JP2013214708A - レーザ装置、レーザシステムおよび極端紫外光生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シードレーザ光を高い効率で増幅する増幅器を提供する。
【解決手段】 増幅器は、シードレーザ光の光路上に配置された複数の放電管と、前記複数の放電管の間であって、前記シードレーザ光が所定の光路を形成するように配置され、点光源を所定の点に結像させる反射光学系と、を備える。

【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するために、レーザ光に照射されるターゲットを供給する装置に関する。さらに、本開示は、そのようなターゲット供給装置を用いて極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するための装置に関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、７０ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、さらには３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を生成する極端紫外光生成装置と縮小投影反射光学系（reduced projection reflective optics）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

極端紫外光生成装置としては、ターゲット物質にレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（Laser Produced Plasma）方式の装置と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）方式の装置と、軌道放射光を用いたＳＲ（Synchrotron Radiation）方式の装置と、の３種類の装置が提案されている。

米国特許出願公開第２００６／０１９２１５４号明細書

概要

増幅器は、
シードレーザ光の光路上に配置された複数の放電管と、
前記複数の放電管の間であって、前記シードレーザ光が所定の光路を形成するように配置され、点光源を所定の点に結像させる反射光学系と、
を備えてもよい。

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、例示的なＬＰＰ方式のＥＵＶ光生成装置の概略的な構成を示す。 図２は、一実施形態に係るレーザ装置３の概略を示す図である。 図３Ａは、複数の放電管ＤＴｋと複数の凹面ミラーＣＭｋを含む第ｋ段増幅器ＰＡｋの概略を示す。 図３Ｂは、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムとレーザ光のビームの伝播の模式図を示す。 図４は、凹面ミラーＣＭの表面形状が回転楕円体の面である場合の概略を示す。 図５Ａは、複数の放電管ＤＴｋと、平面ミラーＰＭｋと、凹面ミラーＣＭｋとを含む第ｋ段増幅器ＰＡｋの概略を示す。 図５Ｂは、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムとレーザ光のビームの伝播の模式図を示す。 図６Ａは、ダブルパスの場合の、複数の放電管ＤＴｋと、平面ミラーＰＭｋと、凹面ミラーＣＭｋとを含む第ｋ段増幅器ＰＡｋの概略を示す。 図６Ｂは、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムとレーザ光のビームの伝播の模式図を示す。 図７Ａは、複数の放電管ＤＴｋと、平面ミラーＰＭｋと、凹面ミラーＣＭｋと、を含む増幅器ＰＡｋの他の構成の概略を示す。 図７Ｂは、図７Ａの増幅器の側面図を示す。 図８Ａは、VIIIA−VIIIAの断面図である。 図８Ｂは、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムと、レーザ光のビームの伝播の模式図を示す。

実施形態

＜内容＞
１．概要
２．用語の説明
３．極端紫外光生成装置の全体説明
３．１ 構成
３．２ 動作
４．増幅器を含むレーザ装置
４．１ 構成
４．２ 動作
５．複数の放電管と反射光学系を含む増幅器
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 反射光学系の仕様とレーザ光のビームの伝播
５．４ 点光源を所定の点に結像させる凹面ミラー
５．４．１ 構成
５．４．２ 動作
５．４．３ 作用
５．４．４ その他
６．増幅器の他の実施形態
６．１ 平面ミラーと凹面ミラーを含む増幅器
６．１．１ 構成
６．１．２ 動作
６．２ 球面凹面ミラーを含む増幅器
６．２．１ 構成
６．２．２ 動作
６．３ 軸外放物面凹面ミラーを含む増幅器
６．３．１ 構成
６．３．２ 動作

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

１．概要
ＬＰＰＥＵＶ光生成装置用のドライバレーザとして、高出力ＣＯ₂レーザ装置が使用されている。ＬＰＰＥＵＶ光生成装置用のドライバ（ＣＯ₂）レーザ装置は、低次横モード（Ｍ²が小）で、高いパルスエネルギのパルスレーザ光を高い繰り返し周波数で出力する必要がある。そこで、高繰り返し周波数でパルスレーザ光を出力するマスターオシレータＭＯと、そのパルスレーザ光を増幅して高いパルスエネルギのパルスレーザ光を出力する複数の増幅器ＰＡが利用されている。このようなＭＯＰＡシステムでは、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光を増幅する際にＭ²の悪化を抑制しつつ、増幅効率の改善が求められる。なお、Ｍ²は、回折限界倍数またはビームクオリティと呼ばれ、回折限界ビームのＭ²の値は１となる。

増幅器ＰＡとして、複数本の放電管にＣＯ₂レーザガスを高速に流し、放電させる高速軸流型の増幅器が使用されているが、レーザ光のＭ²の悪化を抑制した状態で、高い増幅効率を得ることが困難であった。例えば、増幅器内のミラーで反射された反射光の波面がひずんでいる場合や、レーザ光の一部が増幅器内の放電管内部で反射され、その反射光が増幅されるような場合、レーザ光のＭ²の悪化を招くおそれがある。

そこで、本開示では、以下の増幅器を提案する。この増幅器は、複数の放電管を含み、シードレーザ光を増幅するものであって、前記シードレーザ光の光路上に配置された複数の放電管と、前記複数の放電管の間であって、前記レーザ光の所定の光路を形成するように配置された少なくとも１個の凹面ミラーと、を備えてもよい。凹面ミラーは、例えば、楕円ミラーやトロイダルミラーであってもよい。本開示の例としては、具体的に以下であってもよい。

例１．
シードレーザ光の光路上に配置された複数の放電管と、
前記複数の放電管の間であって、前記シードレーザ光が所定の光路を形成するように配置され、点光源を所定の点に結像させる反射光学系と、
を備える増幅器。

例２．
前記反射光学系は、回転楕円凹面ミラーである例１記載の増幅器。

例３．
前記反射光学系は、ドロイダルミラーである例１記載の増幅器。

例４．
前記反射光学系は、２枚の軸外放物面ミラーを備える例１記載の増幅器。

例５．
前記反射光学系は、１枚の球面ミラーを備える例１記載の増幅器。

例６．
例１から５記載の増幅器を備えるレーザ装置。

例７．
例６記載のレーザ装置を備える極端紫外光生成装置。

放電管と放電管の間に配置された凹面ミラーによって、シードレーザ光のビームの広がりによる放電管の内面からの反射等によるＭ²の悪化を抑制し、かつ、シードレーザ光を放電管内に満たす割合を向上させることが可能となってもよい。

２．用語の説明
本願において使用される幾つかの用語を以下に説明する。「チャンバ」は、ＬＰＰ方式のＥＵＶ光生成装置において、プラズマの生成が行われる空間を外部から隔絶するための容器である。「ドロップレット生成器」は、ＥＵＶ光を生成するために用いられる溶融スズ等のターゲット物質をチャンバ内に供給する装置である。「ＥＵＶ集光ミラー」は、プラズマから放射されるＥＵＶ光を反射してチャンバ外に出力するためのミラーである。

３．ＥＵＶ光生成装置の全体説明
３．１構成
図１に、例示的なＬＰＰ方式のＥＵＶ光生成装置の構成を概略的に示す。ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザ装置３と共に用いてもよい。ここでは、ＥＵＶ光生成装置１及びレーザ装置３を含むシステムを、以下、ＥＵＶ光生成システム１１と称する。

