(57)【要約】【課題】  ＭＯＰＯ方式の利点、特に、増幅効率が高いという利点を維持したまま、ブロードなスペクトル成分が含まれる比率を抑制したＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置を提供すること。【解決手段】  狭帯域化シードレーザ光を放出する発振用レーザと、注入されるシードレーザ光を増幅する増幅用レーザとからなるＭＯＰＯ方式露光用２ステージガスレーザ装置において、２ステージガスレーザ装置から放出されるレーザ光のパルスエネルギーＰ（ＭＯＰＯ）が定格エネルギーＥｓとなる条件下において、増幅用レーザを単独で動作させた場合に放出される狭帯域化されていないレーザ光のパルスエネルギーＰ（ＡＭＰ）がほぼ０となるように構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが封入された発振用レーザチャンバと、この発振用レーザチャンバ内に配置され、第１の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される一対の放電電極と、レーザ共振器とを含む発振用ガスレーザと、
レーザガスが封入された増幅用レーザチャンバと、この増幅用レーザチャンバ内に配置され、第２の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される一対の放電電極と、リア側ミラーと出力ミラーとからなるレーザ共振器とを含み、上記発振用ガスレーザから放出され、増幅用レーザチャンバ内に入射して、上記一対の放電電極間の放電空間に注入されるレーザ光を増幅して放出する増幅用ガスレーザと、上記発振用ガスレーザと上記増幅用ガスレーザとの発光タイミングを調整する同期コントローラとを含むＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置において、
上記増幅用ガスレーザは、該増幅用ガスレーザのみ放電させたときに出力されるレーザ出力がほぼ０となるように設定されている
ことを特徴とするＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項２】
上記発振用レーザのレーザ共振器は、レーザ光を狭帯域化する狭帯域化モジュールを有する
ことを特徴とする請求項１記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項３】
上記増幅用ガスレーザから放出されるレーザ光のパルスエネルギーが露光に必要な所定の定格エネルギーである
ことを特徴とする請求項１もしくは２のいずれか1項に記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項４】
上記発振用ガスレーザから放出されるレーザ光は、上記増幅用レーザの放電空間の略全域に所定以上のエネルギー密度で注入されるように増幅用レーザチャンバ内に入射するよう設定されている
ことを特徴とする請求項１、２、３のいずれか１項に記載されたＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項５】
上記増幅用レーザのレーザ共振器は安定共振器を構成していて、
上記発振用ガスレーザから放出されるレーザ光が、上記リア側ミラーの周辺から上記増幅用レーザのレーザ共振器中に導入するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項６】
上記増幅用レーザのレーザ共振器は安定共振器を構成していて、
上記発振用ガスレーザから放出されるレーザ光が、上記出力ミラーの周辺から上記増幅用レーザのレーザ共振器中に導入するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項７】
上記リア側ミラーには孔部が設けられていて、
上記発振用レーザと上記増幅用レーザとの間に、上記発振用レーザで発振されたレーザ光のビーム形状を圧縮する機能と、上記発振用段レーザで発振されたレーザ光の発散を拡大する機能を有する変換光学系を備え、この変換光学系により変換されたレーザ光が上記孔部を通過するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項８】
上記出力ミラーには孔部が設けられていて、
上記発振用レーザと上記増幅用レーザとの間に、上記発振用レーザで発振されたレーザ光のビーム形状を圧縮する機能と、上記発振用段レーザで発振されたレーザ光の発散を拡大する機能を有する変換光学系を備え、この変換光学系により変換されたレーザ光が上記孔部を通過するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項９】
上記変換光学系は、１つ以上のビーム幅縮小プリズムからなる
ことを特徴とする請求項７もしくは８のいずれか１項に記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項１０】
上記変換光学系は、第１の正レンズと焦点距離が上記第１の正レンズの焦点距離より短い第２正レンズとを共焦点で配置してなる望遠光学系である
ことを特徴とする請求項７もしくは８のいずれか１項に記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項１１】
上記変換光学系は、正レンズと焦点距離が上記第１の正レンズの焦点距離より短い負レンズとを共焦点で配置してなる望遠光学系である
ことを特徴とする請求項７もしくは８のいずれか１項に記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項１２】
上記増幅用ガスレーザから放出されるレーザ光のパルスエネルギーが露光に必要な所定の定格エネルギーとなるように、増幅用レーザの一対の放電電極間距離、電極幅の少なくとも１つが調整されている
ことを特徴とする請求項４，５，６，７，８，９，１０，１１のいずれか１項に記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【請求項１３】
上記ＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置が、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかである
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２のいずれか１項に記載のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置に関するものであり、更に詳細にはブロードなスペクトル成分が含まれる割合が小さいレーザ光を出力可能なＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められている。従来、半導体露光用光源として、波長２４８ｎｍの紫外線を放出するＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。また、現在、より短波長の露光用光源として、波長１９３ｎｍの紫外線を放出するＡｒＦエキシマレーザ装置が実用段階に到達しつつある。さらには、次世代を担う半導体露光用光源として、波長１５７ｎｍの紫外線を放出するフッ素分子（Ｆ２）レーザ装置の採用が有力視されている。
【０００３】
近年、露光装置のスループットの向上と超微細加工の均一化が要請されている。そのためには、次の二点が必要とされている。
【０００４】
第一点目はレーザ光の高出力化である。高出力化のためには、前記レーザから出力されるレーザパルスの１パルスあたりのパルスエネルギーを増加させる方法がある。また、１パルスあたりのパルスエネルギーが低い場合は、繰り返し周波数を増加させる方法によってエネルギー不足分を補うことができる。
【０００５】
第二点目はスペクトルの超狭帯域化である。スペクトルの超狭帯域化のためには、例えば、プリズムとグレーティングで構成される狭帯域化モジュール（Line Narrow Module、以下「ＬＮＭ」という）の高分解能化による方法や、下記特許文献１に記載されているようなレーザパルスのロングパルス化等による方法がある。
【０００６】
しかしながら、ＬＮＭの高分解能化やロングパルス化は、一般的に光学的ロスを増加させるため、パルスエネルギーの低下を招く。つまり、スペクトルの超狭帯域化とパルスエネルギーの増加とは相反する関係にある。また、コスト低減ということを前提に考えると、繰り返し周波数の増加、例えば４kHzを超える繰り返し周波数は技術的ハードルが高い。このため、１台のチャンバのみを有するエキシマレーザ装置やフッ素分子レーザ装置において超狭帯域化スペクトルを維持しつつ、繰り返し周波数を増加させて高出力化を実現するには限界がある。
【０００７】
そこで、上記二点を共に満たすべく、発振用レーザ及び増幅用レーザもしくは増幅器を備えた２ステージレーザが、例えば、下記特許文献２等で提案されている。発振用レーザ及び増幅用レーザもしくは増幅器は共にレーザガスが封入され且つ１対の対向する電極が設けられたチャンバを有する。発振用チャンバの電極間で放電が生ずると、レーザガスが励起され励起状態に遷移し、更にこの励起状態から基底状態に遷移する際に光が発生する。この光のエネルギーがある程度増幅されると、発振用レーザからレーザ光（シード光）が出力される。出力されたレーザ光は増幅用チャンバに注入される。増幅用チャンバの電極間で放電が生ずると、注入されたレーザ光のエネルギーが増幅されて出力される。
【０００８】
すなわち、発振段レーザから放出されるレーザビームはレーザシステムのシードレーザビーム（種レーザビーム）としての機能を有する。増幅段レーザ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、主に発振段レーザのスペクトル特性によりレーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。そして、レーザシステムからのレーザ出力（エネルギまたはパワー）は、主に増幅段レーザによって決定される。
【０００９】
この２ステージレーザには、増幅側に共振器を持たない増幅器を用いる形式（ＭＯＰＡ方式（Master Oscillator Power Amplifier）と呼ばれる）と、増幅側にレーザ共振器を有する増幅用レーザを用いる形式（ＭＯＰＯ方式（Master Oscillator Power Oscillator）と呼ばれる）がある。
【００１０】
図１２にＭＯＰＯ方式による２ステージレーザ装置の構成例を示す。また、図１３（ａ）は発振用チャンバ及びその近傍の構成図であり、図１３（ｂ）は増幅用チャンバ及びその近傍の構成図である。図１２ではＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置を示している。なお、これ以降、増幅側が増幅用レーザ装置であるＭＯＰＯ方式を例に取って説明するが、増幅側が増幅器であるＭＯＰＡ方式でも、レーザ共振器が設けられていない部分以外、構成は同等である。
