(57)【要約】レーザ装置は、以下を備える：Ａ．複数のパルスを含むバーストシードパルス光を出力する固体レーザ装置；Ｂ．バーストシードパルス光を放電空間において１回の放電により増幅し、増幅バーストパルス光として出力するエキシマ増幅器；Ｃ．増幅バーストパルス光のエネルギを計測するエネルギセンサ；及び、Ｄ．固体レーザ装置からバーストシードパルス光が出力されるタイミングと、放電空間において放電が生じるタイミングとの差と、エネルギの計測値との関係に基づいて、固体レーザ装置にバーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正するレーザ制御部。
2018105082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ装置は、以下を備える：
Ａ．複数のパルスを含むバーストシードパルス光を出力する固体レーザ装置；
Ｂ．前記バーストシードパルス光を放電空間において１回の放電により増幅し、増幅バーストパルス光として出力するエキシマ増幅器；
Ｃ．前記増幅バーストパルス光のエネルギを計測するエネルギセンサ；及び
Ｄ．前記固体レーザ装置から前記バーストシードパルス光が出力されるタイミングと、前記放電空間において放電が生じるタイミングとの差と、前記エネルギの計測値との関係に基づいて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正するレーザ制御部。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記エキシマ増幅器は、一対の放電電極と、パルスパワーモジュールと、充電器とを含み、
前記レーザ制御部は、前記エネルギの計測値を目標値に近づけるように前記充電器の充電電圧を補正するエネルギーフィードバック制御を行う。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正した後、前記エネルギーフィードバック制御を行う。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ装置であって、さらに以下を備える：
Ｅ．前記増幅バーストパルス光に含まれる各パルスの光強度波形を計測する光強度センサ；及び
Ｆ．前記各パルスの光強度波形に基づき、前記各パルスの特徴を表す少なくとも１つのパラメータを計測するパルス波形解析部。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記パラメータの計測値を目標値に近づけるように前記固体レーザ装置を制御するパラメータフィードバック制御を行う。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ装置であって、
前記パラメータには、ピーク強度と、パルス間隔と、パルス幅とが含まれる。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正した後、前記パラメータフィードバック制御を行う。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記固体レーザ装置は、前記バーストシードパルス光に含まれる各パルスの波長を変更することを可能とする。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ装置であって、さらに以下を備える：
Ｇ．前記増幅バーストパルス光に含まれる各パルスの波長を計測する波長モニタ；
ここで、前記レーザ制御部は、前記波長の計測値を目標値に近づけるように前記固体レーザ装置を制御する波長フィードバック制御を行う。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正した後、前記波長フィードバック制御を行う。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記固体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザからの出力光をパルス増幅する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器の電流を制御するバーストパルス生成器とを含む。
【請求項１２】
請求項８に記載のレーザ装置であって、
前記固体レーザ装置は、複数の半導体レーザと、複数の半導体光増幅器と、ビームコンバイナと、前記複数の半導体光増幅器の電流を制御するバーストパルス生成器とを含む。
【請求項１３】
請求項１に記載のレーザ装置であって、さらに以下を備える：
Ｈ．前記固体レーザ装置から出力される前記バーストシードパルス光を検出する第１の光センサ；
Ｉ．前記放電空間において生じる放電光を検出する第２の光センサと；及び
Ｊ．前記第１の光センサから出力される第１の検出信号と、前記第２の光センサから出力される第２の検出信号とを受信し、前記第１の検出信号を受信してから前記第２の検出信号を受信するまでの遅延時間を計測するタイマ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記遅延時間の計測値と、前記エネルギの計測値との関係に基づいて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正する。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記エネルギの計測値が最大となる場合の前記遅延時間の計測値に基づいて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正する。
【請求項１６】
レーザ加工システムは、以下を備える：
Ｋ．請求項１に記載のレーザ装置；及び
Ｌ．前記レーザ装置から入力される前記増幅バーストパルス光を、被加工物に照射するレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ装置及びレーザ加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わって放電励起式のガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長２４８．４ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３．４ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。【０００３】
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけ上の波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。【０００４】
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には、狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrowing Module）が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。狭帯域化素子は、エタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル線幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。【０００５】
また、エキシマレーザ装置から出力される紫外のレーザ光は、パルス幅が約数１０ｎｓであって、波長が２４８．４ｎｍや１９３．４ｎｍと短いことから、高分子材料やガラス材料等の直接加工に用いられることがある。高分子材料は、結合エネルギよりも高いフォトンエネルギをもつ紫外のレーザ光によって、結合が切断される。そのため、紫外のレーザ光を用いることにより、非加熱加工が可能であり、また、綺麗な加工形状が得られることが知られている。また、ガラスやセラミックス等は、可視や赤外のレーザ光では加工することが難しいが、エキシマレーザ装置から出力される紫外のレーザ光に対する吸収率が高いので、紫外のレーザ光によれば加工が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２２２１７３号公報
【特許文献２】特開２０１６−５１８９７号公報
【特許文献３】特開２０１４−５３６２７号公報
【特許文献４】特表２０１２−５１５４５０号公報
【概要】
【０００７】
本開示の１つの観点に係るレーザ装置は、以下を備える：
Ａ．複数のパルスを含むバーストシードパルス光を出力する固体レーザ装置；
Ｂ．バーストシードパルス光を放電空間において１回の放電により増幅し、増幅バーストパルス光として出力するエキシマ増幅器；
Ｃ．増幅バーストパルス光のエネルギを計測するエネルギセンサ；及び
Ｄ．固体レーザ装置からバーストシードパルス光が出力されるタイミングと、放電空間において放電が生じるタイミングとの差と、エネルギの計測値との関係に基づいて、固体レーザ装置にバーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正するレーザ制御部。
【０００８】
本開示の１つの観点に係るレーザ加工システムは、以下を備える：
Ｋ．上記レーザ装置；及び
Ｌ．レーザ装置から入力される増幅バーストパルス光を、被加工物に照射するレーザ照射装置。
【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、比較例に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、比較例に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、バーストシードパルス光と放電とのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、バーストシードパルス光と放電とのタイミングが適正な場合について説明する説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、バーストシードパルス光と放電とのタイミングが不適正な場合について説明する説明図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、増幅バーストパルス光の波形を規定する各種パラメータを示す図である。
【図８】図８は、バーストパルス信号の波形を規定する各種パラメータを示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態に係るレーザ装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、トリガ遅延時間の補正動作について説明するフローチャートである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、発振準備動作について説明するフローチャートである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発振動作について説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、目標バーストパルスデータの受信時の処理について説明するフローチャートである。
【図１３】図１３は、バーストパルス生成器に設定データを送信する際の処理について説明するフローチャートである。
【図１４】図１４は、バーストパルスエネルギの計測動作について説明するフローチャートである。
【図１５】図１５は、目標遅延時間の最適化処理について説明するフローチャートである。
【図１６】図１６は、テーブルＴ１を示す図である。
【図１７】図１７は、エネルギフィードバック制御について説明するフローチャートである。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係るレーザ装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図２０Ａ】図２０Ａは、発振準備動作について説明するフローチャートである。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本発振動作について説明するフローチャートである。
【図２１】図２１は、目標バーストパルスデータの受信時の処理について説明するフローチャートである。
【図２２】図２２は、パルス波形の解析動作について説明するフローチャートである。
【図２３】図２３は、テーブルＴ２を示す図である。
【図２４】図２４は、目標遅延時間の最適化処理について説明するフローチャートである。
【図２５】図２５は、テーブルＴ３を示す図である。
【図２６】図２６は、パラメータフィードバック制御について説明するフローチャートである。
【図２７】図２７は、第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図２８】図２８は、第３の実施形態に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、発振準備動作について説明するフローチャートである。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、本発振動作について説明するフローチャートである。
【図３０】図３０は、目標バーストパルスデータの受信時の処理について説明するフローチャートである。
【図３１】図３１は、波長データの送信時の処理について説明するフローチャートである。
【図３２】図３２は、波長計測動作について説明するフローチャートである。
【図３３】図３３は、波長フィードバック制御について説明するフローチャートである。
【図３４】図３４は、第１の変形例に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図３５】図３５は、第１の変形例に係るレーザ装置の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図３６】図３６は、第２の変形例に係る固体レーザ装置の構成を示す図である。
【図３７】図３７は、第２の変形例に係るバーストシードパルス生成器の構成を示す図である。
【図３８】図３８は、レーザ加工システムを示す図である。
【図３９】図３９は、半導体レーザと半導体光増幅器との具体例を示す図である。
【図４０】図４０は、放電センサの変形例を示す図である。
【実施形態】
【００１０】
＜内容＞
１．比較例
１．１  構成
１．２  動作
１．３  課題
１．４  シード光のバーストパルス化
２．第１の実施形態
２．１  構成
２．２  定義
２．２．１  増幅バーストパルス光の波形
２．２．２  バーストパルス信号の波形
２．３  動作
２．３．１  基本動作タイミング
２．３．２  トリガ遅延時間の補正処理
２．３．３  発振制御
２．４  効果
３．第２の実施形態
３．１  構成
３．２  動作
３．２．１  基本動作タイミング
３．２．２  トリガ遅延時間の補正処理
２．３．３  発振制御
３．３  効果
４．第３の実施形態
４．１  構成
４．２  動作
４．２．１  発振制御
４．３  効果
５．固体レーザ装置の変形例
５．１  第１の変形例
５．１．１  構成
５．１．２  動作
５．１．３  効果
５．２  第２の変形例
５．２．１  構成及び動作
６．レーザ加工システム
６．１  構成
６．２  効果
７．半導体レーザと半導体光増幅器との具体例
７．１  構成
７．２  動作
７．３  効果
８．放電センサの変形例
８．１  構成及び動作
８．２  効果
９．その他の変形例
【００１１】
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、本開示のいくつかの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。
【００１２】
１．比較例
１．１  構成
図１及び図２は、比較例に係るレーザ装置２の構成を概略的に示す。レーザ装置２は、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のレーザ装置である。図１において、レーザ装置２は、ＭＯ（Master Oscillator）としての固体レーザ装置１０と、ＰＡ（Power Amplifier）としてのエキシマ増幅器２０と、モニタモジュール３０と、シャッタ４０と、レーザ制御部５０と、同期回路６０と、を含む。
