(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体レーザを含み、パルスレーザ光を出力するように構成されたマスタオシレータと、
少なくとも１つの増幅波長領域を有し、前記マスタオシレータから出力されるパルスレーザ光を増幅するように構成された少なくとも１つの増幅器と、
前記パルスレーザ光の波長のチャーピング範囲が前記少なくとも１つの増幅波長領域と重なるように、前記パルスレーザ光の出力波長に影響するパラメータとして前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を制御するための制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的初期波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第１波長となる第１温度と、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的最終波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第２波長となる第２温度との間の温度に制御し、
前記第１波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最長波長であり、
前記第２波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最短波長である、
レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザは、マルチ縦モードの前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記マスタオシレータは、前記半導体レーザを複数含み、
各半導体レーザは、シングル縦モードの前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記複数の半導体レーザのうち少なくとも２つは、略同じ波長の前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記増幅器を複数含む、
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記増幅器は再生増幅器をさらに含む、
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記半導体レーザへ電流を入力するための電流制御器をさらに含み、
前記制御部は、前記電流制御器が前記半導体レーザに前記電流を入力した入力タイミングから前記パルスレーザ光が当該パルスレーザ光の光路上における所定の位置に到達する到達タイミングまでの時間に基づいて、前記電流制御器が前記半導体レーザへ前記電流を入力する入力タイミングを制御する、
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記所定の位置は、前記増幅器の光出力側に位置し、
前記所定の位置には、前記パルスレーザ光を検出するモニタユニットが配置され、
前記パルスレーザ光が前記所定の位置に到達する到達タイミングは、前記モニタユニットによる前記パルスレーザ光の検出結果に基づいて取得される、
請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記マスタオシレータは、前記半導体レーザを複数含み、
前記複数の半導体レーザのうち少なくとも２つは、互いに異なる前記チャーピング範囲を有する前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１乃至８のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの増幅波長領域は、複数の増幅波長領域である、
請求項１乃至９のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの半導体レーザを含み、パルスレーザ光を出力するように構成されたマスタオシレータ、少なくとも１つの増幅波長領域を有し、前記マスタオシレータから出力されるパルスレーザ光を増幅するように構成された少なくとも１つの増幅器、および前記パルスレーザ光の波長のチャーピング範囲が前記少なくとも１つの増幅波長領域と重なるように、前記パルスレーザ光の出力波長に影響するパラメータとして前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を制御するための制御部を含み、前記制御部は、前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的初期波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第１波長となる第１温度と、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的最終波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第２波長となる第２温度との間の温度に制御するレーザ装置と、
チャンバと、
前記チャンバ内の所定の領域にターゲット物質を供給するように構成されたターゲット供給部と、
前記所定の領域付近から放射された光のうち少なくとも極端紫外光を選択的に反射するように構成された集光ミラーと、
を含み、
前記第１波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最長波長であり、
前記第２波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最短波長である、
極端紫外光生成システム。
【請求項１２】
前記半導体レーザは、マルチ縦モードの前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１１に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１３】
前記マスタオシレータは、前記半導体レーザを複数含み、
各半導体レーザは、シングル縦モードの前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１１に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１４】
前記複数の半導体レーザのうち少なくとも２つは、略同じ波長の前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１３に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１５】
前記増幅器を複数含む、
請求項１１に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１６】
前記増幅器は再生増幅器をさらに含む、
請求項１１に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１７】
前記半導体レーザへ電流を入力するための電流制御器をさらに含み、
前記制御部は、前記電流制御器が前記半導体レーザに前記電流を入力した入力タイミングから前記パルスレーザ光が当該パルスレーザ光の光路上における所定の位置に到達する到達タイミングまでの時間に基づいて、前記電流制御器が前記半導体レーザへ前記電流を入力する入力タイミングを制御する、
請求項１１に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１８】
前記所定の位置は、前記増幅器の光出力側に位置し、
前記所定の位置には、前記パルスレーザ光を検出するモニタユニットが配置され、
前記パルスレーザ光が前記所定の位置に到達する到達タイミングは、前記モニタユニットによる前記パルスレーザ光の検出結果に基づいて取得される、
請求項１７に記載の極端紫外光生成システム。
【請求項１９】
前記マスタオシレータは、前記半導体レーザを複数含み、
前記複数の半導体レーザのうち少なくとも２つは、互いに異なる前記チャーピング範囲を有する前記パルスレーザ光を出力するように構成された、
請求項１１乃至１８のいずれかに記載の極端紫外光生成システム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの増幅波長領域は、複数の増幅波長領域である、
請求項１１乃至１９のいずれかに記載の極端紫外光生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するために、ターゲット材料に照射されるレーザ光、又はこれに限定されない用途に使用することができるレーザ光を生成するための装置、および、そのレーザ装置を用いた極端紫外光生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、７０ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、さらには３２ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。このため、たとえば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を生成する極端紫外光生成装置と縮小投影反射光学系とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
【０００３】
極端紫外光生成装置としては、ターゲット物質にレーザ光を照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式の装置と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式の装置と、軌道放射光を用いたＳＲ（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）方式の装置との３種類の装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７５１８７８７号明細書
【概要】
【０００５】
本開示の一態様によるレーザ装置は、少なくとも１つの半導体レーザを含み、パルスレーザ光を出力するように構成されたマスタオシレータと、少なくとも１つの増幅波長領域を有し、前記マスタオシレータから出力されるパルスレーザ光を増幅するように構成された少なくとも１つの増幅器と、前記パルスレーザ光の波長のチャーピング範囲が前記少なくとも１つの増幅波長領域と重なるように、前記パルスレーザ光の出力波長に影響するパラメータとして前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を制御するための制御部と、を含み、前記制御部は、前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的初期波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第１波長となる第１温度と、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的最終波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第２波長となる第２温度との間の温度に制御し、前記第１波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最長波長であり、前記第２波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最短波長であってもよい。
【０００６】
本開示の他の態様による極端紫外光生成システムは、少なくとも１つの半導体レーザを含み、パルスレーザ光を出力するように構成されたマスタオシレータ、少なくとも１つの増幅波長領域を有し、前記マスタオシレータから出力されるパルスレーザ光を増幅するように構成された少なくとも１つの増幅器、および前記パルスレーザ光の波長のチャーピング範囲が前記少なくとも１つの増幅波長領域と重なるように、前記パルスレーザ光の出力波長に影響するパラメータとして前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を制御するための制御部を含み、前記制御部は、前記少なくとも１つの半導体レーザの温度を、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的初期波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第１波長となる第１温度と、前記パルスレーザ光の１パルスにおける時間的最終波長が前記少なくとも１つの増幅波長領域の第２波長となる第２温度との間の温度に制御するレーザ装置と、チャンバと、前記チャンバ内の所定の領域にターゲット物質を供給するように構成されたターゲット供給部と、前記所定の領域付近から放射された光のうち少なくとも極端紫外光を選択的に反射するように構成された集光ミラーと、を含み、前記第１波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最長波長であり、前記第２波長は、前記少なくとも１つの増幅波長領域の最短波長であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】図１は、実施の形態１にかかるレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図２】図２は、実施の形態１において波長チャーピング範囲の初期波長をＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重ねる場合の増幅制御の一例を示す。
【図３】図３は、実施の形態１においてＣＯ２ガス増幅媒体の１つの増幅波長領域全体が波長チャーピング範囲に含まれるように両者を重ねる場合の増幅制御の一例を示す。
【図４】図４は、分布帰還型半導体レーザ装置の構成例を概略的に示す。
【図５】図５は、外部共振器型半導体レーザ装置の構成例を概略的に示す。
【図６】図６は、実施の形態１において半導体レーザ素子に電流パルスを流してパルスレーザ光を出力する場合を示す。
【図７】図７は、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長を示す（その１）。
【図８】図８は、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長を示す（その２）。
【図９】図９は、実施の形態２にかかる再生増幅器を備えたレーザ装置の構成例を概略的に示す。
【図１０】図１０は、実施の形態２にかかる再生増幅器を備えるレーザ装置による増幅制御の一例を示す。
【図１１】図１１は、実施の形態２にかかる再生増幅器の構成の一例を示す。
【図１２】図１２は、実施の形態２にかかる再生増幅器の動作の一例を示す。
【図１３】図１３は、半導体レーザ装置に発振トリガを入力してから再生増幅されたパルスレーザ光が出力されるまでのタイミングチャートを示す。
【図１４】図１４は、実施の形態３にかかるレーザ装置の構成を概略的に示す。
【図１５】図１５は、実施の形態３において複数の増幅波長領域にそれぞれ１つのシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を示す。
【図１６】図１６は、図１５に示される例の場合に各増幅波長領域で増幅されたパルスレーザ光の例を示す。
【図１７】図１７は、実施の形態３において１つの増幅波長領域に複数のシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を示す。
【図１８】図１８は、図１７に示される例の場合に増幅されたパルスレーザ光の例を示す。
【図１９】図１９は、実施の形態３において３つの増幅波長領域に対して５つのシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を示す。
【図２０】図２０は、図１９に示される例の場合に各増幅波長領域で増幅されたパルスレーザ光の例を示す。
【図２１】図２１は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングが一致する場合のタイミングチャートを示す（その１）。
【図２２】図２２は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングが一致する場合のタイミングチャートを示す（その２）。
【図２３】図２３は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングが一致する場合のタイミングチャートを示す（その３）。
【図２４】図２４は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングが一致する場合のタイミングチャートを示す（その４）。
【図２５】図２５は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングがずれている場合のタイミングチャートを示す（その１）。
【図２６】図２６は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングがずれている場合のタイミングチャートを示す（その２）。
【図２７】図２７は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングがずれている場合のタイミングチャートを示す（その３）。
【図２８】図２８は、実施の形態３においてパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングがずれている場合のタイミングチャートを示す（その４）。
【図２９】図２９は、実施の形態４にかかるレーザ装置の構成例を概略的に示す。
【図３０】図３０は、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂを模式的に示す。
【図３１】図３１は、実施の形態４におけるＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域とグレーティングの選択波長と半導体レーザ素子が発振する縦モードとの関係を示す。
【図３２】図３２は、実施の形態４において半導体レーザ装置から出力されるシングル縦モードの一例を示す。
【図３３】図３３は、半導体レーザ素子に流す電流パルスを変化させた場合の、波長チャーピング、活性層の温度および出力されるパルスレーザ光の光強度の経時変化を示す。
【図３４】図３４は、実施の形態５にかかるレーザ装置およびその制御システムの構成例を概略的に示す。