【００１１】
２ステージレーザ装置においては、発振用レーザ（osc）１００でシード光（種レーザ光）が生成され狭帯域化される。そして、増幅用レーザ（amp）３００でそのシード光が増幅される。すなわち、主に発振用レーザ１００から出力されるレーザ光のスペクトル特性によってレーザシステム全体のスペクトル特性が決定され、主に増幅用レーザ３００によってレーザシステム自体のレーザ出力（エネルギーまたはパワー）が決定される。増幅用レーザ３００から出力されるレーザ光は露光装置３に入力され、このレーザ光は露光対象（例えばウエハ）の露光に用いられる。
【００１２】
発振用レーザ１００は、発振用チャンバ１０と、充電器１１と、発振用高電圧パルス発生器１２と、ガス供給・排気ユニット１４と、冷却水供給ユニット１５と、ＬNＭ１６と、フロントミラー１７と、第１のモニタモジュール１９と、放電検出部２０と、で構成される。
【００１３】
増幅用レーザ３００は増幅用チャンバ３０と、充電器３１と、増幅用高電圧パルス発生器３２と、ガス供給・排気ユニット３４と、冷却水供給ユニット３５と、リア側ミラー３６と、出力ミラー３７と、第２のモニタモジュール３９と、で構成される。
【００１４】
ここで発振用レーザ１００と増幅用レーザ３００について説明するが、その構成は同一する部分があるため、その部分に関しては発振用レーザ１００を代表して説明する。
【００１５】
図１３（ａ）に示す通り、発振用チャンバ１０の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって且つ放電面が対向する一対の電極（カソード電極及びアノード電極）１０ａ、１０ｂが設けられる。これらの電極１０ａ、１０ｂには、充電器１１と発振用高電圧パルス発生器１２と、で構成された電源によって高電圧パルスが印加される。すると、電極１０ａ、１０ｂ間で放電が生じ、この放電によって発振用チャンバ１０内に封入されたレーザガスが励起される。前記電源の一例を図１４に示す。
【００１６】
図１４は充電器と高電圧パルス発生器とから構成される電源、及びチャンバ内部の回路構成の一例を示す図である。
【００１７】
図１４（ａ）に示す発振用高電圧パルス発生器１２は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３を有し、２段の磁気パルス圧縮回路を備える。ここで、磁気スイッチＳＲ１は固体スイッチＳＷでのスイッチングロスの低減用のものであり、磁気アシストとも呼ばれる。なお、固体スイッチＳＷは、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である。また、第１の磁気スイッチＳＲ２と第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
【００１８】
ここで、図１４（ａ）に示す回路構成の代わりに図１４（ｂ）に示す回路構成のものを採用してもよい。図１４（ａ）は磁気圧縮回路に加え昇圧トランスＴｒ１を含む回路、図１４（ｂ）は昇圧トランスを含まず、昇圧トランスの代わりに主コンデンサＣ０の充電用のリアクトルＬ１を含む例である。
【００１９】
以下に図１４（ａ）にしたがって、回路の構成と動作を説明する。なお、図１４（ｂ）の回路は昇圧トランスにより昇圧される動作が無いだけで、他の動作は図１４（ａ）と同様なので、説明を省略する。
【００２０】
なお、増幅用レーザ３００の電源は、充電器３１と増幅用高電圧パルス発生器３２とから構成され、電極３０ａ、３０ｂ間に高電圧パルスを印加するものである。発振用レーザ１００の電源と増幅用レーザ３００の電源の構成及び動作は同じであるため、増幅用レーザ３００の電源の説明を省略する。
【００２１】
充電器１１の電圧が所定の値ＨＶに調整され、主コンデンサＣ０が充電される。このとき、固体スイッチＳＷはオフになっている。主コンデンサＣ０の充電が完了し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッチＳＷ両端にかかる電圧は主に磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる。磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖ０の時間積分値が磁気スイッチＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ１が飽和して磁気スイッチが導通状態になり、主コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴｒ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷がコンデンサＣ１に移行して、コンデンサＣ１が充電される。
【００２２】
この後、コンデンサＣ１における電圧Ｖ１の時間積分値が磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して磁気スイッチが導通状態となり、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷がコンデンサＣ２に移行して、コンデンサＣ２が充電される。
【００２３】
さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖ２の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して磁気スイッチが導通状態となり、コンデンサＣ２、ピーキングコンデンサＣｐ、磁気スイッチＳＲ３のループに電流が流れ、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷がピーキングコンデンサＣｐに移行して、ピーキングコンデンサＣｐが充電される。
【００２４】
図１４（ａ）に示すように、発振用チャンバ１０内には、第１電極９１と、この第１電極９１が挿入されている誘電体チューブ９２と、第２電極９３とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離のためのコロナ放電は、第１電極９１が挿入されている誘電体チューブ９２と第２電極９３とが接触している個所を基点として誘電体チューブ９２の外周面に発生する。ピーキングコンデンサＣｐの充電が進むにつれてその電圧Ｖｐが上昇し、Ｖｐが所定の電圧になるとコロナ予備電離部の誘電体チューブ９２表面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ９２の外周表面に紫外線が発生し、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが予備電離される。
【００２５】
ピーキングコンデンサＣｐの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサＣｐの電圧Ｖｐが上昇する。この電圧Ｖｐがある値（ブレークダウン電圧）Ｖｂに達すると、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始する。この主放電によりレーザ媒質が励起され、発振用レーザ１００の場合、レーザ光が発生する。また、増幅用レーザ３００の場合、注入されたシード光が増幅される。主放電によりピーキングコンデンサＣｐの電圧が急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。
【００２６】
固体スイッチＳＷのスイッチング動作によってこのような放電動作が繰り返し行なわれることにより、パルスレーザ発振が行われる。固体スイッチＳＷのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出する外部コントローラは、例えば、同期コントローラ８である。
【００２７】
ここで、磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、一対の電極１０ａ、１０ｂ間に短パルスの強い放電が実現される。
【００２８】
ここで、図１２、図１３に戻り、他の構成の説明をする。
【００２９】
発振用チャンバ１０の内部には、ガス供給・排気ユニット１４から供給されるレーザガスが封入される。ガス供給・排気ユニット１４は、発振用チャンバ１０内にレーザガスを供給するガス供給系と、発振用チャンバ１０内のレーザガスを排気するガス排気系とが設けられる。ガス供給・排気ユニット１４は、アルゴン（Ａｒ）ガス及びフッ素（Ｆ２）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスとを発振用チャンバ１０に供給する。各ガスの供給及び排気はガス供給・排気ユニット１４の各バルブの開閉で制御される。ガス供給・排気ユニット１４（３４）の詳細な構成は、後述する。
【００３０】
また、発振用チャンバ１０の内部には、クロスフローファン１０ｃが設けられる。クロスフローファン１０ｃによってレーザガスがチャンバ内で循環され、電極１０ａ、１０ｂ間に送り込まれる。
【００３１】
また、発振用チャンバ１０の内部には、熱交換器１０ｄが設けられる。熱交換器１０ｄは冷却水によって発振用チャンバ１０内の排熱を行う。冷却水は冷却水供給ユニット１５から供給される。冷却水の供給は冷却水供給ユニット１５のバルブの開閉で制御される。
【００３２】
発振用チャンバ１０において、レーザ光の光軸上であってレーザ光出力部分には、ウィンドウ１０ｅ、１０ｆが設けられる。ウィンドウ１０ｅ、１０ｆはレーザ光に対して透過性がある材料、例えばＣａＦ２等、で形成される。両ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、例えば、レーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直になるように設置される。
【００３３】
圧力センサＰｌは、発振用チャンバ１０内のガス圧力をモニタしており、ガス圧力を示す信号をユーティリティコントローラ５に出力する。ユーティリティコントローラ５は後述する処理に基づいて、ガス供給・排気ユニット１４に各バルブの開閉及びその開度（又はガス流量）を指示する信号を生成し出力する。すると、ガス供給・排気ユニット１４が各バルブの開閉を制御するため、発振用チャンバ１０内のガス組成やガス圧力が制御される。
【００３４】