図１に示し、かつ以下に詳細に説明するように、ＥＵＶ光生成装置１は、例えば、チャンバ２及びドロップレット生成器２６を含んでもよい。チャンバ２は、密閉可能であってもよい。ドロップレット生成器２６は、例えば、チャンバ２の壁に取り付けられてもよい。ドロップレット生成器２６から供給されるターゲットの材料は、スズ（Ｓｎ）、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、キセノン、又はそれらのうちのいずれかを組み合わせたものでもよいが、これらに限定されない。

チャンバ２の壁には、少なくとも１つの貫通孔が設けられてもよい。その貫通孔をレーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３２が通過するようにしてもよい。チャンバ２には、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３２が透過する少なくとも１つのウィンドウ２１が設けられてもよい。

チャンバ２の内部には、例えば、回転楕円面形状の反射面を有するＥＵＶ集光ミラー２３が配置されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、第１の焦点、及び第２の焦点を有してもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３の表面には、例えば、モリブデンとシリコンとが交互に積層された多層反射膜が形成されてもよい。

ＥＵＶ集光ミラー２３は、例えば、その第１の焦点がプラズマ発生位置（プラズマ生成領域２５）又はその近傍に位置し、その第２の焦点が露光装置の仕様によって規定される所望の集光位置（中間焦点（ＩＦ）２９２）に位置するように配置されるのが好ましい。ＥＵＶ集光ミラー２３の中央部には、パルスレーザ光３３が通過することができる貫通孔２４が設けられてもよい。

ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御システム５を含んでもよい。また、ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲットセンサ４を含んでもよい。ターゲットセンサ４は、ターゲットの存在、軌道、位置の少なくとも１つを検出してもよい。ターゲットセンサ４は、撮像機能を有していてもよい。

更に、ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２内部と露光装置６内部とを連通する接続部２９を含んでもよい。接続部２９内部には、アパーチャが形成された壁２９１を設けてもよい。壁２９１は、そのアパーチャがＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点位置に位置するように配置してもよい。

更に、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御装置３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット２７を回収するターゲット回収器２８などを含んでもよい。レーザ光進行方向制御装置３４は、レーザ光の進行方向を制御するために、レーザ光の進行方向を規定する光学素子と、この光学素子の位置または姿勢を調整するためのアクチュエータとを備えてもよい。

３．２ 動作
図１を参照すると、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１は、レーザ光進行方向制御装置３４を経てパルスレーザ光３２としてウィンドウ２１を透過してチャンバ２内に入射されてもよい。パルスレーザ光３２は、少なくとも１つのレーザビーム経路に沿ってチャンバ２内に進み、レーザ光集光光学系２２で反射されてもよい。そして、パルスレーザ光３３として、少なくとも１つのドロップレットターゲット２７に照射されてもよい。

ドロップレット生成器２６は、ドロップレットターゲット２７をチャンバ２内部のプラズマ生成領域２５に向けて出力してもよい。ドロップレットターゲット２７には、パルスレーザ光３３に含まれる少なくとも１つのパルスが照射されてもよい。レーザ光が照射されたドロップレットターゲット２７はプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光２５１が生成されてもよい。ＥＵＶ光２５１は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されるとともに集光されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３に反射されたＥＵＶ光２５２は、中間焦点２９２を通って露光装置６に出力されてもよい。なお、１つのドロップレットターゲット２７に、パルスレーザ光３３に含まれる複数のパルスレーザ光が照射されてもよい。

ＥＵＶ光生成制御システム５は、ＥＵＶ光生成システム１１全体の制御を統括してもよい。ＥＵＶ光生成制御システム５は、ターゲットセンサ４によって撮像されたドロップレットターゲット２７のイメージデータ等を処理してもよい。ＥＵＶ光生成制御システム５は、例えば、ドロップレットターゲット２７を出力するタイミングの制御およびドロップレットターゲット２７の出力方向の制御の内の少なくとも１つを行ってもよい。ＥＵＶ光生成制御システム５は、例えば、レーザ装置３のレーザ発振タイミングの制御、パルスレーザ光３２の進行方向の制御、及びパルスレーザ光３３の集光位置の制御の内の少なくとも１つを行ってもよい。上述の様々な制御は単なる例示に過ぎず、必要に応じて他の制御を追加してもよい。

４．増幅器を含むレーザ装置
４．１ 構成

図２は、一実施形態に係るレーザ装置３の概略を示す図である。図２に例示されるように、レーザ装置３は、マスターオシレータＭＯと、少なくとも１つ以上の増幅器ＰＡと、少なくとも１つ以上のリレー光学系ＲＬを含んでもよい。

少なくとも１つ以上の増幅器ＰＡは、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の光路上に配置してもよい。増幅器ＰＡ１〜ＰＡｋ〜ＰＡｎは、光路上に配置された複数の放電管を含む増幅器ＰＡとしてもよい。放電管内にはＣＯ₂ガスが封入されていてもよい。

第１段リレー光学系ＲＬ１は、マスターオシレータＭＯおよび第１段増幅器ＰＡ１間の光路上に設置されてもよい。また、第２段リレー光学系ＲＬ２は、第１段増幅器ＰＡ１および第２段増幅器ＰＡ２間の光路上、ならびに第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは、第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）および第ｋ段増幅器ＰＡｋ間の光路上に設置されてもよい。リレー光学系ＲＬは、凹面ミラーを備えていてもよい。

マスターオシレータＭＯは、例えば、レーザ共振器内にＥＯポッケルスセル、偏光素子、ＣＯ₂ガスを含む放電管を配置したＣＯ₂レーザ発振器であってもよい。

マスターオシレータＭＯとして、半導体レーザを使用してもよい。ＣＯ₂レーザの波長域で発振するレーザとして、量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）であってもよい。マスターオシレータＭＯは、半導体に流れる電流を制御することによって、パルスレーザ光を出力させてもよい。また、マスターオシレータＭＯは、ＣＯ₂レーザ媒質の増幅ラインと同じ発振波長で発振するように、ペルチエ素子によって半導体温度を制御してもよい。

４．２ 動作
マスターオシレータＭＯは、所定の繰り返し周波数で、かつ、低次横モードで、パルスレーザ光を出力させてもよい。この際、低次横モードとは、例えば、Ｍ²≦２であってもよい。マスターオシレータＭＯからのパルスレーザ光が入射していない時においても、第１段増幅器ＰＡ１〜第ｋ段増幅器ＰＡｋ〜第ｎ段増幅器ＰＡｎは、図示しない電源を用いて、放電によりＣＯ₂レーザガスを励起させてもよい。

マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光は、第１段リレー光学系ＲＬ１を通過してもよい。それにより、パルスレーザ光は、第１段増幅器ＰＡ１に入射させるのに必要なレーザビーム特性に変換されてもよい。この際、レーザビーム特性とは、例えばビーム半径、波面であってもよい。

第１段リレー光学系ＲＬ１から出力されたパルスレーザ光（シードレーザ光）は、第１段増幅器ＰＡ１に入射され、第１段増幅器ＰＡ１を通過することによって増幅されてもよい。

第１段増幅器ＰＡ１から出力されたパルスレーザ光は、第２段リレー光学系ＲＬ２を通過してもよい。それにより、第２段増幅器ＰＡ２に入射させるのに必要なレーザビーム特性に変換されてもよい。

