CN110679045A - 激光系统 - Google Patents

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Abstract

一种激光系统，其具有：A.固体激光装置，其输出脉冲激光，该脉冲激光的光强度分布是以光路轴为中心的旋转对称的高斯形状；B.放大器，其包含一对放电电极，并且在一对放电电极之间的放电空间中对脉冲激光进行放大；以及C.转换光学系统，其对从放大器输出的脉冲激光的光强度分布进行转换，使该光强度分布在一对放电电极的放电方向和与放电方向垂直的方向的任意方向上均为顶帽形状。

Description

激光系统
技术领域
本公开涉及激光系统。
背景技术
随着半导体集成电路的微细化、高集成化，在半导体曝光装置中要求提高分辨率。以下，将半导体曝光装置简称为“曝光装置”。为此，正在推进从曝光用光源输出的光的短波长化。在曝光用光源中，使用气体激光装置来代替以往的水银灯。目前，作为曝光用激光装置，使用了输出波长为248nm的紫外线的KrF准分子激光装置以及输出波长为193.4nm的紫外线的ArF准分子激光装置。
作为目前的曝光技术，实用化了如下的浸液曝光：通过用液体充满曝光装置侧的投影透镜与晶片之间的间隙来改变该间隙的折射率，从而缩短曝光用光源的目击波长。在使用ArF准分子激光装置作为曝光用光源进行浸液曝光的情况下，对晶片照射水中的波长为134nm的紫外光。将这种技术称为ArF浸液曝光。ArF浸液曝光也被称为ArF液浸光刻。
由于KrF、ArF准分子激光装置在自然振荡中的谱线宽度宽至大约350pm～400pm，所以由曝光装置侧的投影透镜缩小投影到晶片上的激光(紫外线光)产生色像差而导致分辨率降低。因此，需要将从气体激光装置输出的激光的谱线宽度窄带化，直到色像差达到能够忽略的程度。因此，在气体激光装置的激光谐振器内设置有具有窄带化元件的窄带化模块(Line Narrowing Module)。通过该窄带化模块实现了谱线宽度的窄带化。窄带化元件也可以是标准具或光栅等。将谱线宽度被以这种方式窄带化的激光装置称为窄带化激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/046871号
专利文献2：日本特开2011-176116号公报
专利文献3：日本特开2013-145863号公报
专利文献4：国际公开第2017/006418号
发明内容
本公开的1个观点的激光系统具有：
A.固体激光装置，其输出脉冲激光，该脉冲激光的光强度分布是以光路轴为中心的旋转对称的高斯形状；
B.放大器，其包含一对放电电极，并且在一对放电电极之间的放电空间中对脉冲激光进行放大；以及
C.转换光学系统，其对从放大器输出的脉冲激光的光强度分布进行转换，使该光强度分布在一对放电电极的放电方向和与放电方向垂直的方向的任意方向上均为顶帽(Top-hat)形状。
附图说明
以下，仅仅作为例子，参照附图对本公开的几个实施方式进行说明。
图1A是概略地示出比较例的激光系统的结构的剖视图。
图1B是在图1A所示的激光系统中从V方向观察放大器的内部结构的示意图。
图2是从Z方向观察缝隙的示意图。
图3A是示出脉冲激光在图1A中的A-A线上的射束截面的光强度分布的图。
图3B是示出脉冲激光在图1A中的B-B线上的射束截面的光强度分布的图。
图4A是概略地示出第一实施方式的激光系统的结构的剖视图。
图4B是在图4A所示的激光系统中从V方向观察放大器的内部结构的示意图。
图5A是示出脉冲激光Lp在图4A中的D-D线上的射束截面的光强度分布的图。
图5B是示出脉冲激光在图4A中的E-E线上的射束截面的光强度分布的图。
图6是对光强度分布的顶帽形状的定义进行说明的曲线图。
图7是示出变形例的转换光学系统的图。
图8是示出基于图7和表1所示的设计值的光强度分布的模拟结果的曲线图。
图9是示出第二实施方式的激光系统所包含的放大光学系统和压缩光学系统的图。
图10是示出第三实施方式的激光系统的整体结构的图。
图11是示出第一和第二非球面镜的设计例的图。
图12是示出被缝隙局部遮蔽的脉冲激光的图。
图13是示出基于图11和表2所示的上述设计值的光强度分布的模拟结果的曲线图。
图14是示出第四实施方式的激光系统的整体结构的图。
图15A和图15B是示出变形例的转换光学系统的图。
图16A是示出入射到转换光学系统的脉冲激光的光强度分布的图。图16B是示出从放大器输出的脉冲激光的光强度分布的图。
图17A和图17B是对多路径放大器的课题进行说明的图。
图18是示出第五实施方式的激光系统的整体结构的图。
图19是示出相位滤波器的结构的图。
图20是示出通过相位滤波器的相位调制对光强度分布进行转换的原理的图。
图21是示出在相位滤波器中形成的相位分布的一例的图。
图22是示出固体激光装置的结构的图。
图23是示出变形例的放大器的结构的图。
具体实施方式
<内容>
1.比较例
1.1结构
1.1.1固体激光装置
1.1.2放大器
1.2动作
1.3课题
2.第一实施方式
2.1结构
2.2动作
2.3效果
2.4顶帽形状的定义
2.5转换光学系统的变形例
3.第二实施方式
3.1结构
3.2动作
3.3效果
4.第三实施方式
4.1结构
4.1.1设计例
4.2动作
4.3效果
5.第四实施方式
5.1结构
5.2动作
5.3效果
5.4转换光学系统的变形例
5.4.1结构
5.4.2动作
5.4.3效果
6.第五实施方式
6.1结构
6.2动作
6.3效果
7.固体激光装置的具体例
7.1结构
7.2动作
8.放大器的变形例
8.1结构
8.2动作
在下文中，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式示出了本公开的几个例子，并没有限定本公开的内容。此外，并没有限定各实施方式中说明的结构和动作全部都是作为本公开的结构和动作所必须的。另外，对相同的构成要素标注相同的参照标号，省略重复的说明。
1.比较例
1.1结构
图1A和图1B示出了比较例的激光系统2的整体结构。激光系统2包含作为主振荡器的固体激光装置10和作为功率放大器的放大器20。
1.1.1固体激光装置
固体激光装置10构成为包含未图示的半导体激光器、放大器、非线性晶体等。固体激光装置10单横模地输出紫外的脉冲激光Lp。脉冲激光Lp是高斯射束，例如，中心波长为193.4nm。以下，将从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp的光路轴向称为Z方向。
1.1.2放大器
放大器20是包含腔室21、凸面柱面镜22以及凹面柱面镜23的准分子放大器。在腔室21内设置有第一放电电极24a、第二放电电极24b、第一窗口25a以及第二窗口25b。另外，在腔室21内例如封入了ArF激光气体，该ArF激光气体包含作为稀有气体的Ar气体、作为卤素气体的氟气体以及作为缓冲气体的Ne气体。
