CN115244801A - 激光放大装置及极紫外光发生装置 - Google Patents

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Abstract

具有：激光振荡器(20)，其具有第1激光活性介质，该第1激光活性介质具有包含碳酸气体的混合气体，该激光振荡器(20)使半值全宽为15ns至200ns之间的脉冲激光振荡；以及激光放大器(30)，其具有第2激光活性介质，该第2激光活性介质具有包含碳酸气体的混合气体，从激光振荡器(20)振荡的脉冲激光经过第2激光活性介质，由此缩短成半值全宽为5ns至30ns之间的脉冲激光而输出。

Description

激光放大装置及极紫外光发生装置
技术领域
本发明涉及激光放大装置及具有激光放大装置的极紫外光发生装置。
背景技术
在专利文献1中公开了下述技术，即，通过将从振荡段激光装置输出的强度随时间增加的脉冲激光通过随时间而减少的放大率进行放大，从而使激光的脉宽伸长。
专利文献1：日本特开2013－084971号公报
发明内容
在专利文献1中，向放大器射入的激光的脉宽短，因此存在受到激光介质的旋转缓和的影响而放大率降低的问题。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到能够防止放大率的降低且能够发出高输出的极紫外光的激光放大装置及极紫外光发生装置。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明所涉及的激光放大装置具有：激光振荡器，其具有第1激光活性介质，该第1激光活性介质具有包含碳酸气体的混合气体，使半值全宽为15ns至200ns之间的脉冲激光振荡；以及激光放大器，其具有第2激光活性介质，该第2激光活性介质具有包含碳酸气体的混合气体，从激光振荡器振荡的脉冲激光经过第2激光活性介质，由此缩短成半值全宽为5ns至30ns之间的脉冲激光而输出。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够防止激光放大器中的放大率的降低且能够发出高输出的极紫外光的激光放大装置。
附图说明
图1是表示具有实施方式1的激光放大装置的极紫外光发生装置的结构的图。
图2是表示MOPA方式的CO2激光器中的激光放大器的放大的脉宽依赖特性的图。
图3是表示具有实施方式1的激光放大装置的极紫外光发生装置的详细结构的图。
图4是表示向激光放大器射入的脉冲激光的脉宽和从激光放大器射出的脉冲激光的脉宽之间的关系的图。
图5是表示将超高斯形状的激光脉冲放大的情况下的脉冲波形的变化过程的图。
图6是表示将高斯形状的激光脉冲放大的情况下的脉冲波形的变化过程的图。
图7是表示超高斯形状的激光脉冲的形状的一个例子的图。
图8是表示比值Tr和系数P之间的关系的图。
图9是表示激光脉冲的放大过程中的脉冲形状及强度的变化的图。
图10是表示由Q开关·腔倒空振荡引起的超高斯形状的脉冲发生的说明图。
图11是电光元件的开关时间长时的高斯形状的脉冲发生的说明图。
图12是例示脉宽不同的激光脉冲射入至激光放大器时的脉冲缩短的图。
图13是例示脉宽不同的激光脉冲射入至激光放大器时的脉冲缩短的图。
图14是表示具有实施方式2的激光放大装置的极紫外光发生装置的结构的图。
图15是表示在实施方式2的激光放大装置中，从激光振荡器向激光放大器行进的离去光的图。
图16是表示在实施方式2的激光放大装置中，从激光放大器向激光振荡器行进的返回光的图。
图17是电光元件的施加电压的时序图及从激光振荡器输出的激光脉冲的时序图。
图18是例示作为电光元件及偏振光分光器的脉冲整形器的动作的图。
图19是例示作为电光元件及偏振光分光器的脉冲整形器的动作的图。
图20是例示作为电光元件及偏振光分光器的脉冲整形器的动作的图。
图21是表示具有实施方式2的激光放大装置的极紫外光发生装置的其他结构的图。
图22是例示在激光放大器射入/射出的激光脉冲的图。
图23是例示在激光放大器射入/射出的激光脉冲的图。
图24是表示具有实施方式3的激光放大装置的极紫外光发生装置的结构的图。
图25是表示具有实施方式3的激光放大装置的极紫外光发生装置的其他结构的图。
图26是表示改变CO2激光放大器的气体压力时的放大特性的一个例子的图。
图27是表示在从振荡器输出的重复脉冲存在强度的波动的情况的图。
图28是表示在放大后重复脉冲的波动减少的图。
图29是表示在实施方式4中，对从激光放大器输出的脉冲波形进行推断的推断装置的一个例子的图。
图30是表示推断装置的处理顺序的流程图。
图31是表示在实施方式4中，对从激光放大器输出的脉冲波形进行学习的学习装置的一个例子的图。
图32是表示学习装置的处理顺序的流程图。
图33是表示在实施方式4中，其他学习装置的一个例子的图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的激光放大装置及极紫外光发生装置详细地进行说明。
实施方式1.