【図３５】図３５は、実施の形態５におけるレーザ装置に対する制御パラメータを事前に取得するための計測システムの構成例を概略的に示す。
【図３６】図３６は、実施の形態５における半導体レーザ装置のチャーピング特性の一例を示す。
【図３７】図３７は、実施の形態５にかかる計測システムおよびレーザコントローラによる制御パラメータ取得動作の一例を示す。
【図３８】図３８は、実施の形態５にかかるレーザコントローラによるフィードバック制御を含む増幅制御動作を示す。
【図３９】図３９は、実施の形態６にかかるフィードバック制御のためのループを含むレーザ装置および制御システムの構成例を概略的に示す。
【図４０】図４０は、実施の形態６にかかるフィードバック制御の一例を示す。
【図４１】図４１は、例示的なレーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置の構成を概略的に示す。
【図４２】図４２は、実施の形態８にかかるＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す。
【図４３】図４３は、実施の形態８におけるターゲットにパルスレーザ光を照射するタイミングを制御する動作を示す。
【図４４】図４４は、図４３におけるチャーピング範囲調節処理の一例を示す。
【図４５】図４５は、図４３におけるタイミング調節処理の一例を示す。
【図４６】図４６は、実施の形態９にかかるＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す。
【図４７】図４７は、本開示の一態様による光路調整部の一例を示す。
【図４８】図４８は、本開示の一態様による光路調整部の他の一例を示す。
【図４９】図４９は、ブロードな選択波長範囲のグレーティングを用いた場合の半導体レーザの縦モードとグレーティングによる波長選択の関係を示す。
【図５０】図５０は、図１４に示されるレーザ装置においてブロードな選択波長範囲のグレーティングを用いた場合の複数の半導体レーザそれぞれの縦モードをＣＯ２ガス増幅媒体の複数の増幅波長領域で増幅する場合の制御を示す。
【図５１】図５１は、図５０に示される制御による増幅後のパルスレーザ光の光強度を示す。
【実施の形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１１】
以下、本開示の実施の形態によるレーザ装置、レーザ装置の制御方法、極端紫外光生成装置、および極端紫外光生成方法を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
【００１２】
目次
１．概要
２．用語の説明
３．ＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置
３．１  単一のＱＣＬ半導体レーザをＭＯに用いる実施形態（実施形態１）
３．１．１  構成
３．１．２  動作
３．１．２．１  レーザ装置全体の概略動作
３．１．２．２  半導体レーザの概略動作
３．１．２．３  ＣＯ２ガス増幅媒体による増幅制御
３．１．２．３．１  ＱＣＬ半導体レーザ光の波長チャーピング範囲の初期波長がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域の一部に重なる場合
３．１．２．３．２  ＱＣＬ半導体レーザ光の波長チャーピング範囲がＣＯ２ガス増幅媒体の１つの増幅波長領域全体を含む場合
３．１．３  半導体レーザ
３．１．３．１  内部共振器型半導体レーザ
３．１．３．２  外部共振器型半導体レーザ
３．１．４  ＱＣＬ半導体レーザの波長チャーピング特性
３．１．５  ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅特性
３．２  再生増幅器を備えた実施形態（実施の形態２）
３．２．１  構成
３．２．２  動作
３．２．２．１  レーザ装置全体の概略動作
３．２．２．２  再生増幅器を含む増幅制御
３．２．２．２．１  再生増幅器
３．２．２．２．１．１  構成
３．２．２．２．１．２  動作
３．２．２．２．１．３  再生増幅器によるパルスレーザ光の遅延
３．３  複数のＱＣＬ半導体レーザをＭＯに用いる実施形態（実施の形態３）
３．３．１  構成
３．３．２  動作
３．３．３  半導体レーザの発振波長とＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域との組合せ
３．３．３．１  各増幅波長領域に１つのＱＣＬ半導体レーザを割り当てる場合
３．３．３．２  １つの増幅波長領域に複数のＱＣＬ半導体レーザを割り当てる場合
３．３．３．３  各増幅波長領域の増幅ゲインに応じて割り当てるＱＣＬ半導体レーザの数を変更する場合
３．３．４  ＱＣＬ半導体レーザのタイミング調整による増幅後のパルスレーザ光の波形制御
３．３．４．１  増幅されたパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングを一致させる場合
３．３．４．２  増幅されたパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングをずらす場合
３．４  複数のＱＣＬ半導体レーザをＭＯに用いるレーザ装置が再生増幅器を備えた実施形態（実施の形態４）
３．５  ＱＣＬ半導体レーザが出力する縦モード波長
３．５．１  ＱＣＬ半導体レーザの共振器
３．５．２  ＱＣＬ半導体レーザの縦モードとグレーティングによる波長選択との関係
３．５．３  光路長の制御
３．５．４  半導体レーザ素子に流す電流パルスの制御
３．５．５  設計よる選択特性の設定
４．ＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置の制御システム（実施の形態５）
４．１  構成
４．２  概略動作
４．３  制御パラメータおよびその計測システム
４．３．１  計測構成
４．３．２  チャーピング特性
４．３．３  計測動作
４．４  増幅制御動作
４．５  フィードバック制御が可能なＣＯ２レーザ装置の制御システム（実施の形態６）
４．５．１  フィードバック制御構成
４．５．２  フィードバック制御動作
５．極端紫外光生成装置（実施の形態７）
５．１  例示的なレーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置
５．１．１  構成
５．１．２  動作
５．２  ＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置を適用したＥＵＶ光生成装置（実施の形態８）
５．２．１  構成
５．２．２  動作
５．２．２．１  ターゲットにパルスレーザ光を照射するタイミングの制御フロー
５．２．２．１．１  メインフロー
５．２．２．１．２  チャーピング範囲調節処理
５．２．２．１．３  タイミング調節処理
５．３  複数のＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置を適用したＥＵＶ光生成装置（実施の形態９）
５．３．１  構成
５．３．２  動作
６．補足説明
６．１  複数のＱＣＬ半導体レーザ光の光路調整部
６．１．１  発振波長が各々異なる複数のＱＣＬ半導体レーザ光の光路調整部
６．１．２  発振波長が同一の複数のＱＣＬ半導体レーザ光の光路調整部
６．２  マルチ縦モード発振の半導体レーザを適用した場合
【００１３】
１．概要
実施の形態の概要について、以下に説明する。本実施の形態は、半導体レーザから出力されるパルスレーザ光の波長のチャーピング範囲と分子ガス増幅媒体の増幅波長領域との少なくとも一部が重なり合うように、半導体レーザ光の波長のチャーピング範囲を制御する。
【００１４】
２．用語の説明
つぎに、本開示において使用される用語を、以下のように定義する。「プラズマ生成領域」とは、ターゲット物質にパルスレーザ光が照射されることによってプラズマが生成される領域である。「ドロップレット」は、液滴であり球体となり得る。「光路」とは、レーザ光が通過する経路である。「光路長」とは、実際に光が通過する距離と、光が通過した媒質の屈折率の積である。「増幅波長領域」とは、増幅領域をレーザ光が通過したときに増幅可能な波長帯域である。
【００１５】
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。光路とは、レーザ光の進行方向に沿ってレーザ光のビーム断面の略中心を通る軸であってもよい。
【００１６】
本開示では、レーザ光の進行方向がＺ方向と定義される。また、このＺ方向と垂直な一方向がＸ方向と定義され、Ｘ方向およびＺ方向と垂直な方向がＹ方向と定義される。レーザ光の進行方向がＺ方向であるが、説明において、Ｘ方向とＹ方向は言及するレーザ光の位置によって変化する場合がある。例えば、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＸ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＸ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｙ方向は変化しない。一方、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＹ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＹ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｘ方向は変化しない。
【００１７】
反射型の光学素子に関し、光学素子に入射するレーザ光の光軸と該光学素子によって反射したレーザ光の光軸との双方を含む面を入射面とすると、「Ｓ偏光」とは、入射面に対して垂直な方向の偏光状態であるとする。一方、「Ｐ偏光」とは、光路に直交し、且つ入射面に対して平行な方向の偏光状態であるとする。
【００１８】
３．ＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置
まず、本開示にかかるレーザ装置について、以下に例をあげて説明する。
【００１９】
３．１  単一のＱＣＬ半導体レーザをＭＯに用いる実施形態（実施形態１）
まず、単一のＱＣＬ半導体レーザをマスタオシレータに用いるレーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
３．１．１  構成
図１は、実施の形態１にかかるレーザ装置３の構成を概略的に示す。図１に示されるように、レーザ装置３は、半導体レーザ装置３１０と、リレー光学系３２０と、増幅器３３０とを備えてもよい。増幅器３３０には、再生増幅器やスラブ増幅器などの各種増幅器が用いられてもよい。レーザ装置３は、直列に接続された複数の増幅器３３０を備えてもよい。
【００２１】
半導体レーザ装置３１０は、マスターオシレータ（ＭＯ）であってよい。この半導体レーザ装置３１０は、半導体レーザコントローラ３１１と、半導体レーザ素子３１２と、ペルチェ素子３１３と、温度コントローラ３１４と、電流制御器３１５と、温度センサ３１６とを含んでもよい。
【００２２】
電流制御器３１５は、半導体レーザコントローラ３１１からの制御の下、半導体レーザ素子３１２に電流パルスを入力してもよい。これにより、半導体レーザ素子３１２がレーザ発振してもよい。
【００２３】
温度センサ３１６は、半導体レーザ素子３１２に接触していてもよい。温度センサ３１６は、半導体レーザ素子３１２における活性層近傍の温度を測定してもよいし、活性層から離れた位置の温度を測定してもよい。ペルチェ素子３１３は、半導体レーザ素子３１２の活性層が延在する方向に沿って半導体レーザ素子３１２に接触していてもよい。温度センサ３１６は、計測値を温度コントローラ３１４に入力してもよい。温度コントローラ３１４は、半導体レーザコントローラ３１１からの制御の下、温度センサ３１６から入力された計測値に応じてペルチェ素子３１３を駆動してもよい。これにより、半導体レーザ素子３１２の温度が制御され得る。
【００２４】
増幅器３３０は、半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光を増幅してもよい。増幅器３３０は、パワーアンプリファイア（ＰＡ）であってもよいし、パワーオシレータ（ＰＯ）であってもよい。増幅器３３０は、密閉性を有するチャンバを備えてもよい。このチャンバは、それぞれパルスレーザ光を透過させるウィンドウ３３１および３３２を備えてもよい。チャンバの内部には、たとえばＣＯ２ガスを含むガスが充填されていてもよい。また、増幅器３３０は、チャンバ内のガスを励起するための少なくとも一対の放電電極と、放電電極間にガス励起用の電圧を印加する不図示の電源とを備えてもよい。増幅器３３０は、チャンバ内のガスを励起して増幅媒体（以下、ＣＯ２ガス増幅媒体という）としてもよい。
【００２５】
リレー光学系３２０は、半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光を増幅器３３０に導いてもよい。このリレー光学系３２０は、たとえばパルスレーザ光のビーム断面をエキスパンドする光学系を含むことができる。ビーム断面とは、パルスレーザ光の伝播方向（ビーム軸に相当）に対して垂直な面におけるパルスレーザ光の強度が所定値以上である領域を意味してもよい。ビーム断面がエキスパンドされたパルスレーザ光は、増幅器３３０内部においてＣＯ２ガス増幅媒体が存在する空間の多くを通過してもよい。それにより、パルスレーザ光が効率よく増幅され得る。
【００２６】
３．１．２  動作
つぎに、レーザ装置３の動作を説明する。
【００２７】
３．１．２．１  レーザ装置全体の概略動作
まず、レーザ装置３全体の概略動作について説明する。全体動作では、半導体レーザ装置３１０からパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。この出力されたパルスレーザ光Ｓ３は、リレー光学系３２０によってビーム断面がエキスパンドされてもよい。ビーム断面がエキスパンドされたパルスレーザ光Ｓ３は、チャンバの光入射側に設けられたウィンドウ３３１を介して増幅器３３０内に入射してもよい。入射したパルスレーザ光Ｓ３は、チャンバ内部のＣＯ２ガス増幅媒体を通過する際に増幅され得る。増幅されたパルスレーザ光Ｓ６は、チャンバの光出射側に設けられたウィンドウ３３２を介して増幅器３３０から出力されてもよい。
【００２８】
３．１．２．２  半導体レーザの概略動作
つづいて、半導体レーザ装置３１０の概略動作について説明する。半導体レーザ装置３１０では、半導体レーザコントローラ３１１から電流制御器３１５に、電流パルス生成用の波形信号（以下、電流パルス波形という）が入力されてもよい。電流制御器３１５は、電流パルス波形に基づいて、所定波形の電流パルスを半導体レーザ素子３１２に流してもよい。半導体レーザ素子３１２に電流パルスが流れると、レーザ発振が生じ得る。この結果、半導体レーザ素子３１２からパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。
【００２９】
ここで、出力されるパルスレーザ光Ｓ３の波長は、増幅器３３０におけるＣＯ２ガス増幅媒体の複数の増幅波長領域の少なくとも一部と重なるように制御されてもよい。半導体レーザ装置３１０が出力するパルスレーザ光Ｓ３の波長は、半導体レーザ素子３１２の温度に依存して変化し得る。そのため、パルスレーザ光Ｓ３の波長制御は、半導体レーザ素子３１２の温度制御によっても実現可能である。この温度制御は、たとえば温度センサ３１６で検出した半導体レーザ素子３１２の温度に基づいて、ペルチェ素子３１３をフィードバック制御することでも可能である。
【００３０】
ただし、上述のように、半導体レーザ装置３１０が出力するパルスレーザ光Ｓ３の波長は、半導体レーザ素子３１２の温度に依存して変化し得る。半導体レーザ素子３１２の温度が変化する要因としては、ヒータや冷却器による直接的な加熱・冷却以外に、半導体レーザ素子３１２へ供給する電流の電流値やそのパルス幅などに起因するオーミック発熱などがあり得る。半導体レーザ装置３１０から出力されるパルスレーザ光Ｓ３の波長は、半導体レーザ素子３１２の温度変化に依存してチャーピングし得る。通常、半導体レーザから出力されるパルスレーザ光の波長チャーピングの波長変動範囲は、ＣＯ２ガス増幅媒体を備えた増幅器が持つ各増幅波長領域の波長幅よりも広い。このため、増幅器は、このパルスレーザ光の一部しか増幅できない場合がある。そこで、増幅器３３０が効率良くパルスレーザ光Ｓ３を増幅できるように、半導体レーザ装置３１０の出力波長のチャーピング範囲の少なくとも一部をＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域の少なくとも一部に重ねる制御が行われてもよい。なお、半導体レーザ装置３１０の出力波長とは、ある時刻に半導体レーザ装置３１０から出力されるパルスレーザ光Ｓ３の中心波長またはピーク波長を意味してもよい。
【００３１】
３．１．２．３  ＣＯ２ガス増幅媒体による増幅制御
上述のように、パルスレーザ光Ｓ３の増幅制御では、半導体レーザ装置３１０の出力波長のチャーピング範囲（以下、単に波長チャーピング範囲という）の少なくとも一部をＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域の少なくとも一部に重ねる制御が行われてもよい。波長チャーピング範囲と増幅波長領域との少なくとも一部を重ね合わせることにより、この重複期間、パルスレーザ光Ｓ３がＣＯ２ガス増幅媒体で増幅され得る。以下に、このような増幅制御の例を示す。ただし、以下では、ＣＯ２ガス増幅媒体のＰ（１８）遷移の増幅波長領域を用いてパルスレーザ光Ｓ３を増幅する場合を例に挙げる。
【００３２】
３．１．２．３．１  ＱＣＬ半導体レーザ光の波長チャーピング範囲の初期波長がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域の一部に重なる場合
まず、波長チャーピング時の初期波長をＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重ねる場合を例に挙げて説明する。図２に、この場合の増幅制御の一例を示す。
【００３３】
図２に示されるように、たとえばタイミングＴｔで、半導体レーザ装置３１０に発振トリガＳ１が入力されてもよい（図２（ａ）参照）。すると、半導体レーザ素子３１２に所定の期間、所定強度の電流パルスＳ２が流れ得る（図２（ｂ）参照）。これにより、半導体レーザ装置３１０がレーザ発振して、電流波形に応じた光強度のパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る（図２（ｃ）参照）。パルスレーザ光Ｓ３の立ち上がりは、タイミングＴｔ＋ΔＴとなり得る。
【００３４】
