(57)【要約】固体レーザ装置は、ＣＷレーザ光であるシード光を出力するシードレーザと、シード光の光強度を変更することにより、シード光をパルス化してシードパルス光として出力する光強度可変部と、ＣＷ励起光を出力するＣＷ励起レーザと、ＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、シードパルス光を増幅して増幅光として出力する増幅器と、増幅光を波長変換して高調波光を出力する波長変換部と、外部トリガ信号の入力に応じて光強度可変部を制御する光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、シードパルス光を出力させ、シードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、増幅ゲインの増加を抑制させる抑制光を出力させる光強度制御部と、を備える。
2017175561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＷレーザ光であるシード光を出力するシードレーザと、
前記シード光の光強度を変更することにより、前記シード光をパルス化してシードパルス光として出力する光強度可変部と、
ＣＷ励起光を出力するＣＷ励起レーザと、
前記ＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、前記シードパルス光を増幅して増幅光として出力する増幅器と、
前記増幅光を波長変換して高調波光を出力する波長変換部と、
外部トリガ信号の入力に応じて前記光強度可変部を制御する光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、前記光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、前記シードパルス光を出力させ、前記シードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、前記増幅ゲインの増加を抑制させる抑制光を出力させる光強度制御部と、
を備える固体レーザ装置。
【請求項２】
前記一定時間は、固定値である請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記固定値は、前記高調波光のパルスエネルギに応じて前記光強度制御部に設定される請求項２に記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記光強度制御部は、外部トリガ信号の入力から前記一定時間が経過するまでの間は、前記増幅ゲインが増加するように、前記光強度可変部に前記シード光の透過を抑制させる請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項５】
前記抑制光が前記増幅器に入力することにより生成される副次光の光強度は、前記波長変換部の波長変換閾値未満である請求項４に記載の固体レーザ装置。
【請求項６】
前記波長変換閾値は、前記波長変換部の波長変換効率が１％〜２％の範囲内の値となる光強度である請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項７】
前記波長変換閾値は、前記波長変換部の波長変換効率が０％〜０．０１％の範囲内の値となる光強度である請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項８】
前記波長変換閾値は、前記増幅光が前記波長変換部により波長変換されることにより生成される高調波光の光強度である第１の光強度と、前記副次光が前記波長変換部により波長変換されることにより生成される高調波光の光強度である第２の光強度との比により表され、前記第１の光強度に対する前記第２の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値である請求項５に記載の固体レーザ装置。
【請求項９】
前記抑制光は、ＣＷレーザ光又はパルスレーザ光である請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項１０】
前記光強度制御部は、前記シードパルス光の出力後、一定期間の間、前記抑制光の光強度を徐々に大きくする請求項９に記載の固体レーザ装置。
【請求項１１】
前記光強度可変部は、光シャッタ又は半導体光増幅器である請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項１２】
前記増幅器は、Ｙｂがドープされた固体増幅器と、Ｙｂがドープされたファイバ増幅器との少なくとも１つを含む請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項１３】
前記波長変換部は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、及びＫＢＢＦ結晶のうち少なくとも１つを含み、２次以上の高調波光を生成する請求項１に記載の固体レーザ装置。
【請求項１４】
ＣＷレーザ光である第１のシード光を出力する第１のシードレーザと、
前記第１のシード光の光強度を変更することにより、前記第１のシード光をパルス化して第１のシードパルス光として出力する第１の光強度可変部と、
第１のＣＷ励起光を出力する第１のＣＷ励起レーザと、
前記第１のＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、前記第１のシードパルス光を増幅して第１の増幅光として出力する第１の増幅器と、
外部トリガ信号の入力に応じて前記第１の光強度可変部を制御する第１の光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、前記第１の光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、前記第１のシードパルス光を出力させ、前記第１のシードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、前記第１の増幅器の増幅ゲインの増加を抑制させる第１の抑制光を出力させる第１の光強度制御部と、
を含む第１の固体レーザ装置と、
ＣＷレーザ光である第２のシード光を出力する第２のシードレーザと、
前記第２のシード光の光強度を変更することにより、前記第２のシード光をパルス化して第２のシードパルス光として出力する第２の光強度可変部と、
第２のＣＷ励起光を出力する第２のＣＷ励起レーザと、
前記第２のＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、前記第２のシードパルス光を増幅して第２の増幅光として出力する第２の増幅器と、
外部トリガ信号の入力に応じて前記第２の光強度可変部を制御する第２の光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、前記第２の光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、前記第２のシードパルス光を出力させ、前記第２のシードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、前記第２の増幅器の増幅ゲインの増加を抑制させる第２の抑制光を出力させる第２の光強度制御部と、
を含む第２の固体レーザ装置と、
前記第１の固体レーザ装置から出力される第１のパルスレーザ光と、前記第２の固体レーザ装置から出力される第２のパルスレーザ光との和周波を有する第３のパルスレーザ光を生成する和周波波長変換部と、
を備える固体レーザシステム。
【請求項１５】
前記一定時間は、固定値である請求項１４に記載の固体レーザシステム。
【請求項１６】
前記固定値は、前記第３のパルスレーザ光のパルスエネルギに応じて前記第１及び第２の光強度制御部に設定される請求項１５に記載の固体レーザシステム。
【請求項１７】
前記第１の光強度制御部は、外部トリガ信号の入力から前記一定時間が経過するまでの間は、前記第１の増幅器の増幅ゲインが増加するように、前記第１の光強度可変部に前記第１のシード光の透過を抑制させ、
前記第２の光強度制御部は、外部トリガ信号の入力から前記一定時間が経過するまでの間は、前記第２の増幅器の増幅ゲインが増加するように、前記第２の光強度可変部に前記第２のシード光の透過を抑制させる請求項１４に記載の固体レーザシステム。
【請求項１８】
前記第１の抑制光が前記第１の増幅器に入力することにより生成される第１の副次光の光強度は、前記和周波波長変換部の第１の波長変換閾値未満であり、
前記第２の抑制光が前記第２の増幅器に入力することにより生成される第２の副次光の光強度は、前記和周波波長変換部の第２の波長変換閾値未満である請求項１７に記載の固体レーザシステム。
【請求項１９】
前記第１の波長変換閾値は、前記第１の増幅光が前記和周波波長変換部に入力することにより生成される和周波光の光強度である第１の光強度と、前記第１の副次光が前記和周波波長変換部に入力することにより生成される和周波光の光強度である第２の光強度との比により表され、前記第１の光強度に対する前記第２の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値であり、
前記第２の波長変換閾値は、前記第２の増幅光が前記和周波波長変換部に入力することにより生成される和周波光の光強度である第３の光強度と、前記第２の副次光が前記和周波波長変換部に入力することにより生成される和周波光の光強度である第４の光強度との比により表され、前記第３の光強度に対する前記第４の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値である請求項１８に記載の固体レーザシステム。
【請求項２０】
前記第１の固体レーザ装置は、前記第１の増幅光を波長変換して高調波光を生成し、前記第１のパルスレーザ光として出力する波長変換部を含む請求項１７に記載の固体レーザシステム。
【請求項２１】
前記波長変換部は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、及びＫＢＢＦ結晶のうち少なくとも１つを含み、
前記和周波波長変換部は、少なくとも１つのＣＬＢＯ結晶を含む請求項２０に記載の固体レーザシステム。
【請求項２２】
前記第１及び第２の光強度可変部は、それぞれ光シャッタ又は半導体光増幅器である請求項１４に記載の固体レーザシステム。
【請求項２３】
前記第１の増幅器は、Ｙｂがドープされた固体増幅器と、Ｙｂがドープされたファイバ増幅器との少なくとも１つを含み、
前記第２の増幅器は、Ｅｒがドープされたファイバ増幅器を含む請求項１４に記載の固体レーザシステム。
【請求項２４】
請求項１４に記載の固体レーザシステムと、
前記固体レーザシステムから出力される前記第３のパルスレーザ光を増幅するエキシマレーザ装置からなる増幅器と、
を備える露光装置用レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体レーザ装置、固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置に関する。
【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２４８ｎｍ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、露光装置用レーザ装置として、ＭＯ（マスタオシレータ）とＰＯ（パワーオシレータ）とを含む構成がある。このような露光装置用レーザ装置では、通常、ＭＯとＰＯとに、エキシマレーザ装置が使用される。しかしながら、省エネルギの観点から、ＭＯとして、固体レーザ装置を適用した露光装置用レーザ装置の開発が進みつつある。固体レーザ装置は、半導体レーザ、非線形結晶等を含んで構成される。この固体レーザ装置は、露光装置用レーザ装置に限られず、加工用レーザ装置等にも用いることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５３６２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９２８３１号公報
【特許文献３】特開平１１−２８５８７２号公報
【特許文献４】特開２００９−２２９７１５号公報
【特許文献５】特開２０１２−１９９４２５号公報
【概要】
【０００７】
本開示の１つの観点に係る固体レーザ装置は、ＣＷレーザ光であるシード光を出力するシードレーザと、シード光の光強度を変更することにより、シード光をパルス化してシードパルス光として出力する光強度可変部と、ＣＷ励起光を出力するＣＷ励起レーザと、ＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、シードパルス光を増幅して増幅光として出力する増幅器と、増幅光を波長変換して高調波光を出力する波長変換部と、外部トリガ信号の入力に応じて光強度可変部を制御する光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、シードパルス光を出力させ、シードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、増幅ゲインの増加を抑制させる抑制光を出力させる光強度制御部と、を備える。
