JP2013229553A - レーザ装置及び極端紫外光生成装置 - Google Patents

レーザ装置及び極端紫外光生成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ光を効率的に増幅する。
【解決手段】パルスレーザ光を出力するマスターオシレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置される少なくとも１つの増幅器と、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＧａＡｓ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第１の光アイソレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＣｄＴｅ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第２の光アイソレータと、前記マスターオシレータ及び前記第１および第２の光アイソレータに接続されたコントローラと、を備えてもよい。
【選択図】図２

Description

本開示は、レーザ装置及び極端紫外（ＥＵＶ：Extreme Ultra‐Violet）光生成装置に関するものである。
集積回路の製造等に用いるリソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上に転写する装置である。基板上に回路パターンを生成するために、マスク又はレチクルと呼ばれるパターニングデバイスを用いる。基板上へのそのパターンの転写は、基板（例えば、シリコンウェーハ基板）上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。
パターン転写の理論推定限界値ＣＤ（critical dimension）は、以下の式（１）によって与えられる。
ＣＤ＝ｋ１・λ／ＮＡ （１）
ここで、λは、パターン転写に用いられる露光用光の波長であり、ＮＡは、パターン転写に用いられる投影システムの開口数であり、ｋ１は、レイリー定数と呼ばれる、プロセス依存係数である。ＣＤは、プリントされたクリティカルディメンションである。式（１）から分かる通り、転写可能サイズを縮小するためには、露光用光の波長λを短くすること、開口数ＮＡを大きくすること、又はｋ１の値を小さくすることの３つのいずれかによって達成することができる。
転写可能サイズを縮小するために、露光用光の波長を短くする提案がなされている。例えば、露光用光の波長が１０ｎｍから２０ｎｍの範囲内、望ましくは１３ｎｍから１４ｎｍの範囲内のＥＵＶ光を生成する装置を用いることが提案されている。代表的なＥＵＶ光生成装置は、レーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置、放電プラズマ式ＥＵＶ光生成装置、及び電子蓄積リングからのシンクロトロン放射式ＥＵＶ光生成装置などが挙げられる。
レーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置では、ターゲット物質がレーザ光の照射を受けてプラズマ化され、ＥＵＶ波長範囲における光を生成する。このレーザ光は、例えばＣＯ２レーザ装置によって供給してもよい。ターゲット物質は例えばスズ（Ｓｎ）であってもよい。
米国特許第７９２８４１６号明細書 米国特許第８０９３５７１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１９５１９６号明細書
概要
レーザ装置は、パルスレーザ光を出力するマスターオシレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置される少なくとも１つの増幅器と、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＧａＡｓ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第１の光アイソレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＣｄＴｅ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第２の光アイソレータと、前記マスターオシレータ及び前記第１および第２の光アイソレータに接続されたコントローラと、を備えてもよい。
また、極端紫外光生成装置は、パルスレーザ光を出力するマスターオシレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置される少なくとも１つの増幅器と、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＧａＡｓ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第１の光アイソレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＣｄＴｅ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第２の光アイソレータと、前記マスターオシレータ及び前記第１および第２の光アイソレータに接続されたコントローラと、チャンバと、前記チャンバ内の所定の領域にターゲット物質を供給するためのターゲット供給部と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記所定の領域に集光するための集光光学系と、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、ＥＵＶ光生成装置の構造図を示す。 図２は、本開示のレーザ装置の構造図を示す。 図３は、本開示のレーザ装置に用いられる光アイソレータの構造図を示す。 図４は、本開示のレーザ装置に用いられるＥＯポッケルスセルの構造図を示す。 図５は、図４に示されるＥＯポッケルスセルの制御の説明図を示す。 図６は、本開示のレーザ装置に用いられるＥＯポッケルスセル光アイソレータの構造図を示す。 図７は、本開示のレーザ装置に用いられるスラブ型ＥＯポッケルスセルの構造図を示す。 図８は、スラブ型ＥＯポッケルスセルにおけるシミュレーションのモデル図を示す。 図９は、他の実施形態１におけるスラブ型ＥＯポッケルスセルの構造図を示す。 図１０は、他の実施形態２におけるスラブ型ＥＯポッケルスセルの構造図を示す。 図１１は、他の実施形態３におけるスラブ型ＥＯポッケルスセルの構造図を示す。 図１２は、ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ及び増幅器の説明図（１）を示す。 図１３は、ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ及び増幅器の説明図（２）を示す。
実施形態
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、本開示の一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。
目次
１．用語の説明
２．ＥＵＶ光生成装置の全体説明
２．１ 構成
２．２ 動作
３．光アイソレータを含むレーザ装置
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 作用
４．ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ
４．１ ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータの原理
４．２ ＣＯ２レーザ用ＥＯポッケルスセル光アイソレータ
５．スラブ型ＥＯポッケルスセル
５．１ スラブ型ＥＯポッケルスセルの構造とシステム
５．２ 電気光学（ＥＯ）結晶の物性値
５．３ スラブ型ＥＯポッケルスセルの性能
５．４ スラブ型ＥＯポッケルスセルの他の実施形態
６．スラブ型ＥＯポッケルスセル光アイソレータとスラブ型増幅器
１．用語の説明
最初に、本開示において使用される用語について、以下のように定義する。
「ドロップレット」とは、溶融したターゲット物質の液滴であってもよい。その形状は、表面張力によって略球形となり得る。「プラズマ生成領域」とは、プラズマが生成される空間として予め設定された３次元空間であってもよい。レーザ光の光軸または光路における「上流」とは、レーザ光の起源となるマスターオシレータに近い側を指す。一方、光軸または光路における「下流」とは、プラズマ生成領域に近い側を指す。