ただし、図２（ｄ）に示されるように、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４は、時間の経過と共に長波長側にシフトし得る。この現象が波長チャーピングである。そこで、温度コントローラ３１４は、出力波長Ｓ４の初期の波長がＣＯ２ガス増幅媒体のＰ（１８）遷移の増幅波長領域Ｓ５１と重なり合うように、半導体レーザ素子３１２の温度をペルチェ素子３１３を用いて調節してもよい。すると、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４と増幅波長領域Ｓ５１とが重なり合っている期間（すなわちパルスレーザ光Ｓ３の時間波形の初期部分）、パルスレーザ光Ｓ３が増幅される。その後、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４が長波長側に波長チャーピングし得る。そして、出力波長Ｓ４が増幅波長領域Ｓ５１から外れると、パルスレーザ光Ｓ３は増幅されなくなり得る。このような動作によれば、図２（ｅ）に示されるように、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４と増幅波長領域Ｓ５１との重複期間、増幅されたパルスレーザ光Ｓ６が増幅器３３０から出力され得る。パルスレーザ光Ｓ６の立ち上がりタイミングＴｐは、パルスレーザ光Ｓ３の出力タイミングＴｔ＋ΔＴと略一致し得る（ΔＴ≒Ｔｄ）。
【００３５】
以上のように、波長チャーピング範囲の初期波長をＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重ねる場合、パルスレーザ光Ｓ３の増幅期間の始まりのタイミングは発振トリガに対して僅かな時間差ΔＴとなってよい。そのため、たとえばレーザ装置３とドロップレット生成器２６とのタイミング同期が容易となり得る。
【００３６】
３．１．２．３．２  ＱＣＬ半導体レーザ光の波長チャーピング範囲がＣＯ２ガス増幅媒体の１つの増幅波長領域全体を含む場合
つぎに、ＣＯ２ガス増幅媒体の１つの増幅波長領域全体が波長チャーピング範囲に含まれるように、両者を重ねる場合を例に挙げて説明する。図３に、この場合の増幅制御の一例を示す。
【００３７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、発振トリガＳ１の入力からパルスレーザ光Ｓ３の出力までのタイミングおよび動作は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示される場合と同様である。ただし、図３（ｃ）に示されるように、温度コントローラ３１４は、パルスレーザ光Ｓ３の初期波長がＰ（１８）遷移の増幅波長領域Ｓ５１よりも短波長となるように、半導体レーザ素子３１２の温度をペルチェ素子３１３を用いて調節してもよい。また、温度コントローラ３１４は、パルスレーザ光Ｓ３の立ち下がり時の波長が増幅波長領域Ｓ５１よりも長波長となるように、半導体レーザ素子３１２の温度をペルチェ素子３１３を用いて調節してもよい。言い換えれば、パルスレーザ光Ｓ３の波長チャーピング範囲Ｒ４がＰ（１８）遷移の増幅波長領域Ｓ５１全体を含むように、半導体レーザ素子３１２の温度が調節されてもよい。このような動作によれば、図３（ｅ）に示されるように、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４と増幅波長領域Ｓ５１との重複期間、増幅されたパルスレーザ光Ｓ６が増幅器３３０から出力され得る。パルスレーザ光Ｓ６の立ち上がりは、出力波長Ｓ４が増幅波長領域Ｓ５１と重なり始めるまでの遅延時間Ｔｄ分遅れたタイミングＴｐとなり得る。
【００３８】
ただし、パルスレーザ光Ｓ３の初期波長を増幅波長領域Ｓ５１に重ね合わせない場合、半導体レーザ装置３１０に発振トリガＳ１を入力してから増幅されたパルスレーザ光Ｓ６が出力されるまでに、初期波長と増幅波長領域Ｓ５１との差に応じた遅延時間Ｔｄ（＞ΔＴ）が生じ得る。そのため、ＥＵＶ光の生成においてレーザ装置３とドロップレット生成器２６とのタイミング同期を行う場合では、この遅延時間Ｔｄを考慮した発振トリガＳ１の入力が必要となり得る。
【００３９】
このように、増幅波長領域全体が波長チャーピング範囲に含まれるように制御する場合、波長チャーピング範囲の初期波長をＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重ねる場合に比べて、以下のような結果が得られる。
（１）より大きくエネルギー増幅されたパルスレーザ光Ｓ６を得られ得る。
（２）よりパルス幅の長いパルスレーザ光Ｓ６が得られ得る。
【００４０】
なお、図２（ｄ）または図３（ｄ）に示されるように、半導体レーザ装置３１０の波長チャーピングにおける単位時間あたりの波長変化は、時間波形の初期の方がその後期よりも大きい。したがって、パルスレーザ光Ｓ３の時間波形の初期部分に増幅波長領域Ｓ５１を重ねた場合とその後期部分に増幅波長領域Ｓ５１を重ねた場合とでは、パルスレーザ光Ｓ３の波長と増幅波長領域Ｓ５１とが重なっている状態から重ならなくなるまでの期間に差が生じ得る。たとえばパルスレーザ光Ｓ３の時間波形の後期部分に増幅波長領域Ｓ５１を重ねた場合は、時間波形の初期部分に増幅波長領域Ｓ５１を重ねた場合に比べて、波長と増幅波長領域Ｓ５１とが重なっている期間が長くなってよい。そこで、パルスレーザ光Ｓ３の時間波形の後期における波長がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重なるように、半導体レーザ素子３１２の温度が制御されてもよい。それにより、波長チャーピング範囲Ｒ４と増幅波長領域Ｓ５１との重複期間をより長くすることが可能となるため、時間的により長く且つエネルギーの大きいパルスレーザ光Ｓ６を得ることができる。
【００４１】
３．１．３  半導体レーザ
つぎに、実施の形態１のレーザ装置３に用いられ得る半導体レーザ装置３１０について、以下に例を挙げる。
【００４２】
３．１．３．１  内部共振器型半導体レーザ
まず、半導体レーザ装置３１０として、内部共振器型の半導体レーザを用いた場合を例示する。内部共振器型半導体レーザとしては、たとえば分布帰還型半導体レーザがある。図４は、分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａの構成例を概略的に示す。
【００４３】
図４に示されるように、分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａは、半導体レーザ素子３１２Ａと、ペルチェ素子３１３とを備えてもよい。なお、分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａであっても、図１の半導体レーザ装置３１０で説明したように、半導体レーザコントローラ３１１と、温度コントローラ３１４と、電流制御器３１５と、温度センサ３１６とを備えてもよい。
【００４４】
半導体レーザ素子３１２Ａは、半導体基板３１２３に、グレーティング３１２４と、活性層３１２２とが形成された構成を備えてもよい。活性層３１２２上は、たとえばパッシベーション３１２１によって保護されていてもよい。活性層３１２２は、光を増幅する増幅媒体の機能を果たしてもよい。グレーティング３１２４は、光共振器としての機能と波長選択機能との両方の機能を果たしてもよい。
【００４５】
分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａでは、グレーティング３１２４の凸部から活性層３１２２に向けて電流Ｉが流れると、活性層３１２２内で活性層３１２２の一部がレーザ増幅媒体として機能し得る。また、半導体基板３１２３に形成されたグレーティング３１２４によって、光共振器が形成され、かつ、波長選択され得る。この光共振器と増幅媒体とによって、分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａ内部でレーザ発振し得る。その結果、グレーティング３１２４による選択波長と光共振器の光路長とによって決まる波長のパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。
【００４６】
ここで、分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａが形成する光共振器の光路長は、半導体レーザ素子３１２Ａの活性層３１２２の長さと屈折率で決まり得る。活性層３１２２の屈折率は、温度に依存し得る。したがって、半導体レーザ素子３１２Ａの温度を制御することで、光共振器の光路長を制御することが可能である。
【００４７】
３．１．３．２  外部共振器型半導体レーザ
つぎに、半導体レーザ装置３１０として、外部共振器型の半導体レーザを用いた場合を例示する。図５は、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂの構成例を概略的に示す。
【００４８】
図５に示されるように、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂは、出力結合ミラー（ＯＣ）３１２５と、半導体レーザ素子３１２Ｂと、ペルチェ素子３１３と、コリメータレンズ３１２６と、グレーティング３１２７と、を備えてもよい。
【００４９】
半導体レーザ素子３１２Ｂの内部には、活性層３１２２が形成されてもよい。この活性層３１２２は、増幅媒体の機能を果たし得る。出力結合ミラー３１２５とグレーティング３１２７とは、光共振器の機能を果たし得る。また、グレーティング３１２７は、波長選択の機能を有してもよい。このグレーティング３１２７は、入射角度と回折角度が一致するように、リトロー配置されていてもよい。
【００５０】
外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂでは、半導体レーザ素子３１２Ｂに所定のパルス電流が流れると、活性層３１２２内が励起されて増幅媒体として機能し得る。また、出力結合ミラー３１２５とグレーティング３１２７とで光共振器が形成されていてもよい。これらにより、半導体レーザ素子３１２Ｂに電流を流すことによってレーザ発振が生じ得る。このとき、グレーティング３１２７による選択波長と光共振器の光路長とによって決まる波長のパルスレーザ光Ｓ３が半導体レーザ装置３１０Ｂから出力され得る。
【００５１】
ここで、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂにおいて形成される光共振器の光路長は、半導体レーザ素子３１２Ｂの活性層３１２２の長さと屈折率に依存し得る。また、同様に光路長は、出力結合ミラー３１２５と半導体レーザ素子３１２Ｂとの間の距離およびその空間の屈折率（たとえば空気）、ならびに半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７との間の距離およびその空間の屈折率（たとえば、空気）にも依存し得る。活性層３１２２の屈折率は、温度に依存し得る。したがって、半導体レーザ素子３１２Ｂの温度を制御することで、光共振器の光路長を制御することが可能である。ただし、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂの場合は、出力結合ミラー３１２５と半導体レーザ素子３１２Ｂとの空間、半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７と間の空間に充填するガスのガス種、混合比及び圧力のうち少なくとも１つを制御することでも、光共振器の光路長を制御することが可能である。
【００５２】
３．１．４  ＱＣＬ半導体レーザの波長チャーピング特性
つぎに、半導体レーザ装置３１０の波長チャーピング特性について説明する。半導体レーザ装置３１０の発振波長は、半導体レーザ装置３１０が備える光共振器の光路長に依存し得る。また、グレーティングの選択波長にも依存し得る。光共振器の光路長は、上述したように、活性層３１２２の屈折率が変化することで変化し得る。活性層３１２２の屈折率は、温度に依存し得る。そのため、半導体レーザ素子３１２の温度が変化すると、半導体レーザ装置３１０の共振器の光学長が変化し、その結果、発振波長が変化し得る。
【００５３】
ここで図６を参照に、半導体レーザ素子３１２に電流パルスＳ２（図６（ｂ）参照）を流してパルスレーザ光Ｓ３（図６（ｃ）参照）を出力する場合について説明する。たとえペルチェ素子３１３によって半導体レーザ素子３１２の温度を制御したとしても、電流パルスＳ２を流すことによって活性層３１２２の温度Ｓ７が時間と共に変化する場合がある（図６（ａ）参照）。そのため、図６（ａ）に示されるように、活性層３１２２の温度変化にともなって、出力波長Ｓ４がチャーピングし得る。
【００５４】
活性層３１２２の温度Ｓ７は、電流パルスＳ２の初期において急激に上昇し、後期になるほど緩やかに上昇し得る。そして、電流パルスＳ２がＯＦＦになると、活性層３１２２の温度Ｓ７は低下し始め、その後、ペルチェ素子３１３による設定温度に漸近し得る。
【００５５】
ここで、活性層３１２２の温度が高くなると活性層３１２２の屈折率が増大し、光共振器の光路長が長くなり得る。そのため、半導体レーザ装置３１０の出力波長Ｓ４は、活性層３１２２の温度Ｓ７の変化と同様、電流パルスＳ２の初期において急激に長波長側へシフトし得る。この波長シフトは、電流パルスＳ２の後期になるほど緩やかになり得る。このように、半導体レーザ素子３１２に電流パルスＳ２を流すと、半導体レーザ装置３１０から出力されるパルスレーザ光Ｓ３の波長がチャーピングし得る。
【００５６】
３．１．５  ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅特性
つぎに、増幅器におけるＣＯ２ガス増幅媒体の増幅特性を説明する。図７および図８は、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長を示す。
【００５７】
図７に示されるように、ＣＯ２ガス増幅媒体は、複数の増幅波長領域（例：Ｐ（１８）、Ｐ（２０）、Ｐ（２２）、Ｐ（２４）、Ｐ（２６）、Ｐ（２８）、Ｐ（３０）遷移等）Ｓ５１〜Ｓ５７を有している。各々の増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７の波長幅は、たとえば約０．００１６μｍであってもよい。この波長幅は、図２で説明したパルスレーザ光Ｓ３の波長チャーピング範囲よりも狭い場合がある。また、各増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７の増幅ゲインは、それぞれ異なる場合がある。
【００５８】
半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光Ｓ３は、その波長が増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７のいずれかに含まれている期間、増幅され得る。ここで、図７に示されるように、パルスレーザ光Ｓ３の波長スペクトルプロファイルがＰ（１８）からＰ（３０）遷移までを含むような幅を持つブロードなスペクトルプロファイルであると仮定すると、図８に示されるように、ＣＯ２ガス増幅媒体によって増幅されたパルスレーザ光Ｓ３は、各々の増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７のゲイン特性に応じた光強度のパルスレーザ光Ｓ６１〜Ｓ６７として、増幅器３３０から出力され得る。
【００５９】
３．２  再生増幅器を備えた実施形態（実施の形態２）
つぎに、再生増幅器を備えたレーザ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態２では、レーザ装置３を基に説明するが、レーザ装置３に限るものではない。
【００６０】
３．２．１  構成
図９は、実施の形態２にかかる再生増幅器を備えたレーザ装置の構成例を概略的に示す。図９に示されるように、レーザ装置３Ａは、半導体レーザ装置３１０と、再生増幅器３７０と、プリアンプ３３０Ａと、高反射ミラーＭ３１およびＭ３２と、リレー光学系３２０Ｂと、メインアンプ３３０Ｂとを備えてもよい。リレー光学系３２０Ｂの設置位置は、メインアンプ３３０Ｂへパルスレーザ光Ｓ６ｂが入射する側であってもよい。
【００６１】
半導体レーザ装置３１０は、図１に示される半導体レーザ装置３１０と同様で合ってもよい。再生増幅器３７０は、半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光Ｓ３を再生増幅してもよい。具体的には、再生増幅器３７０内に入射したパルスレーザ光Ｓ３は、再生増幅器３７０内部のＣＯ２ガス増幅媒体を複数回通過することによって増幅されてもよい。これにより、再生増幅器３７０からは、再生増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ａが出力されてもよい。
【００６２】
プリアンプ３３０Ａは、スラブ型の増幅器であってもよい。このプリアンプ３３０Ａは、チャンバ３３５と、入射ウィンドウ３３１と、出射ウィンドウ３３２と、ミラー３３３および３３４とを備えてもよい。チャンバ３３５内には、ＣＯ２ガスが封入されていてもい。また、チャンバ３３５内には、ＣＯ２ガスを励起させるための２つの電極（不図示）が設けられてもよい。２つのミラー３３３および３３４は、ＣＯ２ガス増幅媒体中をパルスレーザ光が複数回通過するマルチパスを形成してもよい。このプリアンプ３３０Ａは、再生増幅器３７０によって増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ａをさらに増幅して、パルスレーザ光Ｓ６ｂとして出力してもよい。
【００６３】
高反射ミラーＭ３１およびＭ３２は、プリアンプ３３０Ａから出力されたパルスレーザ光Ｓ６ｂをリレー光学系３２０Ｂに導いてもよい。リレー光学系３２０Ｂは、パルスレーザ光Ｓ６ｂのビーム断面がメインアンプ３３０Ｂ内の増幅領域の断面形状に略一致するように、パルスレーザ光Ｓ６ｂのビーム断面を変換してもよい。
【００６４】
メインアンプ３３０Ｂは、高速軸流型の増幅器であってもよい。メインアンプ３３０Ｂは、チャンバ３３８と、入射ウィンドウ３３６と、出射ウィンドウ３３７とを備えてもよい。チャンバ３３８内には、ＣＯ２ガスを含むガスが流れる放電管（不図示）が設けられていてもよい。このメインアンプ３３０Ｂは、プリアンプ３３０Ａによって増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ｂを入射し、さらに増幅して、パルスレーザ光Ｓ６ｃとして出力してもよい。
【００６５】
３．２．２  動作
つぎに、レーザ装置３Ａの動作を説明する。
【００６６】
３．２．２．１  レーザ装置全体の概略動作
