−３上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−３およびプリズム３５３は、架台３５１に固定されてもよい。架台３５１は、図１２に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００６５】
プリズム３５２および３５３は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からプリズム３５２を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、プリズム３５３を透過することで、元の光軸と平行な光軸となってもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は縮小されてもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−３を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が縮小され得る。また、プリズム３５２および３５３を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、所定距離（光軸シフト量Ｙｓ２）分、元の光軸と平行にシフトしてもよい。
【００６６】
姿勢制御機構４０−３は、たとえばレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３５２を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３５２の回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００６７】
４．１．２．２．１．２ 第２例
つぎに、直角プリズムを用いて構成された拡大系のビーム幅調節器の一例を説明する。図１４は、第２例によるビーム幅調節器３０３−４の構成を概略的に示す。なお、直角プリズムを用いて構成された他の倍率の拡大系のビーム幅調節器も、以下と同様の構成であってよい。
【００６８】
図１４に示されるように、拡大系のビーム幅調節器３０３−４は、架台３５５と、２つのプリズム３５６および３５７と、姿勢制御機構４０−４とを含んでもよい。プリズム３５７は、姿勢制御機構４０−４上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−４およびプリズム３５６は、架台３５５に固定されてもよい。架台３５５は、図１２に示される移動ステージ３３１に設置されてもよい。
【００６９】
プリズム３５６および３５７は、直角プリズムであってもよい。レーザ出力端側からプリズム３５６を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、プリズム３５７を透過することで、元の光軸と平行な光軸となってもよい。この際、レーザ光Ｌ１のビーム幅は拡大されてもよい。これにより、レーザ出力端側からグレーティング３１へ向けてビーム幅調節器３０３−４を透過するレーザ光Ｌ１のビーム幅が拡大され得る。また、プリズム３５６および３５７を透過したレーザ光Ｌ１の光軸は、所定距離（光軸シフト量Ｙｓ２）分、元の光軸と平行にシフトしてもよい。
【００７０】
姿勢制御機構４０−４は、たとえばグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、プリズム３５７を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、プリズム３５７の回転軸をグレーティング３１側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００７１】
４．１．２．３ 第３例
つぎに、図１に示されたマスタオシレータシステム２０の第３例を、以下に図面を参照して詳細に説明する。第３例では、グレーティング３１へのレーザ光Ｌ１の入射光路を調節する光路調節プリズム３２１を、ビーム幅調節部に用いてもよい。図１５は、第３例によるマスタオシレータシステム２０Ｃの構成を概略的に示す。図１５に示されるように、マスタオシレータシステム２０Ｃは、図９に示されるマスタオシレータシステム２０Ａと同様の構成において、狭帯域化モジュール３０Ａが狭帯域化モジュール３０Ｃに置き換えられてもよい。狭帯域化モジュール３０Ｃは、グレーティング３１直前の光路調節プリズム３２１が省略されるとともに、ビーム幅調節部３２Ａがビーム幅調節部３２Ｃに置き換えられてもよい。
【００７２】
図１５に示されるように、ビーム幅調節部３２Ｃは、複数の光路調節プリズム３６ａと、３６ｂとを備えてもよい。光路調節プリズムは２つに限らず更に備えてもよい。光路調節プリズム３６ａ、３６ｂは、それぞれ姿勢制御機構４０−５、４０−６に設置されてもよい。姿勢制御機構４０−５、４０−６は、移動ステージ３３１上に固定されてもよい。
【００７３】
レーザ光Ｌ1の光路上に光路調節プリズム３６ａが配置された場合に光路調節プリズム３６ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１の光軸と、光路調節プリズム３６ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６ｂから出射するレーザ光Ｌ１の光軸とは、実質的に同じであってもよい。ただし、光路調節プリズム３６ａが配置された場合に光路調節プリズム３６ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅と、光路調節プリズム３６ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６ｂから出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅とは、異なるとよい。ビーム幅調節部３２Ｃは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６ａ、３６ｂの何れかを選択的に配置してもよい。