第２段リレー光学系ＲＬ２から出力されたパルスレーザ光（シードレーザ光）は、第２段増幅器ＰＡ２に入射され、第２段増幅器ＰＡ２を通過することによってさらに増幅されてもよい。

同様にして、第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出力されたパルスレーザ光は、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋを通過してもよい。それにより、第ｋ段増幅器ＰＡｋに入射させるのに必要なレ一ザビーム特性に変換されてもよい。

第ｋ段リレー光学系ＲＬｋから出力されたパルスレーザ光（シードレーザ光）は、第ｋ段増幅器ＰＡｋに入射され、第ｋ段増幅器ＰＡｋを通過することによってさらに増幅されてもよい。

そして、最終段の第ｎ段増幅器ＰＡｎによって増幅されたパルスレーザ光を、図２に示すように、ＥＵＶ光を生成するチャンバ２に伝送するようにしてもよい。

５．複数の放電管と反射光学系を含む増幅器
５．１ 構成
図３Ａは、複数の放電管ＤＴｋと複数の凹面ミラーＣＭｋを含む第ｋ段増幅器ＰＡｋの概略を示す。

第ｋ段増幅器ＰＡｋは、例えば、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４、第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３、入射ウィンドウＷＩｋ、および出射ウィンドウＷＯｋを含んで構成されてもよい。

第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４を、シードレーザ光ＳＲｋの光路上に配置してもよい。第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４内には、ＣＯ₂レーザガスが封入されてもよい。図示しないブロアによって、このレーザガスは、光路中心の軸に沿って流されてもよい。

第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の外壁には、図示しない１対の電極がそれぞれ設置されてもよい。この１対の電極と図示しない高周波電源とが接続されてもよい。第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の全ては、例えば、同一の長さＬｔと同一の内側の半径ｗｔを有してもよい。第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４は、放電管ＤＴｋの中心軸と光路中心が一致するように配置されてもよい。

入射ウィンドウＷＩｋと出射ウィンドウＷＯｋは、それぞれ、シードレーザ光ＳＲｋが第ｋ段増幅器ＰＡｋに入射する位置ＰＩｋと増幅レーザ光ＡＲｋが出射する位置ＰＯｋに対応して設置されてもよい。

第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３は、第１放電管ＤＴｋ１および第２放電管ＤＴｋ２の間、第２放電管ＤＴｋ２および第３放電管ＤＴｋ３の間、さらに、第３放電管ＤＴｋ３および第４放電管ＤＴｋ４の間にそれぞれ配置されてもよい。

第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３は、シードレーザ光ＳＲが入射角度４５度で入射し、反射角度４５度で反射するように、図示しないミラーホルダでそれぞれ支持されてもよい。そして、第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３のそれぞれの入射面は、同一平面上にあってもよい。この場合、同一平面とは、例えば、紙面と同一面であってもよい。例えば、各ミラーは、第１凹面ミラーＣＭｋ１と第２凹面ミラーＣＭｋ２の間隔と、第２凹面ミラーＣＭｋ２と第３凹面ミラーＣＭｋ３の間隔が、それぞれ同一距離のＬとなるように、配置されてもよい。

第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３の反射面の表面形状は、レーザ光のビームがそれぞれ第２放電管ＤＴｋ２〜第４放電管ＤＴｋ４で蹴られる（vignetting）のを抑制するように、各々の放電管の中央にビームウエストを形成するような面形状であってもよい。例えば、第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３は、同一の反射面の形状であって、回転楕円体面やトロイダル面であってもよい。第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３の仕様に関しては後述する。

第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは、所定の光路を形成するように、前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）と第ｋ段増幅器ＰＡｋの間に設置されてもよい。第ｋ段リレー光学系ＲＬｋとして、第１放電管ＤＴｋ１を通過し、第１放電管ＤＴｋ１の中央位置において、ビームウエストを形成するような球面波を出力可能な光学系を用いてもよい。

例えば、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは、平面ミラーや凹面ミラーを含んでもよい。平面波を球面波に変換する場合は、軸外放物面ミラーを用いてもよい。この開示において、軸外放物面ミラーは、反射面の表面形状が所定の放物線の対称軸を回転軸とする回転体が形成する面の一部であって、放物線の対称軸上にない面を反射面の表面形状として備えるミラーと定義する。

第（ｋ＋１）段リレー光学系ＲＬ（ｋ＋１）は、第ｋ段増幅器ＰＡｋと後段の第（ｋ＋１）段増幅器ＰＡ（ｋ＋１）の間の光路上に設置されてもよい。

５．２ 動作
前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたパルスレーザ光のビームは、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋにおいて所定の凹面球面波に変換され、入射ウィンドウＷＩｋを介して、シードレーザ光ＳＲｋとして第ｋ段増幅器ＰＡｋに入射してもよい。そして、シードレーザ光ＳＲｋのビームは、第１放電管ＤＴｋ１の中間位置でビームウエストを形成してもよい。その結果、シードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波で第１放電管ＤＴｋ１の内面への照射を抑制されつつ、第１放電管ＤＴｋ１を通過して増幅されてもよい。

さらに、シードレーザ光ＳＲｋのビームは、第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３に、それぞれ入射角度４５度で入射してもよい。そして、シードレーザ光ＳＲｋのビームは、第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３で反射される都度、凹面球面波に変換されてもよい。その結果、それぞれの第２放電管ＤＴｋ２〜第４放電管ＤＴｋ４の中央位置で、シードレーザ光ＳＲｋのビームウエストが形成されてもよい。そして、シードレーザ光ＳＲｋは、それぞれ第２放電管ＤＴｋ２〜第４放電管ＤＴｋ４を通過することにより、増幅されてもよい。

第４放電管ＤＴｋ４を通過して増幅されたパルスレーザ光は、出射ウィンドウＷＯｋを介し、所定の凸面球面波の増幅レーザ光ＡＲｋとして出力されてもよい。この増幅レーザ光ＡＲｋを、第（ｋ＋１）段リレー光学系ＲＬ（ｋ＋１）を経由して、後段の第（ｋ＋１）段増幅器ＰＡ（ｋ＋１）に入射させてもよい。

５．３ 反射光学系の仕様とレーザ光のビームの伝播
図３Ｂは、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムとレーザ光のビームの伝播の模式図を示す。ここで、Ｚ軸およびｗ軸は、それぞれシードレーザ光のビームが進む方向およびビームの強度分布における所定光強度以上のビームの半径を示す。この場合、所定光強度は、例えば、強度分布のピークに対して１／ｅ²の強度であってもよい。図３Ｂにおいて、第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３は、これらと等価なレンズで表現され、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４は、点線の長方形で表現される。

凹面球面波である、リレー光学系ＲＬｋから出射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、内側半径ｗｔの第１放電管ＤＴｋ１に入射してもよい。このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第１放電管ＤＴｋ１に入射する際に、第１放電管ＤＴｋ１の端部に蹴られるのを抑制され、中央値Ｌｔ／２の位置で、ビームウエスト半径ｗ０を形成してもよい。

シードレーザ光ＳＲｋのビームは、ビームウエスト半径ｗ０を形成した後、凸面球面波となって広がるが、第１放電管ＤＴｋ１の内面に照射されるのを抑制されつつ、第１凹面ミラーＣＭｋ１に入射してもよい。

