(57)【要約】【課題】発振段レーザからレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に閉じ込める機構を設けることにより、注入ロスを抑えること。【解決手段】狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）１０と共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）２０とからなる注入同期式放電励起レーザ装置において、狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の間に、発振段レーザ１０が出力するレーザビームを、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域に閉じ込めるＭＯビーム閉じ込め機構５を設ける。ＭＯビーム閉じ込め機構５は、例えば、シリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組合せから構成され、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を通過したのちにＭＯレーザ光を集光させることにより、ＭＯレーザ光を増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域に閉じ込める。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）と共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）とからなる注入同期式レーザ装置において、
増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を通過したのちに、前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段を備えた
ことを特徴とする露光装置用レーザ装置。
【請求項２】
増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズは、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズである
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置用レーザ装置。
【請求項３】
前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段は、少なくとも、２つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組み合わせである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置用レーザ装置。
【請求項４】
前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段は、少なくとも、２つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組み合わせ、または、１つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズであり、
前記ＭＯレーザ光の集光方向は、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電方向に対して略垂直である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置用レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は狭帯域発振段レーザと増幅段レーザとからなる露光装置用の注入同期式放電励起レーザ装置に関し、特に、狭帯域発振段レーザからのシード光のほとんどを増幅段レーザの注入光とすることができる露光装置用レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体露光装置用光源としてはエキシマレーザが使用されている。特に、６０ｎｍ以下のテクノロジーノードにおいては、高出力（４０Ｗ以上）でかつ超狭帯域化（０．２ｐｍ以下）にされたＡｒＦレーザ光源が採用されている
露光装置用光源のＡｒＦレーザ光源の要求を以下に示す。
１．高ドーズ安定性の確保と、高スループット化に伴い４０Ｗ以上の出力が要求されている。
２．投影レンズの高解像度化のために投影レンズの高ＮＡ化が進められている。高ＮＡ化にともなって、色収差が発生し、超狭帯域化（０．２ｐｍ以下）が要求される。
３．レーザ光源の長寿命化が要求されている。
上記光源の要求を満たすために、ダブルチャンバ方式（２ステージ方式）のＡｒＦレーザが実用化されている。ダブルチャンバ方式のレーザ装置の形態としては、アンプ側に共振器ミラーを設けないＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amprifier ）方式と共振器ミラーを設けるＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）方式とに大別される。
しかし、出力９０Ｗのような高出力化のために増幅器（ＰＡ）または増幅段レーザ（ＰＯ）の光学素子（特にチャンバウインドーやＯＣ）負荷が大きくなり、これら光学素子の寿命が課題となっており、レーザ光源の長寿命化が要求されるようになってきている。
【０００３】
特許文献１には、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置が開示されている。
特許文献１に記載のものは、発振段レーザ（ＭＯ）に狭帯域化するための狭帯域化モジュールを搭載し、スペクトル幅が非常に狭いレーザ光を出力し、このシード光を増幅器（ＰＡ）のチャンバの放電領域に注入してパワーを増幅することにより、超狭帯域かつ高出力を実現している。
また、特許文献２には、発振段レーザ（ＭＯ）からのシード光を、増幅段レーザ（ＰＯ）の低コヒーレンス共振器に注入するＭＯＰＯ方式のレーザ装置が提案されている。
低空間コヒーレンスのＭＯＰＯ方式を採用することにより、ＭＯＰＡ方式に比べて、ビーム品位をＭＯＰＡと同等に維持した状態で、高い増幅効率と長いパルス幅を実現している。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１５４６６８号明細書
【特許文献２】国際公開第２００４／０９５６６１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２７に上述したＭＯＰＯ方式のレーザ装置の構成例を示す。
同図において、発振段レーザ（ＭＯ）１０から放出されるレーザビームはシードレーザビームとして機能し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０はそのシードレーザ光を増幅する機能を有する。発振段レーザ（ＭＯ）１０、増幅段レーザ（ＰＯ）２０は各々レーザチャンバ１１，２１を有し、それぞれ内部には対向し、かつ所定距離だけ離間した一対の電極１ａ、２ａが設置される。
また、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のチャンバ１１，２１には、レーザ発振光に対して透過性がある材料によって作られたウインドー部材１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂがそれぞれ設置されている。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はスペクトル線幅を狭くするため、拡大プリズム３ａとグレーティング（回折格子）３ｂによって構成された狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３を有し、この狭帯域化モジュール３内の光学素子と出力結合ミラー（ＯＣ）１４とでレーザ共振器を構成する。
【０００５】
ＬＮＭ３に配置されているグレーティング（回折格子）３ｂの分散方向（プリズムのビーム拡大方向）は電極１ａの放電方向に対して垂直方向になるように配置されている。
レーザチャンバ１１内にはバッファガスとＡｒガスとＦ2 ガスが満たされており、図示しない電源から電極１ａ間に電圧を印加することで放電し、この放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。
このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時に１９３ｎｍの波長の光を発光する。１９３ｎｍの光をＬＮＭ３で波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．２ｐｍまで狭帯域化して、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から出力される。例えば、ＯＣ１４から所定の広がり角［電極１ａの放電方向（Ｖ方向：図２７（ａ）の紙面方向）の広がり角度］は約２ｍｒａｄ、放電方向に対して垂直方向（Ｈ方向）の広がり角度は約１ｍｒａｄ、ビーム寸法はＶ方向１２ｍｍとＨ方向１．５ｍｍで出力される。
【０００６】