【００７４】
光路調節プリズム３６ａは、たとえば直角プリズムであってもよい。光路調節プリズム３６ａを設置する姿勢制御機構４０−５は、たとえばレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６ａを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６ａの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００７５】
また、光路調節プリズム３６ｂは、たとえば分散プリズムであってもよい。光路調節プリズム３６ｂを設置する姿勢制御機構４０−６は、たとえば光路調節プリズム３６ｂ内を透過するレーザ光Ｌ１の光路と平行な軸を中心として、光路調節プリズム３６ｂを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６ｂの回転軸を光路調節プリズム３６ｂ内を透過するレーザ光Ｌ１の光路と平行な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００７６】
ビーム幅調節部３２Ｃは、移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６ａ、３６ｂの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズム３６ａ、３６ｂに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００７７】
異なる光路調節プリズム３６ａ、３６ｂがレーザ光Ｌ１の光路上にセットされた際のアライメントは、姿勢制御機構４０−５、４０−６等を用いて予め調節されていてもよい。それにより、移動ステージ３３１を移動していずれの光路調節プリズムに切り替えたとしても、すでにアライメントが調節されているため、マスタオシレータシステム２０Ｃが迅速に所望の性能でレーザ発振することができる。
【００７８】
４．１．２．４ 第４例
また、複数の光路調節プリズムを用い、それらのうちのすくなくとも１つがビーム幅調節器として用いられてもよい。以下、複数の光路調節プリズムを用いる場合を第４例として、図面を用いて詳細に説明する。
【００７９】
４．１．２．４．１ １つのプリズムが交換可能な場合
まず、複数の光路調節プリズムのうちの１つがビーム幅調節器として用いられる場合を説明する。図１６および図１７は、複数の光路調節プリズムのうちの１つがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｄを含むマスタオシレータシステム２０Ｄの構成例を示す。
【００８０】
図１６および図１７に示されるように、狭帯域化モジュール３０Ｄのビーム幅調節部３２Ｄは、複数の光路調節プリズム３２１、３６２、３６３ａ、３６３ｂおよび３６４を含んでもよい。これらのうち、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂは、レーザ光Ｌ１の光路に対して入れ換え可能であるとよい。図１６は、光路調節プリズム３６３ａが光路上に配置された場合を示し、図１７は、光路調節プリズム３６３ｂが光路上に配置された場合を示す。
【００８１】
レーザ光Ｌ１の光路上に光路調節プリズム３６３ａが配置された場合に光路調節プリズム３６３ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１の光軸と、光路調節プリズム３６３ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６３ｂから出射するレーザ光Ｌ１の光軸とは、実質的に同じであってもよい。ただし、光路調節プリズム３６３ａが配置された場合に光路調節プリズム３６３ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅と、光路調節プリズム３６３ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６３ｂから出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅とは、異なるとよい。
【００８２】
光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂは、それぞれ姿勢制御機構４０−７、４０−８上に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−７および４０−８は、それぞれレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸がそれぞれ調節され得る。また、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００８３】
光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂは、移動ステージ３３１に搭載されてもよい。ビーム幅調節部３２Ｄは、駆動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズム３６３ａおよび３６３ｂに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００８４】