【００１３】
図２は、固体レーザ装置１０の構成を示す。固体レーザ装置１０は、半導体レーザ１１と、半導体光増幅器１２と、チタンサファイア増幅器１３と、波長変換システム１４と、固体レーザ制御部１５と、を含む。固体レーザ制御部１５は、半導体レーザ１１、チタンサファイア増幅器１３、及び波長変換システム１４の動作を制御する。
【００１４】
半導体レーザ１１は、波長約７７３．６ｎｍのＣＷ（Continuous Wave）レーザ光を出力する分布帰還型の半導体レーザである。半導体レーザ１１は、半導体の温度設定を変更することによって、発振波長を変化させることが可能に構成されていることが好ましい。半導体光増幅器１２は、半導体レーザ１１から出力されたシード光を、後述する第２の内部トリガ信号Ｔｒ２に応じてパルス増幅する。以下、半導体光増幅器１２によりパルス状とされたレーザ光を、シードパルス光と称する。
【００１５】
チタンサファイア増幅器１３は、図示しないチタンサファイア結晶と、図示しないポンピング用レーザとを含む。チタンサファイア結晶は、半導体光増幅器１２から出力されたシードパルス光の光路上に配置されている。ポンピング用レーザは、例えば、ＹＬＦレーザの第２高調波光を出力するレーザ装置である。チタンサファイア増幅器１３は、半導体光増幅器１２から出力されたシードパルス光を増幅する。
【００１６】
波長変換システム１４は、非線形結晶としてのＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶とＫＢＢＦ（ＫＢｅ2ＢＯ3Ｆ2）結晶と含む。チタンサファイア増幅器１３から出力されたシードパルス光を受けて波長変換を行い、第４高調波光を生成する。すなわち、波長変換システム１４は、波長約１９３．４ｎｍの紫外のシードパルス光ＳＰを出力する。
【００１７】
半導体レーザ１１の発振波長を変更可能とする場合には、ＬＢＯ結晶とＫＢＢＦ結晶とをそれぞれ、図示しない回転ステージ上に配置し、各結晶へのシードパルス光の入射角度を変更可能に構成することが好ましい。固体レーザ制御部１５は、各結晶へのシードパルス光の入射角度が、目標波長に対応した位相整合角となるように各回転ステージを回転させる。
【００１８】
図１において、エキシマ増幅器２０は、レーザチャンバ２１と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）２２と、充電器２３と、トリガ補正部２４と、凸面ミラー２５ａと、凹面ミラー２５ｂと、を含む。レーザチャンバ２１には、ウインドウ２１ａ，２１ｂが設けられている。レーザチャンバ２１の中には、レーザ媒質としてのレーザガスが封入されている。レーザガスは、例えば、アルゴンフッ素（ＡｒＦ）ガスである。
【００１９】
また、レーザチャンバ２１には開口が形成されており、この開口を塞ぐように、複数のフィードスルー２６ａが埋め込まれた電気絶縁プレート２６が設けられている。電気絶縁プレート２６上には、ＰＰＭ２２が配置されている。レーザチャンバ２１内には、主電極としての第１及び第２の放電電極２７ａ，２７ｂと、グランドプレート２８と、が配置されている。
【００２０】
第１及び第２の放電電極２７ａ，２７ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための一対の放電電極として、対向配置されている。第１の放電電極２７ａ及び第２の放電電極２７ｂは、互いの放電面が対向するように配置されている。第１の放電電極２７ａの放電面と第２の放電電極２７ｂとの放電面との間の空間を、放電空間という。第１の放電電極２７ａは、放電面とは反対側の面が、電気絶縁プレート２６に支持されている。第１の放電電極２７ａは、フィードスルー２６ａに接続されている。第２の放電電極２７ｂは、放電面とは反対側の面が、グランドプレート２８に支持されている。
【００２１】
ＰＰＭ２２は、スイッチ２２ａの他に、図示しない充電コンデンサと、パルストランスと、磁気圧縮回路と、ピーキングコンデンサと、を含む。ピーキングコンデンサは、図示しない接続部を介してフィードスルー２６ａに接続されている。充電器２３は、充電コンデンサを充電する。具体的には、充電器２３は、レーザ制御部５０から入力される充電電圧Ｖの設定値に基づいて充電コンデンサを充電する。
【００２２】
スイッチ２２ａは、後述する第１の内部トリガ信号Ｔｒ１に基づいてトリガ補正部２４から入力されるスイッチ信号Ｓによりオン／オフが制御される。スイッチ２２ａにスイッチ信号Ｓが入力されてスイッチ２２ａがオンとなると、充電コンデンサからパルストランスの一次側に電流が流れ、電磁誘導によってパルストランスの二次側に逆方向の電流が流れる。磁気圧縮回路は、パルストランスの二次側に接続されており、電流パルスのパルス幅を圧縮する。ピーキングコンデンサは、この電流パルスにより充電される。ピーキングコンデンサの電圧がレーザガスのブレークダウン電圧に達したときに、第１及び第２の放電電極２７ａ，２７ｂの間のレーザガスに絶縁破壊が生じ、放電が生じる。
【００２３】
凸面ミラー２５ａと凹面ミラー２５ｂとは、固体レーザ装置１０から出力されたシードパルス光ＳＰが、第１及び第２の放電電極２７ａ，２７ｂの間の放電空間を３回通過して、ビーム幅が拡大されるように配置されている。固体レーザ装置１０から出力されたシードパルス光ＳＰは、ウインドウ２１ａを透過して放電空間を通過し、ウインドウ２１ｂを透過して凸面ミラー２５ａにより反射される。凸面ミラー２５ａにより反射されたシードパルス光ＳＰは、ウインドウ２１ｂを透過して放電空間を通過し、ウインドウ２１ａを透過して凹面ミラー２５ｂにより反射される。凹面ミラー２５ｂにより反射されたシードパルス光ＳＰは、ウインドウ２１ａを透過して放電空間を通過し、ウインドウ２１ｂを透過して、エキシマ増幅器２０から外部に出力される。シードパルス光ＳＰは、凸面ミラー２５ａにより反射される際に、ビーム幅が拡大される。
【００２４】
同期回路６０は、レーザ制御部５０から受信した発光トリガ信号Ｔｒ０に基づき、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１と、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２とを生成する。同期回路６０は、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１をエキシマ増幅器２０に入力し、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を固体レーザ装置１０に入力する。第１の内部トリガ信号Ｔｒ１と第２の内部トリガ信号Ｔｒ２とは、固体レーザ装置１０から出力されたシードパルス光ＳＰがエキシマ増幅器２０の放電空間に入射したときに放電が生じるように、所定の時間差Ｔｍｏｄを有する。以下、この時間差Ｔｍｏｄを、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄとも称する。
【００２５】
トリガ補正部２４は、同期回路６０から入力される第１の内部トリガ信号Ｔｒ１に応じてスイッチ信号Ｓを生成して出力する。また、トリガ補正部２４は、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１が入力されてからスイッチ信号Ｓを出力するまでの時間Ｔｐａｃを、充電電圧Ｖの設定値に応じて補正する。これは、ＰＰＭ２２が磁気圧縮回路を含む場合には、スイッチ信号Ｓがスイッチ２２ａに入力されてから放電が生じるまでの所要時間Ｔｐａｓが、下式（１）に示すように、充電電圧Ｖに依存するためである。
Ｔｐａｓ＝Ｋ／Ｖ    ・・・（１）
ここで、Ｋは、一定値である。
【００２６】
トリガ補正部２４は、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１がトリガ補正部２４に入力されてから放電が生じるまでの時間Ｔｐａｔが充電電圧Ｖに依らずに一定となるように、式（１）に基づいてスイッチ信号Ｓの生成タイミングを補正する。
【００２７】
エキシマ増幅器２０の放電空間に入射したシードパルス光ＳＰは、放電空間で放電が生じることにより増幅され、増幅された増幅パルス光ＡＰとして、エキシマ増幅器２０から出力される。モニタモジュール３０は、増幅パルス光ＡＰの光路上に配置されている。
【００２８】
モニタモジュール３０は、第１のビームスプリッタ３１と、第２のビームスプリッタ３２と、エネルギセンサ３３と、波長モニタ３４と、を含む。第１のビームスプリッタ３１は、増幅パルス光ＡＰの光路上に配置されており、増幅パルス光ＡＰの一部を反射させる。第２のビームスプリッタ３２は、第１のビームスプリッタ３１により反射された反射光の光路上に配置されており、反射光の一部を反射させる。
【００２９】
エネルギセンサ３３には、第２のビームスプリッタ３２を透過した透過光が入射される。エネルギセンサ３３は、例えば、紫外光に感度を有するフォトダイオードを含み、入射光のエネルギを検出する。すなわち、エネルギセンサ３３は、増幅パルス光ＡＰのパルスエネルギを計測する。エネルギセンサ３３は、計測したパルスエネルギの計測値Ｅをレーザ制御部５０に送信する。
【００３０】
波長モニタ３４には、第２のビームスプリッタ３２により反射された反射光が入射される。波長モニタ３４は、エタロン分光器を含み、図示しない拡散板と、エアギャップエタロンと、集光レンズと、ラインセンサと、を含んで構成されている。拡散板、エアギャップエタロン、及び集光レンズにより生成される干渉縞の半径をラインセンサで検出することにより、増幅パルス光ＡＰの波長が計測される。波長モニタ３４は、波長の計測値λをレーザ制御部５０に送信する。
【００３１】
第１のビームスプリッタ３１を透過した増幅パルス光ＡＰは、シャッタ４０を介してレーザ照射装置３に供給される。シャッタ４０は、レーザ制御部５０により、開状態と閉状態との間で開閉動作が制御される。レーザ照射装置３は、レーザ照射制御部３ａを含む。レーザ照射制御部３ａは、発光トリガ信号Ｔｒ０と、目標波長λｔと、目標パルスエネルギＥｔとを、レーザ制御部５０に送信する。
【００３２】
１．２  動作
次に、レーザ制御部５０の制御に基づいて行うレーザ装置２の動作について説明する。レーザ制御部５０は、レーザ照射制御部３ａから目標波長λｔを受信すると、固体レーザ装置１０から出力されるシードパルス光ＳＰの波長が目標波長λｔとなるように、半導体レーザ１１の発振波長を変化させる。具体的には、レーザ制御部５０は、下式（２）を満たす波長データλ１を半導体レーザ１１に設定する。
λ１＝４λｔ    ・・・（２）
【００３３】
例えば、目標波長λｔが１９３．４ｎｍである場合には、波長データλ１を７７３．６ｎｍとする。レーザ制御部５０は、半導体レーザ１１に設定する波長データλ１を変更する場合には、固体レーザ制御部１５を介して波長変換システム１４に含まれる各回転ステージの制御も行う。具体的には、レーザ制御部５０は、ＬＢＯ結晶及びＫＢＢＦ結晶へのシードパルス光ＳＰの入射角度が、目標波長λｔに対応した位相整合角となるように回転ステージを回転させる。これにより、ＬＢＯ結晶及びＫＢＢＦ結晶の波長変換効率が最大となる。
【００３４】
レーザ制御部５０は、レーザ照射制御部３ａから目標パルスエネルギＥｔを受信すると、目標パルスエネルギＥｔに対応した充電電圧Ｖを充電器２３に設定する。充電器２３は、充電電圧Ｖの設定値に基づいて、ＰＰＭ２２に含まれる充電コンデンサを充電する。
【００３５】
レーザ制御部５０がレーザ照射制御部３ａに照射許可信号Ｐｓを送信した後、レーザ制御部５０がレーザ照射制御部３ａから発光トリガ信号Ｔｒ０を受信すると、レーザ制御部５０は、同期回路６０に発光トリガ信号Ｔｒ０を送信する。同期回路６０は、発光トリガ信号Ｔｒ０を受信すると、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を生成し、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を生成してからトリガ遅延時間Ｔｍｏｄの経過後に第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を生成する。同期回路６０は、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１をエキシマ増幅器２０に入力し、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を固体レーザ装置１０に入力する。
【００３６】
エキシマ増幅器２０に第１の内部トリガ信号Ｔｒ１が入力されると、トリガ補正部２４は、レーザ制御部５０から充電器２３に設定される充電電圧Ｖに基づいた遅延時間Ｔｐａｃだけ第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を遅延させることによりスイッチ信号Ｓを生成する。すなわち、トリガ補正部２４は、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１がトリガ補正部２４に入力されてから放電が生じるまでの時間Ｔｐａｔが充電電圧Ｖに依らずに一定となるタイミングでスイッチ信号ＳをＰＰＭ２２のスイッチ２２ａに入力する。
【００３７】
固体レーザ装置１０に第２の内部トリガ信号Ｔｒ２が入力されると、半導体光増幅器１２は、半導体レーザ１１から入力されるＣＷレーザ光としてのシード光をパルス増幅し、シードパルス光を生成する。半導体光増幅器１２により生成されたシードパルス光は、チタンサファイア増幅器１３によってさらに増幅され、波長変換システム１４に入射する。波長変換システム１４は、非線形結晶としてのＬＢＯ結晶及びＫＢＢＦ結晶により第４高調波光を生成する。この結果、固体レーザ装置１０から、目標波長λｔ（１９３．４ｎｍ）を有するシードパルス光ＳＰが出力される。
【００３８】
トリガ補正部２４からスイッチ２２ａにスイッチ信号Ｓが入力されて、ＰＰＭ２２によりパルス圧縮等が行われると、エキシマ増幅器２０の放電空間において放電が生じる。この放電が生じる直前に、固体レーザ装置１０から放電空間にシードパルス光ＳＰが入射する。シードパルス光ＳＰは、放電により増幅されるとともに、凸面ミラー２５ａと凹面ミラー２５ｂとの間での反射によりビーム幅が拡大される。放電空間において増幅され、ビーム幅が拡大されたシードパルス光ＳＰは、増幅パルス光ＡＰとしてエキシマ増幅器２０から出力される。
【００３９】
エキシマ増幅器２０から増幅パルス光ＡＰは、モニタモジュール３０に入射する。モニタモジュール３０に入射した増幅パルス光ＡＰは、第１のビームスプリッタ３１によって一部がサンプリングされ、パルスエネルギと波長が計測される。パルスエネルギの計測値Ｅと波長の計測値λとは、レーザ制御部５０に入力される。
【００４０】
レーザ制御部５０は、波長の計測値λと目標波長λｔとを比較し、計測値λが目標波長λｔに近づくように、半導体レーザ１１に設定する波長データλ１を変更する。また、レーザ制御部５０は、パルスエネルギの計測値Ｅと目標パルスエネルギＥｔとを比較し、計測値Ｅが目標パルスエネルギＥｔに近づくように、充電器２３の充電電圧Ｖを制御する。
【００４１】
モニタモジュール３０を通過した増幅パルス光ＡＰは、シャッタ４０が開状態である場合に、レーザ照射装置３に入射する。レーザ照射装置３は、レーザ装置２から供給された増幅パルス光ＡＰを、高分子材料、ガラス、セラミックス等を加工対象物としたレーザ加工に用いられる。
【００４２】
１．３  課題
紫外の波長域のレーザ光をレーザ加工に用いる場合には、パルスのピークパワーを高くするために、パルス幅を短くすることが好ましい。上記比較例においては、エキシマ増幅器２０に入力されるシードパルス光ＳＰのパルス幅を１ｎｓ程度とすることが好ましい。これに対して、エキシマ増幅器２０の放電時間（ゲイン持続時間）は、数１０ｎｓ程度である。このように、シードパルス光ＳＰを短パルス化した場合には、エキシマ増幅器２０の放電時間がシードパルス光ＳＰのパルス幅より大きく、放電時間中にシードパルス光ＳＰで放電空間を満たすことができない。
【００４３】
すなわち、シードパルス光ＳＰを短パルス化すると、エキシマ増幅器２０における増幅効率が低下するという課題がある。また、シードパルス光ＳＰを短パルス化すると、増幅パルス光ＡＰ中の自然放射増幅光（ＡＳＥ）の割合が増加するという課題がある。さらに、シードパルス光ＳＰを短パルス化すると、ウインドウ２１ａ，２１ｂ等の光学素子の損傷が生じやすくなり、寿命が短くなるという課題がある。
【００４４】
１．４  シード光のバーストパルス化