レーザ出力はガス温度によって変化する。そこで、温度センサＴｌは、発振用チャンバ１０内の温度をモニタしており、温度を示す信号をユーティリティコントローラ５に出力する。ユーティリティコントローラ５は発振用チャンバ１０内の所望温度にすべく、冷却水供給ユニット１５にバルブの開閉及びその開度（又は冷却水流量）を指示する信号を生成し出力する。すると、冷却水供給ユニット１５がバルブの開閉を制御するため、発振用チャンバ１０内の熱交換器１０ｄに供給される冷却水の流量すなわち排熱量が制御される。
【００３５】
発振用チャンバ１０の外部であり、ウィンドウ１０ｅ側のレーザ光の光軸上にはＬＮＭ１６が設けられ、ウィンドウ１０ｆ側のレーザ光の光軸上にはフロントミラー１７が設けられる。ＬＮＭ１６は例えば拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）等の光学素子で構成される。また、ＬＮＭ１６は波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このＬＮＭ１６内の光学素子とフロントミラー１７とでレーザ共振器が構成される。
【００３６】
第１のモニタモジュール１９はフロントミラー１７を透過したレーザ光のエネルギーや出力線幅や中心波長等のレーザビーム特性をモニタする。モニタモジュール１９はレーザ光の中心波長を示す信号を生成し、この信号を波長コントローラ６に出力する。また、モニタモジュール１９はレーザ光のエネルギーを測定し、このエネルギーを示す信号をエネルギーコントローラ７に出力する。
【００３７】
なお、増幅用チャンバ３０の電極３０ａ、３０ｂ、クロスフローファン３０ｃ、熱交換器３０ｄ、ウィンドウ３０ｅ、３０ｆの構成及び機能は、上述した発振用チャンバ１０の各部の構成及び機能と同じである。また、増幅用レーザ３００に設けられた充電器３１、増幅用高電圧パルス発生器３２、ガス供給・排気ユニット３４、冷却水供給ユニット３５、第２のモニタモジュール３９、放電検出器４０、圧力センサＰ２、温度センサＴ2の構成及び機能は、上述した発振用レーザ１００側に設けられた同一要素の構成及び機能と同じである。
【００３８】
一方、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置の場合、増幅用レーザ３００には、発振用レーザ１００で設けられたＬＮＭ等からなる共振器に代わり、例えば、次に述べる不安定共振器が設けられる。
【００３９】
図１３（ｂ）に示すように、増幅用チャンバ３０の外部であり、ウィンドウ３０ｅ側のレーザ光の光軸上にはリア側ミラー３６が設けられ、ウィンドウ３０ｆ側のレーザ光の光軸上には出力ミラー３７が設けられる。リア側ミラー３６と出力ミラー３７とで、例えば倍率が３倍以上の不安定型共振器が構成される。リア側ミラー３６の反射面は凹面であって、その中央部にはミラー後方側から反射面側へレーザ光を通過させる孔が設けられる。リア側ミラー３６の反射面はＨＲ（High Reflection）コートが施される。出力ミラー３７の反射面は凸面であって、その中央部にはＨＲ（High Reflection）コートが施され、中央部周囲にはＡＲ（Anti Reflection）コートが施される。
【００４０】
発振用レーザ１００からのレーザ光は、リア側ミラー３６に設けられた孔を通過して増幅用チャンバ３０内にシードレーザ光として注入される。注入されたシードレーザ光の一部は出力ミラー３７の反射面によって反射され、ビームサイズが拡大する。そして、増幅用チャンバ３０の電極３０ａ、３０ｂ間の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、リア側ミラー３６の反射面によって反射されて再度、放電部を通過して、一部が出力ミラー３７が出射される。
【００４１】
なお、リア側ミラー３６としては、中央に孔が開いたものを使用するのではなく、孔に相当する部分のみＡＲコートが施されたミラー基板を使用してもよい。また、不安定共振器でなく安定共振器でもよい。
【００４２】
発振用レーザ１００のフロントミラー１７と増幅用レーザ３００のリア側ミラー３６との間には、反射ミラーを含むビーム伝搬部４２が設けられる。
【００４３】
フロントミラー１７を透過したレーザ光はビーム伝搬部４２によってリア側ミラー３６まで案内される。更にこのレーザ光はリア側ミラー３６の孔を通過し、増幅用チャンバ３０内を通過し、出力ミラー３７の中央部で反射される。出力ミラー３７で反射されたレーザ光は、増幅用チャンバ３０内を通過し、リア側ミラー３６の孔周囲に設けられた反射部により反射される。更に、リア側ミラー３６で反射されたレーザ光は、増幅用チャンバ３０内を通過し、出力ミラー３７の中央部周囲を透過し出力される。レーザ光が増幅用チャンバ３０の放電部すなわち電極３０ａ、３０ｂ間を通過する際に放電が発生すると、レーザ光のパワーは増幅される。
【００４４】
波長コントローラ６にはモニタモジュール１９、３９からの信号が入力される。波長コントローラ６はレーザ光の中心波長を所望の波長にすべくＬＮＭ１６内の波長選択素子（グレーティング、エタロン等）の選択波長を変化させる信号を生成し、この信号をドライバ２１に出力する。波長選択素子の選択波長は、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角を変化させることにより変化する。ドライバ２１は、受信した前記信号に基づき、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角が変化するように、ＬＮＭ１６内の光学素子（例えば、拡大プリズム、全反射ミラー、グレーティング等）の姿勢角等を制御する。なお、波長選択素子の波長選択制御はこれに限るものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合、ＬＮＭ１６内のエアギャップ内の気圧（窒素等）を制御してもよいし、ギャップ間隔を制御してもよい。
【００４５】
エネルギーコントローラ７にはモニタモジュール１９、３９からの信号が入力される。エネルギーコントローラ７は、発振用レーザ１００、および、増幅用レーザ３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーを所望の値にするために、高電圧パルス発生装置１２、３２の主コンデンサＣ０の充電電圧ＨＶ１、ＨＶ２を示す信号を生成し、この信号を同期コントローラ８に出力する。
【００４６】
同期コントローラ８にはエネルギーコントローラ７からの信号と、放電検出器２０、４０から出力される各チャンバ１０、３０における放電開始を知らせる信号とが入力される。
【００４７】
同期コントローラ８はエネルギーコントローラ７からの信号に基づいて、充電器１１、３１の充電電圧を制御する。
【００４８】
２ステージレーザ装置においては、発振用レーザから放出されたレーザビームが増幅用レーザに注入されるタイミングと増幅用レーザが放電するタイミングを調整する必要がある。すなわち、発振用チャンバ１０内での放電、発光タイミングと増幅用チャンバ３０内での放電、発光タイミングに所定の遅延時間を設ける必要がある。両者の放電、発光のタイミングがずれると、発振用レーザから放出されたレーザビームは良好に増幅されない。
【００４９】
同期コントローラ８は、放電検出器２０、４０から出力される各チャンバ１０、３０における放電開始を知らせる信号に基づき、上記遅延時間を設定する。そして、最適なタイミングで各チャンバ１０、３０において放電が発生するように、上記遅延時間を考慮したトリガ信号を高電圧パルス発生装置１２、３２の固体スイッチにそれぞれ送信する。
【００５０】
なお、一般に、コンデンサと可飽和リアクトルからなる磁気パルス圧縮回路では、コンデンサの充電電圧（Ｖ）と電荷の転送時間（ｔ）との積であるＶｔ積の値が一定という関係がある。電圧Ｖの値が大きいと転送時間ｔは短くなり、電圧Ｖが小さいと転送時間ｔは長くなる。よって、充電電圧の充電精度がばらつくと、転送時間がばらつき、結局、放電、発光タイミングがばらつくことになる。このようなばらつきを、以下、ジッタと呼ぶことにする。同期精度を向上させることが必要な場合は、ジッタの大きさを予め測定し、その分を考慮して同期コントローラによる遅延時間を設定するようにすればよい。
【００５１】
この２ステージレーザによれば、増幅用レーザもしくは増幅器にＬＮＭ等の光学的ロスとなる要素が含まれていないため、レーザ発振効率が非常に高い。したがって、所望の超狭帯域化スペクトル及びレーザ出力を得ることが可能となる。所望のレーザ出力は１パルスあたりのパルスエネルギーと繰り返し周波数の積である。例えば、次世代ＡｒＦエキシマレーザに要求される性能は、スペクトルが半値幅ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）で０．２５pm以下であり、レーザ出力が繰り返し周波数４ｋＨｚ動作時で４０Ｗ以上である。
【００５２】
なお、２ステージレーザ装置がフッ素分子（Ｆ２）レーザ装置として構成され、スペクトル線幅がＦＷＨＭで１ｐｍ以下でよい場合は、発振用レーザ１００のレーザ共振器に必ずしもＬＮＭを設ける必要はない。すなわち、フッ素分子レーザ装置から放出されるレーザ光は主な発振ラインが２つありいずれもスペクトル線幅で１ｐｍ以下であるので、ＬＮＭの代わりに上記発振ラインのうちの１本を選択するＬＳＭ（Line Select Module）を設ければよい。ＬＳＭは１個以上のプリズムからなる。ここでＬＳＭは、発振用レーザ１００のレーザ共振器内に設けてもよいし、発振用レーザ１００と増幅用レーザ３００との間、または増幅用レーザ３００の出力側に設けてもよい。
【特許文献１】特開２００１−１５６３６７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２６５号公報（第１図）
【非特許文献１】IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 26, No. 1, January 1990, p.169〜176
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５３】
上記したように２ステージレーザ装置には、増幅側がレーザ共振器を設けない増幅器であるＭＯＰＡ方式と、増幅側が不安定共振器等のレーザ共振器を設ける増幅用レーザであるＭＯＰＯ方式とがある。このＭＯＰＯ方式とＭＯＰＡ方式には次の特徴と課題がある。
【００５４】
ＭＯＰＯ
（ア） 空間コヒーレンスが高い。すなわち、ビーム横断方向のシェア量（ピンホール間隔）を同じとした場合に、干渉縞のビジビリティーが高い（欠点）
（イ） チャンバー間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が鈍感で、エネルギー安定性が高い。すなわち、同期許容幅が広い（利点）
（ウ） ＭＯＰＡ方式と比較して高出力効率であり、発振用レーザから放出されるレーザ光（シードレーザ光）のパルスエネルギーがＭＯＰＡ方式よりも小さくてよい（利点）