４．１．２．４．２ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その１）
また、複数の光路調節プリズムのうちの複数がビーム幅調節器として用いられてもよい。図１８は、４つの光路調節プリズムのうち、間に位置する２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｅの構成例を示す。
【００８５】
図１８に示されるように、ビーム幅調節部３２Ｅは、複数の光路調節プリズム３２１、３６２ａ、３６２ｂ、３６３ａ、３６３ｂおよび３６４を含んでもよい。これらのうち、光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａと、光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂとは、レーザ光Ｌ１の光路に対して入れ換え可能であるとよい。図１８は、光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａが光路上に配置された場合を示す。
【００８６】
レーザ光Ｌ１の光路上に光路調節プリズム３６３ａおよび３６２ａが配置された場合に光路調節プリズム３６２ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１の光軸と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６２ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６２ｂから出射するレーザ光Ｌ１の光軸とは、実質的に同じであってもよい。ただし、光路調節プリズム３６３ａおよび３６２ａが配置された場合に光路調節プリズム３６２ａからグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６２ｂが配置された場合に光路調節プリズム３６２ｂから出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅とは、異なるとよい。
【００８７】
光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−９上に固定されてもよい。図１８は、光路調節プリズム３６３ａが姿勢制御機構４０−９上に固定されている場合を示す。姿勢制御機構４０−９は、レーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６３ａを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６３ａの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００８８】
同様に、光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１０上に固定されてもよい。光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂは、たとえば分散プリズムであってもよい。光路調節プリズム３６３ｂを設置する姿勢制御機構４０−１０は、たとえば光路調節プリズム３６３ｂ内を透過するレーザ光の光路と平行な軸を中心として、光路調節プリズム３６３ｂを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６３ｂの回転軸を光路調節プリズム３６３ｂ内を透過するレーザ光の光路と平行な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００８９】
光路調節プリズム３６２ａ、３６２ｂ、３６３ａおよび３６３ｂは、移動ステージ３３１に搭載されてもよい。ビーム幅調節部３２Ｅは、図示しない移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６２ａおよび３６３ａと、光路調節プリズム３６２ｂおよび３６３ｂとの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズムの組合せに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００９０】
４．１．２．４．３ ２つ以上のプリズムが交換可能な場合（その２）
また、複数の光路調節プリズムのうち、レーザ出力端側に位置する光路調節プリズムを含む複数の光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられてもよい。図１９は、４つの光路調節プリズムのうち、レーザ出力端側から２つの光路調節プリズムがビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｆの構成例を示す。
【００９１】
図１９に示されるように、ビーム幅調節部３２Ｆは、複数の光路調節プリズム３２１、３６２、３６３ａ〜３６３ｃおよび３６４ａ〜３６４ｃを含んでもよい。これらのうち、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａと、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂと、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃとは、レーザ光Ｌ１の光路に対して入れ換え可能であるとよい。図１９は、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａが光路上に配置された場合を示す。
