露光装置用レーザ装置
【課題】高繰返し化（１０ＫＨｚ以上）、高出力化、超狭帯域化（０．１ｐｍ以下）を実現することが可能な露光装置用レーザ装置を提供すること。
【解決手段】ＬＭＮ３を有する狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）１０と、光安定共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）２０とからなる注入同期式レーザ装置において、発振段レーザ光を増幅段レーザ２０の光安定共振器内に注入する高効率な注入装置４を設ける。発振段レーザ１０には放電電極１ａが配置され、放電電極１ａを放電させるための１２ｋＨｚ電源１５が接続され、また、増幅段レーザ２０の光共振器内には複数組のペアの放電電極２ａ，２ｂが配置され、それぞれの電極ペア２ａ，２ｂを放電させるための６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂが接続される。そして、２組のペア電極２ａ，２ｂに、前記注入光と同期させて交互に放電電圧を印加して放電させる。
【解決手段】ＬＭＮ３を有する狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）１０と、光安定共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）２０とからなる注入同期式レーザ装置において、発振段レーザ光を増幅段レーザ２０の光安定共振器内に注入する高効率な注入装置４を設ける。発振段レーザ１０には放電電極１ａが配置され、放電電極１ａを放電させるための１２ｋＨｚ電源１５が接続され、また、増幅段レーザ２０の光共振器内には複数組のペアの放電電極２ａ，２ｂが配置され、それぞれの電極ペア２ａ，２ｂを放電させるための６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂが接続される。そして、２組のペア電極２ａ，２ｂに、前記注入光と同期させて交互に放電電圧を印加して放電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は狭帯域発振段レーザと、少なくとも１組の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる露光装置用の注入同期式レーザ装置に関し、特に、高繰返し周波数で高出力が可能な露光装置用レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、露光用レーザ装置においては、露光機のスループット向上および均一な超微細加工実現のため、高繰返し化、高出力化と超狭帯域化が同時に要求されている。
超狭帯域化と高出力化の要求を同時に満足させるため、２台のレーザを用いた同期レーザ装置が、提案されている。
１台目の発振段レーザは低パルスエネルギながら超狭帯域化スペクトルをもつ。２台目の増幅段レーザにおいて、発振段レーザの超狭帯域化スペクトルを維持したままパルスエネルギのみ増幅する。この２ステージレーザ装置により所望の超狭帯域化スペクトル、高出力を得ることが可能となる。
上記した２ステージレーザ装置の形態としてはアンプ側に共振器ミラーを設けないＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amprifier ）方式と共振器ミラーを設けるＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）方式とに大別される。
【０００３】
２ステージレーザ装置の概略構成例を図２０に示す。同図（ａ）はＭＯＰＡ方式を示し、同図（ｂ）はＭＯＰＯ方式を示す。
同図（ａ）（ｂ）において、発振段レーザ（ＭＯ）１００から放出されるレーザビームはシードレーザビームとしての機能し、増幅器（ＰＡ）２００あるいは増幅段レーザ（ＰＯ）２１０はそのシードレーザ光を増幅する機能を有する。すなわち、発振段レーザ１００のスペクトル特性によりレーザ装置の全体のスペクトル特性が決定され、増幅段レーザ２００あるいは２１０によってレーザ装置からのレーザ出力（エネルギまたはパワー）が決定される。
同図（ａ）のＭＯＰＡ方式のレーザ装置において、発振段レーザ（ＭＯ）１００、増幅器（ＰＡ）２００は各々レーザチャンバ１０１，２０１を有し、その内部にはレーザガスが満たされており、内部には対向し、かつ所定距離だけ離間した一対の電極（図示せず）が設置され、これらの一対の電極に高電圧パルスが印加されることにより放電が発生する。
【０００４】
また、発振段レーザ１００と増幅段レーザ２００のチャンバには、レーザ発振光に対して透過性がある材料によって作られたウィンドウ部材（図示せず）がそれぞれ設置されている。また、チャンバ１０1 ，２０１内には、図示しないクロスフローファンが設置されており、レーザガスをチャンバ１０１，２０１内で循環させ、上記放電部にレーザガスを送り込んでいる。
発振段レーザ１００は拡大プリズム３０１とグレーティング（回折格子）３０２によって構成された狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３００を有し、この狭帯域化モジュール３００内の光学素子とフロントミラー１０２とでレーザ共振器を構成する。
発振段レーザ１００からのレーザビーム（シードレーザビーム）は反射ミラー等を含むビーム伝播系４００を介して増幅器（ＰＡ）２００へ導かれ注入され、増幅されて出力レーザ光として出力される。
図２０（ａ）に示すＭＯＰＡ方式では、増幅器（ＰＡ）２００には共振器ミラーが設けられていないが、図２０（ｂ）に示すＭＯＰＯ方式では、小入力でも増幅できるように増幅段レーザ２１０に、例えばリアミラー２１１、フロントミラー２１２からなる１組の光安定共振器が配置される。そして、注入されたシードレーザビームは同図の矢印のようにフロントミラー２１２、リアミラー２１１間で反射し、放電部を有効に通過してレーザビームのパワーが増大し、フロントミラー２１２からレーザ光が出力される。
【０００５】
ところで、テクノロジーノードが進むにつれて、４５ｎｍから３２ｎｍノードでは、ＡｒＦレーザを光源とする露光装置において、液浸技術による高ＮＡ（１．３〜１．５）化と２重露光が主力となりつつある。
ＡｒＦレーザ露光装置用光源の要求を以下に示す。
１．高ドーズ安定性の確保と高スループット化に伴い高繰返し周波数（１０ｋＨｚ以上）かつ高平均出力（１００Ｗ以上）が要求される。
２．高ＮＡ化にともない更なる超狭帯域化（０．１ｐｍ以下）が要求される。
３．露光装置のマスク上でスペックルの影響を低くするために出力レーザ光の空間コヒーレンスは低いことが要求される。
【０００６】
最近の露光用レーザ装置においては、上述したように超狭帯域化と高出力化に加え、高繰返し化が要求されている。高繰返し化の要求に対して、例えば特許文献１に記載のレーザ装置のように、増幅段レーザに二組のペアの放電電極を配置し、ペアの放電電極を交互に放電させることで、ある程度の高繰返し化の要求に答えられるものと考えられる。
図２１に特許文献１に記載のレーザ装置の概略構成を示す。同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は増幅器（ＰＡ）の上面図を示す。
図２１に示すレーザ装置は、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置において、１つの高繰返し発振段レーザ（ＭＯ）と、少なくも２つの増幅器（ＰＡ）で構成（同一チャンバ内に複数組の電極を配置してもよい）し、発振段レーザ（ＭＯ）１つの繰返し数が例えば４ｋＨｚ以上で、前記増幅器（ＰＡ）の繰り返し周波数が例えば２ｋＨｚ以上で同期運転させるようにしたものである。
【０００７】
図２１において、発振段レーザ１００の繰り返し周波数は例えば４ｋＨｚ以上であり、発振段レーザ１００からのレーザビーム１４０Ａは反射ミラー２４０Ａ，２４０Ｂ等を介して増幅器（ＰＡ）２００へ導かれ注入される。
増幅器（ＰＡ）２００には、二組のペアの放電電極９０Ａ−９０Ａ，９０Ｂ−９０Ｂが配置され、例えば２ｋＨｚ以上の繰り返し周波数で交互に放電し、注入されたレーザビームは同図（ｂ）に示すように、反射ミラー２４０Ｂ，２４０Ｃ１，２４０Ｃ２で反射して、増幅され、増幅されたレーザ光が出力される。
なお、通常のフリーランレーザ装置において、レーザチャンバの中に複数組の電極ペアを直列に配置し、これを交互運転することにより高繰返し運転をするレーザ装置は、例えば特許文献２にも示されるように従来から知られている。
【特許文献１】米国特許第７００６５４７号明細書
【特許文献２】特開昭６３−９８１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザの繰返し周波数１０ｋＨｚ以上、レーザ出力１００Ｗ以上の超狭帯域化レーザ装置を、上記特許文献１に記載されるＭＯＰＡ方式のレーザ装置で実現する場合、以下の問題が発生する。
１．ＭＯＰＡ方式の場合、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギは１ｍＪであり、発振段レーザ（ＭＯ）において、高繰返し化（１０ＫＨｚ以上）、パルスエネルギ１ｍＪ以上、更なる狭帯域化（０．１ｐｍ以下）を実現するのは困難であった。
図２２は、ＭＯＰＡ方式とＭＯＰＯ方式のレーザ装置における注入パルスエネルギ（ｍＪ）と増幅後のパルスエネルギ（ｍＪ）の関係を示す図であり、ＭＯＰＡ方式はＭＯＰＯ方式より増幅効率が悪く、増幅後のレーザ出力として１６ｍＪ必要とすると、注入に必要なパルスエネルギは、ＭＯＰＡ方式では１ｍＪとなる。これに対し、ＭＯＰＯ方式では０．１ｍＪでよい。
２．増幅器（ＰＡ）の増幅後のレーザのパルスエネルギが低いために、ある程度の長さの電極長が必要となり、例えば図２１に示した直列の分割電極で動作させる場合、レーザチャンバの長さが従来のチャンバの約２倍近くとなり、大型化した。
【０００９】
上述したように、ＭＯＰＡ方式では注入パルスエネルギを大きくしなければならない。一方、ＭＯＰＯ方式であれば、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギは比較的少なくてよい。
しかし、上記高繰返し、高出力及び超狭帯域化レーザ装置をＭＯＰＯ方式で実現するには、以下のように、解決しなければならない問題もある。
すなわち、高繰り返し（１０ｋＨｚ以上）、高パルスエネルギ（１５ｍＪ以上）とすると、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器のエネルギ負荷が増大し、共振器のダメージが大きくなる。増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器のエネルギ負荷を小さくし、かつ高パルスエネルギ化するためには、大きな放電断面積が必要となる。
【００１０】
図２３に放電励起レーザ装置のレーザチャンバの断面図を示す。
レーザチャンバ１００の中には電極間にレーザガスを流すためのクロスフローファン１２１と放電したレーザガスを冷却するための熱交換器１２２と放電励起させるためのアノード電極１３１とカソード電極１３２とクロスフローファン１２１によって流れるレーザガスを電極間に効率よく流すための風ガイド１２３からなっている。また、電源１３３と電極１３２の間には絶縁セラミックス１２４が設けられ、さらに、電極１３１の近くには予備電離電極１２５が設けられている。
電源１３３より、予備電離電極１２５に電圧を印加して、まず、放電空間を予備電離した後、電極１３１，１３２間にパルス電圧を印加して、カソード電極１３２とアノード電極１３２間に電流を流し、放電させる。
ここで、例えば、繰返し周波数を２倍にするためには、上記クロスフローファン１２１による必要風速が２倍必要となるが、風速を２倍にするためにはチャンバ内のＦＡＮ動力が２3 ＝８倍となる。このため、風速を上げることで高繰返し化することは実質的に困難であった。
【００１１】
以上のように、ＭＯＰＯ方式によれば、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギは比較的少なくてすむが、上記した高繰返し、高出力及び超狭帯域化レーザ装置をＭＯＰＯ方式で実現するには、増幅段レーザ（ＭＯ）への発振段レーザ出力光の注入方法や電極の配置・構成など、さらに解決しなければならない問題が多々ある。
前記、特許文献１にはＭＯＰＯ方式への適用についても言及されているが、高繰返し、高出力及び超狭帯域化に対して、具体的な方策は開示されていない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、高繰返し化（１０ＫＨｚ以上）、高出力化、超狭帯域化（０．１ｐｍ以下）を実現することが可能な露光装置用レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
エキシマレーザにおける、高繰り返し化で、もっとも有効なのは、放電幅を狭くすることである。一般に、エキシマレーザにおける、動作可能な最大繰り返し周波数は、クリアランスレシオ（ＣｌｅａｒａｎｃｅＲａｔｉｏ，ＣＲ）と関連付けて説明される。ＣＲとは、図２４に示すように電極１３１，１３２間のガス流速をｖ、放電幅をＷ、放電間隔時間をｔ、電極間ギャップをＧとすると、ガス流速ｖと放電間隔時間ｔの積と放電幅Ｗとの比、すなわちＣＲ＝ｖｔ／Ｗである。
ＣＲが十分大きいとき、放電は安定し、高繰り返し動作が可能となる。ＣＲが大きければ、放電は安定に生成され、レーザのエネルギ安定性も良くなる。
【００１３】
物理的な現象より、ＣＲについて説明すれば、以下のようになる。
放電によって生成されるイオン、活性種などの放電生成物、電極からの飛散ダスト、デブリはガスの放電抵抗を著しく低下させる。また、放電によって、ガス希薄部が生じ、この部分は相対的にガス圧力が低いため、放電抵抗が小さい。よって、この部分（放電生成物）が、電極近傍に存在すると、次に生じる放電が、電極間ではなく、この部分に生じてしまう（図２４に示す異常放電の発生）。
ＣＲが大きいということは、この放電生成物を、次の放電が発生するときに、電極近傍から遠ざけるということを意味する。
必要なＣＲの値は、レーザの用途によって異なる。レーザのエネルギ安定性がそれほど要求されないアプリケーションでは、ＣＲは１程度でよい。しかし、半導体露光用光源として使われる場合、高いエネルギ安定性が要求されるため、ＣＲは２〜３が必要となる。従って、たとえば、放電幅が３ｍｍで、６ｋＨｚで動作させようとすると、電極間ガス流速は秒速５０ｍ程度の値が必要となる。
【００１４】
レーザの繰り返し周波数を増加させようとする場合、ＣＲの観点から、２つの方策が可能であると考えられる。たとえば、６ｋＨｚ動作するレーザの繰り返し周波数を１２ｋＨｚに増加させ、レーザエネルギの安定性も確保しようとした場合、ＣＲが２〜３で一定であると仮定すると、ガス流速ｖを二倍にするか、放電幅Ｗを１／２にすることで実現できる。
レーザ装置を実用可能なものとする場合、この二つの方策のうち、前者が格段に困難である。それは、ガス流速を二倍にすることで、クロスフローファンを駆動するモータに必要な電力は８倍に増加するからである。
一方、放電幅を狭くする方法としては放電部での電極幅を狭くする方法がある。しかし、種々検討した結果、電極幅を狭くするだけでは必ずしも放電幅が狭くならず、電極間距離（電極ギャップ）を狭くすることで、放電幅が狭くなることを見出した。すなわち、電極間距離を短くすれば、電極間の電気力線がどの部分においても広がらず略平行となり、放電への束縛力が強い状態となる。このため、放電幅が広がらず、放電幅が設計どおりに狭くなると推定される。
【００１５】
図２５に、電極に投入されるエネルギ密度を一定とし放電電極幅一定（カソード電極幅：１．５ｍｍ電極、アノード電極幅２ｍｍ）とした電極において、電極ギャップと放電幅の相対値の関係の計測結果を示す。１６ｍｍギャップから１０ｍｍギャップとすることで同じ電極幅においても１６ｍｍギャップの場合にくらべて約７０％の放電幅まで狭くなることが判明した。
ここで、上記放電幅は、具体的には、以下のようにして計測することができる。
図２６にマッハツェンダ法による放電幅Ｗを計測するシステムの構成例を示す。
コヒーレントなパルスレーザ４０１からの光束をミラー４０２を介してビームエキスパインダ４０３に入射させ、ビームエキスパンダ４０３によりレーザ４００の放電領域以上にビーム拡大する。
ハーフミラー４０４によりレーザチャンバ４０５を通る光束と通らない光束とに等量に２分し、一方をレーザチャンバ４０５に入射し、他方を高反射ミラー４１０を介してハーフミラー４０８に入射する。
レーザチャンバ４０５内には放電電極４０６が設けられ、放電電極４０６に放電電圧を印加し放電させることにより、レーザチャンバ４０５内に入射した光は放電電極４０６間の放電領域を通過し出力する。
レーザ４００の出力光は高反射ミラー４０７で反射してハーフミラー４０８に入射し、上記高反射ミラー４１０を介してハーフミラー４０８に入射した光と重ね合わせられ、重ね合わせられた光は、干渉フィルタ４０９を介してＣＣＤカメラ４１１に入射する。
【００１６】
これら二つの光束は、レーザチャンバ４０５を通る光束と通らない光束の間で両光束は干渉し干渉縞を発生する。すなわち。パルスレーザの波長をλとすれば、光路差Δが半波長λ／２の奇数倍であれば、二つの光束の山と谷が重なって互いに弱め合い暗い縞を生じ、 偶数倍であればお互いに強め合って明るい縞を生じる。光路差Δが像面全体で同じであれば、像は一様な明るさになる。
ここで、図２６（ｂ）に示すように、カソード電極４０６ａとアノード電極４０６ｂ間で放電すると電子密度が高くなり、放電部の屈折率が変化する。したがって、この干渉縞が歪む領域の幅を放電幅Ｗとしてこの干渉計により計測できる。
また、放電幅を計測する簡便な方法としては、図２７に示すように、レーザチャンバ４０５のフロント側にＯＣ４１２（出力結合ミラー）とリア側にリアミラー４１３を配置し、レーザ発振させてＯＣ４１２の位置のビームプロファイルを、ＣＣＤカメラ４１６で撮像し計測することで、ビーム幅を計測することにより代用してもよい。
なお、転写レンズ４１５はＯＣ４１２の位置でのビームをＣＣＤカメラ４１６上に結像させて計測する。放電幅の定義としては、例えばピーク強度の１／ｅまたは１／ｅ2 としてもよい。
【００１７】
高繰返し化を可能とするには、前記ＣＲの考え方による、放電抵抗を下げるということがある。
上述のとおり、放電近傍に放電生成物が存在すると、放電電極間に放電が生成されず、異常放電となり、レーザのエネルギ安定性が損なわれる。このとき、放電が電極間に設計どおり生成されるか、放電生成物が存在する領域に生成されて異常放電となるかは、両者の放電抵抗の違いに依存する。
よって、放電生成物がある領域よりも、電極間領域の放電抵抗が小さければ、ＣＲが小さい場合、すなわち、放電生成物が電極近傍に存在する場合でも、安定な放電が生成できる。電極間距離を小さくし、電極間電界強度を高めるということは、放電抵抗を下げることに他ならず、高繰り返し化において、レーザの出力安定化に有効な手段である。
実験結果から、電極間距離としては、設計放電幅３ｍｍに対しては１６ｍｍの電極間距離が有効であり、設計放電幅１ｍｍに対しては８ｍｍの電極間距離が有効である。よって、放電幅と電極間距離の、高繰り返し動作への有効なアスペクト比（放電幅と電極間距離の比）は１：８〜３：１６、すなわち０．１２５〜１．８７５である。
【００１８】
以上の実験結果から、たとえば高繰返し周波数１２ｋＨｚの発振段レーザ（ＭＯ）は放電幅を狭くするために、電極幅を約１ｍｍと狭くし、かつ、電極ギャップを約８ｍｍに短くすることが必要となる。
さらに、同一の風量を維持することができるとすると、電極ギャップを短くすれば、電極ギャップ間のガス流速は電極ギャップＧに反比例して速くなる。したがって、電極ギャップを狭くすることにより、ガス流速を増大させる効果も得られ、より高繰返し化が可能になるものと考えられる。
【００１９】
以上のように、発振段レーザ（ＭＯ）の高繰返し化を実現するためには、狭い電極幅と電極ギャップを短くする必要がある。この場合、放電断面積が小さくなるため、発振段レーザ（ＭＯ）の出力は小出力となる。
このため、特許文献１に記載されるようなＭＯＰＡ方式を採用した場合、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギ１ｍＪ以上必要を維持することができなくなる。
そこで、本発明では、ＰＯ共振器として低空間コヒーレンスを実現する安定共振器を備えた増幅段レーザ（ＰＯ）を備えたＭＯＰＯ方式を採用した。ＭＯＰＯ方式であれば、前記図２２に示したように、増幅段レーザ（ＰＯ）の必要パルスエネルギが従来のＭＯＰＡ方式に比べ少なくとも１／４（＝放電幅＊電極ギャップ１／２）でも十分な増幅後のレーザパルスエネルギを得ることができる。
本発明において、ＭＯＰＯ方式の第１の例は、増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ光共振器としてファブリペロ型の安定共振器を用い、発振段レーザ（ＭＯ）光をこの共振器中に注入する。上記第２の例は、増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ光共振器として、リング型の安定共振器を採用し、前記共振器の出力結合ミラー（ＯＣ）から発振段（ＭＯ）レーザ光を注入する。
【００２０】
発振段レーザ（ＭＯ）の高繰返し化のために、狭い放電幅ＷMOを実現するために放電の電極幅と電極ギャップＧMOを狭くする必要がある。
この時のパルスエネルギは約０．２５ｍＪを維持することは可能である。さらに、放電幅が狭くなるために、放電方向に対して垂直方向に対して、波長分散素子（ｇｒａｔｉｎｇ）を設置し、プリズムビームエキスパンダの拡大率を大きくすることにより、更なる狭帯域化が可能となる。
しかし、高繰返し増幅段レーザ（ＰＯ）のするために、狭い放電幅ＷPOを実現するために、電極幅と電極ギャップＧPOを狭くすると以下の２つの問題点が発生する。
１．増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器の光学素子の損傷
放電幅を例えば１／２とすることで、レーザのビーム面積も１／２より小さくなり、これまでと同じパルスエネルギ（約１７ｍＪ）を出力するとすると、レーザビームのエネルギ密度は２倍以上になってしまう。
これにより、増幅段レーザ（ＰＯ）のレーザチャンバから光を取り出すウインドや、レーザビームを増幅するＰＯ共振器に含まれる光学素子の損傷が発生する。従って、ＰＯレーザの放電幅及び電極ギャップを、ある程度以上小さくすることは難しい。
２．増幅段レーザ（ＰＯ）の増幅効率の低下
増幅段レーザ（ＰＯ）の放電面積を小さくすると増幅後に必要なパルスエネルギ（例えば１７ｍＪ以上）を定格で出力することができない。
【００２１】
そこで、本発明においては、高パルスエネルギ化とＰＯ安定共振器の光学素子の負荷を低減するために、増幅段レーザ（ＰＯ）にはｎ組のペアの電極を配置し、おのおのの電極ペアには、それぞれ電源を接続し、発振段レーザ（ＭＯ）光をＰＯ安定共振器に注入し、少なくとも１つのペアの電極を注入光に同期させて放電させ、増幅段レーザ（ＰＯ）からレーザ光を出力する方式とする。
なお、増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に複数組のペアの放電電極を配置し、発振段レーザ光をＰＯ共振器内に注入するように構成し、ＰＯ共振器から出力光を取り出すようにしたり、あるいは、それぞれがＰＯ共振器を有する複数の増幅段レーザ（ＰＯ）を設け、発振段レーザ光を、それぞれの増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に分岐注入し、複数の増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器からの出力光を合波して出力するようにしてもよい。
【００２２】
上記のように増幅段レーザ（ＰＯ）にｎ組のペアの電極を配置し、発振段レーザから出力される注入光に同期させて、ｎ組のペア電極の内の少なくとも１組のペア電極を順次放電させることで、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極における放電の繰返し周波数は、発振段レーザ（ＭＯ）の繰返し周波数より低くすることができる。
これにより、発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極の電極ギャップＧPOの関係は、ＧMO＜ＧPOとなるように構成することができ、また、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電幅ＷPOを、発振段レーザ（ＭＯ）の放電幅ＷMOより大きくすることもできる。