まず、レーザ装置３Ａ全体の概略動作について説明する。全体動作では、半導体レーザ装置３１０からパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。この出力されたパルスレーザ光Ｓ３は、ＣＯ２ガス増幅媒体を含む再生増幅器３７０によって増幅されてもよい。この増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ａは、つづいてＣＯ２ガス増幅媒体を含むプリアンプ３３０Ａに入射してもよい。プリアンプ３３０Ａ内に入射したパルスレーザ光Ｓ６ａは、ＣＯ２ガス増幅媒体中に形成されたマルチパスを通過することでさらに増幅されてもよい。つづいて、この再生増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ｂは、高反射ミラーＭ３１およびＭ３２を介してリレー光学系３２０Ｂに入射してもよい。リレー光学系３２０Ｂは、上述したように、パルスレーザ光Ｓ６ｂのビーム断面を調節し得る。このビーム断面が調節されたパルスレーザ光Ｓ６ｂは、ＣＯ２ガス増幅媒体を含むメインアンプ３３０Ｂを通過する際にさらに増幅されてもよい。
【００６７】
３．２．２．２  再生増幅器を含む増幅制御
つづいて、再生増幅器を備えるレーザ装置３Ａによる増幅制御を、図面を参照して詳細に説明する。本説明では、図３に示される場合と同様に、ＣＯ２ガス増幅媒体の１つの増幅波長領域全体が波長チャーピング範囲に含まれるように、両者を重ねる場合を例に挙げて説明する。
【００６８】
図１０は、再生増幅器を備えるレーザ装置３Ａによる増幅制御の一例を示す。図１０（ａ）に示されるように、半導体レーザコントローラ３１１Ａに発振トリガＳ１が入力されると、図１０（ｂ）に示されるように、半導体レーザ素子３１２に電流パルスＳ２が流され得る。その結果、図１０（ｃ）に示されるように、半導体レーザ装置３１０からパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。このパルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４は、前述したように、予め、チャーピング範囲がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重なるように制御されていてもよい（図１０（ｄ）参照）。
【００６９】
そして、半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光Ｓ３は、ＣＯ２ガス増幅媒体を含む再生増幅器３７０により再生増幅されてもよい（図１０（ｅ）参照）。その後、再生増幅後のパルスレーザ光Ｓ６ａは、プリアンプ３３０Ａによりさらに増幅されてもよい（図１０（ｆ）参照）。プリアンプ３３０Ａにより増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ｂは、メインアンプ３３０Ｂによりさらに増幅されてもよい（図１０（ｇ）参照）。
【００７０】
３．２．２．２．１  再生増幅器
ここで、再生増幅器３７０について説明する。
【００７１】
３．２．２．２．１．１  構成
図１１は、再生増幅器の構成の一例を示す。図１１に示されるように、再生増幅器３７０は、共振器ミラー３７５および３７７と、ＥＯポッケルスセル３７３および３７６と、偏光ビームスプリッタ３７１と、ＣＯ２ガス増幅媒体を含むチャンバ３７２と、λ／４板３７４とを備えてもよい。
【００７２】
共振器ミラー３７５および３７７は光共振器を構成してもよい。チャンバ３７２と共振器ミラー３７７との間の光路上には、ＥＯポッケルスセル３７６および偏光ビームスプリッタ３７１が配置されてもよい。ＣＯ２ガス増幅媒体と共振器ミラー３７５との間の光路上には、ＥＯポッケルスセル３７３およびλ／４板３７４が配置されてもよい。
【００７３】
３．２．２．２．１．２  動作
図１２は、再生増幅器３７０の動作の一例を示す。図１２に示されるように、半導体レーザ装置３１０から出力された直線偏光のパルスレーザ光Ｓ３（図１２（ａ）参照）は、偏光ビームスプリッタ３７１に対してＳ偏光で入射してもよい。Ｓ偏光のパルスレーザ光Ｓ３は、ビームスプリッタ３７１で反射され得る。これにより、パルスレーザ光Ｓ３が再生増幅器３７０内に進入し得る。
【００７４】
再生増幅器３７０内に進入したパルスレーザ光Ｓ３は、チャンバ３７２内のＣＯ２ガス増幅媒体を通過し得る。ここで、パルスレーザ光Ｓ３のチャーピング範囲が増幅波長領域の一部に重なり合うと、この重なり合う期間、パルスレーザ光Ｓ３が増幅され得る。その後、パルスレーザ光Ｓ３は、ＥＯポッケルスセル３７３を透過し、λ／４板３７４を通過することで、円偏光のパルスレーザ光Ｓ３となってもよい。円偏光のパルスレーザ光Ｓ３は、共振器ミラー３７５によって反射され、再びλ／４板３７４を透過してもよい。これにより、円偏光のパルスレーザ光Ｓ３が偏光ビームスプリッタ３７１に対してＰ偏光のパルスレーザ光Ｓ３に変換され得る。このパルスレーザ光Ｓ３は、チャンバ３７２内のＣＯ２ガス増幅媒体を通過する際に増幅されてもよい。ついで、このパルスレーザ光Ｓ３は、偏光ビームスプリッタ３７１を透過し得る。
【００７５】
偏光ビームスプリッタ３７１を通過したパルスレーザ光Ｓ３は、ＥＯポッケルスセル３７６を透過し、共振器ミラー３７７で反射されて、再び、ＥＯポッケルスセル３７６と偏光ビームスプリッタ３７１とを透過してもよい。そして、このパルスレーザ光Ｓ３は、チャンバ３７２内のＣＯ２ガス増幅媒体を通過する際にさらに増幅されてもよい。さらに増幅されたパルスレーザ光Ｓ３は、図示しない電源によって電圧Ｓ９１（図１２（ｂ）参照）が印加されたＥＯポッケルスセル３７３を透過することで、円偏光のパルスレーザ光Ｓ３に変換され得る。つづいて、円偏光のパルスレーザ光Ｓ３は、λ／４板３７４を透過することで、ビームスプリッタ３７１に対してＳ偏光のパルスレーザ光Ｓ３に変換される。このパルスレーザ光Ｓ３は、共振器ミラー３７５により反射され、再びλ／４板３７４と電圧が印加されたＥＯポッケルスセル３７３とを透過することによって、ビームスプリッタ３７１に対してＰ偏光のパルスレーザ光Ｓ３に変換され得る。このパルスレーザ光Ｓ３は、共振器ミラー３７５および３７７間を複数回往復することによってさらに増幅されてもよい。
【００７６】
以上の動作により、パルスレーザ光Ｓ３が十分に再生増幅された後、ＥＯポッケルスセルス３７６に図示しない電源によって電圧Ｓ９２（図１２（ｃ）参照）を印加してもよい。これにより、ビームスプリッタ３７１に対してＰ偏光のパルスレーザ光Ｓ３が円偏光のパルスレーザ光Ｓ３に変換され得る。この円偏光のパルスレーザ光は、共振器ミラー３７７で反射されて、再び電圧を印加されたＥＯポッケルスセルス３７６を透過することによって、ビームスプリッタ３７１に対してＳ偏光のパルスレーザ光Ｓ３に変換され得る。このＳ偏光のパルスレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３７１によって反射され得る。これにより、再生増幅後のパルスレーザ光Ｓ６ａが再生増幅器３７０から外部へ出力され得る。この際、ＥＯポッケルスセル３７３の印加電圧は、次のパルスレーザ光を増幅するためにＯＦＦにしてもよい。
【００７７】
３．２．２．２．１．３  再生増幅器によるパルスレーザ光の遅延
再生増幅器３７０を用いる場合は、他の増幅器を用いる場合と比較して、例えばドロップレット生成器２６とのタイミング同期を行う際に、パルスレーザ光Ｓ３に与える遅延時間を長くした方がよい場合がある。図１３は、半導体レーザ装置に発振トリガを入力してから再生増幅されたパルスレーザ光が出力されるまでのタイミングチャートを示す。図１３（ａ）に示されるように、タイミングＴｔにて、半導体レーザコントローラ３１１に発振トリガＳ１が入力されると、半導体レーザ素子３１２に電流パルスＳ２が流れ得る（図１３（ｂ）参照）。これにより、図１３（ｃ）に示されるように、半導体レーザ装置３１０が発振してパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。図１３（ｄ）に示されるように、このパルスレーザ光Ｓ３は、再生増幅器３７０の共振器内に入射すると、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４のチャーピング範囲Ｒ４がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域Ｓ５１に重なることによって増幅され得る。図１３（ｅ）に示されるように、発振トリガＳ１の入力タイミングＴｔからパルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４が最初に増幅波長領域Ｓ５１と重なるタイミングＴｐまでには、遅延時間Ｔｄだけ要する場合がある。また、再生増幅器３７０に入射したパルスレーザ光Ｓ３は、再生増幅器３７０の光共振器内を複数回（たとえば１０回）往復し得る。そのため、再生増幅器３７０から再生増幅後のパルスレーザ光Ｓ６ａが出力されるタイミングは、さらに遅れる場合がある。
【００７８】
発振トリガＳ１の入力タイミングＴｔから再生増幅されたパルスレーザ光Ｓ６ａが出力されるタイミングＴｏまでの遅延時間Ｔｄｒは、パルスレーザ光Ｓ３の出力波長Ｓ４が増幅波長領域Ｓ５１に重なり始めるまでの遅延時間Ｔｄと、パルスレーザ光Ｓ３が再生増幅器３７０内の共振器内を往復する時間Ｔｒとの和となり得る。
【００７９】
以上のことから、レーザ装置３Ａがパルスレーザ光Ｓ３の出力タイミングを調整する必要がある場合、これらの遅延時間を考慮して発振トリガＳ１を入力するとよい。
【００８０】
３．３  複数のＱＣＬ半導体レーザをＭＯに用いる実施形態（実施の形態３）
つぎに、複数のＱＣＬ半導体レーザをマスタオシレータに用いるレーザ装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００８１】
３．３．１  構成
図１４は、実施の形態３にかかるレーザ装置３Ｂの構成を概略的に示す。図１４に示されるように、レーザ装置３Ｂは、図１に示されるレーザ装置３と同様の構成を備えてもよい。ただし、レーザ装置３Ｂでは、半導体レーザ装置３１０が半導体レーザシステム３１０Ｓに置き換えられてもよい。
【００８２】
半導体レーザシステム３１０Ｓは、複数の半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎと、光路調整部３６０と、半導体レーザコントローラ３１１Ａとを備えてもよい。各半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎは、半導体レーザ３１０と同様の構成を備えてもよい。半導体レーザコントローラ３１１Ａは、複数の半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎをそれぞれ制御してもよい。光路調節部３６０は、複数の半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されたパルスレーザ光の光路を実質的に一致させてもよい。
【００８３】
３．３．２  動作
つぎに、レーザ装置３Ｂの動作を説明する。半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎは、それぞれ半導体レーザコントローラ３１１Ａによって指示されたタイミングおよび光強度でレーザ発振してもよい。各半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎは、半導体レーザ素子３１２に電流パルスが流れるとパルスレーザ光を出力し得る。各半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されるパルスレーザ光は、波長チャーピング範囲の少なくとも一部がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域に重なり合うように制御されていてもよい。各半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎの波長チャーピング範囲は、上述したように、各半導体レーザ素子３１２の温度を制御することによって制御することができる。
【００８４】
半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されたパルスレーザ光は、光路調節部３６０に入射してもよい。光路調節部３６０は、入力されたパルスレーザ光の光路を実質的に一致させ得る。この光路調整部３６０は、複数の半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されたパルスレーザ光の光路を実質的に重ね合わせる光学系であってもよい。この光路調整部３６０は、グレーティングやビームスプリッタを組み合わせた光学系であってもよい。半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されたパルスレーザ光が光路調節部３６０に入射することで、半導体レーザシステム３１０Ｓから１つ以上の半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されたパルスレーザ光よりなるパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。このパルスレーザ光Ｓ３は、図１と同様に、リレー光学系３２０によってビーム断面がエキスパンドされた後、増幅器３３０によってパルスレーザ光Ｓ６に増幅されてもよい。
【００８５】
なお、個々の半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎは、上述した実施の形態１と同様であってもよいため、その重複する説明を省略する。
【００８６】
３．３．３  半導体レーザの発振波長とＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域との組合せ
つぎに、複数の半導体レーザを用いる場合における各半導体レーザの発振波長とＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域との組合せについて、以下に例を挙げて説明する。
【００８７】
３．３．３．１  各増幅波長領域に１つのＱＣＬ半導体レーザを割り当てる場合
まず、複数の増幅波長領域にそれぞれ１つのシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を、以下に説明する。図１５は、複数の増幅波長領域にそれぞれ１つのシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を示す。図１６は、図１５に示される例の場合に各増幅波長領域で増幅されたパルスレーザ光の例を示す。なお、図１５および図１６では、それぞれがシングル縦モードで発振する５つの半導体レーザ３１０−１〜３１０−５を用いた場合を例示する。また、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７のうち、増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６が用いられる場合を例示する。
【００８８】
図１５に示されるように、ＣＯ２ガス増幅媒体を用いた増幅器３３０では、各増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７の増幅ゲインがそれぞれ異なり得る。そこで、各増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７の増幅ゲインに応じた光強度のパルスレーザ光（シングル縦モードＬ３〜Ｌ７）を各半導体レーザ３１０−１〜３１０−５に出力させるとよい。
【００８９】
図１５に示される例では、複数の半導体レーザ３１０−１〜３１０−５から各々出力されるシングル縦モードＬ３、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９およびＬ１１それぞれの波長チャーピング範囲Ｒ４ａ〜Ｒ４ｅが、増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６のうち何れか１つの少なくとも一部と重なり得る。この場合、半導体レーザコントローラ３１１Ａは、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−５が出力するシングル縦モードＬ３、Ｌ５、Ｌ７、Ｌ９およびＬ１１によるパルスレーザ光の光強度を、それぞれが対応する増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６のピークゲインの値に応じて制御してもよい。その場合、相対的に高いピークゲインの増幅波長領域に対しては相対的に低い光強度のシングル縦モードパルスレーザ光が対応づけられ、相対的に低いピークゲインの増幅波長領域に対しては相対的に高い光強度のシングル縦モードパルスレーザ光が対応づけられ得る。
【００９０】
以上のような制御を行うことにより、図１６に示されるように、ＣＯ２ガス増幅媒体によって増幅された後のパルスレーザ光Ｓ６２〜Ｓ６６のピーク光強度が略等しくなり得る。これにより、たとえば１つの増幅波長領域を用いてパルスレーザ光を増幅する場合に比べて、増幅効率を向上させることができる。
【００９１】
３．３．３．２  １つの増幅波長領域に複数のＱＣＬ半導体レーザを割り当てる場合
つぎに、１つの増幅波長領域に複数のシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を、以下に説明する。図１７は、１つの増幅波長領域に複数のシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を示す。図１８は、図１７に示される例の場合に増幅されたパルスレーザ光の例を示す。なお、図１７および図１８では、それぞれがシングル縦モードで発振する３つの半導体レーザ３１０−１〜３１０−３を用いた場合を例示する。また、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７のうち、増幅波長領域Ｓ５２が用いられる場合を例示する。
【００９２】
図１７に示されるように、複数（図１７に示される例では３つ）の半導体レーザ３１０−１〜３１０−３が発振するシングル縦モードＬ３ａ〜Ｌ３ｃの波長チャーピング範囲Ｒ４ａ〜Ｒ４ｃを、１つの増幅波長領域Ｓ５２の少なくとも一部に重ねてもよい。これにより、図１８に示されるように、増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６のピーク光強度を高くすることが可能となる。
【００９３】
３．３．３．３  各増幅波長領域の増幅ゲインに応じて割り当てるＱＣＬ半導体レーザの数を変更する場合
