レーザ装置
【課題】レーザ光のスペクトル形状を高精度に制御する。
【解決手段】レーザ装置は、少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、各波長ピークのエネルギーを制御可能な多波長発振制御機構と、前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記多波長発振制御機構を制御する制御部と、を備えてもよい。
【解決手段】レーザ装置は、少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、各波長ピークのエネルギーを制御可能な多波長発振制御機構と、前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記多波長発振制御機構を制御する制御部と、を備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては、半導体集積回路の微細化および高集積化につれて、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。一般的に、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る。たとえば、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、ならびに波長１９３ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。
【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との間が液体で満たされる液浸露光が実用化されている。この液浸露光では、露光用レンズとウエハとの間の屈折率が変化するため、露光用光源の見かけの波長が短波長化する。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。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および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、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザ光のような紫外線を透過する材料で投影レンズを構成すると、色収差が発生してしまう場合がある。その結果、解像力が低下し得る。そこで、ガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。そのため、ガスレーザ装置のレーザ共振器内には、スペクトル線幅を狭帯域化するために、狭帯域化素子（エタロン、グレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ Ｎａｒｒｏｗ Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられる場合がある。以下では、スペクトル線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
【概要】
【０００６】
本開示の一態様によるレーザ装置は、少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、各波長ピークのエネルギーを制御可能な多波長発振制御機構と、前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記多波長発振制御機構を制御する制御部と、を備えてもよい。
【０００７】
本開示の他の態様によるレーザ装置は、波長が異なる少なくとも３つのレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記マスタオシレータを制御する制御部と、を備え、前記マスタオシレータは、それぞれ異なる波長で発振可能な少なくとも３つの半導体レーザと、前記少なくとも３つの半導体レーザから出力された前記少なくとも３つのレーザ光の光路を実質的に一致させる光路調整部と、前記少なくとも３つの半導体レーザを制御する発振制御部と、を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
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一例を概略的に示す。
【図２】図２は、スペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである波形を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図３】図３は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである２つの波形を含むダブルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図４】図４は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである３つの波形をトリプルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図５】図５は、スペクトル線幅Ｅ９５が１．２５ｐｍである比較的ブロードな波形を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図６】図６は、図２〜図５に示されたスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（ＥＬ）との関係を示す。
【図７】図７は、トリプルピークのスペクトル形状のいくつかの例を示す。
【図８】図８は、図７に示すスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（ＥＬ）との関係を示す。
【図９】図９は、実施の形態によるレーザ装置が実行するレーザ出力制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図９に示される多波長発振調整サブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図９に示されるワンパルス制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、実施の形態によるエキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステムの概略構成例を示す。
【図１３】図１３は、実施の形態によるウェッジプリズムおよび移動ステージの一例を示す。
【図１４】図１４は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステムの他の概略構成例を示す。
【図１５】図１５は、図１４に示すマスタオシレータシステムを架台の搭載面と垂直な方向から見た際の上視図を示す。
【図１６】図１６は、実施の形態によるウェッジプリズムおよび移動ステージの他の一例を示す。
【図１７】図１７は、実施の形態によるエキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステムの他の概略構成例を示す。
【図１８】図１８は、実施の形態によるシリンドリカルハーフレンズおよび移動ステージの一例を示す。
【図１９】図１９は、実施の形態による半導体レーザを用いたマスタオシレータシステムの概略構成例を示す。
【図２０】図２０は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部に入射するレーザ光のスペクトルを示す。
【図２１】図２１は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部から出射してＫＢＢＦ結晶部に入射するレーザ光のスペクトルを示す。
【図２２】図２２は、実施の形態によるＫＢＢＦ結晶部から出射したレーザ光のスペクトルを示す。
【図２３】図２３は、実施の形態による半導体レーザを用いたマスタオシレータシステムの他の概略構成例を示す。
【図２４】図２４は、図２３に示されるＬＢＯ結晶部の概略構成例を示す。
【図２５】図２５は、図２３に示されるＫＢＢＦ結晶部の概略構成例を示す。
【図２６】図２６は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図２７】図２７は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部から出射してＫＢＢＦ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図２８】図２８は、実施の形態によるＫＢＢＦ結晶部から出射したレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図２９】図２９は、図２３に示されるＫＢＢＦ結晶部の他の概略構成例を示す。
【図３０】図３０は、図２９に示される構成をレーザ光の光路を軸として９０°回転した際の側視図である。
【図３１】図３１は、実施の形態によるレーザ光を時間的に分離させる場合のタイミングチャートを示す。
【図３２】図３２は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図３３】図３３は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部から出射してＫＢＢＦ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図３４】図３４は、実施の形態によるＫＢＢＦ結晶部から出射したレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図３５】図３５は、実施の形態によるレーザ光の一部が空間的に重複する場合のＫＢＢＦ結晶部の概略構成例を示す。
【図３６】図３６は、実施の形態によるレーザ光の一部を時間的に重複させる場合のタイミングチャートを示す。
【図３７】図３７は、実施の形態による減衰部およびマスタオシレータシステムの概略構成を示す。
【図３８】図３８は、図３７に示される構成をレーザ光の光路を軸として９０°回転した際の側視図である。
【図３９】図３９は、実施の形態による減衰板および移動ステージの一例を示す。
【図４０】図４０は、実施の形態による減衰板一例を示す。
【図４１】図４１は、実施の形態によるパワー増幅器として構成された増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図４２】図４２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４３】図４３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４４】図４４は、図４３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４５】図４５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４６】図４６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４７】図４７は、実施の形態によるハーフミラーを用いた光路調節器の概略構成を模式的に示す。
【図４８】図４８は、実施の形態によるグレーティングを用いた光路調節器の一例を示す。
【図４９】図４９は、実施の形態によるハーフミラーを用いた光路調節器の他の概略構成を模式的に示す。
【図５０】図５０は、実施の形態によるグレーティングを用いた光路調節器の他の一例を示す。
【図５１】図５１は、実施の形態による再生増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図５２】図５２は、実施の形態によるマルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図５３】図５３は、実施の形態によるファブリペロ型パワーオシレータの増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図５４】図５４は、実施の形態によるリング型のパワーオシレータとして構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。
【実施の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．多波長発振レーザ装置
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ スペクトル形状とＤＯＦの関係
３．４ ３波長発振スペクトル形状とＤＯＦの関係
３．５ 作用
４．動作フローチャート
４．１ レーザ出力制御動作
４．２ 多波長発振調整サブルーチン
４．３ ワンパルス制御サブルーチン
５．マスタオシレータシステム
５．１ エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム
５．１．１ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例１
５．１．２ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例２
５．１．３ シリンドリカルレンズを用いたシステム構成例３
５．２ 固体レーザ装置を用いたマスタオシレータシステム
５．２．１ 複数のレーザ光が空間的および時間的に重複するシステム構成例１
５．２．２ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例２
５．２．３ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例３
５．２．４ 複数のレーザ光が時間的に分離したシステム構成例４
５．２．５ 複数のレーザ光の一部が空間的に重複するシステム構成例５
５．２．６ 複数のレーザ光の一部が時間的に重複するシステム構成例６
５．３ 減衰部を備えたレーザ装置
６．増幅装置
６．１ エキシマガスをゲイン媒質とするパワー増幅器
６．２ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
６．２．１ ファブリペロ共振器を含む構成例１
６．２．２ リング共振器を含む構成例２
７．スペクトル検出器
７．１ モニタエタロン分光器
７．２ グレーティング型分光器
８．光路調節器
８．１ 光路を一致させる場合
８．１．１ ハーフミラーを含む光路調節器
８．１．２ グレーティングを含む光路調節器
８．２ 光路をずらす場合
８．２．１ ハーフミラーを含む光路調節器
８．２．２ グレーティングを含む光路調節器
９． チタンサファイヤ増幅器
９．１ 再生増幅器
９．２ マルチパス増幅器
９．３ パワーオシレータ
９．３．１ ファブリペロ型パワーオシレータ
９．３．２ リング型パワーオシレータ
【００１１】
１．概要
以下で例示する実施の形態では、レーザ光のスペクトルが少なくとも３つのピークを含ように、波長および／もしくは光強度高精度に制御し得る。
【００１２】
２．用語の説明
ＫＢＢＦ結晶とは、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。ＬＢＯ結晶とは、化学式ＬｉＢ３Ｏ５で表される非線形光学結晶である。バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルス状のレーザ光を出力することである。光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。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。
【００１３】
３．多波長発振レーザ装置
本開示の一実施の形態によるレーザ装置の一例を、以下に図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
３．１ 構成
図１は、本開示の一実施の形態によるレーザ装置の一例を概略的に示す。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。
【００１５】
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および、マスタオシレータシステム２０内の多波長発振制御機構３０に接続されてもよい。また、コントローラ１０は、スペクトル検出部６０、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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のスペクトルデータをコントローラ１０へ出力してもよい。
【００１８】
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、コントローラ１０からの制御の下で動作し、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。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。
【００１９】
３．２ 動作
つづいて、図１に示されるレーザ装置１００の概略動作を説明する。コントローラ１０は、たとえば露光装置８０のコントローラ８１からの露光命令に応じて、レーザ出力制御動作を開始してもよい。この露光命令は、たとえばコンタクトホール露光などの特定の露光を要求する命令であってもよい。レーザ出力制御動作を開始すると、コントローラ１０は、まず、シャッタ機構７０を制御して、レーザ光Ｌ１の光路を遮断してもよい。つぎに、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０を制御してもよい。マスタオシレータシステム２０は、この制御に応じて、少なくとも３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力してもよい。
【００２０】
また、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０の多波長発振に同期するように、増幅装置５０を制御してもよい。増幅装置５０は、コントローラ１０からの制御に従って、レーザ光Ｌ１と同期するように、内部のゲイン媒質を励起してもよい。増幅装置５０に入射したレーザ光Ｌ１は、励起したゲイン媒質を通過する際に増幅されてもよい。
【００２１】
増幅装置５０から出射した増幅後のレーザ光Ｌ１は、スペクトル検出部６０に入射してもよい。スペクトル検出部６０に入射したレーザ光Ｌ１は、まず、ビームスプリッタ６１によって分岐されてもよい。分岐されたレーザ光Ｌ１は、集光レンズ６２によって、スペクトル検出器６３の入力部に集光してもよい。
【００２２】
スペクトル検出器６３は、受光面に集光したレーザ光Ｌ１のスペクトルを検出してもよい。スペクトル検出器６３は、検出したスペクトルデータをコントローラ１０へ出力してもよい。コントローラ１０は、入力されたスペクトルデータに基づいて、マスタオシレータシステム２０の多波長発振制御機構３０を制御してもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の光強度および中心波長のうち少なくとも１つが制御されてもよい。
【００２３】
３．３ スペクトル形状とＤＯＦの関係
ここで、露光装置８０での露光に用いられるレーザ光のスペクトル形状と焦点深度（ＤＯＦ）との関係を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図２は、スペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである波形Ｓ０．３を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。図３は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである２つの波形Ｓ２１およびＳ２２を含むダブルピークのスペクトル形状の一例を示す。図４は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである３つの波形Ｓ３１〜Ｓ３３をトリプルピークのスペクトル形状の一例を示す。図５は、スペクトル線幅Ｅ９５が１．２５ｐｍである比較的ブロードな波形Ｓ１．２５を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【００２５】
図６は、図２〜図５に示されたスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｌａｔｉｔｕｄｅ：ＥＬ）との関係を示す。図６において、Ｃ０．３は、図２に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ２は、図３に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ３は、図４に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ１．２５は、図５に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。
【００２６】
ここで、図３では、２つの波形Ｓ２１およびＳ２２のピーク強度は略等しい。また、２つの波形Ｓ２１およびＳ２２のピーク間の波長差は、０．９ｐｍである。図４では、３つの波形Ｓ３１〜Ｓ３３のピーク間の波長差は、それぞれ０．９ｐｍである。また、３つの波形Ｓ３１〜Ｓ３３のうち、両サイドに位置する波形Ｓ３１およびＳ３３のピーク強度は略等しい。ただし、これらの間に位置する波形Ｓ３２のピーク強度は、両サイドの波形Ｓ３１およびＳ３３のピーク強度に対して強度比０．９５である。なお、図２〜図５に示されたスペクトル波形それぞれの中心波長は、実質的に１９３．３５０ｎｍである。
【００２７】
図６に示されるように、Ｃ０．３、Ｃ２、Ｃ３およびＣ１．２５のなかでは、Ｃ３が最も深い露光深度ＤＯＦに到達している。これは、図４に示されるトリプルピークのスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合が最も深い露光深度ＤＯＦを得られ得ることを示している。このことから、少なくとも３つのピークを含むスペクトル形状を持つレーザ光を用いることで、より深い露光深度ＤＯＦを得られることが推測され得る。
【００２８】
３．４ ３波長発振スペクトル形状とＤＯＦの関係
つぎに、３波長発振で得られるトリプルピークのスペクトル形状における中央に位置する波形のピーク強度を変更した場合のスペクトル波形とＤＯＦとの関係を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図７は、トリプルピークのスペクトル形状のいくつかの例を示す。図７において、Ｓ８０は、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．８であるスペクトル形状を示す。Ｓ９０は、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．９であるスペクトル形状を示す。Ｓ９５は、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．９５であるスペクトル形状を示す。Ｓ１００は、両サイドの波形のピーク強度と中央の波形のピーク強度が等しい（強度比１．００）スペクトル形状を示す。なお、図７では、両サイドの波形のピーク強度は略等しい。また、各スペクトル形状Ｓ８０、Ｓ９０、Ｓ９５およびＳ１００における３つの波形のピーク間の波長差は、それぞれ０．９ｐｍである。
【００３０】
図８は、図７に示すスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（ＥＬ）との関係を示す。図８において、Ｃ８０は、スペクトル形状Ｓ８０を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ９０は、スペクトル形状Ｓ９０を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ９５は、スペクトル形状Ｓ９５を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ１００は、スペクトル形状Ｓ１００を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。
【００３１】