ここで、上記のように発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の電極ギャップＧPOが異なるため、発振段レーザ（ＭＯ）光を、ビーム形状を変えずに増幅段レーザ（ＰＯ）に注入すると、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電空間が、発振段レーザ（ＭＯ）が出力するシード光で満たされない。
そこで、発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の間の光路中に、少なくとも放電ＧＡＰ方向にビームを拡大するビームエキスパンダを設置することが望ましい。これにより、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電空間をシード光で満たすことができる。
【００２３】
図２８に発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の放電電極と放電エリアの断面図の一例を示す。
発振段レーザ（ＭＯ）は、電極幅と電極ギャップＧMOを狭くすることにより、放電幅ＷMOが狭くなり、安定な１２ｋＨｚ放電が可能となる。
また、放電幅が狭くなるため、波長分散素子の分散方向を放電に対して垂直方法に配置し、ビーム拡大プリズムの拡大率を大きくすることにより、波長分散素子へ入射するビーム広がり角度が小さくなり、発振段レーザ（ＭＯ）から出力されるスペクトル幅はさらに狭くなる。
ただし、発振段レーザ（ＭＯ）のレーザ出力がビーム断面積が小さくなる分だけ小出力となる（ビーム断面積（１／２と放電ギャップ１／２）が１／４となった場合、１ｍＪ→０．２５ｍＪとなる）。
【００２４】
しかし、発振段レーザ（ＭＯ）の出力が半分以下に落ちても、ＭＯＰＯ方式を採用し、増幅段レーザ（ＰＯ）の安定共振器内にビームを拡大して注入することにより、十分ＰＯ共振器で増幅発振させて出力させることができる。
また、増幅段レーザ（ＰＯ）には、ｎ組のペアの電極が配置されており、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極における放電の繰返し周波数を、発振段レーザ（ＭＯ）の繰返し周波数より低くすることができるので、その放電電極のうちの１組の放電電極による放電断面積は図２８（ｂ）に示すように、従来の比較的繰返し周波数の低い場合の断面積と同等にできる。
このため、ＰＯ共振器に使用される光学素子の負荷（エネルギ密度）を低減でき、ＰＯ共振器の光学素子の寿命が延びる。
また、注入光に対して例えば２組の電極を２つの電源により交互に同期させて放電させることにより、高繰返し（１２ｋＨｚ）で、かつ、高パルスエネルギ（１７ｍＪ）の出力が可能となる。
【００２５】
以上に基づき、本発明においては、次のように前記課題を解決する。
（１）狭帯域発振段レーザと、少なくとも１組の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる注入同期式レーザ装置において、前記発振段レーザ光を注入光として前記増幅段レーザの光安定共振器内に注入する注入装置を設けるとともに、前記増幅段レーザの光共振器内には複数組のペアの放電電極を配置し、それぞれの電極ペアに、電極ペアを放電させるための電源回路を接続する。
そして、前記複数組の電極ペアの内の、少なくとも１ペアを前記注入光と同期させて順次放電させる。
例えば、２組のペア電極が設けられている場合は、２組のペア電極に、前記注入光と同期させて交互に放電電圧を印加して放電させる。また、ｎ組のペア電極が設けられている場合は、ｎ組のペア電極をｍ（ｎ＞ｍ）群に分け、前記注入光と同期させて、同じ群に属するペア電極単位で、ｍ群のペア電極に順次に放電電圧を印加して放電させる。
（２）狭帯域発振段レーザと、少なくともｋ台の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる注入同期式レーザ装置において、前記発振段レーザ光を注入光として前記ｋ台の増幅段レーザの光安定共振器内に分岐注入する注入装置を設け、ｋ台の増幅段レーザ装置の電極に電源回路を接続する。
そして、前記ｋ台の増幅段レーザの少なくとも１台を前記注入光と同期させて順次放電させる。
例えば、光安定共振器を配置した２台の増幅段レーザが設けられている場合は、２台の増幅段レーザの電極に、前記注入光に同期させて、交互に放電電圧を印加して放電させる。また、ｋ台の増幅段レーザが設けられている場合には、ｋ台の増幅段レーザをｍ（ｋ＞ｍ）群に分け、前記注入光に同期させて、同じ群に属する増幅段レーザ単位で、ｍ群の増幅段レーザの電極に順次に放電電圧を印加して放電させる。
（３）上記（１）（２）において、発振段レーザと増幅段レーザの光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダを配置する。
ここで、上記発振段レーザと増幅段レーザの電極ギャップは次のように定められる。
前述したように、電極間距離（電極ギャップ）を狭くすることで、放電幅を狭くすることができ、それに応じて高繰返し化が可能となる。
したがって、高繰返し化を実現するため、発振段レーザの電極間距離（電極ギャップ）を狭くすることが必要であるが、増幅段レーザについては、上記のように、増幅段レーザ装置の光共振器内に複数組のペアの放電電極を配置しているので、各ペア電極の放電の繰返し周波数は発振段レーザの繰返し周波数より低くてよい。
このため、発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極の電極ギャップＧPOは、ＧMO＜ＧPOとなるように設定される。
なお、前記したように、発振段レーザの高繰返し化を実現するため、発振段レーザの出力は小出力となる。このため、増幅段レーザの光安定共振器内に発振段レーザ光（シード光）を注入する注入装置としては高効率の注入装置を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）安定共振器を備えた増幅段レーザ（ＰＯ）を備えたＭＯＰＯ方式を採用したので、増幅段レーザ（ＰＯ）の必要パルスエネルギを従来のＭＯＰＡ方式に比べて格段に少なくすることができる。
このため、発振段レーザ（ＭＯ）の高繰返し化を実現するため、電極幅を狭くし、電極ギャップを短くすることにより、発振段レーザ（ＭＯ）の出力が小出力となっても、増幅段レーザに対して必要なパルスエネルギを供給することが可能である。
（２）増幅段レーザ装置の光共振器内に複数組のペアの放電電極を配置し、それぞれの電極ペアに電源回路を接続し、前記注入光と同期させて前記複数組の電極ペアの内の、少なくとも１ペアを順次放電させるようにしたので、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極における放電の繰返し周波数を、発振段レーザ（ＭＯ）の繰返し周波数より低くすることができる。
このため、発振段レーザが高繰返し周波数で動作しても、増幅段レーザ（ＰＯ）の１組の電極ペアの放電断面積は、発振段レーザの放電断面積より大きくすることができ、従来の比較的繰返し周波数の低い場合の断面積と同等にできる。
したがって、ＰＯ共振器に使用される光学素子の負荷（エネルギ密度）を低減でき、ＰＯ共振器の光学素子の寿命を延ばすことが可能となる。
（３）発振段レーザと増幅段レーザの光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダを配置することにより、発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極の電極ギャップＧPOの関係がＧMO＜ＧPOであっても、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電空間を発振段レーザの出力光であるシード光で満たすことができ、効率の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明のレーザ装置の基本構成を示す図である。
本発明のレーザ装置は、同図に示すように、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力する発振段レーザ（ＭＯ）１０と、出力されたＭＯレーザ光を少なくとも放電ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダ４と、ＭＯレーザ光を高効率注入装置５に導入するための２枚の高反射（ＨＲ）ミラー６ａ，６ｂと、発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ光を光共振器により増幅発振させるための増幅段レーザ（ＰＯ）２０とを有する。ＭＯレーザ光は、高効率注入装置５により、高効率で増幅段２０に注入される。高効率注入装置の具体例については後述する。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はプリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（回折格子）３ｂを搭載した狭帯域化モジュール３（以下、ＬＮＭ３ともいう）を有し、この狭帯域化モジュール３内の光学素子と出力結合ミラー（ＯＣ：ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）１４とでレーザ共振器を構成する。
また、チャンバ１１内に一対の放電電極１ａを備え、電極１ａには１２ｋＨｚのパルス電圧を発生する電源１５が接続される。
【００２８】
増幅段レーザ（ＰＯ）２０は、出力結合ミラー（ＯＣ）２４とレーザチャンバ２１とリアミラー２５で構成される安定共振器を有し、チャンバ２１内に一対の電極２ａおよび一対の電極２ｂからなる２組の一対の電極を有する。２組の一対の電極２ａ，２ｂには、それぞれ６ｋＨｚのパルス電圧を発生する電源２５ａ，２５ｂが接続される。
ここで、発振段レーザ（ＭＯ）１０の一対の電極１ａのギャップ（電極間隔）ＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の２組の一対の電極２ａ，２ｂのギャップＧPOの関係は、ＧMO＜ＧPOとなるように構成され、また、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電幅ＷPOは、発振段レーザ（ＭＯ）１０の放電幅ＷMOより大きくなるように構成されている。
【００２９】
以上のように発振段レーザ（ＭＯ）１０の一対の電極１ａのギャップＧMOを小さくし、狭い放電幅ＷMOを実現することで前述したように発振段レーザ（ＭＯ）１０の高繰返し化を実現することができる。
また、増幅段レーザ（ＰＯ）２０に２組の一対の電極を配置し、交互にそれぞれの一対の電極ペア２ａ，２ｂで放電させることにより、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の各電極における放電の繰返し周波数を発振段レーザ（ＭＯ）１０の繰返し周波数の１／２にすることができ、その放電電極のうちの１組の放電電極による放電断面積も発振段レーザ（ＭＯ）１０のそれと比べ、大きくすることができる。このため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器に使用される光学素子のエネルギ密度を低減することが可能となる。
【００３０】
発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０はともにチャンバ１１，２１内に設置された一対の電極１ａおよび２組の一対の電極２ａ，２ｂの光軸延長上両端にウィンドウ部材１２ａ，１２ｂおよび２２ａ，２２ｂを有し、その両側には波形整形のためのスリット１３，２３がそれぞれ設置されている。
波長およびスペクトル波形モニタ３４およびパワーモニタ８は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０から出力された光の光品位及びパルスエネルギを検出し、パワーモニタ７は、発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギを検出する。
波長及びスペクトル波形コントローラ３３は、上記波長およびスペクトル波形モニタ３４の出力に基づき増幅段レーザ（ＰＯ）から出射されるレーザ光の波長及びスペクトル波形を制御する。また、エネルギコントローラ３０は、パワーモニタ７，８の出力に基づき、はレーザのパルスエネルギをコントロールする。
また、ガスコントローラ３２は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザガスをコントロールする。レーザコントローラ３１はレーザの全体を制御する。 同期コントローラ３５は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０に接続されている２台の６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂと発振段レーザ（ＭＯ）１０に接続されている１２ｋＨｚ電源１５の放電タイミングをコントロールする。
【００３１】
発振段レーザ（ＭＯ）１０は、前述したように、スペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（回折格子）３ｂを搭載したＬＮＭ３とを有し、ＬＮＭ３に配置されているグレーティング（回折格子）３ｂの分散方向（＝プリズムのビーム拡大方向）は電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。
レーザチャンバ１１内にはバッファガスとＡｒガスとＦ2 ガスが満たされており、電極幅と電極ギャップを狭くすることにより、放電幅が狭く、かつ、電極間でのガス流速が速くなり、１２ｋＨｚ電源から電極に電圧を印加放電させることで安定な放電が形成される。
上記放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時に１９３ｎｍの波長の光を発光する。
１９３ｎｍの光をＬＮＭ３で波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．１ｐｍまで狭帯域化して、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力結合ミラー（ＯＣ：ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）１４から出力される。発振段レーザ（ＭＯ）からは繰返し周波数１２ｋＨｚでパルス発振する。発振段レーザ（ＭＯ）のレーザの発光パルスの時間幅は約３０ｎｓである。
【００３２】
次に、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ギャップと同等のビーム幅となるように、ビームエキスパンダ４に入射し拡大されて出力され、２枚の高反射（ＨＲ）ミラー６ａ，６ｂにより高効率注入装置５に入射する。ただし、上記２枚のミラー６ａ，６ｂの間には発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギをモニタするためのビームスプリッタ７ａとパワーモニタ７が配置されている。
ここで検出された発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出値はエネルギコントローラ３２に入力される。この発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出結果に基づいて、エネルギコントローラ３２は同期コントローラ３５を介して１２ｋＨｚ電源１５に制御信号を送る。
高効率注入装置５を出力したレーザ光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力結合ミラー（ＯＣ）２５とレーザチャンバ２１とリアミラー２５で構成される安定共振器に注入される。
【００３３】
レーザチャンバ２１内には２組の一対（ペア）の電極２ａ，２ｂ（以下電極ペア２ａ，２ｂともいう）が直列に配置され、それぞれの一対の電極ペア２ａ，２ｂに、おのおの６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂが接続されている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０から出射した注入光が１２ｋＨｚで、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器内に注入されると、同期して６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂを交互に運転して、交互にそれぞれの一対の電極ペア２ａ，２ｂで放電し、注入された光が光共振器内で増幅発振され、出力結合ミラー（ＯＣ）２４から増幅された光が１２ＫＨｚでレーザ発光し、露光装置３６に出力される。
この出力された光はビームスプリッタ８ａ，８ｂによりサンプルされ、パワーモニタ８によりパルスエネルギを検出しその結果がエネルギコントローラ３０に送られる。
エネルギコントローラ３０はこの検出結果に基づいて同期コントローラ３５を介して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の各６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂ及び発振段レーザ（ＭＯ）１０の１２ｋＨｚ電源１５に制御信号を送る。
【００３４】
増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力光をビームスプリッタ８ｂ，８ｂにより光サンプルし、波長及びスペクトル波形モニタ３４により波長及びスペクトル波形を検出する。
この検出結果は波長及びスペクトル波形コントローラ３３に送られＬＮＭ３内にあるグレーティング３ｂの入射角度を変化させる機構（図示しない）に制御信号を送ることにより波長を制御する。
また、スペクトル波形も発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ共振器内の光学素子の光波面を制御（図示しない）することにより、スペクトル波形を制御できる。さらに、ガスコントローラ３２により発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザチャンバ１１のＦ2 ガス濃度を制御することによってもスペクトル波形を制御できる。
【００３５】
レーザコントローラ３１は、１２ｋＨｚ電源１５の印加電圧や２台の６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂの印加電圧及び増幅段レーザ（ＰＯ）２０及び発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの経時変化から、ガスコントローラ３２にレーザガス（Ｆ２、Ａｒ及びバッファガス）の補給及び排気を徐々に行う。
ところで、発振段レーザ（ＭＯ）１０は電極幅及び電極ギャップが狭いので、放電による音響波による光波面のゆがみが発生して、スペクトル波形に悪影響を及ぼす。発振段レーザ（ＭＯ）１０の１２ｋＨｚ発振で音響波の影響を著しく小さくする方法として、バッファガスとしてＨｅガスまたはＮｅとＨｅの混合ガスを用いる方法がある。
Ｈｅガスをバッファガスとした場合の欠点として、発振段レーザ（ＭＯ）のパルスエネルギ力が小さくなることである。しかし、この小さなパルスエネルギの欠点は、注入効率の高いＭＯ増幅段レーザ（ＰＯ）方式を採用することにより回避可能となる。
【００３６】
以上のように、本発明のレーザ装置は、安定共振器を備えた増幅段レーザ（ＰＯ）２０を有するＭＯＰＯ方式を採用したので、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力が小出力となっても、増幅段レーザに対して必要なパルスエネルギを供給することが可能である。
また、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダ４を配置することで、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電空間を発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光であるシード光で満たすことができ、効率の低下を防ぐことができる。
【００３７】
以下、本発明による具体的なレーザ装置の構成例について説明する。
（１）第１の実施例
図２は本発明の第１の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の安定共振器にリング共振器を設置し、ＭＯレーザ光（シード光）を増幅段レーザ（ＰＯ）に効率よく注入するようにした構成例を示す。
なお、同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。同図では図１に示した各種検出器、コントローラ、電源等は省略されている。
図２において、前述したように発振段レーザ（ＭＯ）１０の一対の電極１ａに電圧を印加し放電させることにより、１９３ｎｍの波長の光を発光する。この１９３ｎｍの光はＬＮＭ３で狭帯域化され、ＯＣ（出力結合ミラー）１４から出力される。
発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はビームエキスパンダ４により、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電ギャップまで拡大され、高反射ミラー６ａを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器中に注入される。すなわち、同図 (ｂ) に示すように、高反射ミラー６ａで反射させたシード光を部分反射ミラーであるＯＣ（出力結合ミラー）６２ｂを透過させて、リング共振器の共振器中に注入する。
【００３８】
図３に上記ビームエキスパインダ４の構成例を示す。同図（ａ）は、両面が０度入射反射防止（ＡＲ）膜コートされたシリンドリカル凹凸レンズ４ａ，４ｂを用いた例を示し、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はシリンドリカル凹レンズ４ａに入射した後、シリンドリカル凸レンズ４ｂに入射し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電ギャップ方向にビーム径が拡大される。
同図（ｂ）は、両面が０度入射反射防止（ＡＲ）膜コートされたシリンドリカル凸レンズ４ｂ，４ｃを用いた例を示し、同図 (ｃ) は、入射面がＳ偏光に対してＡＲコートされ、出射面が０度ＡＲコートされたプリズムビームエキスパインダ４ｄ，４ｅを用いた例を示し、同図（ｄ）は両面がＳ偏光に対してＡＲコートされたウエッジ基板４ｆ，４ｇを用いた場合を示し、いずれの構成でも、同図（ａ）と同様に増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電ギャップ方向にビームを拡大することができる。なお、図３（ｃ）および図３（ｄ）の実施例において、プリズムまたはウェッジ基板の斜面に対してＳ偏光のＡＲコートが必要な理由は、ＭＯレーザから出力される偏光状態が、紙面に対して垂直な直線偏光であるためである。
【００３９】
図２に戻り、ＯＣ６２ｂを透過したシード光は高反射ミラー６２ａによりレーザチャンバの放電空間に傾いて入射される。
図示しない６ｋＨｚ電源からシード光に同期させて、増幅段レーザ（ＰＯ）の電極ペア２ａに電圧が印加され、放電する。これにより、放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し２枚の高反射ミラー６１ａ，６１ｂにより折り返され、再び放電している放電空間に導かれ、増幅される。
増幅した光の一部はＯＣ６２ｂを透過してレーザとして出力され、、ＯＣ６２ｂの反射光は再びリング共振器の中にフィードバックされ共振する。そして、レーザパルスとして出力される。
ＯＣの反射率６２ｂを２０％〜３０％とすると注入効率は８０％から７０％となり高い注入効率を得ることができる。
【００４０】
次のシードパルス光が注入されると、このシードパルス光に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ｂに電圧が印加され、放電する。これにより、上述したのと同様に上記リング共振器により、シード光は増幅発振され、出力レーザ光のパルスとして出力される。