【００９２】
レーザ光Ｌ１の光路上に光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃが配置された場合とは、実質的に同じ光軸で光路調節プリズムからグレーティング３１へ向けてレーザ光Ｌ１が出射されてもよい。ただし、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂが配置された場合と、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃが配置された場合とは、それぞれグレーティング３１へ向けて出射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が異なるとよい。
【００９３】
光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１１上に固定されてもよい。図１９は、光路調節プリズム３６４ａが姿勢制御機構４０−１１上に固定されている場合を示す。姿勢制御機構４０−１１は、レーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６４ａを回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６４ａの回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００９４】
同様に、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１２上に固定されてもよく、また、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃのうち少なくとも１つは、姿勢制御機構４０−１３上に固定されてもよい。
【００９５】
光路調節プリズム３６３ａ〜３６３ｃおよび３６４ａ〜３６４ｃは、移動ステージ３３１に搭載されてもよい。ビーム幅調節部３２Ｆは、図示しない移動機構３３４によって移動ステージ３３１を移動することで、レーザ光Ｌ１の光路上に、光路調節プリズム３６３ａおよび３６４ａと、光路調節プリズム３６３ｂおよび３６４ｂと、光路調節プリズム３６３ｃおよび３６４ｃとの何れかを選択的に配置してもよい。これにより、それぞれの光路調節プリズムの組合せに設定された倍率で、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１のビーム幅が変更され得る。
【００９６】
４．１．２．４．４ 移動しないプリズムが姿勢制御機構に設置される場合
移動しない光路調節プリズム、たとえば光路調節プリズム３６２が姿勢制御機構に設置されてもよい。図２０は、移動しない光路調節プリズム３６２がビーム幅調節器として用いられたビーム幅調節部３２Ｇを備えるマスタオシレータシステム２０Ｇの構成例を示す。
【００９７】
図２０に示されるように、狭帯域化モジュール３０Ｇのビーム幅調節部３２Ｇは、光路調節プリズム３６２が姿勢制御機構４０−１４に設置された構成を備えてもよい。姿勢制御機構４０−１４は、不図示の架台３１１に固定されてもよい。姿勢制御機構４０−１４は、レーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸を中心として、光路調節プリズム３６２を回転させてもよい。これにより、グレーティング３１へ入射するレーザ光Ｌ１の光軸が調節され得る。また、光路調節プリズム３６２の回転軸をレーザ出力端側の入出射面を含む面に対して垂直な軸とすることで、光軸を所望の光軸となるよう調整することが容易となる。
【００９８】
４．２ 波面調節部
波面調節部２２および出力結合ミラー２１は、これらの機能を併せ持つ波面調節部２６に置き換えられてもよい。図２１および図２２は、波面調節部２６の構成例を示す。図２１は、波面調節部２６の上視図である。図２２は、波面調節部２６の側視図である。
【００９９】
波面調節部２６は、一面が半筒状に突出した曲面で構成された凸面シリンドリカルレンズ２６１と、一面が半筒状に窪んだ曲面で構成された凹面シリンドリカルレンズ２６２と、架台２６３とを備えてもよい。凹面シリンドリカルレンズ２６２は、これをレーザ光Ｌ１の光軸に沿って移動させる移動機構が設けられてもよい。凸面シリンドリカルレンズ２６１は、架台２６３に固定されてもよい。凸面シリンドリカルレンズ２６１の曲面と対向する面には、部分反射コート２６１ａが設けられてもよい。部分反射コート２６１ａが形成された面は、マスタオシレータシステム２０のレーザ出力端として機能してもよい。
【０１００】
移動機構は、たとえば移動ステージ２６４と、レール２６５と、突起部２６６と、ステッピングモータ２６７とを備えてもよい。凹面シリンドリカルレンズ２６２は、移動ステージ２６４に固定されてもよい。レール２６５は、レーザ光Ｌ１の光路に沿って延在するように、架台２６３に固定されてもよい。移動ステージ２６４は、レール２６５上にスライド可能に設置されてもよい。突起部２６６は、移動ステージ２６４から突出していてもよい。ステッピングモータ２６７は、突起部２６６をレール２６５の延在方向に沿って進退させてもよい。これにより、移動ステージ２６４上の凹面シリンドリカルレンズ２６２がレーザ光Ｌ１の光路に沿って移動してもよい。その結果、凹面シリンドリカルレンズ２６２と凸面シリンドリカルレンズ２６１との間の距離が調節されてもよい。
【０１０１】
