JP2010004053A - 露光用２ステージレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＯＰＯ方式の高安定性、高出力効率、細い線幅である利点を活かしつつ、空間コヒーレンスを低くした半導体露光用２ステージレーザ装置を提供する。
【解決手段】発振段レーザ５０と、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザ６０とからなり、前記発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、発振段レーザ５０として発振レーザ光に発散を有するものが用いられ、前記増幅段レーザ６０は入力側ミラー１と出力側ミラー２とからなるファブリペローエタロン型共振器を備え、該共振器を安定共振器とした構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光用２ステージレーザ装置に関し、特に、空間コヒーレンスが低い半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置に関するものである。

従来から、高出力を得るために、発振段レーザと、この発振段レーザから放出されるレーザ光を増幅する増幅段とからなる２ステージレーザ装置が知られている。ダブルチャンバーレーザシステムには、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier ）とＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）の２つの方式が知られている。前者は、増幅段に共振器を用いない方式、後者は増幅段に不安定共振器を用いる方式である。このＭＯＰＡ方式とＭＯＰＯ方式には次の特徴と課題がある。

ＭＯＰＡ
（ア）空間コヒーレンスが低い。すなわち、ビーム横断方向のシェア量（ピンホール間隔）を同じとした場合に、干渉縞のビジビリティーが低い（利点）。なお、シェア量、ビジビリティーについては、後で説明する。

（イ）チャンバー間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が敏感で、エネルギ安定性が低い（欠点）
（ウ）ＭＯＰＯ方式と比較して低出力効率であり、発振段レーザからのレーザ（ｓｅｅｄ）エネルギがＭＯＰＯ方式よりも必要（欠点）
（エ）発振段レーザからのレーザパルスの後半部はラウンドトリップが多くなるためスペクトル線幅が狭く、この後半部の裾部分（ｔａｉｌ）が増幅できないため、スペクトル線幅が太い（欠点）
ＭＯＰＯ
（ア）空間コヒーレンスが高い。すなわち、ビーム横断方向のシェア量（ピンホール間隔）を同じとした場合に、干渉縞のビジビリティーが高い（欠点）
（イ）チャンバー間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が鈍感で、エネルギ安定性が高い（利点）
（ウ）ＭＯＰＡ方式と比較して高出力効率であり、発振段レーザからのレーザ（ｓｅｅｄ）エネルギがＭＯＰＡ方式よりも小さくてよい（利点）
（エ）発振段レーザからのレーザパルスの後半部はラウンドトリップが多くなるためスペクトル線幅が狭く、この後半部の裾部分（ｔａｉｌ）が増幅できるため、スペクトル線幅が細い（利点）
上記のように、ＭＯＰＡ方式とＭＯＰＯ方式の比較すると、（ア）の空間コヒーレンスの点を除くと、ＭＯＰＯ方式の方が利点が多く、空間コヒーレンスを低くする方策が得られれば、エキシマレーザやＦ₂ レーザ等の半導体露光装置用の光源としてＭＯＰＯ方式がより適していることになる。

ところで、従来、ＭＯＰＯ方式においては上記のように不安定共振器が用いられており、その点に問題があることが分かった。以下に、その問題を詳細に説明する。

なお、以下の説明で、発振段レーザとは、狭帯域化発振段レーザのことを指す。ＭＯＰＡ方式とＭＯＰＯ方式は、基本的に、最低１台の発振段レーザと１台の増幅段又は増幅段レーザによって構成されている。増幅段レーザに共振器が設置されていない場合、ここでは増幅段と呼び、増幅段では光の共振がない。増幅段レーザに共振器が設置されている場合をＭＯＰＯ方式と呼ぶ。増幅段に共振器が設置されている場合、増幅段は増幅段レーザ
として機能し、光の共振がある。したがって、増幅段と増幅段レーザを比較した場合、励起エネルギが等しいときには、増幅段レーザの方が増幅段より高効率な増幅が可能となる。

従来、エキシマレーザのＭＯＰＯシステムの増幅段レーザに、入力側ミラーの中心にｓｅｅｄ光導入穴が設けられた凹面鏡、出力側ミラーに凸面鏡を用いた不安定共振器が使われている。不安定共振器のこのような凹面鏡と凸面鏡配置は、望遠光学系を構成し、幾何光学的な拡大倍率（拡大率）を有する。不安定共振器の光学倍率は２０倍程度あり、ＭＯＰＯシステムにおいて効率的に高出力、高コヒーレンスレーザ光を得ることが目的であり、従来の主要使用目的は、理化学研究用の光源としてであった。

半導体露光装置用光源として、増幅段レーザに不安定共振器を用いるものが特許文献１に提案されている。ここで不安定共振器の光学拡大率を１０倍程度まで下げているが、空間コヒーレンスの低コヒーレンス化は十分でないと本発明者等の実験から推測される。

すなわち、従来のＭＯＰＯシステムでは、ｓｅｅｄ光の効率的な増幅を目的としていたために、不安定共振器が用いられていた。増幅段レーザ内に不安定共振器の凸面鏡を設けてｓｅｅｄ光を増幅段レーザ利得領域全体に広げて注入し、ｓｅｅｄ光の効率的な増幅を実現していた。

特許第２８２０１０３号公報

望月仁他２名共訳「レーザの基礎と応用」ｐｐ．３０〜３３（昭和６１年１月２０日、丸善（株）発行） Sov. J. Quantum Electron.16(5),May 1986,pp.707-709

露光機用レーザ装置においては、レーザ光プロファイル断面での面内低可干渉性（空間コヒーレンス）が非常に重要な仕様としてある。ビームプロファイル内の一定距離（シェア量）Ａにある部分的ビームプロファイルの干渉性を比較してこの空間コヒーレンス特性（可干渉性）が評価される。このＡという距離は、ステッパー等の半導体露光装置の照明系の明るさムラを解消するためのフライアイレンズのレンズ間距離等によって決まる値である。そして、そのシェア量Ａの２点の空間コヒーレンスの干渉性は以下の式で定義されるビジビリティー（可視度）で評価される。

ビジビリティー＝（最大フリンジ強度Ｉ_max −最小フリンジ強度Ｉ_min ）
÷（最大フリンジ強度Ｉ_max ＋最小フリンジ強度Ｉ_min ）
・・・（１）
ここで、フリンジ強度とは２点からの光を干渉させたときの干渉縞の強度である。図７１に、所定のシェア量にある２点からの光の干渉縞とその最大フリンジ強度Ｉ_max 、最小フリンジ強度Ｉ_min を模式的に示す。図７２には、レーザ部分を追記した所定のシェア量にある２点からの光の干渉縞とその最大フリンジ強度Ｉ_max 、最小フリンジ強度Ｉ_min を模式的に示す。この図７２は、ヤングの干渉計によるレーザ光源の空間的コヒーレンスを評価するための光学配置図と所定のシェア量（＝ピンホール間の距離）にある２点からの光の干渉縞とその最大フリンジ強度Ｉ_max 、最小フリンジ強度Ｉ_min を模式的に示す。一般的に、空間コヒーレンスは、測定点であるピンホールの位置から見た光源の大きさと光
源の強度分布によって決まる。

本発明者等の実験において、狭帯域化レーザのビジビリティー測定結果と、その狭帯域化レーザを発振段レーザとし、不安定共振器増幅段レーザで増幅した場合の測定結果とを図７３に示す。半導体露光装置からシェア量Ａ以上でビジビリティーＶｔ以下の条件を満足することが要求されている。そして、通常、狭帯域化レーザ単体のビジビリティーはこの要求を満足している。しかし、この実験で、増幅段レーザに５倍の拡大率の不安定共振器を用いた場合、ビジビリティーＶｔ以下となるシェア量はＢまで拡大してしまった。Ｂ≒５×Ａであり、所望のビジビリティーＶｔ以下となるシェア量が不安定共振器の拡大率分増加したことになる。この理由は、図７１へレーザ部分を追記した図７２の配置図において、レーザ光源とピンホールの間に、凹面ミラーと凸面ミラーで組み合わせたビーム拡大光学系が配置された状態で空間的コヒーレンスを評価したことになる。この場合、ピンホールから見たときの光源の大きさは、ビームの拡大率分だけ小さくなる。したがって、同じビジビリティーＶｔ以下となるシェア量は拡大率分だけ大きくなる。

本発明者等は、増幅段レーザに不安定共振器を用いた場合、シェア量がその不安定共振器の倍率相当分拡大することに着目し、入力側ミラー、出力側ミラー共平面鏡を用いて光学拡大率１倍とした安定共振器を用いてＭＯＰＯシステムを構成して実験を行った。その結果、発振段レーザ単体すなわちｓｅｅｄ光と同等のシェア量Ａをこの共振器を用いたＭＯＰＯシステムで達成できることが分かった（図７３）。すなわち、本発明者等は、ＭＯＰＯシステムの増幅段レーザに不安定共振器を用いると、不安定共振器の光学拡大率分シェア量が拡大することを発見し、これを防止することが安定共振器を用いることによって可能なことを見い出した。後記するように、この点が本発明の１つの基礎である。

ここで、別の角度から、空間コヒーレンス及び不安定共振器を用いた場合にシェア量が拡大することに関する説明を行う。

図７４に、発振段レーザから放出されるレーザ光の断面（ビームプロファイル）を示す。ビームプロファイル内の距離Ａ１離れたレーザ光Ｐ１、Ｐ２’、及び、距離Ａ２離れたレーザ光Ｐ１、Ｐ２間の可干渉性を検討する。図７５に示すように、近い距離Ａ１にあるレーザ光Ｐ１、Ｐ２’の波の位相は揃っているか略等しい位相にある。しかし、互いの距離が離れていくに従い、波長は同じであっても少し波の位相がずれているために、比較的離れた距離Ａ２にあるレーザ光Ｐ１、Ｐ２は空間的に干渉し難くなる。すなわち、ピンホール間の距離が離れていると干渉縞のビジビリティーは小さくなる。

従来技術では、増幅段レーザ共振器が不安定共振器であった。不安定共振器は、図７８（ａ）に示すように、入力側凹面鏡と出力側凸面鏡からなるもので、ｓｅｅｄ光の断面を幾何光学的に拡大するタイプの共振器であるので、増幅段レーザも発振段レーザも略同じサイズの励起断面サイズ（放電断面サイズ）の場合、発振段レーザからのｓｅｅｄ光は、図７６に示すように、全体のビーム断面から半径Ａ３の一部のビーム部分が切り出されることになる。その切り出し断面内において、レーザ光Ｐ１とＰ３の距離は近づく程干渉縞のビジビリティーは高くなる。Ａ３の距離ではビジビリティーが低くても、Ａ４の距離になると、干渉縞のビジビリティーが高くなり、コヒーレンスが高くなる。

上記のように、従来の増幅段レーザ共振器は拡大系であったため、高コヒーレンスを維持したままレーザ光を拡大したことになる。その結果、増幅後のレーザ光Ｐ３が高コヒーレンスの特性を維持したまま、図７７に示すように、Ｐ３’の位置へ広がり、発振段レーザではＡ５の距離でコヒーレンスの仕様を満たしていても、増幅後では、不安定共振器によるｓｅｅｄ光のビームの拡大によって、その距離Ａ５を超えた距離Ａ６においても高い干渉性を維持しているので、低コヒーレンスの仕様を満たさないということが問題として
生じる。

図７８に、不安定共振器を用いた増幅段レーザの図７６と図７７で説明したｓｅｅｄ光の広がりの様子を示す。入力側凹面鏡の位置Ｚ１におけるレーザ光断面（図７８（ｂ））は図７６に相当し、出力側凸面鏡の位置Ｚ２におけるレーザ光断面（図７８（ｃ））は図７７に相当する。従来技術では、増幅段レーザ共振器が不安定共振器であった。不安定共振器は、図８１（ａ）に示すように、入力側シリンドリカル型の凹面鏡と出力側シリンドリカル凸面鏡からなるのもで、ｓｅｅｄ光の断面を幾何学的に縦方向に拡大するタイプの共振器の場合に関して説明する。発振段レーザからのｓｅｅｄ光は、図７９に示すように、ｓｅｅｄ光注入される断面において、レーザ光Ｐ１とＰ３の距離Ａ３（シェア量）におけるビジビリティーは、図８０に示す不安定共振器によって拡大された増幅段のビーム断面図においては、同じＰ１とＰ３の距離Ａ３（シェア量）でビジビリティーを計測すると高くなる。発振段と同等のビジビリティーの場合のレーザ光Ｐ１とＰ３’の距離Ａ４は、不安定共振器の拡大率分だけ長くなる。すなわち、空間的コヒーレンスが高くなることを意味している。

以上説明したように、従来のＭＯＰＯ方式をとる露光用２ステージレーザ装置においては、増幅段レーザに不安定共振器を用いていたため、空間コヒーレンスが不安定共振器でｓｅｅｄ光のビームが拡大される倍率の割合で、空間的な可干渉距離が長く、半導体露光装置用光源としては満足できるものではなかった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＭＯＰＯ方式の高安定性、高出力効率、細い線幅である利点を活かしつつ、空間コヒーレンスを低くした半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、
発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものが用いられ、増幅段レーザはファブリペローエタロン型共振器を備え、前記共振器は安定共振器を構成していることを特徴とするものである。

この場合に、共振器は、発振段レーザで発振されたレーザ光が入力される入力側ミラーと、増幅されたレーザ光が出力される出力側ミラーとからなり、入力側ミラーは、発振段レーザで発振されたレーザ光を共振器中に導入する領域外に全反射ミラーコーティングを有する全反射ミラーからなり、出力側ミラーは平面の部分反射ミラーからなることが望ましい。

また、入力側ミラーの基板の略中心部に、発振段レーザで発振されたレーザ光を共振器中に導入する形状の孔又はスリットが設けられているものとしてもよい。

また、入力側ミラーの基板を透明基板で構成し、その透明基板の表面の略中心部の発振段レーザで発振されたレーザ光を共振器中に導入する形状の領域又はその形状を含むスリット領域以外の周辺部に全反射ミラーコーティングが施されているものとしてもよい。

また、発振段レーザで発振されたレーザ光を、入力側ミラーの周辺又は全反射ミラーコーティングが施されていない周辺部から共振器中に導入するように構成されているものとしてもよい。

あるいは、共振器は、発振段レーザで発振されたレーザ光が入力される入力側ミラーと、増幅されたレーザ光が出力される出力側ミラーとからなり、入力側ミラーは部分反射ミラーからなり、出力側ミラーは平面の部分反射ミラーからなるものであってもよい。

また、発振段レーザで発振されたレーザ光を、入力側ミラーの周辺から共振器中に導入するように構成されているものとしてもよい。

また、発振段レーザの共振器の出力側ミラーと増幅段レーザの入力側ミラーとが同一基板の両側の面に形成されているように構成してもよい。

また、入力側ミラーは、平面ミラー、凹面鏡、あるいは、円筒凹面鏡から構成することができる。

あるいは、共振器は、発振段レーザで発振されたレーザ光が入力され、かつ、増幅されたレーザ光が出力される出力側ミラーと、リア側ミラーとからなり、出力側ミラーの基板を透明基板で構成し、増幅されたレーザ光が出力される領域が部分反射性を有するように構成されており、リア側ミラーは平面の全反射ミラーからなるものであってもよい。

また、共振器は、発振段レーザで発振されたレーザ光が入力され、かつ、増幅されたレーザ光が出力される出力側ミラーと、直角プリズムとからなり、出力側ミラーの基板を透明基板で構成し、増幅されたレーザ光が出力される領域が部分反射性を有するように構成されており、直角プリズムは入射光を全て反射する全反射直角プリズムからなるものであってもよい。

また、発振段レーザで発振されたレーザ光を、出力側ミラーの周辺又は部分反射性を有さない周辺部から共振器中に導入するように構成されているものとしてもよい。

また、出力側ミラーが部分反射ミラーであってもよい。

この場合に、発振段レーザで発振されたレーザ光を、出力側ミラーの周辺から共振器中に導入するように構成されているものとしてもよい。

また、出力側ミラーは、平面ミラー、凹面鏡、あるいは、円筒凹面鏡から構成することができる。

また、本発明の以上の露光用２ステージレーザ装置において、共振器は、発振段レーザで発振されたレーザ光が入力される入力側ミラーを部分反射鏡とし、入力側ミラーと出力側ミラーで構成し、その部分反射鏡を透過させて発振段レーザの出力光を共振噐へ入力するものであり、共振器の光軸と発振段レーザの光軸とを略一致させるようにしてもよい。

また、共振器は、全反射型リア側ミラーと出力側ミラーで構成し、リア側ミラーとリア側のレーザウインドの間であって、かつ、共振噐の光軸上にビームスプリッタを配置し、発振段レーザで発振されたレーザ光をそのビームスプリッタへ入射させ、そこから反射されるレーザ光の光軸を共振器の光軸と略一致させるようにしてもよい。

また、共振器は、全反射型リア側ミラーと出力側ミラーで構成し、そのリア側ミラーとフロント側のレーザウインドの間であって、かつ、共振噐の光軸上にビームスプリッタを配置し、発振段レーザで発振されたレーザ光をそのビームスプリッタへ入射させ、そこから反射されるレーザ光の光軸を共振器の光軸と略一致させるようにしてもよい。

また、共振器は、全反射型リア側ミラーと出力側ミラーで構成し、その共振器の外部であって、かつ、共振噐の光軸上に発振段レーザで発振されたレーザ光が入力されるビームスプリッタを配置し、発振段レーザで発振されたレーザ光をそのビームスプリッタへ入射させ、そこから反射されるレーザ光の光軸を共振器の光軸と略一致させて、かつ、出力側ミラーを透過させてレーザ光を入力するようにしてもよい。

また、発振段レーザのフロントミラーを部分反射鏡とし、発振段レーザで発振されたレーザ光が入力される共振器の入力側ミラーと共有化するようにしてもよい。

さらにまた、本発明の以上の露光用２ステージレーザ装置において、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定されているものとしてもよい。

さらに、増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定されているものとしてもよい。

また、発振段レーザと増幅段レーザとの間に、発振段レーザで発振されたレーザ光のビーム形状を圧縮する機能と、発振段レーザで発振されたレーザ光の発散を拡大する機能の少なくとも一方を有する変換光学系を備えているようにしてもよい。

また、増幅段レーザに入力されるレーザ光の発散が次の条件を満足することが望ましい。

θh ≧Ｔａｎ^-1［｛（Ｈa −Ｈs ）／２｝・（１／Ｌ）／（Ｐ・ｃ／Ｌ）］
＝Ｔａｎ^-1｛（Ｈa −Ｈs ）／（２・Ｐ・ｃ）｝
・・・（２）
θv ≧Ｔａｎ^-1［｛（Ｖa −Ｖs ）／２｝・（１／Ｌ）／（Ｐ・ｃ／Ｌ）］
＝Ｔａｎ^-1｛（Ｖa −Ｖs ）／（２・Ｐ・ｃ）｝
・・・（３）
ここで、θv 、θh はそれぞれ増幅段レーザに入力されるレーザ光の垂直方向、水平方向の発散角、Ｐ：実効パルス幅、ｃ：光速、Ｌ：共振器長、Ｖs 、Ｈs ：増幅段レーザに入力されるレーザ光の垂直方向、水平方向のビーム径、Ｖa 、Ｈa ：出力光の垂直方向、水平方向のビーム径である。

本発明のもう１つの露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーに放電電極を備えている露光用２ステージレーザ装置において、
前記発振段レーザの出力光は発散角を有するものであり、前記増幅段レーザは、前記発振段レーザ出力光の入力と増幅されたレーザ光の出力とを兼ねる部分反射ミラーと、該部分反射ミラーを経て入力されたレーザ光を反射させて前記増幅段レーザの放電電極の放電空間を透過させる第１の全反射ミラーと、前記増幅段レーザの第１の全反射ミラーにより前記放電空間を透過した光を前記放電電極の放電空間に再び透過させ、かつ、該部分反射ミラー位置へ戻す複数の全反射ミラーとを備えたリング型共振器を備え、該部分反射ミラーおよび前記複数の全反射ミラーは平面からなることを特徴とするものである。

この場合、前記増幅段レーザの該リング型共振器の光路は前記増幅段レーザの放電電極の放電方向と直交する平面内にあることが望ましい。

また、前記第１の全反射ミラーは、該部分反射ミラーを経て入力されたレーザ光を反射させて前記増幅段レーザの放電電極の長手方向に対して傾けて前記放電空間を透過させる全反射ミラーであり、前記複数の全反射ミラーは前記増幅段レーザの第１の全反射ミラーにより前記放電空間を透過した光を前記放電電極の長手方向に沿って放電空間に再び透過させ、かつ、該部分反射ミラー位置へ戻す複数の全反射ミラーであることが望ましい。

また、前記発振段レーザは、狭帯域レーザであることが望ましい。

また、発振段レーザと増幅段レーザとの間に、発振段レーザで発振されたレーザ光のビーム形状を圧縮する機能を有する変換光学系を備えているように構成してもよい。

また、リング型共振器の光路長が発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定されていることが望ましい。

本発明のさらにもう１つの露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、
増幅段レーザはファブリペローエタロン型共振器を備え、前記共振器は安定共振器を構成していて、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定されていることを特徴とするものである。