图1是表示具有实施方式1的激光放大装置10的极紫外光发生装置100的结构的图。将极紫外光还称为EUV(Extreme Ultraviolet)光，将极紫外光发生装置还称为EUV光发生装置。EUV光发生装置100被作为曝光装置的光源使用，发出波长13.5nm的EUV光。EUV光发生装置100具有激光放大装置10和EUV光发生器40。
激光放大装置10是MOPA(Master Osillator Power Amplifier)方式的激光放大装置。激光放大装置10具有激光振荡器20和激光放大器30。激光振荡器20具有振荡器，发出脉冲激光25，该振荡器具有由包含碳酸气体(CO2气体)的混合气体构成的激光活性介质。激光放大器30对从激光振荡器20输出的脉冲激光25进行放大，将放大的脉冲激光35输出至EUV光发生器40。将脉冲激光25还称为入射激光脉冲25，将脉冲激光35还称为出射激光脉冲35。另外，将脉冲激光还称为激光脉冲。
EUV光发生器40具有微滴发生器41和集电极反射镜42。集电极反射镜42在中央部具有使从激光放大器30射入的脉冲激光35透过的透过部。在EUV光发生器40中，对从微滴发生器41滴下的微滴DL照射从激光放大器30射入的脉冲激光35。作为微滴DL，采用锡(Sn)、氙(Xe)、钆(Gd)、镱(Tb)等。如果对微滴DL照射脉冲激光35，则微滴DL被等离子化，从等离子化的微滴DL发出波长13.5nm的EUV光50。发出的EUV光50通过集电极反射镜42而向中间聚光(IF：Intermediate Focus)点60聚光。在图1中未示出，但EUV光发生器40还具有微滴捕捉器等。另外，在EUV光发生器40中，为了提高EUV光输出，可以照射预脉冲。
在极紫外光发生装置100中，在对微滴DL照射的脉冲激光35的脉宽为5ns至30ns左右时，向EUV光的变换效率变高，得到高输出的EUV光。在应用极紫外光发生装置100的曝光装置中，希望在IF点60取得超过250W的高输出的EUV光，超过20kW的脉冲激光35在发出高输出的EUV光时是有效的。
因此，在极紫外光发生装置100中，为了得到高输出的EUV光，希望将具有5ns至30ns的脉宽，且具有大于或等于20kW的输出的脉冲激光35照射至靶材即微滴DL。
在图2示出MOPA方式的CO2激光器中的激光放大器30的放大的脉宽依赖特性的一个例子。图2的横轴示出了将向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽τp除以CO2分子的旋转缓和时间τr而得到的值τp/τr。脉宽τp通过半值全宽表示。图2的纵轴示出了标准化的提取能量ηext。标准化的提取能量ηext是将从激光放大器30提取的提取能量除以τp＞＞τr时的提取能量而得到的值。下面，将标准化的提取能量ηext还简称为提取能量ηext。τp＞＞τr示出了脉冲激光25的脉宽τp比CO2分子的旋转缓和时间τr充分大。在图2的特性中，向激光放大器30射入的脉冲激光25的能量密度Ein比激光放大器30的饱和能量密度Es充分大。
根据图2，可知值τp/τr越大，换言之，向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽τp比旋转缓和时间τr越长，则提取能量ηext变得越大，从激光放大器30提取的能量变得越大。在CO2激光器的活性介质的增益谱中，压力扩展占主导地位，在大于20Torr的压力下，旋转缓和时间τr在典型情况下为几ns左右。因此，如果使对于发出高输出的EUV光而有效的脉宽τp为5ns～30ns的激光脉冲向激光放大器30射入，则如根据图2可知，提取能量ηext不约等于1，无法从激光放大器30使能量充分地提取。其结果，激光放大器30的放大率降低，使在IF点60得到的EUV光的输出降低。
因此，在实施方式1中，通过将向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽τp设为15ns至200ns，从而抑制CO2分子的旋转缓和的影响而放大，使激光放大器30的放大输出提高。
图3是表示实施方式1所涉及的极紫外光发生装置100的更详细的结构例的图。极紫外光发生装置100具有：激光振荡器20，其将具有15ns～200ns的脉宽τp的脉冲激光25进行输出；激光放大器30，其对从激光振荡器20输出的脉冲激光25进行放大，将具有5ns～30ns的脉宽的脉冲激光35进行输出；以及EUV光发生器40，其将从激光放大器30输出的脉冲激光35对靶材即微滴DL照射，使EUV光发出。
在图3中，激光振荡器20是Q开关·腔倒空振荡器。激光振荡器20具有包含CO2气体的混合气体即激光活性介质21、电光元件22、偏振光分光器23、谐振器反射镜24和谐振器反射镜26。从激光振荡器20输出的脉冲激光通过反射镜27向激光放大器30传送。激光振荡器20由谐振器反射镜24及谐振器反射镜26构成谐振器。在包含CO2气体的混合气体中，除了CO2气体以外，例如还可以包含氮气(N2)、氦气(He)、一氧化碳(CO)、氙气(Xe)氧气(O2)、氢气(H2)等气体。在激光振荡器20中，通过将对电光元件22施加的电压例如以大于或等于5kHz的高重复频率进行调制，从而通过Q开关·腔倒空振荡使具有15ns～200ns的脉宽τp的脉冲激光25发出。在图3中，示出了激光振荡器20进行Q开关·腔倒空振荡的例子，但也可以使用Q开关振荡等其他脉冲振荡。另外，激光振荡器20也可以是以CO2激光器的振荡波长能够振荡的量子级联激光器等脉冲激光振荡器。在图3中使用了电光元件22，但也可以使用声响光学元件而使具有15ns～200ns的脉宽的脉冲激光25发出。