【０００８】
本開示の１つの観点に係る固体レーザシステムは、第１の固体レーザ装置と、第２の固体レーザ装置と、和周波波長変換部と、を備える。第１の固体レーザ装置は、ＣＷレーザ光である第１のシード光を出力する第１のシードレーザと、第１のシード光の光強度を変更することにより、第１のシード光をパルス化して第１のシードパルス光として出力する第１の光強度可変部と、第１のＣＷ励起光を出力する第１のＣＷ励起レーザと、第１のＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、第１のシードパルス光を増幅して第１の増幅光として出力する第１の増幅器と、外部トリガ信号の入力に応じて第１の光強度可変部を制御する第１の光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、第１の光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、第１のシードパルス光を出力させ、第１のシードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、第１の増幅器の増幅ゲインの増加を抑制させる第１の抑制光を出力させる第１の光強度制御部と、を含む。第２の固体レーザ装置は、ＣＷレーザ光である第２のシード光を出力する第２のシードレーザと、第２のシード光の光強度を変更することにより、第２のシード光をパルス化して第２のシードパルス光として出力する第２の光強度可変部と、第２のＣＷ励起光を出力する第２のＣＷ励起レーザと、第２のＣＷ励起光による光励起により増加した増幅ゲインに基づいて、第２のシードパルス光を増幅して第２の増幅光として出力する第２の増幅器と、外部トリガ信号の入力に応じて第２の光強度可変部を制御する第２の光強度制御部であって、外部トリガ信号の入力ごとに、第２の光強度可変部に、外部トリガ信号の入力から一定時間の経過後に、第２のシードパルス光を出力させ、第２のシードパルス光の出力後から次の外部トリガ信号の入力までの期間内に、第２の増幅器の増幅ゲインの増加を抑制させる第２の抑制光を出力させる第２の光強度制御部と、を含む。和周波波長変換部は、第１の固体レーザ装置から出力される第１のパルスレーザ光と、第２の固体レーザ装置から出力される第２のパルスレーザ光との和周波を有する第３のパルスレーザ光を生成する。
【０００９】
本開示の１つの観点に係る露光装置用レーザ装置は、上記固体レーザシステムと、固体レーザシステムから出力される第３のパルスレーザ光を増幅するエキシマレーザ装置からなる増幅器と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
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、比較例に係る固体レーザ装置１０の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示される固体レーザ装置１０の動作を説明するフローチャートである。
【図３】図３Ａ〜図３Ｈは、固体レーザ装置１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図４Ａ〜図４Ｈは、固体レーザ装置１０に入力される外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔが「Ｔｂ」である場合のタイミングチャートである。
【図５】図５は、本開示に係る固体レーザ装置１０ａの構成を概略的に示す図である。
【図６】図６は、光強度制御部２０の構成を概略的に示す図である。
【図７】図７は、図５及び図６に示される固体レーザ装置１０ａの動作を説明するフローチャートである。
【図８】図８Ａ〜図８Ｊは、固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、第１の変形例に係る光強度制御部２０の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の変形例に係る光強度制御部２０に組み込まれた制御プログラムによる動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｈは、第３の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１２は、第４の変形例に係る光強度制御部２０の構成を示す図である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｊは、第４の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｈは、第６の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１５は、外部トリガ信号のパルス間隔が非周期である場合の固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】図１６は、光シャッタ１００の一構成例を示す図である。
【図１７】図１７は、半導体光増幅器２００の一構成例を示す図である。
【図１８】図１８は、ＭＯＰＡ型の露光装置用レーザ装置５０の構成を概略的に示す図である。
【図１９】図１９は、図１８に示される固体レーザシステム５１の構成を概略的に示す図である。
【図２０】図２０は、図１８に示される増幅器５４の構成を概略的に示す図である。
【図２１】図２１は、第１の変形例に係る増幅器３００の構成を概略的に示す図である。
【図２２】図２２は、第２の変形例に係る増幅器４００の構成を概略的に示す図である。
【実施形態】
【００１１】
＜内容＞
１．比較例
１．１  構成
１．２  動作
１．３  課題
２．第１の実施形態
２．１  構成
２．２  動作
２．３  効果
２．４  第１及び第２の信号の設定条件
２．５  波長変換閾値の定義
３．光強度制御部の変形例
３．１  第１の変形例
３．２  第２の変形例
３．３  第３の変形例
３．４  第４の変形例
３．５  第５の変形例
３．６  第６の変形例
４．外部トリガ信号のパルス間隔が非周期である場合
５．光強度可変部の構成例
５．１  第１の構成例
５．１．１  構成
５．１．２  動作
５．２  第２の構成例
５．２．１  構成
５．２．２  動作
６．ＭＯと増幅器とを含むレーザ装置への固体レーザ装置の適用例
６．１  構成
６．２  動作
６．３  効果
６．４  波長変換閾値の定義
６．５  波長変換部に関する変形例
６．６  増幅器の変形例
６．６．１  第１の変形例
６．６．２  第２の変形例
７．その他の変形例
【００１２】
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。
【００１３】
１．比較例
１．１  構成
図１は、比較例に係る固体レーザ装置１０の構成を概略的に示す。図１において、固体レーザ装置１０は、固体レーザ制御部１１と、ＣＷ励起レーザ１２と、増幅器１３と、シードレーザ１４と、光強度可変部１５と、ダイクロイックミラー１６と、ワンショット回路１７と、波長変換部１８と、を含む。
【００１４】
固体レーザ装置１０は、外部装置としてのレーザ光照射装置２に接続されている。固体レーザ制御部１１には、レーザ光照射装置２に含まれるレーザ光照射制御部３から、パルス状の発振準備信号Ｒｄと、パルス状の外部トリガ信号Ｔｒとが入力される。
【００１５】
ＣＷ励起レーザ１２は、増幅器１３が光励起可能な波長の光であるＣＷ（Continuous Wave）励起光ＬEを出力する光源である。ＣＷ励起レーザ１２は、例えば、波長が約９７６ｎｍのＣＷ励起光ＬEを出力する半導体レーザである。増幅器１３は、Ｙｂがドープされた光学結晶からなる固体増幅器、又はＹｂがドープされた合成石英からなるファイバ増幅器、あるいはこれらを組み合わせたものである。ＣＷ励起レーザ１２から出力されたＣＷ励起光ＬEは、ダイクロイックミラー１６により高反射されて増幅器１３に入力される。
【００１６】
シードレーザ１４は、シード光ＬSを出力する光源である。シードレーザ１４は、例えば、波長が約１０６０ｎｍであるＣＷレーザ光をシード光ＬSとして出力する分布帰還型の半導体レーザである。なお、このシード光ＬSの波長は、１０２０ｎｍ〜１０９０ｎｍの波長範囲内であることが好ましい。
【００１７】
光強度可変部１５は、ＥＯ（Electro Optical）ポッケルスセルと偏光子とを組み合わせた光シャッタである。光強度可変部１５は、シードレーザ１４とダイクロイックミラー１６との間に配置されている。なお、光強度可変部１５は、半導体増幅器であってもよい。
【００１８】
ワンショット回路１７は、固体レーザ制御部１１からの外部トリガ信号Ｔｒの入力を受けて、所定のパルス幅のパルス信号Ｓを生成して光強度可変部１５に出力する。光強度可変部１５は、シードレーザ１４からシード光ＬSが入力されている状態において、ワンショット回路１７からパルス信号Ｓが入力されると、パルス信号Ｓの立ち上がりエッジを検出し、パルス信号Ｐのパルス幅に対応する期間のみシード光ＬSを透過させる。すなわち、光強度可変部１５は、ワンショット回路１７から入力されるパルス信号Ｓに応じて、シード光ＬSをパルス化したシードパルス光ＬPを出力する。
【００１９】
ダイクロイックミラー１６は、シードパルス光ＬPの光路と、ＣＷ励起光ＬEの光路とが交わる位置であって、シードパルス光ＬPの光路とＣＷ励起光ＬEの光路とをほぼ一致させるように配置されている。ダイクロイックミラー１６の表面には、ＣＷ励起レーザ１２から出力されたＣＷ励起光ＬEが高反射し、光強度可変部１５から出力されたシードパルス光ＬPが高透過する膜がコーティングされている。
【００２０】
増幅器１３は、ＣＷ励起光ＬEの入力により光励起され、反転分布が形成された状態で、シードパルス光ＬPが入力される。増幅器１３にシードパルス光ＬPが入力されると、誘導放出による光の増幅が生じる。シードパルス光ＬPは、増幅器１３により増幅され、増幅光ＬAとして出力される。この誘導放出による光の増幅の際に、増幅器１３の反転分布が消費される。
【００２１】
波長変換部１８は、増幅光ＬAを高調波光ＬHに波長変換する非線形結晶を含む。高調波光ＬHは、波長が約３５５ｎｍの第３高調波光、又は波長が約２６６ｎｍの第４高調波光である。波長変換部１８が、非線形結晶として、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶やＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）結晶等を含む場合には、高調波光ＬHとして第３高調波光が生成される。波長変換部１８が、非線形結晶として、ＬＢＯ結晶と、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）結晶とを含む場合には、高調波光ＬHとして第４高調波光が生成される。
【００２２】
１．２  動作
図２は、図１に示される固体レーザ装置１０の動作を説明するフローチャートである。図３Ａ〜図３Ｈは、固体レーザ装置１０の動作を示すタイミングチャートである。なお、図３Ａ及び図３Ｄのタイミングチャートの縦軸は、電圧値である。図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｅ、図３Ｇ、及び図３Ｈのタイミングチャートの縦軸は、光強度である。図３Ｆのタイミングチャートの縦軸は、増幅ゲインである。
【００２３】
固体レーザ装置１０に含まれる固体レーザ制御部１１は、以下の処理により、固体レーザ装置１０の動作を制御する。
【００２４】
まず、Ｓ１００において、固体レーザ制御部１１は、レーザ光照射装置２から発振準備信号Ｒｄを受信したか否かを判定する。固体レーザ制御部１１は、発振準備信号Ｒｄを受信していない場合（Ｓ１００；ＮＯ）、発振準備信号Ｒｄを受信するまで待機する。固体レーザ制御部１１は、発振準備信号Ｒｄを受信した場合（Ｓ１００；ＹＥＳ）、処理をＳ１１０に進める。
【００２５】
Ｓ１１０において、固体レーザ制御部１１は、シードレーザ１４を制御してレーザ発振動作を開始させ、図３Ｂに示すように、シードレーザ１４に一定の光強度のシード光ＬSを出力させる。シードレーザ１４から出力されたシード光ＬSは、光強度可変部１５に入力され、後述する外部トリガ信号Ｔｒが固体レーザ制御部１１に入力されるまでの間は、光強度可変部１５により透過が抑制される。
【００２６】