本発明のさらにもう１つの露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、
増幅段レーザはファブリペローエタロン型共振器を備え、前記共振器は安定共振器を構成していて、増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明のさらにもう１つの露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、
増幅段レーザはファブリペローエタロン型共振器を備え、前記共振器は安定共振器を構成していて、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定されており、かつ、増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明のさらにもう１つの露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、
前記増幅段レーザはリア側ミラーと出力側ミラーからなる共振器を備え、前記リア側ミラー及び出力側ミラーの反射面は平面で構成され、前記リア側ミラー及び前記出力側ミラーの法線が、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸に対して角度をなすように、かつ、相互に角度をなすように設定され、発振段レーザで発振された
レーザ光が両方のミラー間の距離がより長い側から前記共振器内に入力されることを特徴とするものである。

この場合に、発振段レーザで発振されたレーザ光が最初に入射するリア側ミラー又は出力側ミラーにおいて反射されたレーザ光が、両方のミラー間の距離がより短い側に反射されるように共振器を配置することが望ましい。

また、リア側ミラーと出力側ミラーが相互に０．０１ｍｒａｄ〜０．２ｍｒａｄの範囲の角度をなすように設定されていることが望ましい。

また、この場合も、増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定されていることが望ましい。

なお、以上の露光用２ステージレーザ装置において、発振段レーザで発振されたレーザ光を、共振器の側面の何れかの位置から共振器中に導入するように構成することもできる。

以上の本発明の露光用２ステージレーザ装置において、共振器を構成する各ミラーは、その各ミラーを共振器の光軸方向に対して略垂直方向に移動させることが可能なミラーホルダによって保持されているものとしてもよい。

また、以上の本発明の露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザに発振したレーザ光を狭帯域化する狭帯域化手段を備え、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ装置、ＡｒＦエキシマレーザ装置、フッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ装置として構成することができる。

あるいは、発振段レーザに発振したレーザ光の中１本の発振ラインを選択する波長選択手段を備えるフッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ装置として構成することができる。

あるいは、増幅段レーザの出力側に出力されるレーザ光の中１本の発振ラインを選択する波長選択手段を設けたフッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ装置として構成することができる。

本発明の露光用２ステージレーザ装置によると、発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものが用いられ、増幅段レーザはファブリペローエタロン型共振器を備え、その共振器は安定共振器を構成しているので、あるいは、発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものが用いられ、増幅段レーザは、入出力用の部分反射ミラーと、該部分反射ミラーを経て入力されたレーザ光を反射させて該部分反射鏡位置へ戻す複数の全反射ミラーとを備えたリング型共振器を備え、その部分反射ミラー及び複数の全反射ミラーは平面からなるので、ＭＯＰＯ方式の利点である、チャンバー間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が鈍感で、エネルギ安定性が高く、高出力効率であり、発振段レーザからのレーザ（ｓｅｅｄ）エネルギが小さくてよく、発振段レーザからのレーザパルスの後半部はラウンドトリップが多くなるためスペクトル線幅が狭く、この後半部の裾部分（ｔａｉｌ）を増幅できるため、線幅が細い特長に加えて、ＭＯＰＡ方式の利点である、空間コヒーレンスが低い、すなわち、ビーム横断方向のシェア量（ピンホール間隔）を同じとした場合、干渉縞のビジビリティーが低く空間的な可干渉性が低い特長を備える。

ここで、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定すれば、さらに空間的な可干渉性が低い特長を備える。

また、増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定すれば、あるいは、リング型共振器の光路長が発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定すれば、増幅段レーザから出力されるレーザ光のビームプロファイル上に発生する干渉縞パターンを抑制することができる。したがって、ビームプロファイルの対称性を維持し、変動を抑制することができる。そのため、露光装置のマスクへの照明の均一性を維持することができ、特に、半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置が得られる。

なお、発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものを使用することに限定されずに、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定することにより、ＭＯＰＯ方式の上記利点に加えて、空間的な可干渉性が低く、同様に半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置が得られる。

さらに、リア側ミラー及び出力側ミラーの反射面は平面で構成され、リア側ミラー及び出力側ミラーの法線が、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸に対して角度をなすように、かつ、相互に角度をなすように設定され、発振段レーザで発振されたレーザ光が両方のミラー間の距離がより長い側から共振器内に入力されるように構成することにより、上記の増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸を増幅段レーザの共振器の光軸と角度をなすように設定する場合の利点に加えて、レーザ出力の増大、パルス幅の伸長、増幅段レーザに入力されるレーザ光の注入の自由度の確保、発振段レーザのピーク強度の低下を図ることが可能になり、半導体露光装置用により適した２ステージレーザ装置が得られる。

本発明の露光用２ステージレーザ装置の基本構成の概略を示す図である。 本発明においてｓｅｅｄ光に要求される発散を定義するための図である。 増幅段レーザに用いる共振器のミラー構成の１例を示す図である。 増幅段レーザに用いる共振器のミラー構成の別の例を示す図である。 増幅段レーザに用いる共振器のミラー構成の別の例を示す図である。 増幅段レーザに用いる共振器のミラー構成の別の例を示す図である。 増幅段レーザに用いる共振器のミラー構成の別の例を示す図である。 増幅段レーザに用いる共振器のミラー構成の別の例を示す図である。 発振段レーザと増幅段レーザの間に介在させる変換光学系を説明するための図である。 変換光学系の１例を示す図である。 変換光学系の別の例を示す図である。 さらに別の変換光学系を用いた本発明の露光用２ステージレーザ装置を説明するための図である。 本発明の基本構成を備えた露光用２ステージレーザ装置の１つの構成例の全体構成図である。 図１３の露光用２ステージレーザ装置の具体的な１つの実施例の要部を示す図である。 図１４の構成の場合の低コヒーレンスのシェア量とビジビリティーの関係を示す図である。 増幅段レーザの入力側ミラーの１つの変形例を備えた露光用２ステージレーザ装置を説明するための図である。 増幅段レーザに用いる共振器の入力側ミラーの別の変形例を示す図である。 増幅段レーザに用いる共振器の入力側ミラーの別の変形例を示す図である。 増幅段レーザの入力側ミラーの別の変形例を備えた露光用２ステージレーザ装置を説明するための図である。 増幅段レーザの共振器の光軸とｓｅｅｄ光の光軸とが角度をなすときの動作原理を説明するための図である。 増幅段レーザの入力側ミラーのさらに別の変形例を備えた露光用２ステージレーザ装置を説明するための図である。 図１９の例において使用し得る入力側ミラーの変形例を示す図である。 図２０の例において使用し得る入力側ミラーの変形例を示す図である。 図２１の例において使用し得る入力側ミラーの変形例を示す図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置の別の実施例の要部を示す図である。 図２５に示す露光用２ステージレーザ装置を構成する増幅段レーザを示す図である。 ミラーホルダーの構成例を示す図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置の別の実施例の要部を示す図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置の増幅段レーザの別の構成例を示す図である。 図２９に示す増幅段レーザに使用する共振器のミラー構成例を示す図である。 増幅段レーザの共振器の入力側ミラーと出力側ミラーを非平行に配置する露光用２ステージレーザ装置の例の図１６と同様の図である。 所定の回数増幅段レーザの共振器中を往復して有効にレーザ出力として取り出し可能であるための条件を考えるための図である。 所定の回数増幅段レーザの共振器中を往復して有効にレーザ出力として取り出し可能であるための条件を考えるための別の図である。 所定の回数増幅段レーザの共振器中を往復して有効にレーザ出力として取り出し可能であるための条件を考えるためのさらに別の図である。 放電領域を逸脱せずに有効に出力側ミラーからレーザ出力として有効に取り出すために必要な入力側ミラー（リア側ミラー）位置におけるｓｅｅｄ光の注入位置と角度との関係を算出するための図である。 図３１の例において入力側ミラーのエッジを放電領域の端部と合致させた場合のチャンバーと反対側から見た図である。 入力側ミラーと出力側ミラーを平行配置、入力側ミラーのエッジを放電領域の端部と合致させた場合の有効に取り出し可能な領域の例を示す図である。 入力側ミラーを傾けた場合の有効に取り出し可能な領域の例を示す図である。 入力側ミラーと出力側ミラーを平行より非平行とした方がより高いレーザ出力が得られパルス幅が伸長することを説明するための図である。 増幅段レーザの共振器を構成する２枚の平面ミラーを非平行で構成する場合に傾き角度の関係を検討するための図である。 適正な傾きを得るための範囲を模式的に示す図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置の図２５の場合と同様にｓｅｅｄ光を入射させる場合の別の構成例を示す図である。 図３１の例において使用し得る入力側ミラーの変形例を示す図である。 図４３の入力側ミラーを用いときの図３１に対応する構成を示す図である。 図４２の例において使用し得る出力側ミラーの変形例を示す図である。 図４５の出力側ミラーを用いときの図４２に対応する構成を示す図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置の図２１の場合と同様にｓｅｅｄ光を入射させる場合の別の構成例を示す図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの共振器内のレーザ出射側と反対側からｓｅｅｄ光を注入する１実施例を示す上面図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの共振器内のレーザ出射側と反対側からｓｅｅｄ光を注入する別の実施例を示す上面図である。 ＣａＦ₂ のＰ偏光に対する反射特性を示す図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの共振器内のレーザ出射側と反対側からｓｅｅｄ光を注入する別の実施例を示す上面図とその場合のウィンドー部材の構成を示す図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの共振器内のレーザ出射側と反対側からｓｅｅｄ光を注入するさらに別の実施例を示す上面図とその場合のプリズムの構成を示す図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの出力側ミラーとチャンバーの間から注入する図４８に対応する実施例を示す上面図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの出力側ミラーとチャンバーの間から注入する図４９に対応する実施例を示す上面図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの出力側ミラーとチャンバーの間から注入する図５１に対応する実施例を示す上面図とその場合のウィンドー部材の構成を示す図である。 ｓｅｅｄ光を増幅段レーザの出力側ミラーとチャンバーの間から注入する図５２に対応する実施例を示す上面図である。 増幅段レーザのレーザチャンバー内に直接ｓｅｅｄ光を導く１実施例を示す上面図である。 増幅段レーザのレーザチャンバー内に直接ｓｅｅｄ光を導く別の実施例を示す上面図である。 増幅段レーザへ裏面注入方式でｓｅｅｄ光を導く実施例を示す上面図である。 入力側ミラー（リアミラーの反射率）と注入同期後のレーザ出力の関係を示す図である。 入力ミラーの裏面からｓｅｅｄ光を入力側ミラーに注入した場合のｓｅｅｄ光の注入角度θinと位置Ｘinに関して有効可能な領域を示す１例の図である。 増幅段レーザの共振器の中のビームスプリッタを介してｓｅｅｄ光を増幅段レーザ内へ導入する方式の実施例の上面図である。 増幅段レーザの共振器の中のビームスプリッタを介してｓｅｅｄ光を増幅段レーザ内へ導入する方式の別の実施例の上面図である。 ビームスプリッタにより出力側ミラーを透過させてｓｅｅｄ光を増幅段レーザ内へ注入する実施例を示す上面図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置の別の実施例の要部を示す図である。 本発明の露光用２ステージレーザ装置のさらに別の実施例の要部を示す図である。 増幅段レーザにリング型の共振器を用いる本発明の露光用２ステージレーザ装置の１実施例の概略構成を示す図である。 増幅段レーザにリング型の共振器を用いる本発明の露光用２ステージレーザ装置の別の実施例の概略構成を示す図である。 露光用２ステージレーザ装置において、干渉縞パターン発生の原理を説明するための図である。 増幅段レーザの共振器長Ｌの２倍の長さと干渉縞パターンのビジビリティーとの関係を示す図である。 所定のシェア量にある２点からの光の干渉縞とその最大フリンジ強度、最小フリンジ強度を模式的に示す図である。 レーザ部分を追記した図７１と同様の図である。 狭帯域化レーザのビジビリティー測定結果と、それを不安定共振器増幅段レーザで増幅した場合のビジビリティー測定結果と、安定共振器増幅段レーザで増幅した場合のビジビリティー測定結果とを示す図である。 発振段レーザから放出されるレーザ光の断面（ビームプロファイル）を示す図である。 ビームプロファイル内の異なる距離離れたレーザ光間の可干渉性を検討するための図である。 発振段レーザからのｓｅｅｄ光から一部のビーム部分を切り出す様子を示す図である。 従来の増幅段レーザ共振器でレーザ光を拡大した場合に増幅後のレーザ光が高コヒーレンスの特性を維持したまま広がる様子を示す図である。 不安定共振器を用いた増幅段レーザの図７６と図７７で説明したｓｅｅｄ光の広がりの様子をさらに示す図である。 図７６と同様の図である。 図７７と同様の図である。 不安定共振器を用いた増幅段レーザの図７９と図８０で説明したｓｅｅｄ光の広がりの様子をさらに示す図である。

まず、本発明の露光用２ステージレーザ装置の原理を説明する。

図７３を参照にして説明したように、発振段レーザと、その発振段レーザから発振されたレーザ光（ｓｅｅｄ光）を入力して増幅する増幅段であって入力側ミラーと出力側ミラーとからなる共振器を備えた増幅段レーザとからなるＭＯＰＯシステムにおいて、増幅段レーザの共振器を安定共振器で構成することにより、発振段レーザと同等の空間コヒーレンスの低コヒーレンス化が達成できることが分かった。

まず、本発明の露光用２ステージレーザ装置の基本構成の概略を図１に示す。本発明の露光用２ステージレーザ装置は、上記のように、ＭＯＰＯシステムであり、発振段レーザ（ＭＯ：Master Oscillator ）５０と、発振段レーザ５０で発振されたｓｅｅｄ光を入力して増幅してレーザ光を出力する増幅段レーザ（ＰＯ：Power Oscillator）６０とからなる。そして、増幅段レーザ６０は入力側ミラー（リア側ミラー）１と出力側ミラー（フロント側ミラー）２とからなるファブリペローエタロン型共振器を備えており、その間にレーザガスが充填されたチャンバー３が配置されている。さらには、チャンバー３内のレーザガスを励起して利得領域を形成する放電電極等を備えている。

また、発振段レーザ５０は、典型的には、例えば拡大プリズムとグレーティング（回折格子）によって構成されてなる狭帯域化モジュール５１内の光学素子が兼ねるリア側ミラーとフロントミラー５２とで構成されるレーザ共振器内にレーザガスが充填されたチャンバー５３を備え、チャンバー５３内のレーザガスを励起して利得領域を形成する放電電極等を備えて構成される。

また、発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０の間には、必須のものではないが、発振段レーザ５０から増幅段レーザ６０へ入力（入射）するｓｅｅｄ光のビーム断面積を縮小し
たり、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光の発散角を変換する変換光学系７０が配置されて構成される。

ここで、上記のように、本発明のレーザシステムにおいては、増幅段レーザ６０の入力側ミラー１と出力側ミラー２とからなる共振器を安定共振器で構成することにより、発振段レーザと同等の空間コヒーレンスの低コヒーレンス化を達成するものである。

レーザにおける安定共振器としては、凹面鏡の曲率半径を正、凸面鏡の曲率半径を負と定義し、入力側ミラー（リア側ミラー）１の曲率半径をＲ1 、出力側ミラー２の曲率半径をＲ2 、ミラー間隔（共振器長）をＬとするとき、
０≦（１−Ｌ／Ｒ1 ）（１−Ｌ／Ｒ2 ）≦１ ・・・（ａ）
を満足する共振器である。

このような安定共振器は、発振段レーザ５０に用いる共振器と同じような多モードを持つものであり、そのため、このような安定共振器を増幅段レーザ６０に用いることにより、発振段レーザ５０と同等の空間コヒーレンスの低コヒーレンス化が達成できるものと考えられる。

ただし、このような安定共振器を増幅段レーザ６０に用いるだけでは、安定共振器から増幅レーザ光が出力するときｓｅｅｄ光は安定共振器内で幾何光学的な拡大をしないので、増幅段レーザ６０におけるレーザガスの利得領域をｓｅｅｄ光で埋めて効率的な増幅を行わせることはできない。

そこで、本発明においては、発振段レーザ５０から発振されたｓｅｅｄ光として発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）を有するものを用いて、このｓｅｅｄ光の発散を利用して、安定共振器内で複数回反射する間にその発散するｓｅｅｄ光がレーザガスの利得領域を埋めるようにして、高効率で増幅を行わせる。

ここで、半導体露光装置用光源に用いるフッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等のガスレーザは、多モード発振をしており、一般に発振レーザ光はある程度発散するものであり、このようなガスレーザを発振段レーザ５０として用いると、増幅段レーザ６０に入力するｓｅｅｄ光は発散を持つことになる。ただし、後記のように、そのｓｅｅｄ光の発散角は光学系を介して制御可能であり、増幅段レーザ６０に入力するｓｅｅｄ光の発散角は所望の範囲に制御される。

そこで、ｓｅｅｄ光に要求される最低限の発散は、増幅段レーザ６０内でのパルス幅に依存して以下のように定義できる。

図２（ａ）に垂直断面図、図２（ｂ）に水平断面図を示すように、増幅段レーザ６０の共振器を入力側ミラー１と出力側ミラー２で構成し、その間にレーザガスが充填されたチャンバー３が配置され、チャンバー３内のレーザガスは、この例の場合、上部電極４と下部電極５との間の放電により励起され利得領域を形成する。そして、入力側ミラー１と出力側ミラー２の間にはアパーチャ（開口部）６が配置され、このアパーチャにより出力レーザ光のビームサイズが決まる。

入力側ミラー１側から入力するｓｅｅｄ光パルス幅持続時間内で複数回、増幅段レーザ６０の共振器内で反射して、利得領域（放電領域）を発散を持つｓｅｅｄ光で埋めることが可能である。よって、増幅段レーザ６０内での実効パルス幅Ｐのｓｅｅｄ光へは、以下の式で規定される垂直方向、水平方向の発散角θv 、θh が要求される。ただし、ここで、Ｐ：実効パルス幅、ｃ：光速、Ｌ：共振器長、Ｖs 、Ｈs ：ｓｅｅｄ光の垂直方向、水
平方向ビーム径、Ｖa 、Ｈa ：増幅光の垂直方向、水平方向ビーム径、である。ただし、ビーム径は強度がピーク強度の１／ｅ² の位置でのビーム径とする。

θh ≧Ｔａｎ^-1［｛（Ｈa −Ｈs ）／２｝・（１／Ｌ）／（Ｐ・ｃ／Ｌ）］
＝Ｔａｎ^-1｛（Ｈa −Ｈs ）／（２・Ｐ・ｃ）｝
・・・（２）
θv ≧Ｔａｎ^-1［｛（Ｖa −Ｖs ）／２｝・（１／Ｌ）／（Ｐ・ｃ／Ｌ）］
＝Ｔａｎ^-1｛（Ｖa −Ｖs ）／（２・Ｐ・ｃ）｝
・・・（３）
ここで、θv 、θh はそれぞれ増幅段レーザに入力されるレーザ光の垂直方向、水平方向の発散角、Ｐ：実効パルス幅、ｃ：光速、Ｌ：共振器長、Ｖs 、Ｈs ：増幅段レーザに入力されるレーザ光の垂直方向、水平方向のビーム径、Ｖa 、Ｈa ：出力光の垂直方向、水平方向のビーム径である。

例えば、Ｖs ＝１０ｍｍ、Ｖa ＝１６ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍで、実効パルス幅（実際に増幅段レーザ６０内に注入されるレーザパルス幅）Ｐ＝１０ｎｓの場合、１ｍｒａｄ≦θv 、また、Ｈs ＝１ｍｍ、Ｈa ＝３ｍｍ、Ｌ＝１０００ｍｍで、実効パルス幅Ｐ＝１０ｎｓの場合、０．３ｍｒａｄ≦θh の発散を持つｓｅｅｄ光が必要となる。

ところで、上記の検討では、増幅段レーザ６０の共振器の入力側ミラー１、出力側ミラー２共に平面鏡で構成するものとしたが、ｓｅｅｄ光の発散を利用して利得領域を埋めるためには、出力側ミラー２は最初に反射するミラーであるので平面鏡（Ｒ2 ＝∞）であることが必要である。これに対して、入力側ミラー１は、平面鏡のみならず、上記式（ａ）を満足する範囲、すなわち、Ｌ≦Ｒ1 を満たす範囲の曲率半径の凹面鏡であってもよい。

上記式（２）と（３）を満たす場合には、図２（ａ）、（ｂ）に示す通り、発振段レーザ５０からの狭帯域化レーザ光が増幅段レーザ６０内でその発散効果によりその利得領域（放電領域）を満たす。発振段レーザ５０からのレーザ光で満たされた領域は、発振段レーザ５０のスペクトル特性を引き継いで誘導放出が行われるので、増幅段レーザ６０は、発振段レーザ５０と同様の特性を有する狭帯域レーザスペクトルで発振する。

ここで、図３〜図８に増幅段レーザ６０に用いる共振器のミラー構成のいくつかの例を示す。これら各図において、（ａ１）は入力側ミラー１の入力側から見た正面図、（ａ２）は縦断面図、（ａ２’）は横断面図、（ａ３）は裏面図であり、（ｂ１）は出力側ミラー２の入力側から見た正面図、（ｂ２）は断面図である。なお、（ａ２）に付された矢印はｓｅｅｄ光の入力方向、（ｂ２）に付された矢印は出力レーザ光の出力方向を示す。