本開示では、レーザ光の進行方向がＺ方向と定義される。また、このＺ方向と垂直な一方向がＸ方向と定義され、Ｘ方向およびＺ方向と垂直な方向がＹ方向と定義される。レーザ光の進行方向がＺ方向であるが、説明において、Ｘ方向とＹ方向は言及するレーザ光の位置によって変化する場合がある。例えば、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＸ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＸ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｙ方向は変化しない。一方、レーザ光の進行方向（Ｚ方向）がＹ−Ｚ平面内で変化した場合、進行方向変化後のＹ方向は進行方向の変化に応じて向きを変えるが、Ｘ方向は変化しない。なお、理解のために各図では、図示されている光学素子のうち、最上流に位置する光学素子に入射するレーザ光と、最下流に位置する光学素子から出射するレーザ光とのそれぞれに対して、座標系が適宜図示される。また、その他の光学素子に対して入射するレーザ光の座標系は、必要に応じて適宜図示される。
反射型の光学素子に関し、光学素子に入射するレーザ光の光軸と該光学素子によって反射されたレーザ光の光軸との双方を含む面を入射面とすると、「Ｓ偏光」とは、入射面に対して垂直な方向の偏光状態であるとする。一方、「Ｐ偏光」とは、入射面に対して平行な方向の偏光状態であるとする。
また、「Ｘ方向の偏光の光」とは、Ｘ方向の直線偏光の光、または、Ｘ方向における偏光成分の光であり、「Ｙ方向の偏光の光」とは、Ｙ方向の直線偏光の光、または、Ｙ方向における偏光成分の光であるものとする。
また、マスターオシレータ（master oscillator）については、ＭＯと記載する場合があり、増幅器（power amplifier）については、ＰＡと記載する場合がある。「Ｍ２」とは、エムスクエアを意味するものであり、レーザ光のビーム品位を示す品質評価尺度である。
２．ＥＵＶ光生成装置の全体説明
２．１ 構成
図１に本開示の一態様による例示的なレーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置１の概略構成を示す。レーザ生成プラズマ式ＥＵＶ光生成装置を、以下、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置と称する。ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザ装置３と共に用いることができる。ＬＰＰ式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光生成システムと称する。図１に示し、かつ以下に詳細に説明するように、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２を含むことができる。チャンバ２内は好ましくは真空である。あるいは、チャンバ２の内部にＥＵＶ光の透過率が高いガスが存在していてもよい。また、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲット供給システム（例えばドロップレット発生器２６）を更に含むことができる。ターゲット供給システムは、例えばチャンバ２の壁に取り付けられていてもよい。ターゲット供給システムは、例えば、ドロップレットを出力してもよく。ドロップレットである、ターゲットの材料となるスズ、リチウム、キセノン、又はそのいずれかの組合せを含むことができるが、ターゲットの材料はこれらに限定されない。
チャンバ２には、その壁を貫通する少なくとも１つの孔が設けられている。その貫通孔はウィンドウ２１によって塞がれていてもよい。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光集光ミラー２３が配置されてもよい。回転楕円面形状のミラーは、第１の焦点、及び第２の焦点を有する。ＥＵＶ光集光ミラー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いてもよい。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（プラズマ生成サイト２５）又はその近傍に位置し、その第２の焦点が露光装置６によって規定されるＥＵＶ光の集光位置（中間焦点（ＩＦ）２９２）に位置するよう配置されるのが好ましい。従って、プラズマ生成領域２５において生成されたプラズマから放射された放射光２５１のうち、ＥＵＶ光集光ミラー２３によって反射されたＥＵＶ光２５２を所定の集光位置に集光することができる。また、ＥＵＶ光集光ミラー２３の中央部には貫通孔２４が設けられていてもよく、その貫通孔２４をパルスレーザ光３３が通過することができる。
再び図１を参照すると、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御システム５を含むことができる。また、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲット撮像装置４を含むことができる。
更に、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２内部と露光装置６内部とを連通する連通管２９を含むことができる。連通管２９内部にはアパーチャを備えた壁２９１を含むことができ、そのアパーチャが第２の焦点位置にあるように壁２９１を設置することができる。
更に、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御アクチュエータ３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット２７のターゲット回収器２８なども含むことができる。
２．２ 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アクチュエータ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内に入射してもよい。パルスレーザ光３２は、レーザ装置３から少なくとも１つのレーザビーム経路に沿ってチャンバ２内に進み、レーザ光集光ミラー２２で反射されて少なくとも１つのターゲット２７に照射されてもよい。
ドロップレット生成器２６は、ターゲット２７をチャンバ２内部のプラズマ生成サイト２５に向けて出力してもよい。ターゲット２７には、少なくとも１つのパルスレーザ光３３が照射される。レーザ光が照射されたターゲットはプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光が放射される。なお、１つのターゲットに、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光生成システム全体の制御を統括することができる。ＥＵＶ光生成制御システム５はターゲット撮像装置４によって撮像されたターゲット２７のイメージ情報等を処理することができる。ＥＵＶ光生成制御システム５はまた、例えばターゲット２７を出力するタイミングの制御、及びターゲット２７の出力方向の制御の少なくとも１つを行うことができる。ＥＵＶ光生成制御システム５は更に、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３１の進行方向の制御、及び集光位置変更の制御の少なくとも１つを行うことができる。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することもできる。
本開示は、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置用の高出力レーザ装置及びそのレーザ装置を使用した極端紫外光生成装置に関するものである。高出力のＥＵＶ光を得るために、レーザ装置３であるＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置用のドライバ（ＣＯ２）レーザ装置は、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ことが求められている。
例えば、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する複数の増幅器（ＰＡ）を備えることによって、高い出力を得ることができる。このような、ＭＯＰＡ（master oscillator power amplifier）システムでは、ターゲットからの戻り光と自励発振を抑制するために光アイソレータを設置する場合がある。