激光放大器30是作为放大活性介质而具有包含CO2气体的混合气体的放大器。在图3中，激光放大器30例示出1级放大器，但也可以采用将放大器排列多个的多级激光放大器。可以在激光放大器30内通过透镜、反射镜等对脉冲激光的光束直径进行调整，以使得激光放大器30中的放大输出成为最大。向激光放大器30射入的具有15ns～200ns的脉宽τp的脉冲激光25由激光放大器30放大，作为具有5ns～30ns的脉宽的脉冲激光35而输出。
EUV光发生器40如图1所示，具有微滴发生器41和集电极反射镜42。
在实施方式1所涉及的结构中，通过将向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽τp设为15ns～200ns，从而能够抑制CO2分子的旋转缓和的影响而进行放大，能够提高激光放大器30的放大输出。为了以下的说明，将旋转缓和时间τr设为1.5ns而进行讨论，但不对旋转缓和时间τr进行限定。
图4是表示向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽τp和从激光放大器30射出的脉冲激光35的脉宽之间的关系的图。在图4中，在纵轴示出了出射激光脉冲35的脉宽(ns)，在横轴示出了入射激光脉冲25的脉宽τp。如前述所示，在EUV光发生器40中，向EUV光的变换效率变高是在出射激光脉冲35的脉宽为5ns～30ns之时。在图4中，将向EUV光的变换效率变高的出射激光脉冲35的脉宽为5ns～30ns的区域，通过旋转缓和时间τr为1.5ns时的标准化的提取能量ηext的值而分隔为包含区域A、区域B、区域C及区域D在内的4个区域。
区域A是入射激光脉冲25的脉宽τp为5ns～15ns的区域，如图2所示，是标准化的提取能量ηext＜0.5的区域。
区域B是入射激光脉冲25的脉宽τp为15ns～30ns的区域，如图2所示，是0.5＜ηext＜0.75的区域。
区域C是入射激光脉冲25的脉宽τp为30ns～50ns的区域，如图2所示，是0.75＜ηext＜0.9的区域。
区域D是入射激光脉冲25的脉宽τp为50ns～200ns的区域，如图2所示，是ηext＞0.9的区域。
如上所述，激光放大器30的输出位于图4的越右侧则变得越高，如果按照放大输出从高到低的顺序排列，则成为区域D、区域C、区域B、区域A。
在通常的放大动作中，向激光放大器射入的脉冲激光的脉宽和从激光放大器射出的脉冲激光的脉宽没有大幅变化，因此该情况下的向激光放大器射入的脉冲激光的脉宽成为5ns～30ns。即，在通常的放大动作的情况下，可知在图4的虚线K上进行动作。
与此相对，在实施方式1中，向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽为15ns～200ns，因此可以在区域B、区域C及区域D的任意者进行放大动作。区域B、区域C及区域D是位于虚线K的右侧的区域，因此在实施方式1中，能够得到大于或等于通过通常的放大动作而得到的输出的放大输出。下面，将向激光放大器30射入的脉冲激光25的脉宽τp称为入射脉宽τp。
在实施方式1中，在入射脉宽τp为30ns～200ns的区域C及区域D中，提取能量ηext＞0.75。在通常的放大动作中，在图4的虚线K上进行动作，虚线K是区域A及区域B的一部分，因此提取能量ηext不超过0.75。因此，在入射脉宽τp为30ns～200ns时，能够得到比通过通常的放大动作而得到的输出更高的放大输出。
在实施方式1中，在入射脉宽τp为50ns～200ns的区域D中提取能量ηext＞0.9。因此，在入射脉宽τp为50ns～200ns时，能够得到比通过通常的放大动作而得到的输出更高的放大输出。在此基础上，如图2所示，在该区域中，提取能量ηext相对于入射脉宽τp而饱和，相对于入射脉宽τp的变化而放大输出的变化变小。因此，即使发生以下说明的放大时的脉冲缩短，在该区域中也存在放大率不易降低的特征。因此，能够在入射脉宽τp为50ns～200ns的区域中将放大率的降低抑制为最小限度并进行放大。
另外，入射脉宽τp也可以设为提取能量ηext＞0.5的大于或等于15ns。优选可以设为提取能量ηext＞0.6的大于或等于20ns。进一步优选可以设为提取能量ηext＞0.75的大于或等于30ns。进一步优选可以设为提取能量ηext＞0.8的大于或等于40ns。进一步优选可以设为提取能量ηext＞0.9的大于或等于50ns。
如图2所示，在入射脉宽τp为大于或等于200ns时，提取能量ηext约等于1。在该区域中即使使入射脉宽τp变得更长，提取能量ηext的值也不增加，得不到放大输出的大幅提高。在此基础上，入射脉宽τp越长，则从激光放大器30输出的脉冲激光35的峰值越减少。因此，为了防止激光脉冲的峰值的减少且得到高的放大输出，优选入射脉宽τp设为小于或等于200ns。关于激光脉冲的峰值减少的详细内容，在后面记述。
接下来，对由激光放大器30中的放大时的脉冲波形变化引起的脉冲缩短效果进行说明。在图5示出将超高斯形状的激光脉冲放大的情况下的脉冲波形的变化过程的一个例子。在这里，仅关注于脉冲形状的变化，因此使图5所示的各脉冲波形的纵轴的最大值相等，但实际上随着放大而纵轴的最大值不断增加。横轴的t表示时间，纵轴的I表示强度。以后，t用作表示时间的记号，I用作表示强度的记号。如果使激光脉冲射入至激光放大器30，则在放大介质中累积的能量由激光脉冲的前方部先进行消耗。因此，由剩余的能量进行放大的激光脉冲的后方部的放大率比激光脉冲的前方部的放大率降低。在这里，激光脉冲的前方部是指先向激光放大器30射入的部分，是指与图5的激光脉冲波形的t＝0接近的部分。激光脉冲的前方部先将在激光放大器30中累积的能量消耗，由此如图5所示激光脉冲随着放大而尖锐化，其结果，得到与入射激光脉冲25相比脉宽短的出射激光脉冲35。