（エ） 発振用レーザからのレーザパルスの後半部はラウンドトリップが多くなるためスペクトル線幅が狭く、この後半部の裾部分（ｔａｉｌ）の瞬時エネルギーは小さい。ＭＯＰＯ方式の増幅部はレーザ共振器を有する増幅用レーザであって増幅効率（シードレーザ光のパルスエネルギーに対する２ステージレーザ装置から放出されるレーザ光のパルスエネルギーの比率）が大きいので、瞬時エネルギーの小さいレーザパルスの後半部の裾部分を増幅して所定のパルスエネルギーを有するレーザ光を出力させる事が可能となる。そのため、結果として、出力されるレーザ光のスペクトル線幅を細くできる（利点）
（オ） ＭＯＰＡ方式と比較してパルス幅が長い。よって、ＭＯＰＡ方式と比較してピークパワーが小さく、露光装置の光学素子等へ与えるダメージが小さい（利点）
（カ） 上記したように、ＭＯＰＯ方式の増幅用レーザは発振用レーザから注入されるシードレーザ光（時間的に一部分：上記したレーザパルスの後半部の裾部分）を増幅するので、スペクトル特性は発振段レーザと同様に狭帯域化されている。しかし増幅用レーザは、通常レーザ共振器を備えており、単独でも発振可能である。この増幅用レーザに設けられているレーザ共振器は狭帯域化手段（ＬＮＭ）を持たないため、増幅用チャンバ内の放電により発生した光のうち、増幅用レーザのレーザ共振器により共振してしまう成分も発生する。その結果、増幅用レーザ自身での放電により、増幅用チャンバ内で発生する自然放出光を種として増幅されたブロードなスペクトル成分が発生してしまう。よってＭＯＰＯ方式で生じたレーザ光には、ブロードなスペクトル成分が含まれてしまう。このようなレーザ光を露光に用いた場合、露光の解像度が低下してしまうといった不具合が生じる（欠点）
（キ） また、上記したように増幅用レーザが単独で発振可能であるため、発振用レーザでの放電発生タイミングと増幅用レーザでの放電発生タイミングとの同期ずれが発生した場合、スペクトル線幅が狭帯域化されていないフリーランレーザ光が出力されてしまう（欠点）
ＭＯＰＡ
（ア） 空間コヒーレンスが低い。すなわち、ビーム横断方向のシェア量（ピンホール間隔）を同じとした場合に、干渉縞のビジビリティーが低い（利点）
（イ） チャンバー間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が敏感で、エネルギー安定性が低い。すなわち、同期許容幅が狭い（欠点）
（ウ） ＭＯＰＯ方式と比較して低出力効率であり、発振段レーザからのレーザ（ｓｅｅｄ）エネルギーがＭＯＰＯ方式よりも必要（欠点）
（エ） 発振段レーザからのレーザパルスの後半部はラウンドトリップが多くなるためスペクトル線幅が狭くなるが、この後半部の裾部分（ｔａｉｌ）は瞬時エネルギーは小さい。ＭＯＰＡ方式の増幅部はレーザ共振器を持たず増幅効率が小さいので、所定のパルスエネルギーを有するレーザ光を出力するためには、ある程度瞬時エネルギーの大きい発振段レーザからのレーザパルスの前半部を増幅せざるを得ない。そのため、結果として、出力されるレーザ光のスペクトル線幅は細くなりにくい（欠点）
（オ） ＭＯＰＯ方式と比較してパルス幅が短い。よって、ＭＯＰＯ方式と比較してピークパワーが大きく、露光装置の光学素子等へ与えるダメージが大きい（欠点）
（カ） 増幅側の増幅器はレーザ共振器を持たないので、増幅器自身でのレーザ発振は発生しない。そのため、増幅器から出力されるレーザ光に含まれるブロードなスペクトル成分は、ＭＯＰＯ方式と比較すると少ない（利点）
（キ） また、上記したように増幅器は単独で発振可能ではないので、発振用レーザでの放電発生タイミングと増幅用レーザでの放電発生タイミングとの同期ずれが発生した場合、スペクトル線幅が狭帯域化されていないフリーランレーザ光が出力されることはない（利点）
ここで、理解を容易にするために、同期許容幅について概略的に説明する。図１５はＭＯＰＡ方式の２ステージレーザ装置における同期タイミングの説明図である。図１５に示すように、発振用レーザ１００から放出されるシードレーザパルスが存在する時間と増幅器で放電が発生してゲインが存在する時間とが重なった時間領域（図１５（ａ）の斜線部）にあるシードレーザパルスが増幅される（図１５（ｂ））。
【００５５】
従って、発振用レーザ１００で放電が発生するタイミングと増幅器で放電が発生するタイミングとがずれて、シードレーザパルスが存在する時間と増幅器でゲインが存在する時間とが重なる時間領域が変化すると（図１５（ｃ））、増幅されたレーザパルスのエネルギー、パルス幅等が変化する。（図１５（ｄ））すなわち、発振用チャンバ１０、増幅用チャンバ３０間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が敏感で、エネルギー安定性が低い。よって、所定のエネルギーの増幅レーザ光が得られるタイミングの時間幅（同期許容幅）が狭く、同期タイミングを精度よく合わせる必要がある。
【００５６】
一方、図１６にＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置における同期タイミングの説明図を示す。ＭＯＰＯ方式では、シードレーザ光のレーザパルスに含まれる瞬時の光をシードとして、増幅用レーザ３００で増幅レーザ発振が行われる。よって、シードレーザパルスが存在している任意の時間に増幅用レーザ３００で放電が発生してレーザゲインが立ち上がれば、レーザ光が得られる。
【００５７】
シードレーザパルスの瞬時エネルギーがある値（Ｅth1）以上であれば、増幅されたレーザ光のパルスエネルギーが定格エネルギーＥｓとなる場合、図１６に示す時間ｔ１内に増幅用レーザ３００で放電が発生すれば、増幅用レーザ３００から放出されるレーザ光のパルスエネルギーは定格エネルギーＥｓとなる。すなわち、発振用チャンバ１０、増幅用チャンバ３０間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が鈍感で、エネルギー安定性が高い。よって、所定のエネルギーの増幅レーザ光が得られるタイミングの時間幅（同期許容幅）が広く、同期タイミング精度は、ＭＯＰＡ方式と比較すれば、低精度でよい。
【００５８】
また、ＭＯＰＡ方式の場合は、シードレーザパルスが存在する時間と増幅用レーザ３００でレーザゲインが存在する時間とが重なる時間領域に存在するシードレーザパルスが増幅されるので、増幅されたレーザ光のレーザパルス幅は上記時間領域とほぼ同等である。一方、ＭＯＰＯ方式の場合、増幅されたレーザ光のレーザパルス幅は増幅用レーザ３００が単体で発振したときのレーザパルス幅とほぼ同等となる。一般にＭＯＰＡ方式における上記時間領域は、ＭＯＰＯ方式の増幅用レーザ３００が単体で発振したときのレーザパルス幅より短い場合が多い。そのため、ＭＯＰＡ方式と比較してＭＯＰＯ方式の方がレーザパルス幅が長い。よって、ＭＯＰＡ方式と比較して、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置から放出されるレーザ光の方が露光装置の光学素子等へ与えるダメージが小さい。
【００５９】
上記のように、ＭＯＰＡ方式とＭＯＰＯ方式の比較すると、（ア）の空間コヒーレンスの点、（カ）（キ）のレーザ光のブロードなスペクトル成分の点を除くと、ＭＯＰＯ方式の方が利点が多く、空間コヒーレンスを低くする方策、レーザ光のブロードなスペクトル成分を抑制する方策が得られれば、エキシマレーザやＦ２ レーザ等の半導体露光装置用の光源としてＭＯＰＯ方式がより適していることになる。
【００６０】
このうち、（ア）の空間コヒーレンスの点の課題については、発明者等の一部が特願２００３−２９８２８６にて提案したように、例えば、発振用レーザから放出されるレーザ光が発散を有していて、増幅用レーザのレーザ共振器が安定共振器であるように構成することにより克服することが可能である。
【００６１】
また、（キ）の同期ずれにより発生するレーザ光のブロードなスペクトル成分の点の課題については、例えば、ジッタの大きさを考慮して同期コントローラの同期精度を向上させることにより、問題を回避することが可能となる。同期コントローラの同期精度の向上例については、例えば、発明者等の一部が特願２００３−１４００７０にて提案したように、発振用高電圧パルス発生器１２、増幅用高電圧パルス発生器３２に含まれる各磁気パルス圧縮回路における電圧パルスの移行時間ｔｍと発振用チャンバ１０、増幅用チャンバ３０における各電極間に電圧が印加されてから放電が開始するまでの時間ｔｂとを考慮して、放電発生指令であるトリガ信号を発振用高電圧パルス発生器１２、増幅用高電圧パルス発生器３２へ送出するタイミングが一定となるように制御することによってなされる。また、発振用レーザ、増幅用レーザにおいて、トリガ信号から放電の発生までの時間の変動をそれぞれ測定し、測定結果に基づいて、放電発生指令であるトリガ信号を発振用高電圧パルス発生器１２、増幅用高電圧パルス発生器３２へ送出するタイミングのフィードバック制御も合わせて行っても良い。
【００６２】
一方、（カ）の増幅用レーザ自身で行われるレーザ発振により発生するレーザ光のブロードなスペクトル成分の点の課題については、発明者等の一部が特願２００３−１３０４４７にて提案したような方策を採用すれば、問題を回避することが可能となると考えられる。以下、この方策について説明する。
【００６３】
ＭＯＰＯ方式において、発振用レーザから放出され増幅用レーザに注入されるレーザ光（シードレーザ光）のパルスエネルギーが増大すると、２ステージレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル純度が向上する（上記したブロードな成分が減少する）ことが、非特許文献１に記載されている。発明者等の一部は鋭意研究の結果、単にパルスエネルギーの大小に上記スペクトル純度が依存しているのではなく、発振用レーザからのシードレーザパルス波形における瞬時エネルギーが所定値を越えていて、この所定値を越えている時間範囲内において増幅用レーザを放電させるように同期タイミングを制御することにより、上記したブロードな成分を低減することが可能であることを見出した。
【００６４】
すなわち、所望のスペクトル純度を得るには、発振用レーザからのレーザ光のレーザパルス内において、瞬時エネルギーが所定の値Ｉth以上となる時間領域ｔ１にて増幅段レーザが立ち上がるようにすることにより、２ステージレーザシステムから出力される（増幅用レーザから出力される）レーザ光のスペクトル純度が向上することを見出した。
【００６５】
図１７、図１８では、発振用レーザからのレーザ光のパルスエネルギー（図１７、図１８のレーザパルス波形の面積に相当）は等しい。従来は、非特許文献１にあるように、単にパルスエネルギーの大小に上記スペクトル純度が依存していると考えられていたので、図１８のようなレーザパルス波形を有する発振段レーザからのレーザ光を増幅しても、上記した所望のスペクトル純度を得ることが可能なはずであった。しかしながら、２ステージレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル純度は、図１７の時間領域ｔ１において増幅段レーザを動作させたとき以外、所望のスペクトル純度が得られなかった。
