JP2013239723A - レーザシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】短パルスで高出力なレーザ光を発生するレーザシステムを高能率化し、消費電力を低減する。
【解決手段】このレーザシステムは、レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、バースト発振を行うようにレーザ発振器を制御すると共に、バースト発振期間の間のバースト休止期間において複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、短パルスで高出力なレーザ光を発生するレーザシステムに関し、特に、半導体ウエハ等を露光するために用いられる極端紫外光を発生するＬＰＰ(laser produced plasma)式ＥＵＶ（extreme ultra violet：極端紫外）光源装置においてターゲットにレーザ光を照射するドライバレーザシステムに関する。
近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィにおける微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、更には３２ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源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。
ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザ光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：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。
ここで、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光の生成原理について説明する。真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザ光を照射することにより、ターゲット物質が励起してプラズマ化する。このプラズマから、ＥＵＶ光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を選択的に反射するＥＵＶコレクタミラーを用いてＥＵＶ光が反射集光され、露光機に出力される。そのために、ＥＵＶコレクタミラーの反射面には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とを交互に積層した多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。
高効率でＥＵＶ光を発生することが可能なＥＵＶ光源として、ＣＯ２レーザによって生成されるレーザ光を錫（Ｓｎ）ターゲットに照射するＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置が提案され、これを主軸とした技術開発が行われている。現在、ＥＵＶ光源装置の当面の要求出力は１４０Ｗであるが、ＣＯ２レーザと錫ターゲットとを組み合わせたＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においても、露光に使用できるＥＵＶ光として取り出せる出力は、レーザ出力の１％〜４％程度である。従って、出力１４０ＷのＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置の場合には、例えば、約１０ｋＷ以上のレーザ出力が必要となる。さらに、露光時に必要なレジストの感度が低くなる場合も想定され、ＥＵＶ光源装置の出力として３００Ｗ程度が必要となる可能性もある。その場合には、レーザ出力として２０ｋＷ〜３０ｋＷが必要となる。
工業用ＣＯ２レーザにおいては、出力２０ｋＷのものが市販されているが、これは、連続的にレーザ光を出力するＣＷレーザ（continuous wave laser）である。一方、ＥＵＶ発生用には１０ｎｓ〜１００ｎｓ程度のパルス幅を有するパルスレーザ光を出力する短パルスＣＯ２レーザが必要となる。大出力の短パルスＣＯ２レーザは市販されていないので、小出力の短パルスＣＯ２レーザをレーザ発振器（オシレータ）として用いて、レーザ発振器の出力を複数の増幅器（アンプリファイア）によって増幅することにより、大出力のドライバレーザシステムが実現される。
高パルスエネルギーを出力するＣＯ２レーザシステムの例として、非特許文献１には、核融合用ＣＯ２レーザシステムが開示されている。レーザ発振器は、ＴＥＡ ＣＯ２レーザであり、高電圧のパルス放電させることによりパルスレーザ光を発生する。このパルスレーザ光に、ＴＥＡ ＣＯ２レーザ増幅器の放電を同期させて、多段のＴＥＡ ＣＯ２レーザ増幅器によりパルス光の増幅を行っていた。
また、関連する技術として、特許文献１には、図２０に示すようなＥＵＶ光源装置のドライバレーザシステムの構成を示す模式図が開示されている。図２０に示すように、このドライバレーザシステム２００は、短パルスのレーザ光を生成するレーザ発振器（ＯＳＣ）２１０と、レーザ発振器２１０によって生成されるレーザ光を増幅する３段のＣＯ２レーザ増幅器（ＡＭＰ）２２１〜２２３とを含んでいる。このように、レーザ発振器２１０から出力されるパルスレーザ光を多段のレーザ増幅器２２１〜２２３によって増幅することにより、高出力化が行われていた。レーザ増幅器２２３から出力される増幅されたパルスレーザ光６は、集光光学系２によりターゲット上に集光され、ＥＵＶ光８を発生する。
V. A. Adamovich et al., "TIR-1 carbon dioxide laser system for fusion", Optical Society of America, p. 313-318, Reprinted from Applied Optics, Vol. 19(6), 918-923, March 15, 1980
米国特許第７，４３９，５３０号明細書（第６頁、図８）
ＥＵＶ光源装置のドライバレーザであるＣＯ２レーザ装置の繰り返し周波数として、５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度が要求されている。この繰り返し数を実現するためには、ＴＥＡ ＣＯ２レーザによる多段増幅方式では、高繰り返し放電による音響波の影響を受けて、出力エネルギーが低下し、あるいは、出力が低下しなくてもビームの集光性能が劣化するので、ターゲット物質に対して高いエネルギー密度で集光することが困難であった。
繰り返し周波数を高くするための手段として、レーザ発振器を、レーザ共振器ミラーとＱスイッチとＣＯ２レーザ媒体とから構成し、このＱスイッチを駆動することにより、短パルス（数十ｎｓ）でかつ高繰り返し周波数のパルスレーザ光を出力することができる。そして、そのパルスレーザ光を増幅するための多段のＣＯ２レーザ増幅器において、電極対に常時高周波放電させてＣＯ２レーザガスを励起する構成を採用した。その結果、集光性能が優れたレーザビームを増幅することが可能となった。ところが、この方式の場合には、レーザの消費電力が大きくなるという新たな課題が発生した。
以下に、増幅器として高周波放電によるＣＯ２レーザを用いたドライバレーザシステムの増幅動作について説明する。このドライバレーザシステムにおいては、増幅動作時に各増幅器が常に励起状態であり、増幅のためのゲインが存在する時間が長くなっていた。例えば、パルス幅２０ｎｓ、繰返し周波数１００ｋＨｚのレーザ光を増幅する場合に、１周期１０μｓの内で、ゲインを使って増幅する期間は２０ｎｓのみである。レーザ光を増幅することによってゲインが一時的に低下し、ゲインが増幅前の値に戻るまでには１μｓ〜１．５μｓ程度の時間がかかるが、大半の増幅ゲインは無駄であり、増幅動作に寄与していない。
図２１は、このドライバレーザシステムにおける増幅ゲインの時間による変化を示す図である。図２１において、縦軸は増幅器のゲイン又は被増幅光の強度を表しており、横軸は時間を表している。ここでは、説明を簡単にするために、２段の増幅器ＡＭＰ１及びＡＭＰ２によってレーザ光が増幅されるものとする。
ＡＭＰ１には、非増幅時に、レーザ光を増幅するために使用できるゲインが常時存在している。ＡＭＰ１にレーザ光が入射すると、増幅動作によってＡＭＰ１のゲインが一時的に低下する。ＡＭＰ２においても、タイミングが遅れて同様の現象が起こる。低下したゲインは、１周期（例えば、１０μｓ）の間に回復して、ＡＭＰ１及びＡＭＰ２は、次の増幅を行う。しかしながら、ゲインが回復してから次の増幅を行うまでの間に、無駄な増幅ゲインが存在することになる。その分の投入電力は、レーザ光のエネルギーとして取り出すことができない。
例えば、２０ｋＷ出力のＥＵＶ光源用ドライバレーザシステムを実現する場合に、消費電力の問題が大きく浮上する。比較的高効率のＣＯ２レーザを用いた場合でも、パルスレーザ光の増幅を行うＥＵＶ光源用ドライブレーザシステムにおいて、プラグイン効率は１％程度である。即ち、２０ｋＷのレーザ出力を得ようとすると、２０００ｋＶＡの電力が必要となる。これは、中規模工場の全消費電力に匹敵する。ドライバレーザシステムの導入時には、契約受電容量の増大が必須となり、場合によっては、変電設備の増設や更新を伴うことになる。これは、ＥＵＶ光源を市場に導入する際の大きな妨げとなる。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、短パルスで高出力なレーザ光を発生するレーザシステムを高能率化し、消費電力を低減することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係るレーザシステムは、レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、バースト発振を行うようにレーザ発振器を制御すると共に、バースト発振期間の間のバースト休止期間において複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段とを具備する。
また、本発明の第２の観点に係るレーザシステムは、レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、繰り返し発振を行うようにレーザ発振器を制御すると共に、繰り返し発振期間の間の発振休止期間において複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段とを具備する。
本発明の第１の観点によれば、バースト発振期間の間のバースト休止期間において複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させることにより、レーザシステムを高能率化し、消費電力を低減することができる。また、本発明の第２の観点によれば、繰り返し発振期間の間の発振休止期間において複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させることにより、レーザシステムを高能率化し、消費電力を低減することができる。