作为用于通过放电来激励激光气体的一对电极，第一放电电极24a和第二放电电极24b隔着它们之间的放电空间26而对置配置。第一放电电极24a和第二放电电极24b分别在Z方向上延伸。在第一放电电极24a和第二放电电极24b之间从未图示的电源施加脉冲状的高电压。以下，将第一放电电极24a和第二放电电极24b对置的方向、即放电方向称为V方向。V方向是与Z方向垂直的方向。另外，将与V方向和Z方向垂直的方向称为H方向。
第一窗口25a和第二窗口25b互相平行，以隔着放电空间26沿Z方向对置的方式配置。第一窗口25a和第二窗口25b配置在供从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp入射的位置。另外，第一窗口25a和第二窗口25b被配置成激光的入射角为接近布儒斯特角的角度(例如，56.34±5°)。第一窗口25a和第二窗口25b分别是由CaF2晶体构成的平行平面基板。
凸面柱面镜22具有凸面22a。凹面柱面镜23具有凹面23a。凸面22a和凹面23a分别是以与H方向平行的轴线为中心轴的圆筒面的一部分。在凸面22a和凹面23a上形成有针对波长为193.4nm的脉冲激光Lp的未图示的高反射膜。凸面柱面镜22被配置为，从固体激光装置10输出并通过了第二窗口25b和第一窗口25a的脉冲激光Lp入射到凸面22a。凸面柱面镜22使脉冲激光Lp的射束直径在作为放电方向的V方向上放大。
凹面柱面镜23被配置为，被凸面22a高反射并通过了第一窗口25a和第二窗口25b的脉冲激光Lp入射到凹面23a。另外，凹面柱面镜23被配置为，对入射到凹面23a的脉冲激光Lp进行反射，并经由第二窗口25b和第一窗口25a向Z方向输出。凹面23a的曲率被设定为使脉冲激光Lp的反射光被准直。
凸面柱面镜22和凹面柱面镜23构成为，使入射到放大器20的脉冲激光Lp三次通过放电空间26而输出到放大器20的外部。另外，凸面柱面镜22对入射的脉冲激光Lp进行反射而使射束直径在作为放电方向的V方向上放大。这样，凸面柱面镜22和凹面柱面镜23构成了一对折返镜，该一对折返镜使脉冲激光Lp的光路折返而在放电空间26中形成多个光路。放大器20被称为多路径放大器。
另外，放大器20包含缝隙27。缝隙27配置在从腔室21输出的脉冲激光Lp的光路上。图2是从Z方向观察缝隙27的示意图。缝隙27是通过在遮光部件的中央形成矩形状的开口部27a而构成的。开口部27a的V方向的长度与第一放电电极24a和第二放电电极24b之间的间隔大致相等。开口部27a的H方向的长度与第一放电电极24a和第二放电电极24b各自的宽度大致相等。
缝隙27被配置为，与开口部27a的V方向和H方向相关的位置与放电空间26对应。缝隙27对所入射的脉冲激光Lp中的处于开口部27a外的部分进行遮蔽。另外，缝隙27并不限于腔室21的外部，也可以配置在腔室21的内部。
1.2动作
接着，对比较例的激光系统2的动作进行说明。当从固体激光装置10输出脉冲激光Lp时，脉冲激光Lp在Z方向上行进。该脉冲激光Lp通过凹面柱面镜23的下方并作为种子光入射到放电空间26。入射到放电空间26的脉冲激光Lp在Z方向上行进而入射到凸面柱面镜22。脉冲激光Lp在通过放电空间26时，被通过在放电空间26中产生的放电而激励的激光气体放大。
入射到凸面柱面镜22的脉冲激光Lp被凸面22a高反射，其射束直径在V方向上被放大并且该脉冲激光Lp通过放电空间26，由此被进一步放大而入射到凹面柱面镜23。入射到凹面柱面镜23的脉冲激光Lp通过被凹面23a高反射而被准直，使放电空间26在Z方向上行进。准直后的脉冲激光Lp通过穿过放电空间26而被进一步放大，并通过凸面柱面镜22的上方而入射到缝隙27。如图2所示，关于入射到缝隙27的脉冲激光Lp，开口部27a外的成分被遮蔽，通过了开口部27a的成分输出到激光系统2的外部。从激光系统2输出的脉冲激光Lp入射到未图示的曝光装置。
1.3课题
接着，对比较例的激光系统2的课题进行说明。图3A示出了脉冲激光Lp在图1A中的A-A线上的射束截面的光强度分布。图3B示出了脉冲激光Lp在图1A中的B-B线上的射束截面的光强度分布。
如图3A所示，从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp是光强度分布以作为光路轴的Z轴为中心的旋转对称的高斯形状。该脉冲激光Lp作为种子光入射到放大器20，一边在放电空间26中被放大，一边通过第一窗口25a和第二窗口25b而从放大器20输出。如图3B所示，从放大器20输出的脉冲激光Lp是光强度分布在V方向上延伸的高斯形状。
作为种子光入射到放大器20的脉冲激光Lp在光强分布的中央部的光强度I较高，在端部的光强度I较低。因此，与从通常的准分子激光装置输出的激光的情况相比，被放大器20放大后的脉冲激光Lp的光强度即能量密度的最大值有可能更高。因此，在比较例的激光系统2中，容易因脉冲激光Lp的通过而使第一窗口25a和第二窗口25b产生劣化，存在耐久性低的问题。
2.第一实施方式
接着，对本公开的第一实施方式的激光激光系统进行说明。
2.1结构
图4A和图4B示出了第一实施方式的激光系统2a的整体结构。激光系统2a包含转换光学系统30，该转换光学系统30配置在固体激光装置10与放大器20之间的脉冲激光Lp的光路上。激光系统2a的其他结构与比较例的激光系统2的结构相同。
转换光学系统30是将脉冲激光Lp的光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的光学系统。转换光学系统30包含第一锥轴透镜31a和第二锥轴透镜31b。第一锥轴透镜31a和第二锥轴透镜31b分别为圆锥状，以中心轴与脉冲激光Lp的光路轴一致的方式配置。另外，第一锥轴透镜31a和第二锥轴透镜31b以彼此的顶点在Z方向上对置的方式配置。
2.2动作
接着，对第一实施方式的激光系统2a的动作进行说明。当从固体激光装置10输出脉冲激光Lp时，脉冲激光Lp在Z方向上行进，并入射到转换光学系统30。从固体激光装置10入射到转换光学系统30的脉冲激光Lp是以作为光路轴的Z轴为中心的旋转对称的高斯形状。脉冲激光Lp在图4A中的C-C线上的射束截面的光强度分布与图3A所示的光强度分布同样。
入射到转换光学系统30的脉冲激光Lp向第一锥轴透镜31a入射。入射到第一锥轴透镜31a的脉冲激光Lp的比中心轴靠正侧的部分向负侧折射而移动，比中心轴靠负侧的部分向正侧折射而移动。该移动距离例如与光强度分布的半值半宽大致一致。通过使这些光透过第二锥轴透镜31b，脉冲激光Lp的光强度分布为顶帽形状。这样，入射到转换光学系统30的脉冲激光Lp以光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的方式输出。如图5A所示，脉冲激光Lp在图4A中的D-D线上的射束截面的光强度分布在V方向和H方向的任意方向上均为顶帽形状。
