JP4169187B2 - ２ステージレーザシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステムに関し、例えば、インジェクションロックレーザ、ＭＯＰＡにおいて、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られるレーザシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ装置や更なる短波長光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ装置が用いられ始めている。
【０００３】
また、７０ｎｍ以下のライン幅の半導体集積回路を半導体上に実現するための露光技術において、波長１６０ｎｍ以下の露光用光源が要求されている。そして、現在、波長１５７ｎｍ付近の紫外線を放出するＦ2 （フッ素分子）レーザ装置がその光源とし有力視されている。
【０００４】
Ｆ2 レーザ装置（λ1 ＝１５７．６２９９ｎｍ、λ2 ＝１５７．５２３３ｎｍ：Sov.J.Quantum Electron.16(5),May 1986 ）には、、そのスペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は約１ｐｍ程度である。上記２つの発振線の強度比Ｉ（λ1 ）／Ｉ（λ2 ）は約７である。通常、露光には強度の強い波長λ1 （＝１５７．６２９９ｎｍ）の発振ラインが用いられる。
【０００５】
露光技術には大きく分けて以下の２種類ある。
【０００６】
１）屈折系(dioptric system)
２）反射屈折系(catadioptric system)
この中、反射屈折系に関して、反射光学系を露光技術に用いると色収差の発生が抑えられる。そのために、反射屈折系を用いた露光装置が、現状１５７ｎｍ付近の波長域では有望視されている。ただし、反射屈折系は従来の屈折系と比較して露光機の光軸調整が困難である。
【０００７】
一方、屈折系は、従来の露光装置に一般的に用いられていた投影光学系である。露光技術では、光学系内での色収差補正方法が１つの大きな問題である。屈折系では、種類の違う屈折率を有するレンズ等の光学素子を組み合わせることによって、色収差補正を実現してきた。ただし、１５７ｎｍ付近の波長域において透過性を有する使用可能な光学材料の種類に制限があり、現状ではＣａＦ2 （蛍石）以外は使用できない状況にある。
【０００８】
したがって、屈折系の露光装置の光源としてのＦ2 レーザ装置には、狭帯域化が要請される。具体的には、レーザビームのスペクトルの半値全幅を０．２ｐｍ以下に狭帯域化することが要求される。また、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置においても、狭帯域化を行わないフリーランニング動作時のレーザビームのスペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）が数１００ｎｍと広帯域であるので、やはり狭帯域化することが要求される。
【０００９】
一方、露光用光源として、Ｆ2 レーザ装置に要求される平均出力は、例えば２０Ｗである。すなわち、Ｆ2 レーザ装置の繰り返し周波数が２ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは１０ｍＪであり、繰り返し周波数が４ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは５ｍＪとなる。
【００１０】
しかしながら、例えば狭帯域化手段としてレーザ共振器内にエタロンを配置するとき、出力５〜１０ｍJ のレーザ出力を得ようとすると、エタロンのコーティングにダメージが発生するので、エタロンとしては、コーティングなしのものを使用せざるを得なかった。そのため、スペクトル線幅も狭くすることができなかった。また、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）成分が多いため、線幅も０．４〜０．６ｐｍと余り狭くならない。すなわち、パルスエネルギー５〜１０ｍＪで狭帯域化を行うことは困難である。
【００１１】
また、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置においても、高出力化が求められる場合には、上記と同様な問題が発生する。
【００１２】
以上のような状況により、Ｆ2 レーザ装置において、スペクトル線幅が０．２ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得るには、例えば、発振段（Oscillator laser）と増幅段（amplifier laser ）とからなる２ステージレーザシステムを採用すればよい。
【００１３】