図３の例は、入力側ミラー１は平面基板で構成し、その中心部にｓｅｅｄ光を導入する円形孔７を設け、その平面基板の裏面（出力側）に高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施し、表面（入力側）に反射防止コーティング９を施すか何らコーティングを施さず、出力側ミラー２は平面基板で構成し、その平面基板の表面（入力側）に部分反射ミラーコーティング１０を施し、裏面（出力側）に反射防止コーティング１１を施して構成している。

なお、入力側ミラー１の基板のｓｅｅｄ光入力側の面にウェッジを付けて（入射光に対して垂直ではない傾いた面にして）ｓｅｅｄ光がその面で反射して発振段レーザ５０で戻らないようにしてもよい。以下の例でも同じ。また、出力側ミラー２の平面基板にウェッジを付けて反射防止コーティング面からの微弱な裏面反射が共振器内へ戻らないようにしてもよい。以下の例でも同じ。

図４の例は、入力側ミラー１は平面基板で構成し、その中心部にｓｅｅｄ光を導入する縦長の孔７’を設け、その平面基板の裏面（出力側）に高反射率のミラーコーティング８を施し、表面（入力側）に反射防止コーティング９を施すか何らコーティングを施さず、出力側ミラー２は平面基板で構成し、その平面基板の表面（入力側）に部分反射のミラーコーティング１０を施し、裏面（出力側）に反射防止コーティング９を施して構成している。この例の縦長の孔７’は、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光、あるいは、発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０との間に介される変換光学系７０で変形されたｓｅｅｄ光の入力側ミラー１の断面形状に略等しい形状と寸法の孔である。

図５の例は、入力側ミラー１は透明の平面基板で構成し、その平面基板の裏面（出力側）に、中心部の縦長の領域７”を除いて高反射率のミラーコーティング８を施し、その表面（入力側）と裏面の縦長の領域７”に反射防止コーティング９を施すか何らコーティングを施さず、出力側ミラー２は平面基板で構成し、その平面基板の表面（入力側）に部分反射のミラーコーティング１０を施し、裏面（出力側）に反射防止コーティング１１を施して構成している。この例は、ｓｅｅｄ光導入用の孔７’を基板に設ける（図４）の代わりに、高反射率のミラーコーティング８に孔７”を設ける例である。

図６の例は、入力側ミラー１は図３の場合と同様に構成し、出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０に変形を加えたものであり、出力側ミラー２は平面基板で構成し、その平面基板の表面（入力側）に中心部では比較的反射率の低い部分反射のミラーコーティング１０’を施し、その周辺の部分反射のミラーコーティング１０は相対的に高い反射率のミラーコーティングとした例である。この例において、比較的反射率の低い部分反射のミラーコーティング１０’を施す部分は、入力側ミラー１の円形孔７から導入されたｓｅｅｄ光が入力側ミラー１と出力側ミラー２の間で反射を繰り返さないで直接入射する部分であり、利得領域をｓｅｅｄ光が通過する距離が短い分増幅されたレーザ光は弱いので、この部分の反射率を比較的低くしている。

一般に、出力側ミラー２に施される部分反射のミラーコーティングは、レーザ出力が最大となるような最適な反射率が存在する。出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０の反射率を最適な反射率とすると、良好なレーザ出力効率を得ることはできる。しかし、上記したように、ｓｅｅｄ光が利得を得る距離の関係で、出力ビーム形状の中心部のエネルギが小さくなり、レーザ光断面（放電方向）の出力分布は不均一になる。

本例における出力側ミラー２のコーティングは、このような出力分布ができるだけ均一になるように出力側ミラー２の中心部におけるミラーコーティング１０’とその周辺部におけるミラーコーティング１０とで反射率を変えたものである。両コーティング共レーザ出力が最大となる最適な反射率にはならないことが多く、レーザ出力効率の点では多少不利となる。しかしながら、出力されるレーザビーム断面の出力分布は良好となる。

ここで、上記した例では、出力側ミラー２の中心部におけるミラーコーティング１０’の反射率に比較して、その周辺部におけるミラーコーティング１０の反射率が高くなるように設定されているが、これに限るものではない。

上記した最大レーザ出力が得られないときの反射率は、当然ながら上記最適反射率より大きいか若しくは小さい。すなわち、上記した最大レーザ出力より小さい所定のレーザ出力が得られるときのミラーコーティングの反射率は複数存在する。よって、上記した例において、出力側ミラー２の中心部におけるミラーコーティング１０’の反射率に比較して、その周辺部におけるミラーコーティング１０の反射率が低くなるように設定しても、上記の例と同等の効果を得られる場合もある。

図７、図８の例は、入力側ミラー１、出力側ミラー２は図４の場合と同様である。ただし、入力側ミラー１の基板の裏面（出力側）の面形状を平面でなく円筒凹面にした例であり、図７の場合はその円筒凹面の母線が垂直方向（縦長の孔７’の長手方向）を向いており、図８の場合はその円筒凹面の母線が水平方向（縦長の孔７’の長手方向に垂直な方向）を向いている例である。ただし、何れの例の場合も、その円筒凹面の曲率半径は、前記のＬ≦Ｒ1 の条件を満足するように設定されている。

図３〜図８は増幅段レーザ６０に用いる共振器のミラー構成の例であり、これらに限定されるものではなく、それらの組み合わせや変形も当然ある。例えば、入力側ミラー１の高反射率のミラーコーティング８を施す面を球面凹面としてもよい。

また、入力側ミラー１の出力側表面全域に部分反射のミラーコーティングを施してもよい。この場合、図３の例のような円形孔７や、図５の例のような反射防止コーティング９を施した孔７”を設ける必要がなく、製作が容易である。ただし、ｓｅｅｄ光の一部が入射時に反射されて増幅段レーザ６０に注入されないので、ｓｅｅｄ光の利用効率は低くなる。

次に、発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０の間に配置される変換光学系７０について説明する。上記したように、この変換光学系７０は必要に応じて介在させるものであり、主として２つの機能の何れかあるいは両方を行うものである。

一般に、増幅段レーザ６０に入力するｓｅｅｄ光のエネルギ密度が小さすぎる場合は、増幅段レーザ６０で十分な増幅度を得ることが困難となる。そのような場合には、図９に示すように、変換光学系７０を介在させてｓｅｅｄ光のビーム径を縮小してエネルギ密度を増大させてから増幅段レーザ６０に入力するようにすることが望ましい。

このようなｓｅｅｄ光のビーム径縮小光学系としては、図１０に示すようなビーム径縮小プリズム７１、７２を用いる光学系がある。この場合、プリズム７１、７２は三角屈折プリズムからなり、入射側の平面に垂直に入力光を入射させると、入射側の平面を略垂直に透過し、射出側の斜面で屈折して紙面内の断面が縮小する。したがって、このようなプリズム７１、７２を複数、望ましくは偶数個用いることにより、１次元方向（縦方向あるいは横方向）又は２次元方向（縦方向及び横方向）のｓｅｅｄ光のビーム径を縮小させてエネルギ密度を増大させることができる。

また、ｓｅｅｄ光のビーム径縮小光学系としては、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような望遠光学系を用いた光学系を用いてもよい。図１１（ａ）の場合は、焦点距離のより長い正レンズ７３と焦点距離がそれより短い正レンズ７４とを共焦点で配置してなる光学系であり、焦点距離の比分ビーム径が縮小される。また、図１１（ｂ）の場合は、焦点距離のより長い正レンズ７５と焦点距離がそれより短い負レンズ７６とを同様に共焦点で配置してなる光学系であり、この場合も焦点距離の比（絶対値）分ビーム径が縮小される。

変換光学系７０の１つの機能は、上記のようなｓｅｅｄ光のビーム径を縮小してエネルギ密度を増大させることであるが、もう１つの機能は、発振段レーザ５０から出力されたｓｅｅｄ光の発散が前記の式（２）、（３）の関係を満足しない場合に、増幅段レーザ６０に入力するｓｅｅｄ光の発散角θv 、θh を式（２）、（３）を満足するように拡大することである。そのような目的、すなわち、ｓｅｅｄ光の発散角θv 、θh の微調が必要な場合は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような望遠光学系を用いて、正レンズ７３、７４間の距離、正レンズ７５、負レンズ７６間の距離を調節することにより実現できる。

ところで、半導体露光装置用光源に用いるフッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ、ＫｒＦエキシマ
レーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等のガスレーザは、放電電極５４、５５間の放電によりレーザガスを励起して利得領域を形成しているため、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光の断面形状は縦に細長い形状をしている（放電電極５４、５５が上下に配置されているため）。ｓｅｅｄ光の断面が縦に細長い形状の場合、水平方向の発散は前記の式（２）の関係を満足しやすいが、垂直方向の発散は小さくなり、前記の式（３）の関係を満足しないことがある。そのような場合は、図１２（ａ）に示すように、発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０の間に介在させる変換光学系７０として、図１２（ｂ）に三面図を示すような母線が水平方向にある円筒凹面７８を持ち、垂直方向にのみ負の屈折力を持ち、垂直方向に発散作用をし、水平方向には屈折力を持たない負シリンドリカルレンズ７７を用いる。このような変換光学系７０を介在させることにより、増幅段レーザ６０に入力するｓｅｅｄ光の垂直方向、水平方向の発散角θv 、θh が共に前記の式（２）、（３）の関係を満足するようにすることができる。

次に、以上のような本発明の基本構成を備えた露光用２ステージレーザ装置の１つの構成例を図１３の全体構成図を参照にして説明する。

本発明に基づくＭＯＰＯシステムがフッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ装置のとき、発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０共にそれぞれのチャンバー５３、３は、フッ素（Ｆ₂ ）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファーガスとからなるレーザガスが充填される。このＭＯＰＯシステムがＫｒＦエキシマレーザ装置のときには、発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０共にそれぞれのチャンバー５３、３は、クリプトン（Ｋｒ）ガス、フッ素（Ｆ₂ ）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファーガスとからなるレーザガスが充填され、このＭＯＰＯシステムがＡｒＦエキシマレーザ装置のときには、発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０共にそれぞれのチャンバー５３、３は、アルゴン（Ａｒ）ガス、フッ素（Ｆ₂ ）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファーガスとからなるレーザガスが充填される。発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０共に、レーザチャンバー５３、３は内部にそれぞれ一対の放電電極５４と５５、４と５からなる放電部を有している。これら放電部は紙面と平行方向に上下に設置されている一対のカソード電極５５、５、アノード電極５４、４からなる。これらの一対の電極５４と５５、４と５にそれぞれ電源５６、１６から高電圧パルスが印加されることにより、これら電極間で放電が発生する。

発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０共にチャンバー５３、３内に設置された一対の電極５４と５５、４と５の光軸延長上両端に、ＣａＦ₂ 等の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ィンドー部材５７、１７がそれぞれ設置されている。ここでは、両ウィンドー部材５７、１７のチャンバー５３、３内とは反対側の露出面は互いに平行に、そして、レーザ光に対して反射損失を低減するためにブリュースタ角で設置されている。また、レーザ光のＰ偏光成分が水平方向になるよう、ウィンドー部材５７、１７は設置されている。

また、図１３には図示されていないクロスフローファンがチャンバー５３、３内に設置されており、レーザガスをチャンバー５３、３内で循環させ、放電部にレーザガスを送り込んでいる。また、発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０共に、チャンバー５３、３へＦ₂ ガス、バッファーガスを供給するＦ₂ ガス供給系、バッファーガス供給系、及び、チャンバー５３、３内のレーザガスを排気するガス排気系が本装置に備わっている。図１３では、これらをまとめて、ガス供給排気用制御バルブ５８、及び、ガス供給排気用制御バルブ１８として図示してある。なお、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、各々Ｋｒガス供給系、Ａｒガス供給系も備える。チャンバー５３、３内ガス圧力はそれぞれ圧力センサーＰ１、Ｐ２によってモニタされ、それらガス圧力情報はユーティリティコントローラ８１へ送られる。そして、ユーティリティコントローラ８１がガス供給配給制御バ
ルブ５８、１８を制御し、発振段チャンバー５３並びに増幅段チャンバー３内ガス組成、ガス圧力がそれぞれ制御される。

レーザ出力はガス温度によって変化する。そのために、ガス温調制御が行われている。ガス温度は、それぞれのチャンバー５３、３に設置された温度センサーＴ１、Ｔ２によってモニタされ、それら温度信号はユーティリティコントローラ８１へ送られる。そして、ユーティリティコントローラ８１は、それぞれ冷却水流量制御バルブ５９、１９によって冷却水流量を制御する。その結果、チャンバー５３、３内のそれぞれ熱交換器３４、４４の排熱量がそれぞれ制御され、そして温度が制御される。

発振段レーザ５０は、拡大プリズムとグレーティング（回折格子）によって構成された狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）５１を有し、この狭帯域化モジュール５１内の光学素子とフロントミラー５２とでレーザ共振器を構成している。又は、図示していないが、拡大プリズム、グレーティングの代わりに、エタロンと全反射ミラーを用いた狭帯域化モジュールを用いてもよい。

発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０から放出されたレーザ光の一部は、図示されていないビームスプリッタによって分岐され、それぞれモニターモジュール３５、４５に導光される。モニターモジュール３５、４５はそれぞれ発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０の出力、線幅そして中心波長等のレーザ光特性をモニタする。図１３では、発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０の両方にモニターモジュール３５、４５が設置されているが、どちらか一方のみの設置でもよい。

モニターモジュール３５、４５からの中心波長の信号は、波長コントローラ８２に送られる。そして、波長コントローラ８２は、ドライバ８３により狭帯域化モジュール５１内の光学素子を駆動させて波長を選択して、発振段レーザ５０の中心波長が所望の波長になるよう波長制御する。なお、上記した波長制御を、増幅段レーザ６０から放出されるレーザ光の一部が導光されるモニターモジュール４５からの波長情報に基き、発振段レーザ５０から放出されるレーザ光の波長が所定の波長となるように、波長コントローラ８２からドライバ８３に指令を出して行うことも可能である。

モニターモジュール３５、４５からのレーザ出力信号は、エネルギコントローラ８４へ送られる。そして、同期コントローラ８５を経由し、印加電圧が制御され、発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０のエネルギが所望の値になるよう制御される。モニターモジュール４５の出力信号を図の（１）のようにエネルギコントローラ８４に送ってもよいが、（１）の代りに、露光装置１００側に図示されていない出力モニターを設け、そこでの出力を（２）のようにエネルギコントローラ８４に送ってもよい。

発振段レーザ５０からのレーザ光（ｓｅｅｄレーザ光）はモニターモジュール３５を通過した後、反射ミラー等を含むビームステアリングユニット８６を通過し、変換光学系７０を通過した後、増幅段レーザ６０へ導かれ、注入される。変換光学系７０は所定の発散角で発振段レーザ光（ｓｅｅｄ光）が増幅段レーザ６０へ注入されるよう、発振段レーザ５０の発散角を所定の値に制御する前記のような機構を有している。本発明のＭＯＰＯ方式では、小入力でも増幅できるように、増幅段レーザ６０には、入力側ミラー（リア側ミラー）１と出力側ミラー（フロント側ミラー）２とで構成された安定型共振器が採用される。入力側ミラー１には孔７（図３）が開いており、この孔７を通過したレーザが図１３の矢印のように反射し、また、注入されたｓｅｅｄレーザ光を拡大し、放電部を有効に通過し、レーザ光のパワーが増大する。そして、出力側ミラー２よりレーザが出射される。

入力側ミラー１の孔７は空間的に開いているのではなく、孔部のみ反射防止コーティン
グが施されたミラー基板を用いてもよい（図５）。

発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０の各々一対の放電電極５４と５５、４と５には、それぞれ、充電器３１／スイッチ３２／ＭＰＣ（磁気パルス圧縮回路）３３によって構成された電源５６、そして、充電器４１／スイッチ４２／ＭＰＣ（磁気パルス圧縮回路）４３によって構成された電源１６より、高電圧パルスが印加され、上記電極５４と５５、４と５間で放電が生じる。この放電により、それぞれレーザチャンバー５３、３内に充填されたレーザガスが励起される。

それぞれの電源５６、１６において、充電器３１、４１によりコンデンサが充電される。コンデンサに充電されたエネルギは、スイッチ３２、４２がＯＮ状態になると、電圧パルスとして磁気パルス圧縮回路３３、４３に転送され、パルス圧縮され、上記した一対の電極５４と５５、４と５に印加される。図示を省略したが、電源５６、１６は昇圧トランスをさらに備え、電圧パルスを昇圧する場合もある。

スイッチ３２、４２のＯＮ、ＯＦＦは、同期コントローラ８５からの動作指令（トリガ信号）によってなされる。

同期コントローラ８５は、発振段レーザ５０から放出されるレーザ光が増幅段レーザ６０に注入されるタイミングで、増幅段レーザ６０において放電が発生するように、充電器３１／スイッチ３２／ＭＰＣ（磁気パルス圧縮回路）３３によって構成された電源５６、そして、充電器４１／スイッチ４２／ＭＰＣ（磁気パルス圧縮回路）４３によって構成された電源１６にトリガ信号を送出する。発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０の放電のタイミングがずれると、発振段レーザ５０から放出されるレーザ光は効率良く増幅されない。同期コントローラ８５は、それぞれ放電検出器３６、４６からの発振段レーザ５０及び増幅段レーザ６０の放電開始の情報、そして、エネルギコントローラ８４からのレーザ出力情報を得、発振段レーザ５０の電源５６に送出するトリガ信号と増幅段レーザ６０の電源１６に送出するトリガ信号との間の遅延時間を設定する。

ユーティリティコントローラ８１、エネルギコントローラ８４、そして、波長コントローラ８２はメインコントローラ８０と接続されている。また、メインコントローラ８０は露光装置１００と接続している。メインコントローラ８０は露光装置１００から指令に従い、各コントローラ８１、８４、８２に制御分担を振り分け、その指令によって各コントローラ８１、８４、８２は分担する制御を行う。

また、発振段レーザ５０から放出されたレーザ光は、増幅段レーザ６０の放電領域を通過するように、ミラー２枚からなるビームステアリングユニット８６によってアライメントされる。ビームステアリングユニット８６を構成する２枚のミラーは、ドライバ８７により駆動されて角度制御され、発振段レーザ５０から放出されるレーザ光の進行方向を制御する。

このビームステアリングユニット８６の具体的な制御は、次のようになる。例えば、発振段レーザ５０から放出されたレーザ光の進行方向が、増幅段レーザ６０の放電領域を通過するようにアライメントされていないとする。その場合、発振段レーザ５０から放出されたレーザ光の一部若しくは全てが、例えば増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって遮光されたり、所望でない方向に反射されたりして、増幅段レーザ６０からレーザ光が放出されなかったり、レーザパワーが所望の値より小さくなる。そこで、増幅段レーザ６０から放出されるレーザ光の出力をモニタモジュール４５でモニタしながら、この出力が最大となるようにビームステアリングユニット８６を制御する。すなわち、図１３においては、モニタモジュール４５でモニタされた結果が波長コントローラ８２に送られる。波長
コントローラ８２は、モニタモジュール４５から受け取ったレーザビームの出力結果に基づき、その出力が最大となるようにドライバ８７に指令して、ビームステアリングユニット８６を駆動制御して、発振段レーザ５０から放出されるレーザ光の進行方向を制御する。

このような構成の露光用２ステージレーザ装置の具体的な１つの実施例の要部を図１４に示す。図１４はその要部の上面図（ａ）と側面図（ｂ）であり、発振段レーザ５０、増幅段レーザ６０として波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用い、増幅段レーザ６０の共振器は、図３の平面の入力側ミラー１と平面の出力側ミラー２とからなるもの用いている。発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光は２枚のミラーからなるビームステアリングユニット８６を用いて増幅段レーザ６０の共振器の孔７が開いた入力側ミラー１へ注入される。入力側ミラー１の反射面（チャンバー３側の面）には全反射コーティングが施されている。そして、出力側ミラー２は部分反射ミラーである。ここで、孔７の直径は約２ｍｍ（＝Ｖs ＝Ｈs ）、また、増幅段レーザ６０の放電サイズはＨa ＝１６ｍｍ、Ｖa ＝３ｍｍ、そして、共振器長Ｌは約１ｍである。また、発振段レーザ５０の実効注入パルス幅Ｐ＝２０ｎｓである。

この構成にて、図１５に示すような低コヒーレンスのデータ（シェア量とビジビリティーの関係）が得られた。ただし、図１５中には、本実施例（本発明共振器）の場合の図７３と同様の図の他、発振段レーザ５０（オシレータ）からのシェア量とビジビリティーの関係、従来の不安定共振器を用いた場合のシェア量とビジビリティーの関係を示してある。

上記条件では、水平方向の発散角θh は、０．０５ｍｒａｄ＜θh 、垂直方向の発散角θv は、１．２ｍｒａｄ＜θv の条件を満たす必要がある。上記実施例の発振段レーザ５０の水平方向の発散角θh は１ｍｒａｄ、垂直方向の発散角θv は３ｍｒａｄであり、前記の条件式（２）、（３）を満たしている。そのため、この実施例では、変換光学系７０は省いてある。

この結果から、従来の不安定共振器ＭＯＰＯを用いたレーザシステムと同等の線幅、エネルギ安定性を持ちながら、従来のＭＯＰＡを用いたレーザシステムと同等の低コヒーレンスを実現することができることが分かった。