高出力のレーザ光の透過に耐え、自励発振や戻り光を抑制するアイソレータを用いたＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置用の高出力レーザ装置及びそのレーザ装置を搭載した極端紫外光生成装置が求められている。
３．光アイソレータを含むレーザ装置
３．１ 構成
次に、本開示のレーザ装置について、図面を参照に詳細に説明する。図２に、本開示のレーザ装置の構成を概略的に示す。レーザ装置３は、マスターオシレータ（ＭＯ）１１０と、１つまたは複数の光アイソレータ１２０１〜１２０ｎと、１つまたは複数の増幅器（ＰＡ）１３０１〜１３０ｎと、コントローラ１４０と、遅延回路１５０とを備えてもよい。尚、光アイソレータ１２０ｋ−１、１２０ｋは、光アイソレータ１２０１と１２０ｎとの間に設置されてもよく、増幅器１３０ｋ−１、１３０ｋは増幅器（ＰＡ）１３０１と１３０ｎとの間に設置されてもよい。
尚、以下の説明において、増幅器（ＰＡ）１３０１〜１３０ｎを区別しない場合、符号１３０により一括して参照する場合がある。同様に、光アイソレータ１２０１〜１２０ｎを区別しない場合、符号１２０により一括して参照する場合がある。また、図２においては、便宜上、レーザ光集光光学系１６０を記載しているが、このレーザ光集光光学系１６０は、図１におけるレーザ光集光ミラー２２における機能を備えてもよい。また、図２においては、図１に記載されているレーザ光進行方向制御アクチュエータ３４等は説明を簡単にするために図示を省略する。
増幅器１３０はマスターオシレータ１１０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。また、光アイソレータ１２０は、マスターオシレータ１１０から出力されるパルスレーザ光の光路上において、マスターオシレータ１１０と増幅器１３０１との間または、隣接する増幅器１３０の間に配置してもよい。例えば、光アイソレータ１２０ｋは、増幅器１３０ｋ−１と増幅器１３０ｋとの間に配置してもよい。
増幅器１３０は、ＣＯ２ガスを含むガスを媒質とするレーザ光増幅器であってもよい。増幅器１３０は、ＣＯ２ガスを高周波放電により励起するための、電極と高周波電源を含んでもよい。光アイソレータ１２０は、後述するＥＯポッケルスセルと偏光素子とを含み、光シャッタとして機能してもよい。
マスターオシレータ１１０は、レーザコントローラ１４０からのトリガ信号に応じて、ＣＯ２レーザ光の発振波長域（９μｍ〜１０．６μｍ）の波長をもつパルスレーザ光を出力してもよい。レーザコントローラ１４０は、マスターオシレータ１１０、各光アイソレータ１２０１〜１２０ｎ、各増幅器１３０１〜１３０ｎ、遅延回路１５０等と信号ラインを介して接続されていてもよい。また、この信号ラインにより伝送される信号は、マスターオシレータ１１０及び増幅器１３０１〜１３０ｎの励起強度を設定するための信号を含んでもよい。
また、遅延回路１５０は、レーザコントローラ１４０からマスターオシレータ１１０へ送信されるトリガ信号を分岐させた信号に遅延を与えて、各光アイソレータ１２０１〜１２０ｎに信号を送信してもよい。即ち、遅延回路１５０は、マスターオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光が、光アイソレータ１２０を通過するタイミングに合わせて光シャッタが開くように、マスターオシレータ１１０へのトリガ信号を分岐させた信号に対し遅延させて光アイソレータ１２０に信号を送信してもよい。尚、遅延回路１５０はレーザコントローラ１４０内部に設けられてもよい。
３．２ 動作
レーザコントローラ１４０は、マスターオシレータ１１０と増幅器１３０１〜１３０ｎを所定の励起強度で動作させるための信号を送信してもよい。レーザコントローラ１４０は、トリガ信号をマスターオシレータ１１０と遅延回路１５０に送信してもよい。
マスターオシレータ１１０はトリガ信号が入力されると、レーザ発振し、パルスレーザ光を出力してもよい。遅延回路１５０は、トリガ信号に対して遅延されたタイミングで光アイソレータ１２０１に信号を送信してもよい。この信号によって、マスターオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光が、光アイソレータ１２０１に達するタイミングで、光アイソレータ１２０１における光シャッタが開き、パルスレーザ光が透過した後は閉じるようにしてもよい。
また、光アイソレータ１２０１を透過したパルスレーザ光は、増幅器１３０１に入射し、増幅器１３０１を通過することによって増幅されてもよい。同様にして、増幅器１３０１から出力された増幅されたパルスレーザ光が、光アイソレータ１２０２に達するタイミングで、光アイソレータ１２０２の光シャッタが開き、パルスレーザ光が透過した後は閉じてもよい。そして、このパルスレーザ光は増幅器１３０２に入射し、増幅器１３０２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、増幅器１３０ｋ−１から出力されたパルスレーザ光は、光アイソレータ１２０ｋを透過し、増幅器１３０ｋに入射し、増幅器１３０ｋを通過することによってさらに増幅されてもよい。
３．３ 作用
前述したように、光アイソレータ１２０は、マスターオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光を通過させるときのみパルスレーザ光を透過させ、このパルスレーザ光が透過しないときは光の透過が抑制されてもよい。これにより、例えば増幅器１３０のいずれかにおいて生成したＡＳＥ（amlified spontaneous emission：自然放出）光が、その前後の増幅器１３０１〜増幅器１３０ｎのいずれかまたは複数の増幅器によって増幅されることを抑制することができてもよい。
さらに、プラズマ生成サイト２５においてターゲット２７にパルスレーザ光を照射する際に、ターゲット２７においてパルスレーザ光の一部が反射され戻り光となってレーザ装置３に入射する場合がある。戻り光がレーザ装置に入射するタイミングは、マスターオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光が全ての光アイソレータ１２０を透過したタイミングよりも後であってもよい。このタイミングにおいて全ての光アイソレータ１２０が閉じられるようにしてもよい。このようにして、光アイソレータ１２０によって、戻り光が増幅器１３０１〜増幅器１３０ｎによって増幅されることを抑制されるようにしてもよい。
４．ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ
４．１ ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータの原理
次に、図３及び図４に基づき、本開示のレーザ装置３に用いられる光アイソレータ１２０の一例としてＥＯ（Electro Optic）ポッケルスセルを用いた光アイソレータの原理について説明する。
ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ１２０は、パルスレーザ光の光路上に設けられた第１の偏光素子１２２及び第２の偏光素子１２３と、パルスレーザ光の光路上であって、第１の偏光素子１２２と第２の偏光素子１２３との間に設けられたＥＯポッケルスセル１２１を備えてもよい。また、光アイソレータ１２０は、ＥＯポッケルスセル１２１に接続される高電圧電源３２４を備えてもよい。更には、第１の偏光素子１２２は第２の偏光素子１２３よりもマスターオシレータ１１０から出力されるパルスレーザ光の光路の上流側にあってもよい。
ＥＯポッケルスセル１２１は、電気光学（ＥＯ）結晶３２１と、略直方体形状の電気光学結晶３２１において対向する２面に各々設けられた第１の電極３２２及び第２の電極３２３とを備えていてもよい。第１の電極３２２は高電圧電源３２４に接続されていてもよい。尚、第２の電極３２３は、接地されていてもよい。高電圧電源３２４は、図４に示されるように、高電圧電源３２４の制御を行なうよう構成された別途設けられた制御部３２５等を介して遅延回路１５０に接続されていてもよい。また、高電圧電源３２４が、信号によって電圧の印加を制御する機能を有する場合は、図２に示されるように、遅延回路１５０に直接接続されていてもよい。
尚、図３において、実線の矢印は、ＥＯポッケルスセル１２１に高電圧が印加されている場合に、第１の偏光素子１２２を介してＥＯポッケルスセル１２１に入射するパルスレーザ光を示す。破線の矢印は、ＥＯポッケルスセル１２１に高電圧が印加されていない場合に、第１の偏光素子１２２を介してＥＯポッケルスセル１２１に入射する増幅器１３０からの自然放出光を示す。一点鎖線の矢印は、ＥＯポッケルスセル１２１に高電圧が印加されていない場合に、第２の偏光素子を介してＥＯポッケルスセル１２１に入射する増幅器１３０からの自然放出光又はターゲット等からの戻り光を示す。