第１凹面ミラーＣＭｋ１からの反射光のビームは、凹面球面波となって、第２放電管ＤＴｋ２に入射してもよい。このビームは、第２放電管ＤＴｋ２の端部に蹴られるのを抑制され、第２放電管ＤＴｋ２の中央値Ｌｔ／２の位置で、ビームウエスト半径ｗ０が形成してもよい。その後、このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって広がるが、第２放電管ＤＴｋ２の内面に照射されるのを抑制されつつ、第２凹面ミラーＣＭｋ２に入射してもよい。

同様にして、第２凹面ミラーＣＭｋ２で反射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第３放電管ＤＴｋ３の中央位置でビームウエストを形成して第３放電管ＤＴｋ３を通過し、第３凹面ミラーＣＭｋ３に入射してもよい。そして、第３凹面ミラーＣＭｋ３で反射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第４放電管ＤＴｋ４の中央位置でビームウエストを形成しつつ第４放電管ＤＴｋ４を通過してもよい。

以上のようなシードレーザ光ＳＲｋのビームを形成するための第１凹面ミラーＣＭｋ１〜第３凹面ミラーＣＭｋ３の仕様は、以下の式から求めてもよい。一般的に、Ｍ²のレーザ光のガウシアンビームの波面の曲率半径とビームの半径（１／ｅ²）は以下の式で表現されてもよい。

ここで、ｚｔは波面が平面である位置からの伝播距離、λはレーザ光の波長、ｗ０は波面が平面である位置での光強度１／ｅ²のビーム半径、ｗ（ｚｔ）は距離ｚｔを伝播した後での光強度１／ｅ²のビームの半径、Ｒ（ｚｔ）は距離ｚｔを伝播した後の波面の曲率半径を示してもよい。また、Ｍ²は、上述した通り、回折限界倍数と呼ばれ、シングル横モードの場合はＭ²＝１となってもよい。

たとえば、Ｍ²の範囲と、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の端部の位置におけるシードレーザ光ＳＲｋの光強度１／ｅ²のビーム半径ｗｅの範囲を以下の範囲にしてもよい。
１≦Ｍ²≦２ かつ ｗｔ／２≦ｗｅ≦ｗｔ

ビームウエストの半径ｗ０は、Ｍ²＝１または２として、（１）式にｚｔ＝Ｌｔ／２を代入し、ｗ（ｚｔ）＝ｗｔまたはｗｔ／２として求めてもよい。そして、凹面ミラーＣＭｋに入射する波面の曲率半径Ｒｍは、（２）式にｚｔ＝Ｌ／２を代入して、（１）式から求められたビームウエスト半径ｗ０から求めてもよい。

例えば、波長λ＝１０．６μｍ、凹面ミラー間の距離Ｌ＝１ｍ、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の長さＬｔ＝０．８ｍ、放電管の内側の半径ｗｔ＝０．０１５ｍの条件における凹面ミラーＣＭｋに入射する凸面球面波の曲率半径Ｒｍを（１）式および（２）式から求めてもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１５ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝８８９４ｍとなってもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７４９８ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝５５５．８ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９９ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝１１１０ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７４９１ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝１３８．８ｍとなってもよい。

以上のように、入射および反射するレーザ光の球面波の曲率半径Ｒｍの範囲は、１３８．８ｍ≦Ｒｍ≦８８９４ｍであってもよい。

ここで、凹面ミラーＣＭｋは、凸面球面波の曲率半径Ｒｍの光を入射角度４５度で入射したレーザ光を、凹面球面波の曲率半径Ｒｍのレ一ザ光に変換して反射させる凹面ミラーＣＭｋであってもよい。

５．４ 点光源を所定の点に結像させる凹面ミラー
５．４．１ 構成
図４は、凹面ミラーＣＭの表面形状が回転楕円体の一部の面で構成される場合の概略を示す。図４に示すように、この凹面ミラーＣＭの反射面として、長軸を中心とする回転楕円面の一部を使用してもよい。

例えば、楕円体面の第１の焦点Ｆ１と凹面ミラーＣＭの中心Ｃとの距離（線分Ｆ１−Ｃ）と、凹面ミラーＣＭの中心Ｃと第２の焦点Ｆ２との距離（線分Ｃ−Ｆ２）は、同じＲｍであってもよい。また、線分Ｆ１−Ｃと線分Ｃ−Ｆ２とのなす角度は９０度であってもよい。

５．４．２ 動作
第１の焦点Ｆ１の位置に配置された点光源は、凸面球面波となり、その球面波を凹面ミラーＣＭに入射角度４５度で入射するようにしてもよい。凹面ミラーＣＭの中心位置Ｃに到達した球面波の曲率半径はＲｍであってもよい。

凹面ミラーＣＭにおいて、反射角度４５度で反射される光は、凹面球面波に変換されてもよい。このときの球面波の曲率半径はＲｍであってもよい。

５．４．３ 作用
表面形状が回転楕円体の凹面ミラーＣＭは、第１焦点Ｆ１の位置にある点光源の像を第２焦点Ｆ２の位置に転写結像してもよい。凹面ミラーＣＭは、曲率半径Ｒｍの凸面球面波を反射して、曲率半径Ｒｍの凹面球面波に変換することができてもよい。このような凹面ミラーＣＭを、増幅器ＰＡのミラーとして使用してもよい。

５．４．４ その他
第１焦点Ｆ１の位置にある点光源の像を第２焦点Ｆ２の位置に転写結像させる凹面ミラーＣＭの別の実施形態として、凹面ミラーＣＭの反射面の表面形状は、水平方向と垂直方向の曲率半径が異なるトロイダル面であってもよい。

６．増幅器の他の実施形態
６．１ 平面ミラーと凹面ミラーを含む増幅器
６．１．１ 構成
図５Ａは、複数の放電管ＤＴｋと、平面ミラーＰＭｋと、凹面ミラーＣＭｋとを含む第ｋ段増幅器ＰＡｋの概略を示す。

図３の実施形態と異なる構成について以下に記述する。第１放電管ＤＴｋ１と第２放電管ＤＴｋ２の間と、第３放電管ＤＴｋ３と第４放電管ＤＴｋ４の間に所定の光路を形成するように、第１凹面ミラーＣＭｋ１および第３凹面ミラーＣＭｋ３に代え、それぞれ第１平面ミラーＰＭｋ１および第３平面ミラーＰＭｋ３を配置してもよい。

第２放電管ＤＴｋ２と第３放電管ＤＴｋ３の間には、図３と同様、所定の光路を形成するように、第２凹面ミラーＣＭｋ２を配置してもよい。

この所定の光路の中心軸は、同一面内であってもよい。

ただし、第２凹面ミラーＣＭ２の反射面の形状は、シードレーザ光ＳＲｋのビームウエストが、第１平面ミラーＰＭｋ１と第３平面ミラーＰＭｋ３の位置となるようなものであってもよい。

図示していない前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋ、第（ｋ＋１）段リレー光学系Ｒ（ｋ＋１）、および後段の第（ｋ＋１）段増幅器ＰＡ（ｋ＋１）の構成は、図３と同様であってもよい。ただし、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋとして、前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたレーザ光が第１平面ミラーＰＭｋ１の位置でビームウエストを形成するように、そのレーザ光の波面を凹面球面波に変換する光学システムを用いてもよい。