【００６６】
すなわち、ある時点での瞬間的なパワー密度Ｉが所定の閾値Ｉthを越えているシードレーザレーザ光を増幅用チャンバ３０に入射させ、瞬間的なパワー密度Ｉが所定の閾値Ｉthを越えている時間内に増幅用チャンバでの放電を発生させるようにすることにより、増幅用レーザ自身で行われるレーザ発振により発生するレーザ光のブロードなスペクトル成分を抑制することが可能であると考えられる。
【００６７】
しかしながら、この方式では、発振用レーザ光のパワー密度が一定の閾値Ｉthを超えていることが前提となるため、上記ＭＯＰＯ方式の特徴（ウ）に記載した増幅効率が高いという利点が低減し、発振用レーザ装置の大型化や低寿命化につながってしまうという問題が発生する。
【００６８】
本発明は、以上のような事情に鑑み成されたものであり、その課題は、ＭＯＰＯ方式の利点、特に、増幅効率が高いという利点を維持したまま、ブロードなスペクトル成分が含まれる比率を抑制したＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００６９】
発明者等は、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置において、レーザ光のパルスエネルギーが露光装置から要求される値（以下、定格エネルギーＥｓと呼ぶ）となるときの増幅用レーザ３００の動作について調べた。具体的には、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置を動作させ、発振用レーザ１００からのシードレーザ光を増幅用レーザ３００に注入したときとしないときのレーザ光のパルスエネルギー特性を調べた。
【００７０】
図１にその結果を示す。図１において、横軸は増幅用チャンバ３０内のレーザガス圧力を示し、縦軸はレーザ光のパルスエネルギーを示す。図１において、白丸で表示したデータは、発振用レーザ１００からのシードレーザ光を増幅用レーザ３００に注入したときのレーザ光のパルスエネルギーＰ（ＭＯＰＯ）を示し、黒丸で表示したデータは、発振用レーザ１００からのシードレーザ光を増幅用レーザ３００に注入しないときのレーザ光のパルスエネルギー（すなわち、増幅用レーザ３００単独で発振したレーザ光のパルスエネルギー）Ｐ（ＡＭＰ）を示す。また、同図に示すように、増幅用レーザ３００によるシードレーザ光の増幅量をＰ（ＭＯＰＯ）−Ｐ（ＡＭＰ）で表す。
【００７１】
図１から明らかなように、Ｐ（ＭＯＰＯ）が定格エネルギーＥｓとなるとき、Ｐ（ＡＭＰ）が０でないことが分る。
【００７２】
発明者らは上記事実に着目し、Ｐ（ＭＯＰＯ）が定格エネルギーＥｓとなるときにＰ（ＡＭＰ）の大きさがほぼ０となるように増幅用レーザ３００の動作を設定すれば、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザから出力されるレーザ光に含まれるブロードなスペクトル成分を著しく小さくすることが可能であることを見いだした。そのときの増幅用チャンバ３０のレーザガス圧力に対するＰ（ＭＯＰＯ）、Ｐ（ＡＭＰ）の関係を図２に示す。
【００７３】
すなわち、増幅用レーザ３００を単独で動作させるとき、出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるように、増幅用レーザ３００のレーザゲインと損失との関係を設定する。そして発振用レーザ１００からシードレーザ光が注入されたとき、シードレーザ光をシードとして増幅用レーザ３００のレーザ発振の結果、出力されるレーザ光のパルスエネルギーが定格エネルギーＥｓとなるように、発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００を構成する。
【００７４】
図２から明らかなように、Ｐ（ＭＯＰＯ）が定格エネルギーＥｓとなるとき、Ｐ（ＡＭＰ）の大きさはほぼ０となっている。
【００７５】
以上のような知見に基づき、本発明は以下のようにして課題を解決する。
【００７６】
本発明のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置は、レーザガスが封入された発振用レーザチャンバと、この発振用レーザチャンバ内に配置され、第１の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される一対の放電電極と、レーザ共振器とを含む発振用ガスレーザと、レーザガスが封入された増幅用レーザチャンバと、この増幅用レーザチャンバ内に配置され、第２の磁気パルス圧縮回路の出力端に接続される一対の放電電極と、リア側ミラーと出力ミラーとからなるレーザ共振器とを含み、上記発振用ガスレーザから放出され、増幅用レーザチャンバ内に入射して、上記一対の放電電極間の放電空間に注入されるレーザ光を増幅して放出する増幅用ガスレーザと、上記発振用ガスレーザと上記増幅用ガスレーザとの発光タイミングを調整する同期コントローラとを含むＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置において、上記増幅用ガスレーザは、該増幅用ガスレーザのみ放電させたときに出力されるレーザ出力がほぼ０となるように設定したものである。
【００７７】
ここで、上記発振用レーザのレーザ共振器は、レーザ光を狭帯域化する狭帯域化モジュールを有することが望ましい。
【００７８】
また、上記増幅用ガスレーザから放出されるレーザ光のパルスエネルギーが露光に必要な所定の定格エネルギーであるように設定することが望ましい。
【００７９】
また、上記構成において、上記発振用ガスレーザから放出されるレーザ光は、上記増幅用レーザの放電空間の略全域に所定以上のエネルギー密度で注入されるように増幅用レーザチャンバ内に入射するよう設定されていることが望ましい。
【００８０】
具体的には、上記増幅用レーザのレーザ共振器は安定共振器を構成していて、上記発振用ガスレーザから放出されるレーザ光が、上記リア側ミラーの周辺から上記増幅用レーザのレーザ共振器中に導入するように構成されていることが望ましい。
【００８１】
あるいは、上記増幅用レーザのレーザ共振器は安定共振器を構成していて、上記発振用ガスレーザから放出されるレーザ光が、上記出力ミラーの周辺から上記増幅用レーザのレーザ共振器中に導入するように構成されていることが望ましい。
【００８２】
あるいは、上記リア側ミラーには孔部が設けられていて、上記発振用レーザと上記増幅用レーザとの間に、上記発振用レーザで発振されたレーザ光のビーム形状を圧縮する機能と、上記発振用段レーザで発振されたレーザ光の発散を拡大する機能を有する変換光学系を備え、この変換光学系により変換されたレーザ光が上記孔部を通過するように構成されていることが望ましい。
【００８３】
あるいは、上記出力ミラーには孔部が設けられていて、上記発振用レーザと上記増幅用レーザとの間に、上記発振用レーザで発振されたレーザ光のビーム形状を圧縮する機能と、上記発振用段レーザで発振されたレーザ光の発散を拡大する機能を有する変換光学系を備え、この変換光学系により変換されたレーザ光が上記孔部を通過するように構成されていることが望ましい。
【００８４】
ここで、上記変換光学系は、１つ以上のビーム幅縮小プリズムから構成してもよい。
【００８５】
あるいは、上記変換光学系は、第１の正レンズと焦点距離が上記第１の正レンズの焦点距離より短い第２正レンズとを共焦点で配置してなる望遠光学系であるように構成してもよい。
【００８６】
あるいは、上記変換光学系は、正レンズと焦点距離が上記第１の正レンズの焦点距離より短い負レンズとを共焦点で配置してなる望遠光学系であるように構成してもよい。
【００８７】
ここで、上記増幅用ガスレーザから放出されるレーザ光のパルスエネルギーが露光に必要な所定の定格エネルギーとなるように、増幅用レーザの一対の放電電極間距離、電極幅の少なくとも１つが調整されていることが望ましい。
【００８８】
上記したＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置は、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、フッ素分子レーザ装置のいずれかに構成することが可能である。
【発明の効果】
【００８９】
本発明によれば、発振用レーザと発振用レーザからのシードレーザ光を増幅する増幅用レーザとからなるＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置において、増幅用ガスレーザのみ放電させたときに出力されるレーザ出力がほぼ０となるように設定したので、増幅用チャンバ内で発生する自然放出光を種として増幅されたブロードなスペクトル成分が発生することが抑制され、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置から放出されるレーザ光に含まれるブロードなスペクトル成分を、ＭＯＰＡ方式の場合方式と同様、小さくすることが出来た。そのため、露光用光源として用いた場合において、上記ブロードバンド成分による露光の解像度が低下してしまうといった不具合を回避することが可能となった。
【００９０】
また、発振用レーザでの放電発生タイミングと増幅用レーザでの放電発生タイミングとの同期ずれが万一発生した場合でも、スペクトル線幅が狭帯域化されていないフリーランレーザ光が出力されることはほとんどない。
【００９１】
ここで、ＭＯＰＯ方式のＭＯＰＡ方式に対する優位点である同期許容幅が広い点、シードレーザ光のエネルギーが小さくても良い点、スペクトル線幅を細くできる点、レーザパルス幅が広い点は、依然として成立するので、露光装置の露光用光源として最適な２ステージレーザ装置を提供することが可能となった。
【００９２】
ここで、増幅用レーザを単独で動作させても出力されるレーザ光の出力はほぼ０であり、また、発振用レーザから放出されるシードレーザ光のパルスエネルギーも小さい（１ｍＪ以下）であるので、それぞれを単独で動作させても露光装置へはレーザ光は到達しない。よって、シャッター等を設けることなく、おのおの単独で動作させてジッタの大きさや中心波長等の光品位を調査することが可能となる。
【００９３】
特に、上記シードレーザ光を増幅後、増幅用ガスレーザから放出されるレーザ光のパルスエネルギーが露光に必要な所定の定格エネルギーであるように設定することにより、露光装置の露光用光源として最適な２ステージレーザ装置とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９４】
先に説明したように、本発明の露光用ＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置は、以下のようにして構成される