ところで、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光の増幅段レーザ６０の共振器への導入方法には、以上の図３〜図８のように、入力側ミラー１の中心部にｓｅｅｄ光を導入する孔７、７’を設けたり、入力側ミラー１にコーテングする高反射率ミラーコーティング８の中心部に孔７”を設ける方法、あるいは、入力側ミラー１の出力側表面全域に部分反射のミラーコーティングを施す方法等があるが、それ以外の変形例を以下に示す。

図１６はその１例の要部を示す図であり、その（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は増幅段レーザ６０の入力側ミラー１をそのチャンバー３側から見た図である。この例では、増幅段レーザ６０の入力側ミラー１を２枚の高反射率（全反射）の矩形の平面ミラー１₁ 、１₂ を同一面で並列させ、そのエッジ間に隙間２１を形成して構成する例であり、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の幅よりその隙間２１の間隔が狭くなるように２枚の平面ミラー１₁ 、１₂ を配置している。すなわち、２枚の平面ミラー１₁ 、１₂ で間にスリット２１を形成して、その間からｓｅｅｄ光２３を導入する。２枚の平面ミラー１₁ 、１₂ の高反射率ミラー面は同一平面内にあるようにしているため、２枚の平面ミラー１₁ 、１₂ の機能としては、スリットを持つ１枚ミラーと同じである。この例は、図４の入力側ミラー１と同じ機能を２枚の高反射率のミラー１₁ 、１₂ によって実現している。このような構成によっても、従来の不安定共振器を用いた
ＭＯＰＯと同等の線幅、エネルギ安定性、そして、従来のＭＯＰＡを用いたレーザシステムと同等の低コヒーレンスを実現することができる。

図１６の例では、入力側ミラー１を２枚の高反射率（全反射）の矩形の平面ミラー１₁ 、１₂ を同一面で並列させ、そのエッジ間に隙間２１を形成して構成したが、入力側ミラー１を図５の構成における中心部の縦長の領域７”を、図１６の例における隙間２１と同等のスリット状に変形してもよい。その例を図１７、図１８に示す。

図１７、図１８において、（ａ）は入力側ミラー１の出力側（チャンバー３側）から見た正面図、（ｂ）は縦断面図である。また、（ｃ）、（ｄ）は、入力側ミラー１と放電領域２２との位置関係を示す図であり、かつ、入力側ミラー１の出力側から見た図である。

図１７、図１８の例は、入力側ミラー１をＣａＦ₂ 等の紫外光透過平面基板で構成し、その平面基板の出力側面（図１７（ａ））に、中心部のスリット状領域並びに周縁部を除いて高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施し、入力側面及び出力側面の中心部のスリット状領域２１並びに周縁部に反射防止コーティング９を施したものである。図１７は、平面基板の形状が矩形状であり、図１８は、平面基板の形状が円形状である例である。

図１６に用いられる入力側ミラー１（図１６（ｃ））は、蒸着時のミラー保持のため、ミラー端面（周縁部）までのコーティングは困難である。そして、ＣａＦ₂ 等の基板端部を精度良く直角な面に加工することは容易ではない。通常、製作時に端部に欠けが生じてしまう。そして、端部まで端部欠けなく高反射率（全反射）コーティング８がなされないと、反射率の低い端部がロスの原因となり、発振効率が落ちる。

これに対して、図１７、図１８のような入力側ミラー１を、図１６（ａ）、（ｂ）で示すレーザ装置に用いれば、高反射率（全反射）コーティング８の端部処理が容易になり、ｓｅｅｄ光２３と増幅段レーザ６０内での増幅レーザ光との境界部まで高反射率コーティング８を施すことが可能となる。

図１７、図１８に示す入力側ミラー１の大きさは、図１７（ｃ）、（ｄ）、及び図１８（ｃ）、（ｄ）に示すように、反射防止コーティング９を施した中心部のスリット状領域２１の長手方向の長さが、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の長手方向の長さより長くなる大きさであることが望ましい。

すなわち、入力側ミラー１はレーザチャンバー３の外部に設置されているため、放電電極４、５間の距離がより大きくなるように変更する場合でも、反射防止コーティング９を施した中心部のスリット状領域２１の長手方向の大きさの範囲内であれば、レーザチャンバー３からのレーザ光は、入力側ミラー１からはみ出すことがない。

ここで、図１７（ｃ）、図１８（ｃ）は、反射防止コーティング９を施した中心部のスリット状領域２１の長手方向が、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の長手方向と略一致する場合を示す。また、図１７（ｄ）、図１８（ｄ）は、反射防止コーティング９を施した中心部のスリット状領域２１の長手方向が、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の長手方向と略直交する場合を示す。

なお、図１７、図１８に示す入力側ミラー１において、平面基板の入力側面及び出力側面の中心部のスリット状領域２１並びに周縁部には反射防止コーティング９を施さなくてもよい。このような構成にすることにより、コーティング（高反射率（全反射）のミラー
コーティング８）を施す部分が２箇所ですみ、かつ、反射防止コーティング９がないため、コーティングの劣化がない分入力側ミラー１のレーザ光に対する耐久性を向上させることができる。

また、図１６に示すレーザ装置の例では、全反射ミラー１（図１６（ｃ）、図１７、図１８）及び部分反射ミラー２は平面ミラーとしたが、これに限定されることはなく、両ミラー１、２が安定共振器を構成すればよい。

図１９は、もう１つの例の要部を示す図１６と同様の図である。この例では、増幅段レーザ６０の入力側ミラー１を１枚の高反射率（全反射）で孔のない平面ミラーで構成する例であり、その１枚の入力側ミラー１は発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光に対して水平方向に偏心して配置されて、入力側ミラー１のエッジが増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２内又は放電領域２２近傍に位置するように配置されている。そのエッジに接するようにその外側からｓｅｅｄ光２３を導入する。この配置においては、増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光プロファイルに穴が生じる（ビーム中央部に光強度の弱いところができる）ことを防止することができる。なお、入力側ミラー１と出力側ミラー２の光軸に対してｓｅｅｄ光２３の光軸をわずかに傾けてｓｅｅｄ光が放電領域を満たすようにしてもよい。

本発明者等は、実験を行った結果、特に、入力側ミラー１と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃをわずかに傾けてｓｅｅｄ光が放電領域を満たすように注入することにより、さらに低コヒーレンス化が可能となり、効率良く増幅段レーザ６０において増幅発振されることを発見した。

この理由は、以下のように考えられる。図２０に、入力側ミラー１と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃがわずかに傾くように構成して、増幅段レーザ６０の放電領域２２の端部からｓｅｅｄ光２３を入射させた場合の増幅段レーザ６０の動作原理図を示す。ここで、図２０（ａ）は、増幅段レーザ６０の共振器の上面図、図２０（ｂ）は、増幅段レーザ６０の共振器の側面図を示す。

図２０（ａ）の上面図に示すように、発振段レーザ５０（図１９参照）から出力される狭帯域化されたｓｅｅｄ２３光は、入力側ミラー（全反射ミラー）１の端部を通過し、放電領域２２の側面から増幅段レーザ６０に注入される。このｓｅｅｄ光２３は、その光軸Ｃが増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対してわずかに傾いた角度α（例えば、約０．５ｍｒａｄ）に設定された状態で入射し、放電領域２２において増幅され、出力側ミラー（部分反射ミラー）２に入射する。出力側ミラー２に入射した増幅されたレーザ光の一部は、出力側ミラー２を透過してレーザ光Ｋ１として出力される。また、出力側ミラー２に入射した増幅されたレーザ光の一部は出力側ミラー２によって反射される。

この反射光は、再び放電領域２２を通過して増幅され、入力側ミラー１に入射後反射され、再び放電領域２２に戻され増幅される。そして、増幅されたレーザ光は出力側ミラー２に入射し、一部は透過してレーザ光Ｋ２として出力され、一部は放電領域の方へ反射される。このような共振を繰り返すことにより増幅段レーザ６０の出力としてレーザ光Ｋ３が出力される。ここで、出力側ミラー２へのｓｅｅｄ光２３の入射角、入力側ミラー１及び出力側ミラー２への増幅光の入射角及び反射角は、増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対して角度αとなる。なお、図２０（ａ）には、出力レーザ光Ｋ１〜Ｋ３の強度分布も模式的に示してある。

このようにして、ｓｅｅｄ光２３は、図２０（ａ）の上面図に示すように、出力側ミラー（部分反射ミラー）２と入力側ミラー（全反射ミラー）１との間をジグザグに多重反射
する。この状態は、出力側ミラー２に複数の点光源（Ｓ１、Ｓ２及びＳ３）を設けたと同等の効果を生む。空間的コヒーレンスは、光源の大きさが大きくなると低くなることから、入力側ミラー１と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃがわずかに傾くように構成すると、結果的に増幅段レーザ６０において、空間的コヒーレンスの低いレーザ光の増幅発振が可能となったと推測される。

なお、図２０に示す増幅段レーザ６０の共振器では、出力されるレーザ光Ｋ１、Ｋ２及びＫ３の出射位置が相互にずれているため（図２０の例では、水平方向に所定間隔でずれる。その所定間隔の例としては、約１ｍｍ）、出射側ミラー２から出力されるレーザ光のプロファイル（エネルギ分布）がトップハット（矩形波状の分布）に近くなる。そのため、レーザ光面内のエネルギ密度がガウシアンビームの場合よりも低くなる。その結果、増幅段レーザ６０の共振器内光学素子（例えば、ウインドー部材１７、入力側ミラー１及び出力側ミラー２）、及び、増幅段レーザ６０から出力されたレーザ光を整形するための光学素子（露光用２ステージレーザ装置と露光装置を接続するビームデリバリーユニット内に設置されている全反射ミラー、ビームエキスパンダ等）に与えるダメージを低減することができる。

なお、ｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃに対する増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄの傾き角度α（ｒａｄ）としては、増幅段レーザ６０の共振器長をＬとするとき、
０．０００５≦２αＬ≦０．００１５ ・・・（４）
の関係を満足することが望ましい。以下の、他の形態の場合も同じ。

また、詳細説明は後述するが、増幅段レーザ６０の共振器による光路差（レーザ光Ｋ１とＫ２の間あるいはＫ２とＫ３の間の光路差）を、発振段レーザ５０から出力される狭帯域化されたｓｅｅｄ光２３のスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くすることにより、Ｋ１、Ｋ２及びＫ３のレーザ光は互いに干渉せず、増幅段レーザ６０から出力されたレーザ光のビームプロファイル上に干渉縞が発生しなくなる。そのため、出力されたレーザ光のビームプロファイルの対称性は向上し、その変動も抑制することができる。これにより、露光装置でのマスク及び露光対象（例えばウエハ）上での均一照明が可能となる。

さらに、上記のように増幅用レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃをわずかに傾くようにして、ｓｅｅｄ光２３を放電領域２２に注入することにより、ｓｅｅｄ光２３の発散角が小さくても、増幅段レーザ６０の放電領域２２内をｓｅｅｄ光２３又はその増幅光で満たすことが可能となる。これにより、増幅共振による増幅段レーザ６０の発振が可能となる。

本実施例では、入力側ミラー１及び出力側ミラー２は平面ミラーとしたが、これに限定されることはなく、両ミラーが安定共振器を構成すればよい。例えば、入力側ミラー１又は出力側ミラー２を円筒凹面鏡にすることによってさらなる空間的コヒーレンスの低減が可能となる。すなわち、円筒凹面鏡の母線方向と放電方向の中心軸が略一致するように円筒凹面鏡を配置すると、共振モードが増えるため、放電方向に対して垂直な方向に対してさらなる空間コヒーレンスの低減が可能となる。

図２１は、さらにもう１つの例の要部を示す図１６と同様の図である。この例では、増幅段レーザ６０の入力側ミラー１を１枚の高反射率（全反射）で孔のない平面ミラーで構成する例であり、その１枚の入力側ミラー１は発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光に対して垂直方向に、図の場合は上方へ偏心して配置されている。そして、その偏心配置された入力側ミラー１の偏心方向とは反対側のエッジに接するようにその外側からｓｅｅｄ光２３を導入する。この配置においては、増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光プロファ
イルに穴が生じる（ビーム中央部に光強度の弱いところができる）ことを防止することができる。なお、入力側ミラー１と出力側ミラー２の光軸に対してｓｅｅｄ光２３の光軸をわずかに傾けてｓｅｅｄ光が放電領域を満たすようにしてもよい。前記したように、このように構成することにより、さらに低コヒーレンス化が可能となり、効率良く増幅段レーザ６０において増幅発振される。

図１９、図２１の例では、入力側ミラー１を高反射率（全反射）で孔のない平面ミラー１枚で構成したが、それぞれ図２２、図２３、図２４のチャンバー３側から見た図（ａ）と断面図（ｂ）に示すように、ＣａＦ₂ 等の紫外光透過平面基板の出力側面のｓｅｅｄ光入射領域には反射防止コーティング９を施し、残りの領域には高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施してそれぞれの入力側ミラー１を実現するようにしてもよい。すなわち、図１６〜図２１に用いられる入力側ミラー１は、蒸着時のミラー保持のため、ミラー端面までのコーティングは困難である。そして、ＣａＦ₂ 等の基板端部を精度良く直角な面に加工することは容易ではない。通常、製作時に端部に欠けが生じてしまう。そして、端部まで端部欠けなく高反射率（全反射）コーティング８がなされないと、反射率の低い端部がロスの原因となり、発振効率が落ちる。図２２、図２３、図２４のような入力側ミラー１を用いれば、高反射率（全反射）コーティング８の端部処理が容易になり、ｓｅｅｄ光２３と増幅段レーザ６０内での増幅レーザ光との境界部まで高反射率コーティング８を施すことが可能となる。

ここで、図２３の（ｃ）及び（ｄ）は、図１９若しくは図２１に示す２ステージレーザ装置に適用した場合の入力側ミラー１と放電領域２２との位置関係を示す図であり、入力側ミラー１の出力側（ｓｅｅｄ光２３の入力側）から見た図である。ここで、図２３（ｃ）は、高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した領域のミラー周縁部側ではない側の端部の方向が、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の長手方向と略一致する場合を示す。また、図２３（ｄ）は、高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した領域のミラー周縁部側ではない側の端部の方向が、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の長手方向と略直交する場合を示す。図２３（ｃ）及び（ｄ）では、放電領域２２に対して、入力側ミラー１の高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した領域が交わる領域Ｘと入力側ミラー１の反射防止コーティング９を施した領域が交わる領域Ｙの面積割合は少なくとも、Ｘ＜Ｙであることが望ましい。この理由は、Ｘ＞Ｙの場合、増幅段レーザ６０の発振光が発振段レーザ５０に戻るため、発振段レーザ５０の光学素子（特にフロントミラー５２）に損傷を与え、さらに、発振段レーザ５０のフロントミラー５２から出力されるレーザ出力（ｓｅｅｄ光２３の出力）の低下を招くためである。

図２２、図２３、図２４に示す入力側ミラー１の大きさは、例えば図２３（ｃ）、（ｄ）に示すように、高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した領域のミラー周縁部側ではない側の端部の長さが、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２の長手方向の長さより長くなる大きさであることが望ましい。

すなわち、入力側ミラー１はレーザチャンバー３の外部に設置されているため、放電電極４、５間の距離がより大きくなるように変更する場合でも、高反射率（全反射）のミラーコーティング８及び反射防止コーティング９を施した領域のミラー周縁部側ではない側の端部の長さの範囲内であれば、レーザチャンバー３からのレーザ光は、入力側ミラー１からはみ出すことがない。

なお、図２２、図２３、図２４に示す入力側ミラー１において、平面基板の高反射率（全反射）のミラーコーティング８以外の部分は反射防止コーティング９を施さなくてもよい。このような構成にすることにより、コーティング（高反射率（全反射）のミラーコー
ティング８）を施す部分が１箇所ですみ、かつ、反射防止コーティング９がないため、コーティングの劣化がない分入力側ミラー１のレーザ光に対する耐久性を向上させることができる。

前記した２ステージレーザ装置の構成例は、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０に注入される際、増幅段レーザ６０の共振器を構成するミラーの一方のミラー（入力側ミラー１）からｓｅｅｄ光２３が注入され、他方のミラー（出力側ミラー２）からｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力されるものであった。以下の実施例では、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が注入されるミラーとｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力されるミラーとが兼用されている場合の構成について説明する。

図２５に、出力側ミラー２から発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３を入射させる場合の構成例を示す。図２５は、発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０の側面図である。狭帯域化モジュール５１を有する狭帯域化発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３は、２個の４５度直角プリズム１０１及び１０２により順に反射され、増幅段レーザ６０の共振器を構成する一方のミラーである出射側ミラー（部分反射ミラー）２に入射する。出射側ミラー２の入射面においてｓｅｅｄ光２３はわずかに反射されるものの、大部分は出射側ミラー２を透過して増幅段レーザ６０へ注入される。注入された前記ｓｅｅｄ光２３は、増幅段レーザ６０の放電電極４、５によって形成される放電領域２２を通過し、増幅段レーザ６０の共振器を構成する他方のミラーであるリア側ミラー（全反射ミラー）１１１によって反射され、再び放電領域２２を通過後、出力側ミラー２より出力される。

本構成においても、先に説明した通り、前記式（２）と（３）を満たすような発散を有するｓｅｅｄ光２３を増幅段レーザ６０へ注入するようにしてもよい。さらには、リア側ミラー１１１と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃをわずかに傾けてｓｅｅｄ光が放電領域を満たすように注入することにより、さらに低コヒーレンス化が可能となり、効率良く増幅段レーザ６０において増幅発振される。

図２６に、図２５の構成例において、リア側ミラー１１１と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃがわずかに傾くように構成して、増幅段レーザ６０の放電領域２２の端部からｓｅｅｄ光２３を入射させた場合の増幅段レーザ６０を示す。ここで、図２６（ａ）は、増幅段レーザ６０の共振器の上面図、図２６（ｂ）は、増幅段レーザ６０の共振器の側面図を示す。

図２６（ａ）の上面図に示すように、発振段レーザ５０から出力される狭帯域化されたｓｅｅｄ２３光は２個の４５度直角プリズム１０１及び１０２により順に反射され（図２５参照）、増幅段レーザ６０の共振器を構成する一方のミラーである出射側ミラー２に入射する。出射側ミラー２の入射面においてｓｅｅｄ光２３はわずかに反射されるものの（図に破線で示す。）、大部分は出射側ミラー２を透過する。透過したｓｅｅｄ光２３は放電領域２２の側面から増幅段レーザ６０に注入される。

このｓｅｅｄ光２３は、その光軸Ｃが増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対して、わずかに傾いた角度αに設定された状態で入射し、放電領域２２において増幅され、リア側ミラー１１１に入射し、全反射する。この反射光は、再び放電領域２２を通過して増幅され、増幅されたレーザ光の一部は出射側ミラー（部分反射ミラー）２を透過して、レーザ光Ｋ１として出力される。増幅されたレーザ光の残りは出射側ミラー２により反射されて放電領域２２に戻され増幅される。

そして、再びリア側ミラー１１１に入射し、全反射する。この反射光は再び放電領域２２を通過して増幅され、増幅されたレーザ光の一部は出射側ミラー（部分反射ミラー）２
を透過して、レーザ光Ｋ２として出力される。増幅されたレーザ光の残りは出射側ミラー２により反射されて放電領域２２に戻され増幅される。このような共振を繰り返すことにより増幅段レーザ６０の出力としてレーザ光Ｋ３が出力される。

ここで、出力側ミラー２へのｓｅｅｄ光２３の入射角、リア側ミラー１１１及び出力側ミラー２への増幅光の入射角及び反射角は、増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対して角度αとなる。このようにして、ｓｅｅｄ光２３は、図２６（ａ）の上面図に示すように、出力側ミラー（部分反射ミラー）２とリア側ミラー（全反射ミラー）１１１との間をジグザグに多重反射する。このようにして、図２０の動作原理図を用いて説明したときと同様の原理で空間的コヒーレンスの低減を実現できる。なお、出力側ミラー（部分反射ミラー）２の反射率は、例えば３０％である。この場合、ｓｅｅｄ光２３の増幅段レーザ６０への入射効率は７０％となる。

この方式の利点は、増幅段レーザ６０の共振器を構成するリア側ミラー１１１及び出力側ミラー２に、図１７、図１８、図２２、図２３、図２４に示すような部分的なコーティングを施す必要なく、全面に均一にコーティングした状態で使用できる。このため、ミラーの製作が簡単で安価となり、コーティングの品質が高く耐久性が向上する。また、出力側ミラー（部分反射ミラー）２の反射率が高く、ｓｅｅｄ光２３の注入効率が悪くなる場合は、注入部の部分にコーティングを施さないようにしもよい。

本実施例では、リア側ミラー１１１及び出力側ミラー２は平面ミラーとしたが、これに限定されることはなく、両ミラーが安定共振器を構成すればよい。例えば、リア側ミラー１１１又は出力側ミラー２を円筒凹面鏡にすることによってさらなる空間的コヒーレンスの低減が可能となる。すなわち、円筒凹面鏡の母線方向と放電方向の中心軸が略一致するように円筒凹面鏡を配置すると、共振モードが増えるため、放電方向に対して垂直な方向に対してさらなる空間コヒーレンスの低減が可能となる。

また、増幅段レーザ６０の共振器内部におけるレーザ光のエネルギは、増幅後出力側ミラー２より出力されるレーザ光のエネルギよりも高くなる。そのため、リア側ミラー１１１及び出力側ミラー２のレーザ光に対する耐久性が問題となる。そこで、この課題を解決すために、これらミラーの使用部分を定期的に移動させて使用することによって、耐久性を大幅に向上させることができる。そのための構成例を図２７に示す。