以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２組の一対の放電電極のペア２ａ，２ｂを配置して、シード光が入力された時に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ペアを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
またこの実施例では、２枚の高反射ミラー６１ａ，６１ｂでレーザチャンバ２１にレーザ光を戻したが４５度よりも多少小さな角度（数ｍｒａｄ）の全反射プリズムでフレネル反射（全反射）で戻しても同様の機能を果たすことができる。
【００４１】
（２）第２の実施例
図４は本発明の第２の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の安定共振器に全反射直角プリズムのリング共振器を設置し、ＭＯレーザ光（シード光）を増幅段レーザ（ＰＯ）に効率よく注入するようにした構成例を示す。
なお、同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。同図では図１に示した各種検出器、コントローラ、電源等は省略されている。
前述したように、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ（出力結合ミラー）１４からシード光が出力される。発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はビームエキスパンダ４によりビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０レーザの電極ギャップまで拡大される。そして、１枚の高反射ミラー６ａにより、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ（出力結合ミラー）６２ｃに入射させ、反射させてリング共振器の共振器中にシード光が注入される。
部分反射（ＰＲ）膜と反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされたＯＣ６２ｃはシード光を一部反射させ、全反射直角プリズム６４に入射させる。この全反射直角プリズム６４の入射出射面には反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされている。シード光はプリズム６４の２つ面でフレネル反射により全反射し、スリット２３、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のウインド２２ａを透過してレーザチャンバ２１に入射する。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、シード光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ，２ｂに対して、略平行な光軸で透過し、増幅されずにチャンバ２１内を透過し、全反射直角プリズム６３に入射する。シード光は直角プリズム６３の２面で全反射し再びウインド２２ｂを介して放電電極２ａ，２ｂの放電空間と光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。
放電電極ペア２ａ，２ｂには、前述したようにシード光に同期して、電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し、再びＯＣ６２ｃに入射する。増幅した光の一部はＯＣ６２ｃを反射してレーザとして出力し、ＯＣ６２ｃの反射光はフィードバック光として再びリング共振器内に戻される。このようにして増幅段レーザ（ＰＯ）２０は増幅発振する。
ＯＣの反射率が７０％〜８０％とすると注入効率は７０％から８０％となり高い注入効率を得ることができる。
【００４３】
次のシードパルス光が注入されると、このシードパルス光に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ｂに電圧が印加され放電する。これにより、上述したのと同様に上記リング共振器により、シード光は増幅発振され、出力レーザ光のパルスとして出力される。
以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２組の一対の放電電極２ａ，２ｂを配置して、シード光が入力された時に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ペアを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギが可能となる。
またこの実施例のメリットとしては、直角全反射プリズム２個でリング共振器を構成し、ＯＣ６２ｃをリング共振器の光軸上に設置することにより、リング共振器の光軸のアライメントが容易であり、安定に動作する。
【００４４】
（３）第３の実施例
図５は本発明の第３の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図４の実施例において電極ペアを直列ではなく、リング共振器の光軸の上において、互い違いに設置した場合を示している。 なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図では発振段レーザ１０は省略されているが、発振段レーザ１０は図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。また、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。同図では図１に示した各種検出器、コントローラ、電源等は省略されている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光を前記図４に示したようにビームエキスパンダによりビームをＰＯ共振器の電極ギャップまで拡大し、１枚の高反射ミラーにより、増幅段レーザ（ＰＯ）のリングレーザのＯＣ（出力結合ミラー）６２ｃに入射し、反射させて増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器中にシード光を注入する。
部分反射（ＰＲ）膜と反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされたＯＣ６２ｃはシード光を一部反射させ、全反射直角プリズム６４に入射する。この全反射直角プリズム６４の入射出射面には反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされている。
【００４５】
シード光はプリズム６４の２つ面でフレネル反射により全反射し、チャンバ２１内の放電電極ペア２ｂの放電空間と光軸が一致するようにウインド２２ａを透過してレーザチャンバ２１に入射する。電極ペア２ａ，２ｂの放電空間を透過し、全反射直角プリズム６３に入射する。
シード光は直角プリズム６３の２面で全反射し再びウインド２２ｂを介して放電電極ペア２ａの放電空間と光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。
放電電極ペア２ａはシード光に同期して、電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し、再びＯＣ６２ｃに入射する。増幅した光の一部はＯＣ６２ｃを反射してレーザとして出力し、ＯＣ６２ｃの反射光はフィードバック光として再びリング共振器内に戻される。
このようにして増幅段レーザ（ＰＯ）２０は増幅発振する。ＯＣ６２ｃの反射率が７０％〜８０％とすると注入効率は７０％から８０％となり高い注入効率を得ることができるまた、次のシードパルス光に同期して放電電極ペア２ｂを放電させ、同様に上記リング共振器により、増幅発振し、出力レーザ光のパルスとして出力される。
【００４６】
以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２の放電電極２ａ，２ｂのペアを配置して、シード光が入力された時に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ペア２ａ，２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
またこの実施例のメリットとしては、分割された電極ペアを互い違いに配置することができるためであり、交互放電する電極間の距離が取れるため以下の効果がある。
(i) 絶縁距離が取れるので異常放電が発生しない。
(ii)交互放電による音響波の影響を低減できる。
(iii) ゲイン長をできるだけ長く取れるため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力効率が向上し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０をコンパクトにすることができる。
ここで、音響波カット板２４を図５（ｂ）のように配置することにより交互放電による音響波の影響を抑制することができる。音響波抑制板２４の例としては、多孔質の音響波吸収材（多孔質アルミナ、繊維状のアルミナ等）を使用することができる。
【００４７】
（４）第３の実施例の変形例
図６は本発明の第３の実施例の変形例を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図４の実施例において電極ペアをリング共振器の光路上で互い違いに配置し、光軸に対して傾けた例を示している。
その他の構成は前記図５に示した第３の実施例と同じであり、動作も同様である。なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例のように構成することにより、以下の効果を得ることができる。
(i) 電極が離れているため、交互放電による音響波の影響を低減化することができる。
(ii)ビーム幅を広くできるため、光学素子の負担が軽減され、光学素子の寿命が延びる。
【００４８】
（５）第４の実施例
図７は本発明の第４の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図５の実施例において放電電極ペアを４分割して、リング共振器の光軸の上において互い違いに設置した場合の例を示す。
なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図では発振段レーザ１０は省略されているが、発振段レーザ１０は図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。また、同図（ｂ）（ｃ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例では、同図に示すように、電極が放電電極ペア２ａ〜２ｄに４分割され、一対の電極２ａ，２ｃがリング共振器の一方の光路上に配置され、一対の電極２ｂ，２ｄが他方の光路上に配置されている。その他の構成は前記図５に示したものと同様である。
【００４９】
図７（ｂ）の実施例においては、放電電極ペア２ａ，２ｂを６ＫＨｚ電源２５ａに接続し、電極ペア２ｃ，２ｄをもう一つの６ｋＨｚ電源２５ｂに接続している。
そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。
この場合、電極ペア２ａ，２ｂは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力され、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂ，２ｄに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光が出力される。
【００５０】
図７（ｃ）は６ＫＨｚ電源２５ａに電極ペア２ｂ及び２ｃが接続され、６ＫＨｚ電源２５ｂに電極ペア２ａ及び２ｄが接続されている場合の例を示す。
これらの実施例のメリットは、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の交互放電により出力される第１と第２のパルス光の光品位（ビームプロファイル、ビームダイバージェンス等）の変化が抑制されることである。
この実施例では４つの放電電極ペアに２台の電源を接続して交互運転したが、この実施例の電極の分割数に限定されることなく、４つ以上の放電ペア電極に２台の電源を接続して交互運転することにより、さらに、第１と第２のパルスの光品位の変化が小さくなる。
【００５１】
（６）第５の実施例
図８は本発明の第５の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図５の実施例において増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザチャンバ内に２の放電電極ペアをチャンバ断面方向に対して縦方向に設置し、それぞれの放電電極ペアに対してそれぞれ６ＫＨｚ電源を接続し、リング共振器を構成した実施例である。
なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図では発振段レーザ１０は省略されているが、発振段レーザ１０は図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。また、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示し、同図（ｃ）は２の放電電極ペアと６ＫＨｚ電源との接続例を示す。
【００５２】
図８（ａ）においては、放電電極ペア２ａを６ＫＨｚ電源２５ａに接続し、電極ペア２ｂをもう一つの６ｋＨｚ電源２５ｂに接続している。そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。この場合、電極ペア２ａは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力され、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光を出力する。
【００５３】
図８（ｃ）は６ＫＨｚ電源２５ａと電極ペア２ａの接続と６ＫＨｚ電源２５ｂに電極ペア２ｂの接続例を示している。放電部の中央部をグランドに接地し、放電電極ペア２ａのアノード電極２ａ２と放電電極ペア２ｂのアノート゛ 電極２ｂ２を背中合わせに構成することで、長い電極長とすることができる。
本実施例では増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極を縦方向に分割しリング共振器の光路上に配置しており、本実施例のように上下方向に分割することにより以下の効果がある。
(i) 交互運転の際、異常放電が発生しない。
(ii)交互放電による音響波の影響が抑制される。
(iii) ゲイン長をチャンバ長並に長くできるため高効率であり、コンパクトにできる。
【００５４】
（７）第６の実施例
図９は本発明の第６の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、２つシリンドリカルの凹面高反射ミラーを対向させて配置したリング共振器を構成した例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例は図４の実施例において、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の構成を図９（ｂ）のように変更したものであり、その他の構成および動作は同様である。
図９（ｂ）に示すように、光共振器はシリンドリカル状の高反射ミラー６５及び６６が対向して設置されている。このシリンドリカル高反射ミラー６５及び６６の曲率半径Ｒは、前記高反射ミラー６５，６６間の距離Ｌと一致し、両ミラー６５，６６の焦点の位置が互いに一致するように配置されている。
【００５５】
まず、ビームエキスパンダ４により拡大された発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ出力結合ミラー（部分反射ミラー）６２ｃに入射する。このＯＣ６２ｃから４５度で反射したシード光は、シリンドリカル凹面高反射ミラー６５に入反射し、レーザチャンバ２１のウインド２２ａを透過して入射し、チャンバ２１内の両凹面ミラーの中心線上の焦点の位置のライン上に集光する。
この集光した光は広がりウインド２２ｂを透過して、シリンドリカル凹面高反射ミラー６６により、反射され、シード光はコリメートされる。
このコリメート光は再びレーザチャンバ２１内を透過して、シリンドリカル凹面高反射ミラー６５により反射されて、ウインド２２ａを透過して、レーザチャンバ２１内のシリンドリカル両ミラーの焦点位置のライン上に集光する。この集光した光は広がりながらウインド２２ｂを透過して再びシリンドリカル凹面高反射ミラー６６により反射され、再びコリメートされる。そしてこのコリメート光は放電電極ペア２ｂ及び２ａを透過して増幅され、再びＯＣ６２ｃに戻る。
ＯＣ６２ｃで部分反射した光は出力レーザ光として出力される。また、ＯＣ６２ｃで透過した光はフィードバック光として、再び光共振器にもどされる。
【００５６】
放電電極ペア２ａを、前述したように６ＫＨｚ電源２５ａ（図示せず）に接続し、電極ペア２ｂをもう一つの６ｋＨｚ電源２５ｂ（図示せず）に接続している。そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。これより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
この場合、電極ペア２ａは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力され、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光を出力する。
電極ペアの配置はコリメート光が通過する場所であればよく、例えば放電電極ペア２の位置の代わりに、図９（ｂ）の放電電極ペア２ｂ’の位置に配置してもよい。
この実施例では２枚の凹面ミラーの実施例を示したが、４枚の凹面ミラーで同様の構成をしてもよい。
この実施例ではシリンドリカル凹面高反射ミラーを採用することによって集光ライン上に集光させているので、光学素子（ウインド）とレーザチャンバ中央部で高密度とならず、光学素子の劣化や集光点でのブレークダウンが発生せず、安定なレーザ発振が可能となる。
【００５７】
（８）第７の実施例
図１０は本発明の第７の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、リング共振器採用し、増幅段レーザ（ＰＯ）チャンバを複数台設置した場合の例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例は図４の実施例において、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の構成を図１０（ｂ）のように変更したものであり、その他の構成および動作は同様である。
図１０（ｂ）において、リング共振器は４枚の高反射ミラー６７ａ，６７ｂ，６７ｃ及び６７ｄによって構成され、このリング共振器の光軸上に２台のＰＯチャンバ２１ａ及び２１ｂを配置し、その中にそれぞれ放電電極ペア２ａ，２ｂを配置している。
【００５８】
まず、ビームエキスパンダ４により拡大された発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力結合ミラー（部分反射ミラー）であるＯＣ６２ｃに入射する。このＯＣ６２ｃから４５度で反射したシード光は、高反射ミラー６７ａにより入反射し、ＰＯチャンバ２１ａに入射する。ＰＯチャンバ２１ａの放電電極ペア２ａ間にシード光が透過し、シード光に同期して放電する場合には増幅されて、高反射ミラー６７ｂ及び６７ｃにより、ＰＯチャンバ２１ｂに光が入射する。
そして、放電電極ペア２ｂの電極間を光が透過して、ＰＯチャンバ２１ｂを透過し、高反射ミラー６７ｄにより反射し、再びＯＣ６２ｃに戻る。ＯＣ６２ｃで部分反射した光は出力レーザ光として出力される。ＯＣ６２ｃで透過した光はフィードバック光として、再びリング共振器にもどされる。
【００５９】
ＰＯチャンバ２１ａには６ＫＨｚ電源２５ａが搭載され、ＰＯチャンバ２１ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが搭載されている。そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。
この場合、電極ペア２ａは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力される。また、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光を出力する。これより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
この実施例のメリットは、ＰＯチャンバを２台を並列に配置できることにより、コンパクトなレーザ装置となる。また、１つのリング共振器の光軸上にＰＯチャンバを配置しているため、シード光の注入箇所及びＯＣから出力されるレーザ光はそれぞれ１箇所となり、シード光を分岐したり、各増幅段レーザ（ＰＯ）からの出力レーザ光を合成する必要がなくなる。
【００６０】
（９）第８の実施例
図１１は本発明の第８の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
図１１（ａ）において、発振段レーザ（ＭＯ）１０はＬＮＭ３のプリズムビームエキスパンダ３ａ及び発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザチャンバ１１のウインド１２ａ，１２ｂがブリュースタ角で設置されており、紙面に対して垂直な偏波面でレーザ発振する。
この発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたレーザ光は偏波面を維持した状態でビームエキスパンダ４によりビームが拡大され、高反射ミラー６ａで入射反射し、ＰＳ分離膜をコートしたビームスプリッタ（ＢＳ）６８に入射する。
【００６１】
このＢＳ６８ではＳ偏光（紙面に対して垂直な偏波面）は全反射する。この反射光はλ／４板６９を透過し円偏光に変換される。この円偏光に変換されたシード光はＰＯ共振器のＯＣ６２から増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器中に注入されＰＯチャンバ２１の放電電極ペア２ａ及び２ｂの電極ギャップ間を透過してウインド２２ｂを透過する。そして、高反射膜がコートされたリアミラー６１で入反射して再びＰＯチャンバ２１に入射・透過してＯＣ６２により一部が反射されて再び増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器内に戻される。
円偏光でＯＣ６２から出力したレーザ光は再びλ／４板６９により、紙面を含む偏波面に変換される。この偏光状態の光はＢＳ６８のＰ偏光成分の光なのでほとんど全てＢＳ６８を透過し出力レーザ光として取り出される。
シード光に同期して、前記したように増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させる。これより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
ここで本実施例においては、ＰＯ共振器内では円偏光で共振するのでレーザのウインド２２ａ，２２ｂのＡＲコートはＰ及びＳ偏光に対する反射防止膜をコートする必要がある。
本実施例のメリットは、増幅段レーザ（ＰＯ）のＯＣの反射率が２０％から３０％で動作するので、注入効率が７０％から８０％の高い効率を得ることができ、ＰＯ共振器のアライメントが容易で安定していることである。なお、この実施例では１／４λ板を使用しているが、１９３ｎｍで動作する波長板としては高純度のＭｇＦ２結晶を２枚組合せた０次の波長板を使用するのがこのましい。この理由は、レーザの出力が高いところに波長板を配置しているため、発熱による影響を小さくするためである。また、波長板として、反射型の誘導体多層膜で同じ機能をさせてもよい。
【００６２】
（１０）第９の実施例