また、上述したように、たとえば増幅波長領域Ｓ５２の増幅ゲインは、他の増幅波長領域のそれよりも大きい。そこで、各増幅波長領域に割り当てる半導体レーザの数を、各増幅波長領域の増幅ゲインに応じて変更してもよい。たとえば増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５４を使用する場合、増幅波長領域Ｓ５２の増幅ゲインが他の増幅波長領域Ｓ５３およびＳ５４の増幅ゲインのたとえば２倍程度以上であるとすると、増幅波長領域Ｓ５３およびＳ５４それぞれには、増幅波長領域Ｓ５２に割り当てる半導体レーザの数（たとえば１とする）の２倍以上（たとえば２とする）の数の半導体レーザを割り当ててもよい。これにより、各半導体レーザへ与える電流値を略同一としてもよいため、半導体レーザシステム３１０Ｓの温度制御が容易となり得る。
【００９４】
図１９は、３つの増幅波長領域に対して５つのシングル縦モード半導体レーザを割り当てる場合を示す。図２０は、図１９に示される例の場合に各増幅波長領域で増幅されたパルスレーザ光の例を示す。なお、図１９および図２０では、それぞれがシングル縦モードで発振する３つの半導体レーザ３１０−１〜３１０−３を用いた場合を例示する。また、図１９および図２０では、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７のうち、増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５４が用いられる場合を例示する。
【００９５】
図１９に示されるように、複数（図１９に示される例では５つ）の半導体レーザ３１０−１〜３１０−５が発振する縦モードＬ３、Ｌ５ｂ、Ｌ５ｃ、Ｌ７ｄおよびＬ７ｅの波長チャーピング範囲Ｒ４ａ〜Ｒ４ｅを、増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５４の少なくとも１つに重ねてもよい。この際、複数の波長チャーピング範囲が共通の増幅波長領域の少なくとも１つに重ねられてもよい。複数の波長チャーピング範囲を共通の増幅波長領域の少なくとも１つに重ねる場合、それぞれの増幅波長領域に重なるシングル縦モードによるパルスレーザ光の光強度が略同じとなるように、重ねる数が増幅波長領域の増幅ゲインに応じて調節されるとよい。
【００９６】
図１９に示される例では、半導体レーザ３１０−１から出力されるシングル縦モードＬ３の波長チャーピング範囲Ｒ４ａが増幅波長領域Ｓ５２の少なくとも一部に重なってもよい。また、半導体レーザ３１０−２および３１０−３から出力されるシングル縦モードＬ５ｂおよびＬ５ｃそれぞれの波長チャーピング範囲Ｒ４ｂおよびＲ４ｃが増幅波長領域Ｓ５３の少なくとも一部に重なってもよい。さらに、半導体レーザ３１０−４および３１０−５から出力されるシングル縦モードＬ７ｄおよびＬ７ｅそれぞれの波長チャーピング範囲Ｒ４ｄおよびＲ４ｅが増幅波長領域Ｓ５４の少なくとも一部に重なってもよい。
【００９７】
以上のような組合せにより、図２０に示されるように、ＣＯ２ガス増幅媒体によって増幅された後のパルスレーザ光Ｓ６２ｃ〜Ｓ６４ｃのスペクトル波形は、ピーク光強度が略等しくなる。これにより、たとえば１つの増幅波長領域Ｓ５２によってパルスレーザ光Ｌ３を増幅する場合に比べて、増幅効率を向上させることができる。
【００９８】
３．３．４  ＱＣＬ半導体レーザのタイミング調整による増幅後のパルスレーザ光の波形制御
つぎに、増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６の波形制御について説明する。増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６の時間波形は、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎへ与える電流波形を制御する以外に、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎへ電流を与えるタイミングを制御することでも、制御可能である。
【００９９】
パルスレーザ光Ｓ６の波形制御には、ピーク光強度を制御する方法と、パルス時間幅を制御する方法とが考えられる。これらは、複数の半導体レーザから出力されたパルスレーザ光の出力方法によって選択可能である。たとえば複数のパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングが一致するように調節された場合、ピーク光強度の高いパルスレーザ光Ｓ６を得ることができる。また、複数のパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングがそれぞれずれるように調節された場合、パルス時間幅の長いパルスレーザ光Ｓ６を得ることができる。以下、それぞれについて例を挙げて説明する。ただし、以下の説明では、図１５に示される、複数の増幅波長領域それぞれに１つの半導体レーザを割り当てる場合を例に挙げるが、これに限るものではない。たとえば図１７に示される場合や図１９に示される場合にも適用可能である。
【０１００】
３．３．４．１  増幅されたパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングを一致させる場合
図２１〜図２４は、パルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングが一致する場合のタイミングチャートを示す。以下では、５つの半導体レーザ３１０−１〜３１０−５が用いられる場合を例に挙げる。
【０１０１】
図１５で説明した場合と同様に、それぞれの縦モードが対応する各増幅波長領域の増幅ゲインに応じて、各半導体レーザに入力する電流パルスの強度が制御されてもよい。たとえば図２１に示されるように、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−５に入力する電流パルスＳ２２〜Ｓ２６の強度が制御されてもよい。この結果、図２２に示されるように、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−５からは、電流パルスＳ２２〜Ｓ２６の強度に応じた光強度のパルスレーザ光Ｓ３２〜Ｓ３６が出力され得る。
【０１０２】
また、図２１および図２３に示されるように、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−５には、増幅されたパルスレーザ光Ｓ６２〜Ｓ６６の増幅器３３０からの出力タイミングＴｔ４が一致するようなタイミングＴｔ１〜Ｔｔ３で、それぞれ発振トリガ（電流パルスＳ２２〜Ｓ２６）が与えられるとよい。また、各々の半導体レーザ３１０−１〜３１０−５への発振トリガの入力タイミングＴｔ１〜Ｔｔ３は、再生増幅器３７０により増幅された各々のパルスレーザ光Ｓ６２〜Ｓ６６の出力タイミングＴｔ４が一致するように、それぞれＴｔ４に対する遅延時間Ｔｄｒ２〜Ｔｄｒ６分だけ時間的に前に設定されているとよい。
【０１０３】
以上のようなタイミングで電流パルスＳ２２〜Ｓ２６が半導体レーザ３１０−１〜３１０−５に与えられることで、図２４に示されるように、増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６のパルス波形は、それぞれの増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６によって増幅されたパルスレーザ光Ｓ６２〜Ｓ６６を重ね合わせたパルス波形となり得る。その結果、パルスレーザ光Ｓ６のピーク光強度を高くすることが可能となる。
【０１０４】
３．３．４．２  増幅されたパルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングをずらす場合
図２５〜図２８は、パルスレーザ光が増幅器から出力されるタイミングがずれている場合のタイミングチャートを示す。以下では、５つの半導体レーザ３１０−１〜３１０−５が用いられる場合を例に挙げる。
【０１０５】
図２５に示されるように、各半導体レーザ３１０−１〜３１０−５に入力される電流パルスＳ２２〜Ｓ２６の立ち上がりタイミングＴ１〜Ｔ５（すなわち、発振トリガの出力タイミング）を調節することで、半導体レーザ３１０−１〜３１０−５から出力されるパルスレーザ光Ｓ３２〜Ｓ３６の出力タイミングがずらされていてもよい（図２６参照）。これにより、図２７に示されるように、増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６２ｃ〜Ｓ６６ｃのタイミングがずれ得る。ここで、パルスレーザ光Ｓ６２ｃ〜Ｓ６６ｃのタイミングのずれが、たとえばそれぞれ同じ間隔となるように、立ち上がりタイミングＴ１〜Ｔ５がずらされてもよい。その場合、立ち上がりタイミングＴ１〜Ｔ５は、パルスレーザ光Ｓ６２〜Ｓ６６が増幅器３３０から出力されるタイミングに合わせて、それぞれ増幅器３３０からの出力タイミングよりも遅延時間Ｔｄｒ２〜Ｔｄｒ６分だけ時間的に前に設定されているとよい。
【０１０６】
以上のようなタイミングで電流パルスＳ２２〜Ｓ２６が半導体レーザ３１０−１〜３１０−５に与えられることで、図２８に示されるように、増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６のパルス波形は、それぞれタイミングがずれたパルスレーザ光Ｓ６２ｃ〜Ｓ６６ｃのパルス波形を重ね合わせたパルス波形となり得る。その結果、パルスレーザ光Ｓ６の総エネルギーを大きくすることが可能となる。
【０１０７】
以上のように複数の増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６を使って複数の半導体レーザ３１０−１〜３１０−５から出力されたパルスレーザ光Ｓ３２〜Ｓ３６が増幅される場合、パルスレーザ光Ｓ３２〜Ｓ３６の増幅効率を高めることができる。また、パルスレーザ光Ｓ３２〜Ｓ３６の出力タイミングのずれ量が調整されることで、増幅器３３０から出力されるパルスレーザ光Ｓ６のパルス波形が多彩に変化し得る。それにより、目的に応じて最適なパルスレーザ光Ｓ６のパルス波形を生成することが可能となる。さらに、立ち上がりタイミングを大きくずらすことによって、たとえば、プリパルスレーザ光およびメインパルスレーザ光などの複数のレーザ光を生成することも可能となる。
【０１０８】
３．４  複数のＱＣＬ半導体レーザをＭＯに用いるレーザ装置が再生増幅器を備えた実施形態（実施の形態４）
また、図１４に示されたレーザ装置３Ｂは、図９に示されたレーザ装置３Ａと同様に、再生増幅器３７０を備えてもよい。図２９は、実施の形態４にかかるレーザ装置３Ｃの構成例を概略的に示す。図２９に示されるように、レーザ装置３Ｃは、図９に示されるレーザ装置３Ａと同様の構成において、半導体レーザ装置３１０が図１４に示される半導体レーザシステム３１０Ｓに置き換えられた構成を備えてもよい。その他の構成および動作は、上述した実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１０９】
３．５  ＱＣＬ半導体レーザが出力する縦モード波長
実施の形態４の理解のために、まず、半導体レーザ装置３１０から出力される縦モードのパルスレーザ光Ｓ３の波長について説明する。
【０１１０】
３．５．１  ＱＣＬ半導体レーザの共振器
まず、半導体レーザ装置３１０の発振波長について説明する。なお、ここでは、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂの場合を例に挙げて説明する。図３０は、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂを模式的に示す。
【０１１１】
図３０に示す構成では、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂの縦モード（波長）が以下の式（１）で表される。
ｍλＬ＝２・Ｌ    …（１）
ｍ：次数
λＬ：レーザ発振する（縦モードの）波長
Ｌ：共振器の光路長
【０１１２】
ここで、出力結合ミラー３１２５と半導体レーザ素子３１２Ｂとの間の距離をＬｇ１、その空間の屈折率をｎ１とする。また、活性層３１２２Ｂの長さをＬｇ２、その屈折率をｎ２とする。さらに、半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７との間の距離をＬｇ３、その空間の屈折率をｎ３とする。すると、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂが形成する光共振器の光路長Ｌは、以下の式（２）で表され得る。
Ｌ＝  （ｎ１・Ｌｇ１＋ｎ２・Ｌｇ２＋ｎ３・Ｌｇ３）    …（２）
【０１１３】
また、縦モードの間隔フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）は、以下の式（３）で表され得る。
ＦＳＲ＝λ２／（２Ｌ）    …（３）
【０１１４】
ここで、グレーティング３１２７がリトロー配置されている場合、入射角度と回折角度が同じ角度βであるので、選択される波長帯の中心波長は以下の式（４）で表され得る。
ｍ（λＧ／ｎ３）＝２・ａ・ｓｉｎβ    …（４）
ｍ：次数
λＧ：選択される波長帯の中心波長
ｎ３：半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７との間の空間の屈折率
ａ：グレーティングの格子間隔
β：回折角度（＝入射角度α）
【０１１５】
外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂは、光共振器による縦モードλとグレーティング３１２７の選択中心波長λＧとが合った場合に、その波長で発振してもよい。
【０１１６】
３．５．２  ＱＣＬ半導体レーザの縦モードとグレーティングによる波長選択との関係
つづいて、半導体レーザ装置３１０が発振する縦モードと、グレーティング３１２７による波長選択との関係について説明する。ここで、説明の簡略化のために、半導体レーザ装置３１０からＰ（２０）遷移の増幅波長領域Ｓ５２と一致する波長のシングル縦モードのパルスレーザ光Ｓ３が出力される場合を例に挙げる。図３１は、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域とグレーティングの選択波長と半導体レーザ素子が発振する縦モードとの関係を示す。図３２は、半導体レーザ装置から出力されるシングル縦モードで出力されたパルスレーザ光Ｓ３の一例を示す。なお、図３１に示される例では、半導体レーザ装置３１０における半導体レーザ素子３１２が縦モードＬ１〜Ｌ１３でレーザ発振するものとする。また、半導体レーザ装置３１０（分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａまたは外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂ）のグレーティング３１２４または３１２７の選択波長範囲Ｓ８が、この縦モードＬ１〜Ｌ１３のうちの縦モードＬ３を含むものとする。この場合、半導体レーザ装置３１０から出力される縦モードは、縦モードＬ３となり得る。
【０１１７】
図３１に示されるように、半導体レーザ装置３１０において形成される光共振器の光路長Ｌを５５４９．８μｍ、グレーティング３１２４または３１２７が選択する回折光の次数ｍを５２４とすると、上述の式（１）から、縦モードＬ３の波長λＬは、１０．５９１２μｍとなり得る。また、上述の式（３）から、縦モードＬ１〜Ｌ１３の波長間隔（ＦＳＲ）は、０．０１０１μｍとなり得る。その場合、グレーティング３１２４または３１２７によって選択される波長選択範囲Ｓ８は、縦モードＬ３の波長を含むことができる。その結果、半導体レーザ装置３１０の発振波長が事実上、縦モードＬ３の波長となり得る。
【０１１８】
縦モードＬ３の波長は、ＣＯ２ガス増幅媒体のモードＰ（２０）の増幅波長領域Ｓ５２に含まれてもよい。このように、たとえばＰ（２０）遷移の増幅波長領域Ｓ５２に縦モードＬ３の波長とグレーティング３１２４または３１２７の波長選択範囲Ｓ８とを合わせることで、図３２に示されるように、半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光Ｓ３はＰ（２０）の増幅波長領域Ｓ５２に重なっているので、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域Ｓ５２で増幅することができる。
【０１１９】
なお、ここでは、Ｐ（２０）遷移の増幅波長領域Ｓ５２に半導体レーザ装置３１０の発振波長を一致させる場合を説明した。ただし、これに限定されず、半導体レーザ装置３１０の波長チャーピング範囲が増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７のいずれかの少なくとも一部に重なればよい。たとえば、パルスレーザ光Ｓ３の初期波長が増幅波長領域Ｓ５２よりも短い波長であってもよい。この場合、パルスレーザ光Ｓ３の波長がチャーピングすることで、パルスレーザ光Ｓ３の波長が増幅波長領域Ｓ５２の少なくとも一部と重なればよい。
【０１２０】
３．５．３  光路長の制御
また、半導体レーザ装置３１０に外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂを用いた場合、共振器の光路長Ｌは、上述した式（２）から明らかなように、光路長Ｌｇ１およびＬｇ３ならびに屈折率ｎ１〜ｎ３の少なくとも１つのパラメータを制御することによっても制御可能である。これにより、半導体レーザ装置３１０Ｂの波長チャーピング範囲を制御することができる。
【０１２１】
具体的な制御を以下に例示する。
（１）出力結合ミラー３１２５と半導体レーザ素子３１２Ｂとの間の空間の屈折率ｎ１の制御：出力結合ミラー３１２５と半導体レーザ素子３１２Ｂとの間におけるガスの種類と密度（圧力）のうち少なくとも１つを制御
（２）出力結合ミラー３１２５と半導体レーザ素子３１２Ｂとの間の距離Ｌｇ１の制御：出力結合ミラー３１２５および半導体レーザ素子３１２Ｂのいずれか一方をビーム軸方向に相対的に移動制御
（３）活性層３１２２Ｂの屈折率をｎ２の制御：半導体レーザ素子３１２Ｂの温度を制御
（４）半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７との間の空間の屈折率ｎ３の制御：半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７との間におけるガスの種類と密度（圧力）のうち少なくとも１つを制御
（５）半導体レーザ素子３１２Ｂとグレーティング３１２７との間の距離Ｌｇ３の制御：半導体レーザ素子３１２Ｂおよびグレーティング３１２７のいずれか一方をビーム軸方向に相対的に移動制御
【０１２２】
一方、半導体レーザ装置３１０に内部共振器型半導体レーザである分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａを用いた場合、半導体レーザ素子３１２Ａ内部にグレーティング３１２４と光共振器とが形成されている。そのため、グレーティング３１２４によって選択される波長帯の中心波長と光共振器の光路長とによって決まる縦モードの波長は、活性層３１２２の温度変化に応じて変化し得る。そのため、半導体レーザ素子３１２Ａの温度を制御することによって、波長チャーピング範囲を制御することができる。