ＥＯポッケルスセル１２１は、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されている状態では、電気光学結晶３２１内を透過する光の偏光状態を変化させてもよい。即ち、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されない状態では、電気光学結晶３２１内を透過する光の偏光状態は変化することはないが、電圧が印加された状態では、電気光学結晶３２１内を透過する光の偏光状態が変化してもよい。
例えば、ＥＯポッケルスセル１２１は、Ｙ方向の偏光の光を電気光学結晶３２１に入射させた際に、電気光学結晶３２１に電圧が印加されていなければＹ方向の偏光の光のまま出射し、電圧が印加されていればＸ方向の偏光の光として出射してもよい。同様に、Ｘ方向の偏光の光を電気光学結晶３２１に入射させた際に、電気光学結晶３２１に電圧が印加されていなければＸ方向の偏光の光のまま出射し、電圧が印加されていればＹ方向の偏光の光として出射してもよい。
第１の偏光素子１２２は、入射光を、入射光に含まれる互いに垂直な２つの偏光成分の光に分離することができるものであればよい。例えば、図３に示すように、第１の偏光素子１２２は、第１の偏光素子１２２に入射した光のうち、Ｙ方向の偏光の光を透過し、Ｘ方向の偏光の光を反射するように構成および配置された偏光ビームスプリッタでもよい。
また、第２の偏光素子１２３は、入射光を、入射光に含まれる互いに垂直な２つの偏光成分の光に分離することができるものであればよい。例えば、図３に示すように、第２の偏光素子１２３は、第２の偏光素子１２３に入射した光のうち、Ｘ方向の偏光の光を透過し、Ｙ方向の偏光の光を反射するように構成および配置された偏光ビームスプリッタでもよい。
次に、ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ１２０の機能について説明する。一例として、光アイソレータ１２０に、第１の偏光素子１２２が設けられている側から光を入射させる場合について説明する。
最初に、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されていない場合について説明する。この場合、第１の偏光素子１２２に入射する光は、Ｙ方向の偏光成分と、Ｘ方向の偏光成分とから成っていてよい。第１の偏光素子１２２に入射光のうち、Ｘ方向の偏光成分の光は第１の偏光素子１２２により反射され、Ｙ方向の偏光成分の光は第１の偏光素子１２２を透過してもよい。この際、第１の偏光素子１２２により反射された光の光路上に、反射された光を吸収するために図示しないダンパ等を配置してもよい。
第１の偏光素子１２２を透過したＹ方向の偏光の光が、ＥＯポッケルスセル１２１に入射した場合、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されていないＥＯポッケルスセル１２１は、入射した光をＹ方向の偏光の光のまま出射してもよい。その後、ＥＯポッケルスセル１２１より出射されたＹ方向の偏光の光は、第２の偏光素子１２３に入射してもよい。入射したＹ方向の偏光の光は、第２の偏光素子１２３において反射されてもよい。よって、この場合、光アイソレータ１２０に入射した光は、ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータを透過しなくてもよい。
次に、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されている場合について説明する。この場合、第１の偏光素子１２２に入射する光は、Ｙ方向の偏光成分と、Ｘ方向の偏光成分から成っていてよい。第１の偏光素子１２２に入射した光のうち、Ｘ方向の偏光成分の光は第１の偏光素子１２２により反射され、Ｙ方向の偏光成分の光は第１の偏光素子１２２を透過してもよい。第１の偏光素子１２２を透過したＹ方向の偏光の光は、ＥＯポッケルスセル１２１に入射した場合、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されているＥＯポッケルスセル１２１において、Ｘ方向の偏光の光に変換されて出射されてもよい。ＥＯポッケルスセル１２１より出射されたＸ方向の偏光の光は、第２の偏光素子１２３に入射し、入射したＸ方向の偏光の光は、第２の偏光素子１２３を透過してもよい。第２の偏光素子１２３を透過したＸ方向の偏光の光は、次の増幅器１３０に入射してもよく、また、プラズマ生成サイト２５においてターゲット等に照射されてもよい。
また、次の増幅器１３０に入射、またはプラズマ生成サイト２５においてターゲット等に照射された光は、プラズマ生成サイト２５におけるターゲット等において反射され戻り光となる場合がある。戻り光は、増幅器１３０の構成部材にレーザ光が反射して発生してもよい。このように発生した戻り光は、第２の偏光素子１２３に入射し、第２の偏光素子１２３において、戻り光のうち、Ｙ方向の偏光成分の光は反射され、Ｘ方向の偏光成分の光は透過してもよい。この後、第２の偏光素子１２３を透過したＸ方向の偏光の光は、ＥＯポッケルスセル１２１に入射してもよい。この際、第２の偏光素子１２３により反射された光の光路上に、反射された光を吸収するために図示しないダンパ等を配置してもよい。
ＥＯポッケルスセル１２１において、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されていない場合には、入射したＸ方向の偏光の光は、Ｘ方向の偏光を維持したまま出射され、第１の偏光素子１２２に入射してもよい。第１の偏光素子１２２に入射したＸ方向の偏光の光は、第１の偏光素子１２２において反射されてもよい。このため、戻り光は、光アイソレータ１２０をマスターオシレータ側に透過することが抑制されてもよい。例えば、光アイソレータ１２０ｋを増幅器１３０ｋ−１と増幅器１３０ｋの間に設置することにより、増幅器１３０ｋを含む下流の光路で発生した戻り光が増幅器１３０ｋ−１に入射して増幅されることが抑制されてもよい。
また、第２の偏光素子１２３を透過したＸ方向の偏光の光となる戻り光が、ＥＯポッケルスセル１２１に入射した際、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されている場合には、戻り光はＹ方向の偏光の光として出射されてもよい。このように、ＥＯポッケルスセル１２１から出射されたＹ方向の偏光の光が、第１の偏光素子１２２に入射した場合、Ｙ方向の偏光の光は第１の偏光素子１２２を透過し、マスターオシレータ側に戻ってしまう場合がある。従って、第２の偏光素子１２３を透過してＸ方向の偏光をもつ戻り光が、ＥＯポッケルスセル１２１に入射する際には、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に電圧が印加されていないことが好ましい。
即ち、マスターオシレータから出力されたパルスレーザ光が第１の偏光素子１２２を介して入射する際には、ＥＯポッケルスセル１２１には電圧が印加され、第２の偏光素子１２３を介して戻り光が入射する際には、ＥＯポッケルスセル１２１に電圧が印加されなくてよい。図５（ａ）は、ＥＯポッケルスセル１２１における第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に印加される電位差を示す。例えば、図５（ａ）に示すように、高電圧電源３２４は、パルス状の電圧を第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に印加してもよい。図５に示されるように、約３０ｎｓのパルス状の電圧を第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に印加している時間、光アイソレータ１２０は、光シャッタとして開いている状態であってもよい。図５（ｂ）は、ＥＯポッケルスセル１２１を透過するパルスレーザ光の強度の時間変化を、図５（ａ）と同一の時間軸にて示す。このように、パルスレーザ光がＥＯポッケルスセル１２１を透過している時間のみパルス状の電圧を印加して光シャッタを開いてもよい。このようなタイミングでパルス状の電圧を印加することで、パルスレーザ光は透過させ、戻り光が光アイソレータ１２０を透過するのを抑制してもよい。この動作は、戻り光と同様に自然放出光が光アイソレータ１２０を透過するのを抑制してもよい。
４．２ ＣＯ２レーザ用ＥＯポッケルスセル光アイソレータ