本発明の実施形態に係るドライバレーザシステムが適用されるＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。 ＥＵＶ光源装置及びドライバレーザシステムの動作例を示すタイミングチャートである。 図２に示すドライバレーザシステムの動作例を示すタイミングチャートである。 図２に示すドライバレーザシステムにおける増幅ゲインの時間による変化を示す図である。 図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。 図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。 図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。 図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。 図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。 図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るドライバレーザシステムにおける増幅ゲインの時間による変化を示す図である。 複数の増幅器の動作タイミングを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。 図１５に示すスラブ型レーザ増幅器の内部構造を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。 図１７に示すスラブ型レーザ増幅器の内部構造を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。 従来のドライバレーザシステムの構成を示す模式図である。 増幅器として高周波放電によるＣＯ２レーザを用いたドライバレーザシステムにおける増幅ゲインの時間による変化を示す図である。
以下、本発明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。以下の実施形態においては、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においてターゲットにレーザ光を照射するドライバレーザシステムに本発明が適用される場合について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態に係るドライバレーザシステムが適用されるＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。図１に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ドライバレーザシステム１と、レーザ集光光学系２と、ターゲット物質供給部３と、ＥＵＶ光生成チャンバ４と、ターゲット回収装置５とを含んでいる。
ドライバレーザシステム１は、ターゲット物質を励起させるために用いられる駆動用のレーザ光を生成する発振増幅型レーザ装置である。ドライバレーザシステム１の構成については、後で詳しく説明する。
レーザ集光光学系２は、少なくとも１つのレンズ及び／又は少なくとも１つのミラーを含んでおり、ドライバレーザシステム１によって生成されたパルスレーザ光６を、ターゲット物質７の軌道上に焦点を形成するように集光する。それにより、ターゲット物質７が励起してプラズマが生成され、ＥＵＶ光８が発生する。
ターゲット物質供給部３は、ＥＵＶ光８を発生するために用いられるターゲット物質７を、ターゲット物質供給部３の一部であるターゲット噴射ノズル１２を介して、ＥＵＶ光生成チャンバ４内に供給する。供給されたターゲット物質７の内で、レーザ光が照射されずに不要となったものは、ターゲット回収装置５によって回収される。ターゲット物質としては、公知の様々な材料（例えば、錫（Ｓｎ）、キセノン（Ｘｅ）等）を用いることができる。
ターゲット物質の状態は、固体、液体、気体のいずれでも良く、連続流れ（ターゲット噴流）や液滴（ドロップレット）等の公知のいずれの態様でターゲット物質をＥＵＶ光生成チャンバ４内の空間に供給しても良い。例えば、ターゲット物質として液体のキセノン（Ｘｅ）ターゲットを用いる場合には、ターゲット物質供給部３は、高純度キセノンガスを供給するガスボンベ、マスフローコントローラ、キセノンガスを液化するための冷却装置、ターゲット噴射ノズル等によって構成される。また、ドロップレットを生成する場合には、それらの構成要素に、ピエゾ素子等の加振装置が追加される。
ＥＵＶ光生成チャンバ４は、ＥＵＶ光の生成が行われる真空チャンバである。ＥＵＶ光生成チャンバ４には、ドライバレーザシステム１によって生成されたパルスレーザ光６をＥＵＶ光生成チャンバ４内に通過させるための窓１１が設けられている。また、ＥＵＶ光生成チャンバ４の内部には、ＥＵＶ集光ミラー１３が配置されている。
ＥＵＶ集光ミラー１３は、図１における手前方向にＥＵＶ光を集光する。ＥＵＶ集光ミラー１３は、例えば、１３．５ｎｍの光を高反射率で反射するＭｏ／Ｓｉ膜がその表面に形成された凹面鏡であり、発生したＥＵＶ光８を反射することにより集光して伝送光学系に導く。さらに、このＥＵＶ光は、伝送光学系を介して露光装置等へ導かれる。
次に、本発明の第１の実施形態に係るドライバレーザシステムについて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。本実施形態においては、小出力のレーザをレーザ発振器（オシレータ）として用いて、レーザ発振器の出力を複数の増幅器（アンプリファイア）によって増幅することにより、大出力のドライバレーザシステムを実現している。
図２において、このドライバレーザシステムは、発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器（ＯＳＣ）１０と、直列に配列され、レーザ発振器１０によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する５段の高速軸流型増幅器（ＦＡＦＡＭＰ）２１〜２５と、レーザ発振器１０及び増幅器２１〜２５の動作を制御するレーザ制御装置３０と、レーザ発振器１０及び増幅器２１〜２５の動作タイミングに関するタイミング情報を格納するメモリ等の格納部４０とを有している。さらに、必要に応じて、レーザ発振器と増幅器との間、複数の増幅器の間、又は、終段増幅器と集光点間との間の光路中に、アイソレータを追加するようにしても良い。アイソレータの例としては、空間フィルタ、ＳＦ６ガスによる可飽和吸収体、又は、ポーラライザとリターダとを組み合わせる方式がある。
レーザ発振器１０は、例えば、短パルスのレーザ光を生成するＣＯ２レーザであり、レーザ制御装置３０から供給されるタイミング信号に従ってバースト発振を行う。本願において、バースト発振とは、ある所望の間隔で所望の繰り返し周波数かつ所望のレーザパルス数でパルスレーザ光を出力する発振動作と、パルスレーザ光を出力しない状態とを繰り返す動作を行うことをいう。例えば、第１の期間（バースト発振期間）において、パルス幅２０ｎｓ、繰返し周波数１００ｋＨｚ、出力６０Ｗ程度のパルスレーザ光が生成され、第２の期間（バースト休止期間）において、パルスレーザ光の生成が休止され、バースト発振期間とバースト休止期間とが交互に繰り返される。このようなバースト発振の動作が必要な理由を以下に示す。第１の期間（バースト発振期間）は、露光機においてウエハ上のレジストを露光する時間である。一方、第２の期間（バースト休止期間）は、露光機において露光を行わない時間、即ち、ステージ移動時間、ウエハ交換時間、又は、マスク交換時間である。
増幅器２１〜２５は、ＣＯ２レーザガスを高周波放電により励起するレーザ増幅器であり、それぞれ供給される複数のトリガ信号に応答して高周波放電を制御することにより、パルスレーザ光を所定のゲインで増幅する。これにより、レーザ発振器１０によって生成されるパルスレーザ光が、増幅器２１〜２５によって順次増幅されて、例えば、最終的に出力約１０ｋＷ〜２０ｋＷが得られる。
本実施形態においては、増幅器２１〜２５の内の少なくとも１つにおいて増幅ゲインが存在する時間（高周波放電が行われる時間）を制限することにより、多大な電力を消費する増幅器の放電時間を短縮している。これにより、ドライバレーザシステム全体のエネルギー効率を向上させて、ＬＰＰ方式ＥＵＶ光源装置における課題であるドライバレーザシステムの消費電力を低減することができる。
レーザ制御装置３０は、格納部４０に格納されているタイミング情報に基づいて、レーザ発振器１０の発振動作のタイミングを規定するタイミング信号を生成すると共に、少なくとも１つの増幅器の増幅動作を制御するトリガ信号を生成する。
例えば、レーザ制御装置３０は、露光機からＥＵＶ光源装置の運転パターンを受け取り、少なくとも１つのバーストパターンを格納部４０に格納する。そして、レーザ制御装置３０は、格納部４０に格納されているバーストパターンを随時読み出し、それに基づいてタイミング信号を生成してレーザ発振器１０に供給する。あるいは、バースト発振動作のオン／オフを制御するタイミング信号を格納部４０に格納しておき、レーザ制御装置３０が、タイミング信号を随時読み出してレーザ発振器１０に供給し、レーザ発振器１０の発振及び休止を制御しても良い。
さらに、バーストパターンに対応する増幅タイミング及び休止タイミングを格納部４０に格納しておき、レーザ制御装置３０が、格納部４０に格納されている増幅タイミング及び休止タイミングを読み出し、それらに基づいて少なくとも１つのトリガ信号を生成して少なくとも１台の増幅器に供給する。
トリガ信号が活性化されると、各増幅器が増幅動作を開始する。増幅動作は、互いに対向する電極間にＲＦ放電を起こすことによって行われる。また、トリガ信号が非活性化されることにより、増幅器はＲＦ放電を停止して増幅動作を休止する。ただし、増幅器は、ＲＦ放電を低電圧で保持しておき、トリガ信号の活性化に応じて高電圧放電に移行して増幅動作を開始し、トリガ信号の非活性化に応じてＲＦ放電を低電圧で保持して増幅動作を休止しても良い。その場合には、放電を開始／停止するよりも短い時間で増幅動作を開始／休止することができるので、却って消費電力を削減できる場合がある。
あるいは、レーザ制御装置３０は、露光機からＥＵＶ光源制御装置に供給される露光タイミング信号（マスタトリガ信号）に基づいて、レーザ発振器１０の発振動作のタイミングを規定するタイミング信号を生成すると共に、少なくとも１つの増幅器の増幅動作を制御するトリガ信号を生成するようにしても良い。露光タイミング信号は、露光機からバースト発振の開始を要請するバーストトリガ信号を直接受信して生成しても良いし、何らかのデータ通信方式に従う信号であっても良い。
露光機から露光タイミング信号を受け取ったＥＵＶ光源制御装置は、ＥＵＶ光源装置の構成要素間における同期タイミングを計算し、ドライバレーザシステムの動作タイミングを決定して、タイミング情報をレーザ制御装置３０に供給する。レーザ制御装置３０は、このタイミング情報に基づいて、レーザ発振器１０の発振動作のタイミングを規定するタイミング信号を生成すると共に、レーザ照射タイミングに同期して少なくとも１つの増幅器の増幅タイミングと休止タイミングとを決定し、少なくとも１つの増幅器の増幅動作を制御するトリガ信号を生成する。
次に、露光機から供給される露光タイミング信号に基づいてＥＵＶ光源装置が動作する場合の動作タイミングについて説明する。