すなわち、発振段で、低出力ではあるがスペクトル線幅が０．２ｐｍ以下であるレーザビームを発生させ、このレーザビームを増幅段で増幅して、スペクトル線幅が０．２ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得る。高出力狭帯域化ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置においても、同様の構成を採用すればよい。
【００１４】
２ステージレーザシステムの構成例には、インジェクションロック（Injection Locking ）方式、及び、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier ）方式がある。インジェクションロック方式は、発振段にレーザ共振器を備える構成であり、増幅段には不安定共振器を用いる。ＭＯＰＡ方式は、増幅段にレーザ共振器を持たない構成である。ＭＯＰＡ方式では、増幅段はレーザ共振器を持たないため、発振段からのレーザビームの１パス増幅器として機能する。
【００１５】
発振段の狭帯域素子としては、1 個又はそれ以上の拡大兼分散プリズム群とグレーティングの組み合わせ、又は、エタロンと全反射鏡の組み合わせ等を用いる。
【００１６】
図２０、図２１に従来技術の２ステージレーザシステムの構成図を示す。図２０はＭＯＰＡ方式の場合の構成例、図２１はインジェクションロック方式の場合の増幅段レーザ（アンプ）の構成例を示す。図２１の発振段レーザ（オシレーター）には、図２０と同様のものが用いられる。
【００１７】
図２０は装置を上方から見た場合の概要を示す図である。発振段レーザ（オシレーター）１０から放出されるレーザビームは、レーザシステムのシードレーザビーム（種レーザビーム）としての機能を有する。増幅段レーザ（アンプ）２０、２０’は、そのシードレーザ光を増幅する機能を有する。すなわち、発振段レーザ１０のスペクトル特性によりレーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。そして、増幅段レーザ２０、２０’によってレーザシステムからのレーザ出力（エネルギー又はパワー）が決定される。
【００１８】
２ステージレーザシステムがＦ2 レーザ装置のとき、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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。２ステージレーザシステムがＫｒＦレーザ装置のときには、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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、２ステージレーザシステムがＡｒＦレーザ装置のときには、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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。
【００１９】
レーザチャンバー１は内部に放電部を有している。放電部は紙面と垂直方向に上下に設置されている一対のカソード、アノード電極２からなる。これらの一対の電極２に、電源７、７’から高電圧パルスが印加されることにより、電極２間で放電が発生する。なお、図２０、図２１では、上部電極２のみが図示されている。
【００２０】
チャンバー１内に設置された一対の電極２間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１１がそれぞれ設置されている。ここでは、両ウィンドー部材１１のチャンバー１と反対側の面（外側の面）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ー角で設置されている。
【００２１】
また、図２０、図２１では図示されていないシリンドリカルファン（クロスフローファン）がチャンバー１内に設置されており、レーザガスをチャンバー１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、図示を省略したが、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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、チャンバー内のレーザガスを排気するガス排気系が図２０、図２１の装置に備わっている。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ガス供給系も備えている。
【００２２】
発振段レーザ１０は、拡大プリズム４とグレーティング（回折格子）５によって構成された狭帯域化モジュール３を有し、この狭帯域化モジュール３内の光学素子とフロントミラー６とでレーザ共振器を構成する。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。また、図２２に示すように、波長選択素子であるエタロン１２、グレーティング５を用いた複合構成の狭帯域化モジュール３を用いることもできる。