与此相对，图6是表示将入射激光脉冲25设为通常的高斯形状的波形时的放大时的脉冲波形的变化过程的一个例子的图。在高斯形状的情况下，与超高斯形状相比激光脉冲前方部的能量消耗小，因此不易发生激光脉冲的尖锐化。其结果，得不到在射入超高斯形状时所得到的那种程度的激光脉冲的缩短效果。
如上所述，如果作为入射激光脉冲25而采用超高斯形状的脉冲波形，则使从激光振荡器20输出的具有15ns～200ns的脉宽的脉冲激光25射入至激光放大器30而进行放大，由此能够将脉宽5ns～30ns的脉冲激光35进行输出。
在图7示出超高斯形状的激光脉冲的形状的一个例子。在将时刻t＝t0设为对称中心，将最大强度设为I0，将半值全宽设为τp，将系数设为P时，超高斯函数Isg(t)作为时间t的函数，能够如式(1)那样表示。
【式1】
Figure BDA0003836143040000091
在式(1)中，在系数P为1时超高斯函数与高斯函数一致。如图7所示，将上升时间τb定义为强度I从0.1I0到达0.9I0之间的时间。换言之，在脉冲的时间波形中，将从强度I上升至脉冲光的最大强度的10％的强度至上升至最大强度的90％的强度为止的时间称为上升时间τb。同样地，将从强度I降低至脉冲光的最大强度的90％至降低至最大强度的10％为止的时间称为下降时间。如果将超高斯波形的半值全宽τp和上升时间τb之比设为Tr＝τb/τp，则比值Tr和系数P之间的关系成为图8所示。即，系数P变得越大，则比值Tr变得越小。例如，在比值Tr接近0.72时，系数P接近1，因此表示是高斯形状。在比值Tr接近0.35时，表示脉冲波形是P＝2的超高斯形状。在比值Tr＜＜0.72时，P成为比1充分大的值，因此表示脉冲波形是与矩形形状接近的波形。
在入射激光脉冲25成为除了超高斯以外的任意形状的情况下，例如在上升时间和下降时间不同的非对称的激光脉冲的情况下也同样地，Tr定义为半值全宽τp和上升时间τb之比(Tr＝τb/τp)。在本发明的说明中，通过上升时间和下降时间相等的超高斯形状进行说明，但并不对脉冲的形状进行限定。另外，即使是非对称的激光脉冲等任意形状的脉冲波形，也能够得到与对称的脉冲相同的效果。
如图6所示，在与比值Tr接近0.72的高斯形状接近的波形的情况下，无法得到显著的脉冲的缩短效果，但在与比值Tr小于0.72的超高斯形状接近的波形的情况下，能够得到显著的脉冲的缩短效果。另外，随着比值Tr变小，脉冲波形不断接近矩形形状，得到更大的脉冲缩短效果。
带来脉冲的缩短的脉冲形状的变化，在相对于入射激光脉冲25的激光放大器30的提取能量大时，换言之在激光放大器30的放大率大时更显著地出现。图9示出了脉冲的放大过程中的脉冲形状的变化及脉冲强度的变化的一个例子。在图9中，在相对于入射激光脉冲25的来自激光放大器30的提取能量小的情况下，例如在图9的左侧所示的激光脉冲53向激光放大器30射入而放大时，如从图9的左侧起第2个所示的激光脉冲54或者从图9的左侧起第3个附图所示的激光脉冲57那样，在脉冲波形残留后基座55。后基座55是指在主脉冲56的后方出现的基座形状的部分。其原因在于，在激光脉冲54或者激光脉冲57中，从激光放大器30提取的能量部即主脉冲56小，入射激光脉冲53的能量部的贡献变大。与此相对，在激光放大器30的放大率高时，如从图9的左侧起第4个附图所示的激光脉冲58那样，从激光放大器30提取的能量部即主脉冲56大，因此能够得到没有后基座55的脉冲波形。
为了在EUV光发生器40中得到超过250W的EUV光，激光放大器30的放大率优选大于或等于1000倍。以下对其原因进行说明。在从极紫外光发生装置100输出的EUV光输出大于250W的情况下，曝光装置每1小时能够处理的晶片片数比适于量产的125片变大。因此，为了满足EUV光输出＞250W，通过使从激光放大器30输出的脉冲激光35的输出大于20kW，从而能够取得最适于曝光装置的EUV光发生装置。在激光振荡器20为Q开关·腔倒空振荡器的情况下，其输出由于电光元件22的耐光强度而被限制为几十W。激光振荡器20的输出为几十W，在激光放大器30的输出中需要大于20kW的输出，因此激光放大器30的放大率优选大于或等于1000倍。在激光放大器30为多级放大器的情况下，优选将从最终级输出的激光脉冲的输出除以向初级的放大器射入前的激光脉冲的输出而得到的值大于或等于1000倍。
另外，并不限于从激光振荡器20输出具有单一波长的激光脉冲，也可以将具有多个波长的激光脉冲进行输出。将多个波长进行输出的CO2激光器被称为多线CO2激光器。通过输出多个波长，从而能够抑制由激光放大器30的旋转缓和引起的放大率降低的影响，能够得到高的放大输出。这些多个波长优选是CO2激光器的旋转能级间的跃迁波长，例如，在通过CO2激光器得到最大输出的P(20)的波长的基础上，还可以输出P(16)、P(18)、P(22)、P(24)等激光脉冲。
在图3中，向激光放大器30射入的15ns～200ns的脉冲激光25例示出比值Tr＜0.72的超高斯形状的激光脉冲。如上所述的超高斯形状的激光脉冲例如能够通过前述的Q开关·腔倒空振荡而实现。在Q开关·腔倒空振荡中，如果将谐振器长度设为L、将光速设为c，则输出的激光脉冲的脉宽τp大致等于2L/c。因此，以2L/c成为15ns～200ns的方式对谐振器长度L进行选择即可。图10是由Q开关·腔倒空振荡引起的超高斯形状的脉冲发生的说明图。如图10的上部所示，在电光元件22的开关时间，即，谐振器内损耗从低损耗的状态向高损耗的状态切换的时间比脉宽τp充分短时，通过Q开关·腔倒空振荡而输出的激光脉冲急剧地上升，如图10的下部所示，得到Tr＜0.72的超高斯形状。
与此相对，如图11的上部所示，在电光元件22的开关时间例如为脉宽τp的一半左右时，通过平缓的电光元件22的开关，妨碍激光脉冲的急剧的上升，其结果，激光脉冲波形如图11的下部所示，成为与高斯形状接近的形状。