【０１２３】
３．５．４  半導体レーザ素子に流す電流パルスの制御
また、半導体レーザ装置３１０における半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスを制御することによっても、発振波長のチャーピング範囲を制御することが可能である。図３３は、半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスを変化させた場合の、波長チャーピング、活性層の温度および出力されるパルスレーザ光の光強度の経時変化を示す。
【０１２４】
たとえば半導体レーザ素子３１２の温度をペルチェ素子３１３によって一定温度となるように制御したとしても、半導体レーザ素子３１２に流す電流によって半導体レーザ素子３１２の活性層３１２２の温度が変化し得る。半導体レーザ素子３１２に流す電流の強度の増加に伴って、活性層３１２２の温度上昇の勾配は大きくなり得る。たとえば図３３（ｂ）に示されるように、電流パルスＳ２ｃの強度を電流パルスＳ２ａの強度よりも大きくすると、図３３（ａ）に示されるように、電流パルスＳ２ｃを流した際の温度Ｓ７ｃの方が、電流パルスＳ２ａを流した際の温度Ｓ７ａよりも大きく変化し得る。その結果、図３３（ａ）の出力波長Ｓ４ａおよびＳ４ｃのように、電流パルスＳ２ｃを流した際の波長チャーピング範囲Ｒｃの方が、電流パルスＳ２ａを流した際の波長チャーピング範囲Ｒａよりも大きくなる場合がある。
【０１２５】
また、半導体レーザ素子３１２に電流パルスが供給されている期間中、半導体レーザ素子３１２の温度は上昇しつづけ得る。そのため、その期間中、波長チャーピングも継続し得る。ただし、電流パルスの供給期間が短くても、その間、電流パルスの強度が高い場合、波長チャーピング範囲が大きくなる場合もある。たとえば図３３（ｂ）に示されるように、電流パルスＳ２ｂの時間幅を電流パルスＳ２ａの時間幅よりも短くかつ、強度を大きくすると、図３３（ａ）に示されるように、電流パルスＳ２ｂを流した際の温度Ｓ７ｂの方が、電流パルスＳ２ａを流した際の温度Ｓ７ａよりも大きく変化し得る。その結果、図３３（ａ）の出力波長Ｓ４ｂおよびＳ４ａのように、電流パルスＳ２ｂを流した際の波長チャーピング範囲Ｒｂの方が、電流パルスＳ２ａを流した際の波長チャーピング範囲Ｒａよりも大きくなり得る。
【０１２６】
以上のことから、半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスの強度と時間とを制御することによって、波長チャーピングの範囲を制御できることが分かる。
【０１２７】
なお、波長チャーピングは、電流を流す初期は急激に変化するが、電流パルスの後半になればなるほど変化が小さくなる場合がある。そのことから、ＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域との重ね合わせは、電流パルスの時間的後半で行うのが好ましい。このように、電流パルスの後半を増幅波長領域に重ね合わせた方が、増幅されたパルスレーザ光のパルス幅を長くすることができる場合がある。
【０１２８】
３．５．５  設計よる選択特性の設定
（１）外部共振器型半導体レーザの場合
なお、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂの場合、図３０のグレーティング３１２７の入射角度αを変更することで、図３１に示されるグレーティング３１２７による波長選択範囲Ｓ８を他の遷移（Ｐ（１８）、Ｐ（２２）、Ｐ（２４）、Ｐ（２６）、Ｐ（２８）、Ｐ（３０）等）の増幅波長領域Ｓ５１、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５５、Ｓ５６またはＳ５７に相当する波長に設定することができる。
【０１２９】
（２）内部共振器型半導体レーザの場合
一方、分布帰還型半導体レーザ装置３１０Ａのような内部共振器型半導体レーザの場合、半導体レーザ素子３１２Ａを製造するときにグレーティング３１２４の間隔Ｗ１を調節することで、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂの場合と同様に、Ｐ（２０）遷移ではなく他の遷移（Ｐ（１８）、Ｐ（２２）、Ｐ（２４）、Ｐ（２６）、Ｐ（２８）、Ｐ（３０）等）の増幅波長領域Ｓ５１、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５５、Ｓ５６またはＳ５７に相当する波長でシングル縦モード発振する半導体レーザ装置３１０Ａが製造され得る。
【０１３０】
４．ＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置の制御システム（実施の形態５）
つぎに、図１に示されるレーザ装置３の制御システムについて、図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下の構成および動作は、他の実施の形態にかかるレーザ装置３Ａ〜３Ｃについても適用可能である。
【０１３１】
４．１  構成
図３４は、レーザ装置３およびその制御システムの構成例を概略的に示す。図３４に示されるように、レーザ装置３の制御システムは、レーザコントローラ３５０と、記録装置３５１とを含むことができる。
【０１３２】
記録装置３５１は、レーザコントローラ３５０が半導体レーザ装置３１０を制御する際の各種制御パラメータを保持することができる。この制御パラメータには、半導体レーザ素子３１２のチャーピング特性が含まれていてもよい。記録装置３５０は、このチャーピング特性を、半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスの電流値Ｉ、パルス幅Ｗ、半導体レーザ素子３１２の温度調節器の設定温度ＳＭＴｔ、および繰返し周波数ｆに対応づけて保持してもよい。
【０１３３】
４．２  概略動作
レーザコントローラ３５０は、半導体レーザ装置３１０をレーザ発振させる際、記録装置３５１から必要な制御パラメータを読み出してもよい。レーザコントローラ３５０は、読み出した制御パラメータに基づいて、半導体レーザ装置３１０の半導体レーザコントローラ３１１へ各種制御信号を入力してもよい。半導体レーザコントローラ３１１は、入力された各種制御信号に基づいて、温度コントローラ３１４および電流制御器３１５を制御してもよい。これにより、半導体レーザ装置３１０が所望のパルスレーザ光Ｓ３を出力してもよい。
【０１３４】
また、レーザコントローラ３５０は、増幅器３３０の励起強度および励起タイミングを制御してもよい。例えばレーザコントローラ３５０は、半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光Ｓ３が増幅器３３０を通過するタイミングに合わせて増幅器３３０を励起させてもよい。これにより、増幅器３３０による消費電力を低減し得る。
【０１３５】
４．３  制御パラメータおよびその計測システム
ここで、記録装置３５１に保持される制御パラメータについて説明する。この制御パラメータは、たとえば調整やシミュレーションなどによって事前に求められてもよい。図３５は、レーザ装置３に対する制御パラメータを事前に取得するための計測システムの構成例を概略的に示す。
【０１３６】
４．３．１  計測構成
図３５に示されるように、計測システム３８０は、集光レンズ３８１と、入射スリット３８２と、高反射ミラー３８３と、凹面ミラー３８４と、グレーティング３８５と、凹面ミラー３８６と、ラインセンサ３８７とを含んでもよい。
【０１３７】
レーザコントローラ３５０は、半導体レーザ装置３１０に、半導体レーザ素子３１２の温度コントローラ３１４の設定温度ＳＭＴｔを入力してもよい。これにより、半導体レーザ素子３１２の温度が設定温度ＳＭＴｔに調節されてもよい。また、レーザコントローラ３５０は、半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスの電流値Ｉおよびパルス幅Ｗを半導体レーザ装置３１０に入力してもよい。これにより、電流制御器３１５から半導体レーザ素子３１２へ与えられる電流パルスの電流値およびパルス幅が、電流値Ｉおよびパルス幅Ｗに設定されてもよい。また、レーザコントローラ３５０は、繰返し周波数ｆで、発振トリガを半導体レーザコントローラ３１１へ入力してもよい。このとき、例えばドロップレット生成器２６とタイミング同期が必要な場合、発振トリガが伝送される信号経路に遅延発生器３５２を配してもよい。これにより、半導体レーザ装置３１０内の電流制御器３１５が繰返し周波数ｆで電流パルスを半導体レーザ素子３１２へ流してもよい。その結果、半導体レーザ装置３１０からパルスレーザ光Ｓ３が繰返し周波数ｆで出力し得る。
【０１３８】
半導体レーザ装置３１０から出力されたパルスレーザ光Ｓ３は、集光レンズ３８１を介して入射スリット３８２に入射してもよい。入射スリット３８２を通過したパルスレーザ光Ｓ３は、高反射ミラー３８３で反射され、凹面ミラー３８４で反射されることで、平行光に変換されてもよい。凹面ミラー３８４で反射されたパルスレーザ光Ｌ３は、グレーティング３８５に入射してもよい。グレーティング３８５は、パルスレーザ光Ｌ３の回折光を波長に応じた回折角度で出射し得る。グレーティング３８５から出射した回折光ＳＤ３は、凹面ミラー３８６で反射されてもよい。凹面ミラー３８６の集光位置には、ラインセンサ３８７が配置されてもよい。その場合、回折角度に応じたラインセンサ３８７上の位置に回折光ＳＤ３が集光し得る。ラインセンサ３８７で取得されたイメージデータは、レーザコントローラ３５０に入力されてもよい。レーザコントローラ３５０は、入力されたイメージデータに基づいて、パルスレーザ光Ｓ３の波長を検出してもよい。
【０１３９】
また、レーザコントローラ３５０は、パルスレーザ光Ｓ３の１パルスについて、時間に対応づけて検出した波長変化の様子を、半導体レーザ装置３１０のチャーピング特性として保持してもよい。さらに、レーザコントローラ３５０は、求められたチャーピング特性を、現在半導体レーザ装置３１０に設定されている制御パラメータ（電流値Ｉ、パルス幅Ｗ、設定温度ＳＭＴｔ、および繰返し周波数ｆ）に対応づけて、記録装置３５１に記録してもよい。
【０１４０】
４．３．２  チャーピング特性
ここで、半導体レーザ装置のチャーピング特性を、図面を参照して詳細に説明する。図３６は、半導体レーザ装置のチャーピング特性の一例を示す。なお、図３６では、増幅波長領域Ｓ５２に対してパルスレーザ光Ｓ３の波長が調節された場合を例示するが、これに限るものではなく、他の増幅波長領域Ｓ５１、Ｓ５３〜Ｓ５７に対しても同様であってよい。
【０１４１】
図３６において、カーブＣｐは、パルスレーザ光Ｓ３の１パルスにおける時間的初期波長の温度依存性を示す。カーブＣｆは、パルスレーザ光Ｓ３の１パルスにおける時間的最終波長の温度依存性を示す。したがって、パルスレーザ光Ｓ３の波長は、１パルス出力する間にカーブＣｐからカーブＣｆへとシフトし得る。
【０１４２】
また、設定温度ＳＭＴｐは、パルスレーザ光Ｓ３の初期波長が増幅波長領域Ｓ５２の最長波長λｍａｘとなる設定温度であってもよい。設定温度ＳＭＴｆは、パルスレーザ光Ｓ３の最終波長が増幅波長領域Ｓ５２の最短波長λｍｉｎとなる設定温度であってもよい。その場合、半導体レーザ装置３１０の設定温度ＳＭＴｔが設定温度ＳＭＴｐ以上であると、パルスレーザ光Ｓ３の波長が増幅波長領域Ｓ５２と重ならないため、パルスレーザ光Ｓ３が増幅されない。また、設定温度ＳＭＴｔが設定温度ＳＭＴｆ以下であると、同じく、パルスレーザ光Ｓ３の波長が増幅波長領域Ｓ５２と重ならないため、パルスレーザ光Ｓ３が増幅されない。
【０１４３】
そこで、設定温度ＳＭＴｔは、たとえば設定温度ＳＭＴｆと設定温度ＳＭＴｐとの間の温度（たとえば中間の温度）に設定されてもよい。これにより、増幅ゲインの高い波長領域を用いてパルスレーザ光Ｓ３を増幅し得る。その結果、増幅効率を向上し得る。なお、設定温度ＳＭＴｆと設定温度ＳＭＴｐとの中間の設定温度ＳＭＴｔは、以下の式（５）から求め得る。
ＳＭＴｔ＝（ＳＭＴｆ＋ＳＭＴｐ）／２    …（５）
【０１４４】
４．３．３  計測動作
つぎに、計測システム３８０およびレーザコントローラ３５０による制御パラメータの取得動作について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、レーザコントローラ３５０の動作に着目して説明する。
【０１４５】
図３７は、計測システム３８０およびレーザコントローラ３５０による制御パラメータ取得動作の一例を示す。よって、図３５のように半導体レーザ装置３１０の出力部には計測システム３８０が設置されているとよい。図３７に示されるように、レーザコントローラ３５０は、まず、計測対象の半導体レーザを選択してもよい（ステップＳ３０１）。ただし、半導体レーザ装置３１０が１つの半導体レーザのみを備える場合、このステップＳ３０１は省略されてもよい。
【０１４６】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、不図示のタイマをリセットしてもよい（ステップＳ３０２）。つぎに、レーザコントローラ３５０は、保持された複数の制御パラメータセットから１つの制御パラメータセットを選択してもよい（ステップＳ３０３）。各制御パラメータセットには、半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスの電流値Ｉ、パルス幅Ｗ、半導体レーザ素子３１２の温度調節器の設定温度ＳＭＴｔ、および繰返し周波数ｆが含まれていてもよい。また、複数の制御パラメータセットは、たとえば記録装置３５１に保持されていてもよい。レーザコントローラ３５０は、記録装置３５１に記録された複数の制御パラメータセットを読み出し、これらのうち１つを選択してもよい。
【０１４７】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、選択した制御パラメータセットに含まれる制御パラメータを、半導体レーザ装置３１０の半導体レーザコントローラ３１１へ送信することで、これに制御パラメータを設定してもよい（ステップＳ３０４）。つぎに、レーザコントローラ３５０は、所定の繰返し周波数ｆで、発振トリガを半導体レーザコントローラ３１１へ入力することで、半導体レーザ装置３１０を所定の繰返し周波数ｆでレーザ発振させてもよい（ステップＳ３０５）。つぎに、レーザコントローラ３５０は、タイマによる経過時間の計測を開始してもよい（ステップＳ３０６）。
【０１４８】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、半導体レーザ装置３１０から出力されるパルスレーザ光Ｓ３の初期波長λｐを計測してもよい（ステップＳ３０７）。初期波長λｐは、たとえば計測システム３８０のラインセンサ３８７から入力されたイメージデータに基づいて計測することができる。
【０１４９】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、パルスレーザ光Ｓ３のチャーピング特性を計測してもよい（ステップＳ３０８）。チャーピング特性の計測は、たとえばラインセンサ３８７から入力されたイメージデータの時間変化に基づいて計測することができる。
【０１５０】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、パルスレーザ光Ｓ３のチャーピング特性が定常状態になったか否かを判定してもよい（ステップＳ３０９）。チャーピング特性が定常状態となったか否かは、たとえば直前数回分のパルスレーザ光Ｓ３のチャーピング特性が十分に一致しているか否かなどに基づいて判定することができる。チャーピング特性が定常状態になっていない場合（ステップＳ３０９；ＮＯ）、レーザコントローラ３５０は、ステップＳ３０７へリターンして、次のパルスレーザ光Ｓ３の初期波長λｐとチャーピング特性とを計測してもよい（Ｓ３０７，Ｓ３０８）。
【０１５１】
一方、チャーピング特性が定常状態となっている場合（ステップＳ３０９；ＹＥＳ）、レーザコントローラ３５０は、タイマによって計測された経過時間Ｔｗを取得してもよい（ステップＳ３１０）。パルスレーザ光Ｓ３のチャーピング特性は、半導体レーザ素子３１２の温度が定常状態となるまで安定しない場合がある。そこで、チャーピング特性が定常状態となるまでに要する経過時間Ｔｗを取得しておくことで、実稼働時に容易にチャーピング特性が定常状態となったか否かを判定することが可能となる。
【０１５２】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、パルスレーザ光Ｓ３の最終波長λｆを計測してもよい（ステップＳ３１１）。最終波長λｆは、たとえば計測システム３８０のラインセンサ３８７から入力されたイメージデータに基づいて計測することができる。
【０１５３】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、以上の動作によって選択中の半導体レーザ装置３１０に関して取得した初期波長λｐ、最終波長λｆおよび経過時間Ｔｗの値を、選択中の半導体レーザ装置３１０の識別情報および制御パラメータセットに対応づけて、記録装置３５１に保存してもよい（ステップＳ３１２）。
【０１５４】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、選択中の半導体レーザ装置３１０について、全ての制御パラメータセットでの計測を完了したか否かを判定してもよい（ステップＳ３１３）。全ての制御パラメータでの計測を完了していない場合（ステップＳ３１３；ＮＯ）、レーザコントローラ３５０は、ステップＳ３０２へリターンして、以降の動作をくり返してもよい。
【０１５５】
その後、全ての制御パラメータでの計測を完了すると（ステップＳ３１３；ＹＥＳ）、つぎに、レーザコントローラ３５０は、全ての半導体レーザ装置３１０について、上記した計測を完了したか否かを判定してもよい（ステップＳ３１４）。全ての半導体レーザ装置３１０に付いての計測を完了していない場合（ステップＳ３１４；ＮＯ）、レーザコントローラ３５０は、ステップＳ３０１へリターンし、以降の動作をくり返してもよい。一方、全ての半導体レーザ装置３１０に付いての計測を完了した場合（ステップＳ３１４；ＹＥＳ）、レーザコントローラ３５０は、本動作を週領してもよい。
【０１５６】
以上の動作により、全ての半導体レーザ装置３１０に関して、全ての制御パラメータセットでの計測データが、記録装置３５１に記録され得る。
【０１５７】
４．４  増幅制御動作
つぎに、レーザ装置３の増幅制御動作について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の動作は、他の実施の形態にかかるレーザ装置３Ａ〜３Ｃについても適用可能である。図３８は、レーザコントローラ３５０による増幅制御動作を示す。