図１２は本発明の第９の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、ＰＯ共振器のリアミラーのサイド位置にビームエキスパンド後のシード光の像を転写することにより、シード光の注入効率を向上させた実施例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
図１２（ａ）において、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光はビームエキスパンダ４により放電方向に拡大され、高反射ミラー６ａにより高効率注入装置７０に入射する。
この高効率注入装置７０は集光レンズ７０ａ、空間フィルタとしてのピンホール７０ｂ及びコリメータレンズ７０ｃにより構成されている。集光レンズ７０ａの焦点ｆ１の位置にピンホール７０ｂが配置され、ピンホール７０ｂとコリメータレンズ７０ｃの位置はコリメータレンズ７０ｃの焦点距離ｆ２に配置されている。
【００６３】
集光レンズ７０ａの焦点の位置にピンホール７０ｂが設置され、発振段レーザ（ＭＯ）１０の光がピンホール７０ｂを透過する。そして光は広がりコリメータレンズ７０ｃにより平行光に変換される。この平行光は高反射ミラー６ｂにより反射され、図１２（ｂ）に示すようにリアミラー６１のサイドの位置にビームエキスパンダ４の直後のビームを結像させる。
上記のように結像させるには、ビームエキスパンダ直後と集光レンズ７０ａの距離がｆ１、かつ、コリメータレンズ７０ｃとリアミラー６１のサイドの距離がｆ２となるように配置することで実現できる。
図１２（ｂ）に示すように、リアミラーのサイドに結像したシード光は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の光軸に対してやや斜めに入射し、ＰＯチャンバ２１に入力する。そして、ウインド２２ａを透過し、放電電極ペア２ａ及び２ｂの電極間を透過して増幅され、ウインド２２ｂを透過して部分反射膜がコートされたＯＣ６２により、透過光はレーザとして出力され、一部は反射し再びＰＯチャンバ２１に戻され、レーザチャンバ２１内で増幅され、高反射膜がコートされたリアミラー６１に入射して反射し、再びＰＯチャンバ２１に入射する。この過程を繰り返すことによって、シード光が増幅発振する。
シード光に同期して、前記したように増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
【００６４】
本実施例の装置のメリットは以下の通りである。
(i) ビームエキスパンダ４の出口のビームをリアミラー６１のサイド注入の位置に転写結像させているので、発振段レーザ（ＭＯ）１０から増幅段レーザ（ＰＯ）２０までの光路中にビームが広かることがなくなり、シード光の注入効率が高くなる。
(ii)高効率注入装置７０の中に空間フィルタがあるので、ＰＯ共振器からの戻り光を抑制でき、発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ発振と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザ発振が安定となる。
この例では球面レンズと空間フィルタとしてピンホールを採用してるが、これに限定されることなく、紙面に対して垂直方向においてシリンドリカル形状の集光レンズと空間フィルタはスリット形状で構成してもよい。このようにすることにより、空間フィルタの耐久性等が向上する。
【００６５】
（１１）第９の実施例の変形例
図１３は第９の実施例の変形例であり、レーザ装置の構成例を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、ＰＯ共振器のＯＣのサイドの高反射部の位置にビームエキスパンド後のシード光の像を転写することにより、シード光の注入効率を向上させた実施例を示す。なお、同図は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図のみを示すが、その他の構成は前記図１２と同じである。
図１２に示したように発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光はビームエキスパンダにより放電方向に拡大され、高反射ミラー６ａを介して高効率注入装置７０に入射する。この高効率注入装置７０は前述したように集光レンズ７０ａ、空間フィルタとしてのピンホール７０ｂ及びコリメータレンズ７０ｃにより構成されている。集光レンズ７０ａの焦点ｆ１の位置にピンホール７０ｂが配置され、ピンホール７０ｂとコリメータレンズ７０ｃの位置はコリメータレンズ７０ｃの焦点距離ｆ２に配置されている。
【００６６】
集光レンズ７０ａの焦点の位置にピンホール７０ｂが設置され、発振段レーザ（ＭＯ）１０の光がピンホール７０ｂを透過する。そして光は広がりコリメータレンズ７０ｃにより平行光に変換される。この平行光は高反射ミラー６ｂにより反射され、リアミラー６１のサイドを透過し、ＯＰチャンバ２１のウインド２２ａから、放電電極ペア空間から外れた空間を透過する。
そしてウインド２２ａを透過後、図１３に示すように、ＯＣ６２の高反射膜部に入射結像する。この高反射膜部を反射した光は、放電電極ペアの電極２ａ，２ｂ間を透過し、増幅される。そして、高反射膜をコートしたリアミラー６１により再びＰＯチャンバ２１の放電空間内に戻され増幅される。
そしてＯＣ６２の部分反射膜部で反射した光がフィードバック光としてＰＯチャンバ２１の放電空間にもどされる。ＯＣ６２の部分反射膜を透過したレーザ光は反射防止膜を透過して出力レーザ光として出力される。
シード光に同期して増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
【００６７】
本実施例の装置のメリットは以下の通りである。
(i)ビームエキスパンダの出口のビームをＯＣの高反射膜部の位置に転写結像させているので、発振段レーザ（ＭＯ）から増幅段レーザ（ＰＯ）までの光路中にビームが広かることがなくなり、シード光の注入効率が高くなる。さらに、注入光が１往復分増幅されるので、注入効率は図１２の実施例よりも高い。
(ii)高効率注入装置の中に空間フィルタがあるので、ＰＯ共振器からの戻り光を抑制でき、発振段レーザ（ＭＯ）のレーザ発振と増幅段レーザ（ＰＯ）のレーザ発振が安定となる。
また、この実施例では、ＯＣの基板に高反射部をコートして実施したがこれに限定されることなく、ナイフエッジタイプの基板に高反射膜コートをして、ＯＣとＰＯチャンバの間に配置してシード光を増幅段レーザ（ＰＯ）チャンバの放電空間に注入してもよい。
【００６８】
（１２）第１０の実施例
図１４、図１５は本発明の第１０の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、前記図１２の実施例において、シード光をシリンドリカルレンズで、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器のサイドに位置に線上に集光させて増幅段レーザ（ＰＯ）の光共振器に注入することにより、シード光の注入効率を向上させた実施例を示す。図１４（ａ）は本実施例の側面図を示し、図１４（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示し、図１５は高効率注入装置と増幅段レーザ（ＰＯ）の光学的配置を示す。
図１４において、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光はビームエキスパンダ４により放電方向に拡大され、高反射ミラー６ａにより高効率注入装置７１に入射する。
この高効率注入装置７１は図１４、図１５に示すようにシリンドリカル状の凸レンズ７１ａと凹レンズ７１ｂにより構成されている。この両レンズにより、シード光は、全反射ミラー６ｂを反射して、図１４（ｂ）、図１５に示すように増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のリアミラー６１のサイドの位置に線状に集光する。
【００６９】
図１４（ｂ）、図１５に示すようにシード光は、やや広がりながら増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の光軸に対してやや斜めに入射しＰＯチャンバ２１に入力される。ウインド２２ａを透過したのち、放電電極ペア２ａ及び２ｂの電極間を透過することにより増幅され、ウインド２２ｂを透過して部分反射膜がコートされたＯＣ６２により透過光は、レーザとして出力され、一部は反射し再びＰＯチャンバ２１に戻され、レーザチャンバ２１内で増幅され、高反射膜がコートされたリアミラー６１に入射し反射して、再びＰＯチャンバ２１に入射する。この工程を繰り返すことによって、シード光が増幅発振する。
シード光に同期して増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
【００７０】
本実施例の装置のメリットは以下の通りである。
(i) シード光をリアミラーのサイド注入の位置に線状に集光させて、注入しているので、シード光の注入効率が高くなる。
(ii)長焦点レンズのシリンドリカルレンズの製作は困難であるが、本実施例では、シリンドリカルの凹凸レンズを組み合わせて集光しているため、長焦点の集光が可能となる。また、長焦点（１ｍから２ｍ程度）とすることで、集光後のシード光の広がり角度が小さくなり、注入効率が向上する。
なお、上記実施例に限定されることなく図１３に示したように、ＯＣを用い、ＯＣの高反射膜上に線状に集光して、ＯＣ側からシード光を注入してもよい。
【００７１】
（１３）第１１の実施例
図１６は本発明の第１１の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、発振段レーザ（ＭＯ）のＯＣと増幅段レーザ（ＰＯ）のリアミラーを兼用した実施例を示す。図１６（ａ）は本実施例の側面図を示し、図１６（ｂ）は上面図を示す。
発振段レーザ（ＭＯ）１０は、前述したように波長選択素子（グレーティング）とプリズムビームエキスパンダが搭載されたＬＮＭ３と、狭い電極と狭いギャップの放電電極１ａが搭載されたＭＯチャンバ１１と、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力ビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電空間と一致させるためにビームを拡大するビームエキスパンダ４と部分反射ミラー７２とから構成されている。部分反射ミラー７２には、ＭＯチャンバ１１側に反射防止膜コート、ＰＯチャンバ２１側には部分反射コートがされている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はＬＮＭ３と部分反射ミラー７２の部分反射面で共振し、スペクトルが狭いシード光が出力される。
【００７２】
一方、増幅段レーザ（ＰＯ）２０は部分反射ミラー７２と、放電電極ペア２ａ及び２ｂを搭載したＰＯチャンバ２１と部分反射ミラー７３により構成されている。増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器は部分反射ミラー７２の部分反射面と部分反射ミラー７３（反射率Ｒ＝３０〜２０％）の部分反射面により構成されている。
したがって、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたシード光の全てが増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器内に注入されることになる。
ここで部分反射ミラー７２の反射率Ｒは８０％から９０％とすることができるので、発振段レーザ（ＭＯ）１０は低ゲインでも安定に小出力（０．１ｍＪ）のレーザ光を出力できる。そして、ＰＯ共振器の注入効率は１００％となるため、小さなＭＯ出力（０．１ｍＪ）でも増幅発振させることができる。
【００７３】
（１４）第１２の実施例
図１７は本発明の第１２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。本実施例は図１０の実施例の変形例であり、ＰＯチャンバの放電電極ペアを互い違いにして配置し、それぞれの放電電極ペアに対しておのおの光共振器を配置し、前記した図１１と同様に、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた実施例を示している。図１７（ａ）は本実施例の増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、図１７（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。
図１７において、前記図１１で説明したように発振段レーザ（ＭＯ）のシード光はビームエキスパインダで拡大され、図示しない分波器で２つに分岐され、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１の両側に設けられたＰＳ分離膜をコートしたビームスプリッタ（ＢＳ）６８ａ，６８ｂに入射する。
図１１で説明したように、このＢＳ６８ａ，６８ｂではＳ偏光（紙面に対して垂直な偏波面）を全反射し、この反射光はλ／４板６９ａ，６９ｂを透過し、チャンバ２１の両側に設けられたＯＣ７４ａ，７４ｂを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１に注入される。
ＯＣ７４ａ，７４ｂには、その一部に部分反射（ＰＲ）膜がコートされ、他の一部に高反射（ＨＲ）膜がコートされており、ＢＳ６８ａ側から注入されたシード光は、ＯＣ７４ａのＰＲコート部分を介して、チャンバ２１に注入され、ＢＳ６８ｂ側から注入されたシード光は、ＯＣ７４ｂのＰＲコート部分を介してチャンバ２１に注入される。
【００７４】
ＢＳ６８ａ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１の放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ｂのＨＲコート部分で反射され、ＰＯチャンバ２１に戻される。そして、放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ａで一部が反射され、他の一部がＯＣ７４ａから出力される。出力された光は、λ／４板６９ａによりＰ偏光成分の光に変換され、ほとんど全てＢＳ６８ａを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ａ，７５ｂを介してビーム合波装置７６に入射する。
同様に、ＢＳ６８ｂ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１の放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ａのＨＲコート部分で反射され、ＰＯチャンバ２１に戻される。そして、放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ｂで一部が反射され、他の一部がＯＣ７４ｂから出力される。出力された光は、λ／４板６９ｂによりＰ偏光成分の光に変換され、ＢＳ６８ｂを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ｃ，７５ｄを介してビーム合波装置７６に入射する。
これらの光は、ビーム合波装置７６により合わせられ、出力レーザ光として取り出される。
【００７５】
図１８に上記ビーム合波装置７６の構成例を示す。
同図（ａ）は回転ミラー方式を示し、高反射ミラー（ＨＲミラー）７６ａを放電電極２ａ，２ｂの放電に同期させて回転させ、２つの出力を合波する。
同図（ｂ）は、ビームスプリッタ（ＢＳ）による合波方式を示し、高反射ミラー７６ｂ，７６ｃと反射率が５０％のＢＳ７６ｄを用い、２つの出力光の一方をＢＳ７６ｄに入射させるとともに、２つの出力光の他方を高反射ミラー７６ｂで反射させて、ＢＳ７６ｄに入射し、ＢＳ７６ｄの透過光と反射光を高反射ミラー７６ｃで反射させることにより、２つの出力光を合波する。
同図（ｃ）はプリズムによる合波方式を示し、両方の入射面に高反射（ＨＲ）コートされたプリズム７６ｅを用い、２つの出力光を合波する。
【００７６】
図１７に示す実施例のメリットは、放電電極ペアを互い違いにして配置し、それぞれの放電電極ペアに対して、各々の光共振器を配置しているため、各々のＰＯ共振器から出力されるレーザビームの変化が少ないことである。
また、この実施例に限定されることなく、発振段レーザ（ＭＯ）から出力した光をビームエキスパンダにより拡大して、ビームスプリッタによりビームを分岐し、２台のＰＯに対して、並列にそれぞれのＰＯの光共振器に注入する。そして、この分岐光に同期してそれぞれのＰＯを交互に増幅発振させ、ビーム合波装置により合わせて出力してもよい。
【００７７】
（１５）第１３の実施例
図１９は本発明の第１３の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。本実施例は図１７の実施例の変形例であり、２台のＰＯチャンバを配置し、それぞれのＰＯチャンバに対して、それぞれ光共振器を配置し、前記した図１１と同様に、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた実施例を示している。図１９（ａ）は本実施例の側面図を示し、図１９（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。
図１９において、発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光はビームエキスパンダ４により拡大され、高反射ミラー６ａで全反射され、５０％反射の部分反射ミラー７７ａに入射する。この部分反射ミラー７７ａにより、シード光は透過光と反射光の２つに分岐され、図１９（ｂ）に示すように、一方の光は部分反射ミラー７７ａを透過してＰＳ分離膜がコートされた一方のＰＯ共振器のビームスプリッタ（ＢＳ）６８ａに入射する。他方の光は部分反射ミラー７７ａで反射し、高反射ミラー７７ｂを介して、ＰＳ分離膜がコートされた一方のＰＯ共振器のビームスプリッタ（ＢＳ）６８ｂに入射する。
図１１で説明したように、このＢＳ６８ａ，６８ｂではＳ偏光（図１９（ａ）の紙面に対して垂直な偏波面）は全反射し、この反射光はλ／４板６９ａ，６９ｂを透過し、ＯＣ７８ａ，７８ｂを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１ａ，２１ｂに注入される。
【００７８】
ＢＳ６８ａ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１ａの放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、リアミラー７９ａで反射され、ＰＯチャンバ２１ａに戻される。そして、放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７８ａで一部が反射され、他の一部がＯＣ７８ａから出力される。出力された光は、λ／４板６９ａによりＰ偏光成分の光に変換され、ほとんど全てＢＳ６８ａを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ａを介してビーム合波装置７６に入射する。
【００７９】
ＢＳ６８ｂ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１ｂの放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、リアミラー７９ｂで反射され、ＰＯチャンバ２１ｂに戻される。そして、放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７８ｂで一部が反射され、他の一部がＯＣ７８ｂから出力される。出力された光は、λ／４板６９ｂによりＰ偏光成分の光に変換され、ＢＳ６８ｂを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ｂを介してビーム合波装置７６に入射する。
これらの光は、ビーム合波装置７６により合わせられ、出力レーザ光として取り出される。合波装置の例としては、図１８に示したものを使用することができる。
本実施例においては、２台のＰＯチャンバを配置し、それぞれのＰＯチャンバに対してそれぞれの光共振器を配置しているが、この例に限定されることなく、図１２、図１３、図１４のような共振器をそれぞれ配置して、シード光を２つに分岐してそれぞれ注入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のレーザ装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図３】ビームエキスパンダの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第６の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第８の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第９の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第９の実施例の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の第１０の実施例のレーザ装置の構成を示す図（１）である。
【図１５】本発明の第１０の実施例のレーザ装置の構成を示す図（２）である。
【図１６】本発明の第１１の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１８】ビーム合波装置の構成例を示す図である。
【図１９】本発明の第１２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図２０】２ステージレーザ装置の概略構成例を示す図である。
【図２１】特許文献１に記載のレーザ装置の概略構成を示す図である。
【図２２】ＭＯＰＡおよびＭＯＰＯ方式のレーザ装置における注入パルスエネルギと増幅後のパルスエネルギの関係を示す図である。
【図２３】放電励起レーザ装置のレーザチャンバの断面図である。
【図２４】放電の原理を説明する図である。
【図２５】電極ギャップと放電幅の相対値の関係の計測結果を示す図である。
【図２６】マッハツェンダ法による放電幅Ｗを計測するシステムの構成例を示す図である。
【図２７】放電幅Ｗの簡便な計測方法を示す図である。
【図２８】発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の放電電極と放電エリアの断面図の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１ａ 放電電極
２ａ〜２ｄ 放電電極
３ 狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）
３ａ プリズムビームエキスパンダ
３ｂ グレーティング（回折格子）
４ ビームエキスパンダ
５ 高効率注入装置
６ａ，６ｂ 高反射（ＨＲ）ミラー
７，８ パワーモニタ
１０ 発振段レーザ（ＭＯ）
１１ ＭＯチャンバ
１２ａ，１２ｂ ウィンドウ部材
１３，２３ スリット
１５ １２ｋＨｚ電源
１４，２４ ＯＣ（出力結合ミラー）
２０ 増幅段レーザ（ＰＯ）
２１ ＰＯチャンバ
２２ａ，２２ｂ ウィンドウ部材
２５ リアミラー
２５ａ，２５ｂ ６ｋＨｚ電源
３０ エネルギコントローラ
３１ レーザコントローラ
３２ ガスコントローラ
３３ 波長およびスペクトル波形コントローラ
３４ 波長およびスペクトル波形モニタ
３５ 同期コントローラ
３６ 露光装置
６２，６２ｂ ＯＣ（出力結合ミラー）
６２ｃ ＯＣ（出力結合ミラー）
６５，６６ シリンドリカル状高反射ミラー
６８ ビームスプリッタ（ＰＳ分離膜コート）
６９ λ／４板
７０，７１ 高効率注入装置
７６ ビーム合波装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は狭帯域発振段レーザと、少なくとも１組の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる露光装置用の注入同期式レーザ装置に関し、特に、高繰返し周波数で高出力が可能な露光装置用レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、露光用レーザ装置においては、露光機のスループット向上および均一な超微細加工実現のため、高繰返し化、高出力化と超狭帯域化が同時に要求されている。