如图5及图6中说明所述，激光放大器30中的激光脉冲的缩短效果不仅依赖于入射激光脉冲25的形状，还依赖于其脉宽τp。其原因在于，如图4所示，与入射激光脉冲25的脉宽τp相应地，标准化的提取能量ηext不同。在提取能量ηext小时，无法使激光放大器30内的能量充分地提取，因此不易发生激光脉冲的前方部的尖锐化，激光脉冲的缩短也不易发生。因此，如前述所示，在图4中，如果按照激光脉冲的缩短容易发生的顺序进行排列，则成为区域D、C、B、A的顺序。在实施方式1所涉及的结构中，能够比通常的放大动作提高提取能量ηext，因此得到的脉冲的缩短效果也能够变大。
图12及图13示出了脉宽不同的激光脉冲射入至激光放大器30时的脉冲缩短的例子。图12例示出入射激光脉冲25的脉宽比出射激光脉冲35的脉宽长的情况。在该情况下，出射激光脉冲35成为急剧地上升，平缓地下降的形状。图13例示出入射激光脉冲25的脉宽比图12所示的入射激光脉冲25更长的情况。图13所示的出射激光脉冲35是与图12所示的出射激光脉冲35同等的脉宽，但图13所示的出射激光脉冲35具有比图12所示的出射激光脉冲35更长的下降时间。因此，在图12所示的出射激光脉冲35的输出和图13所示的出射激光脉冲35的输出相同的情况下，图13所示的出射激光脉冲35的峰值输出变小。如前述所示，在入射激光脉冲25的脉宽τp大于200ns时，提取能量ηext没有大幅变化。因此，即使使入射激光脉冲25的脉宽τp比200ns变长，放大输出也不会大幅变化。但是，如果使入射激光脉冲25的脉宽τp变长，则出射激光脉冲35的下降时间变长。因此，如果使入射激光脉冲25的脉宽τp比200ns不断变长，则放大输出不会大幅变化，下降时间变长，因此峰值输出不断减少。因此，通过将入射激光脉冲25的脉宽τp设为小于或等于200ns，从而能够实现高的放大输出和峰值高的脉冲这两者。
如上所述在实施方式1中，在激光振荡器20中使半值全宽为15ns至200ns之间的脉冲激光振荡而射入至激光放大器30，在激光放大器30中使放大器激光活性介质经过，由此将脉宽缩短成半值全宽为5ns至30ns之间的脉冲激光而进行输出。因此，在实施方式1中，能够发出具有最适于发出高输出极紫外光的5ns至30ns之间的半值全宽，且具有大于或等于20kW的高输出的脉冲激光。
另外，在实施方式1中，以由向激光放大器30射入的脉冲激光25的强度从上升至最大强度的10％至上升至最大强度的90％为止的时间即上升时间τb除以向激光放大器30射入的脉冲激光25的半值全宽τp而得到的值Tr(＝τb/τp)小于0.72的方式进行放大动作，因此能够得到显著的脉冲的缩短效果。
实施方式2.
图14是表示具有实施方式2所涉及的激光放大装置110的极紫外光发生装置200的结构的图。在图14中，激光放大装置110具有激光振荡器20、传送光学系统120及激光放大器30。传送光学系统120具有偏振光分光器70、电光元件71、偏振光分光器72、分光器73、波形测定传感器74和反射镜75。电光元件71、偏振光分光器70和偏振光分光器72作为光隔离器及脉冲波形的整形器这两者起作用。波形测定传感器74对向激光放大器30射入前的脉冲激光的波形Iin进行测定。
使用图15、图16及图17，对电光元件71、偏振光分光器70及偏振光分光器72的作为光隔离器的动作进行说明。图15示出了从激光振荡器20向激光放大器30行进的离去光。图16示出了从激光放大器30向激光振荡器20行进的返回光。图17是表示用于通过电光元件71使偏振进行90度旋转的施加电压的时序图及从激光振荡器20输出的激光脉冲的时序图的图。另外，在图17中带有斜线阴影H的区域与图17的施加电压成为接通的期间相对应。
与从激光振荡器20输出的激光脉冲的重复频率同步地将用于使偏振进行90度旋转的施加电压施加至电光元件71。于是，如图15所示，经过了电光元件71的离去光仅在图17的上部所示的施加电压的接通期间，从垂直方向的偏振77向水平方向的偏振78进行90度旋转。其结果，如图17的下部所示，仅将带有斜线阴影H的脉冲切出而透过偏振光分光器72，除此以外由偏振光分光器72反射。
来自激光放大器30侧的返回光例如是激光放大器30的自激振荡光等。来自激光放大器30侧的返回光无法与向图17的上部所示的电光元件71的施加电压取得同步，因此即使经过电光元件71，偏振也不旋转，维持水平方向的偏振78。其结果，来自激光放大器30侧的返回光如图16所示，不透过偏振光分光器70，不返回激光振荡器20。因此，激光振荡器20不受返回光的影响而能够稳定地振荡。另外，如果使用相同的原理，则电光元件71及偏振光分光器70及72也能够对在激光振荡器20和激光放大器30之间产生的寄生振荡进行抑制。在图14中，例示出偏振光分光器70、72，但也可以使用具有相同功能的光学元件即ATFR(Absorbing thin film reflector)等。
图18例示出电光元件71、偏振光分光器70及偏振光分光器72的作为脉冲整形器的动作。在图18中带有斜线阴影H的区域如图17所示，与在电光元件71用于使偏振进行90度旋转的施加电压成为接通的期间相对应。图3所示的具有15ns～200ns的脉宽的激光脉冲例示出Tr＜0.72的超高斯形状。但是，在该超高斯形状的激光脉冲，如图18的左侧所示，有时在主脉冲14之前出现基座15，在主脉冲14之后出现后脉冲16等。如果该基座15或者后脉冲16向激光放大器30射入而消耗激光放大器30内的能量，则妨碍主脉冲14的放大。因此，如图18的斜线阴影H所示，通过仅将主脉冲14的偏振在电光元件71进行90度旋转而切出，从而由波形测定传感器74测定的脉冲如图18的右侧所示，将基座15及后脉冲16去除而仅包含主脉冲14。在图18的右侧所示的脉冲中将基座15及后脉冲16去除，因此基座15及后脉冲16在激光放大器30不消耗能量，主脉冲14的放大输出提高。