上記課題を解決するために、シードパルス光ＳＰを、エキシマ増幅器２０のゲイン持続時間に対応した時間幅を有するバーストパルスとすることが考えられる。具体的には、図３に示すように、複数のパルスを含むバーストシードパルス光ＢＳＰを固体レーザ装置１０からエキシマ増幅器２０の放電空間に入射させる。
【００４５】
バーストシードパルス光ＢＳＰは、例えば、５個のパルスを含む。各パルスのパルス幅を１ｎｓ未満とし、パルス間隔を数ｎｓとする。バーストシードパルス光ＢＳＰの全体のパルス幅は、前述の放電時間（ゲイン持続時間）Ｔｇに対応した値、例えば、数１０ｎｓとする。また、バーストシードパルス光ＢＳＰの繰り返し周波数Ｒｐは、例えば、１Ｈｚから６０００Ｈｚの範囲内とする。繰り返し周波数Ｒｐが６０００Ｈｚの場合には、バーストシードパルス光ＢＳＰの繰り返し周期Ｔｐｒは、約１６７μｓである。
【００４６】
バーストシードパルス光ＢＳＰをエキシマ増幅器２０の放電空間に入射させることにより、放電時間中にバーストシードパルス光ＢＳＰで放電空間を満たすことを可能とする。この場合、図３に示すように、バーストシードパルス光ＢＳＰが放電空間に入射するタイミングと、放電空間で放電が生じるタイミングと一致させる必要がある。なお、同図中、符号ＷＦは、１回の放電により生じる放電波形（ゲイン波形）を示している。
【００４７】
図４Ａに示すように、バーストシードパルス光ＢＳＰが放電空間に入射するタイミングと、放電空間で放電が生じるタイミングとがほぼ一致する場合には、放電空間おける増幅効率が向上し、自然放射増幅光の発生は低減される。また、シード光をバースト状とすることによりピーク強度を低下させることが可能となり、光学素子の損傷が低減される。この場合、バーストシードパルス光ＢＳＰが放電空間により増幅された結果、エキシマ増幅器２０から出力される増幅バーストパルス光ＢＡＰは、エネルギが最大化される。ここで、増幅バーストパルス光ＢＡＰのエネルギは、１回の放電で増幅された増幅バーストパルス光ＢＡＰの各パルスのパルスエネルギの和と定義する。
【００４８】
しかしながら、図４Ｂに示すように、バーストシードパルス光ＢＳＰが放電空間に入射するタイミングと、放電空間で放電が生じるタイミングとにずれが生じた場合には、バーストシードパルス光ＢＳＰの一部のパルスのみが増幅され、他のパルスが増幅されずにエキシマ増幅器２０から出力されてしまう。この場合、増幅バーストパルス光ＢＡＰのエネルギは、図４Ａに示す場合よりも低下する。また、この場合、自然放射増幅光の発生が増加する。
【００４９】
このように、放電空間に入射させるシードパルス光をバースト化したとしても、バーストシードパルス光ＢＳＰの入射タイミングと放電タイミングとのずれにより、上記比較例と同様の課題が生じる。このずれを最小化し、増幅バーストパルス光ＢＡＰのエネルギを最大化することが望まれている。
【００５０】
２．第１の実施形態
次に、本開示の第１の実施形態に係るレーザ装置について説明する。以下では、第１の実施形態に係るレーザ装置について、比較例に係るレーザ装置２の構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５１】
２．１  構成
図５及び図６は、第１の実施形態に係るレーザ装置２ａの構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザ装置２ａは、ＭＯとしての固体レーザ装置１０ａと、ＰＡとしてのエキシマ増幅器２０ａと、モニタモジュール３０と、シャッタ４０と、レーザ制御部５０と、同期回路６０と、を含む。さらに、レーザ装置２ａは、第１の光センサ７０と、第２の光センサ７１と、ビームスプリッタ７２と、タイマ７３と、を含む。
【００５２】
第１の実施形態では、詳しくは後述するが、固体レーザ装置１０ａは、前述のバーストシードパルス光ＢＳＰを出力するように構成されている。ビームスプリッタ７２は、固体レーザ装置１０ａとエキシマ増幅器２０ａとの間におけるシードパルス光ＢＳＰの光路上に配置されている。ビームスプリッタ７２は、バーストシードパルス光ＢＳＰのうちの一部を反射させる。
【００５３】
第１の光センサ７０は、例えば、紫外光に感度を有するフォトダイオードであり、ビームスプリッタ７２によって反射された反射光を受光する。第１の光センサ７０は、反射光を受光した際に、第１の検出信号Ｄ１を生成してタイマ７３に送信する。すなわち、第１の光センサ７０は、固体レーザ装置１０ａからバーストシードパルス光ＢＳＰが出力されるタイミングを検出するセンサである。なお、ビームスプリッタ７２を透過したバーストシードパルス光ＢＳＰは、比較例の場合と同様に、エキシマ増幅器２０ａの放電空間に入射する。
【００５４】
第１の実施形態では、エキシマ増幅器２０ａに含まれるレーザチャンバ２１に、放電観察用ウインドウ２１ｃが形成されている。第２の光センサ７１は、受光面が放電観察用ウインドウ２１ｃに対向する位置に配置されている。
【００５５】
第２の光センサ７１は、エキシマ増幅器２０の放電空間において生じる放電光の一部を、放電観察用ウインドウ２１ｃを介して受光する。放電光には、紫外のレーザ光及び可視光が含まれる。第２の光センサ７１は、例えば、紫外または可視光に感度を有するセンサであり、フォトダイオードまたは光電管により構成されている。第２の光センサ７１は、放電光を検出した際に、第２の検出信号Ｄ２を生成してタイマ７３に送信する。すなわち、第２の光センサ７１は、放電空間において放電が生じたタイミングを検出する放電センサである。
【００５６】
タイマ７３は、第１の光センサ７０から第１の検出信号Ｄ１を受信した時点から、第２の光センサ７１から第２の検出信号Ｄ２を受信した時点までの遅延時間を計測する。タイマ７３は、遅延時間の計測値Ｄをレーザ制御部５０に入力する。詳しくは後述するが、レーザ制御部５０は、計測値Ｄに基づいて、同期回路６０が第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を出力してから第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を出力するまでのトリガ遅延時間Ｔｍｏｄを、計測値Ｄに基づいて補正する。なお、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄの補正は、固体レーザ装置１０ａにバーストシードパルス光ＢＳＰを出力させるタイミングを補正することに相当する。
【００５７】
第１の実施形態では、図６に示すように、固体レーザ装置１０ａは、半導体レーザ１１と、半導体光増幅器１２と、チタンサファイア増幅器１３と、波長変換システム１４と、固体レーザ制御部１５とに加えて、バーストパルス生成器１６を含む。詳しくは後述するが、バーストパルス生成器１６は、後述する目標バーストパルスデータＢＰＤｔに基づく設定データに応じて、バーストパルス信号ＢＰＳを生成する。バーストパルス生成器１６は、例えば、プログラマブルなファンクションジェネレータによって構成されている。
【００５８】
バーストパルス生成器１６には、比較例において説明した第２の内部トリガ信号Ｔｒ２が、同期回路６０から入力される。バーストパルス生成器１６は、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２の入力に応じて、バーストパルス信号ＢＰＳを半導体光増幅器１２に入力する。バーストパルス信号ＢＰＳは、電流制御信号である。半導体光増幅器１２は、入力されたバーストパルス信号ＢＰＳに応じて、増幅率、パルス数、パルス幅、及びパルス間隔を変更し、バースト状のシードパルス光を生成する。このシードパルス光は、比較例と同様に、チタンサファイア増幅器１３により増幅され、波長変換システム１４により波長変換が行われる。この結果、固体レーザ装置１０ａから、前述のバーストシードパルス光ＢＳＰが出力される。
【００５９】
エキシマ増幅器２０ａは、前述の放電観察用ウインドウ２１ｃがレーザチャンバ２１に形成されていること以外は、比較例に係るエキシマ増幅器２０の構成と同一である。エキシマ増幅器２０ａは、固体レーザ装置１０ａから放電空間にバーストシードパルス光ＢＳＰが入射したタイミングで放電を行う。エキシマ増幅器２０ａは、１回の放電によりバーストシードパルス光ＢＳＰを増幅し、増幅バーストパルス光ＢＡＰとして出力する。
【００６０】
モニタモジュール３０は、比較例と同様の構成であり、増幅バーストパルス光ＢＡＰの一部をサンプリングし、エネルギセンサ３３により増幅バーストパルス光ＢＡＰのエネルギを計測する。本実施形態では、エネルギセンサ３３は、１つの増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる複数のパルスのエネルギの和を、計測値Ｅとして計測する。
【００６１】
また、モニタモジュール３０は、波長モニタ３４により増幅バーストパルス光ＢＡＰの波長を計測する。モニタモジュール３０は、増幅バーストパルス光ＢＡＰのエネルギの計測値Ｅ及び波長の計測値λの値をレーザ制御部５０に送信する。
【００６２】
モニタモジュール３０を通過した増幅バーストパルス光ＢＡＰは、シャッタ４０を介してレーザ照射装置３に供給される。本実施形態では、レーザ照射装置３に含まれるレーザ照射制御部３ａは、発光トリガ信号Ｔｒ０と、目標波長λｔと、目標バーストパルスデータＢＰＤｔとを、レーザ制御部５０に送信する。レーザ制御部５０は、レーザ照射制御部３ａに照射許可信号Ｐｓを送信する。
【００６３】
目標バーストパルスデータＢＰＤｔは、レーザ照射装置３が所望とする増幅バーストパルス光ＢＡＰの波形を規定する各種パラメータを含む。目標バーストパルスデータＢＰＤｔには、例えば、目標バーストパルスエネルギＥｔや、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれるパルスの目標周波数ｆｔ、目標パルス幅Ｔｗｆ、パルス数ｍが含まれる。パルス数ｍは、少なくとも２以上であればよい。本実施形態では、パルス数ｍを「５」としている。
【００６４】
レーザ制御部５０は、比較例と同様に、波長の計測値λと目標波長λｔとを比較し、計測値λが目標波長λｔに近づくように、半導体レーザ１１に設定する波長データλ１を変更する。また、レーザ制御部５０は、バーストパルスエネルギの計測値Ｅと目標バーストパルスエネルギＥｔとを比較し、計測値Ｅが目標バーストパルスエネルギＥｔに近づくように、充電器２３の充電電圧Ｖを変更する。
【００６５】
２．２  定義
２．２．１  増幅バーストパルス光の波形
図７は、増幅バーストパルス光ＢＡＰの波形を規定する各種パラメータを示す。増幅バーストパルス光ＢＡＰには、ｍ個のパルスＰ1〜Ｐmが含まれる。第ｎ番目のパルスＰnのピーク強度をＩｐ（ｎ）とし、パルス幅をＴｗ（ｎ）と表す。パルス幅Ｔｗ（ｎ）は、例えば半値全幅である。また、第１番目のパルスＰ1から第ｎ番目のパルスＰnまでのパルス間隔をＴｄ（ｎ）と表す。これらのパラメータは、目標バーストパルスデータＢＰＤｔに含まれるパラメータに対応する。
【００６６】
２．２．２  バーストパルス信号の波形
図８は、固体レーザ装置１０ａに含まれるバーストパルス生成器１６が生成するバーストパルス信号ＢＰＳの波形を規定する各種パラメータを示す。バーストパルス信号ＢＰＳには、増幅バーストパルス光ＢＡＰに対応して、ｍ個のパルス信号Ｇ1〜Ｇmが含まれる。第ｎ番目のパルス信号Ｇnの信号強度をＩｐｇ（ｎ）とし、パルス幅をＴｗｇ（ｎ）と表す。また、第１番目のパルス信号Ｇ1から第ｎ番目のパルス信号Ｇnまでのパルス間隔をＴｄｇ（ｎ）と表す。パルス信号Ｇnは、ほぼ矩形状である。これらのパラメータの値は、目標バーストパルスデータＢＰＤｔに基づいて、レーザ制御部５０により算出される。
【００６７】
２．３  動作
２．３．１  基本動作タイミング
図９は、第１の実施形態に係るレーザ装置２ａのレーザ発振動作における基本的な動作タイミングを示す。まず、同期回路６０は、レーザ制御部５０を介して、レーザ照射制御部３ａから発光トリガ信号Ｔｒ０を受信する。同期回路６０は、発光トリガ信号Ｔｒ０を受信するとほぼ同時に第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を生成し、トリガ補正部２４に出力する。
【００６８】
なお、本明細書において、レーザ装置２ａのレーザ発振動作は、固体レーザ装置１０ａをレーザ発振させ、固体レーザ装置１０ａから出力されるバーストシードパルス光ＢＳＰに同期させてエキシマ増幅器２０ａを放電させることを含む場合がある。
【００６９】
トリガ補正部２４は、前述の時間Ｔｐａｃを充電電圧Ｖの設定値に基づいて補正し、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１が入力されてから時間Ｔｐａｃの経過後に、スイッチ信号Ｓを生成してスイッチ２２ａに入力する。スイッチ信号Ｓによりスイッチ２２ａがオン状態となると、時間Ｔｐａｓの経過後に、放電空間において放電が開始する。放電の開始タイミングは、第２の光センサ７１が検出される。なお、トリガ補正部２４による時間Ｔｐａｃの補正により、時間Ｔｐａｔが常に一定となるように制御される。
【００７０】
同期回路６０は、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を出力してから、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄの経過後に、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を生成してバーストパルス生成器１６に出力する。バーストパルス生成器１６は、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２が入力されると、一定時間Ｔｍｏ０の経過後に、バーストパルス信号ＢＰＳを半導体光増幅器１２に入力する。
【００７１】
半導体光増幅器１２は、バーストパルス信号ＢＰＳの入力に応じてバースト状のシードパルス光を生成する。このシードパルス光が、チタンサファイア増幅器１３により増幅され、波長変換システム１４により波長変換が行われた結果、バーストシードパルス光ＢＳＰが固体レーザ装置１０ａから出力される。バーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングは、第１の光センサ７０により検出される。
【００７２】
固体レーザ装置１０ａから出力されたバーストシードパルス光ＢＳＰは、エキシマ増幅器２０ａの放電空間に入射する。放電空間では、バーストシードパルス光ＢＳＰが入射するとほぼ同時に、前述の放電が生じ、バーストシードパルス光ＢＳＰを増幅する。増幅されたバーストシードパルス光ＢＳＰは、増幅バーストパルス光ＢＡＰとしてエキシマ増幅器２０ａから出力される。
【００７３】
２．３．２  トリガ遅延時間の補正処理
固体レーザ装置１０ａからのバーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングは、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄにより調整される。トリガ遅延時間Ｔｍｏｄは、バーストシードパルス光ＢＳＰが固体レーザ装置１０ａから出力されてから放電空間に入射するまでの時間が、目標遅延時間Ｄｔとなるように設定される。この目標遅延時間Ｄｔは、バーストシードパルス光ＢＳＰが固体レーザ装置１０ａから出力されてから放電が開始するまでの所要時間である。
【００７４】
バーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングが適正である場合には、バーストシードパルス光ＢＳＰが放電空間に入射するタイミングと、放電空間で放電が生じるタイミングとがほぼ一致し、バーストシードパルス光ＢＳＰの増幅効率が高い。この場合、タイマ７３により計測される遅延時間の計測値Ｄは、目標遅延時間Ｄｔにほぼ一致する。
【００７５】
しかしながら、何らかの原因によってバーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングにずれが生じ、出力タイミングが非適性である場合には、バーストシードパルス光ＢＳＰが放電空間に入射するタイミングと、放電空間で放電が生じるタイミングとにずれが生じ、バーストシードパルス光ＢＳＰの増幅効率が低下する。この場合、遅延時間の計測値Ｄと目標遅延時間Ｄｔとの間に差異が生じる。
【００７６】
図１０は、遅延時間の計測値Ｄを目標遅延時間Ｄｔに近づけるためのトリガ遅延時間Ｔｍｏｄの補正動作を説明するフローチャートである。この補正動作は、レーザ発振動作中に実行される。以下、この補正動作について説明する。