超狭帯域化と高出力化の要求を同時に満足させるため、２台のレーザを用いた同期レーザ装置が、提案されている。
１台目の発振段レーザは低パルスエネルギながら超狭帯域化スペクトルをもつ。２台目の増幅段レーザにおいて、発振段レーザの超狭帯域化スペクトルを維持したままパルスエネルギのみ増幅する。この２ステージレーザ装置により所望の超狭帯域化スペクトル、高出力を得ることが可能となる。
上記した２ステージレーザ装置の形態としてはアンプ側に共振器ミラーを設けないＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amprifier ）方式と共振器ミラーを設けるＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）方式とに大別される。
【０００３】
２ステージレーザ装置の概略構成例を図２０に示す。同図（ａ）はＭＯＰＡ方式を示し、同図（ｂ）はＭＯＰＯ方式を示す。
同図（ａ）（ｂ）において、発振段レーザ（ＭＯ）１００から放出されるレーザビームはシードレーザビームとしての機能し、増幅器（ＰＡ）２００あるいは増幅段レーザ（ＰＯ）２１０はそのシードレーザ光を増幅する機能を有する。すなわち、発振段レーザ１００のスペクトル特性によりレーザ装置の全体のスペクトル特性が決定され、増幅段レーザ２００あるいは２１０によってレーザ装置からのレーザ出力（エネルギまたはパワー）が決定される。
同図（ａ）のＭＯＰＡ方式のレーザ装置において、発振段レーザ（ＭＯ）１００、増幅器（ＰＡ）２００は各々レーザチャンバ１０１，２０１を有し、その内部にはレーザガスが満たされており、内部には対向し、かつ所定距離だけ離間した一対の電極（図示せず）が設置され、これらの一対の電極に高電圧パルスが印加されることにより放電が発生する。
【０００４】
また、発振段レーザ１００と増幅段レーザ２００のチャンバには、レーザ発振光に対して透過性がある材料によって作られたウィンドウ部材（図示せず）がそれぞれ設置されている。また、チャンバ１０1 ，２０１内には、図示しないクロスフローファンが設置されており、レーザガスをチャンバ１０１，２０１内で循環させ、上記放電部にレーザガスを送り込んでいる。
発振段レーザ１００は拡大プリズム３０１とグレーティング（回折格子）３０２によって構成された狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３００を有し、この狭帯域化モジュール３００内の光学素子とフロントミラー１０２とでレーザ共振器を構成する。
発振段レーザ１００からのレーザビーム（シードレーザビーム）は反射ミラー等を含むビーム伝播系４００を介して増幅器（ＰＡ）２００へ導かれ注入され、増幅されて出力レーザ光として出力される。
図２０（ａ）に示すＭＯＰＡ方式では、増幅器（ＰＡ）２００には共振器ミラーが設けられていないが、図２０（ｂ）に示すＭＯＰＯ方式では、小入力でも増幅できるように増幅段レーザ２１０に、例えばリアミラー２１１、フロントミラー２１２からなる１組の光安定共振器が配置される。そして、注入されたシードレーザビームは同図の矢印のようにフロントミラー２１２、リアミラー２１１間で反射し、放電部を有効に通過してレーザビームのパワーが増大し、フロントミラー２１２からレーザ光が出力される。
【０００５】
ところで、テクノロジーノードが進むにつれて、４５ｎｍから３２ｎｍノードでは、ＡｒＦレーザを光源とする露光装置において、液浸技術による高ＮＡ（１．３〜１．５）化と２重露光が主力となりつつある。
ＡｒＦレーザ露光装置用光源の要求を以下に示す。
１．高ドーズ安定性の確保と高スループット化に伴い高繰返し周波数（１０ｋＨｚ以上）かつ高平均出力（１００Ｗ以上）が要求される。
２．高ＮＡ化にともない更なる超狭帯域化（０．１ｐｍ以下）が要求される。
３．露光装置のマスク上でスペックルの影響を低くするために出力レーザ光の空間コヒーレンスは低いことが要求される。
【０００６】
最近の露光用レーザ装置においては、上述したように超狭帯域化と高出力化に加え、高繰返し化が要求されている。高繰返し化の要求に対して、例えば特許文献１に記載のレーザ装置のように、増幅段レーザに二組のペアの放電電極を配置し、ペアの放電電極を交互に放電させることで、ある程度の高繰返し化の要求に答えられるものと考えられる。
図２１に特許文献１に記載のレーザ装置の概略構成を示す。同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は増幅器（ＰＡ）の上面図を示す。
図２１に示すレーザ装置は、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置において、１つの高繰返し発振段レーザ（ＭＯ）と、少なくも２つの増幅器（ＰＡ）で構成（同一チャンバ内に複数組の電極を配置してもよい）し、発振段レーザ（ＭＯ）１つの繰返し数が例えば４ｋＨｚ以上で、前記増幅器（ＰＡ）の繰り返し周波数が例えば２ｋＨｚ以上で同期運転させるようにしたものである。
【０００７】
図２１において、発振段レーザ１００の繰り返し周波数は例えば４ｋＨｚ以上であり、発振段レーザ１００からのレーザビーム１４０Ａは反射ミラー２４０Ａ，２４０Ｂ等を介して増幅器（ＰＡ）２００へ導かれ注入される。
増幅器（ＰＡ）２００には、二組のペアの放電電極９０Ａ−９０Ａ，９０Ｂ−９０Ｂが配置され、例えば２ｋＨｚ以上の繰り返し周波数で交互に放電し、注入されたレーザビームは同図（ｂ）に示すように、反射ミラー２４０Ｂ，２４０Ｃ１，２４０Ｃ２で反射して、増幅され、増幅されたレーザ光が出力される。
なお、通常のフリーランレーザ装置において、レーザチャンバの中に複数組の電極ペアを直列に配置し、これを交互運転することにより高繰返し運転をするレーザ装置は、例えば特許文献２にも示されるように従来から知られている。
【特許文献１】米国特許第７００６５４７号明細書
【特許文献２】特開昭６３−９８１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザの繰返し周波数１０ｋＨｚ以上、レーザ出力１００Ｗ以上の超狭帯域化レーザ装置を、上記特許文献１に記載されるＭＯＰＡ方式のレーザ装置で実現する場合、以下の問題が発生する。
１．ＭＯＰＡ方式の場合、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギは１ｍＪであり、発振段レーザ（ＭＯ）において、高繰返し化（１０ＫＨｚ以上）、パルスエネルギ１ｍＪ以上、更なる狭帯域化（０．１ｐｍ以下）を実現するのは困難であった。
図２２は、ＭＯＰＡ方式とＭＯＰＯ方式のレーザ装置における注入パルスエネルギ（ｍＪ）と増幅後のパルスエネルギ（ｍＪ）の関係を示す図であり、ＭＯＰＡ方式はＭＯＰＯ方式より増幅効率が悪く、増幅後のレーザ出力として１６ｍＪ必要とすると、注入に必要なパルスエネルギは、ＭＯＰＡ方式では１ｍＪとなる。これに対し、ＭＯＰＯ方式では０．１ｍＪでよい。
２．増幅器（ＰＡ）の増幅後のレーザのパルスエネルギが低いために、ある程度の長さの電極長が必要となり、例えば図２１に示した直列の分割電極で動作させる場合、レーザチャンバの長さが従来のチャンバの約２倍近くとなり、大型化した。
【０００９】
上述したように、ＭＯＰＡ方式では注入パルスエネルギを大きくしなければならない。一方、ＭＯＰＯ方式であれば、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギは比較的少なくてよい。
しかし、上記高繰返し、高出力及び超狭帯域化レーザ装置をＭＯＰＯ方式で実現するには、以下のように、解決しなければならない問題もある。
すなわち、高繰り返し（１０ｋＨｚ以上）、高パルスエネルギ（１５ｍＪ以上）とすると、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器のエネルギ負荷が増大し、共振器のダメージが大きくなる。増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器のエネルギ負荷を小さくし、かつ高パルスエネルギ化するためには、大きな放電断面積が必要となる。
【００１０】
図２３に放電励起レーザ装置のレーザチャンバの断面図を示す。
レーザチャンバ１００の中には電極間にレーザガスを流すためのクロスフローファン１２１と放電したレーザガスを冷却するための熱交換器１２２と放電励起させるためのアノード電極１３１とカソード電極１３２とクロスフローファン１２１によって流れるレーザガスを電極間に効率よく流すための風ガイド１２３からなっている。また、電源１３３と電極１３２の間には絶縁セラミックス１２４が設けられ、さらに、電極１３１の近くには予備電離電極１２５が設けられている。
電源１３３より、予備電離電極１２５に電圧を印加して、まず、放電空間を予備電離した後、電極１３１，１３２間にパルス電圧を印加して、カソード電極１３２とアノード電極１３２間に電流を流し、放電させる。
ここで、例えば、繰返し周波数を２倍にするためには、上記クロスフローファン１２１による必要風速が２倍必要となるが、風速を２倍にするためにはチャンバ内のＦＡＮ動力が２3 ＝８倍となる。このため、風速を上げることで高繰返し化することは実質的に困難であった。
【００１１】
以上のように、ＭＯＰＯ方式によれば、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギは比較的少なくてすむが、上記した高繰返し、高出力及び超狭帯域化レーザ装置をＭＯＰＯ方式で実現するには、増幅段レーザ（ＭＯ）への発振段レーザ出力光の注入方法や電極の配置・構成など、さらに解決しなければならない問題が多々ある。
前記、特許文献１にはＭＯＰＯ方式への適用についても言及されているが、高繰返し、高出力及び超狭帯域化に対して、具体的な方策は開示されていない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、高繰返し化（１０ＫＨｚ以上）、高出力化、超狭帯域化（０．１ｐｍ以下）を実現することが可能な露光装置用レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
エキシマレーザにおける、高繰り返し化で、もっとも有効なのは、放電幅を狭くすることである。一般に、エキシマレーザにおける、動作可能な最大繰り返し周波数は、クリアランスレシオ（ＣｌｅａｒａｎｃｅＲａｔｉｏ，ＣＲ）と関連付けて説明される。ＣＲとは、図２４に示すように電極１３１，１３２間のガス流速をｖ、放電幅をＷ、放電間隔時間をｔ、電極間ギャップをＧとすると、ガス流速ｖと放電間隔時間ｔの積と放電幅Ｗとの比、すなわちＣＲ＝ｖｔ／Ｗである。
ＣＲが十分大きいとき、放電は安定し、高繰り返し動作が可能となる。ＣＲが大きければ、放電は安定に生成され、レーザのエネルギ安定性も良くなる。
【００１３】
物理的な現象より、ＣＲについて説明すれば、以下のようになる。
放電によって生成されるイオン、活性種などの放電生成物、電極からの飛散ダスト、デブリはガスの放電抵抗を著しく低下させる。また、放電によって、ガス希薄部が生じ、この部分は相対的にガス圧力が低いため、放電抵抗が小さい。よって、この部分（放電生成物）が、電極近傍に存在すると、次に生じる放電が、電極間ではなく、この部分に生じてしまう（図２４に示す異常放電の発生）。
ＣＲが大きいということは、この放電生成物を、次の放電が発生するときに、電極近傍から遠ざけるということを意味する。
必要なＣＲの値は、レーザの用途によって異なる。レーザのエネルギ安定性がそれほど要求されないアプリケーションでは、ＣＲは１程度でよい。しかし、半導体露光用光源として使われる場合、高いエネルギ安定性が要求されるため、ＣＲは２〜３が必要となる。従って、たとえば、放電幅が３ｍｍで、６ｋＨｚで動作させようとすると、電極間ガス流速は秒速５０ｍ程度の値が必要となる。
【００１４】
レーザの繰り返し周波数を増加させようとする場合、ＣＲの観点から、２つの方策が可能であると考えられる。たとえば、６ｋＨｚ動作するレーザの繰り返し周波数を１２ｋＨｚに増加させ、レーザエネルギの安定性も確保しようとした場合、ＣＲが２〜３で一定であると仮定すると、ガス流速ｖを二倍にするか、放電幅Ｗを１／２にすることで実現できる。
レーザ装置を実用可能なものとする場合、この二つの方策のうち、前者が格段に困難である。それは、ガス流速を二倍にすることで、クロスフローファンを駆動するモータに必要な電力は８倍に増加するからである。
一方、放電幅を狭くする方法としては放電部での電極幅を狭くする方法がある。しかし、種々検討した結果、電極幅を狭くするだけでは必ずしも放電幅が狭くならず、電極間距離（電極ギャップ）を狭くすることで、放電幅が狭くなることを見出した。すなわち、電極間距離を短くすれば、電極間の電気力線がどの部分においても広がらず略平行となり、放電への束縛力が強い状態となる。このため、放電幅が広がらず、放電幅が設計どおりに狭くなると推定される。
【００１５】
図２５に、電極に投入されるエネルギ密度を一定とし放電電極幅一定（カソード電極幅：１．５ｍｍ電極、アノード電極幅２ｍｍ）とした電極において、電極ギャップと放電幅の相対値の関係の計測結果を示す。１６ｍｍギャップから１０ｍｍギャップとすることで同じ電極幅においても１６ｍｍギャップの場合にくらべて約７０％の放電幅まで狭くなることが判明した。
ここで、上記放電幅は、具体的には、以下のようにして計測することができる。
図２６にマッハツェンダ法による放電幅Ｗを計測するシステムの構成例を示す。
コヒーレントなパルスレーザ４０１からの光束をミラー４０２を介してビームエキスパインダ４０３に入射させ、ビームエキスパンダ４０３によりレーザ４００の放電領域以上にビーム拡大する。
ハーフミラー４０４によりレーザチャンバ４０５を通る光束と通らない光束とに等量に２分し、一方をレーザチャンバ４０５に入射し、他方を高反射ミラー４１０を介してハーフミラー４０８に入射する。
レーザチャンバ４０５内には放電電極４０６が設けられ、放電電極４０６に放電電圧を印加し放電させることにより、レーザチャンバ４０５内に入射した光は放電電極４０６間の放電領域を通過し出力する。
レーザ４００の出力光は高反射ミラー４０７で反射してハーフミラー４０８に入射し、上記高反射ミラー４１０を介してハーフミラー４０８に入射した光と重ね合わせられ、重ね合わせられた光は、干渉フィルタ４０９を介してＣＣＤカメラ４１１に入射する。
【００１６】
これら二つの光束は、レーザチャンバ４０５を通る光束と通らない光束の間で両光束は干渉し干渉縞を発生する。すなわち。パルスレーザの波長をλとすれば、光路差Δが半波長λ／２の奇数倍であれば、二つの光束の山と谷が重なって互いに弱め合い暗い縞を生じ、 偶数倍であればお互いに強め合って明るい縞を生じる。光路差Δが像面全体で同じであれば、像は一様な明るさになる。
ここで、図２６（ｂ）に示すように、カソード電極４０６ａとアノード電極４０６ｂ間で放電すると電子密度が高くなり、放電部の屈折率が変化する。したがって、この干渉縞が歪む領域の幅を放電幅Ｗとしてこの干渉計により計測できる。
また、放電幅を計測する簡便な方法としては、図２７に示すように、レーザチャンバ４０５のフロント側にＯＣ４１２（出力結合ミラー）とリア側にリアミラー４１３を配置し、レーザ発振させてＯＣ４１２の位置のビームプロファイルを、ＣＣＤカメラ４１６で撮像し計測することで、ビーム幅を計測することにより代用してもよい。
なお、転写レンズ４１５はＯＣ４１２の位置でのビームをＣＣＤカメラ４１６上に結像させて計測する。放電幅の定義としては、例えばピーク強度の１／ｅまたは１／ｅ2 としてもよい。
【００１７】
高繰返し化を可能とするには、前記ＣＲの考え方による、放電抵抗を下げるということがある。
上述のとおり、放電近傍に放電生成物が存在すると、放電電極間に放電が生成されず、異常放電となり、レーザのエネルギ安定性が損なわれる。このとき、放電が電極間に設計どおり生成されるか、放電生成物が存在する領域に生成されて異常放電となるかは、両者の放電抵抗の違いに依存する。
よって、放電生成物がある領域よりも、電極間領域の放電抵抗が小さければ、ＣＲが小さい場合、すなわち、放電生成物が電極近傍に存在する場合でも、安定な放電が生成できる。電極間距離を小さくし、電極間電界強度を高めるということは、放電抵抗を下げることに他ならず、高繰り返し化において、レーザの出力安定化に有効な手段である。
実験結果から、電極間距離としては、設計放電幅３ｍｍに対しては１６ｍｍの電極間距離が有効であり、設計放電幅１ｍｍに対しては８ｍｍの電極間距離が有効である。よって、放電幅と電極間距離の、高繰り返し動作への有効なアスペクト比（放電幅と電極間距離の比）は１：８〜３：１６、すなわち０．１２５〜１．８７５である。
【００１８】
以上の実験結果から、たとえば高繰返し周波数１２ｋＨｚの発振段レーザ（ＭＯ）は放電幅を狭くするために、電極幅を約１ｍｍと狭くし、かつ、電極ギャップを約８ｍｍに短くすることが必要となる。
さらに、同一の風量を維持することができるとすると、電極ギャップを短くすれば、電極ギャップ間のガス流速は電極ギャップＧに反比例して速くなる。したがって、電極ギャップを狭くすることにより、ガス流速を増大させる効果も得られ、より高繰返し化が可能になるものと考えられる。
【００１９】
以上のように、発振段レーザ（ＭＯ）の高繰返し化を実現するためには、狭い電極幅と電極ギャップを短くする必要がある。この場合、放電断面積が小さくなるため、発振段レーザ（ＭＯ）の出力は小出力となる。
このため、特許文献１に記載されるようなＭＯＰＡ方式を採用した場合、発振段レーザ（ＭＯ）に対して要求されるパルスエネルギ１ｍＪ以上必要を維持することができなくなる。
そこで、本発明では、ＰＯ共振器として低空間コヒーレンスを実現する安定共振器を備えた増幅段レーザ（ＰＯ）を備えたＭＯＰＯ方式を採用した。ＭＯＰＯ方式であれば、前記図２２に示したように、増幅段レーザ（ＰＯ）の必要パルスエネルギが従来のＭＯＰＡ方式に比べ少なくとも１／４（＝放電幅＊電極ギャップ１／２）でも十分な増幅後のレーザパルスエネルギを得ることができる。
本発明において、ＭＯＰＯ方式の第１の例は、増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ光共振器としてファブリペロ型の安定共振器を用い、発振段レーザ（ＭＯ）光をこの共振器中に注入する。上記第２の例は、増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ光共振器として、リング型の安定共振器を採用し、前記共振器の出力結合ミラー（ＯＣ）から発振段（ＭＯ）レーザ光を注入する。
【００２０】
発振段レーザ（ＭＯ）の高繰返し化のために、狭い放電幅ＷMOを実現するために放電の電極幅と電極ギャップＧMOを狭くする必要がある。
この時のパルスエネルギは約０．２５ｍＪを維持することは可能である。さらに、放電幅が狭くなるために、放電方向に対して垂直方向に対して、波長分散素子（ｇｒａｔｉｎｇ）を設置し、プリズムビームエキスパンダの拡大率を大きくすることにより、更なる狭帯域化が可能となる。
しかし、高繰返し増幅段レーザ（ＰＯ）のするために、狭い放電幅ＷPOを実現するために、電極幅と電極ギャップＧPOを狭くすると以下の２つの問題点が発生する。
１．増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器の光学素子の損傷
放電幅を例えば１／２とすることで、レーザのビーム面積も１／２より小さくなり、これまでと同じパルスエネルギ（約１７ｍＪ）を出力するとすると、レーザビームのエネルギ密度は２倍以上になってしまう。
これにより、増幅段レーザ（ＰＯ）のレーザチャンバから光を取り出すウインドや、レーザビームを増幅するＰＯ共振器に含まれる光学素子の損傷が発生する。従って、ＰＯレーザの放電幅及び電極ギャップを、ある程度以上小さくすることは難しい。
２．増幅段レーザ（ＰＯ）の増幅効率の低下
増幅段レーザ（ＰＯ）の放電面積を小さくすると増幅後に必要なパルスエネルギ（例えば１７ｍＪ以上）を定格で出力することができない。
【００２１】
そこで、本発明においては、高パルスエネルギ化とＰＯ安定共振器の光学素子の負荷を低減するために、増幅段レーザ（ＰＯ）にはｎ組のペアの電極を配置し、おのおのの電極ペアには、それぞれ電源を接続し、発振段レーザ（ＭＯ）光をＰＯ安定共振器に注入し、少なくとも１つのペアの電極を注入光に同期させて放電させ、増幅段レーザ（ＰＯ）からレーザ光を出力する方式とする。
なお、増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に複数組のペアの放電電極を配置し、発振段レーザ光をＰＯ共振器内に注入するように構成し、ＰＯ共振器から出力光を取り出すようにしたり、あるいは、それぞれがＰＯ共振器を有する複数の増幅段レーザ（ＰＯ）を設け、発振段レーザ光を、それぞれの増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に分岐注入し、複数の増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器からの出力光を合波して出力するようにしてもよい。
【００２２】
上記のように増幅段レーザ（ＰＯ）にｎ組のペアの電極を配置し、発振段レーザから出力される注入光に同期させて、ｎ組のペア電極の内の少なくとも１組のペア電極を順次放電させることで、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極における放電の繰返し周波数は、発振段レーザ（ＭＯ）の繰返し周波数より低くすることができる。
これにより、発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極の電極ギャップＧPOの関係は、ＧMO＜ＧPOとなるように構成することができ、また、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電幅ＷPOを、発振段レーザ（ＭＯ）の放電幅ＷMOより大きくすることもできる。
ここで、上記のように発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の電極ギャップＧPOが異なるため、発振段レーザ（ＭＯ）光を、ビーム形状を変えずに増幅段レーザ（ＰＯ）に注入すると、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電空間が、発振段レーザ（ＭＯ）が出力するシード光で満たされない。
そこで、発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の間の光路中に、少なくとも放電ＧＡＰ方向にビームを拡大するビームエキスパンダを設置することが望ましい。これにより、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電空間をシード光で満たすことができる。
【００２３】
図２８に発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の放電電極と放電エリアの断面図の一例を示す。
発振段レーザ（ＭＯ）は、電極幅と電極ギャップＧMOを狭くすることにより、放電幅ＷMOが狭くなり、安定な１２ｋＨｚ放電が可能となる。
また、放電幅が狭くなるため、波長分散素子の分散方向を放電に対して垂直方法に配置し、ビーム拡大プリズムの拡大率を大きくすることにより、波長分散素子へ入射するビーム広がり角度が小さくなり、発振段レーザ（ＭＯ）から出力されるスペクトル幅はさらに狭くなる。
ただし、発振段レーザ（ＭＯ）のレーザ出力がビーム断面積が小さくなる分だけ小出力となる（ビーム断面積（１／２と放電ギャップ１／２）が１／４となった場合、１ｍＪ→０．２５ｍＪとなる）。
【００２４】
しかし、発振段レーザ（ＭＯ）の出力が半分以下に落ちても、ＭＯＰＯ方式を採用し、増幅段レーザ（ＰＯ）の安定共振器内にビームを拡大して注入することにより、十分ＰＯ共振器で増幅発振させて出力させることができる。
また、増幅段レーザ（ＰＯ）には、ｎ組のペアの電極が配置されており、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極における放電の繰返し周波数を、発振段レーザ（ＭＯ）の繰返し周波数より低くすることができるので、その放電電極のうちの１組の放電電極による放電断面積は図２８（ｂ）に示すように、従来の比較的繰返し周波数の低い場合の断面積と同等にできる。
このため、ＰＯ共振器に使用される光学素子の負荷（エネルギ密度）を低減でき、ＰＯ共振器の光学素子の寿命が延びる。