図２６（ａ）の矢印Ｅ及びＦ方向から見たリア側ミラー１１１、出力側ミラー２をそれぞれ保持するミラーホルダを図２７に示す。図２７（ａ）は、リア側ミラー１１１側（図２６（ａ）のＥ側）から見た移動ステージ付きミラーホルダ２１０を示す。また、図２７（ｂ）は、出力側ミラー２側（図２６（ａ）のＦ側）から見た移動ステージ付きミラーホルダ２１１を示す。これらの移動ステージ付きミラーホルダ２１０及び２１１は、増幅段レーザ６０の共振器を固定するための図示しないプレートに固定されている。

ここで、リア側ミラー１１１を保持するミラーホルダ２１０について説明する。リア側ミラー１１１はミラーホルダ部２０６に固定されており、このミラーホルダ部２０６は、ミラーホルダガイド２０４及び２０５を介して、ミラーホルダステージプレート２０３に移動可能に固定されている。ミラーホルダ部２０６は、ミラーホルダガイド２０４及び２０５によって光軸が変化せずに水平方向（図２７（ａ）に示す矢印方向）に対して移動可能となっている。

ミラーホルダガイド２０４及び２０５が設けられている側と直角をなす側のミラーホルダステージプレート２０３の一端部には、雌ねじ部が設けられたスクリュー固定用プレート２０２が設けられている。この雌ねじ部に雄ねじ部を有するノブ付きスクリュー２０１
が保持される。ノブ付きスクリュー２０１の先端部にはボール２１２が固定されている。このボール２１２がミラーホルダ部２０６の側面部と接触するように、ノブ付きスクリュー２０１がねじ込まれる。

一方、ミラーホルダガイド２０４及び２０５が設けられている側と直角をなす側のミラーホルダステージプレート２０３の他端部には、バネ固定部材２０８が設けられている。このバネ固定部材２０８にバネ２０９の一端が固定されている。また、バネ２０９の他端部がミラーホルダ部２０６に設けられた突起部２０７に挿入されている。バネ２０９は、その弾性力がミラーホルダ部２０６が前記ノブ付きスクリュー２０１の先端部に固定されたボール２１２に押しつけられるように作用するように、構成設置されている。なお、ミラーホルダ部２０６に設けられた突起部２０７は、ノブ付きスクリュー２０１と略同軸上の位置に設けられる。

このような構成において、ノブ付スクリュー２０１を回転させることにより、リア側ミラー１１１を、光軸が変化しないように水平移動させることができる。出射側ミラー２を保持するミラーホルダ２１１の構成も、ミラーホルダー２１０と同様である。

ここで、このミラーホルダ２１０、２１１のノブ付スクリュー２０１が増幅段レーザ６０の同じ側面に位置し、それらのメインテナンス側が同じ方向に位置するようにするために、ミラーホルダ２１０とミラーホルダ２１１の構成は、図２７のＸＸ軸を通る紙面に垂直な面に対して面対称になるように構成することが望ましい。

図２７に示す例の場合、出力レーザ光２１３は、ミラーホルダ２１０及びミラーホルダ２１１を用いてリア側ミラー１１１、出力側ミラー２を移動させることにより、同じミラー１１１、２をそれぞれ３回使用することができ、ミラーの寿命を３倍伸ばすことが可能となる。この例では、ミラーホルダ部２０６が一方向のみ移動する例を示したが、これに限定されることなく、２軸のステージ上にミラーホルダ部２０６を設置するようにしてもよい。また、この例では、リア側ミラー１１１、出力側ミラー２の光軸調整時に必要なミラーの傾き調整機構の図示は省略したが、ミラーホルダ２０６に設置するようにしてもよい。

次に、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が注入されるミラーとｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力されるミラーとが兼用されている場合のもう１つの実施例について、図２８を用いて説明する。

図２８に示す増幅段レーザ６０は、図２６に示した増幅段レーザ６０に換えて、図２５に示す２ステージレーザ装置の増幅段レーザ６０として用いられるものである。図２６に示した増幅段レーザ６０との構成上の相違点は、図２６の増幅段レーザ６０に設置されている共振器のリア側ミラー（全反射ミラー）１１１の代わりに、全反射直角プリズム（ルーフプリズム）１０３を用いて光を折り返す光学素子を使用した場合の例を示すものであり、その他の構成要素は、図２６に示すものと同様である。

すなわち、図２８は、図２５の構成例において、全反射直角プリズム１０３と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃがわずかに傾くように構成して、増幅段レーザ６０の放電領域２２の端部からｓｅｅｄ光２３を入射させた場合の増幅段レーザ６０を示すものである。ここで、図２８（ａ）は、増幅段レーザ６０の共振器の上面図、図２８（ｂ）は、増幅段レーザ６０の共振器の側面図を示す。

したがって、本構成においても、全反射直角プリズム１０３と出力側ミラー２の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃをわずかに傾けてｓｅｅｄ光が放電領域を満たすように
注入しているので、先に説明した通り、さらに低コヒーレンス化が可能となり、効率良く増幅段レーザ６０において増幅発振される。

図２８（ａ）の上面図に示すように、発振段レーザ５０から出力される狭帯域化されたｓｅｅｄ光２３は２個の４５度直角プリズム１０１及び１０２により順に反射され（図２５参照）、増幅段レーザ６０の共振器を構成する一方の光学素子である出力側（部分反射ミラー）２に入射する。出射側ミラー２の入射面においてｓｅｅｄ光２３はわずかに反射されるものの（図に破線で示す。）、大部分は出射側ミラー２を透過する。透過したｓｅｅｄ光２３は放電領域２２の側面から増幅段レーザ６０に注入される。

このｓｅｅｄ光２３は、その光軸Ｃが増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対してわずかに傾いた角度αに設定された状態で入射し、放電領域２２において増幅され、全反射直角プリズム１０３の面１０３₁ 及び面１０３₂ でフレネルの全反射（臨界角以上の入射角での反射）によって全反射される。

ここで、本実施例は以下の点で、図２６の実施例と作用が異なる。すなわち、この全反射直角プリズム１０３は入射したレーザ光を面１０３₁ 及び面１０３₂ で２回全反射するので、出力されるレーザ光は入射方向と反対方向へ反転する。この反転したレーザ光が再び放電領域２２を通過することにより増幅される。増幅されたレーザ光の一部は出射側ミラー（部分反射ミラー）２を透過して、レーザ光Ｋ１として出力される。増幅されたレーザ光の残りの光は出射側ミラー２により反射されて放電領域２２に戻され増幅される。

そして、再び全反射直角プリズム１０３に入射し、全反射する。この全反射されたレーザ光は再び反転して、再度放電領域２２を通過して増幅され、増幅されたレーザ光の一部は出射側ミラー（部分反射ミラー）２を透過して、レーザ光Ｋ２として出力される。増幅されたレーザ光の残りは出射側ミラー２により反射されて放電領域２２に戻され増幅される。このような共振を繰り返すことにより増幅段レーザ６０の出力としてレーザ光Ｋ３が出力される。

ここで、出力側ミラー２へのｓｅｅｄ光２３の入射角、全反射直角プリズム１０３及び出力側ミラー２への増幅光の入射角及び反射角はαとなる。このようにして、ｓｅｅｄ光２３は、図２８（ａ）の上面図に示すように、出力側ミラー（部分反射ミラー２）と全反射直角プリズム１０３との間をジグザグに多重反射する。このようにして、図２０の動作原理図を用いて説明したときと同様の原理で、空間的コヒーレンスの低減を実現できる。

図２８で説明した実施例においては、図２６で説明した先の実施例と同等の効果に加え、さらに以下の効果が得られる。本実施例では、全反射直角プリズム１０３によってレーザ光は反転して折り返される。そのため、放電領域２２である増幅ゲインの縦方向（放電方向）の増幅強度分布に不均一が発生した場合においても、放電領域２２の上部領域と下部領域を共に通過するので、出力されるレーザ光は縦方向に対して対称性及び安定性が改善される。

具体的例としては、レーザの発振繰り返し数が高くなると（例えば、３０００〜４０００Ｈｚ）では、放電電極４、５間の放電により音響波による定在波が発生し、縦方向（放電方向）に増幅ゲイン分布及び屈折率の不均一が発生する。これに対し、全反射直角プリズム１０３によってレーザ光を反転して再び増幅させることにより、増幅後のレーザ光の均一性、対称性、安定性を維持することが可能となる。また、この反転によってさらなる低コヒーレンス化が可能となる。なお、このような効果を得るには、全反射直角プリズム１０３の反射面１０３₁ と１０３₂ の稜線（屋根面の稜線）は、放電方向に対して略垂直な方向に向ける必要がある（図２８（ｂ）参照）。

この実施例において、全反射直角プリズム１０３の入射面に反射防止膜コートを施してもよいし、付けなくてもよい。ただし、この全反射直角プリズム１０３の入射面は、増幅共振器及びｓｅｅｄ光の光軸Ｃに対して寄生発振を抑制するために、出力側ミラー２の反射面に対して傾ける必要がある。

以上の２ステージレーザ装置の構成例は、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０に注入される際、増幅段レーザ６０の共振器を構成するミラーの一方のミラー（入力側ミラー１）からｓｅｅｄ光２３が注入され、他方のミラー（出力側ミラー２）からｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力されるものであった。また、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が注入されるミラーとｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力されるミラーとが兼用されているものであった。これらの構成例は、何れの場合も、ｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０の共振器を構成するミラーの一方のミラーに入射して透過後、直ぐに放電領域２２を通過するものであった。

図２９、図３０を用いて、以下に説明する実施例では、増幅段レーザ６０の共振器を構成するミラーの一方のミラー（入力側ミラー１）からｓｅｅｄ光２３が注入され、他方のミラー（出力側ミラー２）からｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力される例の変形例である。すなわち、ｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０の入力側ミラー１に入射して透過後、放電領域２２以外の領域を通過して、出力側ミラー２に到達して反射後、その反射光が放電領域２２を通過する例である。

この実施例は、放電領域２２からみれば、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が注入されるミラーとｓｅｅｄ光２３が増幅されたレーザ光が出力されるミラーとが兼用されている場合と同様となる。すなわち、ｓｅｅｄ光２３は放電領域２２の出力側から入射し、増幅され、出力される。

図２９に増幅段レーザ６０の構成例を示す。ここで、図２９（ａ）は、増幅段レーザ６０の共振器の上面図、図２９（ｂ）は、増幅段レーザ６０の共振器の側面図を示す。

本実施例における入力側ミラー１の構成は、図３０（ａ）の図２９（ａ）の矢印Ｅ方向から見た図に示す通り、図２２、図２３、図２４に示す入力側ミラー１と同様の構成である。すなわち、ＣａＦ₂ 等の紫外光透過平面基板のｓｅｅｄ光２３入射領域には反射防止コーティング９を施し、残りの領域には高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施す。

一方、出力側ミラー２の構成は、図３０（ｂ）の図２９（ａ）の矢印Ｆ方向から見た図に示す通りであり、ＣａＦ₂ 等の紫外光透過平面基板のｓｅｅｄ光２３入射領域には高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施し、残りの領域には部分反射のミラーコーティング１０を施す。

図２９において、発振段レーザ５０（図１９若しくは図２１参照）から出力されたｓｅｅｄ光２３は、入力側ミラー１の透過部（反射防止コーティング９を施した領域）から入射し透過して、増幅段レーザ６０の放電領域２２ではない領域を透過し、出力側ミラー２の全反射部（高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した領域）に入射して、放電領域２２へ全反射される。

ここで、図２９に示す増幅段レーザ６０においては、共振器の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃを角度αだけわずかに傾くように構成されている。

したがって、本構成においても、共振器の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃをわずかに傾けてｓｅｅｄ光が放電領域を満たすように注入しているので、先に説明した通り、さらに低コヒーレンス化が可能となり、効率良く増幅段レーザ６０において増幅発振される。

出力側ミラー２の全反射部に入射して、放電領域２２へ全反射されたｓｅｅｄ光２３は、放電領域２２を通過して増幅され、入力側ミラー１の全反射部（高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した領域）に入射し、全反射する。

この反射光は、再び放電領域２２を通過して増幅され、出力側ミラー２の部分反射部（部分反射のミラーコーティング１０を施した領域）に入射する。出力側ミラー２の部分反射部に入射した増幅されたレーザ光の一部は、出力側ミラー２を透過して、レーザ光Ｋ１として出力される。また、残りの光は反射されて放電領域２２に戻される。

この放電領域２２に戻された反射光は、再び放電領域２２を通過して増幅される。そして、入力側ミラー１の全反射部に入射し、全反射する。この反射光は再び放電領域２２を通過して増幅される。そして、増幅されたレーザ光は出力側ミラー２の部分反射部ミラー２に入射する。出力側ミラー２の部分反射部に入射した増幅されたレーザ光の一部は、出力側ミラー２を透過して、レーザ光Ｋ２として出力される。また、残りの光は反射されて放電領域２２に戻される。このような共振を繰り返すことにより増幅段レーザの出力としてＴ３が出力される。

ここで、出力側ミラー２へのｓｅｅｄ光２３の入射角、入力側ミラー１及び出力側ミラー２への増幅光の入射角及び反射角は、増幅段レーザ６０の共振器の光軸Ｄに対して角度αとなる。

このようにして、ｓｅｅｄ光２３は、図２９（ａ）の上面図に示すように、出力側ミラー２と入力側ミラー１との間をジグザグに多重反射する。

この実施例の利点は、ｓｅｅｄ光２３を効率良く注入することができる点にある。図３０（ａ）に、図２９（ａ）の矢印Ｅ方向から見た入力側ミラー１と放電領域及びｓｅｅｄ光２３の位置関係を示す。また、図３０（ｂ）に、図２９（ａ）の矢印Ｆ方向から見た出力側ミラー２と放電領域及びｓｅｅｄ光２３の位置関係を示す。

この実施例では、ｓｅｅｄ光２３は入力側ミラー１の透過部から増幅段レーザ６０の放電領域２２からやや離れた位置から入射する。ここで、Ｅ方向（図２９（ａ）参照）から見たとき、放電領域２２は入力側ミラー１の全反射部と重なり、放電領域２２の端部と全反射部の端部とが略一致する配置となっている（図３０（ａ））。また、Ｆ方向（図２９（ａ）参照）から見たとき、出力側ミラー２の全反射部と部分反射部との境界線と放電領域２２の端部とが略一致し、放電領域２２は部分反射部と重なるように配置されている（図３０（ｂ））。

また、入力側ミラー１の透過部と出力側ミラー２の部分反射部にコーティング１０をしない場合は、以下の３つの利点がある。すなわち、
（１）両ミラー１、２は共通化が可能となる。

（２）両ミラー１、２の製作も容易となる。

（３）出力側ミラー２の部分反射部に部分反射膜（コーティング１０）がないために、コーティングの劣化がない分耐久性が向上する（部分反射のミラーコーティング１０がな
くとも、フレネル反射により部分反射ミラーとなる。）。

なお、図２０の例や図２９の例のように、入力側ミラー１からｓｅｅｄ光２３を、共振器の光軸Ｄに対してｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃが角度αだけわずかに傾くように注入する場合にも、高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施した入力側ミラー１の代わりに、図２８の構成において用いた全反射直角プリズム（ルーフプリズム）１０３を用いるようにしてもよい。

ところで、図２０、図２６、図２９の例のように、増幅段レーザ６０の共振器を構成する平面の入力側ミラー１あるいはリア側ミラー１１１と平面の出力側ミラー２の光軸Ｄに対して、ｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃがわずかに傾くように構成して、増幅段レーザ６０の放電領域２２の端部からｓｅｅｄ光２３を入射させる場合に、例えば出力側ミラー２に対して、入力側ミラー１あるいはリア側ミラー１１１を適切に傾けることにより、低コヒーレンスの特性を維持したまま、レーザシステムとしてより効率的な運転が可能であることを見出した。この点を以下に説明する。

まず、ｓｅｅｄ光２３の注入条件の自由度について検討してみる。例えば、典型的に、図１９の配置と類似する図３１の配置において、増幅段レーザ６０の入力側ミラー（又は、リア側ミラー）１と出力側ミラー２との距離を共振器長としてこれをＬとする。また、増幅に効く実効的な放電領域２２の幅を、図１９（ａ）の断面においてはＷx ｍｍ、（ｂ）の断面においてはＷy ｍｍとする。

ここで、ｓｅｅｄ光２３の入力側ミラー１位置での位置と角度に着目し、所定の回数増幅段レーザ６０の共振器（入力側ミラー１と出力側ミラー２）中を往復して有効にレーザ出力として取り出し可能であるための条件を考える。例えば図３２に増幅段レーザ６０の共振器と放電領域２２の放電方向と垂直な方向（ｘ方向）の模式的な断面図に示すように、ｓｅｅｄ光２３が入力側ミラー（リア側ミラー）１の高反射率コートが施されている部分に入射してしまう場合は、どんな角度を持っていようとも入力側ミラー（リア側ミラー）１で反射されてしまう。したがって、レーザ出力として有効に取り出すことは不可能となる。

次に、入力側ミラー（リア側ミラー）１のエッジ部に近接した位置から入射する場合を考える。このとき、入射する角度が浅すぎる（出力側ミラー２に垂直に近い角度）と、図３３に示すように、ｓｅｅｄ光２３は放電領域２２に入ることができず、また、共振器を往復したときに入力側ミラー（リア側ミラー）１の高反射率ミラーコーティング領域に入射することができず、系から逃げてしまう。

逆に、入射角度がきつすぎる（出力側ミラー２に斜めに入射）場合は、図３４に示すように、ｓｅｅｄ光２３は出力側ミラー２で反射された後、放電領域２２から逸脱してしまい、有効にレーザ出力となって取り出すことができない。

このような観点に立って考えると、ｓｅｅｄ光２３が所定の回数増幅段レーザ６０の共振器中を往復して、出力レーザ光として有効に出力されるための入力側ミラー（リア側ミラー）１での、ｓｅｅｄ光２３の位置と角度とに必要とされる条件が算出される。

例えば図３５に示すように、放電領域２２中心を通り放電電極に沿う方向にｚ軸、放電方向と垂直な方向にｘ軸を設定し、入力側ミラー（リア側ミラー）１位置に原点を定め、ｘ軸に関しては、図の上方を＋とし、ｓｅｅｄ光２３及びミラー１、２の角度に関しては反時計方向を＋とし、ミラーの法線がｚ軸方向に向く場合には０とする。このときのｓｅｅｄ光２３の入力側ミラー（リア側ミラー）１位置での注入位置と角度をそれぞれＸin、
θinとして、共振器長をＬ、入力側ミラー（リア側ミラー）１の傾き角度をθ' 、出力側ミラー２の傾き角度を０とすると、ｎ往復（入力側ミラー（リア側ミラー）１位置）、若しくは、ｎ＋０．５往復（出力側ミラー２位置）目におけるｓｅｅｄ光２３の位置Ｘn 、Ｘn+0.5 は、
Ｘn ＝Ｘin＋２ｎ・Ｌ・θin＋２ｎ（ｎ−１）・Ｌ・θ' ・・・（５）
Ｘn+0.5 ＝Ｘin＋（２ｎ＋１）・Ｌ・θin＋２ｎ² ・Ｌ・θ'
・・・（６）
と表記できる。

この結果より、放電領域２２を逸脱せずに有効に出力側ミラー２からレーザ出力として有効に取り出すために必要な入力側ミラー（リア側ミラー）１位置におけるｓｅｅｄ光２３の注入位置と角度との関係が、着眼する往復回数に応じて算出できる。

典型的な条件として、入力側ミラー１がｓｅｅｄ光２３に対して水平方向（ｘ軸方向）に偏心して配置される例（図３１）において、共振器長Ｌ＝１ｍ、放電幅Ｗx ＝２．５ｍｍ、入力側ミラー１と出力側ミラー２は平行配置、入力側ミラー１のエッジを放電領域２２の端部と合致させた場合（図３６）の６往復を考えると、図３７で示された多角形の領域内の条件であれば、有効に取り出し可能となる。注入するｓｅｅｄ光２３のサイズや広がり角等にも依存するが、傾向としては、この多角形領域の面積が増加することが望ましい。

図３７は、入力側ミラー１と出力側ミラー２が平行配置の場合であったが、入力側ミラー１を＋０．０４ｍｒａｄだけ傾けた場合の、同じく有効に取り出し可能な領域を求めると、図３８のようになる。図３８から明らかなように、入力側ミラー１をわずかに傾けることで、有効に取り出し可能な領域が増加し（ｓｅｅｄ光２３の注入の自由度が高くなり）、さらに、平行配置の場合と同様に低コヒーレンス化が可能となり、レーザシステムとしての出力も向上する。

このときの入力側ミラー１の出力側ミラー２に対して傾ける方向は、入力側ミラー１と出力側ミラー２との距離Ｌに着眼したときに、一方のミラーを傾けることでミラー間距離が大きくなる側から、発振段レーザ５０で発振されたｓｅｅｄ光２３が入射するような方向に入力側ミラー１が傾くこととなる。