【００７７】
トリガ遅延時間Ｔｍｏｄの補正動作は、レーザ照射制御部３ａにより、シャッタ４０を開状態して実行される。まず、レーザ制御部５０は、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄを初期値Ｔｍｏｄ０に設定する（ステップＳ１０）。次に、レーザ制御部５０は、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄのデータを同期回路６０に送信する（ステップＳ１１）。次に、レーザ制御部５０は、目標遅延時間Ｄｔを読み込む（ステップＳ１２）。
【００７８】
次に、レーザ制御部５０は、発光トリガ信号Ｔｒ０を生成して同期回路６０に入力する（ステップＳ１３）。このとき、レーザ制御部５０は、発光トリガ信号Ｔｒ０を、レーザ照射制御部３ａから受信することなく、自ら生成して同期回路６０に入力する。同期回路６０は、発光トリガ信号Ｔｒ０が入力されると、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を出力し、第１の内部トリガ信号Ｔｒ１を出力してからトリガ遅延時間Ｔｍｏｄの経過後に、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を出力する。これにより、固体レーザ装置１０ａからのバーストシードパルス光ＢＳＰの出力と、エキシマ増幅器２０ａの放電とが行われる。
【００７９】
タイマ７３には、バーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングを検出する第１の光センサ７０から第１の検出信号Ｄ１が入力され、放電タイミングを検出する第２の光センサ７１から第２の検出信号Ｄ２が入力される。タイマ７３は、第１の検出信号Ｄ１と第２の検出信号Ｄ２に基づいて遅延時間を計測し、計測値Ｄをレーザ制御部５０に出力する（ステップＳ１４）。
【００８０】
レーザ制御部５０は、遅延時間の計測値Ｄと目標遅延時間Ｄｔとの差ΔＤを、下式（３）に基づいて算出する（ステップＳ１５）。
ΔＤ＝Ｄ−Ｄｔ    ・・・（３）
【００８１】
そして、レーザ制御部５０は、差ΔＤを算出すると、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄを補正する（ステップＳ１６）。具体的には、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄに差ΔＤを加算した値を、新たにトリガ遅延時間Ｔｍｏｄとする。これにより、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄと目標遅延時間Ｄｔとの関係が適正化される。レーザ制御部５０は、補正されたトリガ遅延時間Ｔｍｏｄのデータを同期回路６０に送信する（ステップＳ１７）。
【００８２】
次に、レーザ制御部５０は、レーザ制御部５０は、目標遅延時間Ｄｔが更新されたか否かを判定する（ステップＳ１８）。この目標遅延時間Ｄｔの更新は、後述する発振制御中に行われる。レーザ制御部５０は、目標遅延時間Ｄｔが更新されていない場合には（ステップＳ１８でＮＯ）、処理をステップＳ１３に戻す。レーザ制御部５０は、目標遅延時間Ｄｔが更新された場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、処理をステップＳ１２に戻す。
【００８３】
２．３．３  発振制御
図１１Ａ及び図１１Ｂは、レーザ装置２ａの実動作時の発振制御フローを示すフローチャートである。図１１Ａは、本発振動作の前に行う発振準備動作に対応する部分である。図１１Ｂは、本発振動作に対応する部分である。
【００８４】
以下、レーザ装置２ａの発振制御について説明する。まず、レーザ制御部５０は、シャッタ４０を閉状態とする（ステップＳ２０）。次に、レーザ制御部５０は、レーザ照射制御部３ａから目標バーストパルスデータＢＰＤｔを受信する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１において、レーザ制御部５０は、図１２のフローチャートに示す処理を行う。レーザ制御部５０は、受信した目標バーストパルスデータＢＰＤｔから、目標バーストパルスエネルギＥｔ、目標周波数ｆｔ、目標パルス幅Ｔｗｆ、及びパルス数ｍを取得する（ステップＳ４０）。
【００８５】
次に、レーザ制御部５０は、目標周波数ｆｔを用い、下式（４）に基づいて、目標パルス間隔Ｔｄｔ（ｎ）を算出する（ステップＳ４１）。
Ｔｄｔ（ｎ）＝（ｎ−１）／ｆｔ    ・・・（４）
ここで、ｎ＝１，２，・・・ｍである。
【００８６】
そして、レーザ制御部５０は、目標パルス幅Ｔｗｆを用い、下式（５）に基づいて、目標パルス幅Ｔｗｔ（ｎ）を算出する（ステップＳ４２）。
Ｔｗｔ（ｎ）＝Ｔｗｔ    ・・・（５）
すなわち、本実施形態では、レーザ制御部５０は、目標パルス幅Ｔｗｔ（ｎ）を、全て一定値Ｔｗｆとする。
【００８７】
図１１Ａに戻り、レーザ制御部５０は、バーストパルス生成器１６に設定データを送信する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２において、レーザ制御部５０は、図１３のフローチャートに示す処理を行う。設定データは、信号強度Ｉｐｇ（ｎ）と、パルス間隔Ｔｄｇ（ｎ）と、パルス幅Ｔｗｇ（ｎ）と、パルス数ｍと、を含む。
【００８８】
まず、レーザ制御部５０は、下式（６）に示すように、信号強度Ｉｐｇ（ｎ）を設定する（ステップＳ５０）。
Ｉｐｇ（ｎ）＝Ｉｐｇ０    ・・・（６）
すなわち、信号強度Ｉｐｇ（ｎ）には、一定値Ｉｐｇ０が設定される。一定値Ｉｐｇ０は、例えば、目標バーストパルスエネルギＥｔにより決定される。
【００８９】
次に、レーザ制御部５０は、下式（７）に示すように、パルス間隔Ｔｄｇ（ｎ）を設定する（ステップＳ５１）。
Ｔｄｇ（ｎ）＝Ｔｄｔ（ｎ）    ・・・（７）
すなわち、パルス間隔Ｔｄｇ（ｎ）には、目標パルス間隔Ｔｄｔ（ｎ）が設定される。
【００９０】
レーザ制御部５０は、下式（８）に示すように、パルス幅Ｔｗｇ（ｎ）を設定する（ステップＳ５２）。
Ｔｗｇ（ｎ）＝Ｔｗｔ（ｎ）    ・・・（８）
すなわち、パルス幅Ｔｗｇ（ｎ）には、目標パルス幅Ｔｗｔ（ｎ）が設定される。
【００９１】
レーザ制御部５０は、ステップＳ５０〜Ｓ５２において設定された信号強度Ｉｐｇ（ｎ）、パルス間隔Ｔｄｇ（ｎ）、及びパルス幅Ｔｗｇ（ｎ）を含む設定データを、バーストパルス生成器１６に送信する（ステップＳ５３）。
【００９２】
図１１Ａに戻り、レーザ制御部５０は、充電器２３の充電電圧Ｖを一定値Ｖ０とし（ステップＳ２３）、充電電圧Ｖを一定としたまま固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａにレーザ発振動作を行わせる（ステップＳ２４）。具体的には、レーザ制御部５０は、発光トリガ信号Ｔｒ０を、レーザ照射制御部３ａから受信することなく、自ら生成して同期回路６０に入力する。発光トリガ信号Ｔｒ０は、所定の繰り返し周波数Ｒｐで同期回路６０に入力される。固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａは、発光トリガ信号Ｔｒ０に同期して前述のレーザ発振動作を行う。
【００９３】
このレーザ発振動作に同期して、図１４のフローチャートに示すように、エネルギセンサ３３によりバーストパルスエネルギの計測が行われる。エネルギセンサ３３は、増幅バーストパルス光ＢＡＰの入射を検出することにより、エキシマ増幅器２０ａにおいて放電が生じたか否かを検出する（ステップＳ６０）。エネルギセンサ３３は、放電を検出すると（ステップＳ６０でＹＥＳ）、バーストパルスエネルギを計測する（ステップＳ６１）。レーザ制御部５０は、エネルギセンサ３３からバーストパルスエネルギの計測値Ｅを受信し、図示しないメモリに書き込む（ステップＳ６２）。この後、放電が生じるたびにステップＳ６１及びステップＳ６２の処理が行われる。
【００９４】
図１１Ａに戻り、レーザ制御部５０は、レーザ発振動作中に、前述の目標遅延時間Ｄｔを最適化する（ステップＳ２５）。このステップＳ２５において、レーザ制御部５０は、図１５のフローチャートに示す処理を行う。まず、レーザ制御部５０は、カウンタＪの値を「１」とし（ステップＳ７０）、目標遅延時間Ｄｔを初期値Ｄｔ０に設定する（ステップＳ７１）。この初期値Ｄｔ０は、前述のトリガ遅延時間Ｔｍｏｄの初期値Ｔｍｏｄ０に対応する値である。レーザ制御部５０は、同期回路６０にトリガ遅延時間Ｔｍｏｄとして初期値Ｔｍｏｄ０を設定する。
【００９５】
レーザ制御部５０は、エネルギセンサ３３によりバーストパルスエネルギが計測され、メモリに記憶された計測値Ｅが更新されたか否かを判定する（ステップＳ７２）。レーザ制御部５０は、計測値Ｅが更新されると（ステップＳ７２でＹＥＳ）、計測値Ｅをメモリから読み出し（ステップＳ７３）、図１６に示すテーブルＴ１に、カウンタＪに対応付けて書き込む（ステップＳ７４）。図１６において、Ｅ（Ｊ）は、カウンタＪに対応する計測値Ｅを表している。
【００９６】
また、レーザ制御部５０は、タイマ７３から遅延時間の計測値Ｄを受信し（ステップＳ７５）、受信した計測値Ｄを、テーブルＴ１に、カウンタＪに対応付けて書き込む（ステップＳ７６）。図１６において、Ｄ（Ｊ）は、カウンタＪに対応する計測値Ｄを表している。
【００９７】
レーザ制御部５０は、カウンタＪが最大値Ｊｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ７７）。レーザ制御部５０は、カウンタＪが最大値Ｊｍａｘでない場合には（ステップＳ７７でＮＯ）、現在の目標遅延時間Ｄｔに一定時間ΔＤｔを加算した値を目標遅延時間Ｄｔとして設定する（ステップＳ７８）。このとき、レーザ制御部５０は、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄから一定時間ΔＤｔから一定時間ΔＤｔを減算した値を、同期回路６０にトリガ遅延時間Ｔｍｏｄとして設定する。そして、現在のカウンタＪに１を加算して（ステップＳ７９）、ステップＳ７２に戻る。
【００９８】
カウンタＪが最大値Ｊｍａｘとなるまでの間は、ステップＳ７２〜ステップＳ７９の処理が繰り返し行われる。カウンタＪが最大値Ｊｍａｘとなると（ステップＳ７７でＹＥＳ）、レーザ制御部５０は、テーブルＴ１からＥ（Ｊ）が最大となるＤ（Ｊ）を取得し、これを最適遅延時間Ｄｏｐｔとする（ステップＳ８０）。そして、レーザ制御部５０は、目標遅延時間Ｄｔを最適遅延時間Ｄｏｐｔに設定する（ステップＳ８１）。このとき、レーザ制御部５０は、最適遅延時間Ｄｏｐｔに対応するトリガ遅延時間Ｔｍｏｄを同期回路６０に設定する。
【００９９】
図１１Ａに戻り、レーザ制御部５０は、バーストパルスエネルギのフィードバック制御（エネルギフィードバック制御）を行う（ステップＳ２６）。このステップＳ２６において、レーザ制御部５０は、図１７のフローチャートに示す処理を行う。レーザ制御部５０は、エネルギセンサ３３によりバーストパルスエネルギが計測され、メモリに記憶された計測値Ｅが更新されたか否かを判定する（ステップＳ９０）。レーザ制御部５０は、計測値Ｅが更新された場合（ステップＳ９０でＹＥＳ）、計測値Ｅをメモリから読み出す（ステップＳ９１）。
【０１００】
次に、レーザ制御部５０は、下式（９）に基づいて、バーストパルスエネルギの計測値Ｅと、目標バーストパルスエネルギＥｔと差ΔＥを算出する。
ΔＥ＝Ｅ−Ｅｔ    ・・・（９）
【０１０１】
そして、レーザ制御部５０は、差ΔＥが、下式（１０）で表される許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ９３）。
｜ΔＥ｜≦ΔＥｍａｘ    ・・・（１０）
【０１０２】
レーザ制御部５０は、差ΔＥが許容範囲内である場合には（ステップＳ９３でＹＥＳ）、フラグＦ１を「０」に設定する（ステップＳ９４）。一方、レーザ制御部５０は、差ΔＥが許容範囲外である場合には（ステップＳ９３でＮＯ）、フラグＦ１を「１」に設定する（ステップＳ９５）。そして、レーザ制御部５０は、差ΔＥに基づいて充電電圧Ｖを補正する（ステップＳ９６）。具体的には、レーザ制御部５０は、差ΔＥに所定のゲイン値Ｇを乗じた値を、現在の充電電圧Ｖの設定値から減算した値を、新たに充電電圧Ｖとして設定する。
【０１０３】
図１１Ａに戻り、レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」でない場合には（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ２６に戻り、バーストパルスエネルギのフィードバック制御を再び実行する。一方、レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」である場合には（ステップＳ２７でＹＥＳ）、固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａのレーザ発振動作を停止させ（ステップＳ２８）、シャッタ４０を開状態とする（ステップＳ２９）。以上で、レーザ発振の準備動作が終了する。
【０１０４】
次に、図１１Ｂに移り、レーザ制御部５０は、レーザ照射制御部３ａに照射許可信号Ｐｓを送信する（ステップＳ３０）。レーザ制御部５０がレーザ照射制御部３ａから発光トリガ信号Ｔｒ０を受信すると、受信した発光トリガ信号Ｔｒ０を同期回路６０に入力することにより、固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａにレーザ発振動作を行わせる。発光トリガ信号Ｔｒ０は、レーザ照射制御部３ａからレーザ制御部５０に繰り返し周波数Ｒｐで送信される。
【０１０５】
レーザ制御部５０は、バーストパルスエネルギのフィードバック制御を行う（ステップＳ３１）。このステップＳ３１は、ステップＳ２６と同様であるので説明は省略する。レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」でない場合には（ステップＳ３２でＮＯ）、シャッタ４０を閉状態とし（ステップＳ３４）、処理を、発振準備動作のステップＳ２３に戻す。
【０１０６】
レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」である場合には（ステップＳ３２でＹＥＳ）、レーザ照射制御部３ａから受信する目標バーストパルスデータＢＰＤｔが更新されたか否かを判定する（ステップＳ３３）。レーザ制御部５０は、目標バーストパルスデータＢＰＤｔが更新されいな場合には（ステップＳ３３でＮＯ）、ステップＳ３１に戻り、再びバーストパルスエネルギのフィードバック制御を行う。一方、レーザ制御部５０は、目標バーストパルスデータＢＰＤｔが更新された場合には（ステップＳ３３でＹＥＳ）、処理を、発振準備動作のステップＳ２０に戻す。
【０１０７】
なお、上記動作において説明を省略しているが、レーザ制御部５０は、波長モニタ３４による波長の計測値λの取得と、計測値λと目標波長λｔとに基づく半導体レーザ１１の波長制御とを適宜行う。
【０１０８】
２．４  効果
第１の実施形態では、タイマ７３の計測値Ｄに基づくトリガ遅延時間Ｔｍｏｄの補正処理に加えて、バーストパルスエネルギの計測値Ｅに基づき、目標遅延時間Ｄｔの適正化が行われる。目標遅延時間Ｄｔの適正化は、計測値Ｅが最大となる最適遅延時間Ｄｏｐｔを検出する動作である。したがって、第１の実施形態によれば、放電空間へのバーストシードパルス光ＢＳＰの入射タイミングと放電タイミングとのずれが最小化され、バーストパルスエネルギが最大化される。さらに、第１の実施形態によれば、放電空間におけるバーストシードパルス光ＢＳＰの増幅効率が安定化し、バーストパルスエネルギが安定化するという効果が得られる。
【０１０９】
なお、第１の実施形態では、波長モニタ３４により波長計測を行っているが、高精度な波長制御が不要である場合には、波長モニタ３４を省略してもよい。
【０１１０】
また、第１の実施形態では、固体レーザ装置１０ａからのバーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングを検出するために、第１の光センサ７０及びビームスプリッタ７２を設けているが、これらを省略することも可能である。これは、固体レーザ装置１０ａでは、第２の内部トリガ信号Ｔｒ２の入力に対するバーストシードパルス光ＢＳＰの出力タイミングのジッタが小さいためである。第１の光センサ７０及びビームスプリッタ７２を配置せず、タイマ７３にレーザ制御部５０から第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を送信してもよい。この場合、タイマ７３は、レーザ制御部５０から第２の内部トリガ信号Ｔｒ２を受信してから、第２の光センサ７１から第２の検出信号Ｄ２を受信した時点までの遅延時間を、上記計測値Ｄとして計測する。