（１） 増幅用レーザを単独で動作させたとき、出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるように、増幅用レーザのレーザゲインと損失との関係を設定
（２） 発振用レーザ１００から注入されるシードレーザ光をシードとした増幅用レーザのレーザ発振の結果、出力されるレーザ光のパルスエネルギーが定格エネルギーとなるように、発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００を構成
まず、上記（１）について、説明する。
【００９５】
増幅用レーザ３００を動作させるとき、ある励起強度を超えると単独でレーザ発振する。よって、増幅用レーザ３００を単独で動作させたときに出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるようにするには、レーザゲインとロスとの大小関係を規定する必要がある。そのためには、レーザゲインとロスの大きさが略一致しているように規定すればよいと考えられる。
【００９６】
具体的な方策としては、以下の設定が考えられる
（Ａ）ロスが大きくなるように設定する
（Ｂ）レーザゲインが小さくなるように設定する
まず、（Ａ）について説明する。
【００９７】
（Ａ）ロスが大きくなるように設定
増幅用レーザ３００のレーザゲインがロスに対して大きいとき、レーザの励起強度がある閾値を超えてしまい増幅用レーザ３００は単独で発振する。この場合、ロスを大きくするか、レーザゲインを小さくする必要がある。
【００９８】
ロスを大きくする方策の具体例としては、レーザ共振器の光学ロスを大きくすることによって、ロスを大きくする。光学ロスを大きくするには、以下のパラメータの少なくとも１つを調節する。
【００９９】
（ａ）レーザ共振器長
レーザ共振器において、レーザ媒質が存在しない領域、すなわち、電極３０ａ、３０ｂ間の放電領域以外の領域が占める部分の長さ（以下、共振器空走距離）を調整する。共振器空走距離が長いと、レーザ媒質が存在しない領域が長くなるので、レーザ光はその部分で減衰する。よって、共振器空走距離を調整することにより、増幅用レーザ３００を単独で動作させたときに出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるようにすることができる。なお、この構成では、共振器空走距離が長くなる分だけ増幅用レーザ３００が大きくなる。よって、露光用ＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置自体が大型化する。
【０１００】
（ｂ）リア側ミラー３６、出力ミラー３７の反射率
レーザ共振器を構成するリア側ミラー３６をレーザ発振に寄与しない程度に低下させる。または、出力ミラー３７の各反射率の少なくとも１つをレーザ発振に寄与しない程度に低下もしくは増加させる。この方法によれば、上記した共振器空走距離を調整するわけではないので、露光用ＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置自体が大型化することはない。
【０１０１】
（ｃ）レーザ共振器のアライメント
増幅用レーザ３００のレーザ共振器の光軸ずれを発生させる。具体的には、レーザ共振器を構成するリア側ミラー３６、出力ミラー３７の配置、もしくはレーザ共振器に対する増幅用チャンバ３０の位置をずらす。しかしながら、レーザ共振器のアライメントのみを調節して増幅用レーザ３００を単独で動作させたときに出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるようにすると、シードレーザ光が注入されても、もはや増幅用レーザ３００はレーザ動作を行わず単なる増幅器となってしまい、結果として２ステージレーザ装置はＭＯＰＡ方式として機能してしまう。よって、レーザ共振器のアライメントによる方法は、レーザ共振器の光軸ずれの発生度合いを小さくして、以下に示す（Ｂ）レーザゲインが小さくなるように設定方法と併用することが望ましい。
【０１０２】
（Ｂ）レーザゲインが小さくなるように設定
レーザゲインを小さくするには、以下のパラメータの少なくとも１つを調節する。
【０１０３】
（ｄ）レーザガス条件
（ｄ−１）レーザガス圧力
レーザガスの圧力を低下させると、増幅用チャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間で発生する放電の放電開始電圧が低下する。そのため、レーザ媒質であるレーザガスに放電によって注入される励起エネルギーが小さくなるので、結果としてレーザゲインが小さくなる。
【０１０４】
（ｄ−２）バッファーガス以外のレーザガス組成
２ステージレーザ装置が、ＫｒＦエキシマレーザ装置である場合、クリプトン（Ｋｒ）およびフッ素（Ｆ２）の少なくとも１方の濃度を減少させる。これにより、放電によって生成されるＫｒＦエキシマ分子の数が減少し、レーザゲインが小さくなる。
【０１０５】
２ステージレーザ装置が、ＡｒＦエキシマレーザ装置である場合、アルゴン（Ａｒ）およびＦ２の少なくとも１方の濃度を減少させる。これにより、放電によって生成されるＡｒＦエキシマ分子の数が減少し、レーザゲインが小さくなる。
【０１０６】
２ステージレーザ装置が、Ｆ２レーザ装置である場合、Ｆ２の濃度を減少させる。これにより、放電によって生成される励起Ｆ２分子の数が減少し、レーザゲインが小さくなる。
【０１０７】
（ｄ−３）バッファーガス
２ステージレーザ装置が、ＫｒＦエキシマレーザ装置、もしくは、ＡｒＦエキシマレーザ装置である場合、バッファーガスがネオン（Ｎｅ）であると、エキシマ分子を生成しやすい。よって、バッファーガスをヘリウム（Ｈｅ）、もしくはＮｅとＨｅの混合ガスにする。このようにバッファーガス種を選択することにより、放電によって生成されるエキシマ分子の数が減少し、レーザゲインが小さくなる。
【０１０８】
２ステージレーザ装置が、Ｆ２レーザ装置である場合、バッファーガスがＨｅであると、励起Ｆ２分子を生成しやすい。よって、バッファーガスをＮｅ、もしくはＮｅとＨｅの混合ガスにする。このようにバッファーガス種を選択することにより、放電によって生成される励起Ｆ２分子の数が減少し、レーザゲインが小さくなる。
【０１０９】
（ｅ）主コンデンサへの充電電圧
高電圧パルス発生装置３２の主コンデンサＣ０の充電電圧を小さくする。すなわち、増幅用チャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間に印加される電圧が小さくなるので、放電開始電圧が低下する。そのため、レーザ媒質であるレーザガスに放電によって注入される励起エネルギーが小さくなるので、結果としてレーザゲインが小さくなる。
【０１１０】
（ｆ）放電サイズ
増幅用チャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間の放電領域の長さを短くする。このように設定することによりレーザゲイン長が短くなり、レーザゲインが小さくなる。
【０１１１】
なお、上記した（Ａ）（Ｂ）の具体的な方策を、適当に組み合わせて増幅用レーザ３００を単独で動作させたときに出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるようにしてもよい。
【０１１２】
以上説明したような方策を取ることにより、増幅用レーザ３００を単独で動作させたとき、出力されるレーザ光の出力がほぼ０となる。次に（２）の発振用レーザ１００から注入されるシードレーザ光をシードとした増幅用レーザのレーザ発振の結果、出力されるレーザ光のパルスエネルギーが定格エネルギーとなるように、発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００を構成するための具体的な方策について説明する。
【０１１３】
上記したように、増幅用レーザ３００を単独で動作させたとき、出力されるレーザ光の出力がほぼ０とするために、レーザゲインとロスとの大小関係をレーザゲインとロスの大きさが略一致しているように規定した。このことは、言い換えるとＰ（ＭＯＰＯ）−Ｐ（ＡＭＰ）で表される増幅量が小さくなったことを意味する。そのため、２ステージレーザ装置から放出されるレーザ光のパルスエネルギーを定格エネルギーとするには、増幅量が小さくなった分を補償するように発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００を構成して、定格エネルギーＥｓを得る必要がある。以下、具体的な構成例について説明する。
【０１１４】
（Ｃ）ＭＯＰＯレーザビーム断面積の増大
上記したように、増幅用レーザ３００を単独で動作させたときに出力されるレーザ光の出力がほぼ０となるように設定すると、Ｐ（ＭＯＰＯ）−Ｐ（ＡＭＰ）で表される増幅量が小さくなる。そこで、増幅量を増やすために放電（レーザゲイン）体積を増加させる。このとき、放電体積を増加させるために、放電領域の長さを増加させることは、レーザゲイン長の増加となり、増幅用レーザ３００が発振しやすくなる（すなわち、上記した（Ｂ）レーザゲインを小さくする方策の（ｆ）と相反する方向になる）ので好ましくない。したがって、ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増大させることにより、上記増幅量が減少した分を補償して定格エネルギーＥｓを得る。
【０１１５】
ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増加させるには、まず、（ア）放電空間（レーザゲイン領域）を拡大させる。そのためには、増幅用レーザ３００の増幅用チャンバ３０内の電極３０ａ、３０ｂ間距離を増加させる（例えば、電極間距離＞１３ｍｍ）、あるいは電極幅を増加させる（例えば、電極幅＞３ｍｍ）、あるいはその両方を行う。（イ）さらに、その拡大した放電空間に、所定以上のエネルギー密度でレーザ光が注入されるように発振用レーザ１００から放出されるレーザ光（シードレーザ光）を入射させる必要がある。
【０１１６】
（イ）のシードレーザ光を増幅用レーザ３００へ注入する方法のうち、本発明として有効なものは、サイド注入方式や拡大注入方式である。図１３（ｂ）に示すような、従来のリア側ミラー３６に設けられた孔からシードレーザ光を増幅用チャンバ３０内に注入する孔注入方式では、ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増加させた場合には、リア側ミラー３６に設けた孔の面積も同様に拡大する必要がある。そのため、増幅用チャンバ３０内に注入後、出力ミラー３７の反射面で一部反射されてくるレーザ光のうち、上記孔を通過してしまいレーザ発振に寄与しない戻り光が多くなり、結果として増幅量を大きくすることは難しい。