次に、Ｓ１２０において、固体レーザ制御部１１は、ＣＷ励起レーザ１２を制御してレーザ発振動作を開始させ、図３Ｃに示すように、ＣＷ励起レーザ１２に一定の光強度のＣＷ励起光ＬEを出力させる。ＣＷ励起レーザ１２から出力されたＣＷ励起光ＬEは、ダイクロイックミラー１６により高反射されることにより増幅器１３に入射し、増幅器１３を光励起させる。増幅器１３では、ＣＷ励起光ＬEを受けて光励起が生じることにより、反転分布が形成される。この反転分布の励起状態の原子数は、ＣＷ励起光ＬEの入射時間の経過ともに増加する。すなわち、図３Ｆに示すように、増幅器１３の増幅ゲインは、ＣＷ励起光ＬEの入射時間の経過ともに増加する。
【００２７】
次に、Ｓ１３０において、固体レーザ制御部１１は、図１において破線で示される外部トリガ信号ラインをワンショット回路１７に接続することにより、ワンショット回路１７への外部トリガ信号Ｔｒの入力を可能とする。したがって、図３Ａに示すように、固体レーザ制御部１１にレーザ光照射装置２から外部トリガ信号Ｔｒが入力されると、外部トリガ信号Ｔｒは、外部トリガ信号ラインを介してワンショット回路１７に入力される。
【００２８】
Ｓ１４０において、ワンショット回路１７は、外部トリガ信号Ｔｒが入力されると、図３Ｄに示すように、所定のパルス幅のパルス信号Ｐを生成して光強度可変部１５に出力する。光強度可変部１５は、ワンショット回路１７からパルス信号Ｓが入力されると、パルス信号Ｐのパルス幅に対応する期間のみシード光ＬSを透過させる。これにより、光強度可変部１５からは、図３Ｅに示すように、パルス信号Ｓに応じたパルス幅のシードパルス光ＬPが出力される。シードパルス光ＬPは、ダイクロイックミラー１６を高透過して増幅器１３に入力される。
【００２９】
増幅器１３にシードパルス光ＬPが入力されると、誘導放出による光の増幅が生じ、図３Ｇに示すように、増幅光ＬAが出力される。この増幅光ＬAの光強度は、増幅器１３にシードパルス光ＬPが入力された時点における増幅ゲインの大きさに依存する。増幅器１３から出力された増幅光ＬAは、波長変換部１８に入力される。波長変換部１８に増幅光ＬAが入力されると、図３Ｈに示すように、増幅光ＬAが高調波光ＬHに変換されて出力される。この高調波光ＬHは、紫外のパルスレーザ光として、レーザ光照射装置２の図示しない照明光学系に入射する。
【００３０】
増幅器１３の反転分布は、増幅光ＬAが生成される際に消費され、これに伴い増幅ゲインが低下する。増幅器１３の増幅ゲインは、増幅光ＬAにより反転分布が消費された時点から、ＣＷ励起光ＬEの入射を受けて再び増加する。
【００３１】
Ｓ１５０において、固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０の運転を停止するか否かを判定する。例えば、固体レーザ制御部１１は、レーザ光照射装置２から、図示しない停止信号を受信した場合に、固体レーザ装置１０の運転を停止すると判定する。停止信号は、固体レーザ装置１０に不具合が生じた場合や、固体レーザ装置１０のレーザ発振を終了させる場合に、固体レーザ装置１０に入力される。
【００３２】
固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０の運転を停止させないと判定した場合（Ｓ１５０；ＮＯ）には、外部トリガ信号ラインをワンショット回路１７に接続したままとし、ワンショット回路１７に外部トリガ信号Ｔｒを入力させる。Ｓ１４０におけるワンショット回路１７によるパルス信号Ｓの生成動作と、これに伴うレーザ発振動作とは、固体レーザ制御部１１に外部トリガ信号Ｔｒが入力されるたびに行われる。
【００３３】
固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０の運転を停止させると判定した場合（Ｓ１５０；ＹＥＳ）、処理をＳ１６０に進める。Ｓ１６０において、固体レーザ制御部１１は、外部トリガ信号ラインをワンショット回路１７から切断する。次に、Ｓ１７０において、固体レーザ制御部１１は、ＣＷ励起レーザ１２のレーザ発振動作を停止させる。次に、Ｓ１８０において、固体レーザ制御部１１は、シードレーザ１４のレーザ発振動作を停止させる。
【００３４】
１．３  課題
図３Ａ〜図３Ｈは、固体レーザ装置１０に入力される外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔが「Ｔａ」である場合のタイミングチャートである。これに対して、図４Ａ〜図４Ｈは、固体レーザ装置１０に入力される外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔが「Ｔｂ」である場合のタイミングチャートである。ここで、Ｔｂ＞Ｔａである。
【００３５】
比較例に係る固体レーザ装置１０では、図３Ｆ及び図４Ｆに示すように、増幅器１３の増幅ゲインは、外部トリガ信号Ｔｒが固体レーザ装置１０に入力され、増幅光ＬAの生成により反転分布が消費された時点から、ＣＷ励起光ＬEの入射を受けて次第に増加する。このため、次に外部トリガ信号Ｔｒが固体レーザ装置１０に入力されて増幅光ＬAが生成される時点における増幅ゲインの大きさは、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔに依存する。
【００３６】
したがって、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔが大きい程、すなわち繰り返し周波数が低い程、増幅光ＬAの光強度が高くなる。図４Ｇに示すように、Ｔ＝Ｔｂである場合には、図３Ｇに示すように、Ｔ＝Ｔａである場合よりも増幅光ＬAの光強度が高くなる。
【００３７】
さらに、増幅光ＬAの光強度が高くなると、波長変換部１８により波長変換された高調波光ＬHからなるパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギが高くなる。図４Ｈに示すように、Ｔ＝Ｔｂである場合には、図３Ｈに示すように、Ｔ＝Ｔａである場合よりもパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギが高くなる。
【００３８】
このように、比較例に係る固体レーザ装置１０では、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔに依存して、レーザ光照射装置２へ出力するパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギが変化するという課題がある。
【００３９】
また、比較例に係る固体レーザ装置１０は、露光装置用レーザ装置として用いられる。この場合、固体レーザ装置１０は、露光装置としてのレーザ光照射装置２から入力される外部トリガ信号Ｔｒに応じて、パルスレーザ光を繰り返し出力するバースト期間と、パルスレーザ光の出力を停止する休止期間とを交互に繰り返すバースト動作を行う。バースト期間は、露光装置において、半導体ウエハ上の１つの露光エリアに露光が行われる期間である。休止期間は、１つの露光エリアの露光が終了した後、別の露光エリアの露光が開始されるまでの期間である。休止期間には、図示しないウエハステージの移動が行われる。
【００４０】
固体レーザ装置１０は、上記のバースト動作を行う場合には、休止期間おいて外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔが長くなるので、バースト期間開始直後にレーザ光照射装置２に出力するバーストの先頭のパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギが増大する。パルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギが増大すると、波長変換部１８に含まれる非線形結晶が損傷する恐れがある。また、増幅器１３が光ファイバ増幅器である場合には、光ファイバが損傷する恐れがある。
【００４１】
２．第１の実施形態
次に、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザ装置について説明する。なお、以下では、図１に示した比較例の固体レーザ装置の構成要素と略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。
【００４２】
２．１  構成
図５は、本開示に係る固体レーザ装置１０ａの構成を概略的に示す。図５において、第１の実施形態に係る固体レーザ装置１０ａは、図１に示した比較例の固体レーザ装置１０の構成におけるワンショット回路１７に代えて、光強度制御部２０を備えている。また、第１の実施形態では、固体レーザ制御部１１は、外部トリガ信号Ｔｒに加えて、パルス状のセット信号Ｓｔを光強度制御部２０に入力するように構成されている。固体レーザ装置１０ａのその他の構成要素は、比較例の固体レーザ装置１０の構成要素と同一である。
【００４３】
図６は、光強度制御部２０の構成を概略的に示す。図６において、光強度制御部２０は、遅延回路２１と、第１のワンショット回路２２と、第２のワンショット回路２３と、ＯＲ回路２４と、フリップフロップ（ＦＦ）回路２５と、第１のアンプ回路２６と、第２のアンプ回路２７と、加算回路２８と、を含む。
【００４４】
光強度制御部２０は、光強度可変部１５に制御信号を出力することにより光強度可変部１５を制御する。光強度可変部１５は、光強度制御部２０から入力される制御信号に基づいて、シードレーザ１４から入力されるシード光ＬSの光強度を変更して出力する。
【００４５】
比較例の固体レーザ装置１０では、ワンショット回路１７は、外部トリガ信号Ｔｒの入力に応じて、パルス信号Ｓを光強度可変部１５に出力するように構成されている。これに対して、第１の実施形態に係る固体レーザ装置１０ａでは、光強度制御部２０は、外部トリガ信号Ｔｒの入力に応じて制御信号として、第１の信号Ｓ１と第２の信号Ｓ２とを光強度可変部１５に出力する。具体的には、光強度制御部２０は、外部トリガ信号Ｔｒの入力ごとに、外部トリガ信号Ｔｒの入力後、一定時間の経過後に、第１の信号Ｓ１を光強度可変部１５に出力し、第１の信号Ｓ１の出力後、次の外部トリガ信号Ｔｒが入力されるまでの期間内に第２の信号Ｓ２を光強度可変部１５に出力する。
【００４６】
第１の信号Ｓ１は、比較例と同様に、増幅器１３に増幅光ＬAを生成させるためのシードパルス光ＬPの生成に用いられるパルス信号である。第２の信号Ｓ２は、増幅光ＬAの生成後における反転分布の形成を抑制するための抑制光ＬDの生成に用いられる。
【００４７】
２．２  動作
図７は、図５及び図６に示される固体レーザ装置１０ａの動作を説明するフローチャートである。図８Ａ〜図８Ｊは、固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。第１の実施形態に係る固体レーザ装置１０ａに含まれる固体レーザ制御部１１は、以下の処理により、固体レーザ装置１０ａの動作を制御する。
【００４８】
まず、Ｓ２００において、固体レーザ制御部１１は、レーザ光照射装置２から発振準備信号Ｒｄを受信したか否かを判定する。固体レーザ制御部１１は、発振準備信号Ｒｄを受信していない場合（Ｓ２００；ＮＯ）、発振準備信号Ｒｄを受信するまで待機する。固体レーザ制御部１１は、発振準備信号Ｒｄを受信した場合（Ｓ２００；ＹＥＳ）、処理をＳ２１０に進める。
【００４９】
Ｓ２１０において、固体レーザ制御部１１は、シードレーザ１４を制御してレーザ発振動作を開始させ、図８Ｂに示すように、シードレーザ１４に一定の光強度のシード光ＬSを出力させる。シードレーザ１４から出力されたシード光ＬSは、光強度可変部１５に入力される。
【００５０】
次に、Ｓ２２０において、固体レーザ制御部１１は、ＣＷ励起レーザ１２を制御してレーザ発振動作を開始させ、図８Ｃに示すように、ＣＷ励起レーザ１２に一定の光強度のＣＷ励起光ＬEを出力させる。ＣＷ励起レーザ１２から出力されたＣＷ励起光ＬEは、ダイクロイックミラー１６により高反射されることにより増幅器１３に入射し、増幅器１３を光励起させる。
【００５１】
次に、Ｓ２３０において、固体レーザ制御部１１は、光強度制御部２０にセット信号Ｓｔを送信する。光強度制御部２０は、セット信号Ｓｔが入力されると、図８Ｄに示すように、第２の信号Ｓ２を出力する。具体的には、図６に示すように、光強度制御部２０にセット信号Ｓｔが入力されると、セット信号Ｓｔは、ＯＲ回路２４を介してＦＦ回路２５のセット端子Ｓに入力される。このとき、ＦＦ回路２５のリセット端子Ｒには信号が入力されていないので、図８Ｉに示すように、ＦＦ回路２５は、セット端子Ｓに入力されるセット信号Ｓｔの立ち上がりエッジを検出してセット状態となる。ＦＦ回路２５は、セット状態になると、出力端子Ｑの出力信号値が「１」となる。この出力端子Ｑの出力信号は、第１のアンプ回路２６に入力される。
【００５２】
第１のアンプ回路２６は、ＦＦ回路２５の出力端子Ｑから入力される信号を増幅する。第１のアンプ回路２６は、ＦＦ回路２５の出力端子Ｑから入力される信号値が「１」である場合には、これを増幅して第２の信号Ｓ２を出力する。加算回路２８の第１の入力端子Ｉｎ１には、第１のアンプ回路２６の出力信号が入力され、第２の入力端子Ｉｎ２には、第２のアンプ回路２７の出力信号が入力される。加算回路２８は、アナログ信号である第１及び第２のアンプ回路２６，２７の出力信号を加算して、出力端子Ｏｕｔから出力する。