図３は、ＥＵＶ光源装置及びドライバレーザシステムの動作例を示すタイミングチャートである。この例においては、ＥＵＶ光源装置及びドライバレーザシステムの動作モードは、露光機から露光タイミング信号として供給されるバースト露光信号によって決定される。
図３に示すように、ＥＵＶ光源装置及びドライバレーザシステムは、バースト露光信号に同期して、バースト発振期間における一定繰返しの発光動作の後、数ミリ秒から数秒間のバースト休止期間を経て、再びバースト発振期間における一定繰返しの発光動作を行う。通常、ドライバレーザシステムにおいて、ある間隔で一定繰り返しの発振動作を行う期間をバースト発振期間と呼び、バースト発振が休止されている期間をバースト休止期間又はバースト間隔と呼ぶ。
実際の露光時においては、露光条件に応じて、バースト発振期間及びバースト休止期間が様々な時間で繰り返されることになる。このような動作モードとなるのは、露光機を用いてウエハを露光する際に、ある露光条件の下で、一部のウエハ領域の露光を行った後に、ウエハステージを移動させて、他のウエハ領域の露光を行うためである。ただし、次の露光エリアへの移動距離が長いときには、バースト休止期間は多少長くなり、ウエハを交換したり、マスクを交換する場合には、バースト休止期間が数秒から数十秒以上となることがある。
露光機からＥＵＶ制御装置に供給される信号、及び、ＥＵＶ制御装置からレーザ制御装置に供給される信号として、バースト露光信号の替わりに、例えば、第１のアドレスに繰返し周波数を指定し、第２のアドレスに発光時間を指定し、第３のアドレスに休止時間を指定し、第４のアドレスに発光時間の回数を指定するようなデータ通信方式に従う信号を用いても良い。
これまで、我々のドライバレーザシステムにおいては、レーザの制御の単純化やレーザビームの安定性を維持するために、このようなバースト発振期間及びバースト休止期間において、増幅器が連続的に増幅動作を続けていた。例えば、レーザ発振器からのパルスレーザ光の出力をオン／オフすることによって、露光機から要求される動作モードを実現していた。これは、簡単な構成で実現できる反面、ＥＵＶ光が不要なバースト休止期間においても大きな電力を必要とする増幅動作を行うことにより、エネルギーを消費していた。
図４は、図２に示すドライバレーザシステムの動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、露光機から露光タイミング信号として供給されるバースト前信号がドライバレーザシステムに入力された時以降の動作を示している。バースト前信号に応答して、バースト発振期間において一定繰り返しの発光（例えば、パルス幅２０ｎｓのパルス光が繰り返し周波数１００ｋＨｚで発生するような状態）を行い、バースト休止期間において発光を停止する場合について、各信号のタイミングと、レーザ発振器１０の動作タイミングと、増幅器２１〜２５を代表する１つの増幅器の動作タイミングとを以下に説明する。
露光機から供給される露光タイミング信号（バースト前信号）を受け取ったＥＵＶ制御装置は、レーザ照射タイミング及び休止タイミングを生成して、タイミング情報をレーザ制御装置３０に供給する。これに基づいて、レーザ制御装置３０は、一定繰り返しの発光タイミングに同期した発振トリガ信号を生成してレーザ発振器１０に供給する。レーザ発振器は、発振トリガ信号に応じて、図示しないＥＯポッケルスセルにかかる電圧を制御することにより、パルスレーザ光を出力する。
増幅器においては、高周波放電が行われてから増幅ゲインが生成されて所望の増幅が可能になるまでの間に一定の時間が必要となる。このため、増幅器への増幅トリガ信号の供給は、レーザ発振器１０への発振トリガ信号の供給に先立って行われる。放電が開始されてから増幅ゲインが所望の強度になるまで数百ｎｓから数μｓ程度の時間が必要となるが、放電条件や媒質ガス条件によって異なるので、その時間を予め計測しておき、増幅トリガ信号を発振トリガ信号にどの程度先立って供給すれば良いかを決定しておくことが望ましい。また、この値から、レーザ発振器１０から増幅器までの光路長さを考慮して、光路長さに相当する時間を差し引いても良い。
増幅トリガ信号に応答して増幅器が高周波放電を開始して増幅ゲインが十分な強度になるタイミングで、レーザ発振器１０から出射したバースト発振の最初のパルスレーザ光が増幅器内を通過するようにする。また、バースト発振の最後のパルスレーザ光が増幅器を通過した後は、速やかに増幅トリガ信号を非活性化して増幅器の高周波放電を停止することが望ましい。
増幅ゲインは、放電を停止した後も一定時間存在するので、これを考慮してレーザ光が通過し終わる前に増幅トリガ信号を非活性化して放電を止めるようにしても良い。どの程度の時間に増幅ゲインが残留するかは、放電条件や媒質ガス条件によって異なるので、その時間を予め計測しておき、増幅トリガ信号をレーザ光が増幅器を通過し終わる時刻にどの程度先立って非活性化すれば良いかを決定しておくことが望ましい。また、この値に、増幅器内部の光路長さを考慮して、光路長さに相当する時間を足しても良い。
図５は、図２に示すドライバレーザシステムにおける増幅ゲインの時間による変化を示す図である。図５において、縦軸はトリガ信号のレベル又は増幅器のゲイン又は被増幅光の強度を表しており、横軸は時間を表している。ここでは、説明を簡単にするために、２段のＡＭＰ１及びＡＭＰ２について説明する。
レーザ発振器１０におけるパルスレーザ光の生成に同期して活性化されるトリガ信号をＡＭＰ１に供給することにより、少なくともパルスレーザ光の増幅に必要な時間帯（例えば、期間Ｔ１及びＴ２）においてＡＭＰ１のゲインが所定の値まで増大する（図５のＡＭＰ１ゲイン（非増幅時）を参照）。ＡＭＰ１に被増幅光を入射すると、被増幅光が増幅され、ＡＭＰ１のゲインは低下する（図５のＡＭＰ１ゲイン（増幅時）を参照）。ここで、次のパルスレーザ光の増幅までＡＭＰ１のゲインを低下させたままにしておくと、ＡＭＰ１のゲインを維持するための電力を低減することができる。同様の動作を、ＡＭＰ２においても行うようにすると、期間Ｔ１及びＴ２において、ＡＭＰ１及びＡＭＰ２がパルスレーザ光を増幅することができる。
増幅器のゲインを調整する方法としては、例えば、増幅器のチャンバ内に配置されている電極対に高周波電圧を印加する高周波電源を非常に低出力で動作させておき、増幅ゲインを立ち上げたい期間だけ高周波電源の出力を上げるようにすれば良い。そのような動作は、多くのＣＯ２レーザにおいて可能であり、パルスモード等と呼ばれている。
図６〜図１１は、図２に示すドライバレーザシステムの動作タイミングの例を示す図である。図６〜図１１に示す例においては、レーザ発振器１０が、バースト発振期間において、パルス幅２０ｎｓのパルスレーザ光を繰り返し周波数１００ｋＨｚ（繰り返し期間１０μｓ）で生成し、バースト休止期間（数千μｓ）において、パルスレーザ光の生成を休止する。１つのパルスレーザ光がレーザ発振器１０において生成されてから増幅器２５を通過するまでに要する時間は、サブμｓである。
以下に、図６〜図１１の意味を説明する。縦方向に上から順番にＯＳＣ、ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３、ＡＭＰ４、ＡＭＰ５と記載されているのは、これらが光路上に直列に設置されている状態を示している。横軸は時間を示しており、横方向に０、１、２、３、４、５と記載されているのは、パルスレーザ光が各ＡＭＰを通過する時間を模式的に示している。横軸における空欄は、パルスレーザ光が最終増幅段を通過した後、再び、ＯＳＣからパルスレーザ光が出力されるまでの時間を示している。この例においては、バースト発振期間において５パルスのパルスレーザ光がバースト発振によって生成される。そして、数千μｓのバースト休止期間においてバースト発振が停止され、再び、バースト発振期間において５パルスのバースト発振を繰り返す動作が示されている。ここで、ＡＭＰ１からＡＭＰ５の斜線四角部は、ＣＯ２レーザが所望のゲインになっている状態を示している。一方、ＡＭＰ１からＡＭＰ５の白四角部は、高周波放電が停止され、ＣＯ２レーザのゲインが無い状態を示している。ただし、ＯＳＣ（レーザ発振器）の場合には、斜線四角部と白四角部は、それぞれパルスレーザ光が出力される状態とパルスレーザ光が出力されていない状態を示している。
以下の実施例においては、レーザ制御装置３０が、バースト発振を行うようにレーザ発振器１０（ＯＳＣ）を制御すると共に、バースト発振期間の間のバースト発振休止期間において増幅器２１〜２５（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５）の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる。
図６の（ａ）は、レーザ制御装置３０が、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に同時に非活性化する実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってバースト発振が行われるタイミングに基づいて、パルスレーザ光を増幅するタイミングと休止するタイミングを全ての増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、増幅タイミングに同期して同時に活性化する。この増幅タイミングは、レーザ発振器（ＯＳＣ）からバースト発振の最初のパルスレーザ光が出力され、ＡＭＰ１を通過して増幅される直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化させる。この休止タイミングは、バースト発振の最後のパルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。
個々の繰り返し発振周期と比較してバースト休止期間は極めて長いので、バースト休止期間においてＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作を休止させることにより、消費電力をある程度削減することができる。実施例１によれば、消費電力は中程度であり、自励発振の抑制効果は小さく、戻り光の抑制効果も小さいが、５つのトリガ信号を同時に活性化及び非活性化すればよいので、制御が極めて容易である。
図６の（ｂ）は、レーザ制御装置３０が、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の内の後段の所定数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に同時に非活性化する実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってバースト発振が行われるタイミングに基づいて、パルスレーザ光を増幅するタイミングと休止するタイミングを後段の幾つかの増幅器（ここでは、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５とする）について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、増幅タイミングに同期して同時に活性化する。この増幅タイミングは、レーザ発振器（ＯＳＣ）からバースト発振の最初のパルスレーザ光が出力され、ＡＭＰ１を通過して増幅される直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化する。この休止タイミングは、バースト発振の最後のパルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例２によれば、自励発振の抑制効果は小さく、戻り光の抑制効果も小さいが、２つのトリガ信号を同時に活性化及び非活性化すればよいので、制御が極めて容易である。ここで、ＯＳＣ、ＡＭＰ１からＡＭＰ５の順番で投入電力が大きくなるので、ＡＭＰ１及びＡＭＰ２の増幅動作を休止させるよりは、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させる方が、大幅な電力の低減をすることができる。