【０１５８】
増幅制御動作では、レーザコントローラ３５０は、図３８に示されるように、まず、発振トリガの受付拒否を設定してもよい（ステップＳ３２１）。発振トリガは、露光装置などの外部の上位装置からレーザコントローラ３５０に入力されてもよいし、レーザコントローラ３５０内部のトリガ発生器（不図示）からレーザコントローラ３５０に与えられてもよい。
【０１５９】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、不図示のタイマをリセットしてもよい（ステップＳ３２２）。つぎに、レーザコントローラ３５０は、各半導体レーザ装置３１０の識別情報および制御パラメータセットに対応づけられた初期波長λｐ、最終波長λｆおよび経過時間Ｔｗを、記録装置３５１から読み出してもよい（ステップＳ３２３）。なお、半導体レーザ装置３１０が１つの場合は、制御パラメータセットに初期波長λｐ、最終波長λｆおよび経過時間Ｔｗが対応づけられていてもよい。
【０１６０】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、各半導体レーザ装置３１０について、この半導体レーザ装置３１０がターゲットとする増幅波長領域と、この半導体レーザ装置３１０の波長チャーピング範囲とが重なるための設定温度ＳＭＴを求めてもよい（ステップＳ３２４）。なお、設定温度ＳＭＴは、たとえば上述した式（５）により求められてもよい。
【０１６１】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、各半導体レーザ装置３１０に、ステップＳ３２３で読み出した制御パラメータと、ステップＳ３２４で求めた設定温度ＳＭＴとを設定してもよい（ステップＳ３２５）。
【０１６２】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、所定の繰返し周波数ｆで、発振トリガを半導体レーザコントローラ３１１へ入力することで、半導体レーザ装置３１０を所定の繰返し周波数ｆでレーザ発振させてもよい（ステップＳ３２６）。つぎに、レーザコントローラ３５０は、タイマによる経過時間の計測を開始してもよい（ステップＳ３３７）。
【０１６３】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、経過時間Ｔｗが経過するまで待機してもよい（ステップＳ３２８；ＮＯ）。経過時間Ｔｗが経過したか否かは、タイマのカウント値に基づいて判定されてもよい。経過時間Ｔｗが経過すると（ステップＳ３２８；ＹＥＳ）、レーザコントローラ３５０は、発振トリガの受付許可を設定してもよい（ステップＳ３２９）。これにより、レーザコントローラ３５０が、外部の上位装置や内部のトリガ発生器などから受け付けた発振トリガに基づいて半導体レーザ装置３１０をレーザ発振させることが出来るようになってもよい。
【０１６４】
その後、レーザコントローラ３５０は、制御パラメータの変更の有無を判定してもよい（ステップＳ３３０）。制御パラメータの変更は、たとえば外部の上位装置などからレーザコントローラ３５０へ与えられてもよい。制御パラメータの変更がある場合（ステップＳ３３０；ＹＥＳ）、レーザコントローラ３５０は、ステップＳ３２１へリターンし、以降の動作を再度実行してもよい。一方、制御パラメータの変更がない場合（ステップＳ３３０；ＮＯ）、レーザコントローラ３５０は、半導体レーザ装置３１０の制御を中止するか否かを判定してもよい（ステップＳ３３１）。半導体レーザ装置３１０の制御中止は、たとえば外部の上位装置などから露光中止または終了が通知されたか否かに基づいて判定されてもよい。半導体レーザ装置３１０の制御を中止する場合（ステップＳ３３１；ＹＥＳ）、レーザコントローラ３５０は、本動作を終了してもよい。一方、半導体レーザ装置３１０の制御を中止しない場合（ステップＳ３３１；ＮＯ）、レーザコントローラ３５０は、ステップＳ３２９へリターンし、以降の動作を実行してもよい。
【０１６５】
４．５  フィードバック制御が可能なＣＯ２レーザ装置の制御システム（実施の形態６）
つぎに、フィードバック制御が可能なレーザ装置３について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の構成および動作は、他の実施の形態にかかるレーザ装置３Ａ〜３Ｃについても適用可能である。
【０１６６】
４．５．１  フィードバック制御構成
図３９は、フィードバック制御のためのループを含むレーザ装置３および制御システムの構成例を概略的に示す。図３９と図３４とを比較すると分かるように、レーザ装置３のフィードバック制御システムは、モニタユニット３４０をさらに含むことができる。
【０１６７】
モニタユニット３４０は、パルスレーザ光Ｓ６の光路上において、増幅器３３０よりも下流側に配置されてもよい。このモニタユニット３４０は、ビームスプリッタ３４１と、集光レンズ３４２と、光検出器３４３とを含んでもよい。ビームスプリッタ３４１は、増幅器３３０から出力されたパルスレーザ光Ｓ６の一部を反射してもよい。集光レンズ３４２は、ビームスプリッタ３４１によって反射されたパルスレーザ光Ｓ６の一部を光検出器３４３の受光面に集光してもよい。光検出器３４３は、パルスレーザ光Ｓ６の出力タイミングＴｐを検出してもよいし、パルスレーザ光Ｓ６のパルス波形を検出してもよい。または、光検出器３４３の代わりに、パルスレーザ光Ｓ６の波長を検出する分光器が用いられてもよい。なお、モニタユニット３４０はパルスレーザ光Ｓ３を検出してもよくその場合、光検出器３４３は、パルスレーザ光Ｓ３の光路上であって、増幅器３３０よりも上流側に配置されるとよい。
【０１６８】
レーザコントローラ３５０は、モニタユニット３４０と、増幅器３３０と、半導体レーザコントローラ３１１とに接続されてもよい。レーザコントローラ３５０は、これらを制御することで、パルスレーザ光Ｓ３の出力と増幅とを制御してもよい。
【０１６９】
４．５．２  フィードバック制御動作
つづいて、フィードバック制御のためのループを含むレーザ装置３および制御システムの動作を説明する。ただし、増幅制御動作は、上述において図３８を用いて説明した動作と同様であってよい。以下では、増幅制御動作中にレーザコントローラ３５０が実行するフィードバック制御について例を挙げて説明する。増幅後のパルスレーザ光Ｓ６の出力タイミングＴｐが遅延時間を必要とする場合、目標とする遅延時間Ｔｄｔとして予め定められていてもよい。制御システムは、基本的に、モニタユニット３４０において検出される増幅後のパルスレーザ光Ｓ６の出力タイミングＴｐが目標の遅延時間Ｔｄｔ実現するように、半導体レーザ素子３１２の温度をフィードバック制御してもよい。
【０１７０】
増幅制御動作では、定期的なタイミングＴｔ＋ΔＴで、半導体レーザ装置３１０からパルスレーザ光Ｓ３が出力され得る。このパルスレーザ光Ｓ３は、リレー光学系３２０を介して、増幅器３３０に入射してもよい。増幅器３３０では、パルスレーザ光Ｓ３の波長チャーピング範囲とＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域とが重なったときに、パルスレーザ光Ｓ３が増幅され得る。その結果、増幅器３３０からは、タイミングＴｔより遅延時間Ｔｄ分遅れたタイミングＴｐで、パルスレーザ光Ｓ６が出力され得る。パルスレーザ光Ｓ６の出力タイミングＴｐは、モニタユニット３４０によって検出されてもよい。図４０に示されるように、レーザコントローラ３５０には、モニタユニット３４０が検出した出力タイミングＴｐが入力されてもよい（ステップＳ１０５）。なお、モニタユニット３４０は、パルスレーザ光Ｓ６のパルス波形や波長等を検出してもよい。
【０１７１】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、モニタユニット３４０から入力された検出結果に基づいて、出力タイミングＴｐの出力タイミングＴｔからの遅延時間Ｔｄを算出してもよい（ステップＳ１０６）。つづいて、レーザコントローラ３５０は、目標とする遅延時間Ｔｄｔと遅延時間Ｔｄとの差ΔＴｄを算出してもよい（ステップＳ１０７）。
【０１７２】
つぎに、レーザコントローラ３５０は、差ΔＴｄが０に近づくように、半導体レーザコントローラ３１１に、電流パルス波形と発振トリガＳ１のタイミング周期と半導体レーザ素子３１２の設定温度とを再設定してもよい（ステップＳ１０８）。その後、レーザコントローラ３５０は、ステップＳ１０５へリターンしてもよい。
【０１７３】
このように、レーザコントローラ３５０がステップＳ１０５からステップＳ１０８のフィードバック制御を繰り返すことで、増幅後のパルスレーザ光Ｓ６の出力タイミングＴｐが安定化し得る。
【０１７４】
５．極端紫外光生成装置（実施の形態７）
つぎに、ＥＵＶ光生成装置（ＥＵＶ光生成装置と称する）について、いくつか例を挙げて説明する。
【０１７５】
５．１  例示的なレーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置
まず、ＥＵＶ光生成装置の典型的な例について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
【０１７６】
５．１．１  構成
図４１は、例示的なレーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置（以下、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置と称する）１の構成を概略的に示す。ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ装置９０３と共に用いることができる（ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１及びレーザ装置９０３を含むシステムを、以下、ＥＵＶ光生成システムと称する）。図４１に示し、かつ以下に詳細に説明するように、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２を含むことができる。チャンバ２内は好ましくは真空あるいは大気圧より低圧である。あるいは、チャンバ２の内部にＥＵＶ光の透過率が高いガスが存在していてもよい。また、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲット供給システム（例えばドロップレット生成器２６）を更に含むことができる。ターゲット供給システムは、例えばチャンバ２の壁に取り付けられていてもよい。ターゲット供給システムは、ターゲットの材料となるスズ、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、キセノン、又はそれらのいずれかの組合せを含むことができるが、ターゲットの材料はこれらに限定されない。
【０１７７】
チャンバ２には、その壁を貫通する少なくとも１つの孔が設けられている。その貫通孔はウィンドウ２１によって塞がれていてもよい。チャンバ２の内部には例えば、回転楕円面形状の反射面を有するＥＵＶ集光ミラー２３が配置されてもよい。回転楕円面形状のミラーは、第１の焦点及び第２の焦点を有する。ＥＵＶ集光ミラー２３の表面には例えば、モリブデンとシリコンとが交互に積層された多層反射膜が形成されていてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、例えば、その第１の焦点がプラズマ生成位置（プラズマ生成領域２５）又はその近傍に位置し、その第２の焦点がＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１の設計によって定められたＥＵＶ光の集光位置（中間焦点（ＩＦ）２９２）に位置するよう配置されるのが好ましい。ＥＵＶ集光ミラー２３の中央部には貫通孔２４が設けられていてもよく、その貫通孔２４をパルスレーザ光３１が通過することができる。
【０１７８】
再び図４１を参照すると、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御システム５を含むことができる。また、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲット撮像装置４を含むことができる。
【０１７９】
更に、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２内部と露光装置６内部とを空間的に接続する接続部２９を含むことができる。接続部２９内部にはアパーチャを備えた壁２９１を含むことができ、そのアパーチャが第２の焦点位置にあるように壁２９１を設置することができる。
【０１８０】
更に、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御アクチュエータ３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット回収器２８なども含むことができる。
【０１８１】
５．１．２  動作
レーザ装置９０３から出力されたパルスレーザ光３１は、レーザ光進行方向制御アクチュエータ３４を経てウィンドウ２１を透過してチャンバ２内に入射してもよい。パルスレーザ光３１は、レーザ装置９０３から少なくとも１つのレーザビーム経路に沿ってチャンバ２内に進み、レーザ光集光ミラー２２で反射されて少なくとも１つのターゲットに照射されてもよい。
【０１８２】
ドロップレット生成器２６は、ターゲット２７をチャンバ２内部のプラズマ生成領域２５に向けて出力してもよい。ターゲット２７には、少なくとも１つのパルスレーザ光３１が照射される。レーザ光が照射されたターゲット２７はプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光が放射される。なお、１つのターゲット２７に、複数のパルスレーザ光が照射されてもよい。
【０１８３】
ＥＵＶ光生成制御システム５は、ＥＵＶ光生成システム全体の制御を統括することができる。ＥＵＶ光生成制御システム５はターゲット撮像装置４によって撮像されたターゲット２７のイメージ情報等を処理することができる。ＥＵＶ光生成制御システム５はまた、例えばターゲット２７を射出するタイミングの制御、及びターゲット２７の射出方向の制御の少なくとも１つを行うことができる。ＥＵＶ光生成制御システム５は更に、例えばレーザ装置９０３のレーザ発振タイミングの制御、パルスレーザ光３１の出力エネルギーの制御、進行方向の制御、及び集光位置変更の制御の少なくとも１つを行うことができる。上述の様々な制御は単なる例示に過ぎず、必要に応じて他の制御を追加することもできる。
【０１８４】
５．２  ＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置を適用したＥＵＶ光生成装置（実施の形態８）
つぎに、たとえば図４１に示されるＥＵＶ光生成装置１に、上述したレーザ装置３を適用した場合について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、図１に示されるレーザ装置３が図４１に示されるＥＵＶ光生成装置１に適用された場合を示す。
【０１８５】
５．２．１  構成
図４２は、実施の形態８にかかるＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す。図４２に示されるように、ＥＵＶ光生成システム１０００は、ＥＵＶ光生成コントローラ１００と、レーザ装置３と、レーザ光進行方向制御アクチュエータ３４と、チャンバ２と、ドロップレット生成器２６と、を備えてもよい。レーザ装置３は、増幅器３３０の他に、高反射ミラーＭ３１およびＭ３２と、リレー光学系３２０Ｂと、メインアンプ３３０Ｂとを備えてもよい。
【０１８６】
また、レーザ装置３は、メインアンプ３３０Ｂの下流の光路上にモニタユニット３４０を備えてもよい。また、チャンバ２には、図４１に示されるチャンバ２に加えて、ドロップレットコントローラ３５が設けられてもよい。
【０１８７】
５．２．２  動作
つぎに、図４２に示されるＥＵＶ光生成システム１０００の概略動作を説明する。ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、レーザコントローラ３５０とドロップレットコントローラ３５と露光装置コントローラ２００とに接続され、相互に制御信号を送受信してもよい。ドロップレットコントローラ３５は、ドロップレット生成器２６に、ターゲット２７の出力タイミングを指示する出力信号を送信してもよい。ドロップレット生成器２６からターゲット２７が出力されると、ターゲット撮像装置４により、ターゲット２７の位置が検出され得る。この検出データは、ドロップレットコントローラ３５に送信されてもよい。
【０１８８】
レーザコントローラ３５０は、ＥＵＶ光生成コントローラ１００からトリガ信号を受信すると、半導体レーザコントローラ３１１から電流制御器３１５に、電流パルス波形が入力されてもよい。電流制御器３１５は、電流パルス波形に基づいて、所定波形の電流パルスを半導体レーザ素子３１２に流してもよい。半導体レーザ素子３１２に電流パルスが流れると、パルスレーザ光Ｓ３が出力されてもよい。半導体レーザ素子３１２から出力されたパルスレーザ光Ｓ３は、再生増幅器３７０、プリアンプ３３０Ａ、高反射ミラーＭ３１およびＭ３２、リレー光学系３２０Ｂならびにメインアンプ３３０Ｂを通過する過程で増幅されてもよい。メインアンプ３３０Ｂの下流の光路上に配置されたモニタユニット３４０は、増幅されたパルスレーザ光Ｓ６の通過タイミング、パルスエネルギー、パルス波形、波長等を検出してもよい。レーザコントローラ３５０は、このモニタユニット３４０の検出値に基づいて、半導体レーザコントローラ３１１、増幅器３３０およびメインアンプ３３０Ｂに制御信号を送信してもよい。
【０１８９】
５．２．２．１  ターゲットにパルスレーザ光を照射するタイミングの制御フロー
つぎに、チャンバ２内に供給されたターゲット２７にパルスレーザ光Ｓ６を照射するタイミングを制御する動作について、図面を参照に詳細に説明する。
【０１９０】
５．２．２．１．１  メインフロー
図４３は、ターゲットにパルスレーザ光を照射するタイミングを制御する動作を示す。図３１に示されるように、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、最初に半導体レーザ装置３１０の波長チャーピング範囲の少なくとも一部がＣＯ２ガス増幅媒体の増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７の少なくとも一部に重なるように設定するサブルーチン（チャーピング範囲調節処理）を実行してもよい（ステップＳ２０１）。
【０１９１】