【００５３】
図８Ｊに示すように、加算回路２８の第１の入力端子Ｉｎ１に、第１のアンプ回路２６から第２の信号Ｓ２が入力されている場合には、第２のアンプ回路２７から第２の入力端子Ｉｎ２に入力される信号値は「０」である。この場合、加算回路２８の出力端子Ｏｕｔからは、第２の信号Ｓ２が出力される。この第２の信号Ｓ２は、光強度制御部２０から出力され、光強度可変部１５に入力される。
【００５４】
光強度可変部１５は、入力される信号値が大きい程、シードレーザ１４から入力されるシード光ＬSに対する光透過率が大きくなる。第２の信号Ｓ２は、後述する第１の信号Ｓ１より信号値が小さい。このため、光強度可変部１５は、第２の信号Ｓ２の入力時には、第１の信号Ｓ１の入力時よりも光透過率が低く、シード光ＬSの一部を透過させる。したがって、第２の信号Ｓ２が光強度制御部２０に入力されると、図８Ｅに示すように、光強度制御部２０からは、シード光ＬSの光強度が低下された抑制光ＬDが出力される。本実施形態では、抑制光ＬDは、光強度が一定のＣＷレーザ光である。
【００５５】
光強度制御部２０から出力された抑制光ＬDは、ダイクロイックミラー１６を高透過して増幅器１３に入力される。このとき、増幅器１３では、ＣＷ励起光ＬEを受けて光励起が生じているが、抑制光ＬDの入力により光相互作用が生じて光の誘導放出が生じ、図８Ｆに示すように、反転分布の形成が抑制される。これにより、増幅ゲインの増加が抑制される。図８Ｇに示すように、抑制光ＬDの入力により増幅器１３から出力される出力光ＬBは、光強度が低い。この出力光ＬBは、増幅器１３において抑制光ＬDにより副次的に生成される出力光であるので、以下、副次光ＬBと称する。
【００５６】
この副次光ＬBは、波長変換部１８に入力される。波長変換部１８は、光強度が波長変換閾値ＩC以上の入射光に対しては所定値以上の波長変換効率を有し、光強度が波長変換閾値ＩC未満の入射光に対しては所定値未満の波長変換効率を有する。図８Ｇに示すように、波長変換部１８に入力される副次光ＬBの光強度は、波長変換閾値ＩC未満であり、波長変換が抑制される。したがって、図８Ｈに示すように、光強度制御部２０から第２の信号Ｓ２が出力される期間には、波長変換部１８からの高調波光の出力が抑制される。前述の第１のアンプ回路２６は、増幅器１３において生成される副次光ＬBの光強度が波長変換閾値ＩC未満となる第２の信号Ｓ２を生成するように増幅率が設定されている。
【００５７】
次に、Ｓ２４０において、固体レーザ制御部１１は、図５において破線で示される外部トリガ信号ラインを光強度制御部２０に接続することにより、光強度制御部２０への外部トリガ信号Ｔｒの入力を可能とする。したがって、図８Ａに示すように、固体レーザ制御部１１にレーザ光照射装置２から外部トリガ信号Ｔｒが入力されると、外部トリガ信号Ｔｒは、外部トリガ信号ラインを介して光強度制御部２０に入力される。
【００５８】
Ｓ２５０において、光強度制御部２０は、外部トリガ信号Ｔｒが入力されると、図８Ｄに示すように、一定時間Ｔｄの経過後に第１の信号Ｓ１を生成して光強度可変部１５に出力する。具体的には、図６に示すように、光強度制御部２０に外部トリガ信号Ｔｒが入力されると、外部トリガ信号Ｔｒは、遅延回路２１に入力されるとともに、ＦＦ回路２５のリセット端子Ｒに入力される。
【００５９】
図８Ｉに示すように、ＦＦ回路２５は、リセット端子Ｒに入力される外部トリガ信号Ｔｒの立ち上がりエッジを検出してリセット状態となる。ＦＦ回路２５は、リセット状態になると、出力端子Ｑの出力信号値が「０」となる。この出力端子Ｑの出力信号は、第１のアンプ回路２６を介して加算回路２８の第１の入力端子Ｉｎ１に入力される。このとき、第２の入力端子Ｉｎ２に入力されている信号値は「０」である。したがって、図８Ｊに示すように、加算回路２８の出力端子Ｏｕｔから出力される信号値は「０」、すなわちグランド信号である。このグランド信号は、光強度制御部２０から出力され、光強度可変部１５に入力される。
【００６０】
光強度可変部１５は、グランド信号が入力された場合には、光透過率がほぼ「０」となり、シードレーザ１４から入力されるシード光ＬSの透過を抑制する。これにより、増幅器１３には、図８Ｄ示すように、光強度可変部１５から光が入力されないため、図８Ｆに示すように、増幅器１３は、ＣＷ励起光ＬEを受けて増幅ゲインが次第に増加する。
【００６１】
一方、遅延回路２１に入力された外部トリガ信号Ｔｒは、遅延回路２１で一定時間Ｔｄだけ遅延して出力される。遅延回路２１から出力された外部トリガ信号Ｔｒは、第１のワンショット回路２２に入力される。第１のワンショット回路２２は、入力された外部トリガ信号Ｔｒの立ち上がりエッジを検出する。第１のワンショット回路２２は、外部トリガ信号Ｔｒの立ち上がりエッジを検出すると、所定のパルス幅Δｔを有するパルス信号を生成し、第２のアンプ回路２７と第２のワンショット回路２３とに入力する。
【００６２】
第２のアンプ回路２７は、入力されたパルス信号を増幅して、前述の第２の信号Ｓ２よりも電圧値が大きい第１の信号Ｓ１を生成して出力する。この第１の信号Ｓ１は、パルス幅Δｔを有する。パルス幅Δｔは、０．００１ｎｓ〜１００ｎｓの範囲内であることが好ましい。
【００６３】
図８Ｊに示すように、第１の信号Ｓ１は、加算回路２８の第２の入力端子Ｉｎ２に入力される。このとき、入力端子Ｉｎ１に入力されている信号値は「０」である。この場合、加算回路２８の出力端子Ｏｕｔからは、第１の信号Ｓ１が出力される。この第１の信号Ｓ１は、光強度制御部２０から出力され、光強度可変部１５に入力される。すなわち、光強度可変部１５には、光強度制御部２０への外部トリガ信号Ｔｒの入力から一定時間Ｔｄの経過後に第１の信号Ｓ１が入力される。
【００６４】
光強度可変部１５は、第１の信号Ｓ１が入力されると、シードレーザ１４から入力されるシード光ＬSを透過させる。これにより、光強度可変部１５からは、図８Ｅに示すように、第１の信号Ｓ１に応じたパルス幅のシードパルス光ＬPが出力される。シードパルス光ＬPは、ダイクロイックミラー１６を高透過して増幅器１３に入力される。
【００６５】
増幅器１３にシードパルス光ＬPが入力されると、誘導放出による光の増幅が生じ、図８Ｇに示すように、増幅光ＬAが出力される。この増幅光ＬAの光強度は、光強度制御部２０への外部トリガ信号Ｔｒの入力から一定時間Ｔｄの経過後における増幅ゲインの大きさに依存する。増幅器１３から出力された増幅光ＬAは、光強度が波長変換閾値ＩC以上であり、波長変換部１８に入力される。波長変換部１８に増幅光ＬAが入力されると、図８Ｈに示すように、増幅光ＬAが高調波光ＬHに変換されて出力される。この高調波光ＬHは、紫外のパルスレーザ光として、レーザ光照射装置２の図示しない照明光学系に入射する。
【００６６】
一方、第２のワンショット回路２３は、第１のワンショット回路２２から出力されたパルス信号の立ち下がりエッジを検出する。第２のワンショット回路２３は、パルス信号の立ち下がりエッジを検出すると、パルス状のセット信号Ｓｔを生成して出力する。このセット信号Ｓｔは、ＯＲ回路２４を介してＦＦ回路２５のセット端子Ｓに入力される。このとき、ＦＦ回路２５のリセット端子Ｒには信号が入力されていないので、図８Ｉに示すように、ＦＦ回路２５は、セット端子Ｓに入力されるセット信号Ｓｔの立ち上がりエッジを検出してセット状態となる。
【００６７】
この結果、Ｓ２３０と同様に、加算回路２８の出力端子Ｏｕｔからは、第２の信号Ｓ２が出力される。そして、第２の信号Ｓ２が光強度制御部２０に入力されると、図８Ｅに示すように、光強度制御部２０からは、前述の抑制光ＬDが出力される。この抑制光ＬDにより、増幅器１３の増幅ゲインの増加が抑制され、増幅器１３からは副次光ＬBが出力される。この副次光ＬBは、光強度が波長変換閾値ＩC未満であるので、波長変換部１８での波長変換は抑制され、高調波光の出力が抑制される。
【００６８】
Ｓ２６０において、固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０ａの運転を停止するか否かを判定する。例えば、固体レーザ制御部１１は、レーザ光照射装置２から、図示しない停止信号を受信した場合に、固体レーザ装置１０ａの運転を停止すると判定する。停止信号は、固体レーザ装置１０ａに不具合が生じた場合や、固体レーザ装置１０ａのレーザ発振を終了させる場合に、固体レーザ装置１０ａに入力される。
【００６９】
固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０ａの運転を停止させないと判定した場合（Ｓ２６０；ＮＯ）には、外部トリガ信号ラインを光強度制御部２０に接続したままとし、光強度制御部２０に外部トリガ信号Ｔｒを入力させる。Ｓ２５０における光強度制御部２０による第１及び第２の信号Ｓ１，Ｓ２の生成動作と、これに伴うレーザ発振動作とは、固体レーザ制御部１１に外部トリガ信号Ｔｒが入力されるたびに行われる。
【００７０】
固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０ａの運転を停止させると判定した場合（Ｓ２６０；ＹＥＳ）、処理をＳ２７０に進める。Ｓ２７０において、固体レーザ制御部１１は、外部トリガ信号ラインを光強度制御部２０から切断する。次に、Ｓ２８０において、固体レーザ制御部１１は、ＣＷ励起レーザ１２のレーザ発振動作を停止させる。次に、Ｓ２９０において、固体レーザ制御部１１は、シードレーザ１４のレーザ発振動作を停止させる。
【００７１】
なお、遅延回路２１による信号の遅延時間である一定時間Ｔｄは、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔよりも短く設定されている。一定時間Ｔｄは、１０μｓ〜１０００μｓの範囲内であることが好ましい。この一定時間Ｔｄは、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔに応じて変化するものではなく固定値である。ただし、この固定値は、固体レーザ装置１０ａからレーザ光照射装置２へ出力されるパルスレーザ光としての高調波光ＬHのパルスエネルギに応じて、固体レーザ制御部１１が遅延回路２１に設定してもよい。例えば、固体レーザ制御部１１は、固体レーザ装置１０ａから出力される高調波光ＬHの必要パルスエネルギが高くなるほど、固定値を大きな値に設定する。
【００７２】
２．３  効果
第１の実施形態に係る固体レーザ装置１０ａによれば、固体レーザ装置１０ａに外部トリガ信号Ｔｒが入力された時点から、増幅器１３の増幅ゲインの増加が開始し、一定時間Ｔｄの経過後の増幅ゲインによって増幅光ＬAが生成される。したがって、第１の実施形態では、「Ｔ＞Ｔｄ」の関係を満たすことを条件とし、増幅光ＬAの光強度は、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔに依らず一定となる。すなわち、レーザ光照射装置２へ出力するパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギは、パルス間隔Ｔに依らず一定となる。
【００７３】
また、第１の実施形態では、バースト動作における休止期間後のバースト期間開始直後にレーザ光照射装置２に出力するバーストの先頭のパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギが増大することはなく、波長変換部１８に含まれる非線形結晶の損傷が防止される。また、増幅器１３が光ファイバ増幅器である場合には、光ファイバの損傷が抑制される。
【００７４】
２．４  第１及び第２の信号の設定条件
第１の実施形態では、抑制光ＬDは、シードパルス光ＬPよりも光強度が低く設定されているが、抑制光ＬDの光強度は、増幅光ＬAの生成後に増幅器１３がＣＷ励起光ＬEを受けて生じる光励起を消費し、反転分布の形成を抑制可能とする大きさであればよい。
【００７５】
具体的には、第１の信号Ｓ１に応じて光強度可変部１５から出力されるシードパルス光ＬPの光強度をＩP、第２の信号Ｓ２に応じて光強度可変部１５から出力される抑制光ＬDの光強度をＩDとすると、光強度比ＩD／ＩPは、下式（１）を満たすことが好ましい。
０．１≦ＩD／ＩP≦１．０  ・・・（１）
【００７６】
すなわち、光強度制御部２０により生成される第１の信号Ｓ１の電圧値をＶS1、第２の信号Ｓ２の電圧値をＶS2とすると、電圧比ＶS2／ＶS1は、下式（２）を満たすことが好ましい。
０．１≦ＶS2／ＶS1≦１．０  ・・・（２）
【００７７】
第１の実施形態では、光強度制御部２０は、第１及び第２のアンプ回路２６，２７と、加算回路２８とを含んでいるが、ＶS1＝ＶS2とする場合には、以下の構成も可能である。例えば、図６に示される光強度制御部２０の構成に対して、ＯＲ回路を追加し、第１及び第２のアンプ回路２６，２７を共通化し、加算回路２８を削除する。なお、このＯＲ回路は、ＦＦ回路２５の出力端子Ｑからの出力と、第１のワンショット回路２２の出力とを入力とする。共通化されたアンプ回路には、ＯＲ回路の出力を入力させる。