【０１１１】
また、第１の実施形態では、第２の光センサ７１により放電タイミングを検出しているが、第２の光センサ７１を設けずに、エネルギセンサ３３により放電タイミングを算出してもよい。
【０１１２】
３．第２の実施形態
次に、本開示の第２の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第２の実施形態に係るレーザ装置は、第１の実施形態に係るレーザ装置の機能に加えて、レーザ照射装置３に供給する増幅バーストパルス光ＢＡＰの波形を制御する機能を含む。以下では、第１の実施形態に係るレーザ装置２ａの構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１１３】
３．１  構成
図１８は、第２の実施形態に係るレーザ装置２ｂの構成を概略的に示す。レーザ装置２ｂは、モニタモジュール３０とレーザ制御部５０との間にパルス波形解析部８０を含み、モニタモジュール３０が、エネルギセンサ３３に代えて光センサ３３ａを備えている。レーザ装置２ｂのその他の構成は、第１の実施形態に係るレーザ装置２ａの構成と基本的に同一である。
【０１１４】
光センサ３３ａは、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれるｍ個のパルスＰ1〜Ｐmの各光強度波形を計測可能とする高速の光強度センサであり、フォトダイオードまたは光電管により構成されている。光センサ３３ａは、検出した各パルスの光強度波形を電圧信号として出力する。高速の光強度センサの具体例として、ＰＩＮフォトダイオードやバイプラナー管があげられる。
【０１１５】
パルス波形解析部８０は、光センサ３３ａに接続されている。パルス波形解析部８０は、光センサ３３ａから入力された電圧信号を、高速でＡＤ（Analog to Digital）変換し、パルス波形データとして図示しないメモリに書き込む。パルス波形解析部８０は、例えば、１ｎｓ以下のサンプリング周期でＡＤを行う。また、パルス波形解析部８０は、メモリに書き込んだパルス波形データに基づき、各パルスの特徴を表す複数のパラメータを計測し、各計測値をレーザ制御部５０に入力する。このパラメータには、各パルスのピーク強度と、パルス間隔と、パルス幅と、バーストパルスエネルギと、が含まれる。
【０１１６】
本実施形態では、バーストパルスエネルギの計測値Ｅは、パルス波形解析部８０がパルス波形を積分することにより得られる。なお、パルス波形解析部８０は、図示しないアナログ積分回路によって出力波形のピーク値を読み取ることにより、バーストパルスエネルギを計測してもよい。このアナログ積分回路は、エキシマ増幅器２０ａの１回の放電で増幅された増幅バーストパルス光ＢＡＰの全体のパルスエネルギを積分可能な回路であってもよい。このアナログ積分回路の積分時間は、エキシマ増幅器２０ａの放電時間以上であってもよく、例えば、数十ｎｓ以上数μｓ以下であってもよい。また、パルス波形解析部８０は、デジタル形式のパルス波形を積分処理することによりバーストパルスエネルギを計測してもよい。
【０１１７】
また、本実施形態では、レーザ照射制御部３ａからレーザ制御部５０に送信される目標バーストパルスデータＢＰＤｔは、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる複数のパルスを規定するパラメータと、目標バーストパルスエネルギＥｔとを含む。具体的には、目標バーストパルスデータＢＰＤｔは、各パルスの目標ピーク強度Ｉｐｔ（ｎ）、目標パルス間隔Ｔｄｔ（ｎ）、目標パルス幅Ｔｗｔ（ｎ）、及びパルス数ｍを含む。
【０１１８】
３．２  動作
３．２．１  基本動作タイミング
図１９は、第２の実施形態に係るレーザ装置２ｂのレーザ発振動作における基本的な動作タイミングを示す。本実施形態では、図１９に示すように、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスのピーク強度がほぼ等しくなるようにバーストパルス信号ＢＰＳの各信号強度が調整されている。これは、バーストパルス信号ＢＰＳの各信号強度を一定とすると、放電波形ＷＦの形状に応じて増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスのピーク強度が変化するためである。
【０１１９】
３．２．２  トリガ遅延時間の補正処理
第２の実施形態におけるトリガ遅延時間Ｔｍｏｄの補正処理は、第１の実施形態と同様である。本実施形態においても、図１０のフローチャートに示す処理が行われ、トリガ遅延時間Ｔｍｏｄと目標遅延時間Ｄｔとの関係が適正化される。
【０１２０】
２．３．３  発振制御
図２０Ａ及び図２０Ｂは、レーザ装置２ｂの実動作時の発振制御フローを示すフローチャートである。図２０Ａは、本発振動作の前に行う発振準備動作に対応する部分である。図２０Ｂは、本発振動作に対応する部分である。
【０１２１】
以下、レーザ装置２ｂの発振制御について説明する。第１の実施形態と同様に、レーザ制御部５０は、シャッタ４０を閉状態とし（ステップＳ１００）、レーザ照射制御部３ａから目標バーストパルスデータＢＰＤｔを受信する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１において、レーザ制御部５０は、図２１に示す処理を行う。レーザ制御部５０は、受信した目標バーストパルスデータＢＰＤｔから、目標バーストパルスエネルギＥｔ、目標ピーク強度Ｉｐｔ（ｎ）、目標パルス間隔Ｔｄｔ（ｎ）、目標パルス幅Ｔｗｔ（ｎ）、及びパルス数ｍを取得する（ステップＳ１２０）。
【０１２２】
次に、レーザ制御部５０は、バーストパルス生成器１６に設定データを送信する（ステップＳ１０２）。設定データは、信号強度Ｉｐｇ（ｎ）と、パルス間隔Ｔｄｇ（ｎ）と、パルス幅Ｔｗｇ（ｎ）と、パルス数ｍと、を含む。レーザ制御部５０は、下式（１１）〜（１３）に示すように、設定データを生成してバーストパルス生成器１６に送信する。
Ｉｐｇ（ｎ）＝Ｉｐｔ（ｎ）    ・・・（１１）
Ｔｄｇ（ｎ）＝Ｔｄｔ（ｎ）    ・・・（１２）
Ｔｗｇ（ｎ）＝Ｔｄｔ（ｎ）    ・・・（１３）
ここで、ｎ＝１，２，・・・ｍである。
【０１２３】
次に、レーザ制御部５０は、第１の実施形態と同様に、充電器２３の充電電圧Ｖを一定値Ｖ０とし（ステップＳ１０３）、充電電圧Ｖを一定としたまま固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａにレーザ発振動作を行わせる（ステップＳ１０４）。このレーザ発振動作に同期して、図２２のフローチャートに示すように、パルス波形解析部８０によりパルス波形解析が行われる。まず、パルス波形解析部８０は、カウンタＩの値を「１」とする（ステップＳ１３０）。次に、パルス波形解析部８０は、光センサ３３ａが増幅バーストパルス光ＢＡＰを検出したことを検知することにより、エキシマ増幅器２０ａにおいて放電が生じたか否かを検出する（ステップＳ６０）。
【０１２４】
パルス波形解析部８０は、放電を検出すると（ステップＳ１３１でＹＥＳ）、光センサ３３ａの出力信号に基づいて、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスのパルス波形を計測し、パルス波形データとしてメモリに書き込む（ステップＳ１３２）。パルス波形解析部８０は、カウンタＩが最大値Ｉｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ１３３）。パルス波形解析部８０は、カウンタＩが最大値Ｉｍａｘでない場合には（ステップＳ１３３でＮＯ）、現在のカウンタＩに１を加算して（ステップＳ１３４）、ステップＳ１３１に戻る。
【０１２５】
カウンタＩが最大値Ｉｍａｘとなるまでの間は、ステップＳ１３１〜ステップＳ１３４の処理が繰り返し行われる。カウンタＩが最大値Ｉｍａｘとなると（ステップＳ１３３でＹＥＳ）、パルス波形解析部８０は、メモリに記憶された複数のパルス波形データを読み出し、これらを平均化する（ステップＳ１３５）。具体的には、パルス波形解析部８０は、メモリに記憶されたＩｍａｘ個のパルス波形データを積算し、Ｉｍａｘで除算することにより平均化する。最大値Ｉｍａｘは、例えば、１〜１００００の範囲内の値である。
【０１２６】
そして、パルス波形解析部８０は、平均化したパルス波形データに基づき、バーストパルスエネルギ、ピーク強度、パルス間隔、目標パルス幅を計測する（ステップＳ１３６）。パルス波形解析部８０は、計測した各パルスの計測データＥ，Ｉｐ（ｎ），Ｔｄ（ｎ），Ｔｗ（ｎ）を、図２３に示すテーブルＴ２に書き込む（ステップＳ１３７）。パルス波形解析部８０は、例えば、各パルスの半値全幅を測定することによりＴｗ（ｎ）を求める。この後、放電が生じるたびにステップＳ１３０〜ステップＳ１３７の処理が行われる。
【０１２７】
図２０Ａに戻り、レーザ制御部５０は、レーザ発振動作中に、前述の目標遅延時間Ｄｔを最適化する（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５において、レーザ制御部５０は、図２４のフローチャートに示す処理を行う。ステップＳ１４３〜ステップＳ１４４、及びステップＳ１５１のみが、第１の実施形態と異なる。まず、レーザ制御部５０は、カウンタＪの値を「１」とし（ステップＳ１４１）、目標遅延時間Ｄｔを初期値Ｄｔ０に設定する（ステップＳ１４２）。
【０１２８】
レーザ制御部５０は、テーブルＴ２に記憶された計測データが更新されたか否かを判定する（ステップＳ１４３）。レーザ制御部５０は、計測データが更新されると（ステップＳ１４３でＹＥＳ）、テーブルＴ２からピーク強度の計測値Ｉｐ（ｎ）を読み出す（ステップＳ１４４）。レーザ制御部５０は、読み出した計測値Ｉｐ（ｎ）を、下式（１４）に示すように加算することにより、ピーク強度の加算値Ｉｓｕｍ（Ｊ）を算出する（ステップＳ１４５）。加算値Ｉｓｕｍ（Ｊ）は、バーストパルスエネルギに対応する。
Ｉｓｕｍ（Ｊ）＝Ｉｐ（１）＋Ｉｐ（２）＋・・・＋Ｉｐ（ｍ）    ・・・（１４）
【０１２９】
レーザ制御部５０は、算出した加算値Ｉｓｕｍ（Ｊ）を、図２５に示すテーブルＴ３に、カウンタＪに対応付けて書き込む（ステップＳ１４６）。また、レーザ制御部５０は、タイマ７３から遅延時間の計測値Ｄを受信し（ステップＳ１４７）、受信した計測値Ｄを、テーブルＴ３に、カウンタＪに対応付けて書き込む（ステップＳ１４８）。
【０１３０】
レーザ制御部５０は、カウンタＪが最大値Ｊｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ１４８）。レーザ制御部５０は、カウンタＪが最大値Ｊｍａｘでない場合には（ステップＳ１４８でＮＯ）、現在の目標遅延時間Ｄｔに一定時間ΔＤｔを加算した値を目標遅延時間Ｄｔとして設定する（ステップＳ１４９）。そして、現在のカウンタＪに「１」を加算して（ステップＳ１５０）、ステップＳ１４３に戻る。
【０１３１】
カウンタＪが最大値Ｊｍａｘとなるまでの間は、ステップＳ１４３〜ステップＳ１５０の処理が繰り返し行われる。カウンタＪが最大値Ｊｍａｘとなると（ステップＳ１４８でＹＥＳ）、レーザ制御部５０は、テーブルＴ１からＩｓｕｍ（Ｊ）が最大となるＤ（Ｊ）を取得し、これを最適遅延時間Ｄｏｐｔとする（ステップＳ１５１）。そして、レーザ制御部５０は、目標遅延時間Ｄｔを最適遅延時間Ｄｏｐｔに設定する（ステップＳ１５２）。このとき、レーザ制御部５０は、最適遅延時間Ｄｏｐｔに対応するトリガ遅延時間Ｔｍｏｄを同期回路６０に設定する。
【０１３２】
図２０Ａに戻り、レーザ制御部５０は、バーストパルスのパラメータフィードバック制御を行う（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６において、レーザ制御部５０は、図２６のフローチャートに示す処理を行う。レーザ制御部５０は、テーブルＴ２に記憶された計測データが更新されたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。レーザ制御部５０は、計測データが更新されると（ステップＳ１６０でＹＥＳ）、テーブルＴ２からピーク強度の計測値Ｉｐ（ｎ）と、パルス幅の計測値Ｔｗ（ｎ）とを読み出す（ステップＳ１６１）。
【０１３３】
次に、レーザ制御部５０は、計測波形の目標波形との差を算出する（ステップＳ１６２）。具体的には、レーザ制御部５０は、下式（１５）に基づいて、ピーク強度の計測値Ｉｐ（ｎ）と目標ピーク強度Ｉｐｔ（ｎ）との差ΔＩｐ（ｎ）を算出する。また、レーザ制御部５０は、下式（１６）に基づいて、パルス幅の計測値Ｔｗ（ｎ）と目標パルス幅Ｔｗｔ（ｎ）との差ΔＴｗ（ｎ）を算出する（ステップＳ１６２）。
ΔＩｐ（ｎ）＝Ｉｐ（ｎ）−Ｉｐｔ（ｎ）    ・・・（１５）
ΔＴｗ（ｎ）＝Ｔｗ（ｎ）−Ｔｗｔ（ｎ）    ・・・（１６）
ここでは、パルス間隔の計測値Ｔｄ（ｎ）と目標パルス間隔Ｔｄｔ（ｎ）との差は算出していないが、これには限定されず、当該差を算出してもよい。
【０１３４】
レーザ制御部５０は、計測波形と目標波形との差が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１６３）。具体的には、レーザ制御部５０は、差ΔＩｐ（ｎ）が、下式（１７）で表される許容範囲内であり、かつ、差ΔＴｗ（ｎ）が、下式（１８）で表される許容範囲内であるか否かを判定する。
｜ΔＩｐ（ｎ）｜≦ΔＩｐｍａｘ（ｎ）    ・・・（１７）
｜ΔＴｗ（ｎ）｜≦ΔＴｗｍａｘ（ｎ）    ・・・（１８）
【０１３５】
レーザ制御部５０は、差ΔＩｐ（ｎ）及び差ΔＴｗ（ｎ）がそれぞれ許容範囲内である場合には（ステップＳ１６３でＹＥＳ）、フラグＦ２を「０」に設定する（ステップＳ１６４）。一方、レーザ制御部５０は、差ΔＩｐ（ｎ）と差ΔＴｗ（ｎ）とのうち少なくともいずれか１つが許容範囲外である場合には（ステップＳ１６３でＮＯ）、フラグＦ２を「１」に設定する（ステップＳ１６５）。
【０１３６】
レーザ制御部５０は、差ΔＩｐ（ｎ）及び差ΔＴｗ（ｎ）に基づいて、バーストパルス信号ＢＰＳを補正する（ステップＳ１６６）。具体的には、バーストパルス信号ＢＰＳのうちの信号強度Ｉｐｇ（ｎ）とパルス幅Ｔｗｇ（ｎ）とを補正する。レーザ制御部５０は、差ΔＩｐ（ｎ）に所定のゲイン値Ｋｎを乗じた値を、現在の信号強度Ｉｐｇ（ｎ）から減算した値を、新たに信号強度Ｉｐｇ（ｎ）として設定する。また、レーザ制御部５０は、差ΔＴｗ（ｎ）に所定のゲイン値Ｌｎを乗じた値を、現在のパルス幅Ｔｗｇ（ｎ）から減算した値を、新たにパルス幅Ｔｗｇ（ｎ）として設定する。
【０１３７】
レーザ制御部５０は、補正したバーストパルス信号ＢＰＳを、バーストパルス生成器１６に送信する（ステップＳ１６７）。これにより、固体レーザ装置１０ａからバーストシードパルス光ＢＳＰの波形が補正される。
【０１３８】
図２０Ａに戻り、フラグＦ２が「０」であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。レーザ制御部５０は、フラグＦ２が「０」でない場合には（ステップＳ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０６に戻り、再びバーストパルスのパラメータフィードバック制御を行う。一方、レーザ制御部５０は、フラグＦ２が「０」である場合には（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０８に移行し、バーストパルスエネルギのフィードバック制御を行う。このステップＳ１０８は、図１７のフローチャートにより説明した第１の実施形態のステップＳ２６と同一であるので説明は省略する。なお、ステップＳ１０８におけるバーストパルスエネルギの計測値Ｅとして、パルス波形解析部８０がパルス波形を積分処理することにより計測したものを用いてもよいが、前述の加算値Ｉｓｕｍ（Ｊ）を用いてもよい。
【０１３９】
レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」であるか否かを判定し（ステップＳ１０９）、フラグＦ１が「０」でない場合には（ステップＳ１０９でＮＯ）、ステップＳ１０８に戻り、バーストパルスエネルギのフィードバック制御を再び実行する。一方、レーザ制御部５０は、フラグＦ１が「０」である場合には（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａのレーザ発振動作を停止させ（ステップＳ１１０）、シャッタ４０を開状態とする（ステップＳ１１１）。以上で、レーザ発振の準備動作が終了する。
【０１４０】
次に、図２０Ｂに移り、レーザ制御部５０は、レーザ照射制御部３ａに照射許可信号Ｐｓを送信する（ステップＳ１１２）。レーザ制御部５０がレーザ照射制御部３ａから発光トリガ信号Ｔｒ０を受信すると、受信した発光トリガ信号Ｔｒ０を同期回路６０に入力することにより、固体レーザ装置１０ａ及びエキシマ増幅器２０ａにレーザ発振動作を行わせる。発光トリガ信号Ｔｒ０は、レーザ照射制御部３ａからレーザ制御部５０に繰り返し周波数Ｒｐで送信される。
【０１４１】
次に、レーザ制御部５０は、テーブルＴ２に記憶されたバーストパルスエネルギの計測データが更新されたか否かを判定する（ステップＳ１１３）。レーザ制御部５０は、計測データが更新されていない場合（ステップＳ１１３でＮＯ）、ステップＳ１１３の判定を繰り返し実行する。レーザ制御部５０は、計測データが更新されると（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、ステップＳ１１４に移行する。ステップＳ１１４において、レーザ制御部５０は、バーストパルスエネルギのフィードバック制御を行う。このステップＳ１１４は、ステップＳ１０８と同様であるので説明は省略する。次に、バーストパルスのパラメータフィードバック制御を行う（ステップＳ１１５）。このステップＳ１１５は、ステップＳ１０６と同様であるので説明は省略する。
【０１４２】
レーザ制御部５０は、フラグＦ１及びフラグＦ２が共に「０」であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。レーザ制御部５０は、フラグＦ１又はフラグＦ２が「０」でない場合には（ステップＳ１１６でＮＯ）、シャッタ４０を閉状態とし（ステップＳ１１８）、処理を、発振準備動作のステップＳ１０３に戻す。
【０１４３】
レーザ制御部５０は、フラグＦ１及びフラグＦ２が共に「０」である場合には（ステップＳ１１６でＹＥＳ）、レーザ照射制御部３ａから受信する目標バーストパルスデータＢＰＤｔが更新されたか否かを判定する（ステップＳ１１７）。レーザ制御部５０は、目標バーストパルスデータＢＰＤｔが更新されいな場合には（ステップＳ１１７でＮＯ）、ステップＳ１１３に戻る。一方、レーザ制御部５０は、目標バーストパルスデータＢＰＤｔが更新された場合には（ステップＳ１１７でＹＥＳ）、処理を、発振準備動作のステップＳ１００に戻す。
【０１４４】
レーザ制御部５０は、第１の実施形態と同様に、レーザ制御部５０は、波長モニタ３４による波長の計測値λの取得と、計測値λと目標波長λｔとに基づく半導体レーザ１１の波長制御とを適宜行う。
【０１４５】
３．３  効果
第２の実施形態では、増幅バーストパルス光ＢＡＰの波形を制御することを可能とする。また、第２の実施形態では、レーザ照射装置３に供給する増幅バーストパルス光ＢＡＰの計測波形と目標波形との差を計測し、差が小さくなるようにバーストシードパルス光ＢＳＰの波形を補正することを可能とする。すなわち、第２の実施形態では、増幅バーストパルス光ＢＡＰの波形を、目標バーストパルスデータＢＰＤｔに基づき、目標波形に近づけることを可能とする。
【０１４６】
なお、第２の実施形態では、目標遅延時間Ｄｔの最適化処理において、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスのピーク強度を加算した加算値Ｉｓｕｍ（Ｊ）に基づいて最適遅延時間Ｄｏｐｔを求めている。これに代えて、第１の実施形態と同様に、バーストパルスエネルギの計測値Ｅ（Ｊ）に基づいて最適遅延時間Ｄｏｐｔを求めてもよい。この場合、モニタモジュール３０内に、光センサ３３ａとは別に、第１の実施形態と同様のエネルギセンサ３３を設け、エネルギセンサ３３によりバーストパルスエネルギを計測することも好ましい。エネルギセンサ３３に光を導くためのビームスプリッタをさらに設けてもよい。
【０１４７】
４．第３の実施形態
次に、本開示の第３の実施形態に係るレーザ装置について説明する。第３の実施形態に係るレーザ装置は、第２の実施形態に係るレーザ装置の機能に加えて、レーザ照射装置３に供給する増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスの波長を制御する機能を含む。以下では、第２の実施形態に係るレーザ装置２ｂの構成要素と同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１４８】
４．１  構成
図２７及び図２８は、第３の実施形態に係るレーザ装置２ｂの構成を概略的に示す。レーザ装置２ｂは、バーストパルス光の１パルスごとに波長を変更することを可能とする固体レーザ装置１０ｂを含み、波長モニタ３４が１パルスごとに波長を計測することを可能とする。レーザ装置２ｃのその他の構成は、第２の実施形態に係るレーザ装置２ｂの構成と基本的に同一である。
【０１４９】
本実施形態では、波長モニタ３４は、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれるｍ個のパルスＰ1〜Ｐmについてそれぞれ波長を計測する。波長モニタ３４は、各パルスＰnの計測波長を、計測波長データλ（ｎ）としてレーザ制御部５０に出力する。また、本実施形態では、レーザ照射制御部３ａからレーザ制御部５０に、各パルスＰnに対する目標波長λｔ（ｎ）が送信される。
【０１５０】
図２８に示すように、固体レーザ装置１０ｂは、第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍと、第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍと、ビームコンバイナ９０と、を含む。また、固体レーザ装置１０ｂは、チタンサファイア増幅器１３と、波長変換システム１４と、固体レーザ制御部１５と、バーストパルス生成器１６と、を含む。ここで、ｍは、前述のパルス数ｍに対応する。
【０１５１】
第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍのそれぞれは、第１及び第２の実施形態における半導体レーザ１１と同一の構成である。第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍのそれぞれには、個別に波長データが設定される。レーザ制御部５０は、第ｎの半導体レーザ１１ｎに対して波長データλｎを設定する。
【０１５２】
第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍのそれぞれは、第１及び第２の実施形態における半導体光増幅器１２と同一の構成である。第ｎの半導体光増幅器１２ｎは、第ｎの半導体レーザ１１ｎに対応する位置に配置されており、第ｎの半導体レーザ１１ｎから出力されたレーザ光が入射する。第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍには、バーストパルス生成器１６からバーストパルス信号ＢＰＳが入力される。第ｎの半導体光増幅器１２ｎには、信号強度Ｉｐｇ（ｎ）、パルス幅Ｔｗｇ（ｎ）、及びパルス間隔Ｔｄｇ（ｎ）に対応したパルス信号Ｇnが入力される
【０１５３】
ビームコンバイナ９０は、複数の高反射ミラー９１と、複数のハーフミラー９２と、を含んで構成されている。高反射ミラー９１とハーフミラー９２との数は、パルス数ｍに応じて適宜変更される。ビームコンバイナ９０は、第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍから出力された複数のレーザ光を、１つの光路軸に一致するように光路を結合して出力する。ビームコンバイナ９０からの出力光の光路上には、前述のチタンサファイア増幅器１３及び波長変換システム１４が配置されている。
【０１５４】
固体レーザ装置１０ｂは、第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍに設定する波長データλ１〜λｍを制御することにより、固体レーザ装置１０ｂから出力されるバーストシードパルス光ＢＳＰの各パルスの波長を個別に変更することを可能とする。
【０１５５】
４．２  動作
４．２．１  発振制御
図２９Ａ及び図２９Ｂは、レーザ装置２ｃの実動作時の発振制御フローを示すフローチャートである。このフローチャートは、図２０Ａ及び図２０Ｂに示されるフローチャート中に、ステップＳ２００〜ステップＳ２０３が追加されている以外は、基本的に第２の実施形態と同一である。ステップＳ２００は、ステップＳ１０２とステップＳ１０３との間に追加されている。ステップＳ２０１及びステップＳ２０２は、ステップＳ１０５とステップＳ１０６との間に追加されている。ステップＳ２０３は、ステップＳ１１５とステップＳ１１６との間に追加されている。
【０１５６】
以下、第３の実施形態の第２の実施形態との差異について説明する。本実施形態では、ステップＳ１０１において、レーザ制御部５０は、図３０に示すように、前述の目標バーストパルスデータＢＰＤｔに加えて、パルスごとの目標波長λｔ（ｎ）をレーザ照射制御部３ａから受信する（ステップＳ２１０）。
【０１５７】
ステップＳ２００において、レーザ制御部５０は、固体レーザ装置１０ｂを介して第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍに、波長データλ１〜λｍを設定する。具体的には、図３１に示すように、レーザ制御部５０は、目標波長λｔ（ｎ）に基づき、下式（１９）を満たす波長データλｎを算出する（ステップＳ２２０）。
λｎ＝４λｔ（ｎ）    ・・・（１９）
【０１５８】
そして、レーザ制御部５０は、算出した波長データλ１〜λｍを、第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍに送信する（ステップＳ２２１）。
【０１５９】
本実施形態では、レーザ制御部５０は、第２の実施形態において図２２を用いて説明したパルス波形解析制御に加えて、図３２のフローチャートに示す波長計測制御を行う。具体的には、光センサ３３ａ又は第２の光センサ７１により、エキシマ増幅器２０ａにおいて放電が生じたか否かを検出する（ステップＳ２３０）。
【０１６０】
波長モニタ３４は、放電を検出すると（ステップＳ２３０でＹＥＳ）、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスの波長を計測する（ステップＳ２３１）。レーザ制御部５０は、波長モニタ３４から計測波長データλ（１）〜λ（ｍ）を受信し、図示しないメモリに書き込む（ステップＳ２３２）。この後、放電が生じるたびにステップＳ２３１及びステップＳ２３２の処理が行われる。
【０１６１】
ステップＳ２０１において、レーザ制御部５０は、図３３のフローチャートに示す波長フィードバック制御を行う。具体的には、レーザ制御部５０は、メモリに記憶された計測波長データが更新されたか否かを判定する（ステップＳ２４０）。レーザ制御部５０は、計測波長データが更新されると（ステップＳ２４０でＹＥＳ）、メモリから計測波長データλ（ｎ）を読み出す（ステップＳ２４１）。
【０１６２】
次に、レーザ制御部５０は、計測波長と目標波長との差を算出する（ステップＳ２４２）。具体的には、レーザ制御部５０は、下式（２０）に基づいて、計測波長データλ（ｎ）と目標波長λｔ（ｎ）との差Δλ（ｎ）を算出する。
Δλ（ｎ）＝λ（ｎ）−λｔ（ｎ）    ・・・（２０）
レーザ制御部５０は、この算出を、ｎが１からｍまで行う。
【０１６３】
レーザ制御部５０は、計測波長と目標波長との差が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２４３）。具体的には、レーザ制御部５０は、差Δλ（ｎ）が、下式（２１）で表される許容範囲内であるか否かを判定する。
｜Δλ（ｎ）｜≦Δλｍａｘ（ｎ）    ・・・（２１）
レーザ制御部５０は、この判定を、ｎが１からｍまで行う。
【０１６４】
レーザ制御部５０は、ｎが１からｍまでの全てについて、差Δλ（ｎ）が許容範囲内である場合には（ステップＳ２４３でＹＥＳ）、フラグＦ３を「０」に設定する（ステップＳ２４４）。一方、レーザ制御部５０は、ｎが１からｍまでの少なくとも１つについて、差Δλ（ｎ）が許容範囲外である場合には（ステップＳ２４３でＮＯ）、フラグＦ３を「１」に設定する（ステップＳ２４５）。
【０１６５】
レーザ制御部５０は、差Δλ（ｎ）に基づいて、波長データλｎを補正する（ステップＳ２４６）。具体的には、差Δλ（ｎ）に「４」を乗じた値を、波長データλｎから減算した値を、新たに波長データλｎとする。レーザ制御部５０は、補正した計測波長データλ（１）〜λ（ｍ）を、第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍに送信する（ステップＳ２４７）。これにより、固体レーザ装置１０ａからバーストシードパルス光ＢＳＰに含まれる各パルスの波長がそれぞれ補正される。
【０１６６】
図２９ＡのステップＳ２０２において、レーザ制御部５０は、フラグＦ３が「０」であるか否かを判定し、フラグＦ３が「０」でない場合には（ステップＳ２０２でＮＯ）、処理をステップＳ２０１に戻す。一方、レーザ制御部５０は、フラグＦ３が「０」である場合には（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、処理をステップＳ１０６に移行する。
【０１６７】
図２９ＢのステップＳ２０３は、ステップＳ２０１と同様であるので説明は省略する。本実施形態では、ステップＳ２０３の後のステップＳ１１６において、レーザ制御部５０は、フラグＦ１〜Ｆ３がすべて「０」であるか否かを判定する。レーザ制御部５０は、フラグＦ１〜Ｆ３のうち少なくとも１つが「０」でない場合には（ステップＳ１１６でＮＯ）、処理をステップＳ１１８に移行する。レーザ制御部５０は、フラグＦ１〜Ｆ３がすべて「０」である場合には、処理をステップＳ１１７に移行する。
【０１６８】
本実施形態に係るレーザ装置２ｃのその他の動作については、第２の実施形態と同様である。
【０１６９】
４．３  効果
第３の実施形態では、レーザ照射装置３に供給する増幅バーストパルス光ＢＡＰの波形に加えて、波形に含まれる各パルスの波長を制御することを可能とする。また、第３の実施形態では、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスの計測波長と目標波長との差を計測し、差が小さくなるように各パルスの波長を補正することを可能とする。
【０１７０】
なお、第３の実施形態では、波長モニタ３４により波長計測を行っているが、高精度な波長制御が不要である場合には、波長モニタ３４を省略してもよい。この場合、レーザ制御部５０は、固体レーザ装置１０ａの発振波長を設定し、波長のフィードバック制御を行わなくてもよい。
【０１７１】
５．固体レーザ装置の変形例
５．１  第１の変形例
５．１．１  構成
以下、固体レーザ装置の第１の変形例について説明する。図３４は、第１の変形例に係る固体レーザ装置１０ｃの構成を示す。固体レーザ装置１０ｃは、第１の固体レーザ装置２１１と、第２の固体レーザ装置２１２と、ダイクロイックミラー２１３と、高反射ミラー２１４と、波長変換システム２１５と、同期回路２１６と、固体レーザ制御部２１７と、を含む。
【０１７２】
第１の固体レーザ装置２１１は、第１の半導体レーザ２２０と、第１の半導体光増幅器２２１と、第１の増幅器２２２と、波長変換部２２３と、を含む。第１の増幅器２２２は、ファイバ増幅器２２２ａと、固体増幅器２２２ｂと、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。波長変換部２２３は、ＬＢＯ結晶２２３ａと、ＣＬＢＯ結晶２２３ｂと、を含む。
【０１７３】
第１の半導体レーザ２２０は、シングル縦モードであって、波長が約１０３０ｎｍのＣＷレーザ光を第１のシード光として出力する。第１の半導体レーザ２２０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第１の半導体光増幅器２２１は、第１のシード光をパルス増幅して所定のパルス幅のレーザ光を生成する。以下、第１の半導体光増幅器２２１によって生成されたレーザ光を、第１のシードパルス光という。