光强度分布为顶帽形状的脉冲激光Lp作为种子光入射到放大器20，与比较例同样，通过穿过放电空间26而被放大，并且在作为放电方向的V方向上射束直径被放大。这里，在放大器20的放电空间26内的增益分布大致均匀的情况下，如图5B所示，脉冲激光Lp在图4A中的E-E线上的射束截面的光强度分布在V方向和H方向的任意方向上均为顶帽形状。
2.3效果
图5A和图5B中所示的虚线表示比较例的激光系统2的情况下的高斯形状的光强度分布。这样，在第一实施方式的激光系统2a中，在从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp入射到放大器20之前，通过转换光学系统30将光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状。脉冲激光Lp通过将光强度分布转换为顶帽形状而使最大能量密度下降，因此减少了第一窗口25a和第二窗口25b的劣化，提高了耐久性。
2.4顶帽形状的定义
接着，基于图6对光强度分布的顶帽形状的定义进行说明。顶帽形状是使用由下式(1)表示的顶帽区域比RTOP(％)和由下式(2)表示的均匀性C(％)来定义的。
RTOP＝WFWHM/We2×100···(1)
C＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin)×100···(2)
这里，Imax是光强度分布中的光强度的最大值。Imin是Imax/2以上的区域中的光强度的极小值。WFWHM是I＝Imax/2中的射束直径、即所谓的半值全宽。We2是I＝Imax/e2中的射束直径、即所谓的1/e2宽。
以光路轴为基准，在V方向和H方向的任意方向上，在顶帽区域比RTOP和均匀性C均满足第一条件和第二条件的情况下，将光强度分布的形状定义为顶帽形状。关于第一条件，顶帽区域比RTOP为70％以上，优选80％以上。关于第二条件，均匀性C为20％以下，优选10％以下。
另外，在上述定义中，根据一维光强度分布对顶帽形状进行了定义，但也可以根据二维强度分布对顶帽形状进行定义。二维强度分布能够通过二维图像传感器来计测。在该情况下，顶帽区域比RTOP(％)通过下式(3)来定义即可。
RTOP＝SFWHM/Se2×100···(3)
这里，SFWHM是具有Imax/2以上的光强度的区域的面积。Se2是具有Imax/e2以上的光强度的区域的面积。
2.5转换光学系统的变形例
接着，对转换光学系统的变形例进行说明。在第一实施方式中，作为将光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的转换光学系统，使用了将两个锥轴透镜组合起来的光学系统，但转换光学系统并不限于该结构。
图7示出了变形例的转换光学系统40。转换光学系统40代替第一实施方式的转换光学系统30而使用。转换光学系统40包含第一非球面透镜41a和第二非球面透镜41b。第一非球面透镜41a和第二非球面透镜41b都是旋转对称的形状，分别以中心轴与脉冲激光Lp的光路轴一致的方式配置。第一非球面透镜41a具有作为非球面的凹面S1和平坦面S2。第二非球面透镜41b具有作为非球面的凸面S3和平坦面S4。
通常，旋转对称的非球面由与球面的偏差的多项展开式来表示。例如，在偶数次非球面模型中，仅使用矢量坐标的偶数次项来表示非球面性。在该偶数次非球面模型中，非球面的Z方向的下垂量z由下式(4)来表示。
Figure BDA0002290933400000101
这里，c是原点处的曲率即中心曲率。h是距原点的距离，由h2＝H2+V2来表示。K是圆锥常数。A～D是非球面系数。当使在式(4)中表示的曲线绕Z轴进行旋转时，得到轴对称的旋转曲面。
表1示出了用于将在图7中的面S0上为高斯形状的、1/e2宽为0.75mm的光强度分布转换为在图7中的面S5上为顶帽形状的、1/e2宽为1.50mm的光强度分布的转换光学系统40的设计值的例子。这里，光的波长设为193.4nm。
[表1]
在表1中，中心曲率、半径、圆锥常数表示各面的值。另外，包含A～D的高次非球面系数全部为0。面间隔表示两个面的原点间的距离。介质表示两个面间的介质。面S0和面S5是与光轴垂直的假想的面。面S1与面S2之间的面间隔表示第一非球面透镜41a的厚度。面S3与面S4之间的面间隔表示第二非球面透镜41b的厚度。
图8示出了基于上述设计值的光强度分布的模拟结果。虚线表示脉冲激光Lp在面S0上的光强度分布。实线表示脉冲激光Lp在面S5上的光强度分布。在变形例中，通过使圆锥常数和非球面系数最佳化，与第一实施方式相比，能够提高脉冲激光Lp的光强度分布的顶帽性即，顶帽区域比RTOP和均匀性C。
3.第二实施方式
在第一实施方式的激光系统中，使用了将两个锥轴透镜组合起来的转换光学系统。各锥轴透镜的顶点的形状越微细，从高斯形状向顶帽形状的转换性能越高，但顶点的微细化存在极限。另外，由于包含各锥轴透镜的顶点及其附近的区域α难以高精度研磨，所以容易产生光的散射。因此，在入射到各锥轴透镜的脉冲激光的射束直径小的情况下，区域α的大小相对于射束直径的比率较大，透过率因光的散射等的影响而下降。由此，光强度分布的中央部的强度下降。另外，在本说明书中，区域α被定义为无法保证锥轴透镜的顶点及其附近的加工精度的区域。
准分子激光器的情况下的射束截面尺寸例如为3mm×16mm，与此相对，从在第一实施方式中使用的固体激光装置10输出的脉冲激光的射束直径小到1mm～2mm左右。因此，第一实施方式的转换光学系统在转换效率上存在问题。以下，作为第二实施方式，对能够提高转换光学系统的转换效率的激光系统进行说明。
3.1结构
如图9所示，除了转换光学系统50之外，第二实施方式的激光系统还包含放大光学系统52和压缩光学系统53，其他结构与第一实施方式的激光系统2a相同。
在图9中，转换光学系统50包含第一锥轴透镜51a和第二锥轴透镜51b。与第一实施方式同样，第一锥轴透镜51a和第二锥轴透镜51b分别为圆锥状，以中心轴与脉冲激光Lp的光路轴一致的方式配置。另外，第一锥轴透镜51a和第二锥轴透镜51b以彼此的顶点在Z方向上对置的方式配置。
放大光学系统52包含第一凹透镜52a和第一凸透镜52b，配置在转换光学系统5的入射侧。第一凹透镜52a和第一凸透镜52b被配置为，各自的中心轴与脉冲激光Lp的光路轴一致，并且两者的焦点的位置一致。第一凹透镜52a配置在第一凸透镜52b的脉冲激光Lp的入射侧。放大光学系统52例如将脉冲激光Lp的射束直径在V方向和H方向上分别按照5～10倍的放大率进行放大。
压缩光学系统53包含第二凹透镜53a和第二凸透镜53b，配置在转换光学系统50的射出侧。第二凹透镜53a和第二凸透镜53b被配置为，各自的中心轴与脉冲激光Lp的光路轴一致，并且两者的焦点的位置一致。第一凹透镜53a配置在第一凸透镜53b的脉冲激光Lp的射出侧。压缩光学系统53例如将脉冲激光Lp的射束直径在V方向和H方向上分别按照1/5～1/10倍的压缩率进行压缩。