図８に示されるように、Ｃ８０、Ｃ９０、Ｃ９５およびＣ１００のなかでは、Ｃ９５が最も安定した関係曲線を示している。特に露光余裕度（ＥＬ）が５％程度の範囲では、Ｃ９５が最も深い露光深度ＤＯＦに到達している。これは、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．９５である場合が最も深い露光深度ＤＯＦを安定して得られ得ることを示している。このことから、両サイドの波形の間に位置する波形のピーク強度は、両サイドの波形のピーク強度よりも若干弱い方が好ましいことが分かる。また、トリプルピークのスペクトル波形では、その強度比が０．９５程度であることが好ましいことが分かる。
【００３２】
３．５ 作用
以上のように、少なくとも３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光を用いることで、より深い露光深度ＤＯＦを得られ得る。その際、両サイドの波形の間に位置する波形のピーク強度を両サイドの波形のピーク強度よりも若干弱くすることで、より深い露光深度ＤＯＦを安定して得られ得る。たとえばトリプルピークのスペクトル波形では、その強度比が０．９５程度であることが好ましい。
【００３３】
４．動作フローチャート
つぎに、図１に示されるレーザ装置１００の動作を、図面を用いて詳細に説明する。図９は、レーザ装置１００が実行するレーザ出力制御動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、図９のステップＳ１０５に示される多波長発振調整サブルーチンの一例を示すフローチャートである。図１１は、図９のステップＳ１０８に示されるワンパルス制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、本説明では、レーザ装置１００の動作をコントローラ１０の動作を用いて説明する。
【００３４】
４．１ レーザ出力制御動作
図９に示されるように、コントローラ１０は、まず、露光装置８０が備えるコントローラ８１などの外部装置から露光命令を受信するまで待機してもよい（ステップＳ１０１；ＮＯ）。露光命令を受信すると（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、シャッタ機構７０を制御して、レーザ光Ｌ１の光路を遮断してもよい（ステップＳ１０２）。つぎに、コントローラ１０は、レーザ光Ｌ１に要求される目標波長λ１ｔ〜λ３ｔと、目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとを取得してもよい（ステップＳ１０３）。これらの目標波長λ１ｔ〜λ３ｔと目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとは、予め不図示のメモリ等に保存されていてもよいし、ステップＳ１０１において外部装置から受信した露光命令に含まれていてもよい。
【００３５】
つぎに、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０およびその多波長発振制御機構３０へ制御信号を送信することで、マスタオシレータシステム２０による多波長発振を準備してもよい（ステップＳ１０４）。これにより、マスタオシレータシステム２０は、所定波長のレーザ光を所定の励起エネルギーで多波長発振可能な状態となってもよい。所定波長および所定の励起エネルギーは、初期値として設定されていてもよい。
【００３６】
つぎに、コントローラ１０は、多波長発振によって出力されるレーザ光Ｌ１の中心波長およびピーク強度を目標波長および目標強度に調整する多波長発振調整サブルーチンを実行してもよい（ステップＳ１０５）。レーザ光Ｌ１に対する中心波長およびピーク強度の調整が完了すると、つぎにコントローラ１０は、露光準備が完了したことを要求元であるコントローラ８１に通知してもよい（ステップＳ１０６）。
【００３７】
つぎに、コントローラ１０は、シャッタ機構７０を制御して、レーザ光Ｌ１の光路を開放してもよい（ステップＳ１０７）。つぎに、コントローラ１０は、レーザ光Ｌ１を１つずつ出力するワンパルス制御サブルーチンを実行してもよい（ステップＳ１０８）。なお、ワンパルス制御サブルーチンでは、露光の継続の可否が判定されてもよい。
【００３８】
つぎに、コントローラ１０は、露光を継続するか否かを判定してもよい（ステップＳ１０９）。この判定は、ワンパルス制御サブルーチンで実行された露光継続の可否判定結果に基づいて行われてもよい。露光の継続が不可の場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）、コントローラ１０は、露光を中断することを要求元であるコントローラ８１へ通知してもよい（ステップＳ１１０）。その後、コントローラ１０は、ステップＳ１０２へリターンし、以降の動作をくり返してもよい。一方、露光の継続が可の場合（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）、つぎにコントローラ１０は、たとえば露光装置８０のコントローラ８１などの外部装置から、露光の中止を要求する露光中止命令を受信したか否かを判定してもよい（ステップＳ１１１）。露光中止命令を受信していた場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、レーザ出力制御動作を終了してもよい。一方、露光中止命令を受信していなかった場合（ステップＳ１１１；ＮＯ）、コントローラ１０は、ステップＳ１０８へリターンし、以降の動作を実行してくり返してもよい。
【００３９】
４．２ 多波長発振調整サブルーチン
つぎに、図９のステップＳ１０５に示される多波長発振調整サブルーチンについて説明する。図１０に示されるように、多波長発振調整サブルーチンでは、コントローラ１０は、まず、所定繰返し周波数でレーザ光Ｌ１を出力する多波長発振を開始してもよい（ステップＳ１２１）。つぎに、コントローラ１０は、スペクトル検出部６０からレーザ光Ｌ１のスペクトルデータを受信するまで待機してもよい（ステップＳ１２２；ＮＯ）。スペクトルデータを受信すると（ステップＳ１２２；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、スペクトルデータから、各レーザ光Ｌ１の中心波長λ１〜λ３と、レーザ光Ｌ１のピーク強度Ｐ１〜Ｐ３とを検出してもよい（ステップＳ１２３）。
【００４０】
つぎに、コントローラ１０は、検出した中心波長λ１〜λ３と目標波長λ１ｔ〜λ３ｔとの差Δλ１〜Δλ３、および、検出したピーク強度Ｐ１〜Ｐ３と目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとの差ΔＰ１〜ΔＰ３を算出してもよい（ステップＳ１２４）。つぎに、コントローラ１０は、算出した差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１２５）。この判定では、差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３の絶対値が閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒ以下であるか否かが判定されてもよい。閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒは、不図示のメモリ等に予め格納されていてもよいし、予め不図示のメモリ等に保存されていてもよいし、ステップＳ１０１において外部装置から受信した露光命令に含まれていてもよい。
【００４１】
つぎに、コントローラ１０は、全ての差が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１２６）。１つでも許容範囲内でない差が存在する場合（ステップＳ１２６；ＮＯ）、コントローラ１０は、少なくとも許容範囲外と判定された差が小さくなるように、多波長発振制御機構３０を制御してもよい（ステップＳ１２７）。なお、多波長発振制御機構３０へ与える制御量は、算出された差に基づいてコントローラ１０が都度算出してもよいし、予め差と対応づけられていてもよい。あるいは、差の種類と符号とに応じて、予め定められた値の制御量が多波長発振制御機構３０へ与えられてもよい。その後、コントローラ１０は、ステップＳ１２２へリターンし、以降の動作をくり返してもよい。一方、全ての差が許容範囲内である場合（ステップＳ１２６；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、多波長発振を停止してもよい（ステップＳ１２８）。その後、コントローラ１０は、図９に示すレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。
【００４２】
以上の多波長発振調整サブルーチンを実行することで、レーザ光Ｌ１の中心波長とピーク強度とが目標波長および目標強度に対する許容範囲内に収まるように調整され得る。
【００４３】
４．３ ワンパルス制御サブルーチン
つぎに、図９のステップＳ１０８に示すワンパルス制御サブルーチンについて説明する。図１１に示されるように、ワンパルス制御サブルーチンでは、コントローラ１０は、まず、多波長発振のタイミングを指示するトリガ信号を受信するまで待機してもよい（ステップＳ１３１；ＮＯ）。このトリガ信号は、たとえば露光装置８０のコントローラ８１などの外部装置から送信されてもよい。または、クロック発生器などが発生したクロック信号またはその分周された信号をトリガ信号としてもよい。
【００４４】
トリガ信号を受信すると（ステップＳ１３１；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、ワンパルスを出力する多波長発振を実行してもよい（ステップＳ１３２）。つぎに、コントローラ１０は、スペクトル検出部６０からレーザ光Ｌ１のスペクトルデータを受信するまで待機してもよい（ステップＳ１３３；ＮＯ）。スペクトルデータを受信すると（ステップＳ１３３；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、スペクトルデータから、レーザ光Ｌ１の中心波長λ１〜λ３と、各レーザ光Ｌ１〜Ｌ３のピーク強度Ｐ１〜Ｐ３とを検出してもよい（ステップＳ１３４）。
【００４５】
つぎに、コントローラ１０は、検出した中心波長λ１〜λ３と目標波長λ１ｔ〜λ３ｔとの差Δλ１〜Δλ３、および、検出したピーク強度Ｐ１〜Ｐ３と目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとの差ΔＰ１〜ΔＰ３を算出してもよい（ステップＳ１３５）。つぎに、コントローラ１０は、算出した差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１３６）。この判定では、差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３の絶対値が閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒ以下であるか否かが判定されてもよい。閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒは、不図示のメモリ等に予め格納されていてもよいし、予め不図示のメモリ等に保存されていてもよいし、ステップＳ１０１において外部装置から受信した露光命令に含まれていてもよい。
【００４６】
つぎに、コントローラ１０は、全ての差が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１３７）。１つでも許容範囲内でない差が存在する場合（ステップＳ１３７；ＮＯ）、コントローラ１０は、レーザ出力の継続を不可と判定してもよい（ステップＳ１３８）。その後、コントローラ１０は、図９に示すレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。一方、全ての差が許容範囲内である場合（ステップＳ１３７；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、レーザ出力の継続を可と判定してもよい（ステップＳ１３９）。つぎに、コントローラ１０は、少なくとも許容範囲外と判定された差が小さくなるように、多波長発振制御機構３０を制御してもよい（ステップＳ１４０）。なお、多波長発振制御機構３０へ与える制御量は、算出された差に基づいてコントローラ１０が都度算出してもよいし、予め差と対応づけられていてもよい。あるいは、差の種類と符号とに応じて、予め定められた値の制御量が多波長発振制御機構３０へ与えられてもよい。その後、コントローラ１０は、図９に示すレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。
【００４７】
以上のワンパルス制御サブルーチンを実行することで、ワンパルスごとに多波長発振制御機構３０を調整することが可能であるため、より安定したレーザ光Ｌ１の出力が可能となる。
【００４８】
この実施形態では、ワンパルス制御の場合を示した。しかしながら、この実施形態に限定されることなく、複数のレーザパルスの中心波長、ピーク強度を平均化処理して、判断や多波長発振制御機構３０に制御信号を送ってもよい。
【００４９】
５．マスタオシレータシステム
つぎに、図１に示されるマスタオシレータシステム２０のいくつかの具体例を、図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
５．１ エキシマレーザ装置を用いたマスターオシレータシステム
エキシマレーザ装置を用いた場合、多波長発振制御機構３０によりレーザ光Ｌ１の中心波長および／もしくは光強度が調節され、マスターオシレータシステム２０から少なくとも３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光Ｌ１が出力されてもよい。
【００５１】
５．１．１ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例１
図１２は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の概略構成例を示す。図１２に示されるように、マスタオシレータシステム２０は、出力結合ミラー２１と、レーザチャンバ２２と、多波長発振制御機構３０とを含んでもよい。レーザチャンバ２２は、ウィンドウ２３および２５と、ウィンドウホルダ２４および２６と、一対の放電電極２７（２７ａ、２７ｂ）とを備えてもよい。また、レーザチャンバ２２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。多波長発振制御機構３０は、コントローラ３１と、グレーティング３３と、１つ以上のプリズム３５〜３７と、２つの光学素子、例えばウェッジプリズム３８および３９とを備えてもよい。
【００５２】
出力結合ミラー２１とグレーティング３３とは、光共振器を構成してもよい。出力結合ミラー２１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。グレーティング３３は、光共振器中に存在し得るレーザ光の波長を選択する波長フィルタとして機能してもよい。レーザチャンバ２２は、光共振器中を進行するレーザ光Ｌ１の光路上に配置されてもよい。
【００５３】
プリズム３５〜３７は、光共振器内を往復するレーザ光の光路およびグレーティング３３への入射角度を決定してもよい。プリズム３５〜３７は、架台３２上に設置されていてもよい。グレーティング３３は、回転ステージ３４によって回転可能に保持されていてもよい。回転ステージ３４は、架台３２に設置されてもよい。
【００５４】
図１３は、ウェッジプリズム３９および移動ステージ３９ａの一例を示す。移動ステージ３９は、水平方向へ出し入れ可能なアーム部３９ｂを備えてもよい。ウェッジプリズム３９は、アーム部３９ｂの先端に取り付けられてもよい。ウェッジプリズム３８および移動ステージ３８ａは、ウェッジプリズム３９および移動ステージ３９ａと同様であってもよい。
【００５５】
回転ステージ３４と、移動ステージ３８ａおよび３９ａと、回転ステージ３８ｃおよび３９ｃとは、それぞれコントローラ３１によって制御されてもよい。コントローラ３１は、コントローラ１０からの指示に従って、これらを制御してもよい。
【００５６】
つづいて、図１２に示されるマスタオシレータシステム２０の動作を説明する。レーザチャンバ２２内の一対の放電電極２７には、たとえばコントローラ１０からの制御の下、不図示の電源から励起エネルギーが与えられてもよい。コントローラ３１は、コントローラ１０から多波長発振の指示を受信すると、移動ステージ３８ａおよび３９ａを駆動して、ウェッジプリズム３８および３９を光共振器中の光路の一部にそれぞれ挿入してもよい。たとえば図１２では、ウェッジプリズム３８が図面中、上方から下方へ向けて光路内の一部に挿入されてもよい。一方、ウェッジプリズム３９は、ウェッジプリズム３８と対向する位置で、図面中、下方から上方へ向けて光路内の一部に挿入されてもよい。挿入されたウェッジプリズム３８および３９の間には、レーザ光Ｌ１がそのまま通過する隙間が存在してもよい。これにより、グレーティング３３へ向かうレーザ光Ｌ１の一部の領域はウェッジプリズム３８または３９を透過する。ウェッジプリズム３８および３９を通過したレーザ光は、それらのウェッジプリズムを通過しないレーザ光とは異なる入射角度でグレーティング３３に入射する。このように、レーザ光Ｌ１の一部のグレーティング３３への入射角度を調節することにより、マスターオシレータ２０より、３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光が出力されてもよい。
【００５７】
また、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、回転ステージ３８ｃを駆動して、ウェッジプリズム３８を移動ステージ３８ａごと回転させてもよい。ウェッジプリズム３９を移動させる動作もこれと同様であってよい。これにより、レーザ光Ｌ１の中心波長およびピーク強度のうち少なくとも１つが調整され得る。
【００５８】
さらに、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、回転ステージ３４を駆動して、グレーティング３３を回転させてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の中心波長が調整され得る。
【００５９】
５．１．２ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例２
図１４および図１５は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の他の概略構成例を示す。図１４は、架台３２の搭載面と平行な方向であってレーザ光の光路と実質的に垂直な方向からマスタオシレータシステム１２０を見た際の側視図を示す。図１５は、架台３２の搭載面と垂直な方向からマスタオシレータシステム１２０を見た際の上視図を示す。以下の説明において、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。
【００６０】
図１４および図１５に示されるように、マスタオシレータシステム１２０は、図１２に示すマスタオシレータシステム２０と同様の構成を備えてもよい。ただし、マスタオシレータシステム１２０は、移動ステージ３８ａおよび３９ａが移動ステージ１３８ａおよび１３９ａに置き換えられた多波長発振制御機構１３０を備えてもよい。
【００６１】
図１６は、ウェッジプリズム３９および移動ステージ１３９ａの一例を示す。ウェッジプリズム３９は、移動ステージ１３９ａの側面に取り付けられてもよい。移動ステージ１３９ａは、上下移動可能であってもよい。ウェッジプリズム３８および移動ステージ１３８ａは、ウェッジプリズム３９および移動ステージ１３９ａと同様の機構であってもよい。移動ステージ１３８ａおよび１３９ａは、それぞれ回転ステージ３８ｃおよび３９ｃによって回転可能に保持されていてもよい。
【００６２】
コントローラ３１は、コントローラ１０から多波長発振の指示を受信すると、移動ステージ１３８ａおよび１３９ａを駆動して、ウェッジプリズム３８および３９を光共振器中の光路の一部にそれぞれ挿入してもよい。本例では、図１４および図１５に示されるように、ウェッジプリズム３８は、光共振器中の光路における上部の領域に出し入れされてもよい。一方、ウェッジプリズム３９は、ウェッジプリズム３８と対向する側から、光共振器中の光路における下部の領域に出し入れされてもよい。挿入されたウェッジプリズム３８および３９の間には、レーザ光がそのまま通過する隙間が存在してもよい。
また、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、回転ステージ３８ｃを駆動して、ウェッジプリズム３８を移動ステージ１３８ａごと回転させてもよい。ウェッジプリズム３９を移動させる動作もこれと同様であってよい。これにより、レーザ光Ｌ１の中心波長およびピーク強度のうち少なくとも１つが調整され得る。
【００６３】
その他の構成および動作は、図１２に示すマスタオシレータシステム２０と同様であってもよい。
【００６４】
５．１．３ シリンドリカルレンズを用いたシステム構成例３
図１７は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の他の概略構成例を示す。図１７は、架台３２の搭載面と垂直な方向からマスタオシレータシステム２２０を見た際の上視図を示す。なお、本例では、図１４および図１５に示されるマスタオシレータシステム１２０をベースにするが、これに限らず、たとえば図１２に示されるマスタオシレータシステム２０をベースとしてもよい。以下の説明において、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。
【００６５】
図１７に示されるように、マスタオシレータシステム２２０は、図１４および図１５に示すマスタオシレータシステム１２０と同様の構成を備えてもよい。ただし、ウェッジプリズム３８および３９がシリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９に置き換えられた多波長発振制御機構２３０を備えてもよい。また、多波長発振制御機構２３０では、回転ステージ３８ｃおよび３９ｃが省略されてもよい。
【００６６】
図１８は、シリンドリカルハーフレンズ２３９および移動ステージ１３９ａの一例を示す。シリンドリカルハーフレンズ２３９は、移動ステージ１３９ａのアーム部３９ｂ先端に取り付けられてもよい。シリンドリカルハーフレンズ２３８および移動ステージ３８ａは、シリンドリカルハーフレンズ２３９および移動ステージ１３９ａと同様であってもよい。シリンドリカルハーフレンズ２３８または２３９に入射したレーザ光の出射角度は、アーム部３８ｂまたは３９ｂの移動方向に沿った位置に依存して変化してもよい。
【００６７】
コントローラ３１は、コントローラ１０から多波長発振の指示を受信すると、移動ステージ１３８ａおよび１３９ａを駆動して、シリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９を光共振器中のレーザ光の光路の一部にそれぞれ挿入してもよい。本例では、図１７に示されるように、シリンドリカルハーフレンズ２３８は、光共振器中の光路における上部の領域に出し入れされてもよい。一方、シリンドリカルハーフレンズ２３９は、シリンドリカルハーフレンズ２３８と対向する側から、光共振器中の光路における下部の領域に出し入れされてもよい。挿入されたシリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９の間には、レーザ光がそのまま通過する隙間が存在してもよい。
また、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、移動ステージ１３８ａおよび１３９ａを駆動して、アーム部３８ｂおよびは３９ｂの突出量を制御してもよい。これにより、シリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９を通過するレーザ光Ｌ１の領域が変化するため、レーザ光Ｌ１の中心波長が調整され得る。一方、ステージ１３８ａとステージ１３９ａの位置を調節することで、ピーク強度を調節してもよい。
【００６８】
その他の構成および動作は、図１２に示すマスタオシレータシステム２０または図１４および図１５に示すマスタオシレータシステム１２０と同様であってもよい。
【００６９】
５．２ 固体レーザ装置を用いたマスタオシレータシステム
つぎに、半導体レーザなどの固体レーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の概略構成を、以下にいくつか例を挙げて説明する。
【００７０】
５．２．１ 複数のレーザ光が空間的および時間的に重複するシステム構成例１
図１９は、半導体レーザを用いたマスタオシレータシステム２０の概略構成例を示す。図１９に示されるように、マスタオシレータシステム５００は、コントローラ５１０と、シード光源５２０と、光路調節器５３０と、増幅器５４０と、波長変換器５５０とを含んでもよい。
【００７１】