【００７８】
また、第１の実施形態では、光強度制御部２０は、外部トリガ信号Ｔｒが入力された後、一定時間Ｔｄが経過するまでの期間において、光強度可変部１５にグランド信号を出力することにより、光強度可変部１５の光透過率をほぼ「０」としている。光強度制御部２０は、増幅器１３の増幅ゲインが増加するように、光強度可変部１５にシード光ＬSの透過を抑制させればよく、光強度可変部１５に入力する信号値及び光強度可変部１５の光透過率は「０」でなくてもよい。
【００７９】
２．５  波長変換閾値の定義
波長変換部１８において、増幅器１３からの入射光の高調波光への波長変換効率は、入射光の光強度に依存する。この波長変換効率は、入射光の光強度が小さいほど低くなる。前述の波長変換閾値ＩCは、波長変換効率が所定値となる入射光の光強度として定義される。この所定値は、例えば、１％〜２％の範囲内の値であることが好ましい。また、この所定値は、０％〜０．０１％の範囲内の値であることも好ましい。
【００８０】
また、波長変換閾値ＩCは、波長変換部１８において、第１の信号Ｓ１に応じて生成される高調波光ＬHの光強度である第１の光強度と、第２の信号Ｓ２に応じて生成される高調波光の光強度である第２の光強度との比に基づいて定義してもよい。例えば、波長変換閾値ＩCを、第１の光強度に対する第２の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値として定義してもよい。
【００８１】
３．光強度制御部の変形例
前述の光強度制御部２０は、様々な変形が可能である。以下に、光強度制御部２０の変形例について説明する。
３．１  第１の変形例
次に、光強度制御部２０の第１の変形例ついて説明する。図８Ｄに示すように、第１の実施形態の光強度制御部２０は、第１の信号Ｓ１を生成した直後に第２の信号Ｓ２を生成するように構成されている。第１の変形例として、光強度制御部２０を、第１の信号Ｓ１を生成した後、所定時間経過後に第２の信号Ｓ２を生成するように構成する場合について説明する。
【００８２】
図９は、第１の変形例に係る光強度制御部２０の構成を示す。図９において、第１の変形例に係る光強度制御部２０は、図６に示される第１の実施形態の光強度制御部２０の構成要素に加えて、遅延回路２９を含む。遅延回路２９は、第１のワンショット回路２２と第２のワンショット回路２３との間に配置されており、第２のワンショット回路２３へのパルス信号の入力タイミングを所定時間遅延させる。なお、この遅延回路２９は、第２のワンショット回路２３と、ＯＲ回路２４との間に配置されていてもよい。第１の変形例に係る光強度制御部２０のその他の構成及び動作は、第１の実施形態の光強度制御部２０と同様である。
【００８３】
３．２  第２の変形例
次に、光強度制御部２０の第２の変形例ついて説明する。第１の実施形態では、光強度制御部２０は、論理回路により構成されている。これに対して、第２の変形例として、光強度制御部２０を、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の制御プログラムをプログラミングすることが可能な集積回路によって構成する場合について説明する。
【００８４】
図１０は、第２の変形例に係る光強度制御部２０に組み込まれた制御プログラムによる動作を示すフローチャートである。光強度制御部２０は、制御プログラムに基づき、以下の処理を実行する。
【００８５】
まず、Ｓ３００において、光強度制御部２０は、固体レーザ制御部１１からセット信号Ｓｔを受信したか否かを判定する。光強度制御部２０は、セット信号Ｓｔを受信していない場合（Ｓ３００；ＮＯ）、セット信号Ｓｔを受信するまで待機する。光強度制御部２０は、セット信号Ｓｔを受信した場合（Ｓ３００；ＹＥＳ）、処理をＳ３１０に進める。
【００８６】
Ｓ３１０において、光強度制御部２０は、前述の第２の信号Ｓ２を、光強度可変部１５に出力する。そして、Ｓ３２０において、光強度制御部２０は、固体レーザ制御部１１から外部トリガ信号Ｔｒを受信したか否かを判定する。光強度制御部２０は、外部トリガ信号Ｔｒを受信していない場合（Ｓ３２０；ＮＯ）、Ｓ３１０における第２の信号Ｓ２の出力を継続する。光強度制御部２０は、外部トリガ信号Ｔｒを受信した場合（Ｓ３２０；ＹＥＳ）、第２の信号Ｓ２の出力を停止し、処理をＳ３３０に進める。
【００８７】
Ｓ３３０において、光強度制御部２０は、タイマーＴ１をリセットし、計時を開始する。次に、Ｓ３４０において、光強度制御部２０は、グランド信号（０Ｖ）を、光強度制御部２０に出力する。そして、Ｓ３５０において、光強度制御部２０は、Ｓ３３０における計時開始からの経過時間Ｔ１が、前述の一定時間Ｔｄに達したか否かを判定する。光強度制御部２０は、経過時間Ｔ１が一定時間Ｔｄに達していない場合（Ｓ３５０；ＮＯ）、Ｓ３４０におけるグランド信号の出力を継続する。光強度制御部２０は、経過時間Ｔ１が一定時間Ｔｄに達した場合（Ｓ３５０；ＹＥＳ）、グランド信号の出力を停止し、処理をＳ３６０に進める。
【００８８】
Ｓ３６０において、光強度制御部２０は、タイマーＴ２をリセットし、計時を開始する。次に、Ｓ３７０において、光強度制御部２０は、前述の第１の信号Ｓ１を、光強度可変部１５に出力する。そして、Ｓ３８０において、光強度制御部２０は、Ｓ３６０における計時開始からの経過時間Ｔ２が、前述のパルス幅Δｔに相当する時間に達したか否かを判定する。光強度制御部２０は、経過時間Ｔ２がパルス幅Δｔに相当する時間に達していない場合（Ｓ３８０；ＮＯ）、Ｓ３７０における第１の信号Ｓ１の出力を継続する。光強度制御部２０は、経過時間Ｔ２がパルス幅Δｔに相当する時間に達した場合（Ｓ３８０；ＹＥＳ）、第１の信号Ｓ１の出力を停止し、処理をＳ３１０に戻す。この後、光強度制御部２０は、Ｓ３１０〜Ｓ３８０の処理を繰り返す。
【００８９】
第２の変形例に係る光強度制御部２０のその他の構成及び動作は、第１の実施形態の光強度制御部２０と同様である。
【００９０】
このように、第２の変形例に係る光強度制御部２０は、制御プログラムに基づいて以上の処理を行うことにより、第１の実施形態の光強度制御部２０と同様のタイミングで、第１及び第２の信号Ｓ１，Ｓ２を光強度可変部１５に出力することを可能とする。なお、前述の第１の変形例のように、第１の信号Ｓ１を生成した後、所定時間経過後に第２の信号Ｓ２を生成する場合には、Ｓ３８０においてＹＥＳ判定となった時点から所定時間経過後にＳ３１０に移行すればよい。
【００９１】
３．３  第３の変形例
次に、光強度制御部２０の第３の変形例ついて説明する。第１の実施形態では、第１の信号Ｓ１に基づいて光強度可変部１５により生成されるシードパルス光ＬPにより増幅器１３の反転分布が完全には消費しきれず、増幅光ＬAの生成後においても増幅ゲインが残存する可能性がある。増幅光ＬAの生成後に残存する増幅ゲインが大きい場合には、第２の信号Ｓ２に基づいて光強度可変部１５により生成される抑制光ＬDが増幅され、この結果生成される副次光ＬBの光強度が前述の波長変換閾値ＩCを超える可能性がある。したがって、第１の実施形態では、第１の信号Ｓ１に対応して高調波光ＬHが出力された後、波長変換部１８において波長変換が生じ、これに伴う高調波光が出力される可能性がある。
【００９２】
図１１Ａ〜図１１Ｈは、第３の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。第３の変形例に係る光強度制御部２０は、図１１Ｄに示すように、第１の信号Ｓ１を光強度可変部１５に出力した後、光強度可変部１５に出力する第２の信号Ｓ２の電圧値を、一定期間Ｔｃの間、徐々に大きくする。これにより、光強度可変部１５により生成される抑制光ＬDは、図１１Ｅに示すように、シードパルス光ＬPの生成後、一定期間Ｔｃの間、光強度が徐々に大きくなる。
【００９３】
第３の変形例の光強度制御部２０のその他の構成及び動作は、第１の実施形態の光強度制御部２０と同様である。
【００９４】
第３の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａでは、図１１Ｆに示すように、増幅光ＬAの生成後に増幅ゲインが残存した場合には、この残存した増幅ゲインは、抑制光ＬDにより徐々に低下する。したがって、図１１Ｇに示すように、増幅光ＬAの生成後に残存した増幅ゲインによって抑制光ＬDが増幅され、副次光ＬBの光強度が波長変換閾値ＩCを超えることが防止される。この結果、図１１Ｈに示すように、第１の信号Ｓ１に対応して高調波光ＬHが出力された後、波長変換部１８において波長変換が生じ、これに伴う高調波光が出力されることが防止される。
【００９５】
３．４  第４の変形例
次に、光強度制御部２０の第４の変形例ついて説明する。第１の実施形態の光強度制御部２０は、電圧値が一定の第２の信号Ｓ２を出力している。これに対して、第４の変形例として、光強度制御部２０を、連続パルスからなる第２の信号Ｓ２を出力するように構成する場合について説明する。
【００９６】
図１２は、第４の変形例に係る光強度制御部２０の構成を示す。図１２において、第４の変形例に係る光強度制御部２０は、図６に示される第１の実施形態の光強度制御部２０の構成要素に加えて、ＡＮＤ回路３０と、パルス発生器３１とを含む。ＡＮＤ回路３０は、ＦＦ回路２５と第１のアンプ回路２６との間に配置されている。ＡＮＤ回路３０の第１の入力端子は、ＦＦ回路２５の出力端子Ｑに信号線を介して接続されている。ＡＮＤ回路３０の第２の入力端子は、パルス発生器３１に信号線を介して接続されている。ＡＮＤ回路３０の出力端子は、第１のアンプ回路２６の入力端子に信号線を介して接続されている。
【００９７】
パルス発生器３１は、所定のパルス周期Ｔｓを有する連続パルス信号Ｐｓを発生する。ＡＮＤ回路３０は、ＦＦ回路２５の出力端子Ｑの出力信号値と、連続パルス信号Ｐｓとの論理積を出力する。したがって、ＡＮＤ回路３０は、出力端子Ｑの出力信号値が「０」である場合には「０」を出力し、出力端子Ｑの出力信号値が「１」である場合には連続パルス信号Ｐｓを出力する。この連続パルス信号Ｐｓは、第１のアンプ回路２６に入力され、第１のアンプ回路２６により、パルス周期Ｔｓを有する連続パルスからなる第２の信号Ｓ２が生成される。
【００９８】
図１３Ａ〜図１３Ｊは、第４の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。第４の変形例の光強度制御部２０は、図１３Ｄに示すように、第１の信号Ｓ１の出力後に、連続パルスからなる第２の信号Ｓ２を光強度可変部１５に出力する。図１３Ｅに示すように、第２の信号Ｓ２に基づいて光強度可変部１５から出力される抑制光ＬDはパルス状のパルスレーザ光となる。図１３Ｆに示すように、このパルス状の抑制光ＬDにより、増幅器１３の増幅ゲインの増加が抑制される。このように、増幅ゲインの増加が抑制されることにより、図１３Ｇに示すように、副次光ＬBの光強度は、波長変換部１８の波長変換閾値ＩC未満となり、副次光ＬBに対する波長変換が抑制される。
【００９９】
連続パルス信号Ｐｓのパルス周期Ｔｓが大きい程、図１３Ｆに示される増幅ゲインの増加量が大きくなるため、パルス周期Ｔｓは一定値以下である必要がある。パルス周期Ｔｓは、前述の一定時間Ｔｄの１／１０以下であることが好ましく、一定時間Ｔｄの１／１００以下であることがさらに好ましい。
【０１００】
第４の変形例の光強度制御部２０のその他の構成及び動作は、第１の実施形態の光強度制御部２０と同様である。
【０１０１】
３．５  第５の変形例
次に、光強度制御部２０の第５の変形例ついて説明する。第４の変形例では、光強度制御部２０は、論理回路により構成されている。これに対して、第５の変形例として、第４の変形例に係る光強度制御部２０を、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の制御プログラムをプログラミングすることが可能な集積回路によって構成する場合について説明する。
【０１０２】
第５の変形例の光強度制御部２０に組み込まれた制御プログラムのフローチャートは、前述の第２の変形例に係る図１０に示されるフローチャートと同様である。第５の変形例では、Ｓ３１０において、光強度制御部２０は、第２の信号Ｓ２を、連続パルス信号Ｐｓとして出力するように制御される。
【０１０３】
第５の変形例の光強度制御部２０のその他の構成及び動作は、第４の変形例の光強度制御部２０と同様である。
【０１０４】
３．６  第６の変形例
次に、光強度制御部２０の第６の変形例ついて説明する。第４及び第５の変形例では、光強度制御部２０が第２の信号Ｓ２として出力する各パルスの電圧値は一定である。第４及び第５の変形例においても、増幅光ＬAの生成後に残存する増幅ゲインが大きい場合には、第２の信号Ｓ２に基づいて光強度可変部１５により生成される抑制光ＬDが増幅され、副次光ＬBの光強度が波長変換閾値ＩCを超える可能性がある。
【０１０５】