第一凹透镜52a和第二凹透镜53a是同一尺寸的凸透镜。第一凸透镜52b和第二凸透镜53b是同一尺寸的凹透镜。第一凹透镜52a和第一凸透镜52b、第二凹透镜53a和第二凸透镜53b在Z方向上反向且对称地配置。即，放大光学系统52的放大率与压缩光学系统53的压缩率的倒数相同。
3.2动作
光强度分布为高斯形状的脉冲激光Lp从固体激光装置10入射到转换光学系统50。入射到转换光学系统50的脉冲激光Lp先入射到放大光学系统52，其射束直径被放大。射束直径被放大的脉冲激光Lp通过穿过转换光学系统50而使光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状。
从转换光学系统50射出的脉冲激光Lp入射到压缩光学系统53，在维持顶帽形状的光强度分布的状态下射束直径被压缩。从压缩光学系统53射出的脉冲激光Lp在维持顶帽形状的光强度分布的状态下作为种子光入射到放大器20。
3.3效果
根据第二实施方式，通过放大光学系统52使射束直径被放大的脉冲激光Lp入射到转换光学系统50，因此能够使构成转换光学系统50的第一锥轴透镜51a和第二锥轴透镜51b的各尺寸变大。由此，第一锥轴透镜51a和第二锥轴透镜51b的各区域α的大小相对于入射到转换光学系统50的脉冲激光Lp的射束直径的比率下降，因此提高了脉冲激光Lp的透过率。即，根据第二实施方式，抑制了被转换光学系统50转换后的脉冲激光Lp的光强度分布的中央部的强度下降。其结果是，提高了将光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的转换效率。
另外，在第二实施方式中，使用了将两个锥轴透镜组合起来的转换光学系统50，但也可以代替转换光学系统50而使用作为第一变形例示出的将非球面的凹透镜和非球面的凸透镜组合起来的转换光学系统。在该情况下，由于能够使凹透镜和凸透镜的各尺寸变大，因此容易形成非球面，并且使非球面高精度化。
4.第三实施方式
在第一实施方式的激光系统2a中，在固体激光装置10与放大器20之间配置有将光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的转换光学系统30，但也可以将该转换光学系统30的转换功能组入到放大器内。以下，作为第三实施方式，对包含组入了光强度分布的转换功能的放大器的激光系统进行说明。
4.1结构
图10示出了第三实施方式的激光系统2b的整体结构。激光系统2b包含固体激光装置10和放大器60。固体激光装置10是与第一实施方式相同的结构。
放大器60包含第一非球面镜61和第二非球面镜62来代替凸面柱面镜22和凹面柱面镜23。腔室21和缝隙27是与第一实施方式相同的结构。
第一非球面镜61具有第一非球面61a。第二非球面镜62具有第二非球面62a。在第一非球面61a和第二非球面62a上形成有针对波长为193.4nm的脉冲激光Lp的未图示的高反射膜。第一非球面镜61被配置为，从固体激光装置10输出并通过了第二窗口25b和第一窗口25a的脉冲激光Lp入射到第一非球面61a。第二非球面镜62被配置为，被第一非球面61a高反射并通过了第一窗口25a和第二窗口25b的脉冲激光Lp入射到第二非球面62a。
第一非球面镜61和第二非球面镜62构成了用于使脉冲激光Lp的光路折返的一对折返镜。第一非球面镜61和第二非球面镜62使入射到放大器60的脉冲激光Lp三次通过放电空间26而输出到放大器60的外部。放大器60是多路径放大器。
第一非球面61a和第二非球面62a分别是以中心轴为中心的旋转对称的形状，以互相对置的方式配置。第一非球面61a和第二非球面62a的面形状由上式(4)来表示。第一非球面61a和第二非球面62a的中心曲率、圆锥常数、非球面系数等被设定为将入射的脉冲激光Lp的光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状。
另外，第一非球面镜61例如是旋转对称的凸形状，对入射的脉冲激光Lp进行反射而使射束直径在V方向和H方向上放大。第二非球面镜62例如是旋转对称的凹形状，被配置为使脉冲激光Lp的反射光在V方向和H方向上准直。
4.1.1设计例
图11和表2示出了第一非球面镜61和第二非球面镜62的设计例。如图11所示，将第一非球面镜61与第二非球面镜62的Z方向上的原点间距离设为1000mm，将V方向上的原点间距离设为9mm，将H方向上的原点间距离设为0mm。
[表2]
Figure BDA0002290933400000141
表2是第一非球面镜61和第二非球面镜62各自的中心曲率、半径、圆锥常数、非球面系数的具体例。
4.2动作
接着，对第三实施方式的激光系统2a的动作进行说明。从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp在Z方向上行进并作为种子光入射到放大器60。入射到放大器60的脉冲激光Lp的射束截面的光强度分布是以作为光路轴的Z轴为中心的旋转对称的高斯形状。
入射到放大器60的脉冲激光Lp通过第一非球面镜61的下方并入射到放电空间26。入射到放电空间26的脉冲激光Lp在被放大之后向第一非球面镜61入射。入射到第一非球面镜61的脉冲激光Lp被第一非球面61a高反射，其射束直径在V方向和H方向上被放大并且该脉冲激光Lp通过放电空间26，由此被进一步放大而入射到第二非球面镜62。
入射到第二非球面镜62的脉冲激光Lp通过被第二非球面62a高反射而使光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状。另外，脉冲激光Lp通过被第二非球面62a高反射而在V方向和H方向上被准直，使放电空间26在Z方向上行进。被准直后的脉冲激光Lp通过穿过放电空间26而被进一步放大，并通过第一非球面镜61的上方而入射到缝隙27。关于入射到缝隙27的脉冲激光Lp，如图12所示，开口部27a外的成分被遮蔽，通过了开口部27a的成分被输出到激光系统2b的外部。
图13示出了基于图11和表2所示的上述设计值的光强度分布的模拟结果。虚线表示脉冲激光Lp在图11中的F-F线上的射束截面的光强度分布。实线表示脉冲激光Lp在图11中的G-G线上的射束截面的光强度分布。
4.3效果
在第三实施方式中，在放大器60所包含的作为一对折返镜的第一非球面镜61和第二非球面镜62中组入有将光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的转换光学系统的功能。因此，在第三实施方式中，不需要在固体激光装置10与放大器60之间设置转换光学系统。
另外，在第三实施方式中，关于第一非球面镜61和第二非球面镜62，能够分别通过使中心曲率、圆锥常数、非球面系数最佳化而提高脉冲激光Lp的光强度分布的顶帽性即顶帽区域比RTOP和均匀性C。
5.第四实施方式