シード光源５２０は、少なくとも３つの半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃを含んでもよい。各半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃは、シングル縦モードで発振しても、マルチ縦モードで発振してもよい。
【００７２】
コントローラ５１０は、コントローラ１０からの制御の下、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃを発振させてもよい。コントローラ５１０は、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃの発振タイミング、発振波長および出力強度を制御してもよい。
【００７３】
光路調節器５３０は、シード光源５２０から異なる光路で出力されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を、実質的に一致させてもよい。増幅器５４０は、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを増幅してもよい。増幅器５４０は、チタンサファイア結晶などの固体をゲイン媒質として含んでもよい。
【００７４】
波長変換器５５０は、たとえば２つの非線形光学結晶を含んでもよい。たとえば、波長変換器５５０は、ＬＢＯ結晶部５６０と、ＫＢＢＦ結晶部５７０とを含んでもよい。ＬＢＯ結晶部５６０は、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを、これらの第２高調波光に変換してもよい。ＫＢＢＦ結晶部５７０は、ＬＢＯ結晶部５６０から出力された第２高調波光を、これらの第２高調波光（以下、これを第４高調波光という）に変換してもよい。第４高調波光は、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３とみなしてもよいし、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３が重複した１つのレーザ光とみなしてもよい。
【００７５】
コントローラ５１０には、たとえばコントローラ１０から所定繰返し周波数のトリガ信号が入力されてもよい。コントローラ５１０は、入力されたトリガ信号に従って、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃを所定繰返し周波数でレーザ発振させてもよい。その結果、シード光源５２０からは、波長の異なるレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒが所定繰返し周波数で出力され得る。レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの出力タイミングは、同じであってもよい。その場合、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、時間的に重複し得る。
【００７６】
レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路が光路調節器５３０によって実質的に一致させられた場合、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、空間的にも重複し得る。時間的および空間的に重複するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、増幅器５４０で増幅されてもよい。増幅されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、波長変換器５５０を通過することで、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３またはレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を含むレーザ光に変換されてもよい。
【００７７】
ここで、図２０〜図２２に、波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルを示す。
【００７８】
図２０に示されるように、ＬＢＯ結晶部５６０に入射するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒのうち、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒの間に位置するレーザ光Ｌ２ｒのピーク強度が、両サイドのレーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒのピーク強度よりも小さい場合、図２１に示されるように、ＬＢＯ結晶部５６０からは、両サイドのレーザ光Ｌ１ｒｒおよびＬ３ｒｒのピーク強度がそれらの間に位置するレーザ光Ｌ２ｒｒおよびＬ２ｈのピーク強度よりも大きいスペクトルの第２高調波光が出射し得る。さらに、図２２に示されるように、ＫＢＢＦ結晶部５７０からは、両サイドのレーザ光Ｌ１およびＬ３のピーク強度がそれらの間に位置するレーザ光Ｌ２およびＬ４ｈのピーク強度よりも大きいスペクトルの第４高調波光が出射し得る。
【００７９】
なお、波長変換器５５０から出射するレーザ光Ｌ１〜Ｌ３のピーク強度は、コントローラ５１０が半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃへ与える励起エネルギー（電流値）を調節することで制御可能である。波長に関しては、半導体レーザの図示しない波長選択素子（たとえばグレーティング）の波長選択特性（たとえば半導体の温度）を調節することで制御可能である。コントローラ５１０は、コントローラ１０からの指示に従って、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃへ与える励起エネルギーを調節してもよい。
【００８０】
５．２．２ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例２
図２３は、半導体レーザを用いたマスタオシレータシステム２０の他の概略構成例を示す。図２４は、図２３に示されるＬＢＯ結晶部５６０の概略構成例を示す。図２５は、図２３に示されるＫＢＢＦ結晶部５７０の概略構成例を示す。以下の説明において、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。
【００８１】
図２３に示されるように、マスタオシレータシステム６００は、図１９に示されるマスタオシレータシステム５００と同様の構成を備えてもよい。ただし、マスタオシレータシステム６００は、光路調節器５３０に代えて、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを異なる角度で出射し得る光路調節器６３０を備えてもよい。
【００８２】
光路調節器６３０から異なる角度で出射したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、増幅器５４０で増幅されてもよい。増幅されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、波長変換器５５０に入射してもよい。
【００８３】
図２４に示されるように、波長変換器５５０のＬＢＯ結晶部５６０は、集光レンズ５６１と、ＬＢＯ結晶５６２と、コリメートレンズ５６３と、ビームスプリッタ５６４とを含んでもよい。波長変換器５５０に入射したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、集光レンズ５６１によって、ＬＢＯ結晶５６２の異なる位置に集光されてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生を低減し得る。
【００８４】
ＬＢＯ結晶５６２から出射したレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、コリメートレンズ５６３によって平行光に変換されてもよい。平行光化されたレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、ビームスプリッタ５６４で反射して、ＫＢＢＦ結晶部５７０に入射してもよい。ビームスプリッタ５６４は、ＬＢＯ結晶部５６０から出射したレーザ光のうち、基本波光（レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒ）と第２高調波光（レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒ）とを分離してもよい。分離されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、モニタされてもよいし、ダンパなどで吸収されてもよい。
【００８５】
図２５に示されるように、波長変換器５５０のＫＢＢＦ結晶部５７０は、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃと、ＫＢＢＦ結晶組立体５７２と、コリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃと、ビームスプリッタ５７４とを含んでもよい。ＫＢＢＦ結晶組立体５７２は、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂと、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂをサンドウィッチする２つのプリズム５７２ａおよび５７２ｃを含んでもよい。ＫＢＢＦ結晶５７２ｂと２つのプリズム５７２ａおよび５７２ｃとは、オプティカルコンタクトを形成してもよい。
【００８６】
ＬＢＯ結晶部５６０から出射したレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃによって、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂの異なる位置に集光されてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生を低減し得る。
【００８７】
ＫＢＢＦ結晶組立体５７２から出射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、コリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃによってそれぞれ平行光に変換されてもよい。平行光化されたレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、ビームスプリッタ５７４で反射されてもよい。ビームスプリッタ５７４は、ＫＢＢＦ結晶組立体５７２から出射したレーザ光のうち、基本波光（レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒ）と第４高調波光（レーザ光Ｌ１〜Ｌ３）とを分離してもよい。分離されたレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、モニタされてもよいし、ダンパなどで吸収されてもよい。
【００８８】
ここで、図２６〜図２８に、波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルを示す。図２６は、ＬＢＯ結晶部５６０に入射するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒのスペクトルを示す。図２７は、ＬＢＯ結晶部５６０から出射してＫＢＢＦ結晶部５７０に入射するレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒのスペクトルを示す。図２８は、ＫＢＢＦ結晶部５７０から出射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３のスペクトルを示す。
【００８９】
図２６に示されるレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒをＬＢＯ結晶５６２の異なる位置に集光することで、図２７に示されるように、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生が低減され得る。また、図２７に示されるレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒをＫＢＢＦ結晶５７２ｂの異なる位置に集光することで、図２８に示されるように、レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生が低減され得る。このように、差周波光や和周波光などの発生を低減することで、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の中心波長およびピーク強度の制御が容易となり得る。
【００９０】
その他の構成および動作は、図１９に示されるマスタオシレータシステム５００と同様であってもよい。
【００９１】
５．２．３ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例３
図２５に示されるＫＢＢＦ結晶５７２ｂのレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒに対する配置は、図２９および図３０に示されるようにも変更可能である。図３０は、図２９に示される構成を、レーザ光Ｌ２ｒｒの光路を軸として９０°回転した際の側視図である。
【００９２】
図２９および図３０に示されるように、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂのレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒに対する配置は、図２５に示される配置に対し、たとえばレーザ光Ｌ２ｒｒの光路を軸として９０°回転された配置であってもよい。この場合、光路に沿ったレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒの焦点位置を変化させる必要がないため、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃおよびコリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃをそれぞれ１つの集光レンズ５７１およびコリメートレンズ５７３に置き換えることができる。
【００９３】
その他の構成および動作は、図２３に示されるマスタオシレータシステム６００と同様であってもよい。
【００９４】
５．２．４ 複数のレーザ光が時間的に分離したシステム構成例４
図１９〜図３０では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が時間的に重複し得る場合を例示した。ただし、これらに限られるものではない。図３１は、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３を時間的に分離させる場合のタイミングチャートを示す。
【００９５】
図３１（ａ−１）〜（ａ−３）は、それぞれ半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃに与えられるトリガ信号Ｔ１〜Ｔ３を示す。トリガ信号Ｔ１〜Ｔ３は、それぞれレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を時間的に分離するのに十分な時間Ｔずつずれていてもよい。その結果、図３１（ｂ）に示されるように、光路調節器５３０からは、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒがそれぞれ時間差Ｇを挟んで出力されてもよい。時間差Ｇは、図３１（ｃ）および（ｄ）に示されるように、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒが増幅器５４０およびＬＢＯ結晶部５６０を通過する際にも存在し得る。その結果、図３１（ｅ）に示されるように、ＫＢＢＦ結晶部５７０からは、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が時間差Ｇを挟んで出力されてもよい。
【００９６】
その他の構成および動作は、図１９〜図３０を用いて説明した構成および動作のいずれかと同様であってもよい。なお、上述したレーザ光の空間的な分離と時間的な分離とは、組み合わされてもよい。
【００９７】
５．２．５ 複数のレーザ光の一部が空間的に重複するシステム構成例５
図２３〜図３０では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が空間的に分離された場合を例示した。ただし、これに限られるものではない。たとえば、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が空間的に重複していてもよい。
【００９８】
図３２〜図３４に、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部を重複させた場合の波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルを示す。図３２は、ＬＢＯ結晶部５６０に入射するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒのスペクトルを示す。図３３は、ＬＢＯ結晶部５６０から出射してＫＢＢＦ結晶部５７０に入射するレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒおよびＬ２ｉのスペクトルを示す。図３４は、ＫＢＢＦ結晶部５７０から出射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３およびＬ４ｉのスペクトルを示す。
【００９９】
図３２に示されるレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒをそれらの一部が重複するようにＬＢＯ結晶５６２に集光することで、図３３に示されるように、第２高調波光であるレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒの他、差周波光や和周波光であるレーザ光Ｌ２ｉが出力され得る。そのレーザ光Ｌ２ｉのピーク強度は、他のレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒと比較して小さくてもよい。また、図３３に示されるレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒおよびＬ２ｉをそれらの一部が重複するようにＫＢＢＦ結晶５７２ｂに集光することで、図３４に示されるように、第４高調波光であるＬ１〜Ｌ３の他、差周波光や和周波光であるレーザ光Ｌ４ｉが出力され得る。そのレーザ光Ｌ４ｉのピーク強度は、他のレーザ光Ｌ１〜Ｌ３と比較して小さくてもよい。このように、最終的にマスタオシレータシステム２０が出力するレーザ光には、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の他、差周波光や和周波光であるレーザ光Ｌ４ｉを含んでもよい。
【０１００】
また、図３５に、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が空間的に重複する場合のＫＢＢＦ結晶部５７０の概略構成例を示す。図３２に示されるように、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が空間的に重複する場合、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が光路に沿ったレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒの焦点位置でオーバラップしてもよい。その場合、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃおよびコリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃをそれぞれ１つの集光レンズ５７１およびコリメートレンズ５７３に置き換えることができる。
【０１０１】
その他の構成および動作は、図１９〜図３０を用いて説明した構成および動作のいずれかと同様であってもよい。
【０１０２】
５．２．６ 複数のレーザ光の一部が時間的に重複するシステム構成例６
また、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、それらの一部が時間的に重複してもよい。その場合、図３６（ａ−１）〜（ａ−３）に示されるように、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃに与えるトリガ信号Ｔ１〜Ｔ３の時間的ずれを、必要十分に小さい時間Ｔｓとしてもよい。それにより、図３６（ｂ）に示されるように、光路調節器５３０からは、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒが、それらの一部が時間的に重複しつつ出力され得る。その結果、ＫＢＢＦ結晶部５７０からは、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が、それらの一部が時間的に重複しつつ出力され得る。
【０１０３】
その他の構成および動作は、図１９〜図３０を用いて説明した構成および動作のいずれかと同様であってもよい。なお、波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルは、図３２〜図３４に示したスペクトルと同様であってもよい。
【０１０４】
５．３ 減衰部を備えたレーザ装置。
マスタオシレータシステム２０が出力するレーザ光Ｌ１のピーク強度は、減衰部を用いて調節されてもよい。図３７および図３８は、減衰部４３０およびマスタオシレータシステム２０の概略構成を示す。図３８は、図３７に示される構成を、レーザ光Ｌ２ｒの光路を軸として９０°回転した際の側視図である。なお、マスタオシレータシステム２０の代わりに、上述において例示した他のマスタオシレータシステム１２０または２２０が用いられてもよい。また、減衰部４３０は、マスタオシレータシステム２０の一部であってもよい。
【０１０５】
図３７および図３８に示されるように、減衰部４３０は、コントローラ４３１と、減衰板４３２〜４３４と、移動ステージ４３２ａ〜４３４ａとを含んでもよい。
【０１０６】
図３９は、減衰板４３２および移動ステージ４３２ａの一例を示す。図４０は、減衰板４３２の一例を示す。移動ステージ４３２ａは、水平方向へ出し入れ可能なアーム部４３２ｂを備えてもよい。減衰板４３２は、アーム部４３２ｂの先端に取り付けられてもよい。減衰板４３２は、平板状の透明基板であってもよい。減衰板４３２におけるレーザ光Ｌ１が通過する少なくとも１つの面には、アーム部４３２ｂの移動方向に沿って透過率が変化する半透過膜が形成されていてもよい。それにより、減衰板４３２の透過率は、アーム部４３２ｂの移動方向に沿って変化してもよい。減衰板４３３および移動ステージ４３３ａと、減衰板４３４および移動ステージ４３４ａとは、減衰板４３２および移動ステージ４３２ａと同様であってもよい。
【０１０７】
コントローラ４３１は、コントローラ１０からレーザ光Ｌ１のピーク強度についての指示を受信すると、移動ステージ４３２ａ〜４３４ａを駆動して、減衰板４３２〜４３４をレーザ光Ｌ１の光路に挿入してもよい。これにより、減衰板４３２〜４３４を透過する位置に応じてレーザ光Ｌ１のピーク強度が調整され得る。その他の構成および動作は、上述と同様であってもよい。
【０１０８】
６．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。
【０１０９】
６．１ エキシマガスをゲイン媒質とするパワー増幅器
図４１は、パワー増幅器として構成された増幅装置５０の概略構成を模式的に示す。図４１に示されるように、増幅装置５０は、チャンバ５３を備えてもよい。増幅装置５０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。
【０１１０】
６．２ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
つづいて、パワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を以下に例を挙げて説明する。
【０１１１】
６．２．１ ファブリペロ共振器を含む構成例１