また、増幅段レーザ６０の２枚の平面ミラーからなる共振器が平行でなくて一方がわずかに傾いているので、増幅段レーザ６０の放電で発生するスペクトル幅がブロードな自然放出光に対してはゲインが小さくなっており、その結果、ブロードバンド比率が２枚のミラーを平行に配置する場合に比べて減少している。そのため、特願２００３−１３０４４７号に示されているように、所定のブロードバンド比率以下の条件を満たすためには所望の発振段レーザ５０のピーク強度が必要となるのであるが、上記のように、共振器を２枚の非平行なミラーで構成することにより、このレベルが格段に小さくなる。

また、共振器内での往復回数に着眼すると、共振器ミラーが平行なときと、適切な傾きを持ったときとでの格差が広がることから、レーザ光のパルス幅が伸長することになる。レーザパルス幅は半導体露光装置の寿命を考えた場合、できるだけ長い方が望ましい。

この点を検討すると、図３９（ａ）に示すように、共振器ミラーが適切な傾きを持ったとき、入力側ミラー１のエッジ部と放電領域２２との関係上、ｓｅｅｄ光２３は共振器に対して斜めに入射する。共振器ミラーが平行な図３９（ｂ）の場合に対して、適切に一方のミラーを傾けた図３９（ａ）の場合は、増幅段レーザ６０の共振器中をより多くの回数往復することが可能であり、そのためより高いレーザ出力が得られ、さらにパルス幅も伸
長する。

なお、入力側ミラー１の高反射率を持つ側の平面と出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とが平行であるときに対して、レーザシステム出力が上回る入力側ミラー１の傾き範囲は、０．０ｍｒａｄ〜０．１６ｍｒａｄである。もちろん、共振器長や放電幅、さらには、着眼する往復回数が変化すれば、前記の式（５）、（６）からも分かるように、この範囲も変化する。例えば、３往復に着眼すれば、０．０ｍｒａｄ〜０．８７ｍｒａｄの範囲であれば、共振器のミラーが平行であるときの出力を上回る。

何れにせよ、上記の範囲は前記の式に基づけば比較的簡単に導出可能であり、その範囲に入るように共振器を構成することで、レーザ出力の増大、パルス幅の伸長、ｓｅｅｄ光の注入の自由度の確保、発振段レーザのピーク強度の低下を図ることが可能になる。

ここで、見方を変えて、増幅段レーザ６０の共振器を構成する２枚の平面ミラーを非平行で構成する場合に、入力側ミラー（リア側ミラー）１と出力側ミラー２をｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃ（図２０参照）に対してどのように傾ければよいかを検討しておく。

図４０に示すように、図３５の場合とは異なり、ｓｅｅｄ光２３の進行方向にｚ軸、放電方向あるいはその放電方向と垂直な方向にｘ軸を設定し、原点を入力側ミラー（リア側ミラー）１でｓｅｅｄ光２３が入射する位置に定め、ｘ軸に関しては、図の上方を＋とし、反射光及びミラー１、２の角度に関しては時計方向を＋とし、ミラー１、２の法線がｚ軸方向に向く場合には０とする。そして、入力側ミラー（リア側ミラー）１の傾き角度をθ_R 、出力側ミラー２の傾き角度をθ_F とする。ｘ軸座標原点にｓｅｅｄ光２３が傾き角度０で注入される。

各ミラー１、２で反射された後の光の進む角度は、
θ_NF＝２Ｎθ_F −２（Ｎ−１）θ_R
θ_NR＝２Ｎθ_F −２Ｎθ_R
で表される。ここで、サフィックスの“ＮＦ”、“ＮＲ”はそれぞれ出力側ミラー２、入力側ミラー（リア側ミラー）１でＮ回目の反射後の光線を表す。

Ｎ往復後において、反射点の座標に関しては、
Ｘ_NR＝２Ｎ² θ_F Ｌ−２Ｎ（Ｎ−１）θ_R Ｌ
Ｘ_NF＝２Ｎ（Ｎ＋１）θ_F Ｌ−２Ｎ² θ_R Ｌ
と表記できる。この場合のサフィックスの“ＮＦ”、“ＮＲ”はそれぞれ出力側ミラー２、入力側ミラー（リア側ミラー）１でＮ回目の反射点を表す。また、Ｌは増幅段レーザの共振器長を表す。

ここで、Ｘ_1R＞０を満たさないと、１往復したときに入力側ミラー（リア側ミラー）１で反射されない。これより、
θ_F ＞０
を満足する必要がある。

Ｎ往復したときに、入力側ミラー（リア側ミラー）１で反射するための条件は、
Ｘ_NR＞０
となる。 したがって、
θ_R ＜Ｎ／（Ｎ−１）×θ_F
以上から、Ｎ往復したときに、入力側ミラー（リア側ミラー）１で反射するための条件は、
θ_F ＞０
かつ、
θ_R ＜Ｎ／（Ｎ−１）×θ_F
となる。

さて、平行な場合（θ_F ＝θ_R ）に増して実効増幅領域共振回数を増やすためには、１往復したときの入力側ミラー（リア側ミラー）１若しくは出力側ミラー２における位置変分が、共振器往復回数と共に低減されることである。何れのミラーに着眼しても同様の結果が得られるので、ここでは出力側ミラー２に着眼する。

上記条件は、
Ｘ_{N+2 F} −Ｘ_{N+1 F} ＜Ｘ_{N+1 F} −Ｘ_NF
となる。これより、
θ_F ＜θ_R
が得られる。これと上記出えられた条件を組み合わせることにより、Ｎ往復まで出力側ミラー２で反射され、かつ、位置変分が低減されるための条件は、
０＜θ_F ＜θ_R ＜Ｎ／（Ｎ−１）×θ_F ・・・（７）
となる。

すなわち、図４０において、入力側ミラー（リア側ミラー）１、出力側ミラー２共に時計方向に傾いており、出力側ミラー２の傾き角度がθ_F のとき、入力側ミラー（リア側ミラー）１の傾き角度θ_R がθ_F よりも多少大きいことが必要である。これは、ｓｅｅｄ光２３は、ミラー１、２間の距離がより長く相互に開いている側から注入することと等価である。

典型例として、Ｎ＝５、θ_F ＝０．５ｍｒａｄとすると、
０．５ｍｒａｄ＜θ_R ＜０．６２５ｍｒａｄ
となり、入力側ミラー（リア側ミラー）１と出力側ミラー２の間の開き角は、０〜０．１２５ｍｒａｄの範囲になる。

以上の検討では、位置変分に関しての不等式に絶対値を付けて考えなかったが、絶対値を付けて比較する方がより望ましい。その理由は、絶対値符号がない場合には、光がｘ軸の負方向にずれる分に関してはいくらでも許容しているからである。

絶対値符号がある状態では、
｜Ｘ_{N+2 F} −Ｘ_{N+1 F} ｜＜｜Ｘ_{N+1 F} −Ｘ_NF｜
から、
θ_F ＜θ_R ＜（２Ｎ＋３）／（２Ｎ＋２）×θ_F
が導かれ、θ_F ＞０の条件と組み合わせることにより、Ｎ往復まで出力側ミラー２で反射され、かつ、位置変分の絶対値が低減されるための条件は、
０＜θ_F ＜θ_R ＜（２Ｎ＋３）／（２Ｎ＋２）×θ_F ・・・（８）
となる。

典型例として、Ｎ＝５、θ_F ＝０．５ｍｒａｄとすると、
０．５ｍｒａｄ＜θ_R ＜０．５４２ｍｒａｄ
となり、入力側ミラー（リア側ミラー）１と出力側ミラー２の間の開き角は、０〜０．０４２ｍｒａｄの範囲になる。

何れにしても、入力側ミラー（リア側ミラー）１、出力側ミラー２は共にｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃ（図２０参照）に対して同じ方向に傾いて配置し、入力側ミラー（リア側ミラー）１の傾き角度θ_R が出力側ミラー２の傾き角度θ_F よりも多少大きく傾けられ、ｓｅ
ｅｄ光２３をミラー１、２間の距離がより長く相互に開いている側から注入することが必要であることが分かる。そして、両ミラー１、２間の開き角は、０．０１ｍｒａｄ〜０．２ｍｒａｄの範囲にあることが望ましい。なお、出力側ミラー２側からｓｅｅｄ光２３を注入するときは、θ_R とθ_F は入れ換わる。

図３１は、以上のように、入力側ミラー１、出力側ミラー２が共にｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃに対して同じ方向に傾いて配置し、入力側ミラー１の傾き角度を出力側ミラー２の傾き角度より多少大きく傾け、ｓｅｅｄ光２３をミラー１、２間の距離がより長く相互に開いている側から注入する例の図１６と同様の図である。なお、ここでは説明のため、ｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０内を１．５往復しかしていないが、実際は往復回数はより多く設定される。また、同じく説明のため、光を１本の線として示してあるが、実際は有限の幅と有限の広がりを持ったビームである。さらに、以下の入力側ミラー（リア側ミラー１１１）１、出力側ミラー２を傾ける例に関する図においては、説明の都合上、ミラーや光軸の傾けの程度を誇張して図示してある。

この例は、図１９と同様に、増幅段レーザ６０の入力側ミラー１を１枚の高反射率（全反射）で孔のない平面ミラーで構成する例であり、入力側ミラー1 においては、典型的には、増幅段レーザ６０のチャンバー３に近い側の全面に高反射率コートが施されている。また、その裏面は２面間での干渉を防ぐために、典型的には、全面に無反射率コート（反射防止コーティング）がなされるか、又は／及び、適度なウェッジ角を持つように構成されている。また、出力側ミラー２は、典型的には、増幅段レーザ６０のチャンバー３に近い側の全面に、当該レーザシステムにおいての最適な反射率をとるような部分反射ミラーコーティング（典型的には、反射率１０％〜５０％）が施されている。また、その裏面は２面間での干渉を防ぐために、典型的には、全面に無反射率コート（反射防止コーティング）がなされるか、又は／及び、適度なウェッジ角を持つように構成されている。

そして、入力側ミラー１は、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３に対して水平方向（上面図（ａ）の面内）に偏心し、かつ、その高反射率を持つ側の平面を出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とは平行とせず、ここでは、上面図（ａ）に着眼したときに適正な傾きを持つように配置されて、入力側ミラー１のエッジが増幅段レーザ６０の、放電電極４、５によって形成される放電領域２２内又は放電領域２２近傍に位置するように配置されている。また、その傾きの方向は、入力側ミラー１の高反射率を持つ側の平面と出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面に着眼したとき、ｓｅｅｄ光２３が導入される入力側ミラー１のエッジ部において、２枚のミラー間の距離が反対側のミラー間の距離よりも長くなる方向に傾けられている。そして、上記したように、式（７）又は（８）を満たすように、ｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃに対して入力側ミラー１の傾き角度を出力側ミラー２の傾き角度より同じ側に多少大きなるように傾けられている。

この配置においては、増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光プロファイルに穴が生じる（ビーム中央部に光強度の弱いところができる）ことを防止することができる。

なお、ここで適正な傾きβとは、具体的な数値は前記した通りであり、具体的な構成におけるガス圧、印加電圧、ｓｅｅｄ光２３のエネルギといった他の要因を固定して考えた場合のレーザシステム出力が、図４１に示すように、入力側ミラー１の高反射率を持つ側の平面と出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とが平行であるとき（図２０）のレーザシステム出力Ｓを下回らない範囲Ｇ内に設定される。

図４２に、増幅段レーザ６０の共振器を２枚の非平行なミラーで構成する場合に、図２５の場合と同様に、出力側ミラー２から発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３を入射させる場合の構成例を示す。図４２（ａ）はその構成の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は
増幅段レーザ６０の出力側ミラー２をそのチャンバー３側から見た図である。この例では、ｓｅｅｄ光２３が出力側ミラー２のエッジに接するようにその外側から導入する。この場合は、出力側ミラー２から入力しているので、それと反対側のミラーをリア側ミラー１１１と呼称する。リア側ミラー１１１においては、典型的には、増幅段レーザ６０のチャンバー３に近い側の全面に高反射率コートが施されている。また、その裏面は２面間での干渉を防ぐために、典型的には、全面に無反射率コート（反射防止コーティング）がなされるか、又は／及び、適度なウェッジ角を持つように構成されている。また、出力側ミラー２は、典型的には、増幅段レーザ６０のチャンバー３に近い側の全面に、当該レーザシステムにおいての最適な反射率をとるような部分反射ミラーコーティング（典型的には、反射率１０％〜５０％）が施されている。また、その裏面は２面間での干渉を防ぐために、典型的には、全面に無反射率コート（反射防止コーティング）がなされるか、又は／及び、適度なウェッジ角を持つように構成されている。

この場合に、出力側ミラー２は、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３に対して水平方向（上面図（ａ）の面内）に偏心し、かつ、その部分反射率を持つ側の平面をリア側ミラー１１１の高反射率を持つ側の平面とは平行とせず、ここでは、上面図（ａ）に着眼したときに適正な傾きを持つように配置されて、出力側ミラー２のエッジが増幅段レーザ６０の、放電電極４、５によって形成される放電領域２２内又は放電領域２２近傍に位置するように配置されている。また、その傾きの方向は、出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とリア側ミラー１１１の高反射率を持つ側の平面に着眼したとき、ｓｅｅｄ光２３が導入される出力側ミラー２のエッジ部において、２枚のミラー間の距離が反対側のミラー間の距離よりも長くなる方向に傾けられている。そして、この場合は、ｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃに対して出力側ミラー２の傾き角度がリア側ミラー１１１の傾き角度より同じ側に多少大きなるように傾けられている（図４０の場合とは反対）。

この場合も、適正な傾きβとは、具体的な数値は前記した通りであり、図４１に示すように、リア側ミラー１１１の高反射率を持つ側の平面と出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とが平行であるとき（図２０）のレーザシステム出力Ｓを下回らない範囲Ｇ内に設定される。そして、その傾きの方向は、出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とリア側ミラー１１１の高反射率を持つ側の平面に着眼したとき、ｓｅｅｄ光２３が導入される出力側ミラー２のエッジ部において、２枚のミラー間の距離が反対側のミラー間の距離よりも長くなる方向に傾けられている。

この配置においては、ｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０に注入されるときに、初めに高反射率を持つリア側ミラー１１１を経由するため、ｓｅｅｄ光２３がより小さくてすむ利点がある。ただし、図４２（ｃ）に示されるように、ｓｅｅｄ光２３を入力するために出力側ミラー２を偏心させているため、ビームサイズが多少小さくなってしまうという欠点がある。なお、図４２では、説明のためｓｅｅｄ光２３が増幅段レーザ６０内を２往復しかしていないが、実際は往復回数はより多く設定される。また、同じく説明のため、光を１本の線として示してあるが、実際は有限の幅と有限の広がりを持ったビームである。

図３１の例では、入力側ミラー１を高反射率（全反射）で孔のない平面ミラー１枚で構成したが、図４３のチャンバー３側から見た図（ａ）と断面図（ｂ）に示すように、ＣａＦ₂ 等の紫外光透過平面基板の出力側面のｓｅｅｄ光入射領域には反射防止コーティング９を施し、残りの領域には高反射率（全反射）のミラーコーティング８を施して入力側ミラー１を実現するようにしてもよい。すなわち、図３１に用いられる入力側ミラー１は、蒸着時のミラー保持のため、ミラー端面までのコーティングは困難である。そして、ＣａＦ₂ 等の基板端部を精度良く直角な面に加工することは容易ではない。通常、製作時に端部に欠けが生じてしまう。そして、端部まで端部欠けなく高反射率（全反射）コーティング８がなされないと、反射率の低い端部がロスの原因となり、発振効率が落ちる。図４３
に示したような入力側ミラー１を用いれば、高反射率（全反射）コーティング８の端部処理が容易になり、ｓｅｅｄ光２３と増幅段レーザ６０内での増幅レーザ光との境界部まで高反射率コーティング８を施すことが可能となる。また、反射防止コーティング９を施す代わりに何らコーティングなしとしてもよい。この入力側ミラー１を用いときの図３１に対応する構成を同様の図である図４４に示す。

また、図４２の例では、出力側ミラー２を部分反射率を持つで孔のない平面ミラー１枚で構成したが、同様の理由で、図４５のチャンバー３側から見た図（ａ）と断面図（ｂ）に示すように、ＣａＦ₂ 等の紫外光透過平面基板のチャンバー３側の面のｓｅｅｄ光入射領域には反射防止コーティング９を施し、残りの領域には部分反射ミラーコーティング１０を施して出力側ミラー２を実現するようにしてもよい。この出力側ミラー２を用いときの図４２に対応する構成を同様の図である図４６に示す。

なお、以上の実施例において、入力側ミラー１、リア側ミラー１１１、出力側ミラー２に関して、矩形状のものとしていたが、これに限定されず、趣旨を逸脱しない限りは、任意の形状であってもよい。

さらに、増幅段レーザ６０の共振器を２枚の非平行なミラーで構成する場合に、図２１の場合と同様に、入力側ミラー１をｓｅｅｄ光２３に対して垂直方向に偏心して配置することもできる。ｓｅｅｄ光２３が導入される入力側ミラー１のエッジ部において、２枚のミラー間の距離が反対側のミラー間の距離よりも長く設定されている限りは、ミラー１、２を傾ける断面は任意の断面であってよい。図４７に、増幅段レーザ６０の共振器を２枚の非平行なミラーで構成する場合の図２１と同様の図を示すが、その側面図（ｂ）に着眼したときに、ｓｅｅｄ光２３の光軸Ｃに対して、入力側ミラー１と出力側ミラー２を傾ける場合を示す。この場合、ｓｅｅｄ光２３を注入する関係でケラレが発生してしまうので、以上説明したきた上面図に着眼したときに傾ける例に比べると、多少レーザシステムの効率が低下する。

もちろん、この場合にも、ミラー１、２の傾き角度は、入力側ミラー１の高反射率を持つ側の平面と出力側ミラー２の部分反射率を持つ側の平面とが平行であるとき（図２０）のレーザシステム出力Ｓを下回らない範囲Ｇ内に設定される。また、ミラー１、２のエッジでなく、コーティングにより注入領域を確保するようにしてもよい（図４３〜図４６参照）。

さて、以上の本発明の全ての露光用２ステージレーザ装置において、発振段レーザ５０から放出されるｓｅｅｄ光２３は、増幅段レーザ６０の共振器を構成する入力側ミラー１側あるいは出力側ミラー２側からその共振器へ導入されていたが、増幅段レーザ６０の共振器のミラー１、２間の何れの位置からでもｓｅｅｄ光２３を増幅段レーザ６０のレーザ発振光軸方向に導入することができる。そのような場合は、出力側ミラー２に対向するミラーは入力側ミラーと言えないので、リア側ミラー１１１と呼ぶことにする。

以下に、リア側ミラー１１１とチャンバー３の間（共振器の後部）から導入する場合と、出力側ミラー２とチャンバー３の間から導入する場合と、チャンバー３内に直接ｓｅｅｄ光２３を導く場合とに分けて実施例を説明する。なお、以下では、増幅段レーザ６０の構造に絞って実施例を説明する。そして、増幅段レーザ６０の構造を示す図は、特別の場合を除いて、上部から見た図（上面図）を示す。各図に図示されていないカソードとアノードの放電電極４、５が紙面に垂直方向に配置されており、レーザ放電は紙面に対し垂直に生じているものである。また、これらの実施例では、放電方向（カソード−アノード間）より放電方向に対して垂直な方向においてｓｅｅｄ光２３の導入の自由度が高いので、この放電方向に対して垂直な方向においてｓｅｅｄ光２３を導入する実施例を示す。しか
し、ｓｅｅｄ光２３を導入する方向はこの垂直な方向に限ったものではないので、予めことわっておく。

図４８は、増幅段レーザ６０のレーザ出射側と反対側からｓｅｅｄ光２３を注入する１実施例を示す上面図である。発振段レーザ５０から放出されるｓｅｅｄ光２３は１枚以上の全反射ミラー１２１を経て増幅段レーザ６０内に注入される。図４８では２枚目の全反射ミラー１２１を経由し、レーザ出射側と反対側のウィンドー部材１７を透過して増幅段レーザ６０のチャンバー３内へ注入される。注入されたｓｅｅｄ光２３は放電電極４、５間の放電領域（利得領域）２２の側面（紙面の下側）又は放電領域２２を通過して出力側ミラー２側のウィンドー部材１７を通過して出力側ミラー２に到達する。出力側ミラー２は、一般的に片側の面に部分反射ミラーコーティング１０を、そしてその反対側の面に反射防止コーティング９が施してある。出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０がチャンバー３側又はレーザ出力方向に向いているかは特に限定されないが、図４８ではチャンバー３側に施されている。なお、図４８にのみ、出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０と反射防止コーティング９を図示してあるが、以下の実施例でも同様である。

また、出力側ミラー２は、部分反射ミラーコーティング１０と反射防止コーティング９が施されていない光学基板で構成してもよい。例えば、レーザ光の波長が１９３ｎｍの場合、光学基板の表面反射は４％程度であり、基板表面の表裏の反射を用いると、約８％の反射率を持つ波長１９３ｎｍ用出力ミラーをコーティングなしで実現することが可能である。

この出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０で反射したｓｅｅｄ光２３は、レーザ共振器後部に設置してあるリア側ミラー（全反射ミラー）１１１に向かって反射される。そして、ｓｅｅｄ光２３は共振器を構成するこれら出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射し、最終的には放電領域２２がｓｅｅｄ光２３によって満たされる。

ｓｅｅｄ光２３が放電領域２２を満たす過程で、又は、満たした後に増幅段レーザ６０の放電領域２２に放電が生じると、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３の線幅を引き継いだ高出力狭帯域化レーザ光が増幅段レーザ６０より発振する。