６．１．２ 動作
図示しない前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたパルスレーザ光は、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋと入射ウィンドウＷＩｋを経由して、所定の凹面球面波として、入射ウィンドウＷＩｋを介してシードレーザ光ＳＲｋとして第ｋ段増幅器ＰＡｋに入射してもよい。そして、シードレーザ光ＳＲｋは、第１放電管ＤＴｋ１を通過することによって増幅されてもよい。

シードレーザ光ＳＲｋは、第１平面ミラーＰＭｋ１に入射角４５度で入射してもよい。このとき、シードレーザ光ＳＲｋは、第１平面ミラーＰＭｋ１上でビームウエストを形成してもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第１平面ミラーＰＭｋ１によって反射され、凸面球面波となり、第２放電管ＤＴｋ２の内面への照射を抑制しつつ、第２放電管ＤＴｋ２を通過し、その結果、増幅されてもよい。

第２放電管ＤＴｋ２を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、凸面球面波として第２凹面ミラーＣＭｋ２に入射角度４５度で入射し、凹面球面波として反射されてもよい。そして、このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第３放電管ＤＴｋ３の端部で蹴られることがないように第３放電管ＤＴｋ３に入射し、そして第３放電管ＤＴｋ３を通過することによって増幅されてもよい。

第３放電管ＤＴｋ３を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、第３平面ミラーＰＭｋ３に入射角４５度で入射してもよい。このとき、シードレーザ光ＳＲｋは、第３平面ミラーＰＭｋ３上でビームウエストを形成してもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第３平面ミラーＰＭｋ３によって反射され、凸面球面波となり、第４放電管ＤＴｋ４の内面ヘの照射を抑制しつつ、第４放電管ＤＴｋ４を通過することによって増幅されてもよい。第４放電管ＤＴｋ４を通過して増幅されたパルスレーザ光は、所定の凸面球面波の増幅レーザ光ＡＲｋとして、出射ウィンドウＷＯｋを介して出力されてもよい。

この増幅レーザ光は、図示しない第（ｋ＋１）段リレー光学系Ｒ（ｋ＋１）を経由して、後段の図示しない第（ｋ＋１）段増幅器ＰＡ（ｋ＋１）に入射してもよい。

図５Ｂは、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムとレ一ザ光のビームの伝播の模式図を示す。

シードレーザ光ＳＲｋの入射位置ＰＩｋ（Ｚ＝０）を通過したシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凹面球面波として、第１放電管ＤＴｋ１に入射してもよい。このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第１放電管ＤＴｋ１を通過し、第１平面ミラーＰＭｋ１の位置（Ｚ＝Ｌの位置）で、ビームウエスト半径ｗ０を形成してもよい。そして、反射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって第２放電管ＤＴｋ２を通過し、Ｚ＝２Ｌの位置の第１凹面ミラーＣＭｋ１に入射してもよい。

第１凹面ミラーＣＭｋ１で反射された凹面球面波であるシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第３放電管ＤＴｋ３を通過し、第３平面ミラーＰＭｋ３の位置（Ｚ＝３Ｌの位置）で、半径ｗ０のビームウエストを形成してもよい。そして、このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって、第４放電管ＤＴｋ４を通過し、Ｚ＝４Ｌの位置の増幅レーザ光ＡＲｋの出射位置ＰＯｋを通過してもよい。ここで、ビームウエストから第２放電管ＤＴｋ２における出射側の端部までの距離は、（Ｌ−Ｌｔ）／２＋Ｌｔとなってもよい。

たとえば、Ｍ²の範囲と、第２放電管ＤＴｋ２における出射側の端部の位置におけるシードレーザ光ＳＲｋの強度１／ｅ²のビーム半径ｗｅの範囲を以下の範囲にしてもよい。
１≦Ｍ²≦２ かつ ｗｔ／２≦ｗｅ≦ｗｔ

ビームウエストの半径ｗ０は、Ｍ²＝１または２として、（１）式にｚｔ＝（Ｌ−Ｌｔ）／２＋Ｌｔを代入し、ｗ（ｚｔ）＝ｗｔまたはｗｔ／２として求めてもよい。凹面ミラーＣＭｋに入射する波面の曲率半径Ｒｍは、（２）式にｚｔ＝Ｌを代入して、（１）式から求められたビームウエスト半径ｗ０から求めてもよい。

例えば、波長λ＝１０．６μｍ、平面ミラーＰＭと凹面ミラーＣＭ間の距離Ｌ＝１ｍ、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の長さＬｔ＝０．８ｍ、放電管ＤＴの内側の半径ｗｔ＝０．０１５ｍの条件における第１凹面ミラーＣＭｋ１に入射する凸面球面波の曲率半径Ｒｍを（１）式および（２）式から求めてもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９９８ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝４４４５ｍとなってもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７４８５ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝２７６．７ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９９３ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝１１１０ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７４３９ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝６８．２４ｍとなってもよい。

以上のように、入射および反射する球面波の曲率半径Ｒｍの範囲は、６８．２４ｍ≦Ｒｍ≦４４４５ｍであってもよい。

６．２ 球面凹面ミラーを含む増幅器
６．２．１ 構成
図６Ａは、ダブルパスの場合の、複数の放電管ＤＴｋと、平面ミラーＰＭｋと、凹面ミラーＣＭｋとを含む第ｋ段増幅器ＰＡｋの概略を示す。

図３の実施形態と異なる構成について記述する。

第１放電管ＤＴｋ１と第２放電管ＤＴｋ２の間、第２放電管ＤＴｋ２と第３放電管ＤＴｋ３の間、および第３放電管ＤＴｋ３と第４放電管ＤＴｋ４の間に所定の光路を形成するように、凹面ミラーＣＭｋに代え、それぞれ第１平面ミラーＰＭｋ１、第２平面ミラーＰＭｋ２および第３平面ミラーＰＭｋ３を配置してもよい。

第４凹面ミラーＣＭｋ４は、第４放電管ＤＴｋ４を通過したレーザ光をほぼ同じ光路上に反射するように設置してもよい。第４凹面ミラーＣＭｋ４は、シードレーザ光ＳＲｋ入射位置ＰＩｋおよび増幅レーザ光ＡＲｋ出射位置ＰＯｋから距離Ｌ１離れた位置に配置されてもよい。この第４凹面ミラーＣＭｋ４の反射面の形状は、シードレーザ光ＳＲｋのビームウエストが、第２平面ミラーＰＭｋ２の位置となるような所定の曲率半径の球面であってもよい。

また、第４放電管ＤＴｋ４と第４凹面ミラーＣＭｋ４の間の光路上にλ／４板Ｗｋが、設置されてもよい。

第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは、第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）と第ｋ段増幅器ＰＡｋの間の光路上に設置されてもよい。第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは、前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたレーザ光を第２平面ミラーＰＭｋ２の位置でビームウエストを形成する凹面球面波に変換する凹面ミラーＣＭｋを含んでもよい。さらに、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは、偏光ビームスプリッタＢＳを含んでもよい。偏光ビームスプリッタＢＳの反射面には、第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたシードレーザ光ＳＲｋのＹ方向に平行な直線偏光を高透過し、Ｙ方向と直交するＸ方向の直線偏光を高反射する膜がコートされていてもよい。