在第一实施方式的激光系统2a中，根据第一放电电极24a和第二放电电极24b的形状，放电空间26内的增益分布有时从最初开始就不均匀。此外，第一放电电极24a和第二放电电极24b产生消耗，放电空间26内的增益分布发生变化，由此，从放大器20输出的脉冲激光Lp的最大能量密度有可能发生变化。例如，在增益分布从最初开始就不均匀的情况下，能够与增益分布一致地使放大后的脉冲激光Lp的射束的光强度分布为顶帽形状。此外，当增益分布发生变化而使最大能量密度上升时，根据其上升量，第一窗口25a和第二窗口25b的劣化量增大。以下，作为第四实施方式，对能够使从放大器20输出的脉冲激光Lp的最大能量密度稳定化的激光系统进行说明。
5.1结构
图14示出了第四实施方式的激光系统2c的整体结构。激光系统2c包含固体激光装置10、放大器20、转换光学系统30a、光强度分布计测部70以及控制部71。固体激光装置10和放大器20是与第一实施方式相同的结构。
转换光学系统30a包含第一锥轴透镜31a、第二锥轴透镜31b以及线性平台32。第一锥轴透镜31a和第二锥轴透镜31b是与第一实施方式相同的结构。在本实施方式中，第二锥轴透镜31b被保持于线性平台32，能够在Z方向上往返移动。线性平台32受控制部71控制。通过对线性平台32进行控制而使第二锥轴透镜31b的位置发生变化，从而能够对第一锥轴透镜31a与第二锥轴透镜31b之间的间隔进行调节。
光强度分布计测部70包含分束器72、转印光学系统73以及二维图像传感器74。分束器72被配置为在从放大器20输出的脉冲激光Lp的光路上相对于光路倾斜。转印光学系统73构成为将被分束器72局部反射的脉冲激光Lp的一部分转印到二维图像传感器74。
二维图像传感器74对由转印光学系统73转印而得的转印像进行拍摄，将二维图像数据输出到控制部71。该二维图像数据表示从放大器20输出的脉冲激光Lp在VH截面上的光强度分布。在控制部71中构成有控制电路，该控制电路根据从二维图像传感器74输入的二维图像数据来控制线性平台32。
5.2动作
接着，对第四实施方式的激光系统2c的动作进行说明。当从固体激光装置10输出脉冲激光Lp时，与第一实施方式同样，脉冲激光Lp经由转换光学系统30a而入射到放大器20，输出从放大器20放大后的脉冲激光Lp。从放大器20输出的脉冲激光Lp入射到光强度分布计测部70，其一部分被分束器72反射而入射到转印光学系统73。入射到转印光学系统73的部分反射光被转印给二维图像传感器74。二维图像传感器74对转印像进行拍摄，并作为二维图像数据输出到控制部71。
控制部71根据由二维图像数据表示的光强度分布，按照从放大器20输出的脉冲激光Lp的最大能量密度为规定值以下的方式对线性平台32进行控制，并对第二锥轴透镜31b的位置进行调整。
5.3效果
在第四实施方式中，根据从放大器20输出的脉冲激光Lp的光强度分布的计测值来调整第一锥轴透镜31a与第二锥轴透镜31b之间的间隔，从而能够使最大能量密度与放电空间26内的增益分布一致，稳定在规定值以下。由此，能够抑制放大器20的窗口等的劣化。
另外，在第四实施方式中，通过线性平台32对第二锥轴透镜31b的位置进行控制，但也可以对第一锥轴透镜31a的位置、第一锥轴透镜31a和第二锥轴透镜31b的双方的位置进行控制。
另外，在第四实施方式中，根据从放大器20输出的脉冲激光Lp的最大能量密度对线性平台32进行控制，但除了最大能量密度之外，还可以根据脉冲能量对线性平台32进行控制。在该情况下，控制部71根据从二维图像传感器74输入的二维图像数据，计算最大能量密度和脉冲能量。例如，控制部71对线性平台32进行控制，以使最大能量密度为规定值以下并且脉冲能量处于规定的范围内。由此，能够一边维持放大器20的放大效率，一边使最大能量密度稳定在规定值以下。
5.4转换光学系统的变形例
接着，对转换光学系统的变形例进行说明。在第四实施方式中，作为将光强度分布从高斯形状转换为顶帽形状的转换光学系统，使用了将两个锥轴透镜组合起来的光学系统，但转换光学系统的结构并不限于此。
5.4.1结构
图15A和图15B示出了变形例的转换光学系统80。转换光学系统40代替第四实施方式的转换光学系统30a而被使用。转换光学系统80包含第一棱镜81、第二棱镜82、第三棱镜83、第四棱镜84、第一线性平台85以及第二线性平台86。
第一棱镜81和第二棱镜82的沿着与光路轴平行并且与放电方向垂直的HZ面的截面是等腰三角形。第一棱镜81和第二棱镜82被配置为，沿着与光路轴和放电方向平行的HZ面的截面的等腰三角形的顶角相等，并且这些顶点在Z方向上对置。第三棱镜83和第四棱镜84各自的与VZ面平行的截面是等腰三角形。第三棱镜83和第四棱镜84被配置为，与VZ面平行的截面的等腰三角形的顶角相等，并且这些顶点在Z方向上对置。第二棱镜82和第三棱镜83以彼此的平坦面接触的状态接合并被固定配置。另外，第二棱镜82和第三棱镜83也可以一体地形成。
第一棱镜81保持于第一线性平台85，能够在Z方向上往返移动。第四棱镜84保持于第二线性平台86，能够在Z方向上往返移动。第一线性平台85和第二线性平台86受控制部71控制。控制部71对第一线性平台85进行控制而使第一棱镜81的位置发生变化，从而能够对第一棱镜81与第二棱镜82之间的间隔进行调节。另外，控制部71对第二线性平台86进行控制而使第四棱镜84的位置发生变化，从而能够对第三棱镜83与第四棱镜84之间的间隔进行调节。预先调整第一棱镜81和第四棱镜84的位置以降低从放大器20输出的脉冲激光Lp的最大能量密度。
5.4.2动作
从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp向转换光学系统80的第一棱镜81入射。关于入射到第一棱镜81的脉冲激光Lp，在H方向上比中心轴靠正侧的部分向负侧折射而移动，在H方向上比中心轴靠负侧的部分向正侧折射而移动。该移动距离例如比光强度分布的半值半宽大。通过使这些光透过第二棱镜82，脉冲激光Lp的光强度分布是在H方向的中央部具有光强度较低的凹部，在H方向的两端具有光强度较高的峰部的双峰形状。
另外，透过了第二棱镜82的脉冲激光Lp向第三棱镜83入射。关于入射到第三棱镜83的脉冲激光Lp，在V方向上比中心轴靠正侧的部分向负侧折射而移动，在V方向上比中心轴靠负侧的部分向正侧折射而移动。通过使这些光透过第四棱镜84，脉冲激光Lp的光强度分布是在V方向的中央部具有光强度较低的凹部，在V方向的两端具有光强度较高的峰部的双峰形状。
这样，关于入射到转换光学系统80的脉冲激光Lp，如图16A所示，在H方向和V方向上光强度分布从高斯形状转换为双峰形状而输出。从转换光学系统80输出的脉冲激光Lp作为种子光入射到放大器20，通过穿过放电空间26而被放大，并且射束直径在作为放电方向的V方向上被放大。