このビームを高反射ミラー４ａ及び４ｂにより増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器のリアミラー２６の裏面から注入する。発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６までの距離が１ｍの場合には、リアミラー２６裏面の注入位置のビームは、ビーム広がり角度は、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４からの出力時と同じであるが、ビームプロファイルは、Ｖ方向１４（＝１２＋２）ｍｍ、Ｈ方向２．５（１．５＋１）ｍｍとなる。さらに、共振器間距離が１ｍの場合、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４のＰＲ（部分反射）面でのビームプロファイルのＨ方向のサイズは３．５（１．５＋１＋１）ｍｍとなる。
【０００７】
図２７（ｂ）に増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図を示す。
この図から発振段レーザ (ＭＯ) １０のビームがリアミラー２６の裏面から増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電領域に向けて照射されることがわかる。
発振段レーザ (ＭＯ) １０のビームの一部はリアミラー２６により反射されて増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器内に注入されない。さらに、リアミラー２６から出た発振段レーザ (ＭＯ) １０のビームの一部は増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電領域から外れて、増幅されず、注入光として使用されない。
ビーム中央部はリアミラーの中心部付近を通過し、放電領域を透過するのと同期して増幅段レーザ (ＰＯ) ２０電極２ａが放電し、増幅される。
増幅されたビームは増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＯＣ２４に到達し、一部は透過し出力光として出力される。一部は反射され、再び放電領域を透過し増幅される。そしてリアミラーの高反射部に到達し、高反射され再び放電領域を透過し、増幅される。そして、ＯＣ２４を透過して、出力光として出力され、反射光は再び放電を透過増幅してこの共振を繰り返す。
【０００８】
上記した注入方式を裏面注入方式と呼ぶ。裏面注入の場合は有効な注入ビームのＨ方向の幅としては放電領域の幅より０．５ｍｍ程度広くなり、注入光の注入ロスが１５％あった。
ここでは、裏面注入方式の課題を示したが、これに限定されることなく例えば、発振段レーザ (ＭＯ) と増幅段レーザ (ＰＯ) ２０との距離が２ｍであり、発振段レーザ (ＭＯ) １０のＯＣでのビームの大きさがＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１．５ｍｍビーム広がり角度がＶ方向２ｍｒａｄ、Ｈ方向１ｍｒａｄとすると増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のリアミラー２６の位置でのＭＯビームの大きさは、Ｖ方向１６（＝１２＋２×２）ｍｍ、Ｈ方向３．５（＝１．５＋２×１）ｍｍとなる。さらに、共振器間距離が１ｍの場合、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＯＣ２４のＰＲ（部分反射）面でのビームプロファイルのＨ方向のサイズは４．５（１．５＋２×１＋１）ｍｍとなる。
【０００９】
増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器のリアミラー２６を部分反射ミラーとし、このリアミラー裏面から注入する場合、注入有効エリアがＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向３ｍｍとすると注入効率約５０％（＝１２×３／（１６×４．５）×１００）に悪化する。
また、注入光（ＭＯレーザ光）の広がり角の悪影響として、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器内での注入光の広がり例を図２８に示す。例は増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器内に注入された注入光の広がりをチャンバ上方（放電方向）から見たものである（注入ビームのＨ方向）。
【００１０】
発振段レーザ（ＭＯ）１０の注入光のＨ方向のサイズは３ｍｍ，広がり角の全角は１ｍｒａｄである。そして発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の距離が約７１０ｍｍである。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器のリアミラー２６を部分反射ミラーとし、このリアミラー裏面から注入する場合であり、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電幅は３ｍｍでレーザ出射方向に対する放電領域の長さは６００ｍｍである。
図２８からわかるように、放電領域の１Ｐａｓｓ目から注入光は広がっており、Ｐａｓｓ数が増加する従って広がりが増加する。そして、３Ｐａｓｓ目では１Ｐａｓｓ目の２倍近くビームが広がっている。これは、注入ビームのエネルギー密度が広がりの影響で低下していることがわかる。増幅段レーザ（ＰＯ）２０への注入エネルギーが高いと増幅段レーザ（ＰＯ）２０からの出力も増加する。すなわち、注入エネルギー密度の低下は増幅段レーザ（ＰＯ）２０からの出力低下をもたらす。図２８ではＨ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の現象が生じる。
【００１１】
レーザ装置コンパクト化のために、ＭＯとＰＯチャンバを並列に配置する必要があり、ＭＯとＰＯ間の距離が（約１ｍ程度）必要となっていた。このため、上述したように、以下の問題が発生した。
発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光が約１ｍ以上の光路を飛ばすことにより、ＭＯビームのダイバージェンスの影響で増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入位置または増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４の位置におけるビームサイズが大きくなり、有効にシード光が注入されなかった。また、ダイバージェンスの影響で増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器内を発散しながらＭＯビームは伝播し増幅段レーザ（ＰＯ）２０から十分にレーザパワーを抽出できなかった。
【００１２】
以上のように、ＭＯＰＯ方式のレーザ装置において、広がり角（ダイバージェンス）の影響で狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）から出射された注入ビームの断面サイズが、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域の断面サイズより大きくなる傾向にあり注入ロスがあった。
また、上記の注入光は広がりながら増幅段レーザ共振器内を注入光で満たすために、その注入光が増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を満たすエネルギー密度の低下し、ここでも注入ロスが発生した。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、発振段レーザからレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に閉じ込める機構を設けることにより、注入ロスを抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、ＭＯＰＯ方式のレーザ装置において、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に閉じ込める機構を設けることにより、上記課題を解決する。
すなわち、本発明は次のようにして前記課題を解決する。
（１）狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）と共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）とからなる注入同期式レーザ装置において、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に閉じ込める機構、すなわち増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を通過したのちに、前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段を設ける。
（２）上記（１）において、増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようなサイズとする。
（３）上記（１）（２）において、前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段を、少なくとも、２つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組み合わせで構成する。