第（ｋ＋１）段リレー光学系ＲＬ（ｋ＋１）は、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋと第（ｋ＋１）段増幅器ＰＡ（ｋ＋１）の間の光路上に設けられてもよい。

６．２．２ 動作
前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたパルスレーザ光は、Ｙ方向に平行な直線偏光であってもよい。このパルスレーザ光は、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋに設置されている偏光ビームスプリッタＢＳを高透過してもよい。このパルスレーザ光は第ｋ段リレー光学系ＲＬｋに設置されている第５凹面ミラーＣＭｋ５によって、所定の凹面球面波となり、第ｋ段増幅器ＰＡｋの入射ウィンドウＷＩｋにシードレーザ光ＳＲｋとして入射してもよい。

そして、シードレーザ光ＳＲｋは、第１放電管ＤＴｋ１を通過し、増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第１平面ミラーＰＭｋ１に入射角度４５度で入射し、第２放電管ＤＴｋ２に向けて反射され、第２放電管ＤＴｋ２を通過することによって増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第２放電管ＤＴｋ２を通過する際に、レーザ光のビームの一部が第２放電管ＤＴｋ２の内面に照射されることを抑制されてもよい。

第２放電管ＤＴｋ２を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、第２平面ミラーＰＭｋ２に入射角度４５度で入射してもよい。このとき、シードレーザ光ＳＲｋは、ビームウエストを形成してもよい。そして、このシードレーザ光ＳＲｋは、反射角度４５度で反射され、凸面球面波で第３放電管ＤＴｋ３を通過することによって増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第３放電管ＤＴｋ３を通過する際に、レーザ光のビームの一部が第３放電管ＤＴｋ３の内面に照射されることを抑制されてもよい。

第３放電管ＤＴｋ３を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、第３平面ミラーＰＭｋ３に入射角度４５度で入射し、反射角度４５度で反射されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第４放電管ＤＴｋ４を通過することによって増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第４放電管ＤＴｋ４を通過する際に、レーザ光のビームの一部が第４放電管ＤＴｋ４の内面に照射されるのを抑制されてもよい。

第４放電管ＤＴｋ４を通過して増幅されたシードレーザ光ＳＲｋは、λ／４板Ｗｋを透過して、円偏光に変換されてもよい。円偏光のレーザ光は、所定の曲率半径の凸面球面波で、第４凹面ミラーＣＭｋ４に入射して、ミラーと同じ曲率半径の凹面球面波となるように反射されてもよい。

この円偏光のレーザ光は、再びλ／４板Ｗｋを透過することによって、Ｘ方向と平行な直線偏光に変換されてもよい。このＸ方向と平行なレーザ光は、第４放電管ＤＴｋ４、第３平面ミラーＰＭｋ３、第３放電管ＤＴｋ３、第２平面ミラーＰＭｋ２、第２放電管ＤＴｋ２、第１平面ミラーＰＭｋ１および第１放電管ＤＴｋ１を経由して増幅されてもよい。

ここで、Ｘ方向と平行なレーザ光のビームウエストの位置は第２平面ミラーＰＭｋ２の位置であってもよい。Ｘ方向と平行な直線偏光のレーザ光は、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４を通過する際に、ビームの一部がケラレたり、内面に照射するのを抑制されてもよい。

図６Ｂに、第ｋ段増幅器ＰＡｋに設置された光学システムとレーザ光のビームの伝播の模式図を示す。

シードレーザ光ＳＲｋの入射位置ＰＩｋ（Ｚ＝０）を通過したシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凹面球面波で、第１放電管ＤＴｋ１と、第１平面ミラーＰＭｋ１と、第２放電管ＤＴｋ２とを経由して、第２平面ミラーＰＭｋ２に入射してもよい。このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第２平面ミラーＰＭｋ２の位置（Ｚ＝２Ｌの位置）で、半径ｗ０のビームウエストを形成してもよい。そして、第２平面ミラーＰＭｋ２で反射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって、第３放電管ＤＴｋ３、第３平面ミラーＰＭｋ３、第４放電管ＤＴｋ４を経由して、Ｚ＝４Ｌ＋Ｌ１の位置の第４凹面ミラーＣＭｋ４に入射してもよい。

シードレーザ光ＳＲｋのビームは、第４凹面ミラーＣＭｋ４で反射され、凹面球面波となって、第４放電管ＤＴｋ４と、第３平面ミラーＰＭｋ３と、第３放電管ＤＴｋ３とを経由し、第２平面ミラーＰＭｋ２の位置（Ｚ＝６Ｌ＋２Ｌ１の位置）で、半径ｗ０のビームウエストを形成してもよい。そして、第２平面ミラーＰＭｋ２で反射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって、第２放電管ＤＴｋ２、第１平面ミラーＰＭｋ１、および第１放電管ＤＴｋ１を経由して、Ｚ＝８Ｌ＋２Ｌ１の位置の増幅レーザ光ＡＲｋの出射位置ＰＯｋを通過してもよい。ここで、ビームウエスト（平面ミラー２）の位置から第４放電管ＤＴｋ４における出射側の端部のまでの距離は、２Ｌ−（Ｌ−Ｌｔ）／２＝（３Ｌ＋Ｌｔ）／２となってもよい。

たとえば、Ｍ²の範囲と、第４放電管ＤＴｋ４における出射側の端部の位置におけるシードレーザ光ＳＲｋの強度１／ｅ²のビーム半径ｗｅの範囲を以下の範囲にしてもよい。
１≦Ｍ²≦２ かつ ｗｔ／２≦ｗｅ≦ｗ

ビームウエストの半径ｗ０は、（１）式にｚｔ＝（３Ｌ＋Ｌｔ）／２を代入し、ｗ（ｚｔ）＝ｗｔまたはｗｔ／２として求めてもよい。第４凹面ミラーＣＭｋ４に入射する波面の曲率半径Ｒｍは、（２）式にｚｔ＝２Ｌ＋Ｌ１を代入して、（１）式から求められたビームウエスト半径ｗ０から求めてもよい。

例えば、波長λ＝１０．６μｍ、平面ミラーＰＭｋと凹面ミラーＣＭｋ間の距離Ｌ＝１ｍ、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の長さＬｔ＝０．８ｍ、放電管ＤＴｋの内側の半径ｗｔ＝０．０１５ｍ、Ｌ１＝０．１ｍの条件における第１凹面ミラーＣＭｋ１に入射する凸面の波面の曲率半径Ｒｍを、式（１）および式（２）を用いて求めてもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９９４ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝２１１６ｍとなってもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７４４８ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝１３０．８ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９７４ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝５２７．８２６７ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７２７９ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝３１．４５ｍとなってもよい。

以上のように、入射および反射する球面波の曲率半径Ｒｍの範囲は、３１．４５ｍ≦Ｒｍ≦２１１６ｍであってもよい。

ここで、第４凹面ミラーＣＭｋ４は、垂直入射の凹面ミラーであるので、このミラーの反射面の形状は、曲率半径がＲｍの球面であってもよい。

６．３ 軸外放物面凹面ミラーを含む増幅器
６．３．１ 構成

図７Ａは、複数の放電管ＤＴｋと、平面ミラーＰＭｋと、凹面ミラーＣＭｋと、を含む増幅器ＰＡｋの他の構成の概略を示す。図７Ｂは、この増幅器の側面図を示す。図８Ａは、図７ＡのVIIIA−VIIIAの断面図である。図８Ｂは、増幅器ＰＡｋに設置された光学システムと、レーザ光のビームの伝播の模式図を示す。