【００２３】
発振段レーザ１０からのレーザビーム（シードレーザビーム）は、図示を省略した反射ミラー等を含むビーム伝播系により増幅段レーザ２０、２０’へ導かれ、注入される。図２１に示すインジェクションロック方式では、小入力でも増幅できるように、増幅段レーザ２０’には、例えば倍率が３倍以上の不安定型共振器が採用される。
【００２４】
インジェクションロック方式の増幅段レーザ２０’の不安定共振器のリアミラー８には穴１３が開いており、この穴１３を通過したレーザが図２１の矢印のように反射し、また、注入されたシードレーザビームは拡大され、放電部を有効に通過してレーザビームのパワーが増大する。そして、フロントミラー９よりレーザが出射される。リアミラー８の凹面ミラーの中心部には、上記のような空間的穴１３が施してあり、周囲にはＨＲ（High Reflection ）コートが施されている。フロントミラー９の凸面ミラーの中心部にはＨＲコートが施され、周囲のレーザ出射部にはＡＲ（Anti Reflection ）コートが施されている。
【００２５】
凹面ミラー８の穴１３は、空間的に開いているのではなく、穴部のみＡＲコートが施されたミラー基板を用いてもよい。また、ミラーに透過部を持たせない不安定共振器を用いてもよい。
【００２６】
Ｆ2 レーザ装置のときには、発振段１０、増幅段２０、２０’共、バッファガスとして、Ｈｅ又はＮｅ又はそれらの混合ガスを用いる。また、必要に応じてＸｅも添加する。
【００２７】
同期コントローラ２１は、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’の放電タイミングを制御する。まず、電源７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させるＯＮ指令として、発振段レーザ１０の電源２にトリガ信号を送信する。そして、所定時間後、増幅段レーザ２０、２０’の電源７’にＯＮ指令としてのトリガ信号を送信する。
【００２８】
上記所定時間とは、発振段レーザ１０からシードレーザ光が増幅段レーザ２０、２０’内に入射するタイミングと増幅段レーザ２０、２０’が放電するタイミングを同期させるための時間である。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、上記したような２ステージレーザシステムにおいては、発振段レーザのスペクトル特性により、２ステージレーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。スペクトル線幅が例えば０．２ｐｍであるような超狭帯域化発振段レーザのスペクトル特性（線幅、純度等）は、従来、積分スペクトル特性で所望の特性を得るように装置が構成されてきた。
【００３０】
以下、積分スペクトル特性について概略を説明する。発振段レーザから放出されるレーザビームは、フロントミラーと狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器内を往復し、その一部がフロントミラーから取り出される。よって、レーザパルス前半部より後半部がレーザ共振器内を往復する回数が多くなり、狭帯域化モジュールを通過する回数も後半部が多くなるので、レーザパルス後半部の方が前半部より狭帯域化される。すなわち、レーザパルス内の各時点でスペクトル波形が異なることになるので、従来、スペクトル特性を評価するに当たっては、レーザパルス内各時点での各スペクトル波形の時間的積分波形を用いて、積分スペクトル特性を評価してきた。
【００３１】
上記のような状況の下で、Ｆ2 レーザ装置の場合、発振段レーザのレーザガスに含有されるバッファーガスとしてはＮｅやＮｅリッチなＮｅとＨｅの混合ガスが採用されていた。これは、以下の理由による。
【００３２】
発振段レーザのレーザガス中のバッファーガスにＨｅガスを用いた場合、レーザ利得がＮｅガスの場合と比較し大きいので、ＡＳＥが発生しやすく、発振段レーザから放出されるレーザパルスの積分スペクトル波形にはこのＡＳＥ成分が含まれてしまう。ＡＳＥ成分のスペクトル幅（ＦＷＨＭ）は、レーザガス全圧に依存するが、０．８ｐｍ以上である。ＡＳＥは、レーザ共振器を往復せず、１パス（ｐａｓｓ）で放出される光であるので、狭帯域化モジュールを通過しない。よって、発振段レーザから放出されるレーザビームをレーザ共振器内の狭帯域化モジュールを用いて狭帯域化しても、このＡＳＥのために、レーザパルスの積分スペクトル波形のスペクトル線幅（ＦＷＨＭ）を０．８ｐｍ以下にすることは不可能であった。
【００３３】
そのために、発振段レーザのレーザガス中のバッファーガスとしては、レーザ利得がＨｅガスと比較して小さく、ＡＳＥが発生し難いＮｅガスが主に用いられてきた。