比較例
図６の（ｃ）は、比較例として、今回課題となった増幅器ＡＭＰ１からＡＭＰ５を常に活性化状態にした場合の制御方法を示している。比較例においては、バースト休止期間においてもＡＭＰ１〜ＡＭＰ５が増幅動作を行うので、消費電力が大きくなってしまう。
ところで、全ての増幅器において同時に余分なゲインが存在する時間があると、自励発振の原因となり、全ての増幅器が光学的に結合して、連続的な発振現象が起きてしまう。連続的な発振によって増幅器のエネルギーが消費されるので、増幅器は増幅動作を行うことができなくなる。従来は、このような現象を防止するために、増幅器の複数段おきにアイソレータを挿入して自励発振を防止していた。
さらに、ターゲットから戻り光が発生した場合に、戻り光は、ゲインが存在する増幅光路を増幅されながら戻って来ることになるので、増幅された戻り光がレーザ発振器を破壊してしまう。例えば、２０ｋＷのレーザ光をターゲットに照射した場合に、５０Ｗの戻り光が発生すると、レーザ発振器に１ｋＷ〜３ｋＷ程度の戻り光が帰ってくる。レーザ発振器は６０Ｗ程度の出力を行う設計となっているので、１ｋＷ〜３ｋＷ程度の戻り光が入射することによって、内部の光学素子が破壊されてしまう。それを防止するためにもアイソレータが必要であり、増幅光よりも低強度の戻り光をアイソレータに吸収させて弱めることによって、レーザ発振器の破壊を防止していた。
このように、長い増幅光路を有してターゲットにレーザ光を照射するＥＵＶ光源用ドライバレーザシステムにおいては、アイソレータが必須であった。レーザアイソレータは、自励発振を誘発する余剰ゲインによる放出光を９０％以上吸収するが、増幅光も１０％程度吸収する。また、戻り光に対しても同様である。例えば、アイソレータとして過飽和吸収体を用いる場合に、構成にも拠るが、透過光に対して１０％〜２０％程度のエネルギー損失を生じる。
これにより、レーザ光が、増幅器によって増幅されながらも、アイソレータによって減衰して行くことになる。従って、高出力のレーザ光を得ようとする場合に、減衰を補うために高出力の増幅器が必要となったり、増幅段数を増やさなければならないので、その分の電力及びフットプリント（占有面積）が必要であった。また、アイソレータは、吸収したレーザエネルギーをガスの熱に変えるので、放熱のためのガス循環装置とチラー（冷却装置）が必要となり、電力及びフットプリントをさらに増大させる一因となっていた。
そこで、図７〜図１１においては、レーザ制御装置３０が、繰り返し発振を行うようにレーザ発振器１０（ＯＳＣ）を制御すると共に、繰り返し発振期間の間の発振休止期間において増幅器２１（ＡＭＰ１）〜増幅器２５（ＡＭＰ５）の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる。
図７の（ａ）は、パルス毎に、パルスレーザ光の通過に合わせてＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の内の１つのみを選択的に動作させる最も理想的な実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、パルスレーザ光を増幅するタイミングと休止するタイミングを全ての増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、増幅タイミングに同期して順次活性化する。この増幅タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過する直前のタイミングである。これにより、レーザ発振器１０によって生成されるパルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって順次増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、休止タイミングに同期して順次非活性化する。このレーザ休止タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例３によれば、消費電力が最小となり、自励発振の抑制効果が最大となり、戻り光の抑制効果も最大となる。
図７の（ｂ）は、パルス毎に、パルスレーザ光の通過に先立って増幅器をオンし（所望のゲインとなった状態とし）、通過後オフする（ゲインがない状態とする）実施例を示しており、パルスレーザ光が増幅器に入力される前に、増幅器が十分に安定した増幅ゲインを維持し、熱的に安定した状態となることを考慮したものである。以降の記述において、増幅器のオン及びオフは上記定義とする。実施例４によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果が大きく、戻り光の抑制効果も大きい。そして、実施例３に比べて熱的に多少安定した運転が可能となる。
図７の（ｃ）は、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて増幅器をオンし、通過後一定時間が経過してからオフする実施例を示しており、パルス幅が長い場合を考慮したものである。即ち、パルス幅が長いために、隣接する２つの増幅器をパルスレーザ光が同時に通過して増幅される状態にある場合が存在する。そこで、隣接する２つの増幅器に同時にゲインを発生させることによって、効率よく増幅することができる。実施例５によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果が大きく、戻り光の抑制効果も大きい。
上記の実施例４及び実施例５においては、レーザ制御装置３０が、複数のトリガ信号の内の１つのトリガ信号を活性化させている時に、隣接する増幅器に対してもトリガ信号を活性化させる。例えば、パルスレーザ光のパルス幅が長くて、隣接する３台の増幅器中をパルスレーザ光が同時に通過する場合には、この３台の増幅器に対してトリガ信号を活性化させることによって、増幅効率を向上させることができる。
図８の（ａ）は、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせてそれぞれの増幅器をオンし、レーザ光が全ての増幅器を通過後に全ての増幅器をオフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、パルスレーザ光を増幅するタイミングと休止するタイミングを全ての増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を増幅タイミングに同期して順次活性化する。この増幅タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過する直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化させる。この休止タイミングは、バースト発振パルスの最終パルスが最終段の増幅器（ＡＭＰ５）を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例６によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果は中程度であり、戻り光の抑制効果は小さく、制御は実施例３〜実施例５よりは容易となる。
図８の（ｂ）は、パルス毎に、全ての増幅器をオンし、レーザ光が増幅器を通過後にそれぞれの増幅器をオフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、パルスレーザ光を増幅するタイミングと休止するタイミングを全ての増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５について決定する。そしてし、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、増幅タイミングに同期して同時に活性化する。この増幅タイミングは、レーザ発振器（ＯＳＣ）から出力された最初のパルスレーザ光がＡＭＰ１を通過するタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、休止タイミングに同期して順次非活性化する。この休止タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例７によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果は小さいものの、戻り光の抑制効果は中程度であり、制御は実施例３〜実施例５よりは容易となる。
図９の（ａ）は、パルス毎に、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をオン／オフすると共に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を順次オン／オフする実施例を示している。即ち、レーザ制御装置３０は、レーザ発振器（ＯＳＣ）からパルスレーザ光が出力されると同時に、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をオンし、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅された直後にオフする。後段の増幅器ＡＭＰ４及び５は、パルスレーザ光が通過して増幅される間は逐次オンし、パルスレーザ光が通過して増幅された直後に逐次オフする。実施例８によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果は中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図９の（ｂ）に示す実施例９は、実施例８と比べて、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をオン／オフする制御と、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）をオンする制御は同じであるが、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）をオフする制御が異なる。この後段の増幅器をオフする制御は、パルスレーザ光がＡＭＰ５の増幅器を通過して増幅された直後に同時にＡＭＰ４及びＡＭＰ５をオフする。