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４２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４２に示されるように、増幅装置５０Ａは、図４１に示される増幅装置５０と同様の構成に加え、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。
【０１１２】
６．２．２ リング共振器を含む構成例２
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４３および図４４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。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。さらに、図１に示される高反射ミラー４２の代わりに、ビームスプリッタ４３が用いられてもよい。
【０１１３】
図４３および図４４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。
【０１１４】
７．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。
【０１１５】
７．１ 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４５は、スペクトル検出器６３の概略構成を模式的に示す。図４５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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
７．２ 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４６は、スペクトル検出器６３Ａの概略構成を模式的に示す。図４６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。
【０１１９】
集光レンズ６２を通過したレーザ光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６３２ａの焦点面より多少手前側に位置していてもよい。集光レンズ６３２ａ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、各結像位置（チャネル）の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。
【０１２０】
８．光路調節器
また、上述における光路調節器５３０を、以下に例を挙げて説明する。
【０１２１】
８．１ 光路を一致させる場合
まず、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を実施的に一致させる場合の光路調節器５３０の例を、以下に説明する。
【０１２２】
８．１．１ ハーフミラーを含む光路調節器
図４７は、ハーフミラーを用いた光路調節器５３０の概略構成を模式的に示す。図４７に示す構成において、半導体レーザ５２０ｂから出力されたレーザ光Ｌ２ｒは、ハーフミラー５３３および５３２を透過してもよい。半導体レーザ５２０ａから出力されたレーザ光Ｌ１ｒは、高反射ミラー５３１で反射し、ハーフミラー５３２で反射してもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ２ｒの光路が実質的に一致し得る。半導体レーザ５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ３ｒは、高反射ミラー５３４で反射し、ハーフミラー５３３で反射し、ハーフミラー５３２を透過してもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路が実質的に一致し得る。
【０１２３】
８．１．２ グレーティングを含む光路調節器
つぎに、グレーティング５３５を用いた光路調節器５３０Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図４８は、グレーティング５３５を用いた光路調節器５３０Ａの一例を示す。図４８に示されるように、レーザ光Ｌ２ｒは、グレーティング５３５に対してたとえば垂直方向から入射してもよい。レーザ光Ｌ１ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度＋αの傾きを持ってグレーティング５３５に入射してもよい。また、レーザ光Ｌ３ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度−αの傾きを持ってグレーティング５３５に入射してもよい。角度±αは、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒのたとえば＋１次及び−１次の回折光の光路がレーザ光Ｌ２ｒの０次回折光（透過光）の光路と実質的に一致する角度に設定されるとよい。これにより、グレーティング５３５を用いてレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を実質的に一致させ得る。なお、図４８では、透過型のグレーティング５３５を用いたが、反射型のグレーティングが用いられてもよい。
【０１２４】
８．２． 光路をずらす場合
つぎに、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を微小にずらしつつ略一致させる場合の光路調節器６３０の例を、以下に説明する。
【０１２５】
８．２．１ ハーフミラーを含む光路調節器
図４９は、ハーフミラーを用いた光路調節器６３０の概略構成を模式的に示す。図４９に示す構成において、半導体レーザ５２０ｂから出力されたレーザ光Ｌ２ｒは、ハーフミラー６３３および６３２を透過してもよい。半導体レーザ５２０ａから出力されたレーザ光Ｌ１ｒは、高反射ミラー６３１で反射し、ハーフミラー６３２で反射してもよい。ハーフミラー６３２は、高反射ミラー６３１に対して微小に傾いていてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ２ｒの光路を微小にずらしつつ略一致させることができる。半導体レーザ５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ３ｒは、高反射ミラー６３４で反射し、ハーフミラー６３３で反射し、ハーフミラー６３２を透過してもよい。ハーフミラー６３３は、高反射ミラー６３４に対して微小に傾いていてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を微小にずらしつつ略一致させることができる。
【０１２６】
８．２．２ グレーティングを含む光路調節器
つぎに、グレーティング６３５を用いた光路調節器６３０Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図５０は、グレーティング６３５を用いた光路調節器６３０Ａの一例を示す。図５０に示されるように、レーザ光Ｌ２ｒは、グレーティング６３５に対してたとえば垂直方向から入射してもよい。レーザ光Ｌ１ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度＋αの傾きを持ってグレーティング６３５に入射してもよい。また、レーザ光Ｌ３ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度−αの傾きを持ってグレーティング６３５に入射してもよい。角度±αは、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒの回折光の光路がレーザ光Ｌ２ｒの０次回折光（透過光）の光路に対して微小に回折光の光路の角度がずれるように設定されるとよい。これにより、グレーティング６３５を用いてレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路の角度を互いに微小にずれさせることができる。なお、図５０では、透過型のグレーティング６３５を用いたが、反射型のグレーティングが用いられてもよい。
【０１２７】
９． チタンサファイア増幅器
つぎに、マスタオシレータシステム５００または６００における増幅器５４０について説明する。ここでは、チタンサファイア結晶をゲイン媒質として用いた増幅器５４０を例に挙げて説明する。
【０１２８】
９．１ 再生増幅器
増幅器５４０としては、再生増幅器８００が用いられてもよい。図５１は、再生増幅器８００の概略構成を模式的に示す。図５１に示されるように、再生増幅器８００は、高反射ミラー８０１および８０６と、ポッケルスセル８０２と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８０３と、偏光ビームスプリッタ８０４と、ポッケルスセル８０５と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１２９】
高反射ミラー８０１および８０６は、光共振器を形成してもよい。ポッケルスセル８０２、チタンサファイア結晶８０３、偏光ビームスプリッタ８０４およびポッケルスセル８０５は、高反射ミラー８０１および８０６が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。ポッケルスセル８０２および８０５は、例えば電圧が印加されている期間、λ／４板として機能してもよい。ポンピングレーザ８０９は、チタンサファイア結晶８０３へ励起光８０９ａを供給してもよい。
【０１３０】
９．２ マルチパス増幅器
また、増幅器５４０は、マルチパス型のパワー増幅器であってもよい。図５２は、マルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器８１０の概略構成を模式的に示す。図５２に示されるように、増幅器８１０は、複数の高反射ミラー８１１〜８１７と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８１８と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１３１】
複数の高反射ミラー８１１〜８１７は、例えば、マスタオシレータシステム２０から入力したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒがチタンサファイア結晶８１８を複数回（本例では４回）通過するマルチパスを形成してもよい。チタンサファイア結晶８１８には、ポンピングレーザ８０９からの励起光８０９ａが、高反射ミラー８１７を介して入射してもよい。すなわち、高反射ミラー８１７は、励起光８０９ａを透過し、チタンサファイア結晶８１８からのレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを反射してもよい。その場合、チタンサファイア結晶８１８を複数回通過する際に、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒがマルチパス増幅され得る。
【０１３２】
９．３ パワーオシレータ
９．３．１ ファブリペロ型パワーオシレータ
また、増幅器５４０は、ファブリペロ型のパワーオシレータであってもよい。図５３は、ファブリペロ型パワーオシレータの増幅器８２０の概略構成を模式的に示す。図５３に示されるように、増幅器８２０は、部分反射ミラー８２２と、出力カプラ８２４と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８２３と、高反射ミラー８２１と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１３３】
部分反射ミラー８２２および出力カプラ８２４は、光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶８２３は、部分反射ミラー８２２および出力カプラ８２４が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー８２１は、マスタオシレータシステム２０から入射したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒおよびポンピングレーザ８０９から入射した励起光８０９ａを光共振器内に導いてもよい。
【０１３４】
９．３．２ リング型パワーオシレータ
また、増幅器５４０は、リング型のパワーオシレータであってもよい。図５４は、リング型のパワーオシレータとして構成された増幅器８３０の概略構成を模式的に示す。図５４に示されるように、増幅器８３０は、入出力カプラ８３１と、高反射ミラー８３２〜８３４と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８３５と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１３５】
入出力カプラ８３１および高反射ミラー８３２〜８３４は、リング状の光路Ｐを備えた光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶８３５は、入出力カプラ８３１および高反射ミラー８３２〜８３４が形成する光共振器内の光路Ｐ上に配置されてもよい。
【０１３６】
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。
【０１３７】
また、上記の説明では、各レーザ光のスペクトル波形におけるピーク強度を制御した。ただし、本開示はこれに限定されるものではない。たとえば、本開示は、スペクトル波形の面積値や積分値などで表される各レーザ光のエネルギーを制御する構成を備えてもよい。その構成には、各レーザ光のスペクトル線幅を制御する構成が含まれていてもよい。また、たとえばエネルギー変化に対してスペクトル線幅が変化しない場合では、上述したように、エネルギーの代わりにピーク強度を制御する構成であってもよい。
【０１３８】
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。
【０１３９】
上述の実施形態においては、増幅器５４０が１つである例を示したが、増幅器５４０を複数使用してもよい。また、波長変換器５５０は、本開示の構成に限定されるものではなく、波長変換器５５０に入射される光を増幅装置５０の増幅波長帯域の波長、例えば略１９３ｎｍの波長の光に変換するものであればよい。例えば、波長変換器５５０に含まれる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶の代わりにＣＬＢＯ結晶を使用してもよい。
【符号の説明】
【０１４０】
１００ レーザ装置
１０ コントローラ
２０、１２０、２２０ マスタオシレータシステム
２１ 出力結合ミラー
２２ レーザチャンバ
２３、２５ ウィンドウ
２４、２６ ウィンドウホルダ
２７、２７ａ、２７ｂ 放電電極
３０、１３０、２３０ 多波長発振制御機構
３１ コントローラ
３２ 架台
３３ グレーティング
３４ 回転ステージ
３５、３６、３７ プリズム
３８、３９ ウェッジプリズム
３８ａ、３９ａ、１３８ａ、１３９ａ 移動ステージ
３８ｂ、３９ｂ アーム部
３８ｃ、３９ｃ 回転ステージ
２３８、２３９ シリンドリカルハーフレンズ
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
４３０ 減衰部
４３１ コントローラ
４３２〜４３４ 減衰板
４３２ａ〜４３４ａ 移動ステージ
４３２ｂ アーム部
５００ マスタオシレータシステム
５１０ コントローラ
５２０ シード光源
５２０ａ〜５２０ｃ 半導体レーザ
５３０、６３０ 光路調節器
５４０ 増幅器
５５０ 波長変換器
５６０ ＬＢＯ結晶部
５６１ 集光レンズ
５６２ ＬＢＯ結晶
５６３ コリメートレンズ
５６４ ビームスプリッタ
５７０ ＫＢＢＦ結晶部
５７１、５７１ａ〜５７１ｃ 集光レンズ
５７２ ＫＢＢＦ結晶組立体
５７２ａ、５７２ｃ プリズム
５７２ｂ ＫＢＢＦ結晶
５７３、５７３ａ〜５７３ｃ コリメートレンズ
５７４ ビームスプリッタ
Ｌ１〜Ｌ３、Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒ、Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒ、Ｌ２ｈ、Ｌ２ｉ、Ｌ４ｈ、Ｌ４ｉ レーザ光
Ｓ０．３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１〜Ｓ３３、Ｓ１．２５ 波形
Ｓ８０、Ｓ９０、Ｓ９５、Ｓ１００ スペクトル形状
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体露光装置（以下、「露光装置」という）においては、半導体集積回路の微細化および高集積化につれて、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。一般的に、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る。たとえば、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置、ならびに波長１９３ｎｍの紫外線のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられる。
【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との間が液体で満たされる液浸露光が実用化されている。この液浸露光では、露光用レンズとウエハとの間の屈折率が変化するため、露光用光源の見かけの波長が短波長化する。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として液侵露光が行われた場合、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。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および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、ＫｒＦ及びＡｒＦレーザ光のような紫外線を透過する材料で投影レンズを構成すると、色収差が発生してしまう場合がある。その結果、解像力が低下し得る。そこで、ガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を、色収差が無視できる程度となるまで狭帯域化する必要がある。そのため、ガスレーザ装置のレーザ共振器内には、スペクトル線幅を狭帯域化するために、狭帯域化素子（エタロン、グレーティング等）を有する狭帯域化モジュール（Ｌｉｎｅ Ｎａｒｒｏｗ Ｍｏｄｕｌｅ）が設けられる場合がある。以下では、スペクトル線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
【概要】
【０００６】
本開示の一態様によるレーザ装置は、少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、各波長ピークのエネルギーを制御可能な多波長発振制御機構と、前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記多波長発振制御機構を制御する制御部と、を備えてもよい。
【０００７】
本開示の他の態様によるレーザ装置は、波長が異なる少なくとも３つのレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記マスタオシレータを制御する制御部と、を備え、前記マスタオシレータは、それぞれ異なる波長で発振可能な少なくとも３つの半導体レーザと、前記少なくとも３つの半導体レーザから出力された前記少なくとも３つのレーザ光の光路を実質的に一致させる光路調整部と、前記少なくとも３つの半導体レーザを制御する発振制御部と、を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
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一例を概略的に示す。
【図２】図２は、スペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである波形を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図３】図３は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである２つの波形を含むダブルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図４】図４は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである３つの波形をトリプルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図５】図５は、スペクトル線幅Ｅ９５が１．２５ｐｍである比較的ブロードな波形を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【図６】図６は、図２〜図５に示されたスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（ＥＬ）との関係を示す。
【図７】図７は、トリプルピークのスペクトル形状のいくつかの例を示す。
【図８】図８は、図７に示すスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（ＥＬ）との関係を示す。
【図９】図９は、実施の形態によるレーザ装置が実行するレーザ出力制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図９に示される多波長発振調整サブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、図９に示されるワンパルス制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、実施の形態によるエキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステムの概略構成例を示す。
【図１３】図１３は、実施の形態によるウェッジプリズムおよび移動ステージの一例を示す。
【図１４】図１４は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステムの他の概略構成例を示す。
【図１５】図１５は、図１４に示すマスタオシレータシステムを架台の搭載面と垂直な方向から見た際の上視図を示す。
【図１６】図１６は、実施の形態によるウェッジプリズムおよび移動ステージの他の一例を示す。
【図１７】図１７は、実施の形態によるエキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステムの他の概略構成例を示す。
【図１８】図１８は、実施の形態によるシリンドリカルハーフレンズおよび移動ステージの一例を示す。
【図１９】図１９は、実施の形態による半導体レーザを用いたマスタオシレータシステムの概略構成例を示す。
【図２０】図２０は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部に入射するレーザ光のスペクトルを示す。
【図２１】図２１は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部から出射してＫＢＢＦ結晶部に入射するレーザ光のスペクトルを示す。
【図２２】図２２は、実施の形態によるＫＢＢＦ結晶部から出射したレーザ光のスペクトルを示す。
【図２３】図２３は、実施の形態による半導体レーザを用いたマスタオシレータシステムの他の概略構成例を示す。
【図２４】図２４は、図２３に示されるＬＢＯ結晶部の概略構成例を示す。
【図２５】図２５は、図２３に示されるＫＢＢＦ結晶部の概略構成例を示す。
【図２６】図２６は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図２７】図２７は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部から出射してＫＢＢＦ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図２８】図２８は、実施の形態によるＫＢＢＦ結晶部から出射したレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図２９】図２９は、図２３に示されるＫＢＢＦ結晶部の他の概略構成例を示す。
【図３０】図３０は、図２９に示される構成をレーザ光の光路を軸として９０°回転した際の側視図である。
【図３１】図３１は、実施の形態によるレーザ光を時間的に分離させる場合のタイミングチャートを示す。