また、注入光に対して例えば２組の電極を２つの電源により交互に同期させて放電させることにより、高繰返し（１２ｋＨｚ）で、かつ、高パルスエネルギ（１７ｍＪ）の出力が可能となる。
【００２５】
以上に基づき、本発明においては、次のように前記課題を解決する。
（１）狭帯域発振段レーザと、少なくとも１組の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる注入同期式レーザ装置において、前記発振段レーザ光を注入光として前記増幅段レーザの光安定共振器内に注入する注入装置を設けるとともに、前記増幅段レーザの光共振器内には複数組のペアの放電電極を配置し、それぞれの電極ペアに、電極ペアを放電させるための電源回路を接続する。
そして、前記複数組の電極ペアの内の、少なくとも１ペアを前記注入光と同期させて順次放電させる。
例えば、２組のペア電極が設けられている場合は、２組のペア電極に、前記注入光と同期させて交互に放電電圧を印加して放電させる。また、ｎ組のペア電極が設けられている場合は、ｎ組のペア電極をｍ（ｎ＞ｍ）群に分け、前記注入光と同期させて、同じ群に属するペア電極単位で、ｍ群のペア電極に順次に放電電圧を印加して放電させる。
（２）狭帯域発振段レーザと、少なくともｋ台の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる注入同期式レーザ装置において、前記発振段レーザ光を注入光として前記ｋ台の増幅段レーザの光安定共振器内に分岐注入する注入装置を設け、ｋ台の増幅段レーザ装置の電極に電源回路を接続する。
そして、前記ｋ台の増幅段レーザの少なくとも１台を前記注入光と同期させて順次放電させる。
例えば、光安定共振器を配置した２台の増幅段レーザが設けられている場合は、２台の増幅段レーザの電極に、前記注入光に同期させて、交互に放電電圧を印加して放電させる。また、ｋ台の増幅段レーザが設けられている場合には、ｋ台の増幅段レーザをｍ（ｋ＞ｍ）群に分け、前記注入光に同期させて、同じ群に属する増幅段レーザ単位で、ｍ群の増幅段レーザの電極に順次に放電電圧を印加して放電させる。
（３）上記（１）（２）において、発振段レーザと増幅段レーザの光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダを配置する。
ここで、上記発振段レーザと増幅段レーザの電極ギャップは次のように定められる。
前述したように、電極間距離（電極ギャップ）を狭くすることで、放電幅を狭くすることができ、それに応じて高繰返し化が可能となる。
したがって、高繰返し化を実現するため、発振段レーザの電極間距離（電極ギャップ）を狭くすることが必要であるが、増幅段レーザについては、上記のように、増幅段レーザ装置の光共振器内に複数組のペアの放電電極を配置しているので、各ペア電極の放電の繰返し周波数は発振段レーザの繰返し周波数より低くてよい。
このため、発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極の電極ギャップＧPOは、ＧMO＜ＧPOとなるように設定される。
なお、前記したように、発振段レーザの高繰返し化を実現するため、発振段レーザの出力は小出力となる。このため、増幅段レーザの光安定共振器内に発振段レーザ光（シード光）を注入する注入装置としては高効率の注入装置を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）安定共振器を備えた増幅段レーザ（ＰＯ）を備えたＭＯＰＯ方式を採用したので、増幅段レーザ（ＰＯ）の必要パルスエネルギを従来のＭＯＰＡ方式に比べて格段に少なくすることができる。
このため、発振段レーザ（ＭＯ）の高繰返し化を実現するため、電極幅を狭くし、電極ギャップを短くすることにより、発振段レーザ（ＭＯ）の出力が小出力となっても、増幅段レーザに対して必要なパルスエネルギを供給することが可能である。
（２）増幅段レーザ装置の光共振器内に複数組のペアの放電電極を配置し、それぞれの電極ペアに電源回路を接続し、前記注入光と同期させて前記複数組の電極ペアの内の、少なくとも１ペアを順次放電させるようにしたので、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極における放電の繰返し周波数を、発振段レーザ（ＭＯ）の繰返し周波数より低くすることができる。
このため、発振段レーザが高繰返し周波数で動作しても、増幅段レーザ（ＰＯ）の１組の電極ペアの放電断面積は、発振段レーザの放電断面積より大きくすることができ、従来の比較的繰返し周波数の低い場合の断面積と同等にできる。
したがって、ＰＯ共振器に使用される光学素子の負荷（エネルギ密度）を低減でき、ＰＯ共振器の光学素子の寿命を延ばすことが可能となる。
（３）発振段レーザと増幅段レーザの光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダを配置することにより、発振段レーザ（ＭＯ）の電極ギャップＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）の各ペア電極の電極ギャップＧPOの関係がＧMO＜ＧPOであっても、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電空間を発振段レーザの出力光であるシード光で満たすことができ、効率の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明のレーザ装置の基本構成を示す図である。
本発明のレーザ装置は、同図に示すように、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力する発振段レーザ（ＭＯ）１０と、出力されたＭＯレーザ光を少なくとも放電ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダ４と、ＭＯレーザ光を高効率注入装置５に導入するための２枚の高反射（ＨＲ）ミラー６ａ，６ｂと、発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ光を光共振器により増幅発振させるための増幅段レーザ（ＰＯ）２０とを有する。ＭＯレーザ光は、高効率注入装置５により、高効率で増幅段２０に注入される。高効率注入装置の具体例については後述する。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はプリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（回折格子）３ｂを搭載した狭帯域化モジュール３（以下、ＬＮＭ３ともいう）を有し、この狭帯域化モジュール３内の光学素子と出力結合ミラー（ＯＣ：ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）１４とでレーザ共振器を構成する。
また、チャンバ１１内に一対の放電電極１ａを備え、電極１ａには１２ｋＨｚのパルス電圧を発生する電源１５が接続される。
【００２８】
増幅段レーザ（ＰＯ）２０は、出力結合ミラー（ＯＣ）２４とレーザチャンバ２１とリアミラー２５で構成される安定共振器を有し、チャンバ２１内に一対の電極２ａおよび一対の電極２ｂからなる２組の一対の電極を有する。２組の一対の電極２ａ，２ｂには、それぞれ６ｋＨｚのパルス電圧を発生する電源２５ａ，２５ｂが接続される。
ここで、発振段レーザ（ＭＯ）１０の一対の電極１ａのギャップ（電極間隔）ＧMOと、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の２組の一対の電極２ａ，２ｂのギャップＧPOの関係は、ＧMO＜ＧPOとなるように構成され、また、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電幅ＷPOは、発振段レーザ（ＭＯ）１０の放電幅ＷMOより大きくなるように構成されている。
【００２９】
以上のように発振段レーザ（ＭＯ）１０の一対の電極１ａのギャップＧMOを小さくし、狭い放電幅ＷMOを実現することで前述したように発振段レーザ（ＭＯ）１０の高繰返し化を実現することができる。
また、増幅段レーザ（ＰＯ）２０に２組の一対の電極を配置し、交互にそれぞれの一対の電極ペア２ａ，２ｂで放電させることにより、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の各電極における放電の繰返し周波数を発振段レーザ（ＭＯ）１０の繰返し周波数の１／２にすることができ、その放電電極のうちの１組の放電電極による放電断面積も発振段レーザ（ＭＯ）１０のそれと比べ、大きくすることができる。このため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器に使用される光学素子のエネルギ密度を低減することが可能となる。
【００３０】
発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０はともにチャンバ１１，２１内に設置された一対の電極１ａおよび２組の一対の電極２ａ，２ｂの光軸延長上両端にウィンドウ部材１２ａ，１２ｂおよび２２ａ，２２ｂを有し、その両側には波形整形のためのスリット１３，２３がそれぞれ設置されている。
波長およびスペクトル波形モニタ３４およびパワーモニタ８は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０から出力された光の光品位及びパルスエネルギを検出し、パワーモニタ７は、発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギを検出する。
波長及びスペクトル波形コントローラ３３は、上記波長およびスペクトル波形モニタ３４の出力に基づき増幅段レーザ（ＰＯ）から出射されるレーザ光の波長及びスペクトル波形を制御する。また、エネルギコントローラ３０は、パワーモニタ７，８の出力に基づき、はレーザのパルスエネルギをコントロールする。
また、ガスコントローラ３２は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザガスをコントロールする。レーザコントローラ３１はレーザの全体を制御する。 同期コントローラ３５は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０に接続されている２台の６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂと発振段レーザ（ＭＯ）１０に接続されている１２ｋＨｚ電源１５の放電タイミングをコントロールする。
【００３１】
発振段レーザ（ＭＯ）１０は、前述したように、スペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（回折格子）３ｂを搭載したＬＮＭ３とを有し、ＬＮＭ３に配置されているグレーティング（回折格子）３ｂの分散方向（＝プリズムのビーム拡大方向）は電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。
レーザチャンバ１１内にはバッファガスとＡｒガスとＦ2 ガスが満たされており、電極幅と電極ギャップを狭くすることにより、放電幅が狭く、かつ、電極間でのガス流速が速くなり、１２ｋＨｚ電源から電極に電圧を印加放電させることで安定な放電が形成される。
上記放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時に１９３ｎｍの波長の光を発光する。
１９３ｎｍの光をＬＮＭ３で波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．１ｐｍまで狭帯域化して、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力結合ミラー（ＯＣ：ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）１４から出力される。発振段レーザ（ＭＯ）からは繰返し周波数１２ｋＨｚでパルス発振する。発振段レーザ（ＭＯ）のレーザの発光パルスの時間幅は約３０ｎｓである。
【００３２】
次に、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ギャップと同等のビーム幅となるように、ビームエキスパンダ４に入射し拡大されて出力され、２枚の高反射（ＨＲ）ミラー６ａ，６ｂにより高効率注入装置５に入射する。ただし、上記２枚のミラー６ａ，６ｂの間には発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギをモニタするためのビームスプリッタ７ａとパワーモニタ７が配置されている。
ここで検出された発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出値はエネルギコントローラ３２に入力される。この発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出結果に基づいて、エネルギコントローラ３２は同期コントローラ３５を介して１２ｋＨｚ電源１５に制御信号を送る。
高効率注入装置５を出力したレーザ光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力結合ミラー（ＯＣ）２５とレーザチャンバ２１とリアミラー２５で構成される安定共振器に注入される。
【００３３】
レーザチャンバ２１内には２組の一対（ペア）の電極２ａ，２ｂ（以下電極ペア２ａ，２ｂともいう）が直列に配置され、それぞれの一対の電極ペア２ａ，２ｂに、おのおの６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂが接続されている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０から出射した注入光が１２ｋＨｚで、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器内に注入されると、同期して６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂを交互に運転して、交互にそれぞれの一対の電極ペア２ａ，２ｂで放電し、注入された光が光共振器内で増幅発振され、出力結合ミラー（ＯＣ）２４から増幅された光が１２ＫＨｚでレーザ発光し、露光装置３６に出力される。
この出力された光はビームスプリッタ８ａ，８ｂによりサンプルされ、パワーモニタ８によりパルスエネルギを検出しその結果がエネルギコントローラ３０に送られる。
エネルギコントローラ３０はこの検出結果に基づいて同期コントローラ３５を介して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の各６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂ及び発振段レーザ（ＭＯ）１０の１２ｋＨｚ電源１５に制御信号を送る。
【００３４】
増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力光をビームスプリッタ８ｂ，８ｂにより光サンプルし、波長及びスペクトル波形モニタ３４により波長及びスペクトル波形を検出する。
この検出結果は波長及びスペクトル波形コントローラ３３に送られＬＮＭ３内にあるグレーティング３ｂの入射角度を変化させる機構（図示しない）に制御信号を送ることにより波長を制御する。
また、スペクトル波形も発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ共振器内の光学素子の光波面を制御（図示しない）することにより、スペクトル波形を制御できる。さらに、ガスコントローラ３２により発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザチャンバ１１のＦ2 ガス濃度を制御することによってもスペクトル波形を制御できる。
【００３５】
レーザコントローラ３１は、１２ｋＨｚ電源１５の印加電圧や２台の６ｋＨｚ電源２５ａ，２５ｂの印加電圧及び増幅段レーザ（ＰＯ）２０及び発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの経時変化から、ガスコントローラ３２にレーザガス（Ｆ２、Ａｒ及びバッファガス）の補給及び排気を徐々に行う。
ところで、発振段レーザ（ＭＯ）１０は電極幅及び電極ギャップが狭いので、放電による音響波による光波面のゆがみが発生して、スペクトル波形に悪影響を及ぼす。発振段レーザ（ＭＯ）１０の１２ｋＨｚ発振で音響波の影響を著しく小さくする方法として、バッファガスとしてＨｅガスまたはＮｅとＨｅの混合ガスを用いる方法がある。
Ｈｅガスをバッファガスとした場合の欠点として、発振段レーザ（ＭＯ）のパルスエネルギ力が小さくなることである。しかし、この小さなパルスエネルギの欠点は、注入効率の高いＭＯ増幅段レーザ（ＰＯ）方式を採用することにより回避可能となる。
【００３６】
以上のように、本発明のレーザ装置は、安定共振器を備えた増幅段レーザ（ＰＯ）２０を有するＭＯＰＯ方式を採用したので、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力が小出力となっても、増幅段レーザに対して必要なパルスエネルギを供給することが可能である。
また、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダ４を配置することで、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電空間を発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光であるシード光で満たすことができ、効率の低下を防ぐことができる。
【００３７】
以下、本発明による具体的なレーザ装置の構成例について説明する。
（１）第１の実施例
図２は本発明の第１の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の安定共振器にリング共振器を設置し、ＭＯレーザ光（シード光）を増幅段レーザ（ＰＯ）に効率よく注入するようにした構成例を示す。
なお、同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。同図では図１に示した各種検出器、コントローラ、電源等は省略されている。
図２において、前述したように発振段レーザ（ＭＯ）１０の一対の電極１ａに電圧を印加し放電させることにより、１９３ｎｍの波長の光を発光する。この１９３ｎｍの光はＬＮＭ３で狭帯域化され、ＯＣ（出力結合ミラー）１４から出力される。
発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はビームエキスパンダ４により、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電ギャップまで拡大され、高反射ミラー６ａを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器中に注入される。すなわち、同図 (ｂ) に示すように、高反射ミラー６ａで反射させたシード光を部分反射ミラーであるＯＣ（出力結合ミラー）６２ｂを透過させて、リング共振器の共振器中に注入する。
【００３８】
図３に上記ビームエキスパインダ４の構成例を示す。同図（ａ）は、両面が０度入射反射防止（ＡＲ）膜コートされたシリンドリカル凹凸レンズ４ａ，４ｂを用いた例を示し、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はシリンドリカル凹レンズ４ａに入射した後、シリンドリカル凸レンズ４ｂに入射し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電ギャップ方向にビーム径が拡大される。
同図（ｂ）は、両面が０度入射反射防止（ＡＲ）膜コートされたシリンドリカル凸レンズ４ｂ，４ｃを用いた例を示し、同図 (ｃ) は、入射面がＳ偏光に対してＡＲコートされ、出射面が０度ＡＲコートされたプリズムビームエキスパインダ４ｄ，４ｅを用いた例を示し、同図（ｄ）は両面がＳ偏光に対してＡＲコートされたウエッジ基板４ｆ，４ｇを用いた場合を示し、いずれの構成でも、同図（ａ）と同様に増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電ギャップ方向にビームを拡大することができる。なお、図３（ｃ）および図３（ｄ）の実施例において、プリズムまたはウェッジ基板の斜面に対してＳ偏光のＡＲコートが必要な理由は、ＭＯレーザから出力される偏光状態が、紙面に対して垂直な直線偏光であるためである。
【００３９】
図２に戻り、ＯＣ６２ｂを透過したシード光は高反射ミラー６２ａによりレーザチャンバの放電空間に傾いて入射される。
図示しない６ｋＨｚ電源からシード光に同期させて、増幅段レーザ（ＰＯ）の電極ペア２ａに電圧が印加され、放電する。これにより、放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し２枚の高反射ミラー６１ａ，６１ｂにより折り返され、再び放電している放電空間に導かれ、増幅される。
増幅した光の一部はＯＣ６２ｂを透過してレーザとして出力され、、ＯＣ６２ｂの反射光は再びリング共振器の中にフィードバックされ共振する。そして、レーザパルスとして出力される。
ＯＣの反射率６２ｂを２０％〜３０％とすると注入効率は８０％から７０％となり高い注入効率を得ることができる。
【００４０】
次のシードパルス光が注入されると、このシードパルス光に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ｂに電圧が印加され、放電する。これにより、上述したのと同様に上記リング共振器により、シード光は増幅発振され、出力レーザ光のパルスとして出力される。
以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２組の一対の放電電極のペア２ａ，２ｂを配置して、シード光が入力された時に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ペアを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
またこの実施例では、２枚の高反射ミラー６１ａ，６１ｂでレーザチャンバ２１にレーザ光を戻したが４５度よりも多少小さな角度（数ｍｒａｄ）の全反射プリズムでフレネル反射（全反射）で戻しても同様の機能を果たすことができる。
【００４１】
（２）第２の実施例
図４は本発明の第２の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の安定共振器に全反射直角プリズムのリング共振器を設置し、ＭＯレーザ光（シード光）を増幅段レーザ（ＰＯ）に効率よく注入するようにした構成例を示す。
なお、同図（ａ）は側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。同図では図１に示した各種検出器、コントローラ、電源等は省略されている。
前述したように、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ（出力結合ミラー）１４からシード光が出力される。発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はビームエキスパンダ４によりビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０レーザの電極ギャップまで拡大される。そして、１枚の高反射ミラー６ａにより、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ（出力結合ミラー）６２ｃに入射させ、反射させてリング共振器の共振器中にシード光が注入される。