実施例９によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果は中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図９の（ｃ）に示す実施例１０は、実施例９と比べて、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をオン／オフする制御と、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）をオフする制御は同じであるが、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）をオンする制御が異なる。この後段の増幅器をオンする制御は、パルスレーザ光がＡＭＰ４の増幅器を通過して増幅される直前のタイミングと同時にＡＭＰ４及びＡＭＰ５をオンする。実施例１０によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果は中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図９の（ｄ）は、パルス毎に、全ての増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５）を一斉にオン／オフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、パルスレーザ光を増幅するタイミングと休止するタイミングを全ての増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、以下の増幅タイミングに同期して同時活性化する。この増幅タイミングは、レーザ発振器（ＯＳＣ）からのパルスレーザ光がＡＭＰ１を通過する直前のタイミングである。このようにＡＭＰ１〜ＡＭＰ５を同時活性化することにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を、以下の休止タイミングに同期して同時に非活性化する。この休止タイミングは、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅された直後である。このようにＡＭＰ１〜ＡＭＰ５を同時非活性化することにより、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例１１によれば、消費電力が小さく、自励発振の抑制効果は小さく、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御は容易となる。
図１０の（ａ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）は常にオンとし、パルス毎に、パルスレーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を順次オン／オフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、増幅タイミングと休止タイミングとをＡＭＰ４及びＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、増幅タイミングに同期して順次活性化する。この増幅タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過する直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、休止タイミングに同期して順次非活性化する。この休止タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例１２によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図１０の（ｂ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）は常にオンとし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を個別にオンし、レーザ光が全ての増幅器を通通過後に後段の増幅器をオフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、増幅タイミングと休止タイミングとをＡＭＰ４及びＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、増幅タイミングに同期して順次活性化する。この増幅タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過する直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化する。この休止タイミングは、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過した直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。従って、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４の増幅動作を制御するトリガ信号を活性化させている間に、ＡＭＰ５の増幅動作を制御するトリガ信号も活性化させる。実施例１３は、例えば、レーザパルスが長く、ＡＭＰ４とＡＭＰ５を同時に増幅する場合に有効となる。実施例１３によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。なお、実施例１３において、レーザ制御装置３０が、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に順次非活性化するようにしても良い。
図１０の（ｃ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）は常にオンとし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を一斉にオンし、レーザ光が全ての増幅器を通通過後に後段の増幅器をオフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、増幅タイミングと休止タイミングとをＡＭＰ４及びＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、増幅タイミングに同期して同時に活性化させる。この増幅タイミングは、パルスレーザ光がＡＭＰ４を通過して増幅される直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化させる。この休止タインミグは、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅された直後である。これにより、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。実施例１４によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図１１の（ａ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をバースト毎にオン／オフし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を順次オン／オフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってバースト発振が行われるタイミングに基づいて、増幅タイミングと休止タイミングとをＡＭＰ１〜ＡＭＰ３について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、増幅タイミングに同期して同時に活性化させる。この増幅タイミングは、各々のバースト発振の先頭パルスがＯＳＣから出力されるタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ３によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化させる。この休止タイミングは、各々のバースト発振の最終パルスがＡＭＰ５を通過して増幅された直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３の増幅動作を休止させることができる。
また、レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、増幅タイミングと休止タイミングとをＡＭＰ４及びＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、増幅タイミングに同期して順次活性化させる。この増幅タイミングは、パルスレーザ光が、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５をそれぞれ通過して増幅される直前のそれぞれのタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ４及びＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、休止タイミングに同期して順次非活性化させる。この休止タイミングは、パルスレーザ光がＡＭＰ４及びＡＭＰ５をそれぞれ通過して増幅された直後のそれぞれのタイミングである。これにより、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させる。実施例１５によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図１１の（ｂ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をバースト毎にオン／オフし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を個別にオンし、レーザ光が全ての増幅器を通通過後に後段の増幅器をオフする実施例を示している。この実施例においては、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）の増幅タイミング及び休止タイミングの制御と、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）の増幅タイミングの制御は、実施例１５と全く同じである。実施例１５と異なる点は、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）の休止タイミングであり、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅された直後のタイミングでＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を同時に休止させる点にある。実施例１６によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