【０１１７】
一方、図３に示すサイド注入方式では注入孔がなくなり、図６に示す拡大注入方式ではリア側ミラー３６に設ける孔を小さくすることが可能となる。よって、戻り光を少なくすることができるので、ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増加させて放電空間の略全域に所定のエネルギー密度でレーザ光を効率よく注入させることが可能となる。そのため、増幅量が減少した分を補償して定格エネルギーＥｓを得ることが可能になる。
【０１１８】
次に、上記したサイド注入方式、拡大注入方式について説明する。
【０１１９】
（ｇ）サイド注入方式
図３にサイド注入方式でシードレーザ光が注入される場合の増幅用レーザ３００の構成例を示す。ここで、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図である。図１３（ｂ）に示した増幅用レーザ３００の構成例と本構成例の相違点は、レーザ共振器を安定共振器としたこと、リア側ミラーに孔を設けず、発振用レーザ１００からのシードレーザ光をリア側ミラーの側面から注入したことである。なお、図３において、符号が図１３（ｂ）と同一のものは、同様の構成要素であるので説明は省略する。また、理解を容易にするために、ガス供給・排気ユニット３４、冷却水供給ユニット３５、クロスフローファン３０ｃ、熱交換器３０ｄは省略されている。
【０１２０】
また、発振用レーザ１００の構成は、図１３（ａ）と同等であるので、発振用レーザ１００から放出されるシードレーザ光以外、発振用レーザ１００の図示ならびに説明は省略する。
【０１２１】
本構成例においては、電極３０ａ、３０ｂ間の距離が従来より長く設定されていて、放電空間（レーザゲイン領域）が大きくなっている。なお、電極間距離を長くするのではなく、電極幅を増加させて放電空間を大きくしてもよい。また、両者を同時に行っても良い。
【０１２２】
このように従来より大きくなった放電空間に、図４に示すように、発振用レーザ１００から放出されるシードレーザ光をリア側ミラー３６ｓの側面から入射させて増幅用チャンバ３０に注入するように設定したので、図１３（ｂ）の構成例のように、リア側ミラー３６に孔を設け、孔を通して増幅用チャンバ３０に注入する場合と比較して、入射するシードレーザ光のレーザビーム断面積を大きくすることが可能となる。
【０１２３】
入射するシードレーザ光のレーザビーム断面積が大きくなり、また、レーザ共振器に孔を設けないので上記した戻り光を少なくすることができるので、効率よく放電空間の略全域に所定のエネルギー密度でシードレーザ光を注入させることが可能となる。また、放電空間が拡大してあるので、ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増加させることができ、結果として、上記増幅量が減少した分を補償して定格エネルギーＥｓを得ることが可能となる。
【０１２４】
なお、図４に示す電極３０ａ、３０ｂ間の放電空間の長手方向の中心軸とリア側ミラー３６ｓの中心軸との距離ｄやシードレーザ光の入射角度を調整することにより、増幅量を調整することができる。
【０１２５】
また、図５に示すように、発振用レーザ１００から放出されるシードレーザ光を、出力ミラー３７ｓの側面から入射させて増幅用チャンバ３０に注入するように設定してもよい。
【０１２６】
（ｈ）拡大注入方式
図６に拡大注入方式でシードレーザ光が注入される場合の増幅用レーザ３００の構成例を示す。ここで、図６は一対の電極３０ａ、３０ｂ間の放電方向の側面から見た図である。図１３（ｂ）に示した増幅用レーザ３００の構成例と本構成例の相違点は、リア側ミラー３６に設けた孔を小さくしたこと、リア側ミラー３６の前（すなわち、発振用レーザ１００と増幅用レーザ３００との間）にシードレーザ光の断面積ならびに発散角を変換する変換光学系７０を配置したことである。なお、図６において、符号が図１３（ｂ）と同一のものは、同様の構成要素であるので説明は省略する。また、理解を容易にするために、ガス供給・排気ユニット３４、冷却水供給ユニット３５、クロスフローファン３０ｃ、熱交換器３０ｄは省略されている。
【０１２７】
また、発振用レーザ１００の構成は、図１３（ａ）と同等であるので、発振用レーザ１００から放出されるシードレーザ光以外、発振用レーザ１００の図示ならびに説明は省略する。
【０１２８】
本構成例においては、電極３０ａ、３０ｂ間の距離が従来より長く設定されていて、放電空間（レーザゲイン領域）が大きくなっている。なお、電極間距離を長くするのではなく、電極幅を増加させて放電空間を大きくしてもよい。また、両者を同時に行っても良い。
【０１２９】
このように従来より大きくなった放電空間に、リア側ミラー３６に設けられた従来より小さくした孔を通過するように断面積を小さく整形し、かつ、発散角を大きくしたシードレーザ光を入射させる。ここで、シードレーザ光の断面積が小さくなるように変換し、発散角が大きくなるように変換するには、変換光学系７０を用いる。変換光学系７０の具体的構成例については後述する。
【０１３０】
このように、発散角が大きく断面積の小さいシードレーザ光を入射させるので、増幅用チャンバ３０内に注入されたシードレーザ光速やかにレーザゲイン空間を埋めることになり、また、レーザ共振器のリア側ミラー３６に設ける孔を従来と比較して小さくすることでき上記した戻り光を少なくすることが可能となるので、効率よく放電空間の略全域に所定のエネルギー密度でシードレーザ光を注入させることが可能となる。
【０１３１】
また、放電空間が拡大してあるので、ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増加させることができ、結果として、上記増幅量が減少した分を補償して定格エネルギーＥｓを得ることが可能となる。
【０１３２】
図７に上記した変換光学系７０の第１の構成例を示す。第１の構成例においては、図７に示すように、変換光学系７０をビーム幅縮小プリズム７１、７２を用いて構成する。この場合、プリズム７１、７２は三角屈折プリズムからなり、入射側の平面に垂直に入力光を入射させると、入射側の平面を略垂直に透過し、射出側の斜面で屈折して紙面内の断面が縮小する。したがって、このようなプリズム７１、７２を複数、望ましくは偶数個用いることにより、１次元方向（縦方向あるいは横方向）又は２次元方向（縦方向及び横方向）のシードレーザ光のビーム幅を縮小させ、発散角を大きくすることができる。
【０１３３】
図８に上記した変換光学系７０の第２の構成例を示す。第２の構成例においては、図８に示すように、変換光学系７０を、図８（ａ）、（ｂ）に示すような望遠光学系を用いた光学系を用いて構成する。図８（ａ）の場合は、焦点距離のより長い正レンズ７３と焦点距離がそれより短い正レンズ７４とを共焦点で配置してなる光学系であり、焦点距離の比分ビーム幅が縮小される。また、図８（ｂ）の場合は、焦点距離のより長い正レンズ７５と焦点距離がそれより短い負レンズ７６とを同様に共焦点で配置してなる光学系であり、この場合も焦点距離の比（絶対値）分ビーム幅が縮小される。
【０１３４】
また、正レンズ７３、７４間の距離、正レンズ７５、負レンズ７６間の距離を調節することによりシードレーザ光の発散角を調整することができる。
【０１３５】
なお、レーザ共振器のリア側ミラー３６ではなく、出力ミラー３７に孔部を設け、変換光学系７０を透過したシードレーザ光を出力ミラー３７側から入射するように構成してもよい。
【０１３６】
（Ｄ）シードレーザ光のパルスエネルギーの増大
発振用レーザ１００から放出されるシードレーザ光のパルスエネルギーを増大させることにより上記増幅量が減少した分を補償して、定格エネルギーＥｓを得る。シードレーザ光のパルスエネルギーを増大させるための方策について、以下説明する。
【０１３７】
（ｉ）レーザガス圧力
発振用チャンバ１０内のレーザガスの圧力を増加させ、電極１０ａ、１０ｂ間で発生する放電の放電開始電圧が増加させる。これにより、レーザ媒質であるレーザガスに放電によって注入される励起エネルギーを大きくして、シードレーザ光のパルスエネルギーを増大させる。
【０１３８】
（ｊ）主コンデンサへの充電電圧
シードレーザ光のパルスエネルギーを増大させるには、例えば、発振用レーザ１００の高電圧パルス発生器１２の主コンデンサＣ０の充電電圧を大きし、レーザ媒質であるレーザガスに放電によって注入される励起エネルギーを大きくする。
【０１３９】
なお、上記した（Ｃ）（Ｄ）の具体的な方策を、適当に組み合わせて定格エネルギーＥｓを得るようにしてもよい。
【０１４０】
以上、本発明のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置の構成例をまとめると以下のようになる。
【０１４１】
（１） 増幅用レーザ単独動作をさせたときに出力されるレーザ光出力をほぼ０に設定する。そのために、以下（Ａ）（Ｂ）の少なくとも１方のように構成する
（Ａ）光学ロスの増大化（具体的方策は、以下の（ａ）（ｂ）（ｃ））
（ａ）共振器空走距離の長大化
（ｂ）リア側ミラー３６の反射率の低下、または、出力ミラー３７の反射率の低下もしくは増加
（ｃ）レーザ共振器のミスアライメント
（Ｂ）レーザゲインの減少化（具体的方策は、以下の（ｄ）（ｅ）（ｆ））
（ｄ）増幅用チャンバー３０内レーザガス圧力、レーザガス組成の調整
（ｅ）高電圧パルス発生器３２の主コンデンサＣ０への充電電圧の低下
（ｆ）増幅用チャンバ３０内の放電サイズの小型化（レーザゲイン長さの短小化）
（２） 上記（１）を行った上で、定格エネルギーを得る。そのために、以下、（Ｃ）（Ｄ）の少なくとも１方のように構成する
（Ｃ）ＭＯＰＯレーザビーム断面積の増大（具体的方策は、以下（ア）（イ）を両方とも行う）
(ア) 放電空間の拡大（電極間隔、電極幅の増加）
(イ) 注入方式の選択（具体的方策は、以下の（ｇ）（ｈ））
（ｇ）サイド注入方式
（ｈ）拡大注入方式
（Ｄ）シードレーザ光のパルスエネルギーの増大（具体的方策は、以下の（ｉ）（ｊ））
（ｉ）発振用チャンバー内のレーザガス圧力の調整
（ｊ）高電圧パルス発生器３２の主コンデンサへの充電電圧の増加
以上のように構成することにより、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置から放出されるレーザ光に含まれるブロードなスペクトル成分を、ＭＯＰＡ方式の場合方式と同様、小さくすることが出来た。
【０１４２】
ここで、ＭＯＰＯ方式のＭＯＰＡ方式に対する優位点である同期許容幅が広い点、シードレーザ光のエネルギーが小さくても良い点、スペクトル線幅を細くできる点、レーザパルス幅が広い点は、依然として成立するので、露光装置の露光用光源として最適な２ステージレーザ装置を提供することが可能となった。
【０１４３】