部分反射（ＰＲ）膜と反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされたＯＣ６２ｃはシード光を一部反射させ、全反射直角プリズム６４に入射させる。この全反射直角プリズム６４の入射出射面には反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされている。シード光はプリズム６４の２つ面でフレネル反射により全反射し、スリット２３、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のウインド２２ａを透過してレーザチャンバ２１に入射する。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、シード光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ，２ｂに対して、略平行な光軸で透過し、増幅されずにチャンバ２１内を透過し、全反射直角プリズム６３に入射する。シード光は直角プリズム６３の２面で全反射し再びウインド２２ｂを介して放電電極２ａ，２ｂの放電空間と光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。
放電電極ペア２ａ，２ｂには、前述したようにシード光に同期して、電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し、再びＯＣ６２ｃに入射する。増幅した光の一部はＯＣ６２ｃを反射してレーザとして出力し、ＯＣ６２ｃの反射光はフィードバック光として再びリング共振器内に戻される。このようにして増幅段レーザ（ＰＯ）２０は増幅発振する。
ＯＣの反射率が７０％〜８０％とすると注入効率は７０％から８０％となり高い注入効率を得ることができる。
【００４３】
次のシードパルス光が注入されると、このシードパルス光に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ｂに電圧が印加され放電する。これにより、上述したのと同様に上記リング共振器により、シード光は増幅発振され、出力レーザ光のパルスとして出力される。
以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２組の一対の放電電極２ａ，２ｂを配置して、シード光が入力された時に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ペアを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギが可能となる。
またこの実施例のメリットとしては、直角全反射プリズム２個でリング共振器を構成し、ＯＣ６２ｃをリング共振器の光軸上に設置することにより、リング共振器の光軸のアライメントが容易であり、安定に動作する。
【００４４】
（３）第３の実施例
図５は本発明の第３の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図４の実施例において電極ペアを直列ではなく、リング共振器の光軸の上において、互い違いに設置した場合を示している。 なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図では発振段レーザ１０は省略されているが、発振段レーザ１０は図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。また、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。同図では図１に示した各種検出器、コントローラ、電源等は省略されている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光を前記図４に示したようにビームエキスパンダによりビームをＰＯ共振器の電極ギャップまで拡大し、１枚の高反射ミラーにより、増幅段レーザ（ＰＯ）のリングレーザのＯＣ（出力結合ミラー）６２ｃに入射し、反射させて増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器中にシード光を注入する。
部分反射（ＰＲ）膜と反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされたＯＣ６２ｃはシード光を一部反射させ、全反射直角プリズム６４に入射する。この全反射直角プリズム６４の入射出射面には反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされている。
【００４５】
シード光はプリズム６４の２つ面でフレネル反射により全反射し、チャンバ２１内の放電電極ペア２ｂの放電空間と光軸が一致するようにウインド２２ａを透過してレーザチャンバ２１に入射する。電極ペア２ａ，２ｂの放電空間を透過し、全反射直角プリズム６３に入射する。
シード光は直角プリズム６３の２面で全反射し再びウインド２２ｂを介して放電電極ペア２ａの放電空間と光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。
放電電極ペア２ａはシード光に同期して、電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し、再びＯＣ６２ｃに入射する。増幅した光の一部はＯＣ６２ｃを反射してレーザとして出力し、ＯＣ６２ｃの反射光はフィードバック光として再びリング共振器内に戻される。
このようにして増幅段レーザ（ＰＯ）２０は増幅発振する。ＯＣ６２ｃの反射率が７０％〜８０％とすると注入効率は７０％から８０％となり高い注入効率を得ることができるまた、次のシードパルス光に同期して放電電極ペア２ｂを放電させ、同様に上記リング共振器により、増幅発振し、出力レーザ光のパルスとして出力される。
【００４６】
以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２の放電電極２ａ，２ｂのペアを配置して、シード光が入力された時に同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ペア２ａ，２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
またこの実施例のメリットとしては、分割された電極ペアを互い違いに配置することができるためであり、交互放電する電極間の距離が取れるため以下の効果がある。
(i) 絶縁距離が取れるので異常放電が発生しない。
(ii)交互放電による音響波の影響を低減できる。
(iii) ゲイン長をできるだけ長く取れるため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力効率が向上し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０をコンパクトにすることができる。
ここで、音響波カット板２４を図５（ｂ）のように配置することにより交互放電による音響波の影響を抑制することができる。音響波抑制板２４の例としては、多孔質の音響波吸収材（多孔質アルミナ、繊維状のアルミナ等）を使用することができる。
【００４７】
（４）第３の実施例の変形例
図６は本発明の第３の実施例の変形例を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図４の実施例において電極ペアをリング共振器の光路上で互い違いに配置し、光軸に対して傾けた例を示している。
その他の構成は前記図５に示した第３の実施例と同じであり、動作も同様である。なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例のように構成することにより、以下の効果を得ることができる。
(i) 電極が離れているため、交互放電による音響波の影響を低減化することができる。
(ii)ビーム幅を広くできるため、光学素子の負担が軽減され、光学素子の寿命が延びる。
【００４８】
（５）第４の実施例
図７は本発明の第４の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図５の実施例において放電電極ペアを４分割して、リング共振器の光軸の上において互い違いに設置した場合の例を示す。
なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図では発振段レーザ１０は省略されているが、発振段レーザ１０は図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。また、同図（ｂ）（ｃ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例では、同図に示すように、電極が放電電極ペア２ａ〜２ｄに４分割され、一対の電極２ａ，２ｃがリング共振器の一方の光路上に配置され、一対の電極２ｂ，２ｄが他方の光路上に配置されている。その他の構成は前記図５に示したものと同様である。
【００４９】
図７（ｂ）の実施例においては、放電電極ペア２ａ，２ｂを６ＫＨｚ電源２５ａに接続し、電極ペア２ｃ，２ｄをもう一つの６ｋＨｚ電源２５ｂに接続している。
そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。
この場合、電極ペア２ａ，２ｂは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力され、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂ，２ｄに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光が出力される。
【００５０】
図７（ｃ）は６ＫＨｚ電源２５ａに電極ペア２ｂ及び２ｃが接続され、６ＫＨｚ電源２５ｂに電極ペア２ａ及び２ｄが接続されている場合の例を示す。
これらの実施例のメリットは、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の交互放電により出力される第１と第２のパルス光の光品位（ビームプロファイル、ビームダイバージェンス等）の変化が抑制されることである。
この実施例では４つの放電電極ペアに２台の電源を接続して交互運転したが、この実施例の電極の分割数に限定されることなく、４つ以上の放電ペア電極に２台の電源を接続して交互運転することにより、さらに、第１と第２のパルスの光品位の変化が小さくなる。
【００５１】
（６）第５の実施例
図８は本発明の第５の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、リング共振器を用いた増幅段レーザ（ＰＯ）の他の例を示す。本実施例は図５の実施例において増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザチャンバ内に２の放電電極ペアをチャンバ断面方向に対して縦方向に設置し、それぞれの放電電極ペアに対してそれぞれ６ＫＨｚ電源を接続し、リング共振器を構成した実施例である。
なお、同図（ａ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、同図では発振段レーザ１０は省略されているが、発振段レーザ１０は図４（ａ）に示したものと同様の構成を有する。また、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示し、同図（ｃ）は２の放電電極ペアと６ＫＨｚ電源との接続例を示す。
【００５２】
図８（ａ）においては、放電電極ペア２ａを６ＫＨｚ電源２５ａに接続し、電極ペア２ｂをもう一つの６ｋＨｚ電源２５ｂに接続している。そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。この場合、電極ペア２ａは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力され、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光を出力する。
【００５３】
図８（ｃ）は６ＫＨｚ電源２５ａと電極ペア２ａの接続と６ＫＨｚ電源２５ｂに電極ペア２ｂの接続例を示している。放電部の中央部をグランドに接地し、放電電極ペア２ａのアノード電極２ａ２と放電電極ペア２ｂのアノート゛ 電極２ｂ２を背中合わせに構成することで、長い電極長とすることができる。
本実施例では増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極を縦方向に分割しリング共振器の光路上に配置しており、本実施例のように上下方向に分割することにより以下の効果がある。
(i) 交互運転の際、異常放電が発生しない。
(ii)交互放電による音響波の影響が抑制される。
(iii) ゲイン長をチャンバ長並に長くできるため高効率であり、コンパクトにできる。
【００５４】
（７）第６の実施例
図９は本発明の第６の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、２つシリンドリカルの凹面高反射ミラーを対向させて配置したリング共振器を構成した例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例は図４の実施例において、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の構成を図９（ｂ）のように変更したものであり、その他の構成および動作は同様である。
図９（ｂ）に示すように、光共振器はシリンドリカル状の高反射ミラー６５及び６６が対向して設置されている。このシリンドリカル高反射ミラー６５及び６６の曲率半径Ｒは、前記高反射ミラー６５，６６間の距離Ｌと一致し、両ミラー６５，６６の焦点の位置が互いに一致するように配置されている。
【００５５】
まず、ビームエキスパンダ４により拡大された発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ出力結合ミラー（部分反射ミラー）６２ｃに入射する。このＯＣ６２ｃから４５度で反射したシード光は、シリンドリカル凹面高反射ミラー６５に入反射し、レーザチャンバ２１のウインド２２ａを透過して入射し、チャンバ２１内の両凹面ミラーの中心線上の焦点の位置のライン上に集光する。
この集光した光は広がりウインド２２ｂを透過して、シリンドリカル凹面高反射ミラー６６により、反射され、シード光はコリメートされる。
このコリメート光は再びレーザチャンバ２１内を透過して、シリンドリカル凹面高反射ミラー６５により反射されて、ウインド２２ａを透過して、レーザチャンバ２１内のシリンドリカル両ミラーの焦点位置のライン上に集光する。この集光した光は広がりながらウインド２２ｂを透過して再びシリンドリカル凹面高反射ミラー６６により反射され、再びコリメートされる。そしてこのコリメート光は放電電極ペア２ｂ及び２ａを透過して増幅され、再びＯＣ６２ｃに戻る。
ＯＣ６２ｃで部分反射した光は出力レーザ光として出力される。また、ＯＣ６２ｃで透過した光はフィードバック光として、再び光共振器にもどされる。
【００５６】
放電電極ペア２ａを、前述したように６ＫＨｚ電源２５ａ（図示せず）に接続し、電極ペア２ｂをもう一つの６ｋＨｚ電源２５ｂ（図示せず）に接続している。そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。これより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
この場合、電極ペア２ａは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力され、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光を出力する。
電極ペアの配置はコリメート光が通過する場所であればよく、例えば放電電極ペア２の位置の代わりに、図９（ｂ）の放電電極ペア２ｂ’の位置に配置してもよい。
この実施例では２枚の凹面ミラーの実施例を示したが、４枚の凹面ミラーで同様の構成をしてもよい。
この実施例ではシリンドリカル凹面高反射ミラーを採用することによって集光ライン上に集光させているので、光学素子（ウインド）とレーザチャンバ中央部で高密度とならず、光学素子の劣化や集光点でのブレークダウンが発生せず、安定なレーザ発振が可能となる。
【００５７】
（８）第７の実施例
図１０は本発明の第７の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、リング共振器採用し、増幅段レーザ（ＰＯ）チャンバを複数台設置した場合の例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
本実施例は図４の実施例において、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の構成を図１０（ｂ）のように変更したものであり、その他の構成および動作は同様である。
図１０（ｂ）において、リング共振器は４枚の高反射ミラー６７ａ，６７ｂ，６７ｃ及び６７ｄによって構成され、このリング共振器の光軸上に２台のＰＯチャンバ２１ａ及び２１ｂを配置し、その中にそれぞれ放電電極ペア２ａ，２ｂを配置している。
【００５８】
まず、ビームエキスパンダ４により拡大された発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力結合ミラー（部分反射ミラー）であるＯＣ６２ｃに入射する。このＯＣ６２ｃから４５度で反射したシード光は、高反射ミラー６７ａにより入反射し、ＰＯチャンバ２１ａに入射する。ＰＯチャンバ２１ａの放電電極ペア２ａ間にシード光が透過し、シード光に同期して放電する場合には増幅されて、高反射ミラー６７ｂ及び６７ｃにより、ＰＯチャンバ２１ｂに光が入射する。
そして、放電電極ペア２ｂの電極間を光が透過して、ＰＯチャンバ２１ｂを透過し、高反射ミラー６７ｄにより反射し、再びＯＣ６２ｃに戻る。ＯＣ６２ｃで部分反射した光は出力レーザ光として出力される。ＯＣ６２ｃで透過した光はフィードバック光として、再びリング共振器にもどされる。
【００５９】
ＰＯチャンバ２１ａには６ＫＨｚ電源２５ａが搭載され、ＰＯチャンバ２１ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが搭載されている。そして、シード光に対して６ｋＨｚ電源２５ａと６ｋＨｚ電源２５ｂを交互に同期して放電させる。
この場合、電極ペア２ａは６ＫＨｚ電源２５ａに接続されているためシード光に同期して同時に放電して、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第１のパルス光が出力される。また、次のパルスのシード光に同期して、電極ペア２ｂに６ｋＨｚ電源２５ｂが電圧を印加して放電させ、リング共振器により増幅発振して、ＯＣ６２ｃから第２のパルス光を出力する。これより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
この実施例のメリットは、ＰＯチャンバを２台を並列に配置できることにより、コンパクトなレーザ装置となる。また、１つのリング共振器の光軸上にＰＯチャンバを配置しているため、シード光の注入箇所及びＯＣから出力されるレーザ光はそれぞれ１箇所となり、シード光を分岐したり、各増幅段レーザ（ＰＯ）からの出力レーザ光を合成する必要がなくなる。
【００６０】
（９）第８の実施例
図１１は本発明の第８の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
図１１（ａ）において、発振段レーザ（ＭＯ）１０はＬＮＭ３のプリズムビームエキスパンダ３ａ及び発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザチャンバ１１のウインド１２ａ，１２ｂがブリュースタ角で設置されており、紙面に対して垂直な偏波面でレーザ発振する。
この発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたレーザ光は偏波面を維持した状態でビームエキスパンダ４によりビームが拡大され、高反射ミラー６ａで入射反射し、ＰＳ分離膜をコートしたビームスプリッタ（ＢＳ）６８に入射する。
【００６１】
このＢＳ６８ではＳ偏光（紙面に対して垂直な偏波面）は全反射する。この反射光はλ／４板６９を透過し円偏光に変換される。この円偏光に変換されたシード光はＰＯ共振器のＯＣ６２から増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器中に注入されＰＯチャンバ２１の放電電極ペア２ａ及び２ｂの電極ギャップ間を透過してウインド２２ｂを透過する。そして、高反射膜がコートされたリアミラー６１で入反射して再びＰＯチャンバ２１に入射・透過してＯＣ６２により一部が反射されて再び増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器内に戻される。
円偏光でＯＣ６２から出力したレーザ光は再びλ／４板６９により、紙面を含む偏波面に変換される。この偏光状態の光はＢＳ６８のＰ偏光成分の光なのでほとんど全てＢＳ６８を透過し出力レーザ光として取り出される。
シード光に同期して、前記したように増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させる。これより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
ここで本実施例においては、ＰＯ共振器内では円偏光で共振するのでレーザのウインド２２ａ，２２ｂのＡＲコートはＰ及びＳ偏光に対する反射防止膜をコートする必要がある。
本実施例のメリットは、増幅段レーザ（ＰＯ）のＯＣの反射率が２０％から３０％で動作するので、注入効率が７０％から８０％の高い効率を得ることができ、ＰＯ共振器のアライメントが容易で安定していることである。なお、この実施例では１／４λ板を使用しているが、１９３ｎｍで動作する波長板としては高純度のＭｇＦ２結晶を２枚組合せた０次の波長板を使用するのがこのましい。この理由は、レーザの出力が高いところに波長板を配置しているため、発熱による影響を小さくするためである。また、波長板として、反射型の誘導体多層膜で同じ機能をさせてもよい。
【００６２】
（１０）第９の実施例
図１２は本発明の第９の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、ＰＯ共振器のリアミラーのサイド位置にビームエキスパンド後のシード光の像を転写することにより、シード光の注入効率を向上させた実施例を示す。なお、同図（ａ）は本実施例の側面図を示し、同図（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
図１２（ａ）において、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光はビームエキスパンダ４により放電方向に拡大され、高反射ミラー６ａにより高効率注入装置７０に入射する。
この高効率注入装置７０は集光レンズ７０ａ、空間フィルタとしてのピンホール７０ｂ及びコリメータレンズ７０ｃにより構成されている。集光レンズ７０ａの焦点ｆ１の位置にピンホール７０ｂが配置され、ピンホール７０ｂとコリメータレンズ７０ｃの位置はコリメータレンズ７０ｃの焦点距離ｆ２に配置されている。
【００６３】
集光レンズ７０ａの焦点の位置にピンホール７０ｂが設置され、発振段レーザ（ＭＯ）１０の光がピンホール７０ｂを透過する。そして光は広がりコリメータレンズ７０ｃにより平行光に変換される。この平行光は高反射ミラー６ｂにより反射され、図１２（ｂ）に示すようにリアミラー６１のサイドの位置にビームエキスパンダ４の直後のビームを結像させる。
上記のように結像させるには、ビームエキスパンダ直後と集光レンズ７０ａの距離がｆ１、かつ、コリメータレンズ７０ｃとリアミラー６１のサイドの距離がｆ２となるように配置することで実現できる。
図１２（ｂ）に示すように、リアミラーのサイドに結像したシード光は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の光軸に対してやや斜めに入射し、ＰＯチャンバ２１に入力する。そして、ウインド２２ａを透過し、放電電極ペア２ａ及び２ｂの電極間を透過して増幅され、ウインド２２ｂを透過して部分反射膜がコートされたＯＣ６２により、透過光はレーザとして出力され、一部は反射し再びＰＯチャンバ２１に戻され、レーザチャンバ２１内で増幅され、高反射膜がコートされたリアミラー６１に入射して反射し、再びＰＯチャンバ２１に入射する。この過程を繰り返すことによって、シード光が増幅発振する。
シード光に同期して、前記したように増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
【００６４】
本実施例の装置のメリットは以下の通りである。