図２１および図２２に示されるように、以上のような構成を備えた波面調節部２６は、凸面シリンドリカルレンズ２６１と凹面シリンドリカルレンズ２６２との間の距離を調節することで、レーザ光Ｌ１の波面を調節し得る。
【０１０２】
７．その他
７．１ 増幅装置
つぎに、図１に示す増幅装置５０について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置５０は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置５０は、１つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。
【０１０３】
７．１．１ ファブリペロ共振器を含む実施形態
まず、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を例に挙げる。図２３は、ファブリペロ共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置５０Ａの概略構成を模式的に示す。図２３に示されるように、増幅装置５０Ａは、チャンバ５３を備えてもよい。増幅装置５０Ａは、レーザ光の一部を反射し、一部を透過するリアミラー５１と、レーザ光の一部を反射し、一部を透過する出力カプラ５８とを備えてもよい。リアミラー５１と出力カプラ５８とは、光共振器を形成してもよい。ここで、リアミラー５１の反射率は出力カプラ５８の反射率よりも高いことが好ましい。出力カプラ５８は、増幅後のレーザ光Ｌ１の出力端であってもよい。
【０１０４】
増幅装置５０Ａは、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルを調整するスリット５２をさらに備えてもよい。チャンバ５３には、ウィンドウ５４および５７が設けられてもよい。ウィンドウ５４および５７は、チャンバ５３の機密性を保持しつつ、レーザ光Ｌ１を透過させてもよい。このチャンバ５３内には、エキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。さらに、チャンバ５３内には、一対の放電電極５５および５６が設けられてもよい。放電電極５５および５６は、レーザ光Ｌ１が通過する領域（増幅領域）を挟むように配置されていてもよい。放電電極５５および５６間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、レーザ光Ｌ１が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極５５および５６間に印加されてもよい。放電電極５５および５６間に高電圧が印加されると、放電電極５５および５６間に、活性化されたゲイン媒質を含む増幅領域が形成され得る。レーザ光Ｌ１は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。
【０１０５】
７．１．２ リング共振器を含む実施形態
つぎに、リング共振器を備えたパワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を例に挙げる。図２４および図２５は、リング共振器を備えたパワーオシレータを用いた増幅装置９０の概略構成を模式的に示す。図２４は増幅装置９０の側視図を、図２５は増幅装置９０の上視図を示す。増幅装置９０の出力段には、増幅装置９０から出力されたレーザ光Ｌ１を遮断するシャッタ９８がさらに設けられてもよい。
【０１０６】
図２４および図２５に示されるように、増幅装置９０は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと、出力カプラ９１と、チャンバ９２とを備えてもよい。高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とは、チャンバ９２内の増幅領域をレーザ光Ｌ１が複数回通過するマルチパスを形成してもよい。出力カプラ９１は、部分反射ミラーであってもよい。チャンバ９２は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置９０は、内部を進行するレーザ光Ｌ１のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。チャンバ９２内には、増幅領域を満たすようにエキシマガスなどのゲイン媒質が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
【０１０７】
上記の構成において、例えばマスタオシレータシステム２０から出力されたレーザ光Ｌ１は、高反射ミラー４１および高反射ミラー４２を介して増幅装置９０に入射してもよい。入射したレーザ光Ｌ１は、まず、高反射ミラー９１ａで反射され、一部は出力カプラ９１を透過し、高反射ミラー９１ｂで反射された後、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２内に入射してもよい。チャンバ９２内に入射したレーザ光Ｌ１は、電圧が印加された２つの放電電極９４および９５間の増幅領域を通過する際に増幅されてもよい。増幅後のレーザ光Ｌ１は、ウィンドウ９６を介してチャンバ９２から出射してもよい。出射したレーザ光Ｌ１は、高反射ミラー９７ａおよび９７ｂで反射されることで、ウィンドウ９６を介して再びチャンバ９２内に入射してもよい。その後、レーザ光Ｌ１は、チャンバ９２内の増幅領域を通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のレーザ光Ｌ１は、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２から出射してもよい。
【０１０８】