次に、図６に基づき、本開示のレーザ装置に用いられる光アイソレータ１２０となるＥＯポッケルスセル光アイソレータの構成について説明する。図３に示される構成の光アイソレータ１２０となるＥＯポッケルスセル光アイソレータは、第１の偏光素子１２２及び第２の偏光素子１２３として、透過型の偏光ビームスプリッタを用いた構成であるため、高出力の光が入射した場合に透過型の偏光ビームスプリッタが破壊されてしまう場合がある。従って、図６に示すように、第１の偏光素子１２２及び第２の偏光素子１２３として、Ｓ偏光の光を反射しＰ偏光の光を吸収するミラーを用いてもよい。このミラーは、レーザ光の波長を吸収する基板に、Ｓ偏光の光を反射しＰ偏光の光を透過する光学薄膜がコーティングされたものでもよい。また、図６では、一例として、増幅器１３０ｋ−１と増幅器１３０ｋとの間に設置される光アイソレータ１２０ｋとしてＥＯポッケルスセル光アイソレータを示すが、光アイソレータ１２０１〜１２０ｋ−１、１２０ｋ＋１〜１２０ｎについても同様でよい。
図６に示される光アイソレータ１２０ｋは、図３に示すものと同様のＥＯポッケルスセル１２１及び高電圧電源３２４と、第１の偏光素子１２２と、第２の偏光素子１２３を含んでもよい。ＥＯポッケルスセル１２１の第１の電極は高電圧電源３２４に接続されてもよく、第２の電極は接地されてもよいがその図示を省略する。図６に示される第１の偏光素子１２２は、Ｓ偏光の光を反射しＰ偏光の光を吸収する第１のミラー３３１及び第２のミラー３３２を含んでもよい。また、第１のミラー３３１及び第２のミラー３３２は、Ｙ方向の偏光の光がＳ偏光の光として入射するように設置されていてもよい。Ｙ方向の偏光の光は、第１のミラー３３１及び第２のミラー３３２においてＳ偏光の光であるため反射され、Ｘ方向の偏光の光は、Ｐ偏光の光であるため吸収されてもよい。これにより、第１の偏光素子１２２からは、Ｙ方向の偏光の光のみが出射されてもよい。尚、第１のミラー３３１及び第２のミラー３３２においては、Ｘ方向の偏光の光はＰ偏光の光として吸収されるため発熱する場合がある。従って、第１のミラー３３１には冷却装置３４１が接続され、第２のミラー３３２には冷却装置３４２が接続されてもよい。これにより、第１のミラー３３１及び第２のミラー３３２が過熱しないようにしてもよい。
同様に、図６に示される第２の偏光素子１２３は、Ｓ偏光の光を反射しＰ偏光の光を吸収する第３のミラー３３３と第４のミラー３３４とを含んでもよい。また、第３のミラー３３３及び第４のミラー３３４は、Ｘ方向の偏光の光がＳ偏光の光として入射するように設置されていてもよい。これにより、第３のミラー３３３及び第４のミラー３３４において、Ｘ方向の偏光の光はＳ偏光の光であるため反射され、Ｙ方向の偏光の光はＰ偏光の光であるため吸収され、第２の偏光素子１２３からは、Ｘ方向の偏光の光のみが出射されてもよい。尚、第３のミラー３３３及び第４のミラー３３４においては、Ｙ方向の偏光の光はＰ偏光の光として吸収されるため発熱する場合がある。従って、第３のミラー３３３には冷却装置３４３が接続され、第４のミラー３３４には冷却装置３４４が接続されてもよい。これにより、第３のミラー３３３及び第４のミラー３３４が過熱しないようしてもよい。
このように、図６に示される光アイソレータ１２０ｋとしてのＥＯポッケルスセル光アイソレータも図３に示されるものと同様に、増幅器１３０ｋ等からの戻り光を増幅器１３０ｋ−１等に入射することを防ぐことができてもよい。
５．スラブ型ＥＯポッケルスセル
５．１ スラブ型ＥＯポッケルスセルの構造とシステム
次に、本開示のレーザ装置に用いられるＥＯポッケルスセル１２１の構造について説明する。図７に示されるように、ＥＯポッケルスセル１２１は、前述したように電気光学結晶３２１と、電気光学結晶３２１の対向する２面に各々設けられた第１の電極３２２及び第２の電極３２３とを備えていてもよい。第１の電極３２２は高電圧電源３２４に接続されていてもよい。尚、第２の電極３２３は、接地されていてもよい。
また、電気光学結晶３２１は、レーザ光が入射する面３２１ａが長方形となる板状（スラブ型）の結晶であってもよい。即ち、電気光学結晶３２１は、レーザ光が入射する面３２１ａがＸ方向における幅よりもＹ方向における幅の方が狭くてもよい。
電気光学結晶３２１は、例えば、ＧａＡｓ結晶、ＣｄＴｅ結晶であってもよい。板状の電気光学結晶３２１の両面には、金属材料等により形成された第１の電極３２２及び第２の電極３２３を各々設置してもよい。また、第１の電極３２２及び第２の電極３２３は、内部において冷却水等が流れる通路が形成されたヒートシンクを兼ねてもよい。
第１の電極３２２は高電圧電源３２４の高電圧の出力端子と接続してもよく、第２の電極３２３は高電圧電源３２４のグランド端子と接続してもよい。また、高電圧電源３２４と制御部３２５等とは信号線を介して接続してもよい。
また、第１の電極３２２には第１の温度センサ３５１が設けられていてもよく、第２の電極３２３には第２の温度センサ３５２が設けられていてもよい。この際、第１の電極３２２と第１の温度センサ３５１との間には、不図示の電気絶縁部材が設けられていてもよく、第２の電極３２３と第２の温度センサ３５２との間には、不図示の電気絶縁部材が設けられていてもよい。
第１の温度センサ３５１は第１の温度コントローラ３５３と配線等を介して接続されていてもよく、第２の温度センサ３５２は第２の温度コントローラ３５４と配線等を介して接続されていてもよい。
また、第１の電極３２２には、第１の冷却水用チラー３５５が冷却水配管により接続されていてもよく、第２の電極３２３には、第２の冷却水用チラー３５６が冷却水配管により接続されていてもよい。
第１の温度コントローラ３５３は、第１の冷却水用チラー３５５と配線等を介して接続されていてもよく、第２の温度コントローラ３５４は、第２の冷却水用チラー３５６と配線等を介して接続されていてもよい。
電気光学結晶３２１は、レーザ光が入射及び出射する面に、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光の波長に対応した反射防止（ＡＲ：Anti Reflection）膜を形成してもよい。
次に、図７に示されるＥＯポッケルスセル１２１の動作について説明する。一例として、図７に示されるＥＯポッケルスセル１２１の電気光学結晶３２１のレーザ光が入射する面３２１ａにＸ方向の偏光（直線偏光）を主成分とするシート状のパルスレーザ光３６０が入射する場合について説明する。
パルスレーザ光３６０が、電気光学結晶３２１内を透過するタイミングと同期して、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に所定の電圧を印加してもよい。これにより、パルスレーザ光３６０は、電気光学結晶３２１からＹ方向の偏光の光として出射されてもよい。また、高電圧電源３２４は、制御部３２５等からの信号による制御に基づき、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に所定の電圧を印加してもよい。尚、パルスレーザ光３６０が、電気光学結晶３２１内を透過した後は、制御部３２５等からの信号に基づき、高電圧電源３２４を介し、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間における電位差が０となるように制御してもよい。
また、第１の温度コントローラ３５３により第１の温度センサ３５１において検出される温度と、第２の温度コントローラ３５４により第２の温度センサ３５２において検出される温度が、ともに略同一の所定の温度となるように制御してもよい。このように、図７に示されるＥＯポッケルスセル１２１においては、第１の電極３２２及び第２の電極３２３を略一定温度に制御することによって、板状（スラブ型）の電気光学結晶３２１内において発生した熱を排熱することができてもよい。これにより、電気光学結晶３２１内の各部における温度差を低下させることができ、電気光学結晶３２１より出射されるシート状のレーザ光において、温度差に起因して生じる波面の歪を抑制することができてもよい。
５．２ 電気光学（ＥＯ）結晶の物性値
次に、本開示のレーザ装置に用いられるＥＯポッケルスセル１２１における電気光学結晶３２１につて説明する。ＣＯ２レーザ光用の電気光学結晶としては、たとえば、ＧａＡｓ結晶やＣｄＴｅ結晶等の結晶を使用してもよい。表１には、ＧａＡｓ結晶とＣｄＴｅ結晶の各種物性値を示す。尚、ＧａＡｓ結晶は、比較的大きな結晶を製作することが可能である。
Figure 2013229553