通常，在放大器20中放电空间26的中央部的增益有可能增高。因此，如图16B所示，从放大器20输出的脉冲激光Lp的光强度分布与图16A所示的情况相比，中央部的光强度变高，在H方向和V方向上，成为中央部稍微凹陷的顶帽形状。
5.4.3效果
在本变形例中，通过对第一棱镜81和第四棱镜84的位置分别进行调整，能够对H方向和V方向上的光强度分布的形状分别进行调整。由此，根据放大器20的放电空间26的增益分布或增益分布的变化，能够对光强度分布的形状进行调整，降低最大能量密度。
另外，与第四实施方式同样，控制部71也可以根据从光强度分布计测部70所包含的二维图像传感器74输入的二维图像数据，对第一线性平台85和第二线性平台86进行控制。
另外，在本变形例中，使第一棱镜81和第四棱镜84进行移动，但移动的棱镜并不限于此，只要使第一棱镜81和第二棱镜82中的任意一方或者双方、第三棱镜83和第四棱镜84中的任意一方或两方移动即可。
另外，在第四实施方式中，也可以对第一锥轴透镜31a和第二锥轴透镜31b之间的间隔进行调节，以使入射到放大器20的脉冲激光Lp在VH截面上的光强度分布的中央部下降。
6.第五实施方式
在上述各实施方式中，作为放大器，由于使用了具有折返光路的多路径放大器，所以放大率有可能在V方向上产生偏差。图17A和图17B示出了放大率在V方向上产生偏差的过程。入射到放大器的脉冲激光Lp通过消耗在放电空间中生成的反转分布即增益而被放大。如图17A所示，入射到放大器20的放电空间26的脉冲激光Lp通过消耗放电空间26的V方向下部的增益而被放大，从而入射到凸面柱面镜22。
被凸面柱面镜22反射的脉冲激光Lp入射到放电空间26而消耗增益，从而被进一步放大而入射到凹面柱面镜23。在入射光路和反射光路相对于凸面柱面镜22重叠的区域A1中，由于增益已经被消耗，所以被凸面柱面镜22反射的脉冲激光Lp在V方向上越靠下方放大率越低。
如图17B所示，被凹面柱面镜23反射的脉冲激光Lp通过消耗放电空间26的V方向上部的增益而被放大，并从放大器20输出。在入射光路和反射光路相对于凹面柱面镜23重叠的区域A2中，由于增益已经被消耗，所以被凹面柱面镜23反射的脉冲激光Lp在V方向上越靠下方放大率越低。
因此，在使光强度分布为顶帽形状的脉冲激光Lp入射到放大器20的情况下，从放大器20输出的脉冲激光Lp的光强度分布在V方向上越靠下方光强度越降低，有可能产生偏差。以下，作为第五实施方式，对能够降低由折返光路引起的光强度分布的偏差的激光系统进行说明。
6.1结构
图18示出了第五实施方式的激光系统2d的整体结构。激光系统2d包含固体激光装置10、放大器20以及转换光学系统90。固体激光装置10和放大器20是与第一实施方式相同的结构。
转换光学系统90包含作为空间光相位调制元件的相位滤波器91和作为傅里叶变换元件的聚光透镜92。转换光学系统90配置在固体激光装置10与放大器20之间的光路上。相位滤波器91配置在比聚光透镜92靠固体激光装置10侧的位置。聚光透镜92被配置为中心轴与脉冲激光Lp一致。另外，聚光透镜92例如配置在焦点为第一窗口25a的位置，对作为平行光而入射的脉冲激光Lp进行会聚并在焦点面上成像。
聚光透镜92具有光学的傅里叶变换作用。即，聚光透镜92在焦点面上的复振幅分布成为入射到聚光透镜92的脉冲激光Lp所具有的复振幅分布的二维傅里叶变换。因此，通过对入射到聚光透镜92的脉冲激光Lp的相位进行调制，能够对焦点面上的电场振幅即光强度进行转换。
相位滤波器91构成为对入射到聚光透镜92的脉冲激光Lp的相位在VH面上进行空间调制。如图19所示，相位滤波器91包含平面基板91a和形成在平面基板91a上的电介质膜91b。另外，电介质膜91b也可以是多层的。平面基板91a例如由耐久性相对于紫外的激光较高的CaF2晶体形成。另外，平面基板91a被配置为与VH面平行。
电介质膜91b蒸镀形成在平面基板91a的表面上，通过蚀刻处理而形成有二维相位分布。电介质膜91b通过Z方向的机械厚度的差Δt，对脉冲激光Lp赋予空间上不同的相位差。当将脉冲激光Lp的波长设为λ，将电介质膜91b的折射率设为n时，机械厚度的差为Δt的情况下的相位差Δφ由下式(5)来表示。
Δφ＝nΔt/λ···(5)
6.2动作
图20示出了通过相位滤波器91对作为平面波入射到转换光学系统90的脉冲激光Lp的相位进行调制从而转换光强度分布的原理。从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp具有高相干性，作为平面波入射到相位滤波器91。该脉冲激光Lp具有高斯振幅A(H，V)。即，用振幅的平方表示的光强度分布是高斯形状。
入射到相位滤波器91的脉冲激光Lp通过透过相位滤波器91而使相位被空间调制。透过了相位滤波器91的脉冲激光Lp的相位反映在形成于相位滤波器91的相位分布中，为φ(H，V)。例如，入射到聚光透镜92的脉冲激光Lp的复振幅分布由振幅A(H，V)和相位φ(H，V)的卷积积分来表示。在该情况下，聚光透镜92在焦点面上的脉冲激光Lp的复振幅分布为振幅A(H，V)和相位φ(H，V)的各自的傅里叶变换后的函数之积。A’(H’，V’)是A(H，V)的傅里叶变换后的函数。φ’(H’，V’)是φ(H，V)的傅里叶变换后的函数。另外，变量H'、V'是空间频率，分别具有H、V的长度单位的倒数的次方。
在本实施方式中，相位滤波器91的相位分布形成为，与振幅A’(H’，V’)对应的光强度分布相对于顶帽形状成为在V方向上越靠下方光强度越递增的形状。这样，光强度被调制后的形状的光强度分布降低了由放大器20的折返光路引起的光强度分布的偏差。图21示出了在相位滤波器91中形成的相位分布的一例。
6.3效果
在第五实施方式中，通过相位滤波器91对从固体激光装置10输出的脉冲激光Lp进行相位调制，通过聚光透镜92在光学上进行傅里叶变换，从而对光强度分布进行转换。通过设计相位滤波器91的相位分布，能够使转换后的光强度分布相对于顶帽形状成为在V方向上越靠下方光强度越递增的形状。在具有折返光路的放大器20中，在V方向上越靠下方，放大率越小。因此，通过使如上述那样调制了光强度分布后的顶帽形状的脉冲激光Lp入射到放大器20，能够降低从放大器20输出的脉冲激光Lp的光强度分布的偏差。
另外，在第五实施方式中，作为空间光相位调制元件，使用了图19所示的相位滤波器91，但也可以取而代之，使用能够通过衍射光栅、电信号来任意地变更相位分布的空间光相位调制元件。另外，相位滤波器91是透过型，但也可以使用反射型的空间光相位调制元件。作为反射型的空间光相位调制元件，例如，公知有LCOS-SLM(Liquid CrystalonSilicon-Spatial Light Modulator：液晶覆硅-反射式空间光调制器)。此外，作为在193nm的波段中也能够使用的反射型的空间光相位调制元件，也可以使用数字反射镜器件，该数字反射镜器件能够对多个微镜的角度分别进行控制而在多个方向上进行反射。
7.固体激光装置的具体例
接着，对固体激光装置10的具体例进行说明。