このようにチャンバ９２内の増幅領域を２回通過したレーザ光Ｌ１は、その後、その一部が出力カプラ９１を介して出力されてもよい。また、出力カプラ９１で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。
【０１０９】
７．２ スペクトル検出器
つぎに、図１に示されるスペクトル検出器６３について説明する。
【０１１０】
７．２．１ モニタエタロン分光器
まず、モニタエタロンを用いたスペクトル検出器６３を、図面を用いて詳細に説明する。図２６は、スペクトル検出器６３の概略構成を模式的に示す。図２６に示されるように、スペクトル検出器６３は、拡散板６３１と、モニタエタロン６３２と、集光レンズ６３３と、イメージセンサ６３５（またはフォトダイオードアレイでもよい）とを備えてもよい。
【０１１１】
集光レンズ６２を通過したレーザ光Ｌ１は、まず、拡散板６３１に入射してもよい。拡散板６３１は、入射したレーザ光Ｌ１を散乱させてもよい。この散乱光は、モニタエタロン６３２に入射してもよい。このモニタエタロン６３２は、レーザ光Ｌ１を透過する基板の表面に部分反射膜がコーティングされた２枚のミラーが所定の間隔となるようにスペーサを介して張り合わされたエアギャップエタロンであってもよい。モニタエタロン６３２は、入射した散乱光のうち所定の波長の光を透過してもよい。この透過光は、集光レンズ６３３に入射してもよい。イメージセンサ６３５は、集光レンズ６３３の焦点面に配置されてもよい。集光レンズ６３３によって集光された透過光は、イメージセンサ６３５に干渉縞を発生させ得る。イメージセンサ６３５は、発生した干渉縞を検出してもよい。この干渉縞の半径の２乗は、レーザ光Ｌ１の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出した干渉縞からレーザ光Ｌ１全体のスペクトルを検出し得る。各々のスペクトル線幅、ピーク強度及び波長は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求められてもよいし、コントローラ１０で算出されてもよい。
【０１１２】
なお、集光レンズ６３３とイメージセンサ６３５との間に、遮光板６３４を設けてもよい。これにより、迷光を低減し、高精度に干渉縞を検出し得る。
【０１１３】
７．２．２ グレーティング型分光器
つぎに、グレーティング型分光器を用いたスペクトル検出器６３Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図２７は、スペクトル検出器６３Ａの概略構成を模式的に示す。図２７に示されるように、スペクトル検出器６３Ａは、図示しない拡散板と、分光器６３３ａとを備えてもよい。分光器６３３ａは、凹面ミラー６３５ａと、グレーティング６３６ａと、凹面ミラー６３７ａと、イメージセンサ（ラインセンサ）６３８ａとを備えてもよい。
【０１１４】
レーザ光Ｌ１は、まず、拡散板に入射してもよい。拡散板は、入射したレーザ光Ｌ１を散乱してもよい。この散乱光は、集光レンズ６２に入射してもよい。集光レンズ６２の焦点面付近には、分光器６３３ａの入射スリット６３４ａが配置されてもよい。入射スリット６３４ａは、集光レンズ６２の焦点面より多少上流側に位置していてもよい。集光レンズ６２で集光された散乱光は、入射スリット６３４ａを介して凹面ミラー６３５ａに入射してもよい。凹面ミラー６３５ａは、入射した散乱光を略平行光に変換して反射してもよい。この反射光は、グレーティング６３６ａに入射してもよい。グレーティング６３６ａは、入射した略平行光を回折してもよい。この回折光は、凹面ミラー６３７ａに入射してもよい。凹面ミラー６３７ａは、入射した回折光を集光するように反射してもよい。凹面ミラー６３７ａの焦点面には、イメージセンサ６３８ａが配置されていてもよい。その場合、凹面ミラー６３７ａによって集光された反射光は、イメージセンサ６３８ａに結像され得る。イメージセンサ６３８ａは、結像位置における光の強度分布を検出してもよい。反射光の結像位置は、レーザ光Ｌ１の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出された結像位置からレーザ光Ｌ１全体のスペクトルを検出し得る。各々のスペクトル線幅、ピーク強度及び波長は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求められてもよいし、コントローラ１０で算出されてもよい。
【０１１５】
７．３ スペクトル純度Ｅ９５
ここで、図２８を用いて、スペクトル純度Ｅ９５について説明する。図２８に示されるように、スペクトルＳｐ全体の光エネルギーをＳａ、線幅Δλｃに含まれる光エネルギーをＳｂとすると、スペクトル純度Ｅ９５は、以下の式（１）で表現されるスペクトル純度Ｊが９５％となる線幅Δλｃと定義し得る。
Ｊ＝Ｓｂ／Ｓａ …（１）
【０１１６】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【０１１７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０１１８】
１００ レーザ装置
１０ コントローラ
１１ 記憶部
１２、１３ ドライバ
１４ 電源
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ マスタオシレータシステム
２１ 出力結合ミラー
２２ 波面調節部
２２１ 凸面シリンドリカルレンズ
２２２ 凹面シリンドリカルレンズ
２３ 増幅器
２３１ レーザチャンバ
２３２、２３４ ウィンドウ
２３３ａ、２３３ｂ 放電電極
３０ 狭帯域化モジュール
３１ グレーティング
３２、３２Ａ〜３２Ｇ ビーム幅調節部