なお、増幅用レーザ３００を単独で動作させても出力されるレーザ光の出力はほぼ０であり、また、発振用レーザ１００から放出されるシードレーザ光のパルスエネルギーも小さい（１ｍＪ以下）であるので、それぞれを単独で動作させても露光装置へはレーザ光は到達しない。よって、シャッター等を設けることなく、おのおの単独で動作させてジッタの大きさや中心波長等の光品位を調査することが可能となる。
【実施例】
【０１４４】
以下、２ステージレーザ装置の具体的な実施例について説明する。本実施例では、上記した（ｇ）のサイド注入方式を採用した。増幅用レーザ３００の構成は図３と同等である。また、発振用レーザ１００の構成は図１３（ａ）と同等である。よって、発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００の図示ならびに説明は省略する。
【０１４５】
以下、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置をＡｒＦレーザ装置として構成したときの具体的数値例を列挙する
・増幅用レーザ３００のレーザ共振器長  １１００ｍｍ
・出力ミラー３７ｓの反射率             ３０％
・リア側ミラー３６ｓの反射率         １００％
・ レーザガス圧力 ２５０ｋＰａ（発振用レーザ１００）
・ レーザガス圧力 １５０ｋＰａ（増幅用レーザ３００）
・ フッ素濃度 ０．１％（発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００共通）
・ アルゴン濃度 ３．５％（発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００共通）
・ 放電入力         １．５Ｊ（発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００共通）
・ 放電サイズ ６００×３×１６ｍｍ（１６ｍｍは電極間距離）
（発振用レーザ１００、増幅用レーザ３００共通）。
【０１４６】
本実施例では、増幅用レーザ３００単独動作をさせたときに出力されるレーザ光出力がほぼ０となるようにレーザゲインが減少するように構成した。具体的には、増幅用レーザ３００の増幅用チャンバ３０内に充填されるレーザガス圧力を低下させた。すなわち、従来は発振用レーザ１００におけるレーザガス圧力２５０ｋＰａと等しく設定していたレーザガス圧力を１５０ｋＰａとした。その結果、増幅用レーザ３００単独動作をさせたときに出力されるレーザ光出力がほぼ０となった。
【０１４７】
次に、定格エネルギー（ここでは、１３ｍＪとした）を得るために、ＭＯＰＯレーザビーム断面積を増大させた。まず、増幅用レーザ３００の電極３０ａ、３０ｂ間距離を、従来の１３ｍｍから１６ｍｍに増大させ放電空間（レーザゲイン領域）を拡大させた。
【０１４８】
また、図３に示すように、シードレーザ光のサイド注入方式を採用したので、入射するシードレーザ光のレーザビーム断面積が大きくなり、また、レーザ共振器に孔を設けないので上記した戻り光を少なくすることができるので、効率よく放電空間の略全域に所定のエネルギー密度でシードレーザ光を注入させることが可能となった。以上によりＭＯＰＯレーザビーム断面積を増大させた。
【０１４９】
本実施例では更に、発振用レーザ１００の電極１０ａ、１０ｂ間距離を、従来の１３ｍｍから１６ｍｍに増大させ、シードレーザ光のビーム断面積をさらに大きくした。
【０１５０】
以上により、レーザ光に含まれるブロードなスペクトル成分を、ＭＯＰＡ方式の場合方式と同様、小さくすることができ、かつ、定格エネルギー１３ｍＪのレーザ光を得ることができた。
【０１５１】
本実施例のＭＯＰＯ方式２ステージレーザ装置の同期タイミングとパルスエネルギーとの関係を図９に示す。図９において、横軸は発振用レーザ１００で放電が発生してから増幅用レーザ３００で放電が発生するまでの遅延時間、縦軸はパルスエネルギーである。図９から明らかなように、ほぼ定格エネルギー１３ｍＪとなる遅延時間領域は１５〜３５ｎｓである。すなわち、同期許容幅は約２０ｎｓ程度と広く、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置の利点を維持している。
【０１５２】
また、図１０にパルスエネルギーとレーザパルス幅との関係を示す。図１０から明らかなように、パルスエネルギーの値が定格エネルギーとして設定した１３ｍＪとなる付近で４０ｎｓ以上の長いレーザパルス幅が得られており。ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置の利点が維持されている。
【０１５３】
ところで、従来の露光用ガスレーザ装置と同様、本発明の２ステージレーザ装置もレーザ動作時間の経過に伴い、レーザガスが劣化する。図１１にその様子を示す。図１１において、実線上黒丸は、レーザ動作開始当初のＰ（ＭＯＰＯ）を示し、破線上白丸はレーザ動作が開始してから所定の時間経過したときのＰ（ＭＯＰＯ）を示す。一方、実線上黒四角は、レーザ動作開始当初のＰ（ＡＭＰ）を示し、破線上白四角はレーザ動作が開始してから所定の時間経過したときのＰ（ＡＭＰ）を示す。なお、発振用レーザ１００からのシードレーザ光のパルスエネルギーは、エネルギー一定制御がなされている。このエネルギー一定制御は、発振用チャンバ１０内のレーザガス圧力、発振用レーザ１００の電源の主コンデンサＣ０への充電電圧等を制御して行われる。
【０１５４】
図１１から明らかなように、時間の経過に伴い、定格エネルギー（例えば、１３ｍＪ）を維持することは困難になる。ここで、発明者等の鋭意研究の結果、レーザ動作開始当初のＰ（ＭＯＰＯ）−Ｐ（ＡＭＰ）で表される増幅量とレーザ動作開始後所定の時間経過したときの増幅量とは、図１１に示す通り、ほぼ同等であることが判明した。すなわち、増幅量が維持されるので、レーザガスの劣化に対しては、増幅用チャンバ３０内のレーザガス圧力を増加させたり、増幅用レーザ３００の電源の主コンデンサＣ０への充電電圧を増加させることにより、レーザ光に含まれるブロードなスペクトル成分がＭＯＰＡ方式の場合方式と同様小さく、かつ、定格エネルギー１３ｍＪであるレーザ光を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】発振用レーザ１００からのシードレーザ光を増幅用レーザ３００に注入したときとしないときのレーザ光のパルスエネルギー特性を示す図である。
【図２】増幅用チャンバ３０のレーザガス圧力に対するＰ（ＭＯＰＯ）、Ｐ（ＡＭＰ）の関係を示す図である。
【図３】サイド注入方式を示す図である。
【図４】シードレーザ光をリア側ミラー３６ｓの側面から入射させて増幅用チャンバ３０に注入することを説明する図である。
【図５】シードレーザ光を出力ミラー３７ｓの側面から入射させて増幅用チャンバ３０に注入することを説明する図である。
【図６】拡大注入方式を示す図である。
【図７】変換光学系７０の第１の構成例を示す図である。
【図８】変換光学系７０の第２の構成例を示す図である。
【図９】同期タイミングとパルスエネルギーとの関係を示す図である。
【図１０】パルスエネルギーとレーザパルス幅との関係を示す図である。
【図１１】レーザ動作時間の経過に伴いレーザガスが劣化する様子を示す図である。
【図１２】ＭＯＰＯ方式による２ステージレーザ装置の構成例である。
【図１３】発振用チャンバ及びその近傍の構成図、増幅用チャンバ及びその近傍の構成図である。
【図１４】電源の一例を示す図である。
【図１５】ＭＯＰＡ方式の２ステージレーザ装置における同期タイミングの説明図である。
【図１６】ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置における同期タイミングの説明図である。
【図１７】発振用レーザからのレーザ光のレーザパルス波形を示す図である。
【図１８】発振用レーザからのレーザ光のレーザパルス波形を示す図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１００  発振用レーザ
１０  発振用チャンバ
１０ａ、１０ｂ  電極
１０ｃ  クロスフローファン
１０ｄ  熱交換器
１０ｅ、１０ｆ  ウィンドウ
１１  充電器
１２  発振用高電圧パルス発生器
１４  ガス供給・排気ユニット
１５  冷却水供給ユニット
１６  狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）
１７  フロントミラー
１９  第１のモニタモジュール
２０  放電検出部
２１  ドライバ
Ｐ１  圧力センサ
Ｔ１  温度センサ
３００  増幅用レーザ
３０  増幅用チャンバ
３０ａ、３０ｂ  電極
３０ｃ  クロスフローファン
３０ｄ  熱交換器
３０ｅ、３０ｆ  ウィンドウ
３１  充電器
３２  増幅用高電圧パルス発生器
３４  ガス供給・排気ユニット
３５  冷却水供給ユニット
３６、３６ｓ  リア側ミラー
３７、３７ｓ  出力ミラー
３９  第２のモニタモジュール
４０  放電検出部４０
Ｐ２  圧力センサ
Ｔ２  温度センサ
３  露光装置
５  ユーティリティコントローラ５
６  波長コントローラ
７  エネルギーコントローラ
８  同期コントローラ
４２  ビーム伝搬部４２
７０  変換光学系
７１、７２  ビーム幅縮小プリズム
７３、７４、７５  正レンズ
７６  負レンズ
ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３  磁気スイッチ
ＳＷ  固体スイッチ
Ｔｒ１  昇圧トランス
Ｌ１  リアクトル
Ｃ０  主コンデンサ
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｃｐ  ピーキングコンデンサ
９１  第１電極９１
９２  誘電体チューブ９２
９３  第２電極
【図１】
2005167082.tif 000003
【図２】
2005167082.tif 000004
【図３】
2005167082.tif 000005
【図４】
2005167082.tif 000006
【図５】
2005167082.tif 000007
【図６】
2005167082.tif 000008
【図７】
2005167082.tif 000009
【図８】
2005167082.tif 000010
【図９】
2005167082.tif 000011
【図１０】
2005167082.tif 000012
【図１１】
2005167082.tif 000013
【図１２】
2005167082.tif 000014
【図１３】
2005167082.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005167082.tif 000019
【図１８】
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