【００３４】
ただし、Ｎｅバッファーガスを用いると、高繰り返しが困難という問題点があった。すなわち、Ｎｅガスは、放電抵抗等のガス特性の違いにより、Ｈｅガスと比べて放電時に電界集中が起こりやすく、特に高繰り返し時に放電が不安定になりやすい。また、質量がＨｅガスより重いので、レーザチャンバー内でのクロスフローファンによるガス循環速度を高速度にすることが困難である。そのため、高繰り返し時に放電と放電の間にガス循環により行われる放電領域のガス交換が不十分となり、やはり放電が不安定となってしまう。
【００３５】
特に、４ｋＨｚ以上の高繰り返しを実現しようとすると、ガス循環系、放電回路、電源等の現状の放電技術では、達成が困難である。
【００３６】
ところで、本発明者等は、一対の電極間で発生する放電により励起されたレーザガスにより発生する光と、その後に立ち上がってくるとレーザパルスとの間に、以下の関係があることを発見した（特願２００２−４６３２８）。
【００３７】
図２３に、レーザパルス波形、サイドライト波形、レーザパルス中のスペクトル線幅の時間的推移を示す。図の（ａ）と（ｂ）は、サイドライト波形が異なる。図２３（ａ）、（ｂ）両者において、狭帯域化モジュール及びレーザ共振器の構成は同じである。ここで、一対の電極間で発生する放電により励起されたレーザガスにより発生する光を「サイドライト」と称することにする。サイドライトの観測は、レーザ共振器上にない位置（例えば、電極の長手方向と略垂直方向の電極サイド側に設けた観測窓）からなされる。
【００３８】
図２３（ａ）、（ｂ）両者の比較より、サイドライトの立ち上がり（すなわち、レーザ利得の立ち上がり）が遅いと、ＡＳＥ成分がレーザパルス波形に存在しないことが明らかになった。
【００３９】
サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）が遅いと、ＡＳＥ成分が抑制されるのは、以下の理由によるものと考えられる。図２３（ｂ）の場合、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）が速く、放電により発生した光は急速に増幅され、レーザビームとして所定のしきい値を超えてレーザ共振器から取り出される前に、レーザ共振器を往復しないまま増幅された光がＡＳＥとして取り出される。
【００４０】
一方、図２３（ａ）の場合、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ちあがり）が遅いので、放電により発生した光は緩やかに増幅される。そして、ＡＳＥとしてレーザ共振器から取り出される程急激に光が増幅されずにレーザ共振器内を往復して、やがてしきい値を超えてレーザ共振器よりレーザビームとして取り出される。すなわち、レーザ装置から放出される光にＡＳＥは存在しない。
【００４１】
図２３（ａ）、（ｂ）両者の比較より、サイドライトの立ち上がり（すなわち、レーザ利得の立ち上がり）が遅いと、ＡＳＥ成分がレーザパルス波形に存在しないことが明らかになった。
【００４２】
ここで、図２３（ａ）と（ｂ）のスペクトル線幅の時間的推移とレーザパルス波形をまとめると図２４のようになった。
【００４３】
図２４から、図２３（ａ）と（ｂ）のスペクトル線幅の時間的推移は、略同一曲線上に乗っており、図２３（ａ）のレーザパルス波形が立ち上がった時点で、スペクトル線は、同時点の図２３（ｂ）でのスペクトル線幅と略同じである。
【００４４】
すなわち、放電開始後に発生した光がレーザビームとしてレーザ共振器から取り出されるまで（レーザパルスが立ち上がるまで）にレーザ共振器内を往復する光は、狭帯域化モジュールを何回か通過するので、ある程度狭帯域化されていると考えられる。
【００４５】
したがって、放電が開始して発生した光は、レーザパルスとして立ち上がる前から狭帯域化されて徐々にスペクトル線幅が狭くなり、レーザパルスが立ち上がってレーザパルスが消滅するまで引き続き徐々にスペクトル線幅が狭くなっているものと考えられる。この現象は以後、線幅特性と呼ぶことにする。なお、スペクトル純度の時間的推移（純度特性）も線幅特性と同様の特性を有し、時間の経過と共に徐々に狭くなっていくものと考えられる。
【００４６】
この線幅特性や純度特性は、本発明者等の実験により、主にレーザ共振器長、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能に依存していることが分かった。したがって、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）を制御して、レーザ共振器内の光が所定のスペクトル線幅まで狭帯域化された後に、レーザパルスが立ち上がるようにすることにより、スペクトル線幅（積分値）を所定値までに狭くし、スペクトル純度も向上させることが可能となることが明らかになった。
【００４７】