【図３２】図３２は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図３３】図３３は、実施の形態によるＬＢＯ結晶部から出射してＫＢＢＦ結晶部に入射するレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図３４】図３４は、実施の形態によるＫＢＢＦ結晶部から出射したレーザ光の他のスペクトルを示す。
【図３５】図３５は、実施の形態によるレーザ光の一部が空間的に重複する場合のＫＢＢＦ結晶部の概略構成例を示す。
【図３６】図３６は、実施の形態によるレーザ光の一部を時間的に重複させる場合のタイミングチャートを示す。
【図３７】図３７は、実施の形態による減衰部およびマスタオシレータシステムの概略構成を示す。
【図３８】図３８は、図３７に示される構成をレーザ光の光路を軸として９０°回転した際の側視図である。
【図３９】図３９は、実施の形態による減衰板および移動ステージの一例を示す。
【図４０】図４０は、実施の形態による減衰板一例を示す。
【図４１】図４１は、実施の形態によるパワー増幅器として構成された増幅装置の概略構成を模式的に示す。
【図４２】図４２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４３】図４３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４４】図４４は、図４３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４５】図４５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４６】図４６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４７】図４７は、実施の形態によるハーフミラーを用いた光路調節器の概略構成を模式的に示す。
【図４８】図４８は、実施の形態によるグレーティングを用いた光路調節器の一例を示す。
【図４９】図４９は、実施の形態によるハーフミラーを用いた光路調節器の他の概略構成を模式的に示す。
【図５０】図５０は、実施の形態によるグレーティングを用いた光路調節器の他の一例を示す。
【図５１】図５１は、実施の形態による再生増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図５２】図５２は、実施の形態によるマルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図５３】図５３は、実施の形態によるファブリペロ型パワーオシレータの増幅器の概略構成を模式的に示す。
【図５４】図５４は、実施の形態によるリング型のパワーオシレータとして構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。
【実施の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．多波長発振レーザ装置
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ スペクトル形状とＤＯＦの関係
３．４ ３波長発振スペクトル形状とＤＯＦの関係
３．５ 作用
４．動作フローチャート
４．１ レーザ出力制御動作
４．２ 多波長発振調整サブルーチン
４．３ ワンパルス制御サブルーチン
５．マスタオシレータシステム
５．１ エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム
５．１．１ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例１
５．１．２ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例２
５．１．３ シリンドリカルレンズを用いたシステム構成例３
５．２ 固体レーザ装置を用いたマスタオシレータシステム
５．２．１ 複数のレーザ光が空間的および時間的に重複するシステム構成例１
５．２．２ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例２
５．２．３ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例３
５．２．４ 複数のレーザ光が時間的に分離したシステム構成例４
５．２．５ 複数のレーザ光の一部が空間的に重複するシステム構成例５
５．２．６ 複数のレーザ光の一部が時間的に重複するシステム構成例６
５．３ 減衰部を備えたレーザ装置
６．増幅装置
６．１ エキシマガスをゲイン媒質とするパワー増幅器
６．２ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
６．２．１ ファブリペロ共振器を含む構成例１
６．２．２ リング共振器を含む構成例２
７．スペクトル検出器
７．１ モニタエタロン分光器
７．２ グレーティング型分光器
８．光路調節器
８．１ 光路を一致させる場合
８．１．１ ハーフミラーを含む光路調節器
８．１．２ グレーティングを含む光路調節器
８．２ 光路をずらす場合
８．２．１ ハーフミラーを含む光路調節器
８．２．２ グレーティングを含む光路調節器
９． チタンサファイヤ増幅器
９．１ 再生増幅器
９．２ マルチパス増幅器
９．３ パワーオシレータ
９．３．１ ファブリペロ型パワーオシレータ
９．３．２ リング型パワーオシレータ
【００１１】
１．概要
以下で例示する実施の形態では、レーザ光のスペクトルが少なくとも３つのピークを含ように、波長および／もしくは光強度高精度に制御し得る。
【００１２】
２．用語の説明
ＫＢＢＦ結晶とは、化学式ＫＢｅ２ＢＯ３Ｆ２で表される非線形光学結晶である。ＬＢＯ結晶とは、化学式ＬｉＢ３Ｏ５で表される非線形光学結晶である。バースト発振とは、所定の期間に、所定の繰返し周波数で、パルス状のレーザ光を出力することである。光路とは、レーザ光が伝搬する経路のことである。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。
【００１３】
３．多波長発振レーザ装置
本開示の一実施の形態によるレーザ装置の一例を、以下に図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
３．１ 構成
図１は、本開示の一実施の形態によるレーザ装置の一例を概略的に示す。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。
【００１５】
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および、マスタオシレータシステム２０内の多波長発振制御機構３０に接続されてもよい。また、コントローラ１０は、スペクトル検出部６０、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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のスペクトルデータをコントローラ１０へ出力してもよい。
【００１８】
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、コントローラ１０からの制御の下で動作し、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。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。
【００１９】
３．２ 動作
つづいて、図１に示されるレーザ装置１００の概略動作を説明する。コントローラ１０は、たとえば露光装置８０のコントローラ８１からの露光命令に応じて、レーザ出力制御動作を開始してもよい。この露光命令は、たとえばコンタクトホール露光などの特定の露光を要求する命令であってもよい。レーザ出力制御動作を開始すると、コントローラ１０は、まず、シャッタ機構７０を制御して、レーザ光Ｌ１の光路を遮断してもよい。つぎに、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０を制御してもよい。マスタオシレータシステム２０は、この制御に応じて、少なくとも３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力してもよい。
【００２０】
また、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０の多波長発振に同期するように、増幅装置５０を制御してもよい。増幅装置５０は、コントローラ１０からの制御に従って、レーザ光Ｌ１と同期するように、内部のゲイン媒質を励起してもよい。増幅装置５０に入射したレーザ光Ｌ１は、励起したゲイン媒質を通過する際に増幅されてもよい。
【００２１】
増幅装置５０から出射した増幅後のレーザ光Ｌ１は、スペクトル検出部６０に入射してもよい。スペクトル検出部６０に入射したレーザ光Ｌ１は、まず、ビームスプリッタ６１によって分岐されてもよい。分岐されたレーザ光Ｌ１は、集光レンズ６２によって、スペクトル検出器６３の入力部に集光してもよい。
【００２２】
スペクトル検出器６３は、受光面に集光したレーザ光Ｌ１のスペクトルを検出してもよい。スペクトル検出器６３は、検出したスペクトルデータをコントローラ１０へ出力してもよい。コントローラ１０は、入力されたスペクトルデータに基づいて、マスタオシレータシステム２０の多波長発振制御機構３０を制御してもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の光強度および中心波長のうち少なくとも１つが制御されてもよい。
【００２３】
３．３ スペクトル形状とＤＯＦの関係
ここで、露光装置８０での露光に用いられるレーザ光のスペクトル形状と焦点深度（ＤＯＦ）との関係を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図２は、スペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである波形Ｓ０．３を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。図３は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである２つの波形Ｓ２１およびＳ２２を含むダブルピークのスペクトル形状の一例を示す。図４は、それぞれのスペクトル線幅Ｅ９５が０．３ｐｍである３つの波形Ｓ３１〜Ｓ３３をトリプルピークのスペクトル形状の一例を示す。図５は、スペクトル線幅Ｅ９５が１．２５ｐｍである比較的ブロードな波形Ｓ１．２５を１つ含むシングルピークのスペクトル形状の一例を示す。
【００２５】
図６は、図２〜図５に示されたスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｌａｔｉｔｕｄｅ：ＥＬ）との関係を示す。図６において、Ｃ０．３は、図２に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ２は、図３に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ３は、図４に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ１．２５は、図５に示されるスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。
【００２６】
ここで、図３では、２つの波形Ｓ２１およびＳ２２のピーク強度は略等しい。また、２つの波形Ｓ２１およびＳ２２のピーク間の波長差は、０．９ｐｍである。図４では、３つの波形Ｓ３１〜Ｓ３３のピーク間の波長差は、それぞれ０．９ｐｍである。また、３つの波形Ｓ３１〜Ｓ３３のうち、両サイドに位置する波形Ｓ３１およびＳ３３のピーク強度は略等しい。ただし、これらの間に位置する波形Ｓ３２のピーク強度は、両サイドの波形Ｓ３１およびＳ３３のピーク強度に対して強度比０．９５である。なお、図２〜図５に示されたスペクトル波形それぞれの中心波長は、実質的に１９３．３５０ｎｍである。
【００２７】
図６に示されるように、Ｃ０．３、Ｃ２、Ｃ３およびＣ１．２５のなかでは、Ｃ３が最も深い露光深度ＤＯＦに到達している。これは、図４に示されるトリプルピークのスペクトル形状を持つレーザ光を用いた場合が最も深い露光深度ＤＯＦを得られ得ることを示している。このことから、少なくとも３つのピークを含むスペクトル形状を持つレーザ光を用いることで、より深い露光深度ＤＯＦを得られることが推測され得る。
【００２８】
３．４ ３波長発振スペクトル形状とＤＯＦの関係
つぎに、３波長発振で得られるトリプルピークのスペクトル形状における中央に位置する波形のピーク強度を変更した場合のスペクトル波形とＤＯＦとの関係を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図７は、トリプルピークのスペクトル形状のいくつかの例を示す。図７において、Ｓ８０は、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．８であるスペクトル形状を示す。Ｓ９０は、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．９であるスペクトル形状を示す。Ｓ９５は、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．９５であるスペクトル形状を示す。Ｓ１００は、両サイドの波形のピーク強度と中央の波形のピーク強度が等しい（強度比１．００）スペクトル形状を示す。なお、図７では、両サイドの波形のピーク強度は略等しい。また、各スペクトル形状Ｓ８０、Ｓ９０、Ｓ９５およびＳ１００における３つの波形のピーク間の波長差は、それぞれ０．９ｐｍである。
【００３０】
図８は、図７に示すスペクトル形状ごとの露光深度（ＤＯＦ）と露光余裕度（ＥＬ）との関係を示す。図８において、Ｃ８０は、スペクトル形状Ｓ８０を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ９０は、スペクトル形状Ｓ９０を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ９５は、スペクトル形状Ｓ９５を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。Ｃ１００は、スペクトル形状Ｓ１００を持つレーザ光を用いた場合のＤＯＦとＥＬとの関係を示す。
【００３１】
図８に示されるように、Ｃ８０、Ｃ９０、Ｃ９５およびＣ１００のなかでは、Ｃ９５が最も安定した関係曲線を示している。特に露光余裕度（ＥＬ）が５％程度の範囲では、Ｃ９５が最も深い露光深度ＤＯＦに到達している。これは、両サイドの波形のピーク強度に対する中央の波形のピーク強度が強度比０．９５である場合が最も深い露光深度ＤＯＦを安定して得られ得ることを示している。このことから、両サイドの波形の間に位置する波形のピーク強度は、両サイドの波形のピーク強度よりも若干弱い方が好ましいことが分かる。また、トリプルピークのスペクトル波形では、その強度比が０．９５程度であることが好ましいことが分かる。
【００３２】
３．５ 作用
以上のように、少なくとも３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光を用いることで、より深い露光深度ＤＯＦを得られ得る。その際、両サイドの波形の間に位置する波形のピーク強度を両サイドの波形のピーク強度よりも若干弱くすることで、より深い露光深度ＤＯＦを安定して得られ得る。たとえばトリプルピークのスペクトル波形では、その強度比が０．９５程度であることが好ましい。
【００３３】
４．動作フローチャート
つぎに、図１に示されるレーザ装置１００の動作を、図面を用いて詳細に説明する。図９は、レーザ装置１００が実行するレーザ出力制御動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、図９のステップＳ１０５に示される多波長発振調整サブルーチンの一例を示すフローチャートである。図１１は、図９のステップＳ１０８に示されるワンパルス制御サブルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、本説明では、レーザ装置１００の動作をコントローラ１０の動作を用いて説明する。
【００３４】
４．１ レーザ出力制御動作
図９に示されるように、コントローラ１０は、まず、露光装置８０が備えるコントローラ８１などの外部装置から露光命令を受信するまで待機してもよい（ステップＳ１０１；ＮＯ）。露光命令を受信すると（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、シャッタ機構７０を制御して、レーザ光Ｌ１の光路を遮断してもよい（ステップＳ１０２）。つぎに、コントローラ１０は、レーザ光Ｌ１に要求される目標波長λ１ｔ〜λ３ｔと、目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとを取得してもよい（ステップＳ１０３）。これらの目標波長λ１ｔ〜λ３ｔと目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとは、予め不図示のメモリ等に保存されていてもよいし、ステップＳ１０１において外部装置から受信した露光命令に含まれていてもよい。
【００３５】
つぎに、コントローラ１０は、マスタオシレータシステム２０およびその多波長発振制御機構３０へ制御信号を送信することで、マスタオシレータシステム２０による多波長発振を準備してもよい（ステップＳ１０４）。これにより、マスタオシレータシステム２０は、所定波長のレーザ光を所定の励起エネルギーで多波長発振可能な状態となってもよい。所定波長および所定の励起エネルギーは、初期値として設定されていてもよい。
【００３６】
つぎに、コントローラ１０は、多波長発振によって出力されるレーザ光Ｌ１の中心波長およびピーク強度を目標波長および目標強度に調整する多波長発振調整サブルーチンを実行してもよい（ステップＳ１０５）。レーザ光Ｌ１に対する中心波長およびピーク強度の調整が完了すると、つぎにコントローラ１０は、露光準備が完了したことを要求元であるコントローラ８１に通知してもよい（ステップＳ１０６）。
【００３７】
つぎに、コントローラ１０は、シャッタ機構７０を制御して、レーザ光Ｌ１の光路を開放してもよい（ステップＳ１０７）。つぎに、コントローラ１０は、レーザ光Ｌ１を１つずつ出力するワンパルス制御サブルーチンを実行してもよい（ステップＳ１０８）。なお、ワンパルス制御サブルーチンでは、露光の継続の可否が判定されてもよい。
【００３８】
つぎに、コントローラ１０は、露光を継続するか否かを判定してもよい（ステップＳ１０９）。この判定は、ワンパルス制御サブルーチンで実行された露光継続の可否判定結果に基づいて行われてもよい。露光の継続が不可の場合（ステップＳ１０９；ＮＯ）、コントローラ１０は、露光を中断することを要求元であるコントローラ８１へ通知してもよい（ステップＳ１１０）。その後、コントローラ１０は、ステップＳ１０２へリターンし、以降の動作をくり返してもよい。一方、露光の継続が可の場合（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）、つぎにコントローラ１０は、たとえば露光装置８０のコントローラ８１などの外部装置から、露光の中止を要求する露光中止命令を受信したか否かを判定してもよい（ステップＳ１１１）。露光中止命令を受信していた場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、レーザ出力制御動作を終了してもよい。一方、露光中止命令を受信していなかった場合（ステップＳ１１１；ＮＯ）、コントローラ１０は、ステップＳ１０８へリターンし、以降の動作を実行してくり返してもよい。
【００３９】
４．２ 多波長発振調整サブルーチン
つぎに、図９のステップＳ１０５に示される多波長発振調整サブルーチンについて説明する。図１０に示されるように、多波長発振調整サブルーチンでは、コントローラ１０は、まず、所定繰返し周波数でレーザ光Ｌ１を出力する多波長発振を開始してもよい（ステップＳ１２１）。つぎに、コントローラ１０は、スペクトル検出部６０からレーザ光Ｌ１のスペクトルデータを受信するまで待機してもよい（ステップＳ１２２；ＮＯ）。スペクトルデータを受信すると（ステップＳ１２２；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、スペクトルデータから、各レーザ光Ｌ１の中心波長λ１〜λ３と、レーザ光Ｌ１のピーク強度Ｐ１〜Ｐ３とを検出してもよい（ステップＳ１２３）。
【００４０】
つぎに、コントローラ１０は、検出した中心波長λ１〜λ３と目標波長λ１ｔ〜λ３ｔとの差Δλ１〜Δλ３、および、検出したピーク強度Ｐ１〜Ｐ３と目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとの差ΔＰ１〜ΔＰ３を算出してもよい（ステップＳ１２４）。つぎに、コントローラ１０は、算出した差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１２５）。この判定では、差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３の絶対値が閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒ以下であるか否かが判定されてもよい。閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒは、不図示のメモリ等に予め格納されていてもよいし、予め不図示のメモリ等に保存されていてもよいし、ステップＳ１０１において外部装置から受信した露光命令に含まれていてもよい。
【００４１】
つぎに、コントローラ１０は、全ての差が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１２６）。１つでも許容範囲内でない差が存在する場合（ステップＳ１２６；ＮＯ）、コントローラ１０は、少なくとも許容範囲外と判定された差が小さくなるように、多波長発振制御機構３０を制御してもよい（ステップＳ１２７）。なお、多波長発振制御機構３０へ与える制御量は、算出された差に基づいてコントローラ１０が都度算出してもよいし、予め差と対応づけられていてもよい。あるいは、差の種類と符号とに応じて、予め定められた値の制御量が多波長発振制御機構３０へ与えられてもよい。その後、コントローラ１０は、ステップＳ１２２へリターンし、以降の動作をくり返してもよい。一方、全ての差が許容範囲内である場合（ステップＳ１２６；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、多波長発振を停止してもよい（ステップＳ１２８）。その後、コントローラ１０は、図９に示すレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。
【００４２】
以上の多波長発振調整サブルーチンを実行することで、レーザ光Ｌ１の中心波長とピーク強度とが目標波長および目標強度に対する許容範囲内に収まるように調整され得る。
【００４３】
４．３ ワンパルス制御サブルーチン
つぎに、図９のステップＳ１０８に示すワンパルス制御サブルーチンについて説明する。図１１に示されるように、ワンパルス制御サブルーチンでは、コントローラ１０は、まず、多波長発振のタイミングを指示するトリガ信号を受信するまで待機してもよい（ステップＳ１３１；ＮＯ）。このトリガ信号は、たとえば露光装置８０のコントローラ８１などの外部装置から送信されてもよい。または、クロック発生器などが発生したクロック信号またはその分周された信号をトリガ信号としてもよい。
【００４４】
トリガ信号を受信すると（ステップＳ１３１；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、ワンパルスを出力する多波長発振を実行してもよい（ステップＳ１３２）。つぎに、コントローラ１０は、スペクトル検出部６０からレーザ光Ｌ１のスペクトルデータを受信するまで待機してもよい（ステップＳ１３３；ＮＯ）。スペクトルデータを受信すると（ステップＳ１３３；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、スペクトルデータから、レーザ光Ｌ１の中心波長λ１〜λ３と、各レーザ光Ｌ１〜Ｌ３のピーク強度Ｐ１〜Ｐ３とを検出してもよい（ステップＳ１３４）。
【００４５】