 表１に基づくならば、ＧａＡｓ結晶の熱伝導率は４８Ｗ／（ｍＫ）であり、ＣｄＴｅ結晶の熱伝導率の６．２Ｗ／（ｍＫ）に比べて、約８倍高い。よって、電気光学結晶３２１として、ＣｄＴｅ結晶よりもＧａＡｓ結晶を用いた場合の方が、電気光学結晶３２１内の各部における温度差を低下させることができ、これにより、レーザ光が透過した際に受ける波面の歪みを小さくすることができる。また、ＧａＡｓ結晶の破壊係数は１３７．９Ｍｐａであり、ＣｄＴｅ結晶の破壊係数の２２Ｍｐａに比べて、約６倍大きい。よって、電気光学結晶３２１として、ＣｄＴｅ結晶よりもＧａＡｓ結晶を用いた場合の方が、入射するレーザ光のパワーが高い場合において、光照射による破壊を抑制することができる。
一方、ＣｄＴｅ結晶の吸収係数は０．２（１／ｍ）であり、ＧａＡｓ結晶の吸収係数の１（１／ｍ）に比べて、約１／５である。よって、電気光学結晶３２１としてＧａＡｓ結晶よりもＣｄＴｅ結晶を用いた場合の方が、電気光学結晶３２１内を通過するレーザ光の光損失を少なくすることができる。また、ＣｄＴｅ結晶においてλ／２位相をずらす電圧は５３（ｋＶｍ／ｍ）であり、ＧａＡｓ結晶においてλ／２位相をずらす電圧の１００（ｋＶｍ／ｍ）に比べて、約１／２である。よって、電気光学結晶３２１としてＧａＡｓ結晶よりもＣｄＴｅ結晶を用いた場合の方が、電気光学結晶３２１内を通過するレーザ光の偏光方向を低電圧で変えることができ、消費電力を低くすることができる。
以上より、電気光学結晶３２１としては、入射するレーザ光のパワーが高い場合には、破壊係数が高く、熱伝導率が高い、ＧａＡｓ結晶が好ましく、これ以外の場合には、吸収係数が低くλ／２位相ずらす電圧が低い、ＣｄＴｅ結晶が好ましい。
本開示のレーザ装置では、図２に示されるように、複数の光アイソレータ１２０１〜１２０ｎのうちの一部は、ＧａＡｓ結晶により形成されているものであってもよく、残りはＣｄＴｅ結晶により形成されているものであってもよい。例えば、光アイソレータ１２０１〜１２０ｍ−１は、電気光学結晶３２１がＣｄＴｅ結晶により形成されているものであってもよく、光アイソレータ１２０ｍ〜１２０ｎは、電気光学結晶３２１がＧａＡｓ結晶により形成されているものであってもよい。尚、ｍは自然数であって、１＜ｍ＜ｎであるものとする。
また、光アイソレータ１２０１〜１２０ｎのうち、マスターオシレータ１１０から出射されたパルスレーザ光が最初に入射する光アイソレータ１２０１は、電気光学結晶３２１がＣｄＴｅ結晶により形成されているものであってもよい。また、プラズマ生成サイト２５に照射されるパルスレーザ光が最後に出射される光アイソレータ１２０ｎは、電気光学結晶３２１がＧａＡｓ結晶により形成されているものであってもよい。即ち、マスターオシレータ１１０から出射されるパルスレーザ光の進行方向の最上流側の光アイソレータ１２０１は、電気光学結晶３２１がＣｄＴｅ結晶により形成されていてもよい。また、マスターオシレータ１１０から出射されるパルスレーザ光の進行方向の最下流側の光アイソレータ１２０ｎは、電気光学結晶３２１がＧａＡｓ結晶により形成されていてもよい。尚、本願においては、ＧａＡｓ結晶を電気光学結晶として用いた光アイソレータを第１の光アイソレータと、ＣｄＴｅ結晶を電気光学結晶として用いた光アイソレータを第２の光アイソレータと記載する場合がある。
５．３ スラブ型ＥＯポッケルスセルの性能
次に、スラブ型ＥＯポッケルスセルの性能について説明する。発明者らはＧａＡｓ結晶とＣｄＴｅ結晶の場合において、熱シミュレーションを行い、各結晶を透過したレーザ光の波面の歪みを算出した。この熱シミュレーションにおける電気光学（ＥＯ）結晶サイズ、レーザ光の入力エネルギ、レーザ光のビーム幅（１／ｅ２）の条件を表２に示す。
Figure 2013229553
 この熱シミュレーションにおけるモデルは、図８に示されるように、結晶サイズが１００ｍｍ×２ｍｍ×５０ｍｍの電気光学結晶３２１である。また、入射するシート状のレーザ光３６０の入力エネルギは２ｋＷであり、シート状のレーザ光３６０のビーム幅（１／ｅ２）はＸ方向が６０ｍｍ、Ｙ方向が１ｍｍである。尚、ＧａＡｓ結晶及びＣｄＴｅ結晶における光が入射する面には反射防止膜３６１が、光が出射する面には反射防止膜３６２が形成されているものとする。
熱シミュレーションの結果を表３に示す。
Figure 2013229553
 表３に示されるように、透過率は、ＧａＡｓ結晶が９４．８％であり、ＣｄＴｅ結晶が９８．７％であり、ＧａＡｓ結晶よりもＣｄＴｅ結晶の方が高い。しかしながら、ＧａＡｓ結晶もＥＯポッケルスセル１２１において十分使用することのできるレベルにある。
また、λ／２位相ずらすのに必要な電圧は、ＧａＡｓ結晶が４ｋＶであり、ＣｄＴｅ結晶が２．１ｋＶであり、ＧａＡｓ結晶はＣｄＴｅ結晶の約２倍高い値である。しかしながら、ＧａＡｓ結晶についても、印加する電圧がこの程度であれば、問題なく使用することができる。
また、出力レーザ光のＭ２の値は、ＧａＡｓ結晶は、Ｘ方向が１．４０、Ｙ方向が１．０３であるのに対し、ＣｄＴｅ結晶は、Ｘ方向が１．５２、Ｙ方向が１．０４である。従って、ＧａＡｓ結晶における出力レーザ光のＭ２の値は、ＣｄＴｅ結晶における出力レーザ光のＭ２の値と略同等か小さい。よって、ＧａＡｓ結晶の方が、ＣｄＴｅ結晶に比べて、透過するレーザ光のビーム品位の劣化が少ないが、ＣｄＴｅ結晶も十分使用することができるレベルにある。尚、この結果は、入射するレーザ光のＭ２＝１としてシミュレーションを行なったものである。
熱レンズによる焦点距離は、ＧａＡｓ結晶は、Ｘ方向が２０７ｍ、Ｙ方向が１５３ｍであるのに対し、ＣｄＴｅ結晶は、Ｘ方向が１７３ｍ、Ｙ方向が１２９ｍであり、ＧａＡｓ結晶の方がＣｄＴｅ結晶と比べて熱レンズによる焦点距離が長い。よって、ＧａＡｓ結晶の方が、ＣｄＴｅ結晶よりも熱レンズにおける影響を小さくすることができるが、ＣｄＴｅ結晶も十分使用することができるレベルにある。
また、最大温度上昇は、ＧａＡｓ結晶は０．４６℃であるのに対し、ＣｄＴｅ結晶は、Ｘ方向が０．７６℃であり、ＧａＡｓ結晶の方がＣｄＴｅ結晶と比べて最大温度上昇が低いため、熱の影響が少ないが、ＣｄＴｅ結晶も十分使用することができるレベルにある。
５．４ スラブ型ＥＯポッケルスセルの他の実施形態
次に、スラブ型ＥＯポッケルスセルの他の実施形態について説明する。
（他の実施形態１）
最初に、図９に基づきＥＯポッケルスセル１２１であるスラブ型ＥＯポッケルスセルの他の実施形態１の構造について説明する。図９に示されるＥＯポッケルスセル１２１は、前述したように電気光学結晶３２１と、電気光学結晶３２１の対向する２面に各々設けられた第１の電極３２２及び第２の電極３２３とを備えていてもよい。第１の電極３２２は高電圧電源３２４に接続されていてもよい。尚、第２の電極３２３は、接地されていてもよい。第１の電極３２２には、電気絶縁部材３７１及び冷却部となるヒートシンク３７２が設けられているものであってもよく、第２の電極３２３には、電気絶縁部材３７３及び冷却部となるヒートシンク３７４が設けられているものであってもよい。
また、電気光学結晶３２１は、レーザ光が入射する面が長方形となる板状（スラブ型）の結晶であってもよい。電気光学結晶３２１は、たとえば、ＧａＡｓ結晶、ＣｄＴｅ結晶であってもよい。また、電気光学結晶３２１の対向する２面に各々設けられた第１の電極３２２及び第２の電極３２３は、電気光学結晶３２１の対向する２面に金属材料を蒸着することにより形成してもよく、電気光学結晶３２１の対向する２面に板状の金属部材を貼り付けたものであってもよい。
また、第１の電極３２２において電気光学結晶３２１に接しない面には、電気絶縁部材３７１を設置してもよく、第２の電極３２３において電気光学結晶３２１に接しない面には、電気絶縁部材３７３を設置してもよい。電気絶縁部材３７１および電気絶縁部材３７３は、電気光学結晶３２１よりも熱伝導率が高い材料で構成されていることが好ましい。例えば、電気絶縁部材３７１及び３７３は、ダイヤモンド基板であってもよく、蒸着により成膜したダイヤモンド膜等であってもよい。また、電気絶縁部材３７１及び３７３は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）等の電気絶縁性が高く、熱伝導率が高いセラミック材料により形成されたものであってもよい。即ち、電気絶縁部材３７１及び３７３としては、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ等の電気光学結晶３２１の熱伝導率よりも高いダイヤモンド（熱伝導率２０００Ｗ／（ｍＫ））やＡｌＮ（熱伝導率２００Ｗ／（ｍＷ））等の基板を使用してもよい。また、電気絶縁部材３７１及び３７３としては、第１の電極３２２及び第２の電極３２３の表面にダイヤモンド膜等をコーティングしたものであってもよい。