在图19示出脉冲整形的第2例。在图19中带斜线阴影H的区域如图17所示，与在电光元件71中用于使偏振进行90度旋转的施加电压成为接通的期间相对应。在图19中，通过对在电光元件71中用于使偏振进行90度旋转的施加电压的脉宽进行控制，从而将脉宽15ns～200ns的激光脉冲19从由电光元件71射出的激光脉冲18切出。其结果，如实施方式1中说明所述，能够将从激光放大器30输出的激光脉冲的脉宽设为5ns～30ns，能够提高EUV光发生器40中的EUV光输出。另外，在切出的激光脉冲为矩形形状的情况下，得到激光放大器30的脉冲的更显著的缩短效果。
在图20示出脉冲整形的第3例。在图20中带有斜线阴影H的区域如图17所示，与在电光元件71中用于使偏振进行90度旋转的施加电压成为接通的期间相对应。在使激光振荡器20通过Q开关振荡等而振荡的情况下，有时成为图20的左侧所示的激光脉冲12那样的高斯形状。因此，通过电光元件71仅将带有斜线阴影H的区域即激光脉冲12的后方部切出，由此在波形测定传感器74中，对图20的右侧所示的激光脉冲13进行测定。该激光脉冲13成为脉冲的前方部的强度比后方部的强度大、前方部尖锐化的形状。如果使如上所述的形状的激光脉冲13经过激光放大器30，则通过放大而脉冲前方部的尖锐化显著地出现，得到更显著的脉冲的缩短效果。
图21是表示具有图14所示的激光放大装置110的极紫外光发生装置200的变形例的图。在图21中，相对于图14所示的极紫外光发生装置200而追加有分光器81、波形测定传感器82及反射镜99。将从激光放大器30输出的激光脉冲的一部分由分光器81取出，通过波形测定传感器82对其波形进行测定。在波形测定传感器82中，对从激光放大器30输出的脉冲激光的波形Iout进行测定。通过对波形Iout进行监视，从而能够判断波形Iout是否是最适于向EUV光的变换的激光脉冲。
图22的左侧所示的激光脉冲示出了由波形测定传感器74测定出的向激光放大器30射入的激光脉冲的波形，图22的右侧所示的激光脉冲示出了由波形测定传感器82测定出的从激光放大器30射出的激光脉冲的波形的一个例子。如图22所示，向激光放大器30射入前的激光脉冲在激光放大器30中的放大后，有时成为在主脉冲的后方部包含有后基座83的波形。
因此，对由波形测定传感器82测定的脉冲波形进行监视，如图23的右侧所示的激光脉冲85那样，以在放大后的激光脉冲波形没有后基座的方式对电光元件71进行调整，将图23的左侧所示的激光脉冲84切出。通过使用波形测定传感器82，从而能够实现图23的左侧所示的激光脉冲波形的最佳的切出，将最佳的激光脉冲向EUV光发生器40射入，能够提高发出的EUV光输出。在这里，以不出现后基座的方式进行了调整，但也可以以成为EUV光输出提高的激光脉冲波形的方式，对电光元件71进行调整而切出激光脉冲。
如上所述在实施方式2中，通过对电光元件71的偏振旋转功能成为接通的期间进行控制，从而使电光元件71、偏振光分光器70及偏振光分光器72作为光隔离器起作用，由此激光振荡器20不受返回光的影响而能够稳定地振荡。另外，通过对电光元件71的偏振旋转功能成为接通的期间进行控制，从而使电光元件71、偏振光分光器70及偏振光分光器72作为脉冲整形器起作用，由此能够将在主脉冲14的前后出现的基座15或者后脉冲16去除，或者对脉宽进行缩短整形，能够使激光放大器30中的放大性能提高。另外，对向激光放大器30输入输出的激光脉冲进行监视器，使用这些监视器结果对电光元件71进行控制，因此能够使最佳的激光脉冲向EUV光发生器40射入。
实施方式3.
图24是表示具有实施方式3所涉及的激光放大装置130的极紫外光发生装置300的结构的图。在图24中，激光放大装置130具有激光振荡器20、反射镜27及多路激光放大器31。在图24中，图3所示的极紫外光发生装置100中的激光放大器30被置换为多路激光放大器31。在图3中，在入射激光脉冲25的能量密度Ein比激光放大器30的饱和能量密度Es充分大的情况下，能够将在激光放大器30中累积的能量充分地提取，能够得到高的放大输出。但是，在入射激光脉冲25的能量密度Ein小于激光放大器30的饱和能量密度Es的情况下，无法将在激光放大器30中累积的能量充分地提取。其结果，也无法充分地得到脉冲的缩短效果。因此，在入射激光脉冲25的能量密度Ein小于激光放大器30的饱和能量密度Es的情况下，如图24所示，通过采用多路激光放大器31，从而能够使能量提取效率进一步上升。其结果，能够得到高的放大输出，其结果，能够得到高的EUV光输出。在图24中例示出路径数为5的5路径放大器，但路径数只要为大于或等于2的数即可，路径数并不限定于5。
在入射激光脉冲25的能量密度Ein小于激光放大器30的饱和能量密度Es等情况下，如果对激光放大器30的气体压力进行优化，则能够得到更高的放大输出且最适于高EUV光输出的脉冲波形。在图25的极紫外光发生装置400中，激光放大器33具有对激光气体的气体压力进行调整的气体压力调整机构32。其他结构与图3所示的极紫外光发生装置100相同。在CO2激光器中，饱和能量密度Es与气体压力N成正比地增加。因此，如果降低气体压力N，则饱和能量密度Es减少，相反地，如果提高气体压力N，则饱和能量密度Es增加。在入射脉冲的能量密度Ein相同时，通过对气体压力N进行调整，从而能够对饱和能量密度Es进行调整，能够对从激光放大器33提取的能量进行调整。