図１４Ａ〜図１４Ｈは、第６の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａの動作を示すタイミングチャートである。第６の変形例に係る光強度制御部２０は、図１４Ｄに示すように、第１の信号Ｓ１を光強度可変部１５に出力した後、光強度可変部１５に出力する第２の信号Ｓ２の各パルスの電圧値を、一定期間Ｔｃの間、徐々に大きくする。これにより、光強度可変部１５により生成されるパルス状の抑制光ＬDは、図１４Ｅに示すように、シードパルス光ＬPの生成後、一定期間Ｔｃの間、光強度が徐々に大きくなる。
【０１０６】
第６の変形例の光強度制御部２０のその他の構成及び動作は、第４の変形例の光強度制御部２０と同様である。
【０１０７】
第６の変形例に係る光強度制御部２０を含む固体レーザ装置１０ａでは、図１４Ｆに示すように、増幅光ＬAの生成後に増幅ゲインが残存した場合には、この残存した増幅ゲインは、抑制光ＬDにより徐々に低下する。したがって、図１４Ｇに示すように、増幅光ＬAの生成後に残存した増幅ゲインによって抑制光ＬDが増幅され、副次光ＬBの光強度が波長変換閾値ＩCを超えることが防止される。この結果、図１４Ｈに示すように、第１の信号Ｓ１に対応して高調波光ＬHが出力された後、波長変換部１８において波長変換が生じ、これに伴う高調波光が出力されることが防止される。
【０１０８】
４．外部トリガ信号のパルス間隔が非周期である場合
本開示の第１の実施形態及び各変形例では、バースト期間において、レーザ光照射装置２から固体レーザ制御部１１に外部トリガ信号Ｔｒが周期的に一定のパルス間隔Ｔで入力される例を示しているが、このパルス間隔は、非周期的であってもよい。
【０１０９】
図１５は、第１の実施形態に係る固体レーザ装置１０において、レーザ光照射装置２から固体レーザ制御部１１に入力される外部トリガ信号Ｔｒのバースト期間におけるパルス間隔を非周期とした場合のタイミングチャートである。同図では、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔ１〜Ｔ４を、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４を満たす関係としているが、この関係には限定されない。外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔は、一定時間Ｔｄよりも大きければよい。
【０１１０】
固体レーザ装置１０ａでは、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔が非周期である場合においてもパルス間隔が一定の場合と同様に、増幅器１３において増幅ゲインが増加する期間が一定時間Ｔｄであるので、増幅光ＬAの光強度は一定である。すなわち、レーザ光照射装置２へ出力するパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギは、パルス間隔が非周期である場合においても一定となる。
【０１１１】
なお、上記各変形例においても、同様に、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔を非周期とした場合であってもレーザ光照射装置２へ出力するパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギは、一定となる。
【０１１２】
５．光強度可変部の構成例
前述の光強度可変部１５は、様々な構成が可能である。以下に、光強度可変部１５の具体的な構成例について説明する。
【０１１３】
５．１  第１の構成例
次に、図１６を参照して、光強度可変部１５として適用可能な光シャッタ１００の具体的な構成を説明する。
【０１１４】
５．１．１  構成
図１６は、光シャッタ１００の一構成例を示す。光シャッタ１００は、ポッケルスセル１１０と、偏光子１２０とを含む。ポッケルスセル１１０は、高電圧電源１１１と、第１の電極１１２ａと、第２の電極１１２ｂと、電気光学結晶１１３とを含む。第１の電極１１２ａと第２の電極１１２ｂとは対向配置され、それらの間に電気光学結晶１１３が配置されている。第１の電極１１２ａは、高電圧電源１１１に接続されている。第２の電極１１２ｂは、接地されている。
【０１１５】
光強度可変部１５として光シャッタ１００を適用した場合には、高電圧電源１１１は、光強度制御部２０によって制御される。電気光学結晶１１３には、シードレーザ１４から出力されたシード光ＬSが入射する。光シャッタ１００からの出力光は、ダイクロイックミラー１６を介して増幅器１３に入射する。電気光学結晶１１３に入射するシード光ＬSは、偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光とする。
【０１１６】
５．１．２  動作
高電圧電源１１１は、光強度制御部２０から入力される制御信号の電圧値に応じて、第１の電極１１２ａと第２の電極１１２ｂとの間に高電圧を印加する。電気光学結晶１１３は、第１の電極１１２ａと第２の電極１１２ｂとの間に、制御信号の最大電圧値に対応する高電圧が印加されると、入射光に対してλ／２板と等価な作用を奏する。
【０１１７】
電気光学結晶１１３に高電圧が印加されていない場合には、偏光方向が紙面に対して垂直である直線偏光のシード光ＬSは、そのままの偏光状態で、電気光学結晶１１３を透過し、偏光子１２０によって反射される。この場合、シード光ＬSは、光シャッタ１００から出力されない。すなわち、この場合、シード光ＬSに対する光シャッタ１００の光透過率は、ほぼ０％である。図１６において、偏光方向が紙面に対して垂直な直線偏光は、その光路が実線で示され、偏光方向が黒丸で示されている。
【０１１８】
一方、電気光学結晶１１３に、制御信号の最大電圧値に対応する高電圧が印加された場合には、シード光ＬSは、電気光学結晶１１３を通過する際に位相がλ／２ずれて、偏光方向が紙面を含む方向に変換される。この場合、シード光ＬSは、偏光子１２０を透過し、光シャッタ１００から出力される。すなわち、この場合、シード光ＬSに対する光シャッタ１００の光透過率は、ほぼ１００％である。図１６において、偏光方向が紙面を含む方向である直線偏光は、その光路が破線で示され、偏光方向が矢印で示されている。
【０１１９】
また、第１の電極１１２ａと第２の電極１１２ｂの電極間に印加する制御信号を変化させることにより、シード光ＬSに対する光シャッタ１００の光透過率を、０％から１００％までの間で変化させることができる。
【０１２０】
前述の第１の実施形態及び各変形例では、光強度制御部２０から光シャッタ１００に、制御信号として、第１の信号Ｓ１、第２の信号Ｓ２、又はグランド信号（０Ｖ）が入力される。第１の信号Ｓ１の電圧値ＶS1は、前述の最大電圧値に対応し、電圧値ＶS1が高電圧電源１１１に入力された場合には、光シャッタ１００の光透過率は、ほぼ１００％となる。これに対して、第２の信号Ｓ２の電圧値ＶS2は、前述の最大電圧値より低いため、電圧値ＶS2が高電圧電源１１１に入力された場合には、光シャッタ１００の光透過率は、１００％未満で、電圧値ＶS2に応じた値となる。さらに、グランド信号が高電圧電源１１１に入力された場合には、光シャッタ１００の光透過率は、ほぼ０％となる。
【０１２１】
すなわち、光強度制御部２０から光シャッタ１００に第１の信号Ｓ１を入力することにより、前述のシードパルス光ＬPが生成され、第２の信号Ｓ２を入力することにより、前述の抑制光ＬDが生成される。
【０１２２】
ポッケルスセル１１０は、は、１ｎｓ程度の応答性を有し、高速に光透過率の変更を行うことができる。また、光シャッタ１００として、音響光学素子を使用してもよい。音響光学素子は、数１００ｎｓ程度の応答性を有するので、光強度可変部１５として適用可能である。
【０１２３】
なお、図１６の光シャッタ１００の構成に対して、上流側の光路に、偏光子とλ／２板とをさらに追加して光アイソレータとして機能させてもよい。図１６において左側が上流側であり、右側が下流側である。この場合、光アイソレータは、ポッケルスセル１１０の第１の電極１１２ａと第２の電極１１２ｂとの間に所定の高電圧を印加したときには、上流側と下流側の双方からの光を高透過する。すなわち、光アイソレータは開状態となる。逆に、第１の電極１１２ａと第２の電極１１２ｂとの間に所定の高電圧を印加しないときには、上流側と下流側の双方からの光の透過を抑制する。すなわち、光アイソレータは閉状態となる。
【０１２４】
５．２  第２の構成例
次に、図１７を参照して、光強度可変部１５として適用可能な半導体光増幅器２００の具体的な構成を説明する。
【０１２５】
５．２．１  構成
図１７は、半導体光増幅器２００の一構成例を示す。半導体光増幅器２００は、半導体素子２１０と、電流制御部２２０とを含む。半導体素子２１０は、第１の電極２１１ａと、第２の電極２１１ｂと、Ｐ型半導体層２１２ａと、Ｎ型半導体層２１２ｂと、活性層２１３とを含む。第１の電極２１１ａと第２の電極２１１ｂとは対向配置され、それらの間に、Ｐ型半導体層２１２ａ、Ｎ型半導体層２１２ｂ、及び活性層２１３が配置されている。さらに、Ｐ型半導体層２１２ａとＮ型半導体層２１２ｂとは対向配置され、それらの間に活性層２１３が配置されている。第１及び第２の電極２１１ａ，２１１ｂは、電流制御部２２０に接続されている。
【０１２６】
光強度可変部１５として半導体光増幅器２００を適用した場合には、電流制御部２２０は、光強度制御部２０によって制御される。半導体素子２１０の活性層２１３には、シードレーザ１４から出力されたシード光ＬSが入射する。半導体光増幅器２００からの出力光は、ダイクロイックミラー１６を介して増幅器１３に入射する。
【０１２７】
５．２．２  動作
電流制御部２２０は、光強度制御部２０から入力される制御信号に応じて、第１の電極２１１ａと第２の電極２１１ｂとの間に電流を流す。活性層２１３は、第１の電極２１１ａと第２の電極２１１ｂとの間に電流が流されると、この電流により励起される。活性層２１３が励起された状態で、活性層２１３にシード光ＬSが入射すると、シード光ＬSは光強度が増幅される。
【０１２８】
すなわち、活性層２１３にＣＷレーザ光であるシード光ＬSが印加された状態で、第１の電極２１１ａと第２の電極２１１ｂとの間にパルス状の電流を流すことにより、シード光ＬSを、シードパルス光ＬPとして出力することができる。具体的には、光強度制御部２０から電流制御部２２０に第１の信号Ｓ１を入力することにより、前述のシードパルス光ＬPを生成し、第２の信号Ｓ２を入力することにより、前述の抑制光ＬDを生成することができる。
【０１２９】
半導体光増幅器２００は、偏光に依存しないので、光シャッタ１００を光強度可変部１５として適用する場合のように、シード光ＬSの偏光状態を考慮する必要はない。
【０１３０】
６．ＭＯと増幅器とを含むレーザ装置への固体レーザ装置の適用例
次に、ＭＯと増幅器とを含む露光装置用レーザ装置のＭＯに固体レーザ装置を使用し、増幅器にエキシマレーザ装置を使用する例について説明する。
【０１３１】
６．１  構成
図１８は、ＭＯと増幅器とを含む露光装置用レーザ装置５０の構成を概略的に示す。図１８において、露光装置用レーザ装置５０は、ＭＯとしての固体レーザシステム５１と、第１の高反射ミラー５２と、第２の高反射ミラー５３と、増幅器５４と、レーザ制御部５５と、同期制御部５６と、を含む。
【０１３２】
レーザ制御部５５は、露光装置４に接続されている。レーザ制御部５５は、露光装置４に含まれる露光装置制御部５から発振準備信号Ｒｄと第１の外部トリガ信号Ｔｒ１とを受信する。レーザ制御部５５は、露光装置制御部５から受信した発振準備信号Ｒｄを固体レーザシステム５１及び増幅器５４に送信する。また、レーザ制御部５５は、露光装置制御部５から受信した第１の外部トリガ信号Ｔｒ１を、同期制御部５６に送信する。
【０１３３】
同期制御部５６は、第１の外部トリガ信号Ｔｒ１を受信すると、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２と第３の外部トリガ信号Ｔｒ３とを生成する。同期制御部５６は、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２を固体レーザシステム５１に送信し、第３の外部トリガ信号Ｔｒ３を増幅器５４に送信する。また、同期制御部５６は、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２に対する第３の外部トリガ信号Ｔｒ３の遅延時間を制御する。具体的には、同期制御部５６は、固体レーザシステム５１から出力されたパルスレーザ光が増幅器５４に入力されるのと同期して、増幅器５４内で放電が行われるように、遅延時間を制御する。
【０１３４】
図１９は、図１８に示される固体レーザシステム５１の構成を概略的に示す。図１９において、固体レーザシステム５１は、第１の固体レーザ装置６０と、第２の固体レーザ装置６１と、和周波波長変換部６２と、高反射ミラー６３と、ダイクロイックミラー６４と、同期回路６５と、固体レーザ制御部６６と、を含む。第１の固体レーザ装置６０と第２の固体レーザ装置６１とは、基本的に、第１の実施形態に係る固体レーザ装置１０ａ又は前述の各変形例と同様の構成を有する。