つぎに、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、露光装置コントローラ２００からＥＵＶ光の発光を要求する命令信号を受信するまで待機してもよい（ステップＳ２０２；ＮＯ）。命令信号を受信すると（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、次のステップにおいてターゲット２７がプラズマ生成領域２５に到達するタイミングと、パルスレーザ光Ｓ６がプラズマ生成領域２５に集光されるタイミングとを調節するサブルーチン（タイミング調節処理）を実行してもよい（ステップＳ２０３）。
【０１９２】
その後、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、露光装置コントローラ２００からＥＵＶ光の発光の停止を要求する命令信号を受信したか否かを判定してもよい（ステップＳ２０４）。命令信号を受信していない場合（ステップＳ２０４；ＮＯ）、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、ステップＳ２０３にリターンしてもよい。一方、命令信号を受信していた場合（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、ステップＳ２０１にリターンしてもよい。
【０１９３】
なお、ドロップレットコントローラ３５からドロップレット生成器２６にターゲット２７を出力するための信号が入力されると、ドロップレット生成器２６は、プラズマ生成領域２５に向けてターゲット２７を出力してもよい。そして、ターゲット２７がプラズマ生成領域２５に到達するタイミングに合わせて、プラズマ生成領域２５にパルスレーザ光３３が集光されてもよい。
【０１９４】
５．２．２．１．２  チャーピング範囲調節処理
ここで、半導体レーザ装置３１０の半導体レーザ素子３１２の温度を制御するために、半導体レーザ装置３１０には温度調節器であるペルチェ素子３１３が設けられてもよい。そこで、図４３のステップＳ２０１におけるチャーピング範囲調節処理では、図４４に示されるように、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、半導体レーザ装置３１０の発振波長のチャーピング範囲の少なくとも一部が増幅器３３０およびメインアンプ３３０Ｂの増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７の少なくとも一部と重なるように、このペルチェ素子３１３の設定温度ＳＭＴ、半導体レーザ素子３１２に流す電流パルスのパルス幅Ｗ（時間的長さ）および電流パルスの電流値Ｉの少なくともいずれか設定し、安定化するよう制御してもよい（ステップＳ２１１）。その後、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、図４３に示される動作へリターンしてもよい。
【０１９５】
５．２．２．１．３  タイミング調節処理
また、図４３におけるタイミング調節処理では、図４５に示されるように、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、まず、ドロップレット生成器２６にターゲット２７の出力を要求するドロップレット出力命令が送信されてからプラズマ生成領域２５にターゲット２７が到達するまでのドロップレット到達時間Ｔｓを取得してもよい（ステップＳ２２１）。プラズマ生成領域２５へのターゲット２７の到達は、たとえばターゲット撮像装置４がターゲット２７の画像を取得したタイミングに基づいて検出することができる。たとえば、ドロップレット到達時間Ｔｓは、ドロップレット出力命令の出力タイミングからターゲット撮像装置４によってターゲット２７が検出されるまでの時間を計測することで取得することができる。ターゲット撮像装置４によるターゲット２７検出位置がプラズマ生成領域２５と一致しない場合がある。このような場合は、ドロップレット生成器２６から、ターゲット撮像装置４によるターゲット２７の検出位置までの距離ＤＳ１と、プラズマ生成領域２５までの距離ＤＳ２を計測しておいてもよい。そして、ドロップレット出力命令の出力タイミングからターゲット２７が検出されるまでの時間と距離ＤＳ１からドロップレット２７の速度が計算してもよい。この計算結果をもとに距離ＤＳ２におけるドロップレット到達時間Ｔｓを算出するようにしてもよい。
【０１９６】
つぎに、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、半導体レーザ装置３１０に発振トリガを入力してからプラズマ生成領域２５にパルスレーザ光Ｓ６が到達するまでのレーザ光到達時間Ｔｆを取得してもよい（ステップＳ２２２）。レーザ到達時間Ｔｆの取得では、たとえば半導体レーザ装置３１０に発振トリガを入力してからモニタユニット３４０でパルスレーザ光Ｓ６が検出されるまでの時間Ｔｆ０を検出してもよい。つづいて、この時間Ｔｆ０に、予め取得しておいたモニタユニット３４０からプラズマ生成領域２５までのパルスレーザ光の到達時間Ｔｘが加算されてもよい。この加算された値が、レーザ到達時間Ｔｆとして取得され得る。なお、モニタユニット３４０からプラズマ生成領域２５までのパルスレーザ光Ｓ６の到達時間Ｔｘは、実測値であってもよいし、モニタユニット３４０からプラズマ生成領域２５までの光路長から計算された計算値であってもよい。
【０１９７】
つぎに、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、ドロップレット到達時間Ｔｓからレーザ光到達時間Ｔｆを引き算することで、タイムラグＴＬを算出してもよい（ステップＳ２２３）。このタイムラグＴＬは、たとえば同時にドロップレット出力命令と発振トリガとが出力された際に、プラズマ生成領域２５にターゲット２７が到達するタイミングと、プラズマ生成領域２５にパルスレーザ光が到達するタイミングとの差であってもよい。このタイムラグＴＬ分、ドロップレット出力命令の出力タイミングに対して発振トリガの出力タイミングを時間的に遅延させることで、ドロップレット２５とパルスレーザ光Ｓ６とを略同時にプラズマ生成領域２５に到達させることが可能となる。このタイムラグＴＬは上述した遅延時間Ｔｄｒや遅延時間Ｔｄｔの決定に利用されてもよい。
【０１９８】
その後、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、ドロップレット生成器２６にドロップレット出力命令を送信してもよい（ステップＳ２２４）。また、ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、この送信タイミングからタイムラグＴＬ分遅れたタイミングで、半導体レーザコントローラ３１１Ａに発振トリガを入力してもよい（ステップＳ２２５）。これにより、プラズマ生成領域２５においてターゲット２７にパルスレーザ光が照射されるように両者のタイミングを同期することができる。
【０１９９】
５．３  複数のＱＣＬ半導体レーザをＭＯとするＣＯ２レーザ装置を適用したＥＵＶ光生成装置（実施の形態９）
また、図４１に示されるＥＵＶ光生成装置１には、レーザ装置３の代わりに、他の実施の形態にかかるレーザ装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃが適用されてもよい。
【０２００】
５．３．１  構成
図４６は、図２９に示されるレーザ装置３Ｃが適用されたＥＵＶ光生成システム１０００Ａの構成例を概略的に示す。図４６に示されるように、ＥＵＶ光生成システム１０００Ａは、図４２に示されるＥＵＶ光生成システム１０００と同様の構成において、レーザ装置３の代わりに、半導体レーザシステム３Ｃを備えてもよい。その他の構成は、図４２に示されるＥＵＶ光生成システム１０００と同様であってもよい。
【０２０１】
５．３．２  動作
つぎに、図４６に示されるＥＵＶ光生成システム１０００Ａの概略動作を説明する。ＥＵＶ光生成コントローラ１００は、レーザコントローラ３５０とドロップレットコントローラ３５と露光装置コントローラ２００とに接続され、相互に制御信号を送受信してもよい。
【０２０２】
ドロップレットコントローラ３５は、ドロップレット生成器２６に、ターゲット２７の出力タイミングを指示する出力信号を送信してもよい。ドロップレット生成器２６からターゲット２７が出力されると、ターゲット撮像装置４により、ターゲット２７の位置が検出されてもよい。この検出データは、ドロップレットコントローラ３５に送信されてもよい。
【０２０３】
レーザコントローラ３５０は、ＥＵＶ光生成コントローラ１００からトリガ信号を受信すると、半導体レーザコントローラ３１１Ａに半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎに電流パルスを入力する発振トリガを各々送信してもよい。半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎから出力されたパルスレーザ光は、光路調整部３６０により光路が重ね合わされてもよい。光路が重ね合わされたパルスレーザ光Ｓ３は、再生増幅器３７０、プリアンプ３３０Ａ、高反射ミラーＭ３１およびＭ３２、リレー光学系３２０Ｂならびにメインアンプ３３０Ｂを通過する過程で増幅されてもよい。メインアンプ３３０Ｂの下流の光路上に配置されたモニタユニット３４０は、パルスレーザ光の通過タイミング、パルスエネルギー、パルス波形、波長等を検出してもよい。レーザコントローラ３５０は、このモニタユニット３４０の検出値に基づいて、半導体レーザコントローラ３１１Ａ、再生増幅器３７０、プリアンプ３３０Ａおよびメインアンプ３３０Ｂに制御信号を送信してもよい。
【０２０４】
なお、ＥＵＶ光生成システム１０００Ａにおける、チャンバ２内に供給されたターゲット２７にパルスレーザ光Ｓ６を照射するタイミングを制御する動作は、上述において図４３〜図４５を用いて説明した動作と同様であってもよい。また、半導体レーザシステム３Ｃは、再生増幅器３７０を備える点を除いては図１６〜図２８を用いて説明した半導体レーザシステム３Ｂと同様の動作であってよい。再生増幅器３７０の動作は図１１、１２を用いて説明した動作と同様であってよい。
【０２０５】
６．補足説明
６．１  複数のＱＣＬ半導体レーザ光の光路調整部
また、上述における光路調整部３６０の一例を、以下に説明する。
【０２０６】
６．１．１  発振波長が各々異なる複数のＱＣＬ半導体レーザ光の光路調整部
図４７は、光路調整部３６０として反射型のグレーティング３６１を用いた場合を示す。たとえば異なる波長のレーザ光を同じ入射角度でグレーティング３６１に入射させた場合、それらのｍ次回折光（ｍは正の整数、例えば１）は異なる角度で回折する。この際、入射の角度αと回折の角度βと波長λとの関係は、以下の式（６）を満足する。式（６）において、ｍは回折光の次数である。
ｍλ＝ａ（ｓｉｎα±ｓｉｎβ）    …（６）
【０２０７】
そこで図４７に示されるように、半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎそれぞれから出力された異なる波長（λ１〜λｎ）のパルスレーザ光のｍ次回折光が同じ角度βでグレーティング３６１で回折するように、グレーティング３６１に対して半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎが配置されてもよい。この際、半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎそれぞれから出力されたパルスレーザ光のグレーティング３６１に対する入射角度を角度α１〜αｎとすると、グレーティング３６１に対する半導体レーザ３１０−１〜３１０−ｎの配置は、以下の式（７）を満足する。
ｍλ１＝ａ（ｓｉｎα１±ｓｉｎβ）
ｍλ２＝ａ（ｓｉｎα２±ｓｉｎβ）
・・・
ｍλｎ＝ａ（ｓｉｎαｎ±ｓｉｎβ）    …（７）
【０２０８】
このように、グレーティング３６１を用いることで、コンパクトで簡易な構成の光路調整部３６０を実現できる。なお、本例では、反射型のグレーティング３６１を使用した。ただし、これに限定されず、透過型のグレーティングを用いてもよい。
【０２０９】
６．１．２  発振波長が同一の複数のＱＣＬ半導体レーザ光の光路調整部
また、グレーティング３６１による光路調整部３６０は、同一の波長のパルスレーザ光の光路の重ね合わせにも使用することができる。この場合、異なる次数の回折光の光路を一致させればよい。たとえば図４８に示されるように、それぞれが同じ波長で発振する３つの半導体レーザ３１０−１〜３１０−３から出力されたパルスレーザ光の光路を一致させる場合、半導体レーザ３１０−１から出力されたパルスレーザ光のグレーティング３６１による−１次回折光と、半導体レーザ３１０−２から出力されたパルスレーザ光のグレーティング３６１による０次回折光と、半導体レーザ３１０−３から出力されたレーザ光のグレーティング３６１による＋１次回折光とが同じ角度βで回折するように、グレーティング３６１に対して半導体レーザ３１０−１〜３１０−３を配置してもよい。この場合、半導体レーザ３１０−１〜３１０−３それぞれから出力されたパルスレーザ光のグレーティング３６１に対する入射角度を角度α−１，α０，α＋１とすると、グレーティング３６１に対する半導体レーザ３１０−１〜３１０−３の配置は、以下の式（８）を満足する。
ｍλ−１＝ａ（ｓｉｎα−１±ｓｉｎβ）
ｍλ０＝ａ（ｓｉｎα０±ｓｉｎβ）
ｍλ＋１＝ａ（ｓｉｎα＋１±ｓｉｎβ）    …（８）
【０２１０】
このように同じ波長のパルスレーザ光の光路を一致させる場合でも、グレーティング３６１を用いることで、コンパクトで簡易な構成の光路調整部３６０を実現できる。なお、本例でも、透過型のグレーティングを用いてよい。
【０２１１】
６．２  マルチ縦モード発振の半導体レーザを適用した場合
半導体レーザ装置３１０として、マルチ縦モードの半導体レーザを用いてもよい。たとえば図５に示される外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂをマルチ縦モードの半導体レーザとして用いる場合、図３１に示される選択波長範囲Ｓ８のグレーティング３１２７の代わりに、図４９に示されるようなブロードな選択波長範囲Ｓ８１のグレーティングを用いればよい。図４９に示される例では、１０本の縦モードで外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂを発振させる場合を示している。
【０２１２】
ただし、この場合であっても、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂから出力されるパルスレーザ光の初期波長が対応する増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６よりも短波長となるように、外部共振器型半導体レーザ装置３１０Ｂを発振させるとよい。半導体レーザ素子３１２Ｂに電流が流されると、図５０に示されるように、各縦モードＬ３〜Ｌ１２で波長チャーピングが発生する。図５１に示されるように、縦モードＬ３〜Ｌ１２の波長チャーピング範囲Ｒ４ａ〜Ｒ４ｊと各々の増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６との重なりの期間、各増幅波長領域Ｓ５２〜Ｓ５６で増幅されたパルスレーザ光Ｓ６２〜Ｓ６６が出力される。ただし、波長チャーピング時に増幅波長領域Ｓ５１〜Ｓ５７と重ならない縦モードＬ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１０，Ｌ１２は、増幅されない。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【０２１５】
１  ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置
２  チャンバ
３  レーザ装置
４  ターゲット撮像装置
５  ＥＵＶ光生成制御システム
６  露光装置
２１  ウィンドウ
２２  レーザ光集光ミラー
２３  ＥＵＶ集光ミラー
２４  貫通孔
２５  プラズマ生成領域
２６  ドロップレット生成器
２７  ターゲット（ドロップレットターゲット）
２８  ターゲット回収器
２９  接続部
２００  露光装置コントローラ
２９１  壁
２９２  中間焦点（ＩＦ）
３１  パルスレーザ光
３２  パルスレーザ光
３３  パルスレーザ光
３４  レーザ光進行方向制御アクチュエータ
１００  ＥＵＶ光生成装置コントローラ
１０００  ＥＵＶ光生成システム
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ  半導体レーザ装置
３１０−１〜３１０−５  半導体レーザ
３１０Ｓ  半導体レーザシステム
３１１、３１１Ａ  半導体レーザコントローラ
３１２、３１２Ａ、３１２Ｂ  半導体レーザ素子
３１３  ペルチェ素子
３１４  温度コントローラ
３１５  電流制御器
３１６  温度センサ
３２０  リレー光学系
３３０  増幅器
３３０Ａ  プリアンプ
３３０Ｂ  メインアンプ
３３１、３３２、３３６、３３７  ウィンドウ
３３３、３３４  ミラー
３３５  チャンバ
３４０  モニタユニット
３４１  ビームスプリッタ
３４２  集光レンズ
３４３  光検出器
３５０  レーザコントローラ
３６０  光路調整部
３６１  グレーティング
３７０  再生増幅器
３７１  偏光ビームスプリッタ
３７２  チャンバ
３７３、３７６  ＥＯポッケルスセル
３７４  λ／４板
３７５、３７７  共振器ミラー
３８０  計測システム
３８１  集光レンズ
３８２  入射スリット
３８３  高反射ミラー
３８４  凹面ミラー
３８５  グレーティング
３８６  凹面ミラー
３８７  ラインセンサ
３１２１  パッシベーション
３１２２、３１２２Ｂ  活性層
３１２３  半導体基板
３１２４、３１２７  グレーティング
３１２５  出力結合ミラー
３１２６  コリメータレンズ
Ｌ１〜Ｌ１４  縦モード
Ｍ３１、Ｍ３２  高反射ミラー
Ｒ４ａ〜Ｒ４ｊ  波長チャーピング範囲
Ｓ１  発振トリガ
Ｓ２、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ、Ｓ２２〜Ｓ２６  電流パルス
Ｓ３、Ｓ３ａ〜Ｓ３ｃ  増幅前のパルスレーザ光
Ｓ３２〜Ｓ３６  パルスレーザ光
Ｓ４、Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃ  パルスレーザ光の波長
Ｓ５１〜Ｓ５７  増幅波長領域
Ｓ６、Ｓ６１〜Ｓ６７、Ｓ６２ｃ〜Ｓ６６ｃ  増幅後のパルスレーザ光
Ｓ７、Ｓ７ａ〜Ｓ７ｃ  活性層の温度
Ｓ８  グレーティングの波長選択範囲
Ｓ９１、Ｓ９２  電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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