つぎに、コントローラ１０は、検出した中心波長λ１〜λ３と目標波長λ１ｔ〜λ３ｔとの差Δλ１〜Δλ３、および、検出したピーク強度Ｐ１〜Ｐ３と目標強度Ｐ１ｔ〜Ｐ３ｔとの差ΔＰ１〜ΔＰ３を算出してもよい（ステップＳ１３５）。つぎに、コントローラ１０は、算出した差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１３６）。この判定では、差Δλ１〜Δλ３およびΔＰ１〜ΔＰ３の絶対値が閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒ以下であるか否かが判定されてもよい。閾値Δλ１ｒ〜Δλ３ｒおよびΔＰ１ｒ〜ΔＰ３ｒは、不図示のメモリ等に予め格納されていてもよいし、予め不図示のメモリ等に保存されていてもよいし、ステップＳ１０１において外部装置から受信した露光命令に含まれていてもよい。
【００４６】
つぎに、コントローラ１０は、全ての差が許容範囲内であるか否かを判定してもよい（ステップＳ１３７）。１つでも許容範囲内でない差が存在する場合（ステップＳ１３７；ＮＯ）、コントローラ１０は、レーザ出力の継続を不可と判定してもよい（ステップＳ１３８）。その後、コントローラ１０は、図９に示すレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。一方、全ての差が許容範囲内である場合（ステップＳ１３７；ＹＥＳ）、コントローラ１０は、レーザ出力の継続を可と判定してもよい（ステップＳ１３９）。つぎに、コントローラ１０は、少なくとも許容範囲外と判定された差が小さくなるように、多波長発振制御機構３０を制御してもよい（ステップＳ１４０）。なお、多波長発振制御機構３０へ与える制御量は、算出された差に基づいてコントローラ１０が都度算出してもよいし、予め差と対応づけられていてもよい。あるいは、差の種類と符号とに応じて、予め定められた値の制御量が多波長発振制御機構３０へ与えられてもよい。その後、コントローラ１０は、図９に示すレーザ出力制御動作へリターンしてもよい。
【００４７】
以上のワンパルス制御サブルーチンを実行することで、ワンパルスごとに多波長発振制御機構３０を調整することが可能であるため、より安定したレーザ光Ｌ１の出力が可能となる。
【００４８】
この実施形態では、ワンパルス制御の場合を示した。しかしながら、この実施形態に限定されることなく、複数のレーザパルスの中心波長、ピーク強度を平均化処理して、判断や多波長発振制御機構３０に制御信号を送ってもよい。
【００４９】
５．マスタオシレータシステム
つぎに、図１に示されるマスタオシレータシステム２０のいくつかの具体例を、図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
５．１ エキシマレーザ装置を用いたマスターオシレータシステム
エキシマレーザ装置を用いた場合、多波長発振制御機構３０によりレーザ光Ｌ１の中心波長および／もしくは光強度が調節され、マスターオシレータシステム２０から少なくとも３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光Ｌ１が出力されてもよい。
【００５１】
５．１．１ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例１
図１２は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の概略構成例を示す。図１２に示されるように、マスタオシレータシステム２０は、出力結合ミラー２１と、レーザチャンバ２２と、多波長発振制御機構３０とを含んでもよい。レーザチャンバ２２は、ウィンドウ２３および２５と、ウィンドウホルダ２４および２６と、一対の放電電極２７（２７ａ、２７ｂ）とを備えてもよい。また、レーザチャンバ２２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。多波長発振制御機構３０は、コントローラ３１と、グレーティング３３と、１つ以上のプリズム３５〜３７と、２つの光学素子、例えばウェッジプリズム３８および３９とを備えてもよい。
【００５２】
出力結合ミラー２１とグレーティング３３とは、光共振器を構成してもよい。出力結合ミラー２１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。グレーティング３３は、光共振器中に存在し得るレーザ光の波長を選択する波長フィルタとして機能してもよい。レーザチャンバ２２は、光共振器中を進行するレーザ光Ｌ１の光路上に配置されてもよい。
【００５３】
プリズム３５〜３７は、光共振器内を往復するレーザ光の光路およびグレーティング３３への入射角度を決定してもよい。プリズム３５〜３７は、架台３２上に設置されていてもよい。グレーティング３３は、回転ステージ３４によって回転可能に保持されていてもよい。回転ステージ３４は、架台３２に設置されてもよい。
【００５４】
図１３は、ウェッジプリズム３９および移動ステージ３９ａの一例を示す。移動ステージ３９は、水平方向へ出し入れ可能なアーム部３９ｂを備えてもよい。ウェッジプリズム３９は、アーム部３９ｂの先端に取り付けられてもよい。ウェッジプリズム３８および移動ステージ３８ａは、ウェッジプリズム３９および移動ステージ３９ａと同様であってもよい。
【００５５】
回転ステージ３４と、移動ステージ３８ａおよび３９ａと、回転ステージ３８ｃおよび３９ｃとは、それぞれコントローラ３１によって制御されてもよい。コントローラ３１は、コントローラ１０からの指示に従って、これらを制御してもよい。
【００５６】
つづいて、図１２に示されるマスタオシレータシステム２０の動作を説明する。レーザチャンバ２２内の一対の放電電極２７には、たとえばコントローラ１０からの制御の下、不図示の電源から励起エネルギーが与えられてもよい。コントローラ３１は、コントローラ１０から多波長発振の指示を受信すると、移動ステージ３８ａおよび３９ａを駆動して、ウェッジプリズム３８および３９を光共振器中の光路の一部にそれぞれ挿入してもよい。たとえば図１２では、ウェッジプリズム３８が図面中、上方から下方へ向けて光路内の一部に挿入されてもよい。一方、ウェッジプリズム３９は、ウェッジプリズム３８と対向する位置で、図面中、下方から上方へ向けて光路内の一部に挿入されてもよい。挿入されたウェッジプリズム３８および３９の間には、レーザ光Ｌ１がそのまま通過する隙間が存在してもよい。これにより、グレーティング３３へ向かうレーザ光Ｌ１の一部の領域はウェッジプリズム３８または３９を透過する。ウェッジプリズム３８および３９を通過したレーザ光は、それらのウェッジプリズムを通過しないレーザ光とは異なる入射角度でグレーティング３３に入射する。このように、レーザ光Ｌ１の一部のグレーティング３３への入射角度を調節することにより、マスターオシレータ２０より、３つのピークを含むスペクトルを持つレーザ光が出力されてもよい。
【００５７】
また、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、回転ステージ３８ｃを駆動して、ウェッジプリズム３８を移動ステージ３８ａごと回転させてもよい。ウェッジプリズム３９を移動させる動作もこれと同様であってよい。これにより、レーザ光Ｌ１の中心波長およびピーク強度のうち少なくとも１つが調整され得る。
【００５８】
さらに、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、回転ステージ３４を駆動して、グレーティング３３を回転させてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の中心波長が調整され得る。
【００５９】
５．１．２ ウェッジプリズムを用いたシステム構成例２
図１４および図１５は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の他の概略構成例を示す。図１４は、架台３２の搭載面と平行な方向であってレーザ光の光路と実質的に垂直な方向からマスタオシレータシステム１２０を見た際の側視図を示す。図１５は、架台３２の搭載面と垂直な方向からマスタオシレータシステム１２０を見た際の上視図を示す。以下の説明において、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。
【００６０】
図１４および図１５に示されるように、マスタオシレータシステム１２０は、図１２に示すマスタオシレータシステム２０と同様の構成を備えてもよい。ただし、マスタオシレータシステム１２０は、移動ステージ３８ａおよび３９ａが移動ステージ１３８ａおよび１３９ａに置き換えられた多波長発振制御機構１３０を備えてもよい。
【００６１】
図１６は、ウェッジプリズム３９および移動ステージ１３９ａの一例を示す。ウェッジプリズム３９は、移動ステージ１３９ａの側面に取り付けられてもよい。移動ステージ１３９ａは、上下移動可能であってもよい。ウェッジプリズム３８および移動ステージ１３８ａは、ウェッジプリズム３９および移動ステージ１３９ａと同様の機構であってもよい。移動ステージ１３８ａおよび１３９ａは、それぞれ回転ステージ３８ｃおよび３９ｃによって回転可能に保持されていてもよい。
【００６２】
コントローラ３１は、コントローラ１０から多波長発振の指示を受信すると、移動ステージ１３８ａおよび１３９ａを駆動して、ウェッジプリズム３８および３９を光共振器中の光路の一部にそれぞれ挿入してもよい。本例では、図１４および図１５に示されるように、ウェッジプリズム３８は、光共振器中の光路における上部の領域に出し入れされてもよい。一方、ウェッジプリズム３９は、ウェッジプリズム３８と対向する側から、光共振器中の光路における下部の領域に出し入れされてもよい。挿入されたウェッジプリズム３８および３９の間には、レーザ光がそのまま通過する隙間が存在してもよい。
また、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、回転ステージ３８ｃを駆動して、ウェッジプリズム３８を移動ステージ１３８ａごと回転させてもよい。ウェッジプリズム３９を移動させる動作もこれと同様であってよい。これにより、レーザ光Ｌ１の中心波長およびピーク強度のうち少なくとも１つが調整され得る。
【００６３】
その他の構成および動作は、図１２に示すマスタオシレータシステム２０と同様であってもよい。
【００６４】
５．１．３ シリンドリカルレンズを用いたシステム構成例３
図１７は、エキシマレーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の他の概略構成例を示す。図１７は、架台３２の搭載面と垂直な方向からマスタオシレータシステム２２０を見た際の上視図を示す。なお、本例では、図１４および図１５に示されるマスタオシレータシステム１２０をベースにするが、これに限らず、たとえば図１２に示されるマスタオシレータシステム２０をベースとしてもよい。以下の説明において、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。
【００６５】
図１７に示されるように、マスタオシレータシステム２２０は、図１４および図１５に示すマスタオシレータシステム１２０と同様の構成を備えてもよい。ただし、ウェッジプリズム３８および３９がシリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９に置き換えられた多波長発振制御機構２３０を備えてもよい。また、多波長発振制御機構２３０では、回転ステージ３８ｃおよび３９ｃが省略されてもよい。
【００６６】
図１８は、シリンドリカルハーフレンズ２３９および移動ステージ１３９ａの一例を示す。シリンドリカルハーフレンズ２３９は、移動ステージ１３９ａのアーム部３９ｂ先端に取り付けられてもよい。シリンドリカルハーフレンズ２３８および移動ステージ３８ａは、シリンドリカルハーフレンズ２３９および移動ステージ１３９ａと同様であってもよい。シリンドリカルハーフレンズ２３８または２３９に入射したレーザ光の出射角度は、アーム部３８ｂまたは３９ｂの移動方向に沿った位置に依存して変化してもよい。
【００６７】
コントローラ３１は、コントローラ１０から多波長発振の指示を受信すると、移動ステージ１３８ａおよび１３９ａを駆動して、シリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９を光共振器中のレーザ光の光路の一部にそれぞれ挿入してもよい。本例では、図１７に示されるように、シリンドリカルハーフレンズ２３８は、光共振器中の光路における上部の領域に出し入れされてもよい。一方、シリンドリカルハーフレンズ２３９は、シリンドリカルハーフレンズ２３８と対向する側から、光共振器中の光路における下部の領域に出し入れされてもよい。挿入されたシリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９の間には、レーザ光がそのまま通過する隙間が存在してもよい。
また、コントローラ３１は、たとえばコントローラ１０からの制御の下、移動ステージ１３８ａおよび１３９ａを駆動して、アーム部３８ｂおよびは３９ｂの突出量を制御してもよい。これにより、シリンドリカルハーフレンズ２３８および２３９を通過するレーザ光Ｌ１の領域が変化するため、レーザ光Ｌ１の中心波長が調整され得る。一方、ステージ１３８ａとステージ１３９ａの位置を調節することで、ピーク強度を調節してもよい。
【００６８】
その他の構成および動作は、図１２に示すマスタオシレータシステム２０または図１４および図１５に示すマスタオシレータシステム１２０と同様であってもよい。
【００６９】
５．２ 固体レーザ装置を用いたマスタオシレータシステム
つぎに、半導体レーザなどの固体レーザ装置を用いたマスタオシレータシステム２０の概略構成を、以下にいくつか例を挙げて説明する。
【００７０】
５．２．１ 複数のレーザ光が空間的および時間的に重複するシステム構成例１
図１９は、半導体レーザを用いたマスタオシレータシステム２０の概略構成例を示す。図１９に示されるように、マスタオシレータシステム５００は、コントローラ５１０と、シード光源５２０と、光路調節器５３０と、増幅器５４０と、波長変換器５５０とを含んでもよい。
【００７１】
シード光源５２０は、少なくとも３つの半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃを含んでもよい。各半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃは、シングル縦モードで発振しても、マルチ縦モードで発振してもよい。
【００７２】
コントローラ５１０は、コントローラ１０からの制御の下、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃを発振させてもよい。コントローラ５１０は、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃの発振タイミング、発振波長および出力強度を制御してもよい。
【００７３】
光路調節器５３０は、シード光源５２０から異なる光路で出力されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を、実質的に一致させてもよい。増幅器５４０は、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを増幅してもよい。増幅器５４０は、チタンサファイア結晶などの固体をゲイン媒質として含んでもよい。
【００７４】
波長変換器５５０は、たとえば２つの非線形光学結晶を含んでもよい。たとえば、波長変換器５５０は、ＬＢＯ結晶部５６０と、ＫＢＢＦ結晶部５７０とを含んでもよい。ＬＢＯ結晶部５６０は、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを、これらの第２高調波光に変換してもよい。ＫＢＢＦ結晶部５７０は、ＬＢＯ結晶部５６０から出力された第２高調波光を、これらの第２高調波光（以下、これを第４高調波光という）に変換してもよい。第４高調波光は、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３とみなしてもよいし、３つのレーザ光Ｌ１〜Ｌ３が重複した１つのレーザ光とみなしてもよい。
【００７５】
コントローラ５１０には、たとえばコントローラ１０から所定繰返し周波数のトリガ信号が入力されてもよい。コントローラ５１０は、入力されたトリガ信号に従って、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃを所定繰返し周波数でレーザ発振させてもよい。その結果、シード光源５２０からは、波長の異なるレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒが所定繰返し周波数で出力され得る。レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの出力タイミングは、同じであってもよい。その場合、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、時間的に重複し得る。
【００７６】
レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路が光路調節器５３０によって実質的に一致させられた場合、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、空間的にも重複し得る。時間的および空間的に重複するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、増幅器５４０で増幅されてもよい。増幅されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、波長変換器５５０を通過することで、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３またはレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を含むレーザ光に変換されてもよい。
【００７７】
ここで、図２０〜図２２に、波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルを示す。
【００７８】
図２０に示されるように、ＬＢＯ結晶部５６０に入射するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒのうち、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒの間に位置するレーザ光Ｌ２ｒのピーク強度が、両サイドのレーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒのピーク強度よりも小さい場合、図２１に示されるように、ＬＢＯ結晶部５６０からは、両サイドのレーザ光Ｌ１ｒｒおよびＬ３ｒｒのピーク強度がそれらの間に位置するレーザ光Ｌ２ｒｒおよびＬ２ｈのピーク強度よりも大きいスペクトルの第２高調波光が出射し得る。さらに、図２２に示されるように、ＫＢＢＦ結晶部５７０からは、両サイドのレーザ光Ｌ１およびＬ３のピーク強度がそれらの間に位置するレーザ光Ｌ２およびＬ４ｈのピーク強度よりも大きいスペクトルの第４高調波光が出射し得る。
【００７９】
なお、波長変換器５５０から出射するレーザ光Ｌ１〜Ｌ３のピーク強度は、コントローラ５１０が半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃへ与える励起エネルギー（電流値）を調節することで制御可能である。波長に関しては、半導体レーザの図示しない波長選択素子（たとえばグレーティング）の波長選択特性（たとえば半導体の温度）を調節することで制御可能である。コントローラ５１０は、コントローラ１０からの指示に従って、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃへ与える励起エネルギーを調節してもよい。
【００８０】
５．２．２ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例２
図２３は、半導体レーザを用いたマスタオシレータシステム２０の他の概略構成例を示す。図２４は、図２３に示されるＬＢＯ結晶部５６０の概略構成例を示す。図２５は、図２３に示されるＫＢＢＦ結晶部５７０の概略構成例を示す。以下の説明において、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。
【００８１】
図２３に示されるように、マスタオシレータシステム６００は、図１９に示されるマスタオシレータシステム５００と同様の構成を備えてもよい。ただし、マスタオシレータシステム６００は、光路調節器５３０に代えて、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを異なる角度で出射し得る光路調節器６３０を備えてもよい。
【００８２】
光路調節器６３０から異なる角度で出射したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、増幅器５４０で増幅されてもよい。増幅されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、波長変換器５５０に入射してもよい。
【００８３】
図２４に示されるように、波長変換器５５０のＬＢＯ結晶部５６０は、集光レンズ５６１と、ＬＢＯ結晶５６２と、コリメートレンズ５６３と、ビームスプリッタ５６４とを含んでもよい。波長変換器５５０に入射したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、集光レンズ５６１によって、ＬＢＯ結晶５６２の異なる位置に集光されてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生を低減し得る。
【００８４】
ＬＢＯ結晶５６２から出射したレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、コリメートレンズ５６３によって平行光に変換されてもよい。平行光化されたレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、ビームスプリッタ５６４で反射して、ＫＢＢＦ結晶部５７０に入射してもよい。ビームスプリッタ５６４は、ＬＢＯ結晶部５６０から出射したレーザ光のうち、基本波光（レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒ）と第２高調波光（レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒ）とを分離してもよい。分離されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒは、モニタされてもよいし、ダンパなどで吸収されてもよい。
【００８５】
図２５に示されるように、波長変換器５５０のＫＢＢＦ結晶部５７０は、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃと、ＫＢＢＦ結晶組立体５７２と、コリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃと、ビームスプリッタ５７４とを含んでもよい。ＫＢＢＦ結晶組立体５７２は、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂと、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂをサンドウィッチする２つのプリズム５７２ａおよび５７２ｃを含んでもよい。ＫＢＢＦ結晶５７２ｂと２つのプリズム５７２ａおよび５７２ｃとは、オプティカルコンタクトを形成してもよい。
【００８６】
ＬＢＯ結晶部５６０から出射したレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃによって、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂの異なる位置に集光されてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生を低減し得る。
【００８７】
ＫＢＢＦ結晶組立体５７２から出射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、コリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃによってそれぞれ平行光に変換されてもよい。平行光化されたレーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、ビームスプリッタ５７４で反射されてもよい。ビームスプリッタ５７４は、ＫＢＢＦ結晶組立体５７２から出射したレーザ光のうち、基本波光（レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒ）と第４高調波光（レーザ光Ｌ１〜Ｌ３）とを分離してもよい。分離されたレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒは、モニタされてもよいし、ダンパなどで吸収されてもよい。
【００８８】