（４）上記（１）（２）において、前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段を、少なくとも、２つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組み合わせ、または、１つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズで構成し、前記ＭＯレーザ光の集光方向を、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電方向に対して略垂直とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を通過したのちに、前記ＭＯレーザ光を集光させる光学手段を設け、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に閉じ込めているので、ＭＯレーザ光（注入光）のほとんどを増幅段レーザ（ＰＯ）への注入光として使用することができ、ＭＯレーザ光の注入効率を高くすることができる。
特に、増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとすることにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができ、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を満たすエネルギー密度を高くすることができるので、増幅段レーザ（ＰＯ）への注入効率を向上させ、レーザ出力を増大させることができる。
（２）ＭＯレーザ光を集光させる光学手段を、少なくとも、２つのシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組み合わせで構成することにより、長焦点の集光（１〜２ｍ程度）が可能となる。
長焦点とすることにより、集光後のＭＯレーザ光の広がり角度が小さくなり、注入効率を向上させることができる。
（３）ＭＯレーザ光の集光方向と、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電方向を略垂直方向とすることにより、放電電極にレーザビームが蹴られることがなく、ＭＯレーザ光を効率がよくＰＯ共振器内に注入することができ、また、集光のＮＡを小さくできるため、集光しない方式従来方式に比べて水平方向のビーム品質（ビームダイバージェンス）の変化を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の露光装置用狭帯域レーザ装置の基本構成を示す図である。
本発明のレーザ装置は、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力する発振段レーザ（ＭＯ）１０と、発振段レーザ１０が出力するレーザビームを、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域に閉じ込めるＭＯビーム閉じ込め機構５を備える。ＭＯビーム閉じ込め機構５は、増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を通過したのちにＭＯレーザ光を集光させることにより、ＭＯレーザ光を増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域に閉じ込めるものであって、後述するようにシリンドリカルミラーあるいはシリンドリカルレンズ、あるいはシリンドリカルミラーと、シリンドリカルレンズの組合せから構成される。
なお、増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズ（断面サイズ）を、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとすることが好ましく、これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。
【００１６】
発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０はそれぞれチャンバ１１，２１内に設置された一対の電極１ａおよび電極２ａの長手方向の軸延長上両端にウインドー部材１２ａ，１２ｂおよび２２ａ，２２ｂを有し、その両側には波形整形のためのスリット１３，２３がそれぞれ設置されている。
波長およびスペクトル波形モニタ３４およびパワーモニタ３８は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０から出力された光の光品位及びパルスエネルギを検出し、パワーモニタ３７は、発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギを検出する。
波長及びスペクトル波形コントローラ３３は、上記波長およびスペクトル波形モニタ３４の出力に基づき増幅段レーザ（ＰＯ）から出射されるレーザ光の波長及びスペクトル波形を制御する。また、エネルギコントローラ３０は、パワーモニタ３７，３８の出力に基づき、レーザのパルスエネルギをコントロールする。
また、ガスコントローラ３２は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザガスをコントロールする。レーザコントローラ３１はレーザの全体を制御する。  同期コントローラ３５は増幅段レーザ（ＰＯ）２０に接続されているＰＯ電源２５と発振段レーザ（ＭＯ）１０に接続されているＭＯ電源１５の放電タイミングをコントロールする。
【００１７】
以下、図１に示すレーザ装置の構成と機能を説明する。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はスペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（回折格子）３ｂを搭載した狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３と、ＭＯ電源１５を搭載したレーザチャンバ１１とフロントミラー［出力結合ミラー（ＯＣ）１４］とからなっている。
ＬＮＭ３に配置されているグレーティング３ｂの分散方向（＝プリズム３ａのビーム拡大方向）は電極１ａの放電方向に対して垂直方向に配置されている。レーザチャンバ１１内にはバッファガスとＡｒガスとＦ2 ガスが満たされており、ＭＯ電源１５から電極１ａ間に電圧を印加放電させることで放電し、この放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。
このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時に１９３ｎｍの波長の光を発光する。１９３ｎｍの光をＬＮＭ３で波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．２ｐｍまで狭帯域化して、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力結合ミラー１４（ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）から出力される。発振段レーザ（ＭＯ）１０は高繰返し周波数でパルス発振し、その発光パルスの時間幅は約３０ｎｓである。
【００１８】
発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から出力された光は、高反射ミラー４ａを介してＭＯビーム閉じ込め機構５に入力する。
このＭＯビーム閉じ込め機構５から出たビームは高反射ミラー４ｂを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力結合ミラー（ＯＣ２４）とレーザチャンバ２１とリアミラー２６で構成される安定共振器に注入される。
また、上記高反射ミラー４ａとＭＯビーム閉じ込め機構５の間には発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギをモニタするためのビームスプリッタ３７ａとパワーモニタ３７が配置されている。ここで検出された発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出値はエネルギコントローラ３０に入力される。
この発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出結果に基づいて、エネルギコントローラ３０は同期コントローラ３５を介してＭＯ電源１５に制御信号を送る。
発振段レーザ（ＭＯ）１０からきたシード光が、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器内に注入されると、シード光と同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極２ａ間で放電する。これにより、注入された光が光共振器内で増幅発振され、出力結合ミラー（ＯＣ２４）から増幅された光で出力される。
この出力された光はビームスプリッタ３８ａ，３８ｂによりサンプルされ、パワーモニタ３８によりパルスエネルギを検出し、その結果がエネルギコントローラ３０に送られる。エネルギコントローラ３０はこの検出結果に基づいて同期コントローラ３５を介して、ＰＯ電源２５及びＭＯ電源１５に制御信号を送る。
【００１９】
また、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力光をビームスプリッタ３８ａにより光サンプルし、波長及びスペクトル波形モニタ３４で、波長及びスペクトル波形を検出する。この検出結果は波長及びスペクトル波形コントローラ３３に送られ、ＬＮＭ３内にあるグレーティング３ｂの入射角度を変化させる機構（図示せず）に制御信号を送る。これにより、波長が制御される。
さらに、スペクトル波形も発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ共振器内の光学素子の光波面を制御する（制御機構は図示していない）ことにより、スペクトル波形を制御できる。また、ガスコントローラ３２により、発振段レーザ（ＭＯ）１０のチャンバ１１のＦ2 ガス濃度を制御することによってもスペクトル波形を制御することができる。