第ｋ段増幅器ＰＡｋは、例えば、入射ウィンドウＷＩｋ、出射ウィンドウＷＯｋ、第１放電管ＤＴｋ１および第１’放電管ＤＴｋ１'、第１平面ミラーＰＭｋ１および第１’平面ミラーＰＭｋ１'、第２放電管ＤＴｋ２および第２’放電管ＤＴｋ２'、第２平面ミラーＰＭｋ２および第２’平面ミラーＰＭｋ２'、第３放電管ＤＴｋ３および第３’放電管ＤＴｋ３'、第３平面ミラーＰＭｋ３および第３’平面ミラーＰＭｋ３'、第４放電管ＤＴｋ４および第４’放電管ＤＴｋ４'、ならびに、第６凹面ミラーＣＭｋ６および第６’凹面ミラーＣＭｋ６'を含んでもよい。

第１放電管ＤＴｋ１から第４放電管ＤＴｋ４および第１’放電管ＤＴｋ１'から第４’放電管ＤＴｋ４'は、それぞれ第１の光路および第２の光路上に設置されてもよい。第１と第２の光路の中心軸は、互いに平行な平面内にあってもよい。

第１平面ミラーＰＭｋ１は、第１放電管ＤＴｋ１と第２放電管ＤＴｋ２の間に設けられてもよく、第１’平面ミラーＰＭｋ１'は、第１’放電管ＤＴｋ１'と第２’放電管ＤＴｋ２'の間に設けられてもよく、それぞれの第１および第２の光路を形成してもよい。同様に、第２平面ミラーＰＭｋ２は、第２放電管ＤＴｋ２と第３放電管ＤＴｋ３の間に、第２’平面ミラーＰＭｋ２'は、第２’放電管ＤＴｋ２'と第３’放電管ＤＴｋ３'の間に設けられてもよく、それぞれ第１および第２の光路を形成してもよい。第３平面ミラーＰＭｋ３は、第３放電管ＤＴｋ３と第４放電管ＤＴｋ４の間に、第３’平面ミラーＰＭｋ３'は、第３’放電管ＤＴｋ３'と第４’放電管ＤＴｋ４'の間に設けられてもよく、それぞれ第１および第２の光路を形成してもよい。

第６凹面ミラーＣＭｋ６および第６'凹面ミラーＣＭｋ６'は、第１および第２の光路を接続する光路を形成するように設置してもよい。第６凹面ミラーＣＭｋ６は、シードレーザ光ＳＲｋ入射位置ＰＩｋから距離Ｌ２離れた位置に配置されてもよい。また、第６’凹面ミラーＣＭｋ６’は、増幅レーザ光出射位置ＰＯｋから距離Ｌ２離れた位置に配置されてもよい。 第６凹面ミラーＣＭｋ６と、第６'凹面ミラーＣＭｋ６'とは、距離Ｌ３離れて配置されてもよい。

第６凹面ミラーＣＭｋ６は、シードレーザ光ＳＲｋの凸面球面波を平面波に変換する軸外放物面ミラーであってもよい。

第６'凹面ミラーＣＭｋ６'は、シードレーザ光ＳＲｋの平面波を凹面球面波に変換し、ビームウエスト位置が第２’平面ミラーＰＭｋ２'となるような、軸外放物面ミラーであってもよい。

図示していない前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）、第ｋ段リレー光学系ＲＬｋ、第（ｋ＋１）段リレー光学系ＲＬ（ｋ＋１）、および後段の第（ｋ＋１）段増幅器ＰＡ（ｋ＋１）の構成に関しては、図３と同様であってもよい。第ｋ段リレー光学系ＲＬｋは前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたレーザ光が第２平面ミラーＰＭｋ２の位置でビームウエストを形成するように凸面球面波に変換する光学システムであってもよい。

６．３．２ 動作
前段の第（ｋ−１）段増幅器ＰＡ（ｋ−１）から出射されたパルスレーザ光は、図示しない第ｋ段リレー光学系ＲＬｋに設置されている光学システムによって、所定の凹面球面波とされ、第ｋ段増幅器ＰＡｋの入射ウィンドウＷＩｋにシードレーザ光ＳＲｋとして入射してもよい。そして、シードレーザ光ＳＲｋは、第１放電管ＤＴｋ１を通過することによって増幅されてもよい。

シードレーザ光ＳＲｋは第１平面ミラーＰＭｋ１に入射角４５度で入射し、反射されてもよい。この反射されたレーザ光は、第２放電管ＤＴｋ２を通過することによって増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第２放電管ＤＴｋ２を通過する際に、レーザ光のビームの一部が第２放電管ＤＴｋ２の内面に照射されるのを抑制されてもよい。

第２放電管ＤＴｋ２を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、第２平面ミラーＰＭｋ２に入射角度４５度で入射し、第２平面ミラーＰＭｋ２の位置で、ビームウエストを形成してもよい。そして、このシードレーザ光ＳＲｋは反射角度４５度で反射され、凸面球面波で第３放電管ＤＴｋ３を通過することにより、増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第３放電管ＤＴｋ３を通過する際に、レーザ光のビームの一部が第３放電管ＤＴｋ３の内面に照射されるのを抑制されてもよい。

第３放電管ＤＴｋ３を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、第３平面ミラーＰＭｋ３に入射角度４５度で入射し、反射角度４５度で反射されてもよい。その後、シードレーザ光ＳＲｋは、第４放電管ＤＴｋ４に入射され、第４放電管ＤＴｋ４を通過することによって増幅されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋは、第４放電管ＤＴｋ４を通過する際に、レーザ光のビームの一部が第４放電管ＤＴｋ４の内面に照射されるのを抑制されてもよい。

第４放電管ＤＴｋ４を通過したシードレーザ光ＳＲｋは、凸面球面波であり、第６凹面ミラーＣＭｋ６に入射角度４５度で入射し、平面波に変換されて反射されてもよい。そして、この平面波のシードレーザ光ＳＲｋは第６’凹面ミラーＣＭｋ６’に入射角度４５度で入射し、所定の曲率半径の凹面球面波に変換されて反射されてもよい。

このシードレーザ光ＳＲｋは、第４’放電管ＤＴｋ４'、第３’平面ミラーＰＭｋ３'、第３’放電管ＤＴｋ３'、第２’平面ミラーＰＭｋ２'、第２’放電管ＤＴｋ２'、第１’平面ミラーＰＭｋ１'、および第１’放電管ＤＴｋ１'を経由して増幅され、出射ウィンドウＷＯｋを介して、増幅レーザ光ＡＲｋとして出射されてもよい。

ここで、シードレーザ光ＳＲｋのビームウエストは、第２’平面ミラーＰＭｋ２’の位置に形成されてもよい。シードレーザ光ＳＲｋのビームは、第４’放電管ＤＴｋ４'〜第１’放電管ＤＴｋ１'を通過する際に、第１’放電管ＤＴｋ１'の入射端部におけるレーザ光のビームの一部のケラレを抑制されてもよい。さらに、シードレーザ光ＳＲｋは、第４’放電管ＤＴｋ４'の内面にビームの一部が照射するのを抑制されてもよい。