図４９は、ブリュースタ角に設置されていないレーザ出射側と反対側のウィンドー部材１７での表面反射を用いて、増幅段レーザ６０内にｓｅｅｄ光２３を注入する実施例を示す上面図である。狭帯域化発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３は１枚以上の全反射ミラー１２１を経由して共振器のリア側のウィンドー部材１７に照射される。照射されたｓｅｅｄ光２３はこのウィンドー部材１７の表面反射でリア側ミラー１１１へ導かれる。ｓｅｅｄ光２３はリア側ミラー１１１で反射され出力側ミラー２へ導かれる。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射する。

ウィンドー部材１７には、通常ＣａＦ₂ が用いられている。そして、多くの場合、ｓｅｅｄ光２３は偏光はＰ偏光である。ＣａＦ₂ のＰ偏光に対する反射特性は図５０に示す通りである。ｓｅｅｄ光２３のウィンドー部材１７への入射角度はウィンドー部材１７の設置傾斜角度（±５°以内）と略等しいことが望ましい。そのため、ウィンドー部材１７の設置角度がブリュースタ角でない場合に、この例の注入方式は有効である。

図５１（ａ）は、レーザ出射側と反対側のウィンドー部材１７の一部に高反射率（全反射）コーティング８を施して、増幅段レーザ６０内にｓｅｅｄ光２３を注入する実施例を示す上面図である。ウィンドー部材１７がブリュースタ角等でチャンバー３に設置されて
いる場合、図５０に示す通り、十分なｓｅｅｄ光２３の反射が期待できない。この場合には、図５１（ｂ）に示すように、レーザ出射側と反対側のウィンドー部材１７の一部のｓｅｅｄ光２３を反射する部位に高反射率（全反射）コーティング８を施してある。その他の領域Ｊには反射防止コーティングを施すか、又は、コーティングが施されていない。又は、増幅段レーザ光が通過する部位Ｈにのみ反射防止コーティングを施すか、又は、コーティングが施されていない。そして、その他の部位にｓｅｅｄ光２３の注入に合わせ高反射率（全反射）コーティング８を施す。

この例では、ｓｅｅｄ光２３はウィンドー部材１７の高反射率（全反射）コーティング８の部分で反射され、リア側ミラー１１１に導かれる。そして、ｓｅｅｄ光２３はリア側ミラー１１１で反射され出力側ミラー２へ導かれる。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射する。

図５２（ａ）は、増幅段レーザ６０の共振器内にビームエキスパンダープリズム系（ビーム拡大系）６１を設置した場合の、共振器の後部から増幅段レーザ６０内にｓｅｅｄ光２３を注入する実施例を示す上面図である。この例では、増幅段レーザ６０のリア側ミラー１１１に入射するレーザ光と出力側ミラー２に入射するレーザ光のビームを拡大するために、それぞれウィンドー部材１７とリア側ミラー１１１の間、及び、別のウィンドー部材１７と出力側ミラー２の間にビームエキスパンダープリズム系６１、６１が配置されており、それぞれのビームエキスパンダープリズム系６１はこの例では２個の三角プリズム６２、６３から構成されており、三角プリズム６２の１面に直角に入射したビームは別の面に比較的大きな入射角で内部から入射して１次元方向にビーム径が拡大されて射出し、そのビーム径が拡大されたビームは別の三角プリズム６３の１面に直角に入射し、別の面に比較的大きな入射角で内部から入射して１次元方向にさらにビーム径が拡大されて射出するものである。

この例において、ｓｅｅｄ光２３を１枚以上の全反射ミラー１２１にてビームエキスパンダープリズム系６１へ照射する。ｓｅｅｄ光２３が照射されるプリズム６２は、図５２（ｂ）に示すように、共振器内で共振するレーザ光が入射する面６４の透過領域Ｋに反射防止コーティングを施すか、又は、コーティングが施されていない。ｓｅｅｄ光２３はその透過領域Ｋに入射する。このプリズム６２の面６４の透過領域Ｋ外には高反射率（全反射）コーティング８が施してある。図５２（ｂ）の実施例では、プリズム６２の頂角側に高反射率（全反射）コーティング８が施してあるが、この限りではない。このプリズム６２の高反射率（全反射）コーティング８で反射したｓｅｅｄ光２３は増幅段レーザ６０内を通過して出力側ミラー２へ導かれる。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射する。

なお、図５２（ａ）の実施例では、チャンバー３に近い方のプリズム６２からｓｅｅｄ光２３がチャンバー３内へ導かれているが、この限りではない。ビームエキスパンダープリズム系６１が２個以上プリズムからなる場合は、どのプリズムのどの面を使用してｓｅｅｄ光２３を増幅段レーザ６０内に導いてもよい。

次に、増幅段レーザ６０の出力側ミラー２とチャンバー３の間からｓｅｅｄ光２３を注入する実施例を説明する。

図５３は、図４８に対応する実施例の上面図である。この例では、増幅段レーザ６０の出力側ミラー２とレーザチャンバー３の間からからｓｅｅｄ光２３をレーザチャンバー３内へ注入する実施例である。ｓｅｅｄ光２３は１枚以上の１枚以上の全反射ミラー１２１を経て増幅段レーザ６０内に注入される。図５３では、出力側ミラー２とレーザチャンバー３の間の２枚目の全反射ミラー１２１を経由し、ウィンドー部材１７を透過して増幅段
レーザ６０のチャンバー３内へ注入される。注入されたｓｅｅｄ光２３は放電領域（利得領域）２２の側面（紙面の下側）又は放電領域２２を通過してリア側ミラー１１１側のウィンドー部材１７を通過して、増幅段レーザ６０の共振器のチャンバー３を挟んで出力側ミラーの反対側に設置された全反射ミラーのリア側ミラー１１１に到達する。そして、そのｓｅｅｄ光２３はまた出力側ミラー２へ向けて反射され、さらに、そのｓｅｅｄ光２３は出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０（図４８）で反射され、最終的には出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間でｓｅｅｄ光２３の多重反射が実現される。そして、最終的には放電領域２２がｓｅｅｄ光２３によって満たされる。出力側ミラー２は、一般的に片側の面に部分反射ミラーコーティング１０を、そしてその反対側の面に反射防止コーティング９が施してある。出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０がチャンバー３側又はレーザ出力方向に向いているかは特に限定されない（図４８の説明参照）。

ｓｅｅｄ光２３が放電領域２２を満たす過程で、又は、満たした後に増幅段レーザ６０の放電領域２２に放電が生じると、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３の線幅を引き継いだ高出力狭帯域化レーザ光が増幅段レーザ６０より発振する。

図５４は、図４９に対応する実施例の上面図である。この例では、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３は１枚以上の全反射ミラー１２１での反射を経由して出力側ミラー２側のウィンドー部材１７に照射される。照射されたｓｅｅｄ光２３はこのウィンドー部材１７の表面反射で出力側ミラー２へ導かれる。ｓｅｅｄ光２３は出力側ミラー２部分反射ミラーコーティング１０（図４８）で反射され、リア側ミラー１１１へ導かれる。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射する。

この場合も、ウィンドー部材１７には、通常ＣａＦ₂ が用いられている。そして、多くの場合、ｓｅｅｄ光２３は偏光はＰ偏光である。ＣａＦ₂ のＰ偏光に対する反射特性は図５０に示す通りである。ｓｅｅｄ光２３のウィンドー部材１７への入射角度はウィンドー部材１７の設置傾斜角度（±５°以内）と略等しいことが望ましい。そのため、ウィンドー部材１７の設置角度がブリュースタ角でない場合に、この例の注入方式は有効である。

図５５は、図５１に対応する実施例の上面図である。この実施例は、レーザ出射側のウィンドー部材１７の一部に高反射率（全反射）コーティング８を施して、増幅段レーザ６０内にｓｅｅｄ光２３を注入する実施例であり、ウィンドー部材１７がブリュースタ角等でチャンバー３に設置されている場合、図５０に示す通り、十分なｓｅｅｄ光２３の反射が期待できない。この場合には、図５５（ｂ）に示すように、レーザ出射側のウィンドー部材１７の一部のｓｅｅｄ光２３を反射する部位に高反射率（全反射）コーティング８を施してある。その他の領域Ｊには反射防止コーティングを施すか、又は、コーティングが施されていない。又は、増幅段レーザ光が通過する部位Ｈにのみ反射防止コーティングを施すか、又は、コーティングが施されていない。そして、その他の部位にｓｅｅｄ光２３の注入に合わせ高反射率（全反射）コーティング８を施す。

この例では、ｓｅｅｄ光２３はウィンドー部材１７の高反射率（全反射）コーティング８の部分で反射され、出力側ミラー２に導かれる。そして、ｓｅｅｄ光２３は出力側ミラー２で反射されリア側ミラー１１１へ導かれる。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射する。

図５６は、図５２に対応する実施例の上面図である。ただし、この実施例では、増幅段レーザ６０の出力側ミラー２に入射するレーザ光のビームを拡大するためにだけウィンドー部材１７と出力側ミラー２の間にビームエキスパンダープリズム系６１が配置されており、リア側ミラー１１１側には配置されていない。このビームエキスパンダープリズム系
６１はこの例では２個の三角プリズム６２、６３から構成されており、三角プリズム６２の１面に直角に入射したビームは別の面に比較的大きな入射角で内部から入射して１次元方向にビーム径が拡大されて射出し、そのビーム径が拡大されたビームは別の三角プリズム６３の１面に直角に入射し、別の面に比較的大きな入射角で内部から入射して１次元方向にさらにビーム径が拡大されて射出するものである。

発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３が照射されるプリズム６２は、図５２（ｂ）のような構成をしている。このプリズム６２の高反射率（全反射）コーティング８で反射したｓｅｅｄ光２３は増幅段レーザ６０内を通過してリア側ミラー１１１へ導かれる。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間で多重反射する。

なお、図５６の実施例では、チャンバー３に近い方のプリズム６２からｓｅｅｄ光２３がチャンバー３内へ導かれているが、この限りではない。ビームエキスパンダープリズム系６１が２個以上プリズムからなる場合は、どのプリズムのどの面を使用してｓｅｅｄ光２３を増幅段レーザ６０内に導いてもよい。

次に、増幅段レーザ６０のレーザチャンバー３内に直接ｓｅｅｄ光２３を導く実施例を説明する。

図５７は、増幅段レーザ６０のレーザチャンバー３の側面にｓｅｅｄ光２３を注入するためのｓｅｅｄ光注入ウィンドー６５を取り付け、ｓｅｅｄ光２３を放電領域２２へ注入するようにした実施例の上面図である。ｓｅｅｄ光注入ウィンドー６５の両面には、反射防止コーティングを施してもよいが、必ずしも必要なものではない。ｓｅｅｄ光２３は１枚以上の全反射ミラー１２１より増幅段レーザ６０内に注入される。図５７では、チャンバー３内の２枚目の全反射ミラー１２１を経由して増幅段レーザ６のチャンバー３内の放電領域２２へ注入される。注入されたｓｅｅｄ光２３は放電領域２２の側面（紙面の下側）又は放電領域２２を通過して、リア側ミラー１１１側のウィンドー部材１７を透過してリア側ミラー１１１に到達する。このリア側ミラー１１１で反射したｓｅｅｄ光２３はレーザ共振器前部に設置してある出力側ミラー２に向かう。そして、ｓｅｅｄ光２３は共振器を構成するこれら出力側ミラー２の部分反射ミラーコーティング１０（図４８）とリア側ミラー１１１の間で多重反射し、最終的には放電領域２２がｓｅｅｄ光２３によって満たされる。

ｓｅｅｄ光２３が放電領域２２を満たす過程で、又は、満たした後に増幅段レーザ６０の放電領域２２に放電が生じると、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３の線幅を引き継いだ高出力狭帯域化レーザ光が増幅段レーザ６０より発振する。

なお、図５７の例では、リア側ミラー１１１に向かってｓｅｅｄ光２３が注入されているが、この限りではない。出力側ミラー２へ向かって注入するようにしてもよい。

図５８は、チャンバー３内に配置するｓｅｅｄ光２３を全反射する部材として、全反射ミラー１２１の代わりに全反射プリズム１２２を用いた例であり、それ以外は図５７の場合と同様であるので、全反射プリズム１２２についてのみ説明する。全反射プリズム１２２はコーティングが施されていないＣａＦ₂ 製のプリズムである。この全反射プリズム１２２を用いると、全反射ミラー１２１を用いた場合に生じる高反射率（全反射）ミラーコーティングのレーザガス又はレーザ装置内生成物による劣化がなく、全反射光学素子としての長寿命化が可能となる。

図５９は、入力ミラー１に部分反射膜１０をコーティングすることにより、入力ミラー１の裏面から入力ミラーを透過させて、ｓｅｅｄ光２３を注入する実施例を示す上面図で
ある。これを以下、裏面注入方式という。狭帯域化発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３は１枚以上の全反射ミラー１２１を経由して増幅段レーザ６０の共振器のリア側のミラーである入力ミラー１の裏面に増幅段の共振器の光軸と略一致させて導入、入射される。この入力ミラー１には、部分反射膜１０が施されており、ｓｅｅｄ光２３の一部は、増幅段共振器の内部に注入され、残りのｓｅｅｄ光２３は反射される。そして、共振器を構成する出力側ミラー２と入力側ミラー１の間がｓｅｅｄ光２３によって満たされる。そして、電極４、５間に高電圧を印加し放電する。この放電により、ｓｅｅｄ光２３は誘導放出により増幅され、かつ、前記共振器により増幅段レーザ６０がレーザ発振する。

この方式のメリットは、増幅段レーザ６０の光軸とｓｅｅｄ光２３の光軸が一致しているため、（１）アライメントが容易であること、（２）ｓｅｅｄ光２３の光軸ずれの許容範囲が広くなること、（３）増幅段レーザ共振器内をｓｅｅｄ光２３で満たすのに、０．５往復でよいので、ＡＳＥの発生を抑制できる可能性がある。以上のような裏面注入方式で課題となるのが、入力ミラー１の反射率の最適化である。

図６０に、入力側ミラー１（リアミラーの反射率）と注入同期後のレーザ出力の関係を示す。縦軸と横軸は、それぞれ最大出力で規格化したときの相対出力とミラーの反射率を示す。これは、発振段レーザの出力を一定とし、出力ミラー約３０％の反射率で入力ミラー１の反射率を変化させたときの同期後の出力である。このグラフから、出力が最大となるミラーの反射率は約９０％であり、最大出力の１／２となるミラーの反射率の範囲は約３６％から約９８％であった。したがって、このような裏面注入方式における入力側ミラーの反射率の最適値は約９０％であり、使用可能な入力ミラー１の反射率の範囲は、最適値の出力の約半分とすると、範囲はおおよそ３６％から９８％となった。

図６１は、図３５の場合と同一座標軸かつ同一増幅段レーザ条件（共振器長Ｌ＝１０００ｍｍ、放電幅Ｗx ＝２．５ｍｍ、入力側ミラー１と出力ミラーは平行配置で、６往復の場合）とし、入力ミラー１の裏面からｓｅｅｄ光２３を入力側ミラー１に注入した場合の、ｓｅｅｄ光２３の注入角度θinと位置Ｘinに関して有効可能な領域を示す。この図における多角形の領域は、図３７及び図３８で求めた多角形の領域に比べて大きくなった。このことは、図３５に示すような斜め入射による注入方式の場合と比較して、図５９に示すような裏面注入方式の場合の方が、ｓｅｅｄ光２３の光軸の変動許容幅が広くなる。その結果、レーザの性能（エネルギ安定性、同期許容値等）の安定性が良くなる。

図６２及び図６３に、増幅段レーザ６０の共振器の中のビームスプリッタ１１２を介してｓｅｅｄ光２３を増幅段レーザ６０内へ導入する方式の実施例の上面図を示す。図６２の場合は、全反射膜８をコーティングしたリア側ミラー１１１とリア側のウィンドー１７と間に、部分反射膜１０をコーティングしたビームスプリッタ１１２を配置して、増幅段レーザ６０内にｓｅｅｄ光２３を導入した例である。図６３の場合は、フロント側ウィンドー１７と出力側ミラー２との間に部分反射膜１０をコーティングしたビームスプリッタ１１２を配置して、増幅段レーザ６０内にｓｅｅｄ光２３を導入した例である。狭帯域化発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３は１枚以上の全反射ミラー１２１を経由して増幅段レーザ６０の共振器内に配置されているビームスプリッタ１１２に導入、照射される。このビームスプリッタ１１２には、部分反射膜１０が施されており、ｓｅｅｄ光２３が一部反射され、増幅段共振器の内部に共振器の光軸と略一致して注入される。残りの透過したｓｅｅｄ光２３は捨てられる。そして、共振器を構成するリア側ミラー１１１と入力側ミラー２の間がｓｅｅｄ光２３によって満たされる。そして、電極４、５間に高電圧を印加し放電する。この放電により、ｓｅｅｄ光２３は誘導放出により増幅し、かつ、その共振器により、増幅段レーザ６０がレーザ発振する。この例は、図５９の例に比べると、増幅段レーザ６０の共振器内にビームスプリッタ１１２を設置することにより損失を発生するため、出力は小さくなる。ただし、前述したメリット（１）〜（３）は維持可能である
。

なお、図６２及び図６３の例のでは、ビームスプリッタ１１２を介して共振器中にｓｅｅｄ光２３を導入したが、レーザウィンドー１７に部分反射膜をコーティングして、これに上記のビームスプリッタと同様の役割を持たせて、共振器と略同軸となるように導入してもよい。また、ビームスプリッタ１１２により、まず、放電領域の方向にｓｅｅｄ光２３を導入したが、リア側ミラー１１１方向又は出力側ミラー２方向に導入するようにしてもよい。何れの場合も、ミラーから増幅段レーザへ反射する光が増幅される。ただし、この場合、ｓｅｅｄ光２３は、図６２及び図６３の場合に比べて、ｓｅｅｄ光２３の損失が大きくなるため、発振段レーザ５０の出力を高くする必要がある。

図６４は、ビームスプリッタ１１２により出力側ミラー１を透過させてｓｅｅｄ光２３を注入する実施例を示す上面図である。狭帯域化発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光２３は、１枚以上の全反射ミラー１２１を経由して増幅段レーザ６０の共振器の出力側ミラー２にビームスプリッタ１１２を介して増幅段の共振器の光軸と略一致させて導入、照射される。このビームスプリッタ１１２には、部分反射膜１０が施されており、ｓｅｅｄ光２３の透過光は捨てられ、反射光は出力側ミラー２に入力される。ｓｅｅｄ光３２の出力側ミラー１の透過光が、増幅段共振器の内部に注入される。残りのｓｅｅｄ光２３は出力側ミラー１により反射される。そして、共振器を構成する出力側ミラー２とリア側ミラー１１１の間でｓｅｅｄ光２３によって満たされる。そして、電極４、５間に高電圧を印加し放電する。この放電により、ｓｅｅｄ光２３は誘導放出により増幅され、かつ、その共振器により増幅段レーザ６０がレーザ発振する。この例は、図５９の場合より、ビームスプリッタ１１２及び出力側ミラー２を介して注入効率が悪いため、図５９の場合に比べて、ｓｅｅｄ光の損失が大きくなるため、発振段レーザ５０の出力を高くする必要がある。ただし、前述したメリット（１）〜（３）は維持可能である。

ところで、発振段レーザ５０からのレーザ光径と増幅段レーザ６０からの出力レーザ光径が等しく、変換光学系７０を介在させなくともよい場合に、発振段レーザ５０のフロントミラー５２と増幅段レーザ６０の入力側ミラー１とを共有させる構成とすることも可能である。その実施例の概略構成を図６５の上面図に示す。この例では、この共有ミラー５２−１を発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０が共有するように両者を縦続して接続し、共有ミラー５２−１の透明基板の表面を発振段レーザ５０のフロントミラー５２のための部分反射ミラー面として部分反射ミラーコーティングし、共有ミラー５２−１の透明基板の裏面を増幅段レーザ６０の入力側ミラー１用に、例えば図５に示したように、ｓｅｅｄ光導入孔７”を除いた部分に高反射率のミラーコーティングを施して構成すればよい。なお、共有ミラー５２−１の透明基板の表面は、発振段レーザ５０のための共振器のフロントミラー５２のための面形状とし、その裏面は、増幅段レーザ６０の入力側ミラー１のための平面あるいは凹面とする。

図６６に、裏面注入の変形方式を示す。発振段レーザ５０からのレーザ光径と増幅段レーザ６０からの出力レーザ光径が略等しく、変換光学系７０を介在させなくてもよい場合に、発振段レーザ５０のフロントミラー５２と増幅段レーザ６０の部分反射膜１０をコーティングした入力側ミラー５２−２を共有させる構成とすることも可能である。なお、部分反射膜１０のコーティングは、入力側ミラーの図示した面とは反対側を施してもよい。この例では、部分反射膜１０を片面に施した共有ミラー２５−２を発振段レーザ５０と増幅段レーザ６０が共有するように両者を継続して接続する。狭帯域化モジュール５１と共有ミラー２５−２の部分反射面と共振器として発振段レーザ５０が発振し、ｓｅｅｄ光が共有ミラー２５−２の部分反射面から出力されると同時に、共有ミラー２５−２と出力側ミラー２からなる発振段レーザ６０の共振器内部に直接ｓｅｅｄ光として入力される。そして、電極４、５間に高電圧を印加し放電する。この放電によりｓｅｅｄ光は誘導放出に
より増幅され、かつ、その共振器により増幅段レーザ６０がレーザ発振する。この場合の共有ミラーの反射率は、図６０の範囲であれば有効である。