また、電気絶縁部材３７１の表面上には、ヒートシンク３７２が設置されていてもよく、電気絶縁部材３７３の表面上には、ヒートシンク３７４が設置されていてもよい。また、ヒートシンク３７２及び３７４は、熱伝導率の高いＡｌやＣｕ等の金属材料を含むものにより形成されているものであってもよい。尚、ヒートシンク３７２およびヒートシンク３７４には、ヒートシンク３７２およびヒートシンク３７４の内部を冷却水等が流れる通路が形成されていてもよい。
第１の電極３２２は高電圧電源３２４の高電圧の出力端子と接続してもよく、第２の電極３２３は高電圧電源３２４のグランド端子と接続してもよい。高電圧電源３２４と制御部３２５等とは信号線を介して接続してもよい。
電気絶縁部材３７１には第１の温度センサ３５１が設けられていてもよく、電気絶縁部材３７３には第２の温度センサ３５２が設けられていてもよい。
第１の温度センサ３５１は第１の温度コントローラ３５３と配線等を介して接続されていてもよく、第２の温度センサ３５２は第２の温度コントローラ３５４と配線等を介して接続されていてもよい。
また、ヒートシンク３７２には、第１の冷却水用チラー３５５が冷却水配管により接続されていてもよく、ヒートシンク３７４には、第２の冷却水用チラー３５６が冷却水配管により接続されているものであってもよい。
また、第１の温度コントローラ３５３は、第１の冷却水用チラー３５５と配線等を介して接続されているものであってもよく、第２の温度コントローラ３５４は、第２の冷却水用チラー３５６と配線等を介して接続されているものであってもよい。
ＥＯポッケルスセル１２１において、電気光学結晶３２１のレーザ光が入射する面及び出射する面には、レーザ光の反射を防止するため、レーザ光の波長に対応した不図示の反射防止膜を形成してもよい。
次に、図９に示されるＥＯポッケルスセル１２１の動作について説明する。一例として、図９に示されるＥＯポッケルスセル１２１の電気光学結晶３２１にレーザ光が入射する面にＸ方向の偏光（直線偏光）を主成分とするシート状のパルスレーザ光３６０が入射する場合について説明する。
パルスレーザ光３６０が、電気光学結晶３２１内を透過するタイミングと同期して、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に所定の電圧を印加してもよい。これにより、パルスレーザ光３６０は、電気光学結晶３２１からＹ方向の偏光の光として出射されてもよい。また、高電圧電源３２４は、制御部３２５等からの信号による制御に基づき、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間に所定の電圧を印加してもよい。尚、パルスレーザ光３６０が、電気光学結晶３２１内を透過した後は、制御部３２５等からの信号に基づき、高電圧電源３２４を介し、第１の電極３２２と第２の電極３２３との間における電位差が０となるように制御してもよい。
また、第１の温度コントローラ３５３により第１の温度センサ３５１において検出される温度と、第２の温度コントローラ３５４により第２の温度センサ３５２において検出される温度が、ともに略同一の所定の温度となるように制御してもよい。例えば、第１の温度センサ３５１において検出される温度が所定の温度となるように、第１の温度コントローラ３５３による制御により、第１の冷却水用チラー３５５によってヒートシンク３７２を温度調節してもよい。また、第２の温度センサ３５２において検出される温度が所定の温度となるように、第２の温度コントローラ３５４による制御により、第２の冷却水用チラー３５６によってヒートシンク３７４を温度調節してもよい。
このように、図９に示されるＥＯポッケルスセル１２１においては、第１の電極３２２及び第２の電極３２３等を略一定温度に制御することによって、板状（スラブ型）の電気光学結晶３２１内において発生した熱を排熱することができてもよい。これにより、電気光学結晶３２１内の各部における温度差を低下させることができ、電気光学結晶３２１より出射されるシート状のレーザ光において、温度差に起因して生じる波面の歪を抑制することができてもよい。
尚、図９に示されるＥＯポッケルスセル１２１のように、電気絶縁部材３７１及び３７３により、ヒートシンク３７２及び３７４、温度センサ３５１及び３５２と、電極３２２および電極３２３とがそれぞれ電気的に絶縁されてもよい。
（他の実施形態２）
次に、図１０に基づきＥＯポッケルスセル１２１としてスラブ型ＥＯポッケルスセルの他の実施形態２の構造について説明する。図１０に示されるＥＯポッケルスセル１２１は、電気光学結晶３２１と、電気光学結晶３２１の対向する２面に各々設けられた第１の電極３２２及び第２の電極３２３とを備えていてもよい。第１の電極３２２は高電圧電源３２４に接続されていてもよい。尚、第２の電極３２３は、接地されていてもよい。また、第１の電極３２２には、電気絶縁部材３７１及びヒートシンク３７２が設けられているが、第２の電極３２３の上には、絶縁部材及びヒートシンクが設けられていなくてもよい。尚、図１０に示されるＥＯポッケルスセル１２１における第２の電極３２３は、温度を制御することが可能なように構成されたヒートシンクを備えてもよい。
（他の実施形態３）
次に、図１１に基づきＥＯポッケルスセル１２１としてスラブ型ＥＯポッケルスセルの他の実施形態３の構造について説明する。図１１に示すように、ＥＯポッケルスセル１２１は、電気光学結晶３２１と第１の電極３２２との間にダイヤモンドコート部３８１が設けられており、電気光学結晶３２１と第２の電極３２３との間にダイヤモンドコート部３８２が設けられていてもよい。例えば、板状の電気光学結晶３２１において、第１の電極３２２及び第２の電極３２３が設けられる各面に施されたダイヤモンドコートにより、ダイヤモンドコート部３８１及び３８２を形成してもよい。また、第１の電極３２２とダイヤモンドコート部３８１とを接触させてもよく、第２の電極３２３とダイヤモンドコート部３８２とを接触させてもよい。
また、第１の電極３２２及び第２の電極３２３は、ヒートシンクを含むものにより形成されており、温度調節することができてもよい。
このように電気光学結晶３２１と第１の電極３２２との間にダイヤモンドコート部３８１を設け、電気光学結晶３２１と第２の電極３２３との間にダイヤモンドコート部３８２を設けることにより、電気光学結晶３２１内に発生する温度差を低下させてもよい。
６．スラブ型ＥＯポッケルスセル光アイソレータとスラブ型増幅器
次に、スラブ型ＥＯポッケルスセルを用いた光アイソレータ１２０とスラブ型の増幅器１３０について、図１２に基づき説明する。図１２は、本開示のレーザ装置３において、増幅器１３０と光アイソレータ１２０が配置されている状態を示す斜視図である。
増幅器１３０は、不図示のチャンバ、一対の平板電極４２２及び４２３、高周波（ＲＦ）電源４２４、入射ウィンドウ４３３、出射ウィンドウ４３６、折り返しミラー４３７及び４３８を備えている。
増幅器１３０は、一対の平板電極４２２及び４２３が、増幅器１３０の不図示のチャンバ内に封入されたレーザ媒体を挟むように配置されていてもよい。高周波電源４２４により、高周波電圧が平板電極４２２及び４２３に印加されると、平板電極４２２及び４２３の間で高周波電界が生じ、レーザ媒体中において高周波放電が発生してもよい。これにより、レーザ媒体が励起されてもよい。この状態において、入射ウィンドウ４３３を介して増幅器１３０のチャンバ内に入射したレーザ光は、折り返しミラー４３７及び４３８において反射されながら励起されたレーザ媒体を通過することで増幅されてもよい。このように、増幅器１３０のチャンバ内で増幅されたレーザ光は、出射ウィンドウ４３６を介して増幅器１３０のチャンバの外に出射光として出射された後、光アイソレータ１２０に入射してもよい。
尚、折り返しミラー４３７及び４３８は、増幅器１３０入射側の所定位置におけるレーザ光の像が増幅器１３０出射側の別の所定位置に転写結像されるように、共役な光学システムとして構成されていてもよい。この場合の所定位置とは、設計によって任意に決めることが出来る光路上の位置であってよい。また、入射光および出射光は、シート状のレーザ光であってもよい。
また、シート状のレーザ光は、電極４２２及び４２３に平行な方向（Ｘ方向）におけるビーム幅よりも、電極４２２及び４２３に垂直な方向（Ｙ方向）におけるビーム幅が狭くてもよい。即ち、シート状のレーザ光におけるビーム断面の長手方向が、電極４２２及び４２３に平行であってもよい。
また、増幅器１３０間には、光アイソレータ１２０が配置されるものであってもよい。この光アイソレータ１２０は、前述したように、ＥＯポッケルスセル１２１、第１の偏光素子１２２、第２の偏光素子１２３を含むものであってもよい。また、シート状のレーザ光のビーム断面の長手方向と、ＥＯポッケルスセル１２１にレーザ光が入射する面の断面長手方向が略一致するように、シート状のレーザ光をＥＯポッケルスセル１２１に入射させてもよい。