レーザコントローラ３１は、ＭＯ電源１５の印加電圧やＰＯ電源２５の印加電圧と、増幅段レーザ（ＰＯ）２０及び発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの経時変化とに基づき、ガスコントローラ３２に対し、レーザガス（Ｆ2 、Ａｒ及びバッファガス）の補給及び排気を徐々に行なうように制御する。
図１のような構成とし、ＭＯビーム閉じ込め機構５によりＭＯビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器に注入することにより、ＭＯビームのほとんどを増幅段レーザ（ＰＯ）２０への注入光として使用することができ、ＭＯレーザ光の注入効率を高くすることができる。
【００２０】
次に本発明に実施例について説明する。
図２は本発明の実施例のＭＯＰＯ方式の露光装置用狭帯域レーザ装置の構成を示す図であり、シード光をリアミラーから注入する例を示す。
同図（ａ）は本実施例のレーザの側面図を示し、図３（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。
まず、発振段レーザ (ＭＯ) １０の構成と機能について説明する。
発振段レーザ (ＭＯ) １０はスペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（ｇｒａｔｉｎｇ）３ｂを搭載した狭帯域モジュール（以下ＬＮＭという）３とＭＯ電源（図示せず）を搭載したレーザチャンバ１１と出力結合ミラーＯＣ（ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）１４とからなっている。
ＬＮＭ３に配置されているグレーティング（ｇｒａｔｉｎｇ）３ｂの分散方向（プリズムのビーム拡大方向）は電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。
【００２１】
レーザチャンバ内にはバッファガスとＡｒガスとＦ2 ガスが満たされており、ＭＯ電源から電極間に電圧を印加放電させることで放電し、この放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時の１９３ｎｍの波長の光を発光する。１９３ｎｍの波長の光をＬＮＭで波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．２ｐｍ以下まで狭帯域化して、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から出力される。
例えば、ＯＣ１４から所定の広がり角（放電（Ｖ）方向の広がり角度は約２ｍｒａｄ、放電方向（紙面）に対して垂直（Ｈ）方向の広がり角度は約１ｍｒａｄ、ビーム寸法はＶ方向１２ｍｍとＨ方向１．５ｍｍ）で出力される。
このビームを高反射ミラー４ａによりＭＯビーム閉じ込め機構５に入射させ、その結果、垂直（Ｈ）方向に集光したビームを高反射ミラー４ｂを介して増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器のＡＲ（反射防止）面とＰＲ（部分反射）面によって構成されるリアミラー２６へ集光させながら注入する。注入時は増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電領域の中心と注入光の光軸中心が一致していることが好ましい。
図２（ｂ）に増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の上面図を示す。リアミラー２６を透過した注入光はＨ方向にビームが集光されながら注入され、ＰＯ共振器に閉じ込められ、１Ｐａｓｓ目から複数パス、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電領域内に注入光が閉じ込められる。
【００２２】
図２の実施例に関してもう少し詳しく述べる。発振段レーザ (ＭＯ) １０の注入光のＨ方向のサイズは３ｍｍ、広がり角の全角は１ｍｒａｄである。そして発振段レーザ (ＭＯ) １０のＯＣ１４と増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のリアミラー２６の距離が約７１０ｍｍである。
ＭＯビーム閉じ込め機構５としては、基板がＣａＦ2 のシリンドリカル平凹面レンズと基板がＣａＦ2 のシリンドリカル平凸面レンズの組レンズを用いた。シリンドリカル平凹面レンズは曲率半径２５．４ｍｍ、シリンドリカル平凸面レンズは曲率半径５０．９ｍｍである。
発振段レーザ (ＭＯ) １０を出射したレーザは、発振段レーザ (ＭＯ) １０のＯＣ１４から光路長約２１０ｍｍ離れたシリンドリカル平凹面レンズ５ａの凹面に入射し、そこから約５０ｍｍ離れた光路長に設置されたシリンドリカル平凸面レンズ５ｂの平面へ入射する。
ＭＯビーム閉じ込め機構５であるシリンドリカル組レンズはＭＯレーザ光のＨ方向（放電方向（図２（ａ）の紙面）に対して垂直な方向）に集光するように設置されている。
【００２３】
図３は、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器内に注入された上記注入光の光路をチャンバ上方（放電方向）から見たものである（注入ビームのＨ方向）。
増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器のリアミラー２６を部分反射ミラー（ビーム入射面がＡＲ（反射防止）コート面、出射面がＰＲ（部分反射）コート面）とし、このリアミラー２６裏面から注入する場合である。増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電幅は３ｍｍでレーザ出射方向に対する放電領域の長さは６００ｍｍである。
図３からわかるように、放電領域への１Ｐａｓｓ目の注入光のＨ方向サイズは放電幅の３ｍｍ、そしてわずかに集光しながら、３Ｐａｓｓに入る注入光のＨ方向サイズは２ｍｍである。Ｐａｓｓ数が増加する従って注入光は集光し、注入ビームのエネルギー密度が集光の影響で増加していることがわかる。
【００２４】
上記条件でＭＯＰＯ装置を構成した時のＭＯ閉じ込め機構５の有無での注入光に対するＭＯＰＯ（インジェクション・ロッキング）出力を図４に示す。同図の横軸は注入光のエネルギー（ｍＪ）、縦軸は出力のエネルギー（ｍＪ）を示し、黒丸はＭＯ閉じ込め機構有り、白丸はＭＯ閉じ込め機構無しである。
ＭＯ閉じ込め機構５の採用によるインジェクション・ロッキング出力の増加と増幅特性の飽和が低注入で生じることがわかる。これは、ＭＯＰＯレーザ出力が発振段レーザ（ＭＯ）１０からの注入光エネルギーの変動を受けにくいことを意味する。
図３ではＨ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の現象が生じる。
発振段レーザ (ＭＯ) １０から出射された注入光は０°以上の角度である。すなわち、注入光は集光されながら増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電領域に伝播される。また、注入光はＰＯ共振器内において２Ｐａｓｓ以上の複数反射が実現されると、図３の光線追跡結果そして図４の実験結果より、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器内により多くの時間注入光が閉じ込められ、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０からのレーザ出力が増加する。
よって、図５に示す、以下の注入光閉じ込め角度（集光角度）条件で注入光がＰＯの放電領域に注入されることが望ましい。
【００２５】
図５は増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電領域を上方から見た略図である。注入光は図５で左側から右側へ、図示されていないＭＯビーム閉じ込め機構により、閉じ込め角度を有しながら伝播する。
図５において、Ｄ１，Ｄ２はそれぞれリアミラー２６とＯＣ２４の直径（例ではリアミラーを円形にしたが、矩形でもかまわない）、Ｄは増幅段レーザ (ＰＯ) のＰＯ共振器へ入射する注入光のサイズ（Ｈ方向にビームが集光される場合、Ｈ方向のサイズ）、Ｌはリアミラー２６とＯＣ２４の距離である。また、ｄは放電幅（利得幅）である。
ここで、下記条件で注入光をＰＯチャンバ内へ注入すれば、注入光はＯＣ２４のところで集光し、注入光の一往復（２Ｐａｓｓ目まで）が増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器内に閉じ込められるようになる。
閉じ込め角度θ：０≦θ≦Ｔａｎ-1（Ｄ／２Ｌ）…（式１）
また、上記増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズＤを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとするのが望ましい。これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。
なお、図５からわかるようにＰＯチャンバ２１に取り付いているウインドー２２ａの大きさも伝播損失を無くすために、注入光を通すのに十分な大きさである必要がある。
以上では、Ｈ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の課題を解決する場合、上記式の条件が適応できる。
【００２６】