7.1结构
图22示出了固体激光装置10的结构。固体激光装置10包含第一固体激光装置111、第二固体激光装置112、分色镜113、高反射镜114、波长转换系统115、同步电路116以及固体激光控制部117。
第一固体激光装置111包含第一半导体激光器120、第一半导体光放大器121、第一放大器122以及波长转换部123。第一放大器122包含光纤放大器122a、固体放大器122b以及未图示的CW激励半导体激光器。波长转换部123包含LBO晶体123a和CLBO晶体123b。
第一半导体激光器120为单纵模，将波长约为1030nm的CW激光作为第一种子光输出。第一半导体激光器120例如是分布反馈型的半导体激光器。第一半导体光放大器121对第一种子光进行脉冲放大而生成规定的脉冲宽度的激光。以下，将由第一半导体光放大器121生成的激光称为第一种子脉冲光。
光纤放大器122a是将掺杂了Yb的多个石英光纤多级连接起来而得的。固体放大器122b是掺杂了Yb的YAG晶体。光纤放大器122a和固体放大器122b被从未图示的CW激励半导体激光器输入的CW激励光进行光激励。第一放大器122对从第一半导体光放大器121入射的第一种子脉冲光进行放大。
波长转换部123对由第一放大器122放大的第一种子脉冲光进行波长转换而作为第一脉冲激光PL1来输出。具体来说，波长转换部123包含LBO晶体123a和CLBO晶体123b，由此，根据第一种子脉冲光，生成波长约为257.5nm的第四高次谐波光，并将该第四高次谐波光作为第一脉冲激光PL1来输出。
第二固体激光装置112包含第二半导体激光器130、第二半导体光放大器131以及第二放大器132。第二放大器132包含：未图示的Er光纤放大器，其由一起掺入了Er和Yb的多个石英光纤多级连接而成；以及未图示的CW激励半导体激光器。
第二半导体激光器130为单纵模，将波长约为1554nm的CW激光作为第二种子光来输出。第二半导体激光器130例如是分布反馈型的半导体激光器。第二半导体光放大器131对第二种子光进行脉冲放大而生成规定的脉冲宽度的激光。以下，将由第二半导体光放大器131生成的激光称为第二种子脉冲光。
第二放大器132所包含的Er光纤放大器被从未图示的CW激励半导体激光器输入的CW激励光进行光激励。第二放大器132对从第二半导体光放大器131入射的第二种子脉冲光进行放大，并作为第二脉冲激光PL2来输出。
分色镜113配置在供从第一固体激光装置111输出的第一脉冲激光PL1入射的位置。高反射镜114被配置为，对从第二固体激光装置112输出的第二脉冲激光PL2进行高反射，使高反射后的第二脉冲激光PL2入射到分色镜113。
在分色镜113上涂覆有使波长约为257.5nm的第一脉冲激光PL1高透过并对波长约为1554nm的第二脉冲激光PL2进行高反射的膜。分色镜113按照高透过后的第一脉冲激光PL1的光路轴与高反射后的第二脉冲激光PL2的光路轴一致的方式配置。
波长转换系统115包含第一CLBO晶体140、第二CLBO晶体141、第一分色镜144、第二分色镜145以及高反射镜146。第一CLBO晶体140、第一分色镜144、第二CLBO晶体141以及第二分色镜145按照该顺序配置在第一脉冲激光PL1和第二脉冲激光PL2的光路上。第一脉冲激光PL1和第二脉冲激光PL2入射到第一CLBO晶体140。
在第一CLBO晶体140中，第一脉冲激光PL1与第二脉冲激光PL2重叠，生成与波长约为257.5nm和波长约为1554nm的和频率对应的波长约为220.9nm的第三脉冲激光PL3。未进行波长转换的第一脉冲激光PL1和第二脉冲激光PL2透过第一CLBO晶体140。
第一分色镜144涂覆有对脉冲激光PL1进行高反射并使第二脉冲激光PL2和第三脉冲激光PL3高透过的膜。高透过了第一分色镜144的第二和第三脉冲激光PL2、PL3入射到第二CLBO晶体141。
在第二CLBO晶体141中，第二脉冲激光PL2与第三脉冲激光PL3重叠，生成与波长约为1554nm和波长约为220.9nm的和频率对应的波长约为193.4nm的第四脉冲激光PL4。未进行波长转换的第二和第三脉冲激光PL2、PL3透过第二CLBO晶体141。
第二分色镜145涂覆有对第四脉冲激光PL4进行高反射并使第二和第三脉冲激光PL2、PL3高透过的膜。高反射镜146配置在使被第二分色镜145高反射的第四脉冲激光PL4高反射而从波长转换系统115输出的位置。第四脉冲激光PL4与上述的脉冲激光Lp对应。
7.2动作
同步电路116根据来自固体激光控制部117的振荡触发信号的输入，生成第一内部触发信号Tr1和第二内部触发信号Tr2。由同步电路116生成的第一内部触发信号Tr1被输入到第一半导体光放大器121，第二内部触发信号Tr2被输入到第二半导体光放大器131。第一半导体光放大器121根据第一内部触发信号Tr1的输入来输出第一种子脉冲光。第二半导体光放大器131根据第二内部触发信号Tr2的输入来输出第二种子脉冲光。
同步电路116在波长转换系统115中对第一内部触发信号Tr1和第二内部触发信号Tr2的定时进行调整，以使第一脉冲激光PL1和第二脉冲激光PL2在时间上重叠。其结果是，从固体激光装置10输出波长约为193.4nm的脉冲激光Lp。
由于固体激光装置10生成来自第一固体激光装置111的输出光与来自第二固体激光装置112的输出光的和频率光并输出，因此能够输出强度高的紫外的脉冲激光Lp。
8.放大器的变形例
接着，对放大器的变形例进行说明。在上述各实施方式中，作为放大器，使用了多路径放大器，但放大器的结构并不限于此。
8.1结构
图23示出了变形例的放大器200的结构。放大器200包含腔室21、输出耦合镜210以及高反射镜220～222。高反射镜220～222是平面镜。腔室21的结构与第一实施方式相同。输出耦合镜210和高反射镜220～222构成了环形谐振器。该环形谐振器在腔室21的放电空间26内形成交差的两个光路。另外，由环形谐振器形成的光路在与放电方向垂直的HZ面内大致平行。输出耦合镜210例如是反射率为20％～40％的范围内的局部反射镜。
固体激光装置10和转换光学系统30被配置为，使从固体激光装置10输出并被转换光学系统30转换了光强度分布的脉冲激光Lp入射到输出耦合镜210。另外，转换光学系统并不限于第一实施方式的转换光学系统30，也可以使用图7或图9所示的结构的转换光学系统。
另外，在电极间间隙比第一放电电极24a和第二放电电极24b的放电宽度大的情况下，也可以在转换光学系统30与放大器200之间的光路上配置未图示的射束发射器。该射束发射器例如构成为包含圆柱形凹透镜和圆柱形凸透镜，将脉冲激光Lp的射束直径在V方向上放大。
8.2动作
从转换光学系统30入射到输出耦合镜210的脉冲激光Lp的一部分透过输出耦合镜210，并被高反射镜220高反射。被高反射镜220高反射的脉冲激光Lp经由第一窗口25a而入射到放电空间26。入射到放电空间26的脉冲激光Lp沿着与第一和第二放电电极24a、24b的长边方向即Z方向倾斜的光路行进而被放大。放大后的脉冲激光Lp经由第二窗口25b从腔室21输出。