ここで、図２６〜図２８に、波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルを示す。図２６は、ＬＢＯ結晶部５６０に入射するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒのスペクトルを示す。図２７は、ＬＢＯ結晶部５６０から出射してＫＢＢＦ結晶部５７０に入射するレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒのスペクトルを示す。図２８は、ＫＢＢＦ結晶部５７０から出射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３のスペクトルを示す。
【００８９】
図２６に示されるレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒをＬＢＯ結晶５６２の異なる位置に集光することで、図２７に示されるように、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生が低減され得る。また、図２７に示されるレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒをＫＢＢＦ結晶５７２ｂの異なる位置に集光することで、図２８に示されるように、レーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒを基本波光とした差周波光や和周波光などの発生が低減され得る。このように、差周波光や和周波光などの発生を低減することで、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の中心波長およびピーク強度の制御が容易となり得る。
【００９０】
その他の構成および動作は、図１９に示されるマスタオシレータシステム５００と同様であってもよい。
【００９１】
５．２．３ 複数のレーザ光が空間的に分離したシステム構成例３
図２５に示されるＫＢＢＦ結晶５７２ｂのレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒに対する配置は、図２９および図３０に示されるようにも変更可能である。図３０は、図２９に示される構成を、レーザ光Ｌ２ｒｒの光路を軸として９０°回転した際の側視図である。
【００９２】
図２９および図３０に示されるように、ＫＢＢＦ結晶５７２ｂのレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒに対する配置は、図２５に示される配置に対し、たとえばレーザ光Ｌ２ｒｒの光路を軸として９０°回転された配置であってもよい。この場合、光路に沿ったレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒの焦点位置を変化させる必要がないため、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃおよびコリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃをそれぞれ１つの集光レンズ５７１およびコリメートレンズ５７３に置き換えることができる。
【００９３】
その他の構成および動作は、図２３に示されるマスタオシレータシステム６００と同様であってもよい。
【００９４】
５．２．４ 複数のレーザ光が時間的に分離したシステム構成例４
図１９〜図３０では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が時間的に重複し得る場合を例示した。ただし、これらに限られるものではない。図３１は、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３を時間的に分離させる場合のタイミングチャートを示す。
【００９５】
図３１（ａ−１）〜（ａ−３）は、それぞれ半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃに与えられるトリガ信号Ｔ１〜Ｔ３を示す。トリガ信号Ｔ１〜Ｔ３は、それぞれレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を時間的に分離するのに十分な時間Ｔずつずれていてもよい。その結果、図３１（ｂ）に示されるように、光路調節器５３０からは、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒがそれぞれ時間差Ｇを挟んで出力されてもよい。時間差Ｇは、図３１（ｃ）および（ｄ）に示されるように、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒが増幅器５４０およびＬＢＯ結晶部５６０を通過する際にも存在し得る。その結果、図３１（ｅ）に示されるように、ＫＢＢＦ結晶部５７０からは、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が時間差Ｇを挟んで出力されてもよい。
【００９６】
その他の構成および動作は、図１９〜図３０を用いて説明した構成および動作のいずれかと同様であってもよい。なお、上述したレーザ光の空間的な分離と時間的な分離とは、組み合わされてもよい。
【００９７】
５．２．５ 複数のレーザ光の一部が空間的に重複するシステム構成例５
図２３〜図３０では、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が空間的に分離された場合を例示した。ただし、これに限られるものではない。たとえば、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が空間的に重複していてもよい。
【００９８】
図３２〜図３４に、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部を重複させた場合の波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルを示す。図３２は、ＬＢＯ結晶部５６０に入射するレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒのスペクトルを示す。図３３は、ＬＢＯ結晶部５６０から出射してＫＢＢＦ結晶部５７０に入射するレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒおよびＬ２ｉのスペクトルを示す。図３４は、ＫＢＢＦ結晶部５７０から出射したレーザ光Ｌ１〜Ｌ３およびＬ４ｉのスペクトルを示す。
【００９９】
図３２に示されるレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒをそれらの一部が重複するようにＬＢＯ結晶５６２に集光することで、図３３に示されるように、第２高調波光であるレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒの他、差周波光や和周波光であるレーザ光Ｌ２ｉが出力され得る。そのレーザ光Ｌ２ｉのピーク強度は、他のレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒと比較して小さくてもよい。また、図３３に示されるレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒおよびＬ２ｉをそれらの一部が重複するようにＫＢＢＦ結晶５７２ｂに集光することで、図３４に示されるように、第４高調波光であるＬ１〜Ｌ３の他、差周波光や和周波光であるレーザ光Ｌ４ｉが出力され得る。そのレーザ光Ｌ４ｉのピーク強度は、他のレーザ光Ｌ１〜Ｌ３と比較して小さくてもよい。このように、最終的にマスタオシレータシステム２０が出力するレーザ光には、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の他、差周波光や和周波光であるレーザ光Ｌ４ｉを含んでもよい。
【０１００】
また、図３５に、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が空間的に重複する場合のＫＢＢＦ結晶部５７０の概略構成例を示す。図３２に示されるように、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が空間的に重複する場合、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３の一部が光路に沿ったレーザ光Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒの焦点位置でオーバラップしてもよい。その場合、集光レンズ５７１ａ〜５７１ｃおよびコリメートレンズ５７３ａ〜５７３ｃをそれぞれ１つの集光レンズ５７１およびコリメートレンズ５７３に置き換えることができる。
【０１０１】
その他の構成および動作は、図１９〜図３０を用いて説明した構成および動作のいずれかと同様であってもよい。
【０１０２】
５．２．６ 複数のレーザ光の一部が時間的に重複するシステム構成例６
また、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３は、それらの一部が時間的に重複してもよい。その場合、図３６（ａ−１）〜（ａ−３）に示されるように、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃに与えるトリガ信号Ｔ１〜Ｔ３の時間的ずれを、必要十分に小さい時間Ｔｓとしてもよい。それにより、図３６（ｂ）に示されるように、光路調節器５３０からは、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒが、それらの一部が時間的に重複しつつ出力され得る。その結果、ＫＢＢＦ結晶部５７０からは、レーザ光Ｌ１〜Ｌ３が、それらの一部が時間的に重複しつつ出力され得る。
【０１０３】
その他の構成および動作は、図１９〜図３０を用いて説明した構成および動作のいずれかと同様であってもよい。なお、波長変換器５５０を通過するレーザ光のスペクトルは、図３２〜図３４に示したスペクトルと同様であってもよい。
【０１０４】
５．３ 減衰部を備えたレーザ装置。
マスタオシレータシステム２０が出力するレーザ光Ｌ１のピーク強度は、減衰部を用いて調節されてもよい。図３７および図３８は、減衰部４３０およびマスタオシレータシステム２０の概略構成を示す。図３８は、図３７に示される構成を、レーザ光Ｌ２ｒの光路を軸として９０°回転した際の側視図である。なお、マスタオシレータシステム２０の代わりに、上述において例示した他のマスタオシレータシステム１２０または２２０が用いられてもよい。また、減衰部４３０は、マスタオシレータシステム２０の一部であってもよい。
【０１０５】
図３７および図３８に示されるように、減衰部４３０は、コントローラ４３１と、減衰板４３２〜４３４と、移動ステージ４３２ａ〜４３４ａとを含んでもよい。
【０１０６】
図３９は、減衰板４３２および移動ステージ４３２ａの一例を示す。図４０は、減衰板４３２の一例を示す。移動ステージ４３２ａは、水平方向へ出し入れ可能なアーム部４３２ｂを備えてもよい。減衰板４３２は、アーム部４３２ｂの先端に取り付けられてもよい。減衰板４３２は、平板状の透明基板であってもよい。減衰板４３２におけるレーザ光Ｌ１が通過する少なくとも１つの面には、アーム部４３２ｂの移動方向に沿って透過率が変化する半透過膜が形成されていてもよい。それにより、減衰板４３２の透過率は、アーム部４３２ｂの移動方向に沿って変化してもよい。減衰板４３３および移動ステージ４３３ａと、減衰板４３４および移動ステージ４３４ａとは、減衰板４３２および移動ステージ４３２ａと同様であってもよい。
【０１０７】
コントローラ４３１は、コントローラ１０からレーザ光Ｌ１のピーク強度についての指示を受信すると、移動ステージ４３２ａ〜４３４ａを駆動して、減衰板４３２〜４３４をレーザ光Ｌ１の光路に挿入してもよい。これにより、減衰板４３２〜４３４を透過する位置に応じてレーザ光Ｌ１のピーク強度が調整され得る。その他の構成および動作は、上述と同様であってもよい。
【０１０８】
６．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。
【０１０９】
６．１ エキシマガスをゲイン媒質とするパワー増幅器
図４１は、パワー増幅器として構成された増幅装置５０の概略構成を模式的に示す。図４１に示されるように、増幅装置５０は、チャンバ５３を備えてもよい。増幅装置５０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。
【０１１０】
６．２ エキシマガスをゲイン媒質とするパワーオシレータ
つづいて、パワーオシレータを増幅装置５０として用いた場合を以下に例を挙げて説明する。
【０１１１】
６．２．１ ファブリペロ共振器を含む構成例１
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４２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４２に示されるように、増幅装置５０Ａは、図４１に示される増幅装置５０と同様の構成に加え、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。
【０１１２】
６．２．２ リング共振器を含む構成例２
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４３および図４４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。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。さらに、図１に示される高反射ミラー４２の代わりに、ビームスプリッタ４３が用いられてもよい。
【０１１３】
図４３および図４４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。
【０１１４】
７．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。
【０１１５】
７．１ 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４５は、スペクトル検出器６３の概略構成を模式的に示す。図４５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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
７．２ 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４６は、スペクトル検出器６３Ａの概略構成を模式的に示す。図４６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。
【０１１９】
集光レンズ６２を通過したレーザ光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６３２ａの焦点面より多少手前側に位置していてもよい。集光レンズ６３２ａ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、各結像位置（チャネル）の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。
【０１２０】
８．光路調節器
また、上述における光路調節器５３０を、以下に例を挙げて説明する。
【０１２１】
８．１ 光路を一致させる場合
まず、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を実施的に一致させる場合の光路調節器５３０の例を、以下に説明する。
【０１２２】
８．１．１ ハーフミラーを含む光路調節器
図４７は、ハーフミラーを用いた光路調節器５３０の概略構成を模式的に示す。図４７に示す構成において、半導体レーザ５２０ｂから出力されたレーザ光Ｌ２ｒは、ハーフミラー５３３および５３２を透過してもよい。半導体レーザ５２０ａから出力されたレーザ光Ｌ１ｒは、高反射ミラー５３１で反射し、ハーフミラー５３２で反射してもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ２ｒの光路が実質的に一致し得る。半導体レーザ５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ３ｒは、高反射ミラー５３４で反射し、ハーフミラー５３３で反射し、ハーフミラー５３２を透過してもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路が実質的に一致し得る。
【０１２３】
８．１．２ グレーティングを含む光路調節器
つぎに、グレーティング５３５を用いた光路調節器５３０Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図４８は、グレーティング５３５を用いた光路調節器５３０Ａの一例を示す。図４８に示されるように、レーザ光Ｌ２ｒは、グレーティング５３５に対してたとえば垂直方向から入射してもよい。レーザ光Ｌ１ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度＋αの傾きを持ってグレーティング５３５に入射してもよい。また、レーザ光Ｌ３ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度−αの傾きを持ってグレーティング５３５に入射してもよい。角度±αは、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒのたとえば＋１次及び−１次の回折光の光路がレーザ光Ｌ２ｒの０次回折光（透過光）の光路と実質的に一致する角度に設定されるとよい。これにより、グレーティング５３５を用いてレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を実質的に一致させ得る。なお、図４８では、透過型のグレーティング５３５を用いたが、反射型のグレーティングが用いられてもよい。
【０１２４】
８．２． 光路をずらす場合
つぎに、半導体レーザ５２０ａ〜５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を微小にずらしつつ略一致させる場合の光路調節器６３０の例を、以下に説明する。
【０１２５】
８．２．１ ハーフミラーを含む光路調節器
図４９は、ハーフミラーを用いた光路調節器６３０の概略構成を模式的に示す。図４９に示す構成において、半導体レーザ５２０ｂから出力されたレーザ光Ｌ２ｒは、ハーフミラー６３３および６３２を透過してもよい。半導体レーザ５２０ａから出力されたレーザ光Ｌ１ｒは、高反射ミラー６３１で反射し、ハーフミラー６３２で反射してもよい。ハーフミラー６３２は、高反射ミラー６３１に対して微小に傾いていてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ２ｒの光路を微小にずらしつつ略一致させることができる。半導体レーザ５２０ｃから出力されたレーザ光Ｌ３ｒは、高反射ミラー６３４で反射し、ハーフミラー６３３で反射し、ハーフミラー６３２を透過してもよい。ハーフミラー６３３は、高反射ミラー６３４に対して微小に傾いていてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路を微小にずらしつつ略一致させることができる。
【０１２６】
８．２．２ グレーティングを含む光路調節器
つぎに、グレーティング６３５を用いた光路調節器６３０Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図５０は、グレーティング６３５を用いた光路調節器６３０Ａの一例を示す。図５０に示されるように、レーザ光Ｌ２ｒは、グレーティング６３５に対してたとえば垂直方向から入射してもよい。レーザ光Ｌ１ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度＋αの傾きを持ってグレーティング６３５に入射してもよい。また、レーザ光Ｌ３ｒは、レーザ光Ｌ２ｒに対してたとえば角度−αの傾きを持ってグレーティング６３５に入射してもよい。角度±αは、レーザ光Ｌ１ｒおよびＬ３ｒの回折光の光路がレーザ光Ｌ２ｒの０次回折光（透過光）の光路に対して微小に回折光の光路の角度がずれるように設定されるとよい。これにより、グレーティング６３５を用いてレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒの光路の角度を互いに微小にずれさせることができる。なお、図５０では、透過型のグレーティング６３５を用いたが、反射型のグレーティングが用いられてもよい。
【０１２７】
９． チタンサファイア増幅器
つぎに、マスタオシレータシステム５００または６００における増幅器５４０について説明する。ここでは、チタンサファイア結晶をゲイン媒質として用いた増幅器５４０を例に挙げて説明する。
【０１２８】
９．１ 再生増幅器
増幅器５４０としては、再生増幅器８００が用いられてもよい。図５１は、再生増幅器８００の概略構成を模式的に示す。図５１に示されるように、再生増幅器８００は、高反射ミラー８０１および８０６と、ポッケルスセル８０２と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８０３と、偏光ビームスプリッタ８０４と、ポッケルスセル８０５と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１２９】
高反射ミラー８０１および８０６は、光共振器を形成してもよい。ポッケルスセル８０２、チタンサファイア結晶８０３、偏光ビームスプリッタ８０４およびポッケルスセル８０５は、高反射ミラー８０１および８０６が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。ポッケルスセル８０２および８０５は、例えば電圧が印加されている期間、λ／４板として機能してもよい。ポンピングレーザ８０９は、チタンサファイア結晶８０３へ励起光８０９ａを供給してもよい。
【０１３０】
９．２ マルチパス増幅器
また、増幅器５４０は、マルチパス型のパワー増幅器であってもよい。図５２は、マルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器８１０の概略構成を模式的に示す。図５２に示されるように、増幅器８１０は、複数の高反射ミラー８１１〜８１７と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８１８と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１３１】
複数の高反射ミラー８１１〜８１７は、例えば、マスタオシレータシステム２０から入力したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒがチタンサファイア結晶８１８を複数回（本例では４回）通過するマルチパスを形成してもよい。チタンサファイア結晶８１８には、ポンピングレーザ８０９からの励起光８０９ａが、高反射ミラー８１７を介して入射してもよい。すなわち、高反射ミラー８１７は、励起光８０９ａを透過し、チタンサファイア結晶８１８からのレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒを反射してもよい。その場合、チタンサファイア結晶８１８を複数回通過する際に、レーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒがマルチパス増幅され得る。
【０１３２】
９．３ パワーオシレータ
９．３．１ ファブリペロ型パワーオシレータ
また、増幅器５４０は、ファブリペロ型のパワーオシレータであってもよい。図５３は、ファブリペロ型パワーオシレータの増幅器８２０の概略構成を模式的に示す。図５３に示されるように、増幅器８２０は、部分反射ミラー８２２と、出力カプラ８２４と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８２３と、高反射ミラー８２１と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１３３】
部分反射ミラー８２２および出力カプラ８２４は、光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶８２３は、部分反射ミラー８２２および出力カプラ８２４が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー８２１は、マスタオシレータシステム２０から入射したレーザ光Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒおよびポンピングレーザ８０９から入射した励起光８０９ａを光共振器内に導いてもよい。