図１１の（ｃ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をバースト毎にオン／オフし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を一斉にオンし、レーザ光が全ての増幅器を通通過後に後段の増幅器をオフする実施例を示している。この実施例においては、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）の増幅タイミング及び休止タイミングの制御と、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）の増幅タイミングの制御は、実施例１５と全く同じである。実施例１６と異なる点は、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）の増幅タイミングであり、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過して増幅される直前のタイミングでＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を同時に活性化させる点にある。実施例１７によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
以下に、各評価項目に関して各実施例及び比較例の優劣の順番を記述する。
（１）消費電力の小さな順番は以下のようになる。
実施例３、実施例５、実施例４、実施例８、実施例６、実施例９、実施例１０、実施例７、実施例１１、実施例１５、実施例１６、実施例１７、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１、実施例２、比較例。
（２）制御の容易性の順番は以下のようになる。
比較例、実施例２、実施例３、実施例１４、実施例１３、実施例１２、実施例１７、実施例１６、実施例１５、実施例１１、実施例１０、実施例９、実施例９、実施例８、実施例７、実施例６、実施例４、実施例５、実施例３。
（３）自励発振または戻り光の防止特性の良い順番は以下のようになる。
実施例３、実施例４、実施例５、実施例７、実施例８、実施例６、実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１５、実施例１６、実施例１７、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１、実施例２、比較例。
（４）レーザの熱的安定性の良い順番は以下のようになる。
比較例、実施例２、実施例１、実施例１４、実施例１３、実施例１２、実施例１７、実施例１６、実施例１５、実施例１１、実施例１０、実施例９、実施例８、実施例７、実施例６、実施例５、実施例４、実施例３。
以上述べた第１の実施形態においては、５段の増幅器２１〜２５を用いる場合について説明したが、増幅器の段数はこれに限定されず、複数段の増幅器を用いることができる。例えば、４段の増幅器を用いる場合には、図６〜図１１において、ＡＭＰ３又はＡＭＰ５を除く動作が行われる。
次に、本発明の第２の実施形態に係るドライバレーザシステムについて説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。図２に示すように、このドライバレーザシステムは、発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器（ＯＳＣ）１０と、直列に配列され、レーザ発振器１０によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する４段の高速軸流型増幅器（ＦＡＦＡＭＰ）２１〜２４と、レーザ発振器１０及び増幅器２１〜２４の動作を制御するレーザ制御装置３０と、レーザ発振器１０及び増幅器２１〜２５の動作タイミングに関するタイミング情報を格納するメモリ等の格納部４０と、増幅器２１〜２４の後段に設けられ、それぞれの増幅器２１〜２４から入力されるパルスレーザ光を遅延させて出力する光学系５１〜５４とを有している。
光学系５１〜５４の各々は、例えば、所定の角度で配置された４個のミラーを含み、光学的な遅延光路を形成している。望ましくは、遅延光路及びその他の光路が、真空中、又は、窒素ガス（Ｎ２）等の雰囲気中に置かれて、パルスレーザ光の減衰が防止される。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係るドライバレーザシステムにおける増幅ゲインの時間による変化を示す図である。図１３において、縦軸はトリガ信号のレベル又は増幅器のゲイン又は被増幅光の強度を表しており、横軸は時間を表している。ここでは、説明を簡単にするために、２段のＡＭＰ１及びＡＭＰ２によってレーザ光が増幅されるものとする。
レーザ発振器におけるパルスレーザ光の生成に同期して活性化されるトリガ信号をＡＭＰ１に供給することにより、入力されるパルスレーザ光の増幅に必要な時間帯のみＡＭＰ１のゲインが所定の値まで増大する（図１３のＡＭＰ１ゲイン（非増幅時）を参照）。ＡＭＰ１に被増幅光を入射すると、被増幅光が増幅され、ＡＭＰ１のゲインは低下する（図１３のＡＭＰ１ゲイン（増幅時）を参照）。本発明においては、次のパルスレーザ光の増幅まで、ＡＭＰ１のゲインを低下させたままにしておく。それにより、ＡＭＰ１のゲインを維持するための電力を低減することができる。
同様の動作を、ＡＭＰ２においても行うようにする。そうすると、ＡＭＰ１のゲインが低下してゲインがほぼ消失する期間Ｔ１及びＴ２において、ＡＭＰ２が増幅を行うようにすることができる。期間Ｔ１及びＴ２において、ゲインが所定のレベルに達しているのはＡＭＰ２のみなので、ＡＭＰ１の増幅動作とＡＭＰ２の増幅動作とが結合して自励発振を生じるおそれがない。従って、自励発振を防止するためのアイソレータが不要となり、アイソレータに吸収されていたエネルギーをパルスレーザ光が保ったままにすることができる。このため、増幅器としては比較的低出力のものを使用できるという利点があり、場合によっては増幅段の数を減じることもできる。
従来のドライバレーザシステムにおいて、アイソレータは、自励発振防止だけではなく、戻り光に対しても防御作用を発揮していた。本実施形態においては、増幅時以外はゲインが非常に低いので、戻り光が発生しても戻り光を増幅することがない。加えて、励起されていないレーザ媒質は、レーザ光に対して吸収体として働く。その結果、戻り光は、減衰しながらレーザ発振器に戻って行き、レーザ発振器に到達する時には無害な強度とすることができる。
図１４は、複数の増幅器の動作タイミングを示す図である。図１４においては、図１２に示す４個のＡＭＰ１〜ＡＭＰ４のゲインと、ターゲット物質からドライバレーザシステムに戻って来る戻り光の強度と、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４に戻って来る戻り光の強度とが示されている。
図１４に示す期間ＴＡにおいて、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４のゲインが順次増加するが、戻り光が発生する期間ＴＢにおいては、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４のゲインが低下したままである。従って、戻り光は、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４のレーザ媒質によって減衰しながら戻ることになる。このように、戻り光が発生して光学系を戻って来る間に増幅現象が起きないので、この点でもアイソレータが不要となる。そのためには、戻り光が消失してから次のパルスレーザ光の増幅動作を行うように、増幅ゲインが存在する期間を制限すれば良い。
図１３及び図１４に示すようなタイミングを実現するためには、図１２に示すように、増幅器の間に光学的な遅延光路を持たせると良い。そのようにすれば、１つの増幅段においてゲインがほぼ消失してから次の増幅段において増幅を行うように、パルスレーザ光が増幅器に到達するタイミングを調整することができる。また、光路が長大化して、例えば、ＡＭＰ１及びＡＭＰ４の増幅ゲインが同時に上昇するようなことがあっても、ＡＭＰ２及びＡＭＰ３が吸収体となるので、自励発振は起き難い。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第３の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。第３の実施形態においては、複数の増幅器の内の前段部（レーザ発振器側）において、スラブ型レーザ増幅器を用いることにより、大出力のドライバレーザシステムを実現している。図１５においては、複数の増幅段の内の前半にスラブ型レーザ増幅器（ＳＬＡＢＡＭＰ）６１及び６２を用いており、後半に高速軸流型増幅器（ＦＡＦＡＭＰ）６３及び６４を用いている。なお、少なくとも１つの高速軸流型増幅器の替わりに、少なくとも１つの３軸直交型レーザ増幅器を用いても良い。また、増幅器自体もある程度の遅延時間を有しているので、光学系５１〜５４を省略して、隣接する２つの増幅器を直結しても良い。
図１６は、図１５に示すスラブ型レーザ増幅器の内部構造を示す図である。図１６の（ａ）は平面図であり、図１６の（ｂ）は側面図である。図１６に示すように、このスラブ型レーザ増幅器６１又は６２は、第１のウインドウ１０１及び第２のウインドウ１０２を有し、レーザ媒質を含む気体で充たされるチャンバ１００と、チャンバ１００内に互いに対向して配置され、高周波電圧が印加されることにより形成される放電領域においてレーザ媒質を励起してパルスレーザ光を増幅する一対の広い電極７０（７０ａ及び７０ｂ）と、電極７０に高周波電圧を印加する高周波電源８０と、チャンバ１００内に配置され、第１のウインドウ１０１から入射するパルスレーザ光を多重反射することにより放電領域内を伝播させて第２のウインドウ１０２から射出する複数のミラーとを含んでいる。図１６においては、複数のミラーとして、共焦点シリンドリカルミラー９１ａ〜９３ａ及び９１ｂ〜９３ｂが用いられる。この実施形態においては、パルスレーザ光をマルチパス増幅するために共焦点シリンドリカルミラーを配置した例を示したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、通常の平面ミラーや球面ミラーを配置してマルチパス増幅を実現しても良い。
スラブ型レーザ増幅器を用いることにより、１つの増幅器内に長い増幅光路を設けることができるので、システム全体がコンパクトになる。また、電極の冷却効率が高いので、チラー容量が小さくて済む。従って、増幅段数を低減することが可能で、フットプリントが非常に小さくなる。しかしながら、反面、光路長が長いので、後段の増幅器と光学的に結合し易く、自励発振が起き易いという欠点がある。本発明によれば、この欠点を払拭することができる。即ち、１つのスラブ型レーザ増幅器が動作中の時には、他の増幅器には増幅ゲインが存在しないので、自励発振が起きることがない。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１７は、本発明の第４の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。第４の実施形態においては、スラブ型レーザ増幅器を大型にすることにより、増幅段数をさらに低減している。図１７においては、複数の増幅段の内の初段に大型のスラブ型レーザ増幅器（ＳＬＡＢＡＭＰ）６１ａを用いており、後半に高速軸流型増幅器（ＦＡＦＡＭＰ）６３及び６４を用いている。なお、少なくとも１つの高速軸流型増幅器の替わりに、少なくとも１つの３軸直交型レーザ増幅器を用いても良い。また、増幅器自体もある程度の遅延時間を有しているので、光学系５２〜５４を省略して、隣接する２つの増幅器を直結しても良い。