３１ａ、３２１ａ、３２２ａ、３２３ａ 台座
３２２ｂ、３２２ｃ 入出射面
３２２ｄ 軸
３１１ 架台
３２２、３２３ プリズム
３６ａ、３６ｂ、…、３２１、３６２ａ、３６２ｂ、３６３ａ〜３６３ｃ、３６４ａ〜３６４ｃ 光路調節プリズム
３２１ｂ 回転テーブル
３０２ 空間
３０３−１、３０３−２、３０３−３、３０３−３ａ、３０３−３ｂ、３０３−４ ビーム幅調節器
３３１ 移動ステージ
３３２ スライドレール
３３３ ストッパ
３３４ 移動機構
３４１、３４５、３５１、３５５ 架台
３４２、３４３、３４８、３４７、３５２、３５３、３５６、３５７ プリズム
３４４、３４６ キューブプリズム
４０、１４０、４０−１〜４０−１３ 姿勢制御機構
４３ 姿勢調節板
４３ａ、４３ｂ プレート部
４３ｃ 連結部
４４、４５ ボルト
１４３ｃ 軸部材
１４３ｄ バネ
４１、４２ 高反射ミラー
５０ 増幅装置
６０ スペクトル検出部
６１ ビームスプリッタ
６２ 集光レンズ
６３ スペクトル検出器
７０ シャッタ機構
７１ シャッタ
７２ 駆動機構
８０ 露光装置
８１ コントローラ
２６ 波面調節部
２６１ 凸面シリンドリカルレンズ
２６１ａ 部分反射コート
２６２ 凹面シリンドリカルレンズ
２６３ 架台
２６４ 移動ステージ
２６５ レール
２６６ 突起部
２６７ ステッピングモータ
Ｌ１ レーザ光
ＡＸ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、
前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、
前記光学素子の姿勢を調節する姿勢制御機構と、
を備えるマスタオシレータシステム。
【請求項２】
前記光学素子は、プリズムであり、
前記姿勢制御機構は、前記プリズムにおけるレーザ光の２つの入出射面をそれぞれ含む２つの面が交差する軸を傾けるように前記プリズムの姿勢を調節する、請求項１記載のマスタオシレータシステム。
【請求項３】
前記姿勢制御機構は、前記共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光の入射角を調節する、請求項２記載のマスタオシレータシステム。
【請求項４】
前記光共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光のビーム幅を調節するビーム幅調節部をさらに備える、請求項２記載のマスタオシレータシステム。
【請求項５】
前記ビーム幅調節部は、１つ以上のビーム幅調節器と、該１つ以上のビーム幅調節器を前記光共振器内を伝播するレーザ光の光路に対して選択的に出し入れ可能な移動機構と、
を含む、
請求項４記載のマスタオシレータシステム。
【請求項６】
各ビーム幅調節部は、前記光学素子として１つ以上のプリズムを含み、
前記移動機構は、前記１つ以上のプリズムの少なくとも１つを前記光路に対して選択的に出し入れし、
前記姿勢制御機構は、前記１つ以上のプリズムの少なくとも１つの姿勢を調節する、
請求項５記載のマスタオシレータシステム。
【請求項７】
前記光共振器内を伝播するレーザ光を増幅する増幅器をさらに備える、請求項２記載のマスタオシレータシステム。
【請求項８】
請求項２記載のマスタオシレータシステムと、
前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備えるレーザ装置。
【請求項１】
光共振器の一方の共振器ミラーとして機能するグレーティングと、
前記共振器ミラー間の光路上に配置された光学素子と、
前記光学素子の姿勢を調節する姿勢制御機構と、
を備えるマスタオシレータシステム。
【請求項２】
前記光学素子は、プリズムであり、
前記姿勢制御機構は、前記プリズムにおけるレーザ光の２つの入出射面をそれぞれ含む２つの面が交差する軸を傾けるように前記プリズムの姿勢を調節する、請求項１記載のマスタオシレータシステム。
【請求項３】
前記姿勢制御機構は、前記共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光の入射角を調節する、請求項２記載のマスタオシレータシステム。
【請求項４】
前記光共振器内で前記グレーティングに入射するレーザ光のビーム幅を調節するビーム幅調節部をさらに備える、請求項２記載のマスタオシレータシステム。
【請求項５】
前記ビーム幅調節部は、１つ以上のビーム幅調節器と、該１つ以上のビーム幅調節器を前記光共振器内を伝播するレーザ光の光路に対して選択的に出し入れ可能な移動機構と、
を含む、
請求項４記載のマスタオシレータシステム。
【請求項６】
各ビーム幅調節部は、前記光学素子として１つ以上のプリズムを含み、
前記移動機構は、前記１つ以上のプリズムの少なくとも１つを前記光路に対して選択的に出し入れし、
前記姿勢制御機構は、前記１つ以上のプリズムの少なくとも１つの姿勢を調節する、
請求項５記載のマスタオシレータシステム。
【請求項７】
前記光共振器内を伝播するレーザ光を増幅する増幅器をさらに備える、請求項２記載のマスタオシレータシステム。
【請求項８】
請求項２記載のマスタオシレータシステムと、
前記マスタオシレータシステムから出力されたレーザ光を増幅する増幅装置と、
を備えるレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１３−７００２９（Ｐ２０１３−７００２９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５６７６７（Ｐ２０１２−１５６７６７）
【出願日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]