この方式のメリットを裏面注入方式のメリット（１）〜（３）に追加して以下に示す。発振段レーザ５０のフロントミラーと増幅段レーザの入力側ミラーに部分反射膜を施した共有ミラー５２−２により共有化しているため、（１）ｓｅｅｄ光を導入するための光導入系が不用で、そのためコンパクトで安価となる。（２）ｓｅｅｄ光を損失させることなく増幅段レーザの共振器内部への注入が可能で、このため、発振段レーザの出力は小さく、かつ、コンパクトな発振段レーザでよい。（３）発振段レーザと増幅段レーザの光軸が略一致しているため、光軸調整が容易かつ光軸の安定性がよくなる。

図６５及び図６６の実施例の効果の違いは、図６６の実施例の場合の方が、発振段レーザ５０のフロントミラーと増幅段レーザ６０の入力側ミラーを片面の部分反射膜を施した共有ミラー５２−２により共有化しているため、発振段レーザ５０の出力がロスすることなく、増幅段レーザ６０の共振器内に全てｓｅｅｄ光２３が注入されるため、発振段レーザの出力が小出力でよい。このため、発振段レーザ５０の小型化及び低コスト化が可能となる。

さて、本発明の以上の露光用２ステージレーザ装置は、発振段レーザと同等の空間コヒーレンスの低コヒーレンス化を達成するために、増幅段レーザにファブリペローエタロン型の安定共振器あるいはその２枚のミラーを相互に若干傾けた共振器を用いるものであり、かつ、増幅段レーザのレーザガスの利得領域をｓｅｅｄ光で埋めて効率的な増幅を行わせるために、発振段レーザから発振されたｓｅｅｄ光として発散を有するものを用いるものであるが、増幅段レーザに複数の平面ミラーからなるリング型の共振器を用いても、空間コヒーレンスの低コヒーレンス化を達成することができる。

そのようなリング型の共振器を用いる実施例の１つの概略構成を図６７の側面図に示す。この例では、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光は反射鏡９９を経て変換光学系７０で所望のビーム幅が縮小され、増幅段レーザ６０に入力する。増幅段レーザ６０は、入出力用の部分反射ミラー９１と、部分反射ミラー９１を透過したｓｅｅｄ光を反射する全反射ミラー９２と、全反射面を２面備え、入射方向に略平行な反対方向に反射させる全反射直角プリズム（ルーフプリズム）９３とからなるリング型共振器を備えており、リング型共振器の全ての反射面は平面からなる。そのため、部分反射ミラー９１及び全反射ミラー９２と全反射直角プリズム９３の間に位置するチャンバー３内の利得領域（放電領域）を発散を持つｓｅｅｄ光がこのリング型共振器内を回りながら埋めることが可能となり、そこで増幅されたレーザ光は部分反射ミラー９１を透過して出力される。

図６８はリング型共振器を用いる別の実施例の概略構成の平面図であり、発振段レーザ５０からのｓｅｅｄ光は反射ミラー９９を経て、増幅段レーザ６０に入力する。増幅段レーザ６０は、入出力用の部分反射ミラー９１と、部分反射ミラー９１を透過したｓｅｅｄ光を順に反射して部分反射ミラー９１へ戻す３枚の全反射ミラー９２、９４、９５とからなるリング型共振器を備えており、リング型共振器の全ての反射面は平面からなる。そのため、部分反射ミラー９１及び全反射ミラー９２と全反射ミラー９４及び９５の間に位置するチャンバー３内の利得領域（放電領域）を発散を持つｓｅｅｄ光がこのリング型共振器内を回りながら埋めることが可能となり、そこで増幅されたレーザ光は部分反射ミラー９１を透過して出力される。

ところで、本発明者等は、先に説明してきたＭＯＰＯ方式の高安定性、高出力効率、細い線幅である利点を活かしつつ、空間コヒーレンスを低くした２ステージレーザ装置において、さらに、以下に示すように増幅段レーザの共振器の光路長を設定することで、より
半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置を提供できることを見出した。

本発明者等は、実験を重ねた結果、増幅段レーザの共振器の光路長によっては、増幅段レーザから出力されたレーザ光のビームプロファイル形状に干渉縞パターンが発生する場合があることを発見した。

この干渉縞パターンの発生により、ビームプロファイル形状の対称性が悪化する。また、発振段レーザ５０から出力されるｓｅｅｄ光２３の中心波長の変化、増幅段レーザ６０の共振器長の変化等によって干渉縞パターンが時間経過と共に移動するので、ビームプロファイルの安定性も悪くなる。

露光装置の露光用光源である２ステージレーザ装置から出力されるレーザ光のビームプロファイル形状は、露光装置のマスク均一照明に及ぼす影響が大きく、そのため、露光対象（例えば、ウエハ）上での露光性能に大きな影響を及ぼす。また、この干渉縞パターンの変動によってレーザ光の出力が大きく変動し、レーザ光の出力制御が難しくなっていた。

干渉縞パターンの発生について、図６９、図７０を用いて説明する。図６９は、本発明を適用したＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置の概略図と、レーザ光特性とを示す図である。ここで、（ａ）は、本発明を適用したＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置の概略図、（ｂ）は、発振段レーザから出力される狭帯域化されたレーザ光のスペクトルプロファイル、（ｃ）は、増幅段レーザから出力されたレーザ光の断面図（ビームプロファイル形状）を示す。

図６９において、例えば、発振段レーザ５０から出力される狭帯域化されたレーザ光（ｓｅｅｄ光２３）のスペクトルプロファイルが図６９（ｂ）に示すものであったとする。このｓｅｅｄ光２３を増幅段レーザ６０の共振器（例えば、入力側ミラー１と出力側ミラー２とで構成される）内に注入し、増幅共振させる。

ここで、増幅段レーザ６０の共振器の構成が安定共振器あるいはその２枚のミラーを相互に若干傾けた共振器で、かつ、入力側（全反射）ミラー１と出力側（部分反射）ミラー２とで構成されている場合、ｓｅｅｄ光２３は、入力側ミラー１を透過後、増幅段レーザ６０の放電領域２２を通過して増幅される。放電領域２２を通過した増幅光は部分反射ミラーである出力側ミラー２に入射し、その一部は、出力側ミラー２を透過して第１のレーザ光Ｋ１として出力される。

一方、出力側ミラー２より反射された増幅光は、放電領域２２を通過して増幅され、入力側ミラー１に入射する。入力側ミラー１で全反射された増幅光は、放電領域２２を通過して増幅され、出力側ミラー２に入射し、その一部は出力側ミラー２を透過して第２のレーザ光Ｋ２として出力される。また、残りの増幅光は、出力側ミラー２により増幅領域２２へ反射される。増幅段レーザ６０の共振器では、このような共振を繰り返す。

前記した第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は、両レーザ光の光路差が発振段レーザ５０から出力されるｓｅｅｄ光２３のスペクトル幅に対応する時間的コヒーレント長Ｌ_C より短い場合に、干渉する。

ここで、レーザ光の時間的コヒーレンス長Ｌ_C は、レーザ光の波長をλ、スペクトル線幅をΔλとしたとき、式（９）により定義される（参考文献：非特許文献１）。

Ｌ_C ＝λ² ／Δλ ・・・（９）
ここで、空間的コヒーレンスの評価のときと同様に、図６９（ａ）のＢ−Ｂ断面上の干渉縞性は、ビジビリティーと光路差で評価することができる。この場合の光路差は、レーザ光（ｓｅｅｄ光）が共振器に入射してからその共振器から出力されるまでに進んだ距離に相当するので、増幅段レーザ６０の共振器長Ｌの略２倍とすることができる。また、ビジビリティーは下記（１０）式により求めることができる。

ビジビリティー＝（干渉縞パターンの最大フリンジ強度Ｉ_max
−干渉縞パターンの最小フリンジ強度Ｉ_min ）
÷（干渉縞パターンの最大フリンジ強度Ｉ_max
＋干渉縞パターンの最小フリンジ強度Ｉ_min ）
・・・（１０）
図７０に、増幅段レーザの共振器長Ｌの２倍と干渉縞パターンのビジビリティーとの関係を示す。図７０から明らかなように、増幅段レーザ６０の共振器の共振器長の２倍の長さ（第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との光路差に略一致）が長くなるにつれて増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光のビームプロファイル上に発生するの干渉縞パターンのビジビリティーが小さくなる。また、発振段レーザ５０から出力されるｓｅｅｄ光２３の時間的コヒーレンス長Ｌ_C よりも増幅段レーザ６０の共振器長Ｌの略２倍の長さが長くなると、干渉縞パターンはほとんど消えることが明らかになった。

例えば、ＡｒＦレーザのＭＯＰＯ方式の露光装置用２ステージレーザ装置において、発振段レーザ５０から出力されるｓｅｅｄ光２３のスペクトル線幅（半値全幅）がΔλ＝０．２ｐｍ、波長がλ＝１９３．４ｎｍの場合、時間的コヒーレンス長Ｌ_C は（９）式からＬ_C ＝０．１８６ｍ程度になる。したがって、出力されたレーザ光のビームプロファイルに干渉縞パターンを発生させないためには、増幅段レーザ６０の共振器長Ｌは０．１８６／２＝０．０９３ｍ以上の長さが必要となる。

図６７及び図６８に示すような増幅段レーザ６０の共振器としてリング型の共振器を用いる場合において、増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光のビームプロファイル上に干渉縞パターンが発生しないようにするためには、以下のような条件を満たせばよい。

リング型共振器の場合は、リング型共振器の光路長を、発振段レーザ５０から出力される狭帯域化されたｓｅｅｄ光２３のスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長Ｌ_C よりも長くすることによって、干渉縞パターン発生を抑制できる。

図６７の場合は、ｓｅｅｄ光２３（レーザ光）が部分反射ミラー９１に入射後透過して出力される位置から、そのレーザ光が全反射ミラー９２、全反射直角プリズム９３経由して再び部分反射ミラー９１に到達するまでの光路長が、時間的コヒーレント長Ｌ_C よりも長ければよい。

図６８の場合は、ｓｅｅｄ光２３（レーザ光）が部分反射ミラー９１に入射後透過して出力される位置から、そのレーザ光が全反射ミラー９２、９４、９５を経由して再び部分反射鏡９１に到達するまでの光路長が、時間的コヒーレント長Ｌ_C よりも長ければよい。

すなわち、図６７、図６８において、部分反射ミラー９１によって分岐されたレーザ光が再び重ね合わせられたときに、それぞれの光の光路長差が発振段レーザから出力されるｓｅｅｄ光２３のスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長Ｌ_C よりも長くすることによって、増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光のビームプロファイル上に干渉縞パターンが発生するのを抑制することができる。

以上、本発明の露光用２ステージレーザ装置をその原理と実施例に基づいて説明してき
たが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

例えば、本発明の露光用２ステージレーザ装置がフッ素分子（Ｆ₂ ）レーザ装置である場合、発振段レーザ５０は、狭帯域化モジュール５１の代わりに、レーザ光が入射する側から順番に配置された少なくとも１つの角度分散素子と全反射ミラーとからなるラインセレクトモジュールを備えていてもよい。

すなわち、Ｆ₂ レーザ装置から出力されるレーザ光には、主な発振波長が２つ（λ₁ ＝157.6299nm，λ₂ ＝157.5233nm：非特許文献２）存在する。両ラインのスペクトル線幅（ＦＷＨＭ）は約１ｐｍ程度である。露光装置の露光光学系が反射屈折系（catadioptric system ）の場合、前記した程度のスペクトル線幅でも色収差の発生が抑えられる。

よって、この場合は、通常はフリーラン発振時において前記両ラインの中の強度の強いλ₁ （＝157.6299nm）の発振ラインを、前記したラインセレクトモジュールにより選択する。

なお、このようなラインセレクトモジュールは必ずしも発振段レーザ５０に設ける必要はなく、増幅段レーザ６０の出力側ミラー２の出力光路中に設けてもよい。

ここで、増幅段レーザ６０から出力されるレーザ光のビームプロファイル上に干渉縞パターンが発生するのを抑制する場合は、発振段レーザ５０の時間的コヒーレント長Ｌ_C と比較して、前記したように増幅段レーザ６０の共振器長Ｌを設定する。このとき、時間的コヒーレント長Ｌ_C を前記（９）式から求める際、発振段レーザ５０のスペクトル線幅Δλは以下のようになる。

ここで、露光用２ステージレーザ装置が、発振段レーザ５０のリア側にラインセレクトモジュールを備えるＦ₂ レーザ装置である場合、ラインセレクトモジュールで波長λ₁ （＝157.6299nm）を選択したときのレーザ光（ｓｅｅｄ光２３）の出力とラインセレクトモジュールで波長λ₂ （＝157.5233nm）を選択したときのレーザ光（ｓｅｅｄ光２３）の出力とを比較すると、波長λ₂ のレーザ光の出力は波長λ₁ のレーザ光の出力に対して約２０％小さいにすぎない。よって、この場合は、波長λ₂ をラインセレクトモジュールで選択することも可能である。すなわち、前記スペクトル線幅Δλは、ラインセレクトモジュールで選択された波長λ₁ （＝157.6299nm）又は波長λ₂ （＝157.5233nm）の発振ラインのスペクトル線幅である。

また、露光用２ステージレーザ装置が、増幅段レーザ６０の出力側ミラー２の外部にラインセレクトモジュールを設けたＦ₂ レーザ装置である場合、スペクトル線幅Δλは、波長λ₁ ＝157.6299nm、波長λ₂ ＝157.5233nmの２つの主な発振ラインの中、強度の強い波長λ₁ の発振ラインのスペクトル線幅である。

本発明の露光用２ステージレーザ装置によると、発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものが用いられ、増幅段レーザはファブリペローエタロン型共振器を備え、その共振器は安定共振器を構成しているので、あるいは、発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものが用いられ、増幅段レーザは、入出力用の部分反射ミラーと、該部分反射ミラーを経て入力されたレーザ光を反射させて該部分反射鏡位置へ戻す複数の全反射ミラーとを備えたリング型共振器を備え、その部分反射ミラー及び複数の全反射ミラーは平面からなるので、ＭＯＰＯ方式の利点である、チャンバー間の同期励起タイミング変動に対して出力変動が鈍感で、エネルギ安定性が高く、高出力効率であり、発振段レーザからのレーザ（ｓｅｅｄ）エネルギが小さくてよく、発振段レーザからのレーザパルスの後
半部はラウンドトリップが多くなるためスペクトル線幅が狭く、この後半部の裾部分（ｔａｉｌ）を増幅できるため、線幅が細い特長に加えて、ＭＯＰＡ方式の利点である、空間コヒーレンスが低い、すなわち、ビーム横断方向のシェア量（ピンホール間隔）を同じとした場合、干渉縞のビジビリティーが低く空間的な可干渉性が低い特長を備える。

ここで、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定すれば、さらに空間的な可干渉性が低い特長を備える。

また、増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定すれば、あるいは、リング型共振器の光路長が発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定すれば、増幅段レーザから出力されるレーザ光のビームプロファイル上に発生する干渉縞パターンを抑制することができる。したがって、ビームプロファイルの対称性を維持し、変動を抑制することができる。そのため、露光装置のマスクへの照明の均一性を維持することができ、特に、半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置が得られる。

なお、発振段レーザとして発振レーザ光に発散を有するものを使用することに限定されずに、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸と、増幅段レーザの共振器の光軸とが角度をなすように設定することにより、ＭＯＰＯ方式の上記利点に加えて、空間的な可干渉性が低く、同様に半導体露光装置用に適した２ステージレーザ装置が得られる。

さらに、リア側ミラー及び出力側ミラーの反射面は平面で構成され、リア側ミラー及び出力側ミラーの法線が、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸に対して角度をなすように、かつ、相互に角度をなすように設定され、発振段レーザで発振されたレーザ光が両方のミラー間の距離がより長い側から共振器内に入力されるように構成することにより、上記の増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸を増幅段レーザの共振器の光軸と角度をなすように設定する場合の利点に加えて、レーザ出力の増大、パルス幅の伸長、増幅段レーザに入力されるレーザ光の注入の自由度の確保、発振段レーザのピーク強度の低下を図ることが可能になり、半導体露光装置用により適した２ステージレーザ装置が得られる。

１…入力側ミラー（リア側ミラー）
１₁ 、１₂ …平面ミラー
２…出力側ミラー（フロント側ミラー）
３…チャンバー
４、５…放電電極
６…アパーチャ（開口部）
７…円形孔
７’…縦長の孔
７”…縦長の領域（孔）
８…高反射率（全反射）のミラーコーティング
９…反射防止コーティング
１０…部分反射ミラーコーティング
１０’…比較的反射率の低い部分反射のミラーコーティング
１１…反射防止コーティング
１６…電源
１７…ウィンドー部材
１８…ガス供給排気用制御バルブ
１９…冷却水流量制御バルブ
２１…隙間（スリット）
２２…放電領域
２３…ｓｅｅｄ光
３１…充電器
３２…スイッチ
３３…ＭＰＣ（磁気パルス圧縮回路）
３４…熱交換器
３５…モニターモジュール
３６…放電検出器
４１…充電器
４２…スイッチ
４３…ＭＰＣ（磁気パルス圧縮回路）
４４…熱交換器
４５…モニターモジュール
４６…放電検出器
５０…発振段レーザ（ＭＯ：Master Oscillator ）
５１…狭帯域化モジュール（リア側ミラー兼用）
５２…フロントミラー
５２−１…共有ミラー
５３…チャンバー
５４、５５…放電電極
５６…電源
５７…ウィンドー部材
５８…ガス供給排気用制御バルブ
５９…冷却水流量制御バルブ
６０…増幅段レーザ（ＰＯ：Power Oscillator）
６１…ビームエキスパンダープリズム系（ビーム拡大系）
６２、６３…三角プリズム
６４…レーザ光が入射する面
６５…ｓｅｅｄ光注入ウィンドー
７０…変換光学系
７１、７２…ビーム径縮小プリズム
７３…焦点距離の長い正レンズ
７４…焦点距離の短い正レンズ
７５…焦点距離の長い正レンズ
７６…焦点距離の短い負レンズ
７７…負シリンドリカルレンズ
７８…円筒凹面
８０…メインコントローラ
８１…ユーティリティコントローラ
８２…波長コントローラ
８３…ドライバ
８４…エネルギコントローラ
８５…同期コントローラ
８６…ビームステアリングユニット
８７…ドライバ
９１…入出力用の部分反射ミラー
９２、９４、９５…全反射ミラー
９３…全反射直角プリズム（ルーフプリズム）
９９…反射鏡
１００…露光装置
１０１、１０２…４５度直角プリズム
１０３…全反射直角プリズム（ルーフプリズム）
１０３₁ 、１０３₂ …全反射直角プリズム反射面
１１１…リア側ミラー（全反射ミラー）
１２１…全反射ミラー
１２２…全反射プリズム
２０１…ノブ付きスクリュー
２０２…スクリュー固定用プレート
２０３…ミラーホルダステージプレート
２０４、２０５…ミラーホルダガイド
２０６…ミラーホルダ部
２０７…突起部
２０８…バネ固定部材
２０９…バネ
２１０、２１１…移動ステージ付きミラーホルダ
２１２…ボール
２１３…出力レーザ光
Ｐ１、Ｐ２…圧力センサー
Ｔ１、Ｔ２…温度センサー
Ｊ…その他の領域
Ｈ…増幅段レーザ光が通過する部位
Ｋ…透過領域

Claims (5)

1. 発振段レーザと、発振段レーザで発振されたレーザ光を入力してそのレーザ光を増幅して出力する増幅段レーザとからなり、発振段レーザ、増幅段レーザ共にレーザガスが充填されたチャンバーを備えている露光用２ステージレーザ装置において、
   前記増幅段レーザはリア側ミラーと出力側ミラーからなる共振器を備え、前記リア側ミラー及び出力側ミラーの反射面は平面で構成され、前記リア側ミラー及び前記出力側ミラーの法線が、発振段レーザで発振され増幅段レーザに入力されるレーザ光の光軸に対して角度をなすように、かつ、相互に角度をなすように設定され、発振段レーザで発振されたレーザ光が両方のミラー間の距離がより長い側から前記共振器内に入力されることを特徴とする露光用２ステージレーザ装置。
2. 発振段レーザで発振されたレーザ光が最初に入射する前記リア側ミラー又は前記出力側ミラーにおいて反射されたレーザ光が、両方のミラー間の距離がより短い側に反射されるように前記共振器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の露光用２ステージレーザ装置。
3. 前記リア側ミラーと出力側ミラーが相互に０．０１ｍｒａｄ〜０．２ｍｒａｄの範囲の角度をなすように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の露光用２ステージレーザ装置。
4. 増幅段レーザの共振器長の略２倍の長さが発振段レーザのスペクトル線幅に対応する時間的コヒーレント長よりも長くなるように設定されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の露光用２ステージレーザ装置。
5. 前記共振器を構成する各ミラーは、該各ミラーを共振器の光軸方向に対して略垂直方向に移動させることが可能なミラーホルダによって保持されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の露光用２ステージレーザ装置。

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