このようにして、スラブ増幅器である増幅器１３０の入射側や出射側の光路上に、入射光または出射光となるシート状のレーザ光のビーム形状に対応して、光アイソレータ１２０を設置してよい。この結果、スラブ増幅器のビーム形状をシート状に変換する光学システム等を省くことができてもよい。これにより、光学素子の数を減らし、アライメント調節を容易に行なうことができてもよい。
図１３は、増幅器１３０ｋの前後に、光アイソレータ１２０ｋ及び１２０ｋ＋１が配置されている状態を示すものであり、図１３（ａ）は、ＹＺ面における構造図、図１３（ｂ）はＸＺ面における構造図を示す。尚、図１３における説明においては、増幅器１３０ｋは増幅器１３０１〜１３０ｎを代表するものとして、光アイソレータ１２０ｋまたは１２０ｋ＋１は光アイソレータ１２０１〜１２０ｎを代表するものとして説明する。
光アイソレータ１２０ｋには、Ｙ方向に直線偏光しているレーザ光が入射し、光アイソレータ１２０ｋにおける第１の偏光素子１２２を透過してもよい。また、不図示の高電圧電源によって、光アイソレータ１２０ｋのＥＯポッケルスセル１２１の電極間に、所定の電位差の電圧を印加することにより、ＥＯポッケルスセル１２１に入射したレーザ光の偏光方向はＹ方向からＸ方向に変換されて出射されてもよい。
Ｘ方向に直線偏光しているレーザ光は、光アイソレータ１２０ｋにおける第２の偏光素子１２３を透過し、増幅器１３０ｋの入射ウィンドウ４３３より増幅器１３０ｋに入射してもよい。入射ウィンドウ４３３より入射したレーザ光は、増幅器１３０ｋにおける電極４２２と電極４２３との間に形成された放電領域を、２つの折り返しミラー４３７及び４３８により反射されて複数回通過することで増幅され、出射ウィンドウ４３６より出射してもよい。
このように出射ウィンドウ４３６より出射されたＸ方向に直線偏光しているレーザ光は、光アイソレータ１２０ｋ＋１に入射し、光アイソレータ１２０ｋ＋１における第１の偏光素子１２２を透過してもよい。また、不図示の高電圧電源によって、光アイソレータ１２０ｋ＋１のＥＯポッケルスセル１２１の電極間に、所定の電位差となる電圧を印加することにより、ＥＯポッケルスセル１２１に入射したレーザ光の偏光方向はＸ方向からＹ方向に変換されて出射されてもよい。
Ｙ方向に直線偏光しているレーザ光は、光アイソレータ１２０ｋ＋１における第２の偏光素子１２３を透過して、次に設置された増幅器に入射してもよい。
尚、光アイソレータ１２０ｋ及び光アイソレータ１２０ｋ＋１における第１の偏光素子１２２及び第２の偏光素子１２３は、ＣＯ２レーザ光を透過する基板の表面に、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する膜が成膜されていてもよい。この際用いられる基板としては、ダイヤモンド基板が好ましい。
尚、上述した本開示のレーザ装置は、図１に示される極端紫外光生成装置に用いることができる。
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 ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置
２ チャンバ
３ レーザ装置
４ ターゲット撮像装置
５ ＥＵＶ光生成制御システム
６ 露光装置
２１ ウィンドウ
２２ レーザ光集光ミラー
２３ ＥＵＶ光集光ミラー
２４ 貫通孔
２５ プラズマ生成サイト
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 連通管
２９１ 壁
２９２ 中間焦点（ＩＦ）
３１〜３３ パルスレーザ光
３４ レーザ光進行方向制御アクチュエータ
１１０ マスターオシレータ
１２０、１２０１〜１２０ｎ 光アイソレータ
１２１ ＥＯポッケルスセル
１２２ 第１の偏光素子
１２３ 第２の偏光素子
１３０、１３０１〜１３０ｎ 増幅器
１４０ コントローラ
１５０ 遅延回路
１６０ レーザ集光光学系
３２１ 電気光学（ＥＯ）結晶
３２２ 第１の電極
３２３ 第２の電極
３２４ 高電圧電源
３２５ 制御部
３３１ 第１のミラー
３３２ 第２のミラー
３３３ 第３のミラー
３３４ 第４のミラー
３４１〜３４４ 冷却装置
３５１ 第１の温度センサ
３５２ 第２の温度センサ
３５３ 第１の温度コントローラ
３５４ 第２の温度コントローラ
３５５ 第１の冷却水用チラー
３５６ 第２の冷却水用チラー
３６１、３６２ 反射防止膜
３７１、３７３ 電気絶縁部材
３７２、３７４ ヒートシンク
３８１、３８２ ダイヤモンドコート部
４２２、４２３ 平板電極
４２４ 高周波電源
４３３ 入射ウィンドウ
４３４ 出射ウィンドウ
４３７、４３８ 折り返しミラー

Claims (9)

  1. パルスレーザ光を出力するマスターオシレータと、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置される少なくとも１つの増幅器と、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＧａＡｓ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第１の光アイソレータと、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＣｄＴｅ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第２の光アイソレータと、
    前記マスターオシレータ及び前記第１および第２の光アイソレータに接続されたコントローラと、
    を備えるレーザ装置。
  2. 前記第１の光アイソレータは、前記第２の光アイソレータよりも、前記マスターオシレータに光路上において近い側に配置されている請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 前記第１の光アイソレータ及び前記第２の光アイソレータは、
    前記パルスレーザ光の光路上に設けられた第１の偏光素子及び第２の偏光素子と、
    前記パルスレーザ光の光路上であって、第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に設けられた前記電気光学結晶を含むＥＯポッケルスセルと、
    前記ＥＯポッケルスセルに電圧を印加する少なくとも１つの電源と、
    を備えた請求項１に記載のレーザ装置。
  4. 前記電気光学結晶における光が入射する面は、一方の方向における幅よりも、前記一方の方向に直交する他方の方向における幅が狭く形成されている請求項１に記載のレーザ装置。
  5. 前記ＥＯポッケルスセルには、前記電気光学結晶に電圧を印加するため、前記電気光学結晶を介して対向する第１の電極及び第２の電極が設けられており、
    前記第１の電極の側及び前記第２の電極の側の一方または双方には冷却部が設けられている請求項１に記載のレーザ装置。
  6. 前記ＥＯポッケルスセルは、前記第１の電極の側に冷却部が設けられている場合には、前記第１の電極と前記第１の電極の側に設けられた冷却部との間には、電気絶縁部材が設けられており、
    前記第２の電極の側に冷却部が設けられている場合には、前記第２の電極と前記第２の電極の側に設けられた冷却部との間には、電気絶縁部材が設けられている請求項５に記載のレーザ装置。
  7. 前記電気絶縁部材は、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムのうちの１又は２以上の材料を含むものである請求項６に記載のレーザ装置。
  8. 前記増幅器はスラブ型増幅器である請求項１に記載のレーザ装置。
  9. パルスレーザ光を出力するマスターオシレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置される少なくとも１つの増幅器と、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＧａＡｓ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第１の光アイソレータと、前記パルスレーザ光の光路上に配置されるＣｄＴｅ結晶を電気光学結晶として用いた少なくとも１つの第２の光アイソレータと前記マスターオシレータ及び前記第１および第２の光アイソレータに接続されたコントローラと、
    チャンバと、
    前記チャンバ内の所定の領域にターゲット物質を供給するためのターゲット供給部と、
    前記レーザ装置から出射されたレーザ光を前記所定の領域に集光するための集光光学系と、
    を備える極端紫外光生成装置。
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