上記した実施例、すなわち、ＭＯビームの水平方向サイズが１．５ｍｍ、水平方向ダイバージェンスが１ｍｒａｄであり、ＭＯビーム閉じ込め機構５として、基板がＣａＦ2 のシリンドリカル平凹面レンズと基板がＣａＦ2 のシリンドリカル平凸面レンズの組レンズを用いている。シリンドリカル平凹面レンズ５ａは曲率半径２５．４ｍｍ、シリンドリカル平凸面レンズ５ｂは曲率半径５０．９ｍｍである。
発振段レーザ (ＭＯ) １０を出射したレーザは、発振段レーザ (ＭＯ) １０のＯＣ１４から光路長約２１０ｍｍ離れたシリンドリカル平凹面レンズ５ａの凹面に入射し、そこから約５１ｍｍ離れた光路長に設置されたシリンドリカル平凸面レンズ５ｂの平面への入射の場合のθは約０．０２°である。
放電領域の水平方向幅は３ｍｍで共振器長は１０００ｍｍであり、この増幅段レーザ (ＰＯ) におけるθは（式１）より０．１７°である。
すなわち、本実施例のＭＯビーム閉じ込め機構５の性能は（式１）を満足する。なお、実施例でのリアミラー２６、ＯＣ２４の有効直径は３５ｍｍであり、この増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の放電幅は３ｍｍである。
【００２７】
図６は本発明の実施例のＭＯＰＯ方式の露光装置用狭帯域レーザ装置の構成を示す図であり、前サイド注入を用いた場合の実施例を示す。この前サイド注入においては、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器の構成が、前記図２に示した本発明の第１の実施例と異なる。
発振段レーザ (ＭＯ) １０はスペクトル線幅を狭くするために、第１の実施例に示したものと同様、プリズムビームエキスパンダ３ａとｇｒａｔｉｎｇ３ｂを搭載した狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３と、ＭＯ電源を搭載したレーザチャンバ２１と出力結合ミラーＯＣ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）２４とからなっている。
ＬＮＭ３に配置されているグレーティング（Ｇｒａｔｉｎｇ）３ａの分散方向（プリズムのビーム拡大方向）は電極の放電方向に対して垂直方向に配置されている。レーザチャンバ１１内にはバッファガスとＡｒガスとＦ2 ガスが満たされており、図示しないＭＯ電源から電極間に電圧を印加放電させることで放電し、この放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時に、１９３ｎｍの波長の光を発光する。
【００２８】
前記したように、波長１９３ｎｍの光をＬＮＭ３で波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．２ｐｍ以下まで狭帯域化して、発振段レーザ (ＭＯ) １０のＯＣ１４から出力される。
例えば、前述したようにＯＣ１４から所定の広がり角（放電（Ｖ）方向の広がり角度は約２ｍｒａｄ、放電方向（紙面）に対して垂直（Ｈ）方向の広がり角度は約１ｍｒａｄ、ビーム寸法はＶ方向１２ｍｍとＨ方向１．５ｍｍ）で出力される。
このビームを高反射ミラー４ａによりＭＯビーム閉じ込め機構５に入射させ、その結果、垂直（Ｈ）方向に集光したビームを高反射ミラー４ｂを介して増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器のＡＲ（反射防止）面とＰＲ（部分反射）面によって構成されるリアミラー２６へ集光させながら注入する。
この時、注入光の光軸と放電領域中心は必ずしも一致しない。増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器内に注入された注入光の一部はＡＲ面とＰＲ面によって構成されるＯＣ２４を透過し、ＯＣ２４の先に設置されたナイフエッジミラー９に照射される。このナイフエッジミラー９はＨＲ（高反射）コーティングが施されたミラーでＯＣ２４を透過した注入光を再度、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器内へ伝播させる。
【００２９】
図６（ｂ）は図６（ａ）に関わる増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の上面図である。そして、３種類の本発明による注入方式を示す。
２Ｐａｓｓ方式ではリアミラー２６を透過した注入光は放電領域の端部をＨ方向にビームが集光されながら伝播し、ＯＣ２４を透過し、ナイフエッジミラー９で再度ＰＯ共振器に注入され、ＰＯ共振器内で閉じこめられる。
【００３０】
図７にＭＯビーム閉じ込め機構５を含めた前サイド２Ｐａｓｓ注入の光線追跡の結果を上記の説明に基づいて示す。ここでは高反射ミラー４ｂを省略した。
３Ｐａｓｓ−クロス注入方式ではナイフエッジミラー９の設置された対角線側から注入光を注入する。そして、リアミラー２６を透過した注入光は放電領域を横切りながら、Ｈ方向にビームが集光されながら伝播し、ＯＣ２４を透過し、ナイフエッジミラー９で反射し、再度ＰＯ共振器に注入され、ＰＯ共振器内で閉じこめられる。
３Ｐａｓｓ−中心注入方式では放電断面部の中心を起点として注入光が注入されるようにリアミラー２６に注入される。そしてリアミラー２６を透過した注入光は放電領域を横切りながら、Ｈ方向にビームが集光されながら伝播し、ＯＣ２４を透過し、ナイフエッジミラー９で反射し、再度ＰＯ共振器に注入されＰＯ共振器内で閉じこめられる。
【００３１】
図８（ａ），（ｂ）は放電領域を上方から見た略図であり、図８（ａ）は２Ｐａｓｓ方式を示し、図８（ｂ）は３Ｐａｓｓ−クロス注入方式、３Ｐａｓｓ−中心注入方式を示す。注入光は図８（ａ），（ｂ）で左側から右側へ、図示されていないＭＯビーム閉じ込め機構により、閉じ込め角度を有しながら伝播する。
図８（ａ），（ｂ）でＤ１，Ｄ２はそれぞれリアミラーのＯＣの直径（リアミラーを円形にしたが、矩形でもかまわない）、Ｄは増幅段レーザ (ＰＯ) のＰＯ共振器へ入射する注入光のサイズ、ＬK はリアミラーとＯＣの距離である。また、ｄは利得幅（放電幅）である。
ここで、下記条件で注入光をＰＯチャンバ内へ注入すれば、ＰＯ共振器内で放電領域３Ｐａｓｓ目（リアミラーからの反射パス）の注入光がＰＯ共振器内に閉じ込められるようになる。
閉じ込め角度θ：０≦θ≦Ｔａｎ-1（Ｄ／４ＬＫ）…（式２）
また、前述したように増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズＤを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとするのが望ましい。これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。
なお、図８からわかるようにＰＯチャンバ２１に取り付いているウインドー２２ａの大きさも伝播損失を無くすために、注入光を通すのに十分な大きさである必要がある。
以上では、Ｈ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の課題を解決する場合、上記式の条件が適応できる。
【００３２】
上記３種類の注入方式において、注入光は角度を持って増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の利得部（放電領域）に注入される。この場合、リアミラー２６またはＯＣ２４を傾け、さらに積極的に注入光をＰＯ共振器内に閉じ込めるようにすると注入効率が向上し、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０からのレーザ出力が増加する。
図９（ａ）（ｂ）にリアミラー２６とＯＣ２４が平行な場合と、平行でない場合の光線追跡結果を示す。
同図の光線追跡結果が示す通り、リアミラー２６を利得部（増幅段レーザの放電領域）側に傾けることにより、共振器反射により注入光の利得部を通過する回数が増加し、注入効率が向上する。
本実施例の前サイド注入方式によれば、ＯＣ２４の先にナイフエッジミラー９が設置されており、図６の実施例でＰＯ共振器のＯＣ２４を１Ｐａｓｓ目で透過した注入光を再度ナイフエッジミラー９で反射して再度ＰＯ共振器へ注入することができる。すなわち、図２の実施例でロスとなっていた、注入光を再度注入に利用することが可能となり、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０からのレーザ出力の増大が期待できる。
【００３３】
図６に示した実施例の応用例として図１０に他のＯＣ側にかかわる高反射部の設置例を２Ｐａｓｓの例で示す。
図１０の例は２Ｐａｓｓ以外に３Ｐａｓｓクロスそして３Ｐａｓｓ中心注入に適応することが可能である。図１０の例ではＯＣ２４のＰＲコーティングの反射ロスを受けることなく注入光が利得部（放電領域）へ注入されるため、上記図６に示した例より増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の利得部への注入効率が向上する。
図１０（ａ）ではナイフエッジミラー９をＯＣ２４より放電領域に近いところに設置した。２Ｐａｓｓ増幅においてリアミラー２６を透過した注入光はナイフエッジミラー（高反射ミラー）９で反射され、利得部（放電領域）へ注入される。そして、注入光はリアミラー２６とＯＣ２４の間を往復する。
図１０（ｂ）はＯＣ２４の共振器側の反射面（利得部側）の一部に注入光を反射させるためのＨＲ（高反射）コーティングを施した例である。
２Ｐａｓｓ増幅においてリアミラー２６を透過した注入光はＯＣ２４のＨＲ（高反射）コーティング部でまず反射され、利得部（放電領域）へ注入される。そして、注入光はリアミラー２６とＯＣ２４のＰＲ（部分反射）コーティング間を往復する。
【００３４】