大型のスラブ型レーザ増幅器においては、内部で電極を分割し、複数対の電極を、タイミングをずらして動作させる必要が生じる。その場合に、第３の実施形態において複数のスラブ型レーザ増幅器６１及び６２が行っていた動作を、スラブ型レーザ増幅器６１ａ内の複数対の電極に行わせれば良い。
図１８は、図１７に示すスラブ型レーザ増幅器の内部構造を示す図である。図１８の（ａ）は平面図であり、図１８の（ｂ）は側面図である。図１８に示すように、このスラブ型レーザ増幅器６１ａは、第１のウインドウ１０１及び第２のウインドウ１０２を有し、レーザ媒質を含む気体で充たされるチャンバ１００と、チャンバ１００内に互いに対向して配置され、高周波電圧が印加されることにより形成される複数の放電領域においてレーザ媒質を励起してパルスレーザ光を増幅する複数対の電極７１〜７３（７３ａ及び７３ｂ）と、電極７１〜７３に高周波電圧をそれぞれ印加する複数の高周波電源８１〜８３と、チャンバ１００内に配置され、第１のウインドウ１０１から入射するパルスレーザ光を多重反射することにより複数の放電領域内を伝播させて第２のウインドウ１０２から射出する複数のミラーとを含んでいる。図１８においては、複数のミラーとして、共焦点シリンドリカルミラー９１ａ〜９３ａ及び９１ｂ〜９３ｂが用いられる。この実施形態においては、パルスレーザ光をマルチパス増幅させるために共焦点シリンドリカルミラーを配置した例を示したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、通常の平面ミラーや球面ミラーを配置してマルチパス増幅を実現しても良い。
このように、本実施形態においては分割電極が用いられ、上下の電極とも同様に分割される。図１７に示すレーザ制御装置３０は、レーザ発振器１０によってバースト発振が行われるタイミング、及び／又は、レーザ発振器１０によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、複数のトリガ信号を順次又は同時に活性化し、それらのトリガ信号をスラブ型レーザ増幅器６１ａの高周波電源８１〜８３にそれぞれ供給することにより、第１のウインドウ１０１から入射するパルスレーザ光を複数の放電領域において順次増幅させる。レーザ制御装置３０は、各電極対にかかるＲＦ電圧を、増幅時のみ高めるようにする。
このようにすれば、長い光路を有するスラブ型レーザ増幅器を用いて、本発明に係るドライバレーザシステムを実現することができる。その場合には、増幅段数を劇的に低減することが可能で、システム全体の冷却効率も高まる。これにより、さらに消費電力を低下させ、フットプリントを縮小することが可能である。例えば、図１７に示すように、３段程度の増幅段でシステムを構成しても、５〜６段程度のＦＡＦで構成した従来のシステムと同等の出力が得られる。
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１９は、本発明の第５の実施形態に係るドライバレーザシステムの概要を示す模式図である。第５の実施形態においては、増幅効率を向上させる手法として、複数のスペクトルを出力するレーザ発振器（マルチラインＯＳＣ）１０ａを用いることにより、マルチライン増幅が行われる。
マルチライン増幅によれば、複数のスペクトルを同時に増幅することによって、増幅ゲインを効率的にパルスレーザ光の増幅に利用することができる。このことは、増幅器におけるゲインの余剰が殆どなくなることを意味し、自励発振防止効果も、戻り光抑止効果も向上する。また、マルチライン化によって増幅効率が向上するので、増幅器は更に低出力でも良いことになる。
ＣＯ２レーザのマルチライン増幅の具体的な例としては、レーザ発振器（ＯＳＣ）として、ＣＯ２レーザの複数の増幅ラインと同じ波長でレーザ発振する量子カスケードレーザを用いる方法がある。複数台のシングル縦モードの量子カスケードレーザを、各々の増幅ラインの波長に一致させて発振させる。それらの量子カスケードレーザから出力されるレーザビームをグレーティング等で合波して、ＣＯ２レーザガスを媒質とする再生増幅器によってパルスレーザ光を増幅する。そして、本実施形態におけるようにパルスレーザ光を多段増幅器により増幅して高出力化し、増幅器のオン／オフ制御の最適化を行うことにより、省エネルギー化が可能となる。
以上においては、レーザ発振器から複数の増幅器を直列に配置した実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、例えば、レーザ発振器から出力される光を２つに分岐して、分岐した複数の光路（ビームライン）上に複数の増幅器をそれぞれ配置した場合においても、本発明の技術は適用可能である。具体的には、バースト発振に同期して増幅器を制御したり、パルスレーザ光を増幅するのに同期して増幅器を制御することを、それぞれのビームラインにおいて行うことができる。また、逆に、複数のレーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を合波して、そのビームラインに多段増幅器を配置した場合においても、本発明の技術を応用できることはいうまでもない。
以上の実施形態においては、ＥＵＶ光源装置のドライバレーザ装置を例として説明したが、本発明に係るレーザシステムは、短パルスでかつ高出力なＣＯ２レーザが必要なレーザ加工装置等の光源として使用可能である。
本発明は、短パルスで高出力なレーザ光を発生するレーザシステムにおいて利用することが可能である。
１…ドライバレーザシステム、２…レーザ集光光学系、３…ターゲット物質供給部、４…ＥＵＶ光生成チャンバ、５…ターゲット回収装置、６…パルスレーザ光、７…ターゲット物質、８…ＥＵＶ光、１０、１０ａ…レーザ発振器、１１…窓、１２…ターゲット噴射ノズル、１３…ＥＵＶ集光ミラー、２１〜２５…高速軸流型増幅器、３０…レーザ制御装置、４０…格納部、５１〜５４…光学系、６１、６１ａ、６２…スラブ型レーザ増幅器、６３、６４…高速軸流型増幅器、７０〜７３、７０ａ、７０ｂ、７３ａ、７３ｂ…電極、８０〜８３…高周波電源、９１ａ〜９３ａ、９１ｂ〜９３ｂ…共焦点シリンドリカルミラー、１００…チャンバ、１０１…第１のウインドウ、１０２…第２のウインドウ、２００…ドライバレーザシステム、２１０…レーザ発振器、２２１〜２２３…レーザ増幅器
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係るレーザシステムは、レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器であって、第１の増幅器及び第１の増幅器より後段の第２の増幅器を含む複数の増幅器と、所定の時間間隔で発振を行うようにレーザ発振器を制御すると共に、レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、第１の増幅器における増幅動作を制御する第１のトリガ信号を活性化した後非活性化し、且つ、第２の増幅器における増幅動作を制御する第２のトリガ信号を活性化した後非活性化する制御手段とを具備し、制御手段は、第１のトリガ信号を活性化するタイミングに対する第２のトリガ信号を活性化するタイミングを遅らせ、又は、第１のトリガ信号を非活性化するタイミングに対する第２のトリガ信号を非活性化するタイミングを遅らせる。
本発明の１つの観点によれば、レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、第１の増幅器における増幅動作を制御する第１のトリガ信号を活性化した後非活性化し、且つ、第２の増幅器における増幅動作を制御する第２のトリガ信号を活性化した後非活性化する制御手段とを具備し、制御手段は、第１のトリガ信号を活性化するタイミングに対する第２のトリガ信号を活性化するタイミングを遅らせ、又は、第１のトリガ信号を非活性化するタイミングに対する第２のトリガ信号を非活性化するタイミングを遅らせることにより、レーザシステムを高能率化し、消費電力を低減することができる。
露光機からＥＵＶ光源制御装置に供給される信号、及び、ＥＵＶ光源制御装置からレーザ制御装置に供給される信号として、バースト露光信号の替わりに、例えば、第１のアドレスに繰返し周波数を指定し、第２のアドレスに発光時間を指定し、第３のアドレスに休止時間を指定し、第４のアドレスに発光時間の回数を指定するようなデータ通信方式に従う信号を用いても良い。
以下の実施例においては、レーザ制御装置３０が、バースト発振を行うようにレーザ発振器１０（ＯＳＣ）を制御すると共に、バースト発振期間の間のバースト休止期間において増幅器２１〜２５（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５）の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる。
図１０の（ｂ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）は常にオンとし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を個別にオンし、レーザ光が全ての増幅器を通通過後に後段の増幅器をオフする実施例を示している。レーザ制御装置３０は、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、増幅タイミングと休止タイミングとをＡＭＰ４及びＡＭＰ５について決定する。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、増幅タイミングに同期して順次活性化する。この増幅タイミングは、パルスレーザ光が各増幅器を通過する直前のタイミングである。これにより、パルスレーザ光をＡＭＰ１〜ＡＭＰ５によって増幅させることができる。そして、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御するトリガ信号を、休止タイミングに同期して同時に非活性化する。この休止タイミングは、パルスレーザ光がＡＭＰ５を通過した直後のタイミングである。これにより、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を休止させることができる。従って、レーザ制御装置３０は、ＡＭＰ４の増幅動作を制御するトリガ信号を活性化させている間に、ＡＭＰ５の増幅動作を制御するトリガ信号も活性化させる。実施例１３は、例えば、レーザパルスが長く、ＡＭＰ４とＡＭＰ５とによって同時に増幅される場合に有効となる。実施例１３によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。なお、実施例１３において、レーザ制御装置３０が、ＯＳＣによってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、ＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に順次非活性化するようにしても良い。