图26是表示改变激光放大器33的气体压力N时的放大特性的一个例子的曲线图。将初始气体压力时的饱和能量密度设为Es0，将从初始气体压力将气体压力降低时的饱和能量密度设为Es1，将从初始气体压力将气体压力提高时的饱和能量密度设为Es2。如图26所示，如果从初始气体压力降低气体压力，则成为Es1＜Es0，因此放大特性的曲线图34如曲线图37那样变化。此时，相对于入射脉冲的能量密度Ein的增加，放大输出Eout的饱和特性更显著地出现。对此，如果从初始气体压力提高气体压力，则成为Es0＜Es2，因此放大特性的曲线图34如曲线图38那样变化。此时，相对于入射脉冲的能量密度Ein的增加，放大输出Eout的饱和特性变得隐微，接近线性特性。因此，在入射激光脉冲25的能量密度Ein小于激光放大器33的饱和能量密度Es，无法使在激光放大器33中累积的能量充分地提取的情况下，通过降低气体压力，从而能够减小饱和能量密度Es，能够提高放大输出。相反地，在希望降低放大输出的情况下，只要使气体压力增加即可。如果使气体压力变化，则有时在激光放大器33的放电电路和放大器之间无法取得阻抗的匹配。在存在阻抗的不匹配的情况下，无法有效地利用在放电时利用的电力即放电电力。因此，如果取得阻抗的匹配，则能够有效利用放电电力，能够使放大输出进一步提高。
另外，在使气体压力减少的情况下，除了放大输出增大以外，来自放大器的提取能量增加，因此还得到脉冲缩短变得显著这一效果。并且，如果利用如曲线图37那样的饱和放大特性，则还实现从激光振荡器20输出的重复脉冲的稳定性的提高。以下进行其说明。图27示出了在从激光振荡器20输出的重复脉冲存在强度的波动的情况。在如上所述的波动存在的情况下，如果如曲线图37那样通过放大输出饱和的激光放大器进行放大，则能够如图28所示减少放大后的重复脉冲的波动。其结果，能够提高脉冲稳定性。如上述说明所述，如果通过气体压力调整机构32使气体压力减少，则能够同时得到放大输出增大、显著的脉冲缩短、脉冲稳定性的提高这3个效果。在本实施方式中，如果在旋转缓和时间成为几ns的气体压力的范围对气体压力进行调整，则能够期待上述3个效果。旋转缓和时间成为几ns在典型情况下，由于为20Torr～100Torr左右，因此可以在20Torr～100Torr的范围对气体压力进行调整。
入射脉冲的脉冲稳定性的提高是通过饱和倾向的放大特性而得到的。因此，例如在入射激光脉冲25的能量密度Ein比激光放大器30的饱和能量密度Es充分大的情况下，即使在多路激光放大器31的情况下，也会得到相同的脉冲稳定性的提高效果。
如上所述，在实施方式3中，采用了多路激光放大器31，因此能够使能量提取效率进一步上升，能够得到高的放大输出。另外，以降低激光放大器33的激光气体的气体压力的方式进行调整，因此能够减小激光放大器的饱和能量密度Es，能够提高激光放大器的放大输出。
实施方式4.
图29是表示对从图14或者图21所示的激光放大装置110的激光放大器30输出的脉冲激光35的脉冲波形进行推断的推断装置90的图。推断装置90具有数据取得部91和推断部92。数据取得部91取得通过图14或者图21所示的波形测定传感器74测定出的放大前的激光脉冲波形Iin。推断部92利用训练好的模型存储部93，对由激光放大器30放大后的激光脉冲波形进行推断。即，通过向在训练好的模型存储部93中存储的训练好的模型输入由数据取得部91取得的激光脉冲波形Iin，从而能够从推断部92将由推断部92推断出的放大后的脉冲波形Ioif进行输出。可以使用该推断装置90，以推断出的放大后的脉冲波形Ioif成为最适于发出EUV光的5ns～30ns的脉冲的方式，将放大前的脉冲波形通过由图14所示的电光元件71、偏振光分光器70及偏振光分光器72构成的脉冲整形器进行优化。通过该优化，能够发出高输出EUV光。
图30是表示推断装置90的处理顺序的流程图。在步骤S1中，数据取得部91取得由波形测定传感器74测定出的放大前的脉冲波形Iin。在步骤S2中，推断部92向在训练好的模型存储部93中存储的训练好的模型输入脉冲波形Iin，得到推断出的放大后的脉冲波形Ioif。在步骤S3中，推断部92将通过训练好的模型而得到的脉冲波形Ioif输出至极紫外光发生装置200。在步骤S4中，极紫外光发生装置200使用推断出的脉冲波形Ioif，将放大后的脉冲向具有5ns～30ns的脉宽的激光脉冲光进行优化。其结果，能够发出高输出EUV光。
在图31例示出学习装置94，该学习装置94生成图29所示的推断装置90所使用的训练好的模型。该学习装置94具有数据取得部95、模型生成部96及训练好的模型存储部93。在本实施方式中，对模型生成部96所使用的学习算法是有教师学习的情况进行说明，但也可以使用无教师学习、强化学习等公知的算法。数据取得部95取得由图21所示的波形测定传感器74测定出的放大前的激光脉冲波形Iin及由波形测定传感器82测定出的放大后的激光脉冲波形Iout。
模型生成部96基于按照从数据取得部95输出的激光脉冲波形Iin及激光脉冲波形Iout而生成的学习用数据，对放大后的脉冲波形即输出Ioif进行学习。即，生成根据输入Iin及Iout对输出Ioif进行推测的训练好的模型。在这里，学习用数据是将输入Iin及Iout彼此相关联的数据。
图32是表示学习装置94的处理顺序的流程图。在步骤S10中，数据取得部95取得输入Iin及Iout。此外，无需同时取得输入Iin及Iout，只要能够将输入Iin及Iout相关联而取得即可，也可以将它们分别在不同的定时取得。在步骤S11中，模型生成部96按照基于由数据取得部95取得的输入Iin及Iout的组合而创建的学习数据，通过所谓有教师学习对输出Ioif进行学习，生成训练好的模型。在步骤S12中，训练好的模型存储部93对由模型生成部96生成的训练好的模型进行存储。
模型生成部96可以按照针对多个EUV光发生装置而创建的学习用数据，对输出Ioif进行学习。例如，可以从在同一区域使用的多个EUV光发生装置取得学习用数据，也可以从在不同的区域独立地动作的多个EUV光发生装置取得学习用数据。另外，可以将对学习用数据进行收集的EUV光发生装置在中途追加至对象，或从对象去除。并且，可以将关于某EUV光发生装置对输出Ioif进行了学习的学习装置应用于其他EUV光发生装置，关于其他EUV光发生装置对输出Ioif进行再学习而更新。