(i) ビームエキスパンダ４の出口のビームをリアミラー６１のサイド注入の位置に転写結像させているので、発振段レーザ（ＭＯ）１０から増幅段レーザ（ＰＯ）２０までの光路中にビームが広かることがなくなり、シード光の注入効率が高くなる。
(ii)高効率注入装置７０の中に空間フィルタがあるので、ＰＯ共振器からの戻り光を抑制でき、発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ発振と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザ発振が安定となる。
この例では球面レンズと空間フィルタとしてピンホールを採用してるが、これに限定されることなく、紙面に対して垂直方向においてシリンドリカル形状の集光レンズと空間フィルタはスリット形状で構成してもよい。このようにすることにより、空間フィルタの耐久性等が向上する。
【００６５】
（１１）第９の実施例の変形例
図１３は第９の実施例の変形例であり、レーザ装置の構成例を示す図であり、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、ＰＯ共振器のＯＣのサイドの高反射部の位置にビームエキスパンド後のシード光の像を転写することにより、シード光の注入効率を向上させた実施例を示す。なお、同図は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図のみを示すが、その他の構成は前記図１２と同じである。
図１２に示したように発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光はビームエキスパンダにより放電方向に拡大され、高反射ミラー６ａを介して高効率注入装置７０に入射する。この高効率注入装置７０は前述したように集光レンズ７０ａ、空間フィルタとしてのピンホール７０ｂ及びコリメータレンズ７０ｃにより構成されている。集光レンズ７０ａの焦点ｆ１の位置にピンホール７０ｂが配置され、ピンホール７０ｂとコリメータレンズ７０ｃの位置はコリメータレンズ７０ｃの焦点距離ｆ２に配置されている。
【００６６】
集光レンズ７０ａの焦点の位置にピンホール７０ｂが設置され、発振段レーザ（ＭＯ）１０の光がピンホール７０ｂを透過する。そして光は広がりコリメータレンズ７０ｃにより平行光に変換される。この平行光は高反射ミラー６ｂにより反射され、リアミラー６１のサイドを透過し、ＯＰチャンバ２１のウインド２２ａから、放電電極ペア空間から外れた空間を透過する。
そしてウインド２２ａを透過後、図１３に示すように、ＯＣ６２の高反射膜部に入射結像する。この高反射膜部を反射した光は、放電電極ペアの電極２ａ，２ｂ間を透過し、増幅される。そして、高反射膜をコートしたリアミラー６１により再びＰＯチャンバ２１の放電空間内に戻され増幅される。
そしてＯＣ６２の部分反射膜部で反射した光がフィードバック光としてＰＯチャンバ２１の放電空間にもどされる。ＯＣ６２の部分反射膜を透過したレーザ光は反射防止膜を透過して出力レーザ光として出力される。
シード光に同期して増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
【００６７】
本実施例の装置のメリットは以下の通りである。
(i)ビームエキスパンダの出口のビームをＯＣの高反射膜部の位置に転写結像させているので、発振段レーザ（ＭＯ）から増幅段レーザ（ＰＯ）までの光路中にビームが広かることがなくなり、シード光の注入効率が高くなる。さらに、注入光が１往復分増幅されるので、注入効率は図１２の実施例よりも高い。
(ii)高効率注入装置の中に空間フィルタがあるので、ＰＯ共振器からの戻り光を抑制でき、発振段レーザ（ＭＯ）のレーザ発振と増幅段レーザ（ＰＯ）のレーザ発振が安定となる。
また、この実施例では、ＯＣの基板に高反射部をコートして実施したがこれに限定されることなく、ナイフエッジタイプの基板に高反射膜コートをして、ＯＣとＰＯチャンバの間に配置してシード光を増幅段レーザ（ＰＯ）チャンバの放電空間に注入してもよい。
【００６８】
（１２）第１０の実施例
図１４、図１５は本発明の第１０の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、前記図１２の実施例において、シード光をシリンドリカルレンズで、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器のサイドに位置に線上に集光させて増幅段レーザ（ＰＯ）の光共振器に注入することにより、シード光の注入効率を向上させた実施例を示す。図１４（ａ）は本実施例の側面図を示し、図１４（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示し、図１５は高効率注入装置と増幅段レーザ（ＰＯ）の光学的配置を示す。
図１４において、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光はビームエキスパンダ４により放電方向に拡大され、高反射ミラー６ａにより高効率注入装置７１に入射する。
この高効率注入装置７１は図１４、図１５に示すようにシリンドリカル状の凸レンズ７１ａと凹レンズ７１ｂにより構成されている。この両レンズにより、シード光は、全反射ミラー６ｂを反射して、図１４（ｂ）、図１５に示すように増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のリアミラー６１のサイドの位置に線状に集光する。
【００６９】
図１４（ｂ）、図１５に示すようにシード光は、やや広がりながら増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の光軸に対してやや斜めに入射しＰＯチャンバ２１に入力される。ウインド２２ａを透過したのち、放電電極ペア２ａ及び２ｂの電極間を透過することにより増幅され、ウインド２２ｂを透過して部分反射膜がコートされたＯＣ６２により透過光は、レーザとして出力され、一部は反射し再びＰＯチャンバ２１に戻され、レーザチャンバ２１内で増幅され、高反射膜がコートされたリアミラー６１に入射し反射して、再びＰＯチャンバ２１に入射する。この工程を繰り返すことによって、シード光が増幅発振する。
シード光に同期して増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極ペア２ａ及び２ｂを交互に放電させることにより、高繰返し化（１０ｋＨｚ以上）で高パルスエネルギの出力が可能となる。
【００７０】
本実施例の装置のメリットは以下の通りである。
(i) シード光をリアミラーのサイド注入の位置に線状に集光させて、注入しているので、シード光の注入効率が高くなる。
(ii)長焦点レンズのシリンドリカルレンズの製作は困難であるが、本実施例では、シリンドリカルの凹凸レンズを組み合わせて集光しているため、長焦点の集光が可能となる。また、長焦点（１ｍから２ｍ程度）とすることで、集光後のシード光の広がり角度が小さくなり、注入効率が向上する。
なお、上記実施例に限定されることなく図１３に示したように、ＯＣを用い、ＯＣの高反射膜上に線状に集光して、ＯＣ側からシード光を注入してもよい。
【００７１】
（１３）第１１の実施例
図１６は本発明の第１１の実施例のレーザ装置の構成を示す図であり、発振段レーザ（ＭＯ）のＯＣと増幅段レーザ（ＰＯ）のリアミラーを兼用した実施例を示す。図１６（ａ）は本実施例の側面図を示し、図１６（ｂ）は上面図を示す。
発振段レーザ（ＭＯ）１０は、前述したように波長選択素子（グレーティング）とプリズムビームエキスパンダが搭載されたＬＮＭ３と、狭い電極と狭いギャップの放電電極１ａが搭載されたＭＯチャンバ１１と、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力ビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電空間と一致させるためにビームを拡大するビームエキスパンダ４と部分反射ミラー７２とから構成されている。部分反射ミラー７２には、ＭＯチャンバ１１側に反射防止膜コート、ＰＯチャンバ２１側には部分反射コートがされている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はＬＮＭ３と部分反射ミラー７２の部分反射面で共振し、スペクトルが狭いシード光が出力される。
【００７２】
一方、増幅段レーザ（ＰＯ）２０は部分反射ミラー７２と、放電電極ペア２ａ及び２ｂを搭載したＰＯチャンバ２１と部分反射ミラー７３により構成されている。増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器は部分反射ミラー７２の部分反射面と部分反射ミラー７３（反射率Ｒ＝３０〜２０％）の部分反射面により構成されている。
したがって、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたシード光の全てが増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器内に注入されることになる。
ここで部分反射ミラー７２の反射率Ｒは８０％から９０％とすることができるので、発振段レーザ（ＭＯ）１０は低ゲインでも安定に小出力（０．１ｍＪ）のレーザ光を出力できる。そして、ＰＯ共振器の注入効率は１００％となるため、小さなＭＯ出力（０．１ｍＪ）でも増幅発振させることができる。
【００７３】
（１４）第１２の実施例
図１７は本発明の第１２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。本実施例は図１０の実施例の変形例であり、ＰＯチャンバの放電電極ペアを互い違いにして配置し、それぞれの放電電極ペアに対しておのおの光共振器を配置し、前記した図１１と同様に、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた実施例を示している。図１７（ａ）は本実施例の増幅段レーザ（ＰＯ）の側面図を示し、図１７（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。
図１７において、前記図１１で説明したように発振段レーザ（ＭＯ）のシード光はビームエキスパインダで拡大され、図示しない分波器で２つに分岐され、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１の両側に設けられたＰＳ分離膜をコートしたビームスプリッタ（ＢＳ）６８ａ，６８ｂに入射する。
図１１で説明したように、このＢＳ６８ａ，６８ｂではＳ偏光（紙面に対して垂直な偏波面）を全反射し、この反射光はλ／４板６９ａ，６９ｂを透過し、チャンバ２１の両側に設けられたＯＣ７４ａ，７４ｂを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１に注入される。
ＯＣ７４ａ，７４ｂには、その一部に部分反射（ＰＲ）膜がコートされ、他の一部に高反射（ＨＲ）膜がコートされており、ＢＳ６８ａ側から注入されたシード光は、ＯＣ７４ａのＰＲコート部分を介して、チャンバ２１に注入され、ＢＳ６８ｂ側から注入されたシード光は、ＯＣ７４ｂのＰＲコート部分を介してチャンバ２１に注入される。
【００７４】
ＢＳ６８ａ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１の放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ｂのＨＲコート部分で反射され、ＰＯチャンバ２１に戻される。そして、放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ａで一部が反射され、他の一部がＯＣ７４ａから出力される。出力された光は、λ／４板６９ａによりＰ偏光成分の光に変換され、ほとんど全てＢＳ６８ａを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ａ，７５ｂを介してビーム合波装置７６に入射する。
同様に、ＢＳ６８ｂ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１の放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ａのＨＲコート部分で反射され、ＰＯチャンバ２１に戻される。そして、放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７４ｂで一部が反射され、他の一部がＯＣ７４ｂから出力される。出力された光は、λ／４板６９ｂによりＰ偏光成分の光に変換され、ＢＳ６８ｂを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ｃ，７５ｄを介してビーム合波装置７６に入射する。
これらの光は、ビーム合波装置７６により合わせられ、出力レーザ光として取り出される。
【００７５】
図１８に上記ビーム合波装置７６の構成例を示す。
同図（ａ）は回転ミラー方式を示し、高反射ミラー（ＨＲミラー）７６ａを放電電極２ａ，２ｂの放電に同期させて回転させ、２つの出力を合波する。
同図（ｂ）は、ビームスプリッタ（ＢＳ）による合波方式を示し、高反射ミラー７６ｂ，７６ｃと反射率が５０％のＢＳ７６ｄを用い、２つの出力光の一方をＢＳ７６ｄに入射させるとともに、２つの出力光の他方を高反射ミラー７６ｂで反射させて、ＢＳ７６ｄに入射し、ＢＳ７６ｄの透過光と反射光を高反射ミラー７６ｃで反射させることにより、２つの出力光を合波する。
同図（ｃ）はプリズムによる合波方式を示し、両方の入射面に高反射（ＨＲ）コートされたプリズム７６ｅを用い、２つの出力光を合波する。
【００７６】
図１７に示す実施例のメリットは、放電電極ペアを互い違いにして配置し、それぞれの放電電極ペアに対して、各々の光共振器を配置しているため、各々のＰＯ共振器から出力されるレーザビームの変化が少ないことである。
また、この実施例に限定されることなく、発振段レーザ（ＭＯ）から出力した光をビームエキスパンダにより拡大して、ビームスプリッタによりビームを分岐し、２台のＰＯに対して、並列にそれぞれのＰＯの光共振器に注入する。そして、この分岐光に同期してそれぞれのＰＯを交互に増幅発振させ、ビーム合波装置により合わせて出力してもよい。
【００７７】
（１５）第１３の実施例
図１９は本発明の第１３の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。本実施例は図１７の実施例の変形例であり、２台のＰＯチャンバを配置し、それぞれのＰＯチャンバに対して、それぞれ光共振器を配置し、前記した図１１と同様に、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた実施例を示している。図１９（ａ）は本実施例の側面図を示し、図１９（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。
図１９において、発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光はビームエキスパンダ４により拡大され、高反射ミラー６ａで全反射され、５０％反射の部分反射ミラー７７ａに入射する。この部分反射ミラー７７ａにより、シード光は透過光と反射光の２つに分岐され、図１９（ｂ）に示すように、一方の光は部分反射ミラー７７ａを透過してＰＳ分離膜がコートされた一方のＰＯ共振器のビームスプリッタ（ＢＳ）６８ａに入射する。他方の光は部分反射ミラー７７ａで反射し、高反射ミラー７７ｂを介して、ＰＳ分離膜がコートされた一方のＰＯ共振器のビームスプリッタ（ＢＳ）６８ｂに入射する。
図１１で説明したように、このＢＳ６８ａ，６８ｂではＳ偏光（図１９（ａ）の紙面に対して垂直な偏波面）は全反射し、この反射光はλ／４板６９ａ，６９ｂを透過し、ＯＣ７８ａ，７８ｂを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１ａ，２１ｂに注入される。
【００７８】
ＢＳ６８ａ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１ａの放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、リアミラー７９ａで反射され、ＰＯチャンバ２１ａに戻される。そして、放電電極ペア２ａの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７８ａで一部が反射され、他の一部がＯＣ７８ａから出力される。出力された光は、λ／４板６９ａによりＰ偏光成分の光に変換され、ほとんど全てＢＳ６８ａを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ａを介してビーム合波装置７６に入射する。
【００７９】
ＢＳ６８ｂ側から注入されたシード光は、ＰＯチャンバ２１ｂの放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、リアミラー７９ｂで反射され、ＰＯチャンバ２１ｂに戻される。そして、放電電極ペア２ｂの電極ギャップ間を透過して、ＯＣ７８ｂで一部が反射され、他の一部がＯＣ７８ｂから出力される。出力された光は、λ／４板６９ｂによりＰ偏光成分の光に変換され、ＢＳ６８ｂを透過し出力レーザ光として取り出され、高反射ミラー７５ｂを介してビーム合波装置７６に入射する。
これらの光は、ビーム合波装置７６により合わせられ、出力レーザ光として取り出される。合波装置の例としては、図１８に示したものを使用することができる。
本実施例においては、２台のＰＯチャンバを配置し、それぞれのＰＯチャンバに対してそれぞれの光共振器を配置しているが、この例に限定されることなく、図１２、図１３、図１４のような共振器をそれぞれ配置して、シード光を２つに分岐してそれぞれ注入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明のレーザ装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図３】ビームエキスパンダの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第６の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第７の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第８の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第９の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第９の実施例の変形例を示す図である。
【図１４】本発明の第１０の実施例のレーザ装置の構成を示す図（１）である。
【図１５】本発明の第１０の実施例のレーザ装置の構成を示す図（２）である。
【図１６】本発明の第１１の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図１８】ビーム合波装置の構成例を示す図である。
【図１９】本発明の第１２の実施例のレーザ装置の構成を示す図である。
【図２０】２ステージレーザ装置の概略構成例を示す図である。
【図２１】特許文献１に記載のレーザ装置の概略構成を示す図である。
【図２２】ＭＯＰＡおよびＭＯＰＯ方式のレーザ装置における注入パルスエネルギと増幅後のパルスエネルギの関係を示す図である。
【図２３】放電励起レーザ装置のレーザチャンバの断面図である。
【図２４】放電の原理を説明する図である。
【図２５】電極ギャップと放電幅の相対値の関係の計測結果を示す図である。
【図２６】マッハツェンダ法による放電幅Ｗを計測するシステムの構成例を示す図である。
【図２７】放電幅Ｗの簡便な計測方法を示す図である。
【図２８】発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の放電電極と放電エリアの断面図の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１ａ 放電電極
２ａ〜２ｄ 放電電極
３ 狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）
３ａ プリズムビームエキスパンダ
３ｂ グレーティング（回折格子）
４ ビームエキスパンダ
５ 高効率注入装置
６ａ，６ｂ 高反射（ＨＲ）ミラー
７，８ パワーモニタ
１０ 発振段レーザ（ＭＯ）
１１ ＭＯチャンバ
１２ａ，１２ｂ ウィンドウ部材
１３，２３ スリット
１５ １２ｋＨｚ電源
１４，２４ ＯＣ（出力結合ミラー）
２０ 増幅段レーザ（ＰＯ）
２１ ＰＯチャンバ
２２ａ，２２ｂ ウィンドウ部材
２５ リアミラー
２５ａ，２５ｂ ６ｋＨｚ電源
３０ エネルギコントローラ
３１ レーザコントローラ
３２ ガスコントローラ
３３ 波長およびスペクトル波形コントローラ
３４ 波長およびスペクトル波形モニタ
３５ 同期コントローラ
３６ 露光装置
６２，６２ｂ ＯＣ（出力結合ミラー）
６２ｃ ＯＣ（出力結合ミラー）
６５，６６ シリンドリカル状高反射ミラー
６８ ビームスプリッタ（ＰＳ分離膜コート）
６９ λ／４板
７０，７１ 高効率注入装置
７６ ビーム合波装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
狭帯域発振段レーザと、少なくとも１組の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる注入同期式レーザ装置において、
前記発振段レーザ光を前記光安定共振器内に注入する注入装置と、
前記増幅段レーザ装置の光共振器内には複数組のペアの放電電極が配置され、前記それぞれの電極ペアを放電させるための電源回路が接続され、
前記電極ペアの少なくとも１ペアは前記注入光と同期させて放電させる
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【請求項２】
狭帯域発振段レーザと、少なくともｋ台の光安定共振器を配置した増幅段レーザからなる注入同期式レーザ装置において、
前記発振段レーザ光をそれぞれの増幅段レーザの前記光安定共振器内に分岐注入する注入装置と、
前記複数の増幅段レーザの少なくとも１台を注入光と同期させて放電させる
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザ装置において、発振段レーザと増幅段レーザの光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダを配置した
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【請求項１】
狭帯域発振段レーザと、少なくとも１組の光安定共振器を配置した増幅段レーザとからなる注入同期式レーザ装置において、
前記発振段レーザ光を前記光安定共振器内に注入する注入装置と、
前記増幅段レーザ装置の光共振器内には複数組のペアの放電電極が配置され、前記それぞれの電極ペアを放電させるための電源回路が接続され、
前記電極ペアの少なくとも１ペアは前記注入光と同期させて放電させる
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【請求項２】
狭帯域発振段レーザと、少なくともｋ台の光安定共振器を配置した増幅段レーザからなる注入同期式レーザ装置において、
前記発振段レーザ光をそれぞれの増幅段レーザの前記光安定共振器内に分岐注入する注入装置と、
前記複数の増幅段レーザの少なくとも１台を注入光と同期させて放電させる
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザ装置において、発振段レーザと増幅段レーザの光路間に発振段レーザから出力されたビームを少なくとも電極ギャップ方向に拡大するビームエキスパンダを配置した
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【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２００８−７８３７２（Ｐ２００８−７８３７２Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５５６１９（Ｐ２００６−２５５６１９）
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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