図１１（ａ），（ｂ）は図１０に示した実施例において、放電領域を上方から見た略図であり、図１１（ａ）は図１０（ａ）に対応し、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）にそれぞれ対応する。注入光は図１１（ａ），（ｂ）で左側から右側へ、図示されていないＭＯビーム閉じ込め機構により、閉じ込め角度を有しながら伝播する。
図１１（ａ），（ｂ）でＤ１，Ｄ２はそれぞれリアミラー２６とＯＣ２４の直径（例ではリアミラーを円形にしたが、矩形でもかまわない）、ＬKKはリアミラー２６とナイフエッジミラー９の距離、そしてＬKHはリアミラーとＯＣ２４の距離、Ｄは増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器へ入射する注入光のサイズである。また、ｄは利得幅（放電幅）である。
【００３５】
下記条件で注入光を増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯチャンバ２１内へ注入すれば、ＰＯ共振器内で、放電領域を通過する３Ｐａｓｓ目（リアミラーからの反射パス）の注入光がＰＯ共振器内に閉じ込められるようになる。
閉じ込め角度θ：０≦θ≦Ｔａｎ-1（Ｄ／４ＬK K ）…（式３）
または      ０≦θ≦Ｔａｎ-1（Ｄ／４ＬK H ）…（式３’）
また、前述したように増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズＤを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとするのが望ましい。これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。
図１１からわかるように、ＰＯチャンバに取り付いているウインドーの大きさも注入光を通すのに十分な大きさである必要がある（伝播損失を無くすため）。
Ｈ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の課題を解決する場合、上記式の条件が適応できる。
【００３６】
図１２に注入効率を上げた前サイド注入を用いた本発明の実施例に関わる増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の上面図を示す。
図１２のレーザ側面図は、図６（ａ）と共通である。増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のリアミラー２６のＰＲ（部分反射）コーティング部を透過しないのが特徴である。すなわち効果として、ＰＲコーティングを透過しないため反射ロスの影響なく注入光を放電領域へ注入することが可能である。すなわち、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０への注入エネルギーが増加し増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のレーザ出力が増加する。
２Ｐａｓｓ方式ではリアミラー２６の側面を通過した注入光は放電領域の端部をＨ方向にビームが集光されながら伝播し、ＯＣ２４を透過し、ナイフエッジミラー９で再度ＰＯ共振器に注入され、ＰＯ共振器内で閉じこめられる。
【００３７】
ここでは、リアミラー２６の側面を通過しているが、リアミラー２６と注入光の通過位置が接近している場合は、図１３のような同面内の一部にＰＲ（部分反射）コーティングが施され、一部にＡＲ（反射防止）コーティングが施されたようなミラーをリアミラー２６として用いることが可能である。
図１３（ａ）は同面内の一部にＰＲコーティングが施され、一部にＡＲコーティングが施されたようなミラーを、リアミラーとして実際にＰＯ共振器に用いた場合の実施例である。図１３（ａ）に図示した方向に対してリアミラー２６を見た場合の図を、図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）では下方向が地面、上方向が天上である。すなわち、上下がＰＯチャンバ２１の放電方向である。
図１２（ｂ）の３Ｐａｓｓ−クロス注入方式では注入光はナイフエッジミラー９の設置された対角線側からリアミラーの端を通過し、放電領域に注入される。そして、注入光は放電領域を横切りながら、Ｈ方向にビームが集光されながら伝播し、ＯＣ２４を透過し、ナイフエッジミラー９で反射し、再度ＰＯ共振器に注入され、ＰＯ共振器内で閉じこめられる。
この例でも、注入光がリアミラー２６の側面を通過している。しかし、リアミラー２６と注入光の通過位置が接近している場合は図１３（ｂ）のような同面内の一部にＰＲコーティングが施され、一部にＡＲコーティングが施されたようなミラーをリアミラーとして用いることが可能である。
図１３に示したリアミラーは、図１０に示した、ナイフエッジミラー設置位置また、部分高反射ＯＣを用いたＰＯ共振器の実施例に適応することが可能である。
【００３８】
図１４に他の注入効率を上げた前サイド注入を用いた本発明の実施例に関わる増幅段レーザ (ＰＯ) ２０上面図を示す。
図１４ではＯＣ２４のリアミラー２６側以外の他の方向から、ナイフエッジミラー９である反射ミラーを経由して注入光が増幅段レーザ (ＰＯ) ２０へ注入される。注入光が増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のリアミラー２６のＰＲ（部分反射）コーティング部を透過しないのが特徴である。
すなわち効果として、ＰＲコーティングを透過しないため反射ロスの影響なく注入光を放電領域へ注入することが可能である。すなわち、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０への注入エネルギーが増加し、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のレーザ出力が増加する。閉じ込め条件は前記（式２）が適応される。
【００３９】
図１５は、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０にリング共振器を用いた場合の第１の実施例を示す図である。
発振段レーザ (ＭＯ) １０の出力ビームは高反射ミラー４ａによりＭＯビーム閉じ込め機構５に入射する。ＭＯビーム閉じ込め機構５を透過して高反射ミラー４ｂ及び７ａにより増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のリング共振器のＯＣ２４（出力結合ミラー）へ閉じ込め角度（集光）を有しながら照射される。そしてＰＯリング共振器のＯＣ２４から共振器中に注入（シード）光が注入される。
ＯＣ２４を透過した注入光は閉じ込め角を有しながら高反射ミラー７ｂにより反射され、レーザチャンバ２１の放電空間に傾いて入射され、放電電極２ａに注入光と同期して、電圧が印加され放電する。
そして放電空間を透過した注入光は増幅され、チャンバ２１を透過し２枚の高反射ミラー７ｃ及び７ｄにより折り返され、再び放電している放電空間に導かれ、増幅される。
増幅した光の一部はＯＣ２４を透過してレーザとして出力し、ＯＣ２４の反射光は再びリング共振器の中にフィードバックされ共振する。そして、レーザパルスとして出力される。ＯＣ２４の反射率が２０％〜３０％とすると注入効率は８０％から７０％となり高い注入効率を得ることができる。
【００４０】
この実施例では、以上のように、１組のリング共振器の中に少なくとも２枚の高反射ミラーでレーザチャンバにレーザ光を戻したが、４５度よりも多少小さな角度（数ｍｒａｄ）全反射プリズムでフレネル反射で戻しても同様の機能を果たすことができる。
以上のように、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０にリング共振器を配置し、発振段レーザ (ＭＯ) から出射されたレーザ光を閉じ込め角度を有しながら増幅段レーザ (ＰＯ) のリング共振器内へＯＣ２４を通して注入することによって以下の効果が得られる。
（１）ＭＯビームを閉じ込め角度を有しながらＯＣを通して注入するので、注入の入射ビームが広くなりすぎて有効にシード光として使用できなくなることがない。結果として注入効率が高くなる。
（２）ＭＯビームはＰＯ共振器を構成する光学素子表面上に集光されない。すなわち、注入された注入光はわずかに集光されながら、共振器内を複数回、リング状にビームすることにより、レーザチャンバ２１のウインドー２２ａやリング共振器のＯＣ２４、そして反射ミラー７ｂ〜７ｃでのレーザのエネルギ負荷が小さくなる。したがって、レーザのウインドー及びリングレーザの共振器に使用されている光学素子の寿命が延びる。
【００４１】
図１６は増幅段レーザ (ＰＯ) ２０にリング共振器を用いた場合の、増幅段レーザ (ＰＯ) の放電領域を上方から見た概略図である。
注入光は図１６で下から上へ、図示されていないＭＯビーム閉じ込め機構により、閉じ込め角度を有しながらリング共振器内へ注入される。
図１６でＬR1、ＬR2、ＬR3、ＬR4はそれぞれ、ＯＣ２４と高反射ミラー７ｂ間距離、高反射ミラー７ｂと高反射ミラー７ｃ，７ｄ間距離、高反射ミラー７ｃと高反射ミラー７ｄ間距離、高反射ミラー７ｃ，７ｄとＯＣ２４間距離、Ｄは、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のＰＯ共振器へ入射する注入光のサイズ（図１６には示されていない）である。また、ｄは利得幅（放電幅）である。
下記条件で注入光をＰＯチャンバ２１内へ注入すれば、ＰＯリング共振器内で放電領域２回転目（ＯＣからの反射パス）の注入光がＰＯリング共振器内に閉じ込められるようになる。一回転とはＯＣ２４→高反射ミラー７ｂ→高反射ミラー７ｄ→高反射ミラー７ｃ→ＯＣ２４の光路を意味する。