另外，作为由模型生成部96使用的学习算法，也能够使用对特征量本身的提取进行学习的深层学习(Deep Learning)，也可以按照其他公知的方法例如遗传编程、功能逻辑编程、支持向量机等执行机器学习。
在图33中，学习装置97将包含多个不同的参数值在内的输入集98和输入Iout作为学习数据，对输出Ioif进行学习。输入集98作为参数而包含放大前的脉冲波形Iin、激光放大器30的气体压力和激光放大器30内的路径数。向输入集98只要输入在实施方式1～3中说明的可使放大后的脉冲波形变化的要素即可。可以向输入集98例如加入激光放大器30的放电电力、激光振荡器20的输出等要素。
模型生成部96按照基于由数据取得部95取得的输入集98和输入Iout而创建的学习数据，通过所谓有教师学习，对放大后的脉冲波形即输出Ioif进行学习，生成训练好的模型。训练好的模型存储部93对由模型生成部96生成的训练好的模型进行存储。
在将由学习装置97学习到的训练好的模型向推断装置90应用的情况下，图29所示的数据取得部91取代输入Iin而是取得输入集98。图29的推断部92利用在训练好的模型存储部93中存储的训练好的模型，对由激光放大器30放大后的脉冲波形进行推断。即，通过向训练好的模型输入由数据取得部91取得的输入集98，从而能够将由推断部92推断的放大后的脉冲波形Ioif从推断部92输出。以推断的放大后的脉冲波形Ioif成为最适于发出EUV光的5ns～30ns的脉冲的方式将放大前的脉冲波形、激光放大器30的气体压力、激光放大器30内的路径数等要素进行优化。通过该优化，能够发出高输出EUV光。另外，通过将输入Iin设为包含多个要素的输入集98，从而能够对多个要素进行优化，能够发出更高输出的EUV光。
以上的实施方式所示的结构示出本发明的内容的一个例子，也能够与其他的公知技术进行组合。另外，在不脱离本发明的主旨的范围也能够将结构的一部分省略或者变更。
标号的说明
10、110、130激光放大装置，20激光振荡器，21激光活性介质，22、71电光元件，23、70、72偏振光分光器，24、26谐振器反射镜，25脉冲激光(入射激光脉冲)，30、33激光放大器，31多路激光放大器，32气体压力调整机构，35脉冲激光(出射激光脉冲)，40EUV光发生器，41微滴发生器，42集电极反射镜，50EUV光，60中间聚光点，70、72偏振光分光器，74、82波形测定传感器，90推断装置，94、97学习装置，100、200、300、400极紫外光发生装置(EUV光发生装置)，120传送光学系统。

Claims (8)

1.一种激光放大装置，其特征在于，具有：
激光振荡器，其具有第1激光活性介质，该第1激光活性介质具有包含碳酸气体的混合气体，该激光振荡器使半值全宽为15ns至200ns之间的脉冲激光振荡；以及
激光放大器，其具有第2激光活性介质，该第2激光活性介质具有包含碳酸气体的混合气体，该激光放大器从所述激光振荡器振荡的所述脉冲激光经过所述第2激光活性介质，由此缩短成半值全宽为5ns至30ns之间的脉冲激光而输出。
2.根据权利要求1所述的激光放大装置，其特征在于，
还具有：
至少一个偏振光分光器，其包含第1偏振光分光器，该第1偏振光分光器设置于所述激光振荡器和所述激光放大器之间的所述脉冲激光的光路；以及
电光元件，其设置于所述第1偏振光分光器和所述激光振荡器之间的所述脉冲激光的光路，以射入的脉冲激光的仅一部分能够透过所述第1偏振光分光器的方式进行90度偏振控制。
3.根据权利要求2所述的激光放大装置，其特征在于，
所述电光元件以进行射入的脉冲激光的前半部及后半部由所述第1偏振光分光器反射、仅中央部透过的脉宽整形的方式进行所述90度偏振控制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光放大装置，其特征在于，
将向所述激光放大器射入的脉冲激光的半值全宽除以向所述激光放大器射入的脉冲激光的强度从上升至最大强度的10％至上升至所述最大强度的90％为止的时间即上升时间而得到的值小于0.72。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光放大装置，其特征在于，
所述混合气体的气体压力为20Torr至100Torr之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光放大装置，其特征在于，
所述激光放大器从所述脉冲激光向所述第2激光活性介质射入至从所述第2激光活性介质射出为止具有多个光路即路径。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光放大装置，其特征在于，
还具有：
数据取得部，其取得第1信号及第2信号，该第1信号表示向所述激光放大器射入的所述脉冲激光的强度的时序波形，该第2信号表示从所述激光放大器射出的所述脉冲激光的强度的时序波形；
学习部，其基于所述第1信号和所述第2信号，执行用于对在使所述第1信号射入至所述激光放大器的情况下输出的所述脉冲激光的强度的时序波形进行推定的学习；以及
推定部，其基于通过所述学习部学习到的结果，对在使所述第1信号射入至所述激光放大器的情况下输出的脉冲激光的强度的时序信号进行推定。
8.一种极紫外光发生装置，其特征在于，具有：
权利要求1至6中任一项所述的激光放大装置；以及
极紫外光发生器，其将从所述激光放大装置输出的所述脉冲激光对靶材照射而发出极紫外光。
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