【０１３４】
９．３．２ リング型パワーオシレータ
また、増幅器５４０は、リング型のパワーオシレータであってもよい。図５４は、リング型のパワーオシレータとして構成された増幅器８３０の概略構成を模式的に示す。図５４に示されるように、増幅器８３０は、入出力カプラ８３１と、高反射ミラー８３２〜８３４と、ゲイン媒質としてのチタンサファイア結晶８３５と、ポンピングレーザ８０９とを備えてもよい。
【０１３５】
入出力カプラ８３１および高反射ミラー８３２〜８３４は、リング状の光路Ｐを備えた光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶８３５は、入出力カプラ８３１および高反射ミラー８３２〜８３４が形成する光共振器内の光路Ｐ上に配置されてもよい。
【０１３６】
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。
【０１３７】
また、上記の説明では、各レーザ光のスペクトル波形におけるピーク強度を制御した。ただし、本開示はこれに限定されるものではない。たとえば、本開示は、スペクトル波形の面積値や積分値などで表される各レーザ光のエネルギーを制御する構成を備えてもよい。その構成には、各レーザ光のスペクトル線幅を制御する構成が含まれていてもよい。また、たとえばエネルギー変化に対してスペクトル線幅が変化しない場合では、上述したように、エネルギーの代わりにピーク強度を制御する構成であってもよい。
【０１３８】
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。
【０１３９】
上述の実施形態においては、増幅器５４０が１つである例を示したが、増幅器５４０を複数使用してもよい。また、波長変換器５５０は、本開示の構成に限定されるものではなく、波長変換器５５０に入射される光を増幅装置５０の増幅波長帯域の波長、例えば略１９３ｎｍの波長の光に変換するものであればよい。例えば、波長変換器５５０に含まれる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶の代わりにＣＬＢＯ結晶を使用してもよい。
【符号の説明】
【０１４０】
１００ レーザ装置
１０ コントローラ
２０、１２０、２２０ マスタオシレータシステム
２１ 出力結合ミラー
２２ レーザチャンバ
２３、２５ ウィンドウ
２４、２６ ウィンドウホルダ
２７、２７ａ、２７ｂ 放電電極
３０、１３０、２３０ 多波長発振制御機構
３１ コントローラ
３２ 架台
３３ グレーティング
３４ 回転ステージ
３５、３６、３７ プリズム
３８、３９ ウェッジプリズム
３８ａ、３９ａ、１３８ａ、１３９ａ 移動ステージ
３８ｂ、３９ｂ アーム部
３８ｃ、３９ｃ 回転ステージ
２３８、２３９ シリンドリカルハーフレンズ
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
４３０ 減衰部
４３１ コントローラ
４３２〜４３４ 減衰板
４３２ａ〜４３４ａ 移動ステージ
４３２ｂ アーム部
５００ マスタオシレータシステム
５１０ コントローラ
５２０ シード光源
５２０ａ〜５２０ｃ 半導体レーザ
５３０、６３０ 光路調節器
５４０ 増幅器
５５０ 波長変換器
５６０ ＬＢＯ結晶部
５６１ 集光レンズ
５６２ ＬＢＯ結晶
５６３ コリメートレンズ
５６４ ビームスプリッタ
５７０ ＫＢＢＦ結晶部
５７１、５７１ａ〜５７１ｃ 集光レンズ
５７２ ＫＢＢＦ結晶組立体
５７２ａ、５７２ｃ プリズム
５７２ｂ ＫＢＢＦ結晶
５７３、５７３ａ〜５７３ｃ コリメートレンズ
５７４ ビームスプリッタ
Ｌ１〜Ｌ３、Ｌ１ｒ〜Ｌ３ｒ、Ｌ１ｒｒ〜Ｌ３ｒｒ、Ｌ２ｈ、Ｌ２ｉ、Ｌ４ｈ、Ｌ４ｉ レーザ光
Ｓ０．３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１〜Ｓ３３、Ｓ１．２５ 波形
Ｓ８０、Ｓ９０、Ｓ９５、Ｓ１００ スペクトル形状
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、
各波長ピークのエネルギーを制御可能な多波長発振制御機構と、
前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、
前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記多波長発振制御機構を制御する制御部と、
を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を増幅する増幅装置をさらに備え、
増幅された前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光のうち最も波長の短い波長ピークのエネルギーと最も波長が長い波長ピークのエネルギーとは、他の増幅された波長ピークのエネルギーよりも大きい、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記スペクトル検出器は、前記少なくとも３つの増幅された波長ピークのスペクトルを検出し、
前記制御部は、前記少なくとも３つの増幅された波長ピークのうち最も波長の短い波長ピークのエネルギーと最も波長が長い波長ピークのエネルギーとが他の増幅された波長ピークのエネルギーよりも大きくなるように、前記多波長発振制御機構を制御する、請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記多波長発振制御機構は、各波長ピークのピーク強度およびスペクトル線幅のうち少なくとも１つを制御する、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記マスタオシレータは、
共振器の一方の端に位置された出力結合ミラーと、
前記共振器の他方の端に位置されたグレーティングと、
前記共振器中に位置され、内部にレーザ媒体を含むチャンバと、
を含み、
前記多波長発振制御機構は、
前記少なくとも３つの波長ピークのうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射角度を変更可能な少なくとも１つの光学素子と、
前記少なくとも１つの光学素子を前記少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路に対して入出する移動機構と、
を含む、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記マスタオシレータは、前記共振器中に配置され、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路を分離するプリズムをさらに含み、
前記移動機構は、分離された前記入射光路に対して前記少なくとも１つの光学素子を入出する、請求項５記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記多波長発振制御機構は前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光の各波長ピークの中心波長を制御可能である、
請求項１記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記マスタオシレータは、
共振器の一方の端に位置された出力結合ミラーと、
前記共振器の他方の端に位置されたグレーティングと、
前記共振器中に位置され、内部にレーザ媒体を含むチャンバと、
を含み、
前記多波長発振制御機構は、
前記少なくとも３つのレーザ光のうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路上に位置され、該少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射角度を変更可能な少なくとも１つの光学素子と、
前記少なくとも１つの光学素子を前記入射光路以外の軸を回転軸として回転可能な回転機構と、
をさらに含む、請求項７記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記マスタオシレータは、前記共振器中に配置され、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路を分離するプリズムをさらに含み、
前記少なくとも１つの光学素子は、分離された前記入射光路上に位置される、請求項８記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記光学要素は、ウェッジプリズムである、請求項８記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記マスタオシレータは、
共振器の一方の端に位置された出力結合ミラーと、
前記共振器の他方の端に位置されたグレーティングと、
前記共振器中に位置され、内部にレーザ媒体を含むチャンバと、
を含み、
前記多波長発振制御機構は、
前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光のうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射角度を変更可能な少なくとも１つの光学素子と、
前記少なくとも１つの光学素子を前記少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路に対して入出する移動機構と、
を含む、請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記マスタオシレータは、前記共振器中に配置され、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路を分離するプリズムをさらに含み、
前記移動機構は、分離された前記入射光路に対して前記少なくとも１つの光学素子を入出する、請求項１１記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記光学要素は、シリンドリカルレンズである、請求項１１記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光の各波長ピークを含むレーザ光路はそれぞれ異なり、
前記多波長発振制御機構は、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光のうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路上に配置され、
該少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光のエネルギーを減衰させる少なくとも１つの減衰部と、
前記少なくとも１つの減衰部を前記少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路に対して垂直な方向に移動させる移動機構と、
を含み、
前記減衰部の透過率は、位置に依存して変化する、
請求項１記載のレーザ装置。
【請求項１５】
波長が異なる少なくとも３つのレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、
前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、
前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記マスタオシレータを制御する制御部と、
を備え、
前記マスタオシレータは、
それぞれ異なる波長で発振可能な少なくとも３つの半導体レーザと、
前記少なくとも３つの半導体レーザから出力された前記少なくとも３つのレーザ光の光路を実質的に一致させる光路調整部と、
前記少なくとも３つの半導体レーザを制御する発振制御部と、
を含む、
レーザ装置。
【請求項１６】
前記少なくとも３つのレーザ光を増幅する増幅部と、
増幅された前記少なくとも３つのレーザ光の波長を変換する波長変換部と、
をさらに備える、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項１７】
前記波長変換部は、少なくとも１つの非線形光学結晶を含む、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項１８】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項１９】
前記波長変換部は、前記非線形光学結晶中の実質的に同じ領域に前記少なくとも３つのレーザ光を集光する少なくとも１つの集光レンズをさらに含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記波長変換部は、前記非線形光学結晶中の異なる領域に前記少なくとも３つのレーザ光を集光する少なくとも１つの集光レンズをさらに含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項２１】
前記波長変換部は、前記非線形光学結晶中における一部が互いに重複する領域に前記少なくとも３つのレーザ光を集光する少なくとも１つの集光レンズをさらに含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項２２】
前記発振制御部は、実質的に同一のタイミングで前記少なくとも３つの半導体レーザを発振させる、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項２３】
前記発振制御部は、時間的に分離されたタイミングで前記少なくとも３つの半導体レーザを発振させる、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項２４】
前記発振制御部は、時間的に一部が重複するタイミングで前記少なくとも３つの半導体レーザを発振させる、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項１】
少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、
各波長ピークのエネルギーを制御可能な多波長発振制御機構と、
前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、
前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記多波長発振制御機構を制御する制御部と、
を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光を増幅する増幅装置をさらに備え、
増幅された前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光のうち最も波長の短い波長ピークのエネルギーと最も波長が長い波長ピークのエネルギーとは、他の増幅された波長ピークのエネルギーよりも大きい、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記スペクトル検出器は、前記少なくとも３つの増幅された波長ピークのスペクトルを検出し、
前記制御部は、前記少なくとも３つの増幅された波長ピークのうち最も波長の短い波長ピークのエネルギーと最も波長が長い波長ピークのエネルギーとが他の増幅された波長ピークのエネルギーよりも大きくなるように、前記多波長発振制御機構を制御する、請求項２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記多波長発振制御機構は、各波長ピークのピーク強度およびスペクトル線幅のうち少なくとも１つを制御する、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記マスタオシレータは、
共振器の一方の端に位置された出力結合ミラーと、
前記共振器の他方の端に位置されたグレーティングと、
前記共振器中に位置され、内部にレーザ媒体を含むチャンバと、
を含み、
前記多波長発振制御機構は、
前記少なくとも３つの波長ピークのうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射角度を変更可能な少なくとも１つの光学素子と、
前記少なくとも１つの光学素子を前記少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路に対して入出する移動機構と、
を含む、請求項１記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記マスタオシレータは、前記共振器中に配置され、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路を分離するプリズムをさらに含み、
前記移動機構は、分離された前記入射光路に対して前記少なくとも１つの光学素子を入出する、請求項５記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記多波長発振制御機構は前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光の各波長ピークの中心波長を制御可能である、
請求項１記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記マスタオシレータは、
共振器の一方の端に位置された出力結合ミラーと、
前記共振器の他方の端に位置されたグレーティングと、
前記共振器中に位置され、内部にレーザ媒体を含むチャンバと、
を含み、
前記多波長発振制御機構は、
前記少なくとも３つのレーザ光のうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路上に位置され、該少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射角度を変更可能な少なくとも１つの光学素子と、
前記少なくとも１つの光学素子を前記入射光路以外の軸を回転軸として回転可能な回転機構と、
をさらに含む、請求項７記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記マスタオシレータは、前記共振器中に配置され、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路を分離するプリズムをさらに含み、
前記少なくとも１つの光学素子は、分離された前記入射光路上に位置される、請求項８記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記光学要素は、ウェッジプリズムである、請求項８記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記マスタオシレータは、
共振器の一方の端に位置された出力結合ミラーと、
前記共振器の他方の端に位置されたグレーティングと、
前記共振器中に位置され、内部にレーザ媒体を含むチャンバと、
を含み、
前記多波長発振制御機構は、
前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光のうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射角度を変更可能な少なくとも１つの光学素子と、
前記少なくとも１つの光学素子を前記少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路に対して入出する移動機構と、
を含む、請求項７記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記マスタオシレータは、前記共振器中に配置され、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光の前記グレーティングへの入射光路を分離するプリズムをさらに含み、
前記移動機構は、分離された前記入射光路に対して前記少なくとも１つの光学素子を入出する、請求項１１記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記光学要素は、シリンドリカルレンズである、請求項１１記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記少なくとも３つの波長ピークを含むスペクトルを持つレーザ光の各波長ピークを含むレーザ光路はそれぞれ異なり、
前記多波長発振制御機構は、前記少なくとも３つの波長ピークを含むレーザ光のうち少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路上に配置され、
該少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光のエネルギーを減衰させる少なくとも１つの減衰部と、
前記少なくとも１つの減衰部を前記少なくとも１つの波長ピークを含むレーザ光の光路に対して垂直な方向に移動させる移動機構と、
を含み、
前記減衰部の透過率は、位置に依存して変化する、
請求項１記載のレーザ装置。
【請求項１５】
波長が異なる少なくとも３つのレーザ光を出力可能なマスタオシレータと、
前記レーザ光のスペクトルを検出するスペクトル検出器と、
前記スペクトル検出器による検出結果に基づいて前記マスタオシレータを制御する制御部と、
を備え、
前記マスタオシレータは、
それぞれ異なる波長で発振可能な少なくとも３つの半導体レーザと、
前記少なくとも３つの半導体レーザから出力された前記少なくとも３つのレーザ光の光路を実質的に一致させる光路調整部と、
前記少なくとも３つの半導体レーザを制御する発振制御部と、
を含む、
レーザ装置。
【請求項１６】
前記少なくとも３つのレーザ光を増幅する増幅部と、
増幅された前記少なくとも３つのレーザ光の波長を変換する波長変換部と、
をさらに備える、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項１７】
前記波長変換部は、少なくとも１つの非線形光学結晶を含む、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項１８】
前記非線形光学結晶は、ＬＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項１９】
前記波長変換部は、前記非線形光学結晶中の実質的に同じ領域に前記少なくとも３つのレーザ光を集光する少なくとも１つの集光レンズをさらに含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記波長変換部は、前記非線形光学結晶中の異なる領域に前記少なくとも３つのレーザ光を集光する少なくとも１つの集光レンズをさらに含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項２１】
前記波長変換部は、前記非線形光学結晶中における一部が互いに重複する領域に前記少なくとも３つのレーザ光を集光する少なくとも１つの集光レンズをさらに含む、請求項１７記載のレーザ装置。
【請求項２２】
前記発振制御部は、実質的に同一のタイミングで前記少なくとも３つの半導体レーザを発振させる、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項２３】
前記発振制御部は、時間的に分離されたタイミングで前記少なくとも３つの半導体レーザを発振させる、請求項１５記載のレーザ装置。
【請求項２４】
前記発振制御部は、時間的に一部が重複するタイミングで前記少なくとも３つの半導体レーザを発振させる、請求項１５記載のレーザ装置。
【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２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【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２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【公開番号】特開２０１３−６２４８４（Ｐ２０１３−６２４８４Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４９６３３（Ｐ２０１２−１４９６３３）
【出願日】平成２４年７月３日（２０１２．７．３）
【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４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月３日（２０１２．７．３）
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
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