閉じ込め角度θ：０≦θ≦Ｔａｎ-1｛Ｄ／２（ＬR1＋ＬR2＋ＬR3＋ＬR4）｝…（式４）
また、前述したように増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズＤを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとするのが望ましい。これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。
Ｈ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の課題を解決する場合、上記式の条件が適応できる。
【００４２】
図１７は増幅段レーザ (ＰＯ) にリング共振器を設置した場合の第２の実施例を示す図である。
発振段レーザ (ＭＯ) １０のビームは高反射ミラー４ａによりＭＯビーム閉じ込め機構５に入射する。注入光である発振段レーザ (ＭＯ) １０の出力ビームは、ＭＯビーム閉じ込め機構５を透過して、増幅段レーザ (ＰＯ) ２０のリング共振器のＯＣ２４（出力結合ミラー）に照射される。
この注入光は片面にＰＲ（部分反射）膜と片面にＡＲ（反射防止）膜がコーティングされたＯＣ２４に入射し、一部反射させ、多少広がりながら全反射直角プリズム８ａに入射する。
【００４３】
この全反射直角プリズム８ａの入射出射面にはＡＲ（反射防止）膜がコーティングされている。シード光はプリズム８ａの２つ面でフレネル反射により全反射し、ウインドー２２ａを透過してレーザチャンバ２１に入射する。シード光は放電電極２ａに対して、略平行な光軸で透過し、増幅されずにチャンバ２１内を透過し、全反射直角プリズム８ｂに入射する。シード光は直角プリズム８ｂの２面で全反射し再びウインドー２２ｂを介して放電電極２ａの放電空間と光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。
放電電極２ａはシード光に同期して、電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し、再びＯＣ２４に入射する。増幅した光の一部はＯＣ２４を反射してレーザ光として出力し、ＯＣ２４の反射光はフィードバック光として再びリング共振器内に戻される。
このようにして増幅段レーザ (ＰＯ) ２０は増幅発振する。ＯＣ２４の反射率が７０％〜８０％とすると注入効率は７０％から８０％となり高い注入効率を得ることができる。
【００４４】
またこの実施例のメリットを以下に示す。
（１）直角全反射プリズム２個でリング共振器を構成し、ＯＣをリング共振器の光軸上に設置することにより、リング共振器の光軸のアライメントが容易であり、安定に動作する。
（２）注入位置のＯＣへＭＯビームを閉じ込め角度（集光）を有して照射するので、注入の入射ビームが広くなりすぎて有効にシード光として使用できなくなることがない。結果として注入効率が高くなる。
（３）ＭＯビームを閉じ込め角度（集光）を有してＯＣに照射し、ＰＯリング共振器内へ注入するので、注入光はやや集光しながら、そしてビーム幅を有しながら、共振器内を複数回、リング状にビームする。すなわち、共振器内に設置された光学素子に対して集光されない。よって、レーザチャンバのウインドーやリングレーザのＯＣでのレーザのエネルギー負荷が小さくなり、レーザのウインドー及びリングレーザの共振器に使用されている光学素子の寿命が延びる。
【００４５】
図１８は、図１７に示す増幅段レーザ (ＰＯ) ２０にリング共振器を用いた場合の第２の実施例の増幅段レーザ (ＰＯ) の放電領域を上方から見た概略図である。
注入光は図１８の紙面に垂直に下から上へ、図示されていないＭＯビーム閉じ込め機構により、閉じ込め角度を有しながらＯＣ２４の反射により右側から左側へ全反射直角プリズム８ａ，８ｂを用いたリング共振器内へ注入される。
図１８でＬP1、ＬP2、ＬP3、ＬP4はそれぞれ、図１８に示す全反射直角プリズム８ａの反射面間距離、図１８に示す全反射直角プリズム８ａと全反射直角プリズム８ｂ間距離、図１８に示す全反射直角プリズム８ｂの反射面間距離、図１８に示す全反射直角プリズム８ｂと全反射直角プリズム８ａ間距離、Ｄは増幅段レーザ (ＰＯ) のＰＯ共振器に入射する注入光のサイズ（図１８には示されていない）である。また、ｄは利得幅（放電幅）である。
【００４６】
下記条件で注入光をＰＯチャンバ内へ注入すれば、ＰＯリング共振器内の放電領域で２回転目（ＯＣからの反射パス）の注入光がＰＯリング共振器内に閉じ込められるようになる。一回転はＯＣ→全反射直角プリズム８ａ→全反射直角プリズム８ｂ→ＯＣの光路を意味する。
閉じ込め角度θ：０≦θ≦Ｔａｎ-1｛Ｄ／２（ＬP1＋ＬP2＋ＬP3＋ＬP4）｝…（式５）  また、前述したように増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズＤを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとするのが望ましい。これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。
Ｈ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の課題を解決する場合、上記式の条件が適応できる。
【００４７】
図１９に増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、注入光の注入に偏光素子と波長板を用いた例を示す。
図１９（ａ）にレーザの側面図を示し、図１９（ｂ）に増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の上面図を示す。
発振段レーザ (ＭＯ) １０において、ＬＮＭ３のプリズムビームエキスパンダ３ａ及びＭＯレーザチャンバ１１のウインドー１２ａ，１２ｂがブリュースタ角で設置されており、紙面に対して垂直な偏波面でレーザ発振する。  この発振段レーザ (ＭＯ) １０から出力されたレーザ光は偏波面を維持した状態で高反射ミラー４ａによりＭＯビーム閉じ込め機構５に入射する。
このＭＯビーム閉じ込め機構５から出力される光はＰＳ分離膜（Ｐ偏光とＳ偏光を分離する）をコートしたビームスプリッタ（ＢＳ）６ａに入射する。このＢＳ６ａではＳ偏光（紙面に対して垂直な偏波面）は全反射する。この反射光はλ／４板６ｂを透過し円偏光に変換される。この円偏光に変換されたＭＯのビームはＰＯ共振器のＯＣ２４に閉じ込め角度を有しながら照射される。
【００４８】
このＯＣ２４を透過した光は多少集光しながら増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の光共振器中に注入されＰＯチャンバ２１の放電電極ギャップ間を透過増幅してウインドー２２ｂを透過してＨＲ（高反射）膜がコートされたリアミラー２６に入反射して再びＰＯチャンバ２１に入射し、透過増幅されてＯＣ２４により一部が反射されて再び増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の光共振器内に戻される。
円偏光でＯＣ２４から出力したレーザ光は再びλ／４板６ｂにより、紙面を含む偏波面に変換される。この偏光状態の光はＢＳのＰ偏光成分の光なのでほとんど全てＢＳを透過し出力レーザ光として取り出される。
【００４９】
ここで、ＰＯ共振器内は円偏光で共振するのでレーザチャンバ２１のウインドー２２ａ，２２ｂのＡＲ（反射防止）膜コートはＰ及びＳ偏光に対する反射防止膜をコートする必要がある。
この方式のメリットは、以下の通りである。
（１）ＰＯのＯＣの反射率が２０％から３０％で動作するので、注入効率が７０％から８０％の高い効率を得ることができる。
（２）ＰＯ共振器のアライメントが容易で安定していることである。
（３）ＰＯ共振器のＯＣへ注入光であるＭＯビームを閉じ込め角度（集光）を有しながら照射するため、注入有効領域に対して、注入ビームが狭くそして広がらないように注入されるため、注入効率が高くなる。
（４）注入光はＰＯ共振器内光路上の光学素子に集光することなく、やや集光ながらビーム幅をもって注入光は共振器内の往復を繰り返す。よって、レーザチャンバのウインドーやＯＣでのレーザのエネルギ負荷が高くならない。したがって、レーザのウインドー及び光共振器に使用されている光学素子の寿命が延びる。
上記例ではＰＳ分離膜をコーティングしたＢＳ（ビームスプリッター）を用いているが、これがＰＳ分離用のプリズムであってもよい。
【００５０】
図２０は、ＰＯ共振器にファブリペロ型安定共振器用い、偏光素子と波長板を用いた注入例の増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を上方から見た略図である。
注入光は図２０で左側から右側へ、図示されていないＭＯビーム閉じ込め機構により、閉じ込め角度を有しながら伝播する。図２０でＤW1，ＤW2はそれぞれリアミラーのＯＣの直径（例ではリアミラーを円形にしたが、矩形でもかまわない）、ＬW はリアミラーとＯＣの距離、Ｄは増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＰＯ共振器へ入射する注入光のサイズ（図２０には示されていない）である。また、ｄW は利得幅（放電幅）である。
下記条件で注入光をＰＯチャンバ２１内へ注入すれば、ＰＯ共振器内で２Ｐａｓｓ目の注入光がＰＯ共振器内に閉じ込められるようになる。
閉じ込め角度θ：０≦θ≦Ｔａｎ-1（Ｄ／２ＬW ）…（式６）
また、前述したように増幅段レーザ（ＰＯ）に注入される注入光のサイズＤを、少なくともその注入光が放電領域に入射するとき、放電領域の大きさ以下となるようにサイズとするのが望ましい。これにより、ＭＯレーザ光（注入光）を増幅段レーザ（ＰＯ）のＰＯ共振器内に効果的に閉じ込めることができる。また、ＰＯチャンバに取り付いているウインドーの大きさも注入光を通すのに十分な大きさである必要がある（伝播損失を無くすため）。