从腔室21输出的脉冲激光Lp被高反射镜221和222高反射，并经由第二窗口25b而入射到放电空间26。入射到放电空间26的脉冲激光Lp沿着与Z方向大致平行的光路行进并放大。放大后的脉冲激光Lp经由第一窗口25a从腔室21输出，并入射到输出耦合镜210。
入射到输出耦合镜210的脉冲激光Lp中的、透过了输出耦合镜210的透过光向曝光装置输出。入射到输出耦合镜210的脉冲激光L中的、被输出耦合镜210反射后的反射光再次环绕着环形谐振器的光路。通过重复以上动作，产生放大振荡，放大后的多个脉冲激光入射到曝光装置。
上述的说明只是示例性的，不是用于限定的内容。因此，本领域技术人员可以理解在不脱离权利要求书的范围的情况下可以对本发明的各实施方式实施变更。
本说明书以及附带的权利要求书整体中使用的术语应该解释为“不限定”的术语。例如，“包括”或者“包含”等术语应该解释为“不限定于作为包含的手段记载的手段”。术语“具有”应该解释为“不限定于作为具有的手段记载的手段”。并且，本说明书以及附带的权利要求书的范围中记载的修饰语“一个”应该解释为“至少一个”或者“一个或一个以上”。

Claims (18)

1.一种激光系统，其具有：
A.固体激光装置，其输出脉冲激光，该脉冲激光的光强度分布是以光路轴为中心的旋转对称的高斯形状；
B.放大器，其包含一对放电电极，并且在所述一对放电电极之间的放电空间中对所述脉冲激光进行放大；以及
C.转换光学系统，其对从所述放大器输出的所述脉冲激光的光强度分布进行转换，使该光强度分布在所述一对放电电极的放电方向和与所述放电方向垂直的方向的任意方向上均为顶帽形状。
2.根据权利要求1所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统配置在所述固体激光装置与所述放大器之间的所述脉冲激光的光路上。
3.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统包含第一锥轴透镜和第二锥轴透镜，
所述第一锥轴透镜和所述第二锥轴透镜以各自中心轴与所述光路轴一致并且彼此的顶点对置的方式配置。
4.根据权利要求3所述的激光系统，其中，
该激光系统还具有：
D.线性平台，其使第一锥轴透镜和第二锥轴透镜中的一方在所述光路轴的方向上进行往返移动；以及
E.控制部，其对所述线性平台进行控制而对所述第一锥轴透镜与第二锥轴透镜之间的间隔进行调整。
5.根据权利要求4所述的激光系统，其中，
该激光系统还具有：
F.光强度分布计测部，其对从所述放大器输出的所述脉冲激光的光强度分布进行计测；
其中，所述控制部根据由所述光强度分布计测部计测的所述光强度分布的计测值来控制所述线性平台。
6.根据权利要求5所述的激光系统，其中，
所述光强度分布计测部包含：分束器，其对从所述放大器输出的所述脉冲激光的一部分进行反射；转印光学系统，其对被所述分束器反射的所述脉冲激光的一部分进行转印；以及二维图像传感器，其对由所述转印光学系统转印的转印像进行拍摄。
7.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
该激光系统还具有：
G.放大光学系统，其配置在所述转换光学系统的入射侧，使所述脉冲激光的射束直径放大；以及
H.压缩光学系统，其配置在所述转换光学系统的射出侧，对所述脉冲激光的射束直径进行压缩。
8.根据权利要求7所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统的所述射束直径的放大率与所述压缩光学系统的所述射束直径的压缩率的倒数相同。
9.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统包含第一非球面透镜和第二非球面透镜，
所述第一非球面透镜和所述第二非球面透镜以各自中心轴与所述光路轴一致的方式配置。
10.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统被组入到所述放大器中。
11.根据权利要求10所述的激光系统，其中，
所述放大器是包含构成一对折返镜的第一非球面镜和第二非球面镜的多路径放大器，
所述转换光学系统由所述第一非球面镜和所述第二非球面镜构成。
12.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统包含：第一棱镜和第二棱镜，它们的与所述光路轴平行并且与所述放电方向垂直的截面是等腰三角形；以及第三棱镜和第四棱镜，它们的与所述光路轴和所述放电方向平行的截面是等腰三角形，
所述第一棱镜和所述第二棱镜以所述截面中的彼此的顶点对置的方式配置，
所述第三棱镜和所述第四棱镜以所述截面中的彼此的顶点对置的方式配置。
13.根据权利要求12所述的激光系统，其中，
该激光系统还具有：
I.第一线性平台，其使第一棱镜和第二棱镜中的一方在所述光路轴的方向上进行往返移动；
J.第二线性平台，其使第三棱镜和第四棱镜中的一方在所述光路轴的方向上进行往返移动；以及
K.控制部，其对所述第一线性平台进行控制而对所述第一棱镜与所述第二棱镜之间的间隔进行调整，对所述第二线性平台进行控制而对所述第三棱镜与所述第四棱镜之间的间隔进行调整。
14.根据权利要求13所述的激光系统，其中，
该激光系统还具有：
L.光强度分布计测部，其对从所述放大器输出的所述脉冲激光的光强度分布进行计测；
其中，所述控制部根据由所述光强度分布计测部计测的所述光强度分布的计测值来控制所述第一线性平台和所述第二线性平台。
15.根据权利要求14所述的激光系统，其中，
所述光强度分布计测部包含：分束器，其对从所述放大器输出的所述脉冲激光的一部分进行反射；转印光学系统，其对被所述分束器反射的所述脉冲激光的一部分进行转印；以及二维图像传感器，其对由所述转印光学系统转印的转印像进行拍摄。
16.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
所述转换光学系统包含：空间光相位调制元件，其对所述脉冲激光的相位进行空间调制；以及作为傅里叶变换元件的聚光透镜，其对被所述空间光相位调制元件调制了相位的所述脉冲激光进行会聚而成像。
17.根据权利要求16所述的激光系统，其中，
所述放大器是包含一对折返镜并且将所述脉冲激光的射束直径在所述放电方向上进行放大的多路径放大器，
在所述空间光相位调制元件中形成有如下的相位分布：使得通过所述聚光透镜进行了傅里叶变换后的所述脉冲激光的光强度分布为在所述放电方向上光强度递增的形状。
18.根据权利要求2所述的激光系统，其中，
所述放大器包含环形谐振器。
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