以上の動作を図８Ｂに示すビームの伝播の模式図を基に説明する。シードレーザ光ＳＲｋの入射位置ＰＩｋ（Ｚ＝０）を通過したシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凹面球面波であり、第１放電管ＤＴｋ１、第１平面ミラーＰＭｋ１、および第２放電管ＤＴｋ２を経由して、第２平面ミラーＰＭｋ２に入射してもよい。このシードレーザ光ＳＲｋのビームは、第２平面ミラーＰＭｋ２の位置（Ｚ＝２Ｌの位置）で、半径ｗ０のビームウエストを形成してもよい。

そして、第２平面ミラーＰＭｋ２で反射されたシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって、第３放電管ＤＴｋ３、第３平面ミラーＰＭｋ３、および第４放電管ＤＴｋ４を経由して、Ｚ＝４Ｌ＋Ｌ２の位置の第６凹面ミラーＣＭｋ６に入射してもよい。

第６凹面ミラーＣＭｋ６で反射されたレーザ光のビームは、平面波に変換されてもよい。この平面波のレーザ光のビームは、Ｚ＝４Ｌ＋Ｌ２＋Ｌ３の位置の第６’凹面ミラーＣＭｋ６'によって、凹面球面波に変換されてもよい。

シードレーザ光ＳＲｋのビームは、第４’放電管ＤＴｋ４'と、第３’平面ミラーＰＭｋ３'と、第３’放電管ＤＴｋ３'とを経由し、第２’平面ミラーＰＭｋ２'の位置(Ｚ＝６Ｌ＋２Ｌ２＋Ｌ３)で、半径ｗ０のビームウエストを形成してもよい。そして、この反射したシードレーザ光ＳＲｋのビームは、凸面球面波となって、第２’放電管ＤＴｋ２'、第１’平面ミラーＰＭｋ１'、および第１’放電管ＤＴｋ１'を経由して、Ｚ＝８Ｌ＋２Ｌ２＋Ｌ３の位置にある増幅レーザ光の出射位置ＰＯｋを通過してもよい。ここで、ビームウエスト(第２’平面ミラーＰＭｋ２')の位置から第１’放電管ＤＴｋ１'における出射側の端部のまでの距離は、図６Ｂの場合と同様、（３Ｌ＋Ｌｔ）／２となってもよい。

たとえば、Ｍ²の範囲と、第４放電管ＤＴｋ４における出射側の端部の位置におけるシードレーザ光ＳＲｋのビームの半径（１／ｅ２）ｗｅの範囲を以下の範囲にしてもよい。
１≦Ｍ２≦２ かつ ｗｔ／２≦ｗｅ≦ｗ

ビームウエストの半径ｗ０は、（１）式にｚｔ＝（３Ｌ＋Ｌｔ）／２を代入し、ｗ（ｚｔ）＝ｗｔまたはｗｔ／２として求めてもよい。

第６凹面ミラーＣＭｋ６に入射する波面の曲率半径Ｒｍは、（２）式にｚｔ＝２Ｌ＋Ｌ２を代入して、（１）式から求められたビームウエスト半径ｗ０から求めてもよい。

例えば、波長λ＝１０．６μｍ、平面ミラーＰＭと凹面ミラーＣＭ間の距離Ｌ＝１ｍ、第１放電管ＤＴｋ１〜第４放電管ＤＴｋ４の長さＬｔ＝０．８ｍ、放電管ＤＴの内側の半径ｗｔ＝０．０１５ｍ、Ｌ２＝０．１ｍの条件における第６凹面ミラーＣＭｋ６に入射する凸面球面波の曲率半径Ｒｍを（１）式および（２）式から求めてもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９９４ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝２１１６ｍとなってもよい。

Ｍ²＝１、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７４４８ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝１３０．８ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．０１５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．０１４９７４ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝５２７．８２６７ｍとなってもよい。

Ｍ²＝２、ｗｅ＝０．００７５の条件におけるビームウエスト半径は、ｗ０＝０．００７２７９ｍ、波面の曲率半径は、Ｒｍ＝３１．４５ｍとなってもよい。

以上のように、入射する球面波の曲率半径Ｒｍの範囲は、３１．４５ｍ≦Ｒｍ≦２１１６ｍであってもよい。

ここで、レーザ光を第６凹面ミラーＣＭｋ６と第６’凹面ミラーＣＭｋ６'を介して反射させることによって、凸面球面波の曲率半径Ｒｍのレーザ光を、凹面球面波の曲率半径Ｒｍのレーザ光に変換してもよい。したがって、第６凹面ミラーＣＭｋ６及び第６’凹面ミラーＣＭｋ６'は、入射角４５度の焦点距離Ｒｍの軸外放物面ミラーであってもよい。

上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

１…ＥＵＶ光生成装置、２…チャンバ、３…レーザ装置、４…ターゲットセンサ、５…ＥＵＶ光生成制御システム、６…露光装置、１１…ＥＵＶ光生成システム、２１…ウィンドウ、２２…レーザ光集光ミラー、２３…ＥＵＶ集光ミラー、２４…貫通孔、２５…プラズマ生成領域、２５１…放射光、２５２…ＥＵＶ光、２６…ドロップレット生成器、２７…ターゲット、２８…ターゲット回収部、２９…接続部、２９１…壁、２９２…中間集光点、３１，３２，３３…パルスレーザ光、３４…レーザ光進行方向制御装置、ＭＯ…マスターオシレータ、ＰＡ…増幅器、ＲＬ…リレー光学系、ＰＩｋ…シードレーザ光の入射位置、ＰＯｋ…増幅レーザの出射位置、ＷＩｋ…入射ウィンドウ、ＷＯｋ…出射ウィンドウ、ＤＴ…放電管、ＣＭ…凹面ミラー、ＰＭ…平面ミラー、シードレーザ光…ＳＲ、増幅レーザ光…ＡＲ

Claims (14)

1. シードレーザ光の光路上に配置された複数の放電管と、
   前記複数の放電管の間であって、前記シードレーザ光が所定の光路を形成するように配置され、点光源を所定の点に結像させる反射光学系と、
   を備える増幅器。
2. 前記反射光学系は、回転楕円凹面ミラーを備える請求項１に記載の増幅器。
3. 前記反射光学系は、トロイダルミラーを備える請求項１に記載の増幅器。
4. 前記反射光学系は、２枚の軸外放物面ミラーを備える請求項１に記載の増幅器。
5. 前記反射光学系は、１枚の球面ミラーを備える請求項１に記載の増幅器。
6. 請求項１に記載の増幅器を備えるレーザ装置。
7. 請求項６に記載のレーザ装置を備える極端紫外光生成装置。
8. 光路上にビームウエストを形成するシードレーザ光の前記光路上に配置された放電管と、
   前記ビームウエストを前記放電管の内部に転写する反射光学系と、
   を備える増幅器。
9. 前記反射光学系は、回転楕円凹面ミラーを備える請求項８に記載の増幅器。
10. 前記反射光学系は、トロイダルミラーを備える請求項８に記載の増幅器。
11. 前記反射光学系は、２枚の軸外放物面ミラーを備える請求項８に記載の増幅器。
12. 前記反射光学系は、１枚の球面ミラーを備える請求項８に記載の増幅器。
13. 請求項８に記載の増幅器を備えるレーザ装置。
14. 請求項１３に記載のレーザ装置を備える極端紫外光生成装置。

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