図１１の（ｃ）は、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）をバースト毎にオン／オフし、パルス毎に、レーザ光の通過に合わせて後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）を一斉にオンし、レーザ光が全ての増幅器を通通過後に後段の増幅器をオフする実施例を示している。この実施例においては、前段の増幅器（ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３）の増幅タイミング及び休止タイミングの制御と、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）の休止タイミングの制御は、実施例１６と全く同じである。実施例１６と異なる点は、後段の増幅器（ＡＭＰ４及びＡＭＰ５）の増幅タイミングであり、パルスレーザ光がＡＭＰ４を通過して増幅される直前のタイミングでＡＭＰ４及びＡＭＰ５の増幅動作を同時に活性化させる点にある。実施例１７によれば、消費電力が中程度であり、自励発振の抑制効果も中程度であり、戻り光の抑制効果は小さいものの、制御の容易さは中程度となる。
以下に、各評価項目に関して各実施例及び比較例の優劣の順番を記述する。
（１）消費電力の小さな順番は以下のようになる。
実施例３、実施例５、実施例４、実施例８、実施例６、実施例９、実施例１０、実施例７、実施例１１、実施例１５、実施例１６、実施例１７、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１、実施例２、比較例。
（２）制御の容易性の順番は以下のようになる。
比較例、実施例２、実施例３、実施例１４、実施例１３、実施例１２、実施例１７、実施例１６、実施例１５、実施例１１、実施例１０、実施例９、実施例８、実施例７、実施例６、実施例４、実施例５、実施例３。
（３）自励発振または戻り光の防止特性の良い順番は以下のようになる。
実施例３、実施例４、実施例５、実施例７、実施例８、実施例６、実施例９、実施例１０、実施例１１、実施例１５、実施例１６、実施例１７、実施例１２、実施例１３、実施例１４、実施例１、実施例２、比較例。
（４）レーザの熱的安定性の良い順番は以下のようになる。
比較例、実施例２、実施例１、実施例１４、実施例１３、実施例１２、実施例１７、実施例１６、実施例１５、実施例１１、実施例１０、実施例９、実施例８、実施例７、実施例６、実施例５、実施例４、実施例３。

Claims (27)

  1. ターゲット物質にレーザ光を照射してプラズマを生成することにより極端紫外光を発生する極端紫外光源装置において用いられるドライバレーザシステムであって、
    レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、
    バースト発振を行うように前記レーザ発振器を制御すると共に、バースト発振期間の間のバースト休止期間において前記複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段と、
    を具備するドライバレーザシステム。
  2. 前記制御手段が、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に同時に非活性化する、請求項１記載のドライバレーザシステム。
  3. 前記制御手段が、前記複数の増幅器の内の後段の所定数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に同時に非活性化する、請求項１記載のドライバレーザシステム。
  4. ターゲット物質にレーザ光を照射してプラズマを生成することにより極端紫外光を発生する極端紫外光源装置において用いられるドライバレーザシステムであって、
    レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、
    繰り返し発振を行うように前記レーザ発振器を制御すると共に、繰り返し発振期間の間の発振休止期間において前記複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段と、
    を具備するドライバレーザシステム。
  5. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を順次活性化すると共に順次非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  6. 前記制御手段が、前記複数のトリガ信号の内の１つのトリガ信号を活性化させている時に、前記複数のトリガ信号の内の他のトリガ信号も活性化させる、請求項５記載のドライバレーザシステム。
  7. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を順次活性化すると共に同時に非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  8. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に順次非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  9. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に同時に非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  10. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の内の後段の所定数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を順次活性化すると共に順次非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  11. 前記制御手段が、前記複数のトリガ信号の内の１つのトリガ信号を活性化させている時に、前記複数のトリガ信号の内の他のトリガ信号も活性化させる、請求項１０記載のドライバレーザシステム。
  12. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の内の後段の所定数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を順次活性化すると共に同時に非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  13. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の内の後段の所定数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に順次非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  14. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて、前記複数の増幅器の内の後段の所定数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を同時に活性化すると共に同時に非活性化する、請求項４記載のドライバレーザシステム。
  15. 前記制御手段が、格納部に格納されているタイミング情報に基づいて、前記レーザ発振器の発振を制御すると共に、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を生成する、請求項１〜１４のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  16. 前記制御手段が、露光機から供給される露光タイミング信号に基づいて、前記レーザ発振器の発振を制御すると共に、前記複数の増幅器の増幅動作をそれぞれ制御する複数のトリガ信号を生成する、請求項１〜１４のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  17. 前記複数の増幅器の各々の後段に設けられ、それぞれの増幅器から入力されるパルスレーザ光を遅延させて出力する光学系をさらに具備する、請求項１〜１６のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  18. 前記複数の増幅器の内の少なくとも１台が、前記レーザ発振器側においてスラブ型レーザ増幅器を含む、請求項１〜１７のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  19. 前記複数の増幅器の内の少なくとも１台が、直交軸流型レーザ増幅器を含む、請求項１〜１７のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  20. 前記複数の増幅器の内の少なくとも１台が、３軸直交型レーザ増幅器を含む、請求項１〜１７のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  21. 前記レーザ増幅器が、レーザガス中に配置された高周波放電用の電極対と、前記電極対に高周波電圧を印加する高周波電源とを有し、前記電極対に高周波電圧を印加することにより形成される放電領域においてレーザガスを励起してパルスレーザ光を増幅するレーザ増幅器を含み、前記高周波電源を制御することによって、前記レーザ増幅器の増幅動作が制御される、請求項１８〜２０のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  22. 前記制御手段が、前記レーザ発振器によってパルスレーザ光が生成されるタイミングに基づいて複数のトリガ信号を順次活性化し、前記複数のトリガ信号を複数のレーザ増幅器の複数の高周波電源にそれぞれ供給することにより、パルスレーザ光が前記複数のレーザ増幅器のレーザガス中の放電領域において順次増幅される、請求項２１記載のドライバレーザシステム。
  23. 前記レーザ発振器が、レーザガスの複数の増幅ラインの波長でレーザ発振するマルチラインレーザ発振器を含む、請求項２１又は２２記載のドライバレーザシステム。
  24. 前記レーザガスが、ＣＯ２レーザガスを含む、請求項２１〜２３のいずれか１項記載のドライバレーザシステム。
  25. 前記レーザ発振器が、ＣＯ２レーザガスの複数の増幅ラインで発振する少なくとも１台の量子カスケードレーザを含む、請求項２４記載のドライバレーザシステム。
  26. レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、
    バースト発振を行うように前記レーザ発振器を制御すると共に、バースト発振期間の間のバースト休止期間において前記複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段と、
    を具備するレーザシステム。
  27. レーザ発振によりパルスレーザ光を生成するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器によって生成されるパルスレーザ光を順次入力して増幅する複数の増幅器と、
    繰り返し発振を行うように前記レーザ発振器を制御すると共に、繰り返し発振期間の間の発振休止期間において前記複数の増幅器の内の少なくとも１つの増幅器の増幅動作を休止させる制御手段と、
    を具備するレーザシステム。
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