【０１３５】
第１の固体レーザ装置６０は、第１のＣＷ励起レーザ７０と、第１の増幅器７１と、第１のシードレーザ７２と、第１の光強度可変部７３と、第１の光強度制御部７４、ダイクロイックミラー７５，７６と、波長変換部７７と、を含む。第１の増幅器７１は、ファイバ増幅器７１ａと、固体増幅器７１ｂとを含む。波長変換部７７は、ＬＢＯ結晶７７ａと、ＣＬＢＯ結晶７７ｂとを含む。
【０１３６】
ファイバ増幅器７１ａは、Ｙｂがドープされた合成石英からなる光ファイバを含む。ファイバ増幅器７１ａは、多段であってもよい。固体増幅器７１ｂは、Ｙｂがドープされた光学結晶である。
【０１３７】
第１のＣＷ励起レーザ７０、第１のシードレーザ７２、第１の光強度可変部７３、第１の光強度制御部７４、及びダイクロイックミラー７５，７６は、それぞれ第１実施形態又は前述の各変形例に係るＣＷ励起レーザ１２、シードレーザ１４、光強度可変部１５、光強度制御部２０、ダイクロイックミラー１６と同様の構成である。
【０１３８】
第１のＣＷ励起レーザ７０は、第１の増幅器７１に第１のＣＷ励起光を供給する。第１のＣＷ励起レーザ７０は、ファイバ増幅器７１ａに第１のＣＷ励起光を供給するＣＷ励起レーザ７０ａと、固体増幅器７１ｂに第１のＣＷ励起光を供給するＣＷ励起レーザ７０ｂとを含む。ＣＷ励起レーザ７０ａ，７０ｂは、波長が約９７６ｎｍである第１のＣＷ励起光を出力する半導体レーザである。
【０１３９】
第１のシードレーザ７２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分布帰還型の半導体レーザである。なお、第１のシード光の波長は、１０２０ｎｍ〜１０９０ｎｍの波長範囲内であることが好ましい。
【０１４０】
ＣＷ励起レーザ７０ａから出力された第１のＣＷ励起光は、ダイクロイックミラー７５を介してファイバ増幅器７１ａに入射する。ＣＷ励起レーザ７０ｂから出力された第１のＣＷ励起光は、ダイクロイックミラー７６を介して固体増幅器７１ｂに入射する。
【０１４１】
第１のＣＷ励起レーザ７０と第１のシードレーザ７２は、固体レーザ制御部６６に、図示しない信号線を介して接続されている。
【０１４２】
第２の固体レーザ装置６１は、第２のＣＷ励起レーザ８０と、第２の増幅器８１と、第２のシードレーザ８２と、第２の光強度可変部８３と、第２の光強度制御部８４、ダイクロイックミラー８５と、を含む。第２の増幅器８１は、Ｅｒがドープされた石英ファイバを含むファイバ増幅器である。なお、第２の増幅器８１は、ＥｒとＹｂが共にドープされた石英ファイバを含むファイバ増幅器であってもよい。また、ファイバ増幅器は、多段であってもよい。
【０１４３】
第２のＣＷ励起レーザ８０、第２のシードレーザ８２、第２の光強度可変部８３、第２の光強度制御部８４、ダイクロイックミラー８５は、それぞれ第１実施形態又は前述の各変形例に係るＣＷ励起レーザ１２、シードレーザ１４、光強度可変部１５、光強度制御部２０、ダイクロイックミラー１６と同様の構成である。
【０１４４】
第２のＣＷ励起レーザ８０は、第２の増幅器８１に第２のＣＷ励起光を供給する。第２のＣＷ励起レーザ８０は、波長が約９７６ｎｍである第２のＣＷ励起光を出力する半導体レーザである。第２のＣＷ励起レーザ８０から出力された第２のＣＷ励起光は、ダイクロイックミラー８５を介して第２の増幅器８１に入射する。
【０１４５】
第２のシードレーザ８２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分布帰還型の半導体レーザである。なお、第２のシード光の波長は、１５５０ｎｍ〜１５５５ｎｍの波長範囲内であることが好ましい。
【０１４６】
第２のＣＷ励起レーザ８０と第２のシードレーザ８２は、固体レーザ制御部６６に、図示しない信号線を介して接続されている。
【０１４７】
同期回路６５は、前述の同期制御部５６から固体レーザ制御部６６を介して第２の外部トリガ信号Ｔｒ２を受信する。同期回路６５は、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２を受信すると、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４と第５の外部トリガ信号Ｔｒ５とを生成する。同期回路６５は、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４を第１の光強度制御部７４に送信し、第５の外部トリガ信号Ｔｒ５を第２の光強度制御部８４に送信する。
【０１４８】
第１の固体レーザ装置６０は、波長が約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光６７ａを出力する。第２の固体レーザ装置６１は、波長が約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光６７ｂを出力する。同期回路６５は、第１のパルスレーザ光６７ａと、第２のパルスレーザ光６７ｂとがほぼ同時に和周波波長変換部６２に入射するように、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４と第５の外部トリガ信号Ｔｒ５とのタイミングを制御する。
【０１４９】
高反射ミラー６３は、第２の固体レーザ装置６１から出力される第２のパルスレーザ光が反射して、ダイクロイックミラー６４に入射するように配置されている。ダイクロイックミラー６４には、第１のパルスレーザ光６７ａを高透過し、第２のパルスレーザ光６７ｂ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６４は、第１及び第２のパルスレーザ光の光路軸が一致し、第１及び第２のパルスレーザ光６７ａ，６７ｂが和周波波長変換部６２に入射するように配置されている。
【０１５０】
和周波波長変換部６２は、第１のＣＬＢＯ結晶６２ａと、第２のＣＬＢＯ結晶６２ｂとを含む。第１のＣＬＢＯ結晶６２ａと第２のＣＬＢＯ結晶６２ｂとは、この順序で、第１及び第２のパルスレーザ光６７ａ，６７ｂの光路上に配置されている。和周波波長変換部６２は、波長が約１９３．４ｎｍの和周波光である第３のパルスレーザ光６７ｃを出力する。
【０１５１】
第１及び第２の高反射ミラー５２，５３は、和周波波長変換部６２から出力される第３のパルスレーザ光６７ｃが、増幅器５４に入射するように配置されている。
【０１５２】
図２０は、図１８に示される増幅器５４の構成を概略的に示す。図２０において、増幅器５４は、増幅器制御部９０と、充電部９１と、トリガ補正部９２と、スイッチ９３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）９４と、チャンバ９５と、部分反射ミラー９６と、出力結合ミラー９７と、を含む。
【０１５３】
チャンバ９５には、ウインドウ９９ａ，９９ｂが設けられている。チャンバ９５の中には、例えば、ＡｒガスとＦ2ガスとＮｅガスとを含むレーザガスが封入されている。チャンバ９５の中には、一対の放電電極９８が配置されている。一対の放電電極９８は、ＰＰＭ９４の出力端子に接続されている。
【０１５４】
増幅器５４において、部分反射ミラー９６と出力結合ミラー９７とを含む光共振器が構成されている。部分反射ミラー９６は、例えば、波長が約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に、反射率が７０％〜９０％の部分反射膜をコートすることにより構成されている。出力結合ミラー３７は、例えば、波長が約１９３．４ｎｍの光を透過するＣａＦ2結晶からなる基板に、反射率が１０％〜２０％の部分反射膜をコートすることにより構成されている。
【０１５５】
増幅器制御部９０は、同期制御部５６から入力される第３の外部トリガ信号Ｔｒ３をトリガ補正部９２に送信する。トリガ補正部９２は、第３のパルスレーザ光６７ｃが光共振器に注入されるのと同期して一対の放電電極９８が放電するように、第３の外部トリガ信号Ｔｒ３のタイミングを補正してＰＰＭ９４のスイッチ９３に入力する。
【０１５６】
６．２  動作
レーザ制御部５５は、露光装置制御部５から発振準備信号Ｒｄを受信すると、固体レーザシステム５１内の固体レーザ制御部６６と、増幅器５４内の増幅器制御部９０とに、発振準備信号Ｒｄを送信する。
【０１５７】
固体レーザ制御部６６は、発振準備信号Ｒｄを受信すると、第１及び第２のシードレーザ７２，８２のレーザ発振動作と、第１及び第２のＣＷ励起レーザ７０，８０のレーザ発振動作とを開始させる。増幅器制御部９０は、発振準備信号Ｒｄを受信すると、チャンバ９５内の図示しないファンを回転させるなどのレーザ増幅のための準備動作を行わせる。
【０１５８】
次に、固体レーザ制御部６６は、第１及び第２の光強度制御部７４，８４にセット信号Ｓｔを出力する。第１及び第２の光強度制御部７４，８４は、セット信号Ｓｔを受信すると、それぞれ第１及び第２の光強度可変部７３，８３に、前述の第２の信号Ｓ２を入力する。この結果、第１及び第２の光強度可変部７３，８３から第１及び第２の増幅器７１，８１にそれぞれ第１及び第２の抑制光が出力され、増幅ゲインの増加が抑制される。
【０１５９】
次に、同期制御部５６は、レーザ制御部５５を介して、露光装置４からの第１の外部トリガ信号Ｔｒ１を受信すると、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２と第３の外部トリガ信号Ｔｒ３とを生成する。同期制御部５６は、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２に対する第３の外部トリガ信号Ｔｒ３の遅延時間を制御したうえで、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２を固体レーザ制御部６６に出力し、第３の外部トリガ信号Ｔｒ３を増幅器制御部９０に出力する。
【０１６０】
次に、固体レーザ制御部６６は、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２を同期回路６５に出力する。同期回路６５は、第２の外部トリガ信号Ｔｒ２が入力されると、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４と第５の外部トリガ信号Ｔｒ５と生成する。同期回路６５は、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４と第５の外部トリガ信号Ｔｒ５とのタイミングを制御したうえで、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４を第１の光強度制御部７４に出力し、第５の外部トリガ信号Ｔｒ５を第２の光強度制御部８４に出力する。
【０１６１】
第１の光強度制御部７４は、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４が入力されると、第１の光強度可変部７３にグランド信号を出力する。同様に、第２の光強度制御部８４は、第５の外部トリガ信号Ｔｒ５が入力されると、第２の光強度可変部８３にグランド信号を出力する。第１及び第２の光強度可変部７３，８４にグランド信号が入力されると、第１及び第２の光強度可変部７３，８４において、第１及び第２のシード光の透過が抑制される。これにより、第１及び第２の抑制光の出力が停止され、第１及び第２の増幅器７１，８１において増幅ゲインが増加する。
【０１６２】
第１の光強度制御部７４は、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４が入力されてから、一定時間Ｔｄの経過後に第１の信号Ｓ１を第１の光強度可変部７３に出力する。同様に、第２の光強度制御部８４は、第５の外部トリガ信号Ｔｒ５が入力されてから、一定時間Ｔｄの経過後に第１の信号Ｓ１を第１の光強度可変部７３に出力する。第１の光強度可変部７３は、第１の信号Ｓ１が入力されると、第１のシード光をパルス化した第１のシードパルス光を、第１の増幅器７１に出力する。同様に、第２の光強度可変部８３は、第１の信号Ｓ１が入力されると、第２のシード光をパルス化した第２のシードパルス光を、第２の増幅器８１に出力する。
【０１６３】
第１の増幅器７１に入力された第１のシードパルス光は、第１の増幅器７１内で増幅され、波長が約１０３０ｎｍの第１の増幅光として波長変換部７７に出力される。波長変換部７７に入力された第１の増幅光は、ＬＢＯ結晶７７ａとＣＬＢＯ結晶７７ｂとによって、波長が約２５７．５ｎｍの第４高調波光に変換される。この第４高調波光は、第１のパルスレーザ光６７ａとして第１の固体レーザ装置６０から出力される。
【０１６４】
一方、第２の増幅器８１に入力された第２のシードパルス光は、第２の増幅器８１内で増幅され、波長が約１５５４ｎｍの第２の増幅光として出力される。この第２の増幅光は、第２のパルスレーザ光６７ｂとして第２の固体レーザ装置６１から出力される。
【０１６５】