Ｈ方向に関して記したが、Ｖ方向に関しても同様の課題を解決する場合、上記式の条件が適応できる。
【００５１】
次に、上述したＭＯビーム閉じ込め機構の構成例について説明する。
（１）レンズのみを用いた場合。
図２１、図２２に、シリンドリカル平凸面レンズ、シリンドリカル平凹面レンズを用いた場合の構成例を示す。同図はＭＯビーム閉じ込め機構の構成を示す斜視図であり、ＭＯビーム閉じ込め機構を構成するレンズ、ミラー、及び光路をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に投影した図を面Ａ、面Ｂと面Ｃ上に示している。
なお、これらのレンズに他の形状の凸、凹シリンドリカルレンズ、また凸、凹球面レンズ等を使用してもよい。また、レンズが設置される箇所は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の間であれば、どこでもよい。
【００５２】
Ａ．単レンズを用いた場合：
図２１に単レンズを用いたＭＯビーム閉じ込め機構５１の構成例を示す。ＭＯビームである注入光は下方右から左へ出射され、ミラー５１ａで上方に反射され、シリンドリカル平凸面レンズ５１ｂを透過し、ミラー５１ｃで反射され増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣへ注入される。
Ｂ．組みレンズ（２枚以上のレンズの組み合わせ）を用いた場合
図２２に組レンズを用いたＭＯビーム閉じ込め機構５２の構成例を示す。ＭＯビームである注入光は下方右から左へ出射され、ミラー５２ａで上方に反射され、シリンドリカル平凹面レンズ５２ｂ、シリンドリカル平凸面レンズ５２ｃを透過し、ミラー５２ｄで反射され増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣへ注入される。
【００５３】
（２）ミラーのみを用いた場合。
図２３、図２４に、凸面、凹面シリンドリカルミラーを用いた場合の構成例を示す。図２１、図２２と同様、同図はＭＯビーム閉じ込め機構の構成例を示す斜視図であり、ＭＯビーム閉じ込め機構を構成するレンズ、ミラー、及び光路を投影した図を面Ａ、面Ｂと面Ｃ上に示している。
なお、これらのミラーに他に凸、凹球面ミラー等を使用してもよい。また、レンズが設置される箇所は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の間であれば、どこでもよい。
【００５４】
Ａ．単ミラーを用いた場合：
図２３に単ミラーを用いたＭＯビーム閉じ込め機構５３の構成例を示す。ＭＯビームである注入光は下方右から左へ出射され、凹面シリンドリカルミラー５３ａで上方へ反射され、高反射平面ミラー５３ｂで増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣへ注入される。
Ｂ．２枚以上のミラーを使用した場合：
図２４に２枚以上のミラーを用いたＭＯビーム閉じ込め機構５４の構成例を示す。ＭＯビームである注入光は下方右から左へ出射され、高反射凸面シリンドリカルミラー５４ａで上方へ反射され、高反射凹面シリンドリカルミラー５４ｂで増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣへ注入される。
【００５５】
（３）レンズとミラーを組み合わせて用いた場合。
図２５、図２６に、平凸面、平凹面シリンドリカルレンズまた凸面、凹面シリンドリカルミラーを用いた場合の構成例を示す。前述したように同図はＭＯビーム閉じ込め機構の構成を示す斜視図であり、ＭＯビーム閉じ込め機構を構成するレンズ、ミラー、及び光路を投影した図を面Ａ、面Ｂと面Ｃ上に示している。
なお、これらの形状外のシリンドリカル凸、凹面レンズそして凸、凹面シリンドリカルミラー、また凸、凹球面レンズそして凸、凹球面ミラー等を用いてもよい。
また、レンズが設置される箇所は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の間であれば、どこでもよい。
【００５６】
Ａ．凸面シリンドリカルミラー、シリンドリカル平凸面レンズを用いた場合。
図２５に凸面シリンドリカルミラー、シリンドリカル平凸面レンズを用いたＭＯビーム閉じ込め機構５５の構成例を示す。ＭＯビームである注入光は下方右から左へ出射され、高反射凸面シリンドリカルミラー５５ａで上方へ反射され、高反射平面ミラー５５ｂで反射して、シリンドリカル平凸面レンズ５５ｃに入射し、その出射光が増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣへ注入される。
Ｂ．シリンドリカル平凹面レンズ、凹面シリンドリカルミラーを用いた場合。
図２６にシリンドリカル平凹面レンズ、凹面シリンドリカルミラーを用いたＭＯビーム閉じ込め機構５６の構成例を示す。ＭＯビームである注入光は下方右から左へ出射され、高反射ミラー５６ａで上方へ反射され、シリンドリカル平凹面レンズ５６ｂを透過し、凹面シリンドリカルミラー５６ｃで反射され、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣへ注入される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の露光装置用狭帯域レーザ装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例であるシード光をリアミラーから注入する狭帯域レーザ装置の構成例を示す図である。
【図３】図２において、ＰＯ共振器内に注入された注入光の光路をチャンバ上方から見た図である。
【図４】注入光に対するＭＯＰＯ出力をＭＯ閉じ込め機構の有無で示す図である。
【図５】図２に示すレーザ装置おいて、増幅段レーザ (ＰＯ) の放電領域を上方から見た略図である。
【図６】本発明の実施例である前サイド注入を用いた狭帯域レーザ装置の構成例を示す図である。
【図７】ＭＯビーム閉じ込め機構５を含めた前サイド２Ｐａｓｓ注入の光線追跡の結果を示す図である。
【図８】図６に示すレーザ装置おいて、増幅段レーザ (ＰＯ) の放電領域を上方から見た略図である。
【図９】リアミラーとＯＣが平行な場合と、平行でない場合の光線追跡結果を示す図である。
【図１０】図６に示した実施例の応用例（高反射部の設置例）を示す図である。
【図１１】図１０に示した実施例において、放電領域を上方から見た略図である。
【図１２】注入効率を上げた前サイド注入を用いた増幅段レーザ (ＰＯ) を示す図である。
【図１３】ＡＲコーティング付きリアミラーの例を示す図である。
【図１４】注入効率を上げた前サイド注入を用いた増幅段レーザ (ＰＯ) の他の例を示す図である。
【図１５】増幅段レーザ (ＰＯ) にリング共振器を用いた場合の第１の実施例を示す図である。
【図１６】増幅段レーザ (ＰＯ) にリング共振器を用いた場合の、増幅段レーザ (ＰＯ) の放電領域を上方から見た概略図である。
【図１７】増幅段レーザ (ＰＯ) にリング共振器を設置した場合の第２の実施例を示す図である。
【図１８】増幅段レーザ (ＰＯ) にリング共振器を用いた場合の第２の実施例の増幅段レーザ (ＰＯ) の放電領域を上方から見た概略図である。
【図１９】増幅段レーザ (ＰＯ) ２０の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、注入光の注入に偏光素子と波長板を用いた例を示す図である。
【図２０】ＰＯ共振器にファブリペロ型安定共振器用い、偏光素子と波長板を用いた注入例の増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を上方から見た略図である。
【図２１】単レンズを用いたＭＯビーム閉じ込め機構の構成例を示す図である。
【図２２】組レンズを用いたＭＯビーム閉じ込め機構の構成例を示す図である。
【図２３】単ミラーを用いた場合のＭＯビーム閉じ込め機構の構成例を示す
【図２４】２枚のミラーを用いたＭＯビーム閉じ込め機構の構成を示す図である。
【図２５】ミラーとレンズを組み合わせて用いたＭＯビーム閉じ込め機構の構成例を示す図（１）である。
【図２６】ミラーとレンズを組み合わせて用いたＭＯビーム閉じ込め機構の構成例を示す図（２）である。
【図２７】従来のＭＯＰＯ方式のレーザ装置の構成例を示す図である。
【図２８】裏面注入を用いた従来技術における注入光の光線光路を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ，２ａ  放電電極
３          ＬＭＮ
４ａ〜４ｃ  高反射ミラー
５，５１〜５６  ＭＯビーム閉じ込め機構
５ａ        シリンドリカル平凹面レンズ
５ｂ        シリンドリカル平凸面レンズ
６ａ        ビームスプリッタ（ＢＳ）
６ｂ        λ／４板
７ａ〜７ｄ  高反射ミラー
８ａ，８ｂ  全反射直角プリズム
９          ナイフエッジミラー
１０        発振段レーザ（ＭＯ）
１１，２１  チャンバ
１２ａ，１２ｂウインドー
１３，２３  スリット
１４        ＯＣ（出力結合ミラー）
２０        増幅段レーザ（ＰＯ）
２２ａ，２２ｂウインドー
２４        ＯＣ（出力結合ミラー）
２６        リアミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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