【０１７４】
ファイバ増幅器２２２ａは、Ｙｂがドープされた複数の石英ファイバが多段に接続されたものである。固体増幅器２２２ｂは、ＹｂがドープされたＹＡＧ結晶である。ファイバ増幅器２２２ａ及び固体増幅器２２２ｂは、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第１の増幅器２２２は、第１の半導体光増幅器２２１から入射する第１のシードパルス光を増幅する。
【０１７５】
波長変換部２２３は、第１の増幅器２２２によって増幅された第１のシードパルス光を波長変換して、第１のパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。具体的には、波長変換部２２３は、ＬＢＯ結晶２２３ａとＣＬＢＯ結晶２２３ｂとを含むことにより、第１のシードパルス光から、波長が約２５７．５ｎｍの第４高調波光を生成し、これをパルスレーザ光ＰＬ１として出力する。
【０１７６】
第２の固体レーザ装置２１２は、第２の半導体レーザ２３０と、第２の半導体光増幅器２３１と、第２の増幅器２３２と、バーストパルス生成器２３３と、を含む。第２の半導体レーザ２３０、第２の半導体光増幅器２３１、及びバーストパルス生成器２３３は、バーストシードパルス生成器２３４を構成している。第２の増幅器２３２は、ＥｒとＹｂが共にドープされた複数の石英ファイバが多段に接続された図示しないＥｒファイバ増幅器と、図示しないＣＷ励起半導体レーザと、を含む。
【０１７７】
第２の半導体レーザ２３０は、シングル縦モードであって、波長が約１５５４ｎｍのＣＷレーザ光を第２のシード光として出力する。第２の半導体レーザ２３０は、例えば、分布帰還型の半導体レーザである。第２の半導体レーザ２３０は、半導体の温度設定を変更することによって、発振波長を変化させることが可能に構成されていることが好ましい。
【０１７８】
バーストパルス生成器２３３は、第１の実施形態におけるバーストパルス生成器１６と同様の構成である。バーストパルス生成器２３３は、レーザ制御部５０から固体レーザ制御部２１７を介して受信したバーストパルス信号ＢＰＳを、第２の半導体光増幅器２３１に入力する。第２の半導体光増幅器２３１は、バーストパルス信号ＢＰＳに基づき、第２のシード光を、バースト状のレーザ光に変換する。以下、第２の半導体光増幅器２３１によって生成されたバースト状のレーザ光を、第２のシードパルス光という。
【０１７９】
第２の増幅器２３２に含まれるＥｒファイバ増幅器は、図示しないＣＷ励起半導体レーザから入力されるＣＷ励起光によって光励起される。第２の増幅器２３２は、第２の半導体光増幅器２３１から入射する第２のシードパルス光を増幅する。第２の増幅器２３２は、増幅した第２のシードパルス光を、バーストパルス光ＰＬ２として出力する。
【０１８０】
ダイクロイックミラー２１３は、第１の固体レーザ装置２１１から出力されるパルスレーザ光ＰＬ１が入射する位置に配置されている。高反射ミラー２１４は、第２の固体レーザ装置２１２から出力されるバーストパルス光ＰＬ２を高反射し、高反射されたバーストパルス光ＰＬ２がダイクロイックミラー２１３に入射するように配置されている。
【０１８１】
ダイクロイックミラー２１３には、波長が約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光ＰＬ１を高透過し、波長が約１５５４ｎｍのバーストパルス光ＰＬ２を高反射する膜がコートされている。ダイクロイックミラー２１３は、高透過したパルスレーザ光ＰＬ１の光路軸と、高反射したバーストパルス光ＰＬ２の光路軸とが一致するように配置されている。
【０１８２】
波長変換システム２１５は、第１のＣＬＢＯ結晶２４０と、第２のＣＬＢＯ結晶２４１と、第１の回転ステージ２４２と、第２の回転ステージ２４３と、第１のダイクロイックミラー２４４と、第２のダイクロイックミラー２４５と、高反射ミラー２４６と、を含む。
【０１８３】
第１のＣＬＢＯ結晶２４０と、第１のダイクロイックミラー２４４と、第２のＣＬＢＯ結晶２４１と、第２のダイクロイックミラー２４５とは、この順序で、パルスレーザ光ＰＬ１及びバーストパルス光ＰＬ２の光路上に配置されている。第１のＣＬＢＯ結晶２４０には、パルスレーザ光ＰＬ１とバーストパルス光ＰＬ２とが入射する。
【０１８４】
第１のＣＬＢＯ結晶２４０では、パルスレーザ光ＰＬ１とバーストパルス光ＰＬ２とが重なり、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍのバーストパルス光ＰＬ３が生成される。波長変換されなかったパルスレーザ光ＰＬ１及びバーストパルス光ＰＬ２は、第１のＣＬＢＯ結晶２４０を透過する。
【０１８５】
第１のダイクロイックミラー２４４は、パルスレーザ光ＰＬ１を高反射し、バーストパルス光ＰＬ２とバーストパルス光ＰＬ３とを高透過する膜がコートされている。第１のダイクロイックミラー２４４を高透過したバーストパルス光ＰＬ２，ＰＬ３が、第２のＣＬＢＯ結晶２４１に入射する。
【０１８６】
第２のＣＬＢＯ結晶２４１では、バーストパルス光ＰＬ２とバーストパルス光ＰＬ３とが重なり、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍとの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのバーストパルス光ＰＬ４が生成される。波長変換されなかったバーストパルス光ＰＬ２，ＰＬ３は、第２のＣＬＢＯ結晶２４１を透過する。
【０１８７】
第２のダイクロイックミラー２４５は、バーストパルス光ＰＬ４を高反射し、バーストパルス光ＰＬ２，ＰＬ３を高透過する膜がコートされている。高反射ミラー２４６は、第２のダイクロイックミラー２４５により高反射されたバーストパルス光ＰＬ４が高反射されて、波長変換システム２１５から出力される位置に配置されている。バーストパルス光ＰＬ４が、前述のバーストシードパルス光ＢＳＰに対応する。
【０１８８】
第１の回転ステージ２４２は、第１のＣＬＢＯ結晶２４０を回転可能に保持している。第２の回転ステージ２４３は、第２のＣＬＢＯ結晶２４１を回転可能に保持している。
【０１８９】
固体レーザ制御部２１７は、第１及び第２の回転ステージ２４２，２４３の回転動作を制御する。また、固体レーザ制御部２１７は、第１の半導体レーザ２２０及びバーストパルス生成器２３３の動作を制御する。
【０１９０】
５．１．２  動作
次に、固体レーザ装置１０ｃの動作を説明する。図３５は、固体レーザ装置１０ｃをＭＯとして適用したレーザ装置のレーザ発振動作における基本的な動作タイミングを示す。
【０１９１】
固体レーザ制御部２１７は、レーザ照射制御部３ａからレーザ制御部５０を介して目標バーストパルスデータＢＰＤｔを受信する。この目標バーストパルスデータＢＰＤｔは、設定データとしてバーストパルス生成器２３３に送信される。
【０１９２】
同期回路２１６は、前述の同期回路６０から第２の内部トリガ信号Ｔｒ２が入力されると、第３の内部トリガ信号Ｔｒ３と第４の内部トリガ信号Ｔｒ４とを生成する。第３の内部トリガ信号Ｔｒ３は、第１の半導体光増幅器２２１に入力される。第４の内部トリガ信号Ｔｒ４は、バーストパルス生成器２３３に入力される。
【０１９３】
第１の半導体光増幅器２２１は、第３の内部トリガ信号Ｔｒ３の入力に応じて、第１の半導体レーザ２２０から出力される第１のシード光をパルス増幅して第１のシードパルス光を生成する。ここで、図３５に示すように、第１の半導体光増幅器２２１は、第１のシードパルス光のパルス幅を、バーストパルスの全体のパルス幅よりも長くする。
【０１９４】
この第１のシードパルス光は、第１の増幅器２２２でさらに増幅され、波長変換部２２３に入射する。波長変換部２２３は、入射した第１のシードパルス光から第４高調波光を生成する。この第４高調波光は、パルスレーザ光ＰＬ１として第１の固体レーザ装置２１１から出力される。
【０１９５】
第２の半導体光増幅器２３１は、バーストパルス生成器２３３に第４の内部トリガ信号Ｔｒ４が入力されると、バーストパルス信号ＢＰＳに基づき、第２の半導体光増幅器２３１から出力される第２のシード光をパルス増幅して、バースト状の第２のシードパルス光を生成する。この第２のシードパルス光は、第２の増幅器２３２でさらに増幅され、バーストパルス光ＰＬ２として第２の固体レーザ装置２１２から出力される。
【０１９６】
パルスレーザ光ＰＬ１とバーストパルス光ＰＬ２とは、波長変換システム２１５に入射する。同期回路２１６は、波長変換システム２１５において、パルスレーザ光ＰＬ１が、バーストパルス光ＰＬ２のすべてと時間的に重なるように、第３の内部トリガ信号Ｔｒ３と第４の内部トリガ信号Ｔｒ４とのタイミングを調整している。この結果、波長変換システム２１５から、波長約１９３．４ｎｍのバーストパルス光ＰＬ４が、バーストシードパルス光ＢＳＰとして出力される。
【０１９７】
５．１．３  効果
固体レーザ装置１０ｃは、第１の固体レーザ装置２１１からの出力光と、第２の固体レーザ装置２１２からの出力光との和周波光を生成して出力するものであり、強度の高いバーストシードパルス光ＢＳＰを出力することができる。
【０１９８】
また、固体レーザ装置１０ｃは、第１の固体レーザ装置２１１からの第１の出力光をバーストパルス化せず、第２の固体レーザ装置２１２からの第２の出力光をバーストパルス化することによりバーストシードパルス光ＢＳＰを生成している。第１の出力光の波長が約２５７．５ｎｍであるのに対して、第２の出力光の波長が約１５５４ｎｍであるので、第１の固体レーザ装置２１１からの出力光をバースト化する場合に比べて、各パルスのピーク強度が高くなり、波長変換効率が向上する。さらに、通過する非線形結晶の数が少ない第２の出力光をバースト化するほうが、波長可変が容易となる。
【０１９９】
なお、第１の出力光と第２の出力光との両方をバーストパルス化してもよい。この場合には、第１の半導体光増幅器２２１に対するバースストパルス生成器をさらに設け、同期回路２１６により、第１の出力光と第２の出力光との出力タイミングを同期させればよい。
【０２００】
５．２  第２の変形例
５．２．１  構成及び動作
以下、固体レーザ装置の第２の変形例について説明する。図３６及び図３７は、第２の変形例に係る固体レーザ装置１０ｄの構成を示す。固体レーザ装置１０ｄは、前述の第３の実施形態に係る固体レーザ装置１０ｂと同様に、バーストパルス光の１パルスごとに波長を変更することを可能とする。固体レーザ装置１０ｄは、バーストシードパルス生成器２３４に代えて、バーストシードパルス生成器３００を備えること以外は、第３の実施形態に係る固体レーザ装置１０ｂと同様の構成である。
【０２０１】
図３７に示すように、バーストシードパルス生成器３００は、第３の実施形態と同様のバーストパルス生成器１６と、第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍと、第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍと、ビームコンバイナ３０１と、を含む。本変形例のビームコンバイナ３０１は、複数の光ファイバにより構成されており、光ファイバは、融着によって、他の光ファイバに接続されている。ビームコンバイナ３０１の複数の入力端には、第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍが接続されており、出力端には、前述の第２の増幅器２３２が接続されている。ビームコンバイナ３０１は、第１〜第ｍの半導体光増幅器１２１〜１２ｍから出力される複数のレーザ光の光路を結合する。
【０２０２】
本変形例では、第３の実施形態と同様に、レーザ照射制御部３ａからレーザ制御部５０に、増幅バーストパルス光ＢＡＰに含まれる各パルスＰnに対する目標波長λｔ（ｎ）が送信される。本変形例では、固体レーザ装置１０ｄが和周波光を生成することから、レーザ制御部５０は、目標波長λｔ（ｎ）に基づき、下式（２２）を満たす波長データλｂｎを算出して第１〜第ｍの半導体レーザ１１１〜１１ｍに送信する。
λｂｎ＝２／（１／λｔ（ｎ）−１／２５７．５）    ・・・（２２）
【０２０３】
固体レーザ装置１０ｄの動作は、第１の変形例に係る固体レーザ装置１０ｃの動作と同様である。また、バーストシードパルス生成器３００の動作は、第３の実施形態と同様である。
【０２０４】
６．レーザ加工システム
６．１  構成
図３８は、本発明のレーザ装置を適用したレーザ加工システム４００を示す図である。レーザ照射装置３は、前述のレーザ照射制御部３ａの他に、テーブル４３３と、ＸＹＺステージ４３４と、光学システム４３６と、筐体４３７と、フレーム４３８と、を含んでいる。筐体４３７内には光学システム４３６が配置される。フレーム４３８には、筐体４３７とＸＹＺステージ４３４とが固定されている。レーザ装置２ａと筐体４３７とは、光路管５により接続されている。
【０２０５】
テーブル４３３は、被加工物４４１を支持する。被加工物４４１は、パルスレーザ光が照射されてレーザ加工が行われる対象であり、例えば、炭素原子を含む材料である。ＸＹＺステージ４３４は、テーブル４３３を支持している。ＸＹＺステージ４３４は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能であり、テーブル４３３の位置を調整することにより、被加工物４４１の位置を調整可能である。ＸＹＺステージ４３４は、光学システム４３６から出射するパルスレーザ光が照射されるように被加工物４４１の位置を調整する。
【０２０６】
光学システム４３６は、例えば、高反射ミラー４３６ａ〜４３６ｃと、集光レンズ４３６ｄとを備えている。高反射ミラー４３６ａ〜４３６ｃ及び集光レンズ４３６ｄは、それぞれが図示しないホルダに固定されており、筐体４３７内において所定の位置に配置されている。
【０２０７】
高反射ミラー４３６ａ〜４３６ｃは、紫外領域のパルスレーザ光を高い反射率で反射する。高反射ミラー４３６ａは、レーザ装置２ａから入射したパルスレーザ光を高反射ミラー４３６ｂに向けて反射し、高反射ミラー４３６ｂは、パルスレーザ光を、高反射ミラー４３６ｃに向けて反射する。高反射ミラー４３６ｃは、パルスレーザ光を集光レンズ４３６ｄに向けて反射する。高反射ミラー４３６ａ〜４３６ｃは、例えば、合成石英やフッ化カルシウムで形成された透明基板の表面に、パルスレーザ光を高反射する反射膜がコートされている。
【０２０８】
集光レンズ４３６ｄは、入射したパルスレーザ光を、ウインドウ４４２を介して被加工物４４１の表面に集光するように配置される。ウインドウ４４２は、集光レンズ４３６ｄと被加工物４４１との間の光路上に配置されており、筐体４３７に形成された開口に図示しないＯリングによってシールされた状態で固定される。
【０２０９】
筐体４３７の内部には、不活性ガスである窒素ガスが常時流れている。筐体４３７には、窒素ガスを筐体４３７に吸入する吸入ポート４３７ａと、筐体４３７から窒素ガスを外部に排出する排出ポート４３７ｂとが設けられている。吸入ポート４３７ａには、窒素ガス供給源４４３が接続される。
【０２１０】
さらに、レーザ照射装置３は、アッテネータ４５２、シールド４５３、及びパージガス供給源４５４を備えている。アッテネータ４５２は、筐体４３７内において、高反射ミラー４３６ａと高反射ミラー４３６ｂとの間の光路上に配置されている。アッテネータ４５２は、例えば、２枚の部分反射ミラー４５２ａ及び４５２ｂと、これらの部分反射ミラーの回転ステージ４５２ｃ及び４５２ｄとを含んでいる。２枚の部分反射ミラー４５２ａ及び４５２ｂは、パルスレーザ光の入射角度によって、透過率が変化する光学素子である。部分反射ミラー４５２ａ及び部分反射ミラー４５２ｂは、パルスレーザ光の入射角度が互いに一致し、且つ所望の透過率となるように、回転ステージ４５２ｃ及び回転ステージ４５２ｄによって傾斜角度が調整される。
【０２１１】
これにより、パルスレーザ光は、所望のパルスエネルギに減光されてアッテネータ４５２を通過する。アッテネータ４５２は、レーザ照射制御部３ａから入力される制御信号に基づいて透過率が制御される。アッテネータ４５２の透過率を制御することにより、加工物４４１の表面に照射されるパルスレーザ光のフルーエンスを調整することができる。
【０２１２】
シールド４５３は、テーブル４３３に支持された状態の被加工物４４１を囲う。シールド４５３は、テーブル４３３及びＸＹＺステージ４３４の全体を囲う大きさを有しており、フレーム４３８に固定される。
【０２１３】