第１の固体レーザ装置６０から出力された第１のパルスレーザ光６７ａと、第２の固体レーザ装置６１から出力された第２のパルスレーザ光６７ｂとは、和周波波長変換部６２にほぼ同時に入射する。波長が約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光６７ａと、波長が約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光６７ｂとは、和周波波長変換部６２に含まれる第１のＣＬＢＯ結晶６２ａ上で重なる。
【０１６６】
ＣＬＢＯ結晶６２ａでは、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のパルスレーザ光が生成される。そして、第２のＣＬＢＯ結晶６２ｂでは、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍとの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍの第３のパルスレーザ光６７ｃが生成される。この第３のパルスレーザ光６７ｃは、固体レーザシステム５１から出力され、第１及び第２の高反射ミラー５２，５３を介して、増幅器５４の部分反射ミラー９６に入射する。
【０１６７】
この第３のパルスレーザ光６７ｃは、シード光として、部分反射ミラー９６と出力結合ミラー９７とを含む増幅器５４の光共振器中に注入される。この注入に同期して、増幅器５４のチャンバ９５内では一対の放電電極３９間での放電により反転分布が形成される。ここで、トリガ補正部９２は、第３のパルスレーザ光６７ｃが増幅器５４で効率よく増幅されるように、第３の外部トリガ信号Ｔｒ３のタイミングを補正してＰＰＭ９４のスイッチ９３に入力する。この結果、増幅器５４の光共振器が増幅発振して、出力結合ミラー９７から増幅されたパルスレーザ光が出力される。この増幅されたパルスレーザ光は、約１９３．４ｎｍの波長を有し、露光装置４に入力される。
【０１６８】
なお、第１の光強度制御部７４は、第１の信号Ｓ１を第１の光強度可変部７３に出力した後、第４の外部トリガ信号Ｔｒ４が入力されるまでの間、第２の信号Ｓ２を第１の光強度可変部７３に出力する。同様に、第２の光強度制御部８４は、第１の信号Ｓ１を第２の光強度可変部８３に出力した後、第５の外部トリガ信号Ｔｒ５が入力されるまでの間、第２の信号Ｓ２を第２の光強度可変部８３に出力する。
【０１６９】
これにより、固体レーザシステム５１から第３のパルスレーザ光６７ｃから出力された後、固体レーザシステム５１に第２の外部トリガ信号Ｔｒ２が入力されるまでの間、第１及び第２の増幅器７１，８１における増幅ゲインの増加が抑制される。第２の信号Ｓ２は、図８Ｄ、図１１Ｄ、図１３Ｄ、及び図１４Ｄに示したいずれの信号波形であってもよい。
【０１７０】
６．３  効果
以上のように、固体レーザシステム５１内の第１及び第２の光強度制御部７４，８４は、それぞれ外部トリガ信号の入力に同期して、前述の第１の信号Ｓ１及び第２の信号Ｓ２を第１及び第２の光強度可変部７３，８３に出力する。このため、固体レーザシステム５１から出力される第３のパルスレーザ光６７ｃの光強度及びパルスエネルギは、外部トリガ信号のパルス間隔に依らず一定となる。
【０１７１】
さらに、固体レーザシステム５１では、バースト動作における休止期間後のバースト期間開始直後に、出力されるバーストの先頭の第３のパルスレーザ光６７ｃの光強度及びパルスエネルギが増大することが抑制される。この結果、増幅器５４によって増幅されたパルスレーザ光の光強度及びパルスエネルギの変動も抑制される。
【０１７２】
固体レーザシステム５１においても、第１及び第２の光強度制御部７４，８４に含まれる遅延回路による信号の遅延時間である一定時間Ｔｄは、外部トリガ信号Ｔｒのパルス間隔Ｔに応じて変化するものではなく固定値である。この固定値は、固体レーザシステム５１から出力される第３のパルスレーザ光６７ｃのパルスエネルギに応じて、固体レーザ制御部６６が第１及び第２の光強度制御部７４，８４に含まれる各遅延回路に設定してもよい。例えば、固体レーザ制御部６６は、固体レーザシステム５１から出力される第３のパルスレーザ光６７ｃの必要パルスエネルギが高くなるほど、固定値を大きな値に設定する。
【０１７３】
６．４  波長変換閾値の定義
固体レーザシステム５１では、前述の波長変換閾値を、波長変換部７７の波長変換効率に加えて、和周波波長変換部６２の波長変換効率を含めて定義することが好ましい。すなわち、波長変換閾値を、波長変換の最終段まで考慮して定義することが好ましい。具体的には、第１の固体レーザ装置６０について、波長変換部７７及び和周波波長変換部６２を合わせた波長変換閾値を第１の波長変換閾値とする。第２の固体レーザ装置６１について、和周波波長変換部６２の波長変換閾値を第２の波長変換閾値とする。
【０１７４】
第１の波長変換閾値は、第１の増幅器７１から波長変換部７７への入射光が、波長変換部７７と和周波波長変換部６２とにより和周波光に変換される波長変換効率である第１の波長変換効率が所定値となる入射光の光強度として定義される。第２の波長変換閾値は、第２の増幅器７１から和周波波長変換部６２への入射光が、和周波波長変換部６２により和周波光に変換される波長変換効率である第２の波長変換効率が所定値となる入射光の光強度として定義される。この所定値は、例えば、１％〜２％の範囲内の値とであることが好ましい。また、この所定値は、０％〜０．０１％の範囲内の値であることも好ましい。
【０１７５】
また、第１の波長変換閾値は、第１の固体レーザ装置６０において生成される第１の信号Ｓ１に応じて固体レーザシステム５１から出力される和周波光の光強度である第１の光強度と、第１の固体レーザ装置６０において生成される第２の信号Ｓ２に応じて固体レーザシステム５１から生成される和周波光の光強度である第２の光強度との比に基づいて定義してもよい。同様に、第２の波長変換閾値は、第２の固体レーザ装置６１において生成される第１の信号Ｓ１に応じて固体レーザシステム５１から出力される和周波光の光強度である第３の光強度と、第２の固体レーザ装置６１において生成される第２の信号Ｓ２に応じて固体レーザシステム５１から生成される和周波光の光強度である第４の光強度との比に基づいて定義してもよい。例えば、第１の波長変換閾値を、第１の光強度に対する第２の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値として定義してもよい。また、第２の波長変換閾値を、第３の光強度に対する第４の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値として定義してもよい。
【０１７６】
第１の抑制光が第１の増幅器７１に入力することにより生成される第１の副次光の光強度は、第１の波長変換閾値未満である。第２の抑制光が第２の増幅器８１に入力することにより生成される第２の副次光の光強度は、第２の波長変換閾値未満である。
【０１７７】
６．５  波長変換部に関する変形例
図１９に示される固体レーザシステム５１では、第１の固体レーザ装置６０内に波長変換部７７を設けているが、この波長変換部７７を削除してもよい。すなわち、波長変換部を含まない第１の固体レーザ装置６０から出力される第１のパルスレーザ光と、波長変換部を含まない第２の固体レーザ装置６１から出力される第２のパルスレーザ光とを、和周波波長変換部６２に入射させるように構成してもよい。
【０１７８】
この場合、和周波波長変換部６２の第１の波長変換閾値は、第１の増幅光が和周波波長変換部６２に入力することにより生成される和周波光の光強度である第１の光強度と、第１の副次光が和周波波長変換部６２に入力することにより生成される和周波光の光強度である第２の光強度との比により表される。同様に、和周波波長変換部６２の第２の波長変換閾値は、第２の増幅光が和周波波長変換部６２に入力することにより生成される和周波光の光強度である第３の光強度と、第２の副次光が和周波波長変換部６２に入力することにより生成される和周波光の光強度である第４の光強度との比により表される。例えば、第１の波長変換閾値を、第１の光強度に対する第２の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値として定義してもよい。また、第２の波長変換閾値を、第３の光強度に対する第４の光強度の比が０％〜１０％の範囲内となる値として定義してもよい。
【０１７９】
６．６  増幅器の変形例
露光装置用レーザ装置５０では、図２０に示される増幅器５４を適用しているが、増幅器は、様々な構成をとり得る。
【０１８０】
６．６．１  第１の変形例
図２１は、第１の変形例に係る増幅器３００の構成を概略的に示す。図２１において、増幅器３００は、図２０に示される増幅器５４の構成における部分反射ミラー９６と出力結合ミラー９７とに代えて、凹面ミラー３１０と凸面ミラー３２０とを備えている。凹面ミラー３１０と凸面ミラー３２０とは、第３のパルスレーザ光６７ｃが一対の放電電極９８間の放電空間を３回通過して、ビームが拡大されるように配置されている。増幅器３００のその他の構成は、増幅器５４と同様である。
【０１８１】
増幅器３００では、増幅器３００に入射した第３のパルスレーザ光６７ｃは、凹面ミラー３１０及び凸面ミラー３２０で反射することにより、一対の放電電極９８間の放電空間を３回通過する。これにより、第３のパルスレーザ光６７ｃのビームが拡大されて増幅され、露光装置４に向けて出力される。
【０１８２】
６．６．２  第２の変形例
図２２は、第２の変形例に係る増幅器４００の構成を概略的に示す。図２２において、増幅器４００は、チャンバ９５と、出力結合ミラー４１０と、高反射ミラー４２０〜４２２とを含む。また、増幅器４００は、図示していないが、図２０に示される増幅器５４と同様に、増幅器制御部９０と、充電部９１と、トリガ補正部９２と、スイッチ９３を含むパルスパワーモジュール９４とを含む。さらに、増幅器４００は、第３のパルスレーザ光６７ｃを固体レーザシステム５１から増幅器４００に導く高反射ミラーを含んでもよいし、増幅器４００から出力されたパルスレーザ光を露光装置４に導く高反射ミラーを含んでもよい。
【０１８３】
チャンバ９５には、ウインドウ９９ａ，９９ｂが設けられてもよい。チャンバ９５の中には、一対の放電電極９８が配置されている。一対の放電電極９８は、図２２において、紙面に直交する方向に対向して配置されてもよい。出力結合ミラー４１０及び高反射ミラー４２０〜４２２は、光共振器を構成している。増幅器４００では、第３のパルスレーザ光６７ｃが、出力結合ミラー４１０、高反射ミラー４２０、一対の放電電極９８間の放電空間、高反射ミラー４２１、高反射ミラー４２２、一対の放電電極９８間の放電空間の順に繰り返し進行して、増幅される。
【０１８４】
７．その他の変形例
前述の固体レーザ装置では、ＣＷ励起レーザを、波長が約９７６ｎｍのＣＷレーザ光を出力する半導体レーザとしているが、この半導体レーザは、ＣＷ励起光を供給する増幅器の種類に応じて変更してもよい。例えば、Ｙｂがドープされたファイバ増幅器に対しては、ＣＷ励起レーザとして、波長が約９７６ｎｍのＣＷレーザ光を出力する半導体レーザが好ましいが、他の例として、波長が約９１５ｎｍや約９６９ｎｍのＣＷレーザ光を出力する半導体レーザを用いることも可能である。また、Ｙｂがドープされたファイバ増幅器に対しては、ＣＷ励起レーザとして、波長が約９３８ｎｍのＣＷレーザ光を出力する半導体レーザが好ましい
【０１８５】
前述の固体レーザ装置では、ＣＷ励起レーザから出力されたＣＷ励起光を、ダイクロイックミラーを介して増幅器に入射させているが、この増幅器がファイバ増幅器である場合には、ダイクロイックミラーに代えて、ポンプコンバイナを用いてもよい。
【０１８６】
前述の固体レーザ装置では、波長変換部は、ＬＢＯ結晶とＣＬＢＯ結晶とを含み、第４高調波光を生成するように構成されているが、波長変換部の構成は様々の変形が可能である。波長変換部は、ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、及びＫＢＢＦ（ＫＢｅ2ＢＯ3Ｆ2）結晶のうち少なくとも１つを含み、２次以上の高調波光を生成するように構成されていればよい。
【０１８７】
また、前述の露光装置用レーザ装置では、和周波波長変換部は、２つのＣＬＢＯ結晶を含んでいるが、和周波波長変換部の構成は様々の変形が可能である。和周波波長変換部は、少なくとも１つのＣＬＢＯ結晶を含み、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光との和周波を有する第３のパルスレーザ光を生成するように構成されていればよい。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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】
2017175561.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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