シールド４５３の上面には、筐体４３７に設けられたウインドウ４４２と接続する開口が形成されている。ウインドウ４４２は、集光レンズ４３６ｄからのパルスレーザ光が入射する入射面が筐体４３７内に配置され、パルスレーザ光が出射する出射面がシールド４５３内に配置される。これにより、ウインドウ４４２と被加工物４４１の間のパルスレーザ光の照射光路がシールド４５３で囲われる。
【０２１４】
パージガス供給源４５４は、シールド４５３にパージガスを供給するガス供給源である。パージガスは、例えば、窒素やクリーンドライエアー（ＣＤＡ）が使用される。ＣＤＡは、例えば、大気中のガスから、メカニカルフィルタとモレキュラーシーブスによって、パーティクルと水分等の不純物を除去したガスである。ＣＤＡをパージガスとして使用する場合は、レーザ装置２ａに含まれる固体レーザ装置１０ａを、発振波長が酸素の吸収ラインに一致しないように設定して発振させることが好ましい。
【０２１５】
シールド４５３の内部空間内には、酸素ガスが常時流れている。シールド４５３には、酸素ガス供給源４５４から酸素ガスをシールド４５３内に吸入する吸入ポート４５３ａと、シールド４５３から酸素ガスを外部に排出する排出ポート４５３ｂが設けられている。
【０２１６】
６．２  効果
以上の構成のレーザ照射装置３に、バーストパルス光を出力するレーザ装置２ａ等のレーザ装置を接続した場合には、シングルのパルス光の場合と比べて、パルスのピーク強度を低下させることが可能であり、光学素子の寿命が延びるという効果が得られる。また、レーザ照射装置３に供給されるバーストパルス光のパルス幅が短いため、加工形状が綺麗になるという効果が得られる。
【０２１７】
また、レーザ照射装置３に、パルスごとの波長を変更可能とするレーザ装置２ｃ等のレーザ装置を接続した場合には、各パルスの波長を制御することによって、深い加工が可能となる。例えば、バーストパルス光に含まれる各パルスの波長をパルスの入射順に長くすることにより、集光レンズ４３６ｄの焦点距離が順に長くなるので、深い加工が可能となる。
【０２１８】
７．半導体レーザと半導体光増幅器との具体例
７．１  構成
図３９は、半導体レーザ１１と半導体光増幅器１２との具体的な構成例を示す。半導体レーザ１１は、半導体レーザ制御部５００と、第１の半導体素子５０１と、ペルチェ素子５０２と、温度センサ５０３と、第１の電流制御部５０４と、温度制御部５０５と、を含む。半導体レーザ１１は、シングル縦モードで発振する分布帰還型レーザあり、ＣＷレーザ光を出力する。第１の半導体素子５０１は、活性層５０１ａとグレーティング５０１ｂとを含む。
【０２１９】
半導体光増幅器１２は、第２の半導体素子５１０と、第２の電流制御部５１１と、を含む。第２の半導体素子５１０は、活性層５１０ａを含む。
【０２２０】
７．２  動作
半導体レーザ制御部５００は、固体レーザ制御部１５から波長データλ１が入力されると、温度制御部５０５に、波長データλ１に対応する温度Ｔλを入力する。温度制御部５０５は、温度センサ５０３により検出されるペルチェ素子５０２の温度を監視し、ペルチェ素子５０２の温度が温度Ｔλとなるようにペルチェ素子５０２に流れる電流を制御する。第１の電流制御部５０４は、固体レーザ制御部１５から入力される電流設定値に基づいて、第１の半導体素子５０１に電流を流す。第１の半導体素子５０１の活性層５０１ａには一定の電流が流れ、波長λ１のＣＷレーザ光が出力される。
【０２２１】
半導体レーザ１１から出力されたＣＷレーザ光は、第２の半導体素子５１０の活性層５１０ａに入射する。第２の半導体素子５１０には、電流制御信号であるバーストパルス信号ＢＰＳが入射する。このバーストパルス信号ＢＰＳと同期して、増幅されたバースト状のシードパルス光が出力される。
【０２２２】
７．３  効果
以上の構成によれば、半導体レーザ１１は、第１の半導体素子５０１の温度を制御することにより、発振波長を変更することができる。
【０２２３】
なお、上記各実施形態では、パルス増幅を行う半導体光増幅器を半導体レーザの出力側に設けているが、半導体光増幅器に代えて、偏光子とＥＯポッケルスセルを組合せた光シャッタを用いてもよい。
【０２２４】
また、図３９において、半導体光増幅器１２及びバーストパルス生成器１６をなくし、この代わりに、半導体レーザ制御部５００から第１の電流制御部５０４にバーストパルス状の電流信号を入力することにより、バースト状のシードパルス光を生成してもよい。さらに、図３９において、半導体光増幅器１２及びバーストパルス生成器１６を配置したまま、半導体レーザ制御部５００から第１の電流制御部５０４にバーストパルス状の電流信号を入力することにより、バースト状のシードパルス光を生成してもよい。この場合、半導体レーザ１１と半導体光増幅器１２との動作を同期させる。
【０２２５】
８．放電センサの変形例
次に、放電センサの変形例について説明する。上記各実施形態では、エキシマ増幅器２０に含まれるレーザチャンバ２１に放電観察用ウインドウ２１ｃを設け、放電観察用ウインドウ２１ｃを介して放電光を第２の光センサ７１により受光することにより放電を検出している。本変形例では、放電観察用ウインドウ２１ｃを設けず、凹面ミラー２５ｂを透過した放電光を第２の光センサ７１により受光することで放電を検出する。
【０２２６】
８．１  構成及び動作
図４０は、本変形例に係るエキシマ増幅器の一部を示す。本変形例において、エキシマ増幅器は、第１の高反射ミラー６００と、第２の高反射ミラー６０１と、転写レンズ６０２と、をさらに含む。本変形例では、凹面ミラー２５ｂは、可視光を透過する基板６１０に、可視光を透過し、かつ１９３．４ｎｍの光を高反射する膜６１１がコートされたものである。
【０２２７】
第１の高反射ミラー６００は、可視光を透過する基板６００ａに、可視光を透過し、かつ１９３．４ｎｍの光を高反射する膜６００ｂがコートされたものである。同様に、第２の高反射ミラー６０１は、可視光を透過する基板６０１ａに、可視光を透過し、かつ１９３．４ｎｍの光を高反射する膜６０１ｂがコートされたものである。第１の高反射ミラー６００と第２の高反射ミラー６０１とは、バーストシードパルス光ＢＳＰを放電空間に入射させるように配置されている。
【０２２８】
転写レンズ６０２は、放電空間から、ウインドウ２１ａと凹面ミラー２５ｂと第２の高反射ミラー６０１とを介して、放電光が入射するように配置されている。前述の第２の光センサ７１は、転写レンズ６０２により放電光の像が転写される位置に配置されている。放電空間において放電が生じると、第２の光センサ７１が放電光を受光することにより、放電タイミングが検出される。
【０２２９】
８．２  効果
本変形例によれば、レーザチャンバ２１に放電観察用ウインドウ２１ｃを設けることが不要となる。
【０２３０】
なお、上記変形例では、放電空間からレーザチャンバ２１の入射側に出力される放電光を検出しているが、放電空間からレーザチャンバ２１の射出側に出力される放電光を検出してもよい。この場合、第１及び第２の高反射ミラー６００，６０１と同様の高反射ミラーをウインドウ２１ｂと対向する位置に配置し、この高反射ミラーを介して光センサにより放電光を検出すればよい。
【０２３１】
９．その他の変形例
上記各実施形態では、目標遅延時間Ｄｔを最適化する処理において、目標遅延時間Ｄｔを変化させながら、バーストパルスエネルギの計測値Ｅが最大となる場合の遅延時間の計測値Ｄを最適遅延時間Ｄｏｐｔとしている。目標遅延時間Ｄｔが高精度に制御可能な場合には、バーストパルスエネルギの計測値Ｅが大きくなるように目標遅延時間Ｄｔを少しずつ変化させながら同期タイミングを制御してもよい。
【０２３２】
上記各実施形態及び具体例は、矛盾が生じない限り、組み合わせ可能である。また、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各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。
【０２３３】
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。
【図１】
2018105082.tif 000003
【図２】
2018105082.tif 000004
【図３】
2018105082.tif 000005
【図４Ａ】
2018105082.tif 000006
【図４Ｂ】
2018105082.tif 000007
【図５】
2018105082.tif 000008
【図６】
2018105082.tif 000009
【図７】
2018105082.tif 000010
【図８】
2018105082.tif 000011
【図９】
2018105082.tif 000012
【図１０】
2018105082.tif 000013
【図１１Ａ】
2018105082.tif 000014
【図１１Ｂ】
2018105082.tif 000015
【図１２】
2018105082.tif 000016
【図１３】
2018105082.tif 000017
【図１４】
2018105082.tif 000018
【図１５】
2018105082.tif 000019
【図１６】
2018105082.tif 000020
【図１７】
2018105082.tif 000021
【図１８】
2018105082.tif 000022
【図１９】
2018105082.tif 000023
【図２０Ａ】
2018105082.tif 000024
【図２０Ｂ】
2018105082.tif 000025
【図２１】
2018105082.tif 000026
【図２２】
2018105082.tif 000027
【図２３】
2018105082.tif 000028
【図２４】
2018105082.tif 000029
【図２５】
2018105082.tif 000030
【図２６】
2018105082.tif 000031
【図２７】
2018105082.tif 000032
【図２８】
2018105082.tif 000033
【図２９Ａ】
2018105082.tif 000034
【図２９Ｂ】
2018105082.tif 000035
【図３０】
2018105082.tif 000036
【図３１】
2018105082.tif 000037
【図３２】
2018105082.tif 000038
【図３３】
2018105082.tif 000039
【図３４】
2018105082.tif 000040
【図３５】
2018105082.tif 000041
【図３６】
2018105082.tif 000042
【図３７】
2018105082.tif 000043
【図３８】
2018105082.tif 000044
【図３９】
2018105082.tif 000045
【図４０】
2018105082.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月15日(2017.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ装置は、以下を備える：
Ａ．複数のパルスを含むバーストシードパルス光を出力する固体レーザ装置；
Ｂ．前記バーストシードパルス光を放電空間において１回の放電により増幅し、増幅バーストパルス光として出力するエキシマ増幅器；
Ｃ．前記増幅バーストパルス光のエネルギを計測するエネルギセンサ；及び
Ｄ．前記固体レーザ装置から前記バーストシードパルス光が出力されるタイミングと、前記放電空間において放電が生じるタイミングとの差と、前記エネルギの計測値との関係に基づいて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正するレーザ制御部。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記エキシマ増幅器は、一対の放電電極と、パルスパワーモジュールと、充電器とを含み、
前記レーザ制御部は、前記エネルギの計測値を目標値に近づけるように前記充電器の充電電圧を補正するエネルギーフィードバック制御を行う。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正した後、前記エネルギーフィードバック制御を行う。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ装置であって、さらに以下を備える：
Ｅ．前記増幅バーストパルス光に含まれる各パルスの光強度波形を計測する光強度センサ；及び
Ｆ．前記各パルスの光強度波形に基づき、前記各パルスの特徴を表す少なくとも１つのパラメータを計測するパルス波形解析部。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記パラメータの計測値を目標値に近づけるように前記固体レーザ装置を制御するパラメータフィードバック制御を行う。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ装置であって、
前記パラメータには、ピーク強度と、パルス間隔と、パルス幅とが含まれる。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正した後、前記パラメータフィードバック制御を行う。
【請求項８】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記固体レーザ装置は、前記バーストシードパルス光に含まれる各パルスの波長を変更することを可能とする。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ装置であって、さらに以下を備える：
Ｇ．前記増幅バーストパルス光に含まれる各パルスの波長を計測する波長モニタ；
ここで、前記レーザ制御部は、前記波長の計測値を目標値に近づけるように前記固体レーザ装置を制御する波長フィードバック制御を行う。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正した後、前記波長フィードバック制御を行う。
【請求項１１】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記固体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザからの出力光をパルス増幅する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器の電流を制御するバーストパルス生成器とを含む。
【請求項１２】
請求項８に記載のレーザ装置であって、
前記固体レーザ装置は、複数の半導体レーザと、複数の半導体光増幅器と、ビームコンバイナと、前記複数の半導体光増幅器の電流を制御するバーストパルス生成器とを含む。
【請求項１３】
請求項１に記載のレーザ装置であって、さらに以下を備える：
Ｈ．前記固体レーザ装置から出力される前記バーストシードパルス光を検出する第１の光センサ；
Ｉ．前記放電空間において生じる放電光を検出する第２の光センサと；及び
Ｊ．前記第１の光センサから出力される第１の検出信号と、前記第２の光センサから出力される第２の検出信号とを受信し、前記第１の検出信号を受信してから前記第２の検出信号を受信するまでの遅延時間を計測するタイマ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記遅延時間の計測値と、前記エネルギの計測値との関係に基づいて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正する。
【請求項１５】
請求項１４に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、前記エネルギの計測値が最大となる場合の前記遅延時間の計測値に基づいて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させるタイミングを補正する。
【請求項１６】
レーザ加工システムは、以下を備える：
Ｋ．請求項１に記載のレーザ装置；及び
Ｌ．前記レーザ装置から入力される前記増幅バーストパルス光を、被加工物に照射するレーザ照射装置。
【請求項１７】
請求項１に記載のレーザ装置であって、
前記レーザ制御部は、外部から入力される１つの発光トリガ信号に応じて、前記固体レーザ装置に前記バーストシードパルス光を出力させる。
【国際調査報告】
2018105082.tif 000047
2018105082.tif 000048
2018105082.tif 000049
2018105082.tif 000050