また、図２３（ａ）、（ｂ）から明らかなように、サイドライトの立ち上がりを制御することにより、ＡＳＥの発生を抑制することが可能であることも明らかになった。
【００４８】
上記のような新規の知見により、従来例について考える。
【００４９】
図２５は、従来技術の発振段レーザにおけるサイドライドの立ち上がりを起点（原点）としたときの、狭帯域化レーザパルス波形と、放電開始後（サイドライト発光開始後）に発生した光のスペクトル線幅変化（線幅特性）との関係を示す説明図である。上記したように、サイドライトの起点から時間が経過するに従いスペクトル線幅が細くなって行くのは、上記のように、レーザパルスが立ち上がっていなくともレーザ閾値以下の利得が何回も狭帯域化モジュールで反射して狭帯域化が進行するために起こると考えられる。
【００５０】
サイドライトの発生以降、所望の線幅Ａ以下になる時刻をＴ１とする。従来技術では、積分スペクトル波形を用いて評価していたので、レーザパルス全体を通してスペクトル線幅がＡ以下になる（時刻Ｔ１以降に発生する）レーザパルスをシードレーザビームとして、２ステージレーザシステムにおいて用いていたことになる。その結果、所望のスペクトル特性（線幅、純度等）が達成されていたものである。
【００５１】
時刻Ｔ１は、線幅特性によりサイドライトの起点を原点として定められるので、発振段レーザの放電タイミング（サイドライトの起点）によって、Ｔ１は決定される。積分スペクトル波形を用いた従来技術においては、レーザパルスは必ずＴ１以降に発生するようにレーザガス条件、放電回路等が調整されていたことになる。また、従来、上記したように、サイドライトの立ち上がりを遅らせてＡＳＥ発生を抑制するといった知見は得られていなかったので、バッファーガスとして、ＮｅやＮｅリッチな希ガスが用いられてきた。
【００５２】
同期コントローラは、発振段レーザの電源にトリガ信号を送信後、レーザパルスが立ち上がるまでの時間と、レーザパルス幅を予め記憶しておき、発振段レーザパルスが持続している期間（ＴSYC 時間間隔）内に、増幅段レーザのサイドライト立ち上がりが発生するように（放電が発生するように）、増幅段レーザの電源にトリガ信号を送信して増幅段レーザの放電タイミングを制御していた。
ここで、発振段レーザの電源にトリガ信号を送信後、レーザパルスが立ち上がるまでの時間と、レーザパルス幅の値は、事前にレーザガスの状態や狭帯域化モジュール、放電回路の条件等から求められる。
【００５３】
ここで、発振段レーザの電源にトリガ信号を送信後、レーザパルスが立ち上がるまでの時間と、レーザパルス幅の値は、事前にレーザガスの状態や狭帯域化モジュール、放電回路の条件等から求められる。
【００５４】
なお、上記では、レーザパルス幅とＴSYC が略同じであるとして説明したが、実際は発振段レーザパルス内の瞬時のレーザパワーは、２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行えるパワーである必要があるので、図２５に示す例においては、ＴSYC の起点はレーザパルスの立ち上がり時点よりも遅く、ＴSYC の終点はレーザパルスの終点よりも早い。
【００５５】
以上のように、従来は、サイドライトの立ち上がりを遅らせてＡＳＥ発生を遅らせるといった知見もなく、また、積分スペクトル波形を評価していたので、バッファーガスとして、ＮｅやＮｅリッチな希ガスを用いざるを得ず、先に述べたように、高繰り返しパルス発振の実現が困難であった。
【００５６】
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステムにおいて、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られるＦ2 レーザ装置等の２ステージレーザシステムを提供することである。
【００５７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の２ステージレーザシステムは、Ｆ2 を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバー内に放電電極を有し、レーザ共振器内に設置した波長選択素子を含む狭帯域化モジュールにより狭帯域化されたレーザビームを放出する発振段レーザ装置と、Ｆ2 を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバー内に放電電極を有し、前記発振段レーザ装置から注入されるレーザパルスを増幅する増幅段装置とからなる２ステージレーザシステムにおいて、
前記発振段レーザ装置は、放電発光計測器とレーザビームの時間的パルス波形を計測するレーザパルス計測器と前記発振段レーザ装置の放電電極への印加電圧、レーザガス中のフッ素濃度、レーザガス圧力の中の少なくとも１つを制御可能なレーザパルスコントローラとを有し、
前記増幅段装置は、前記増幅段装置の放電発生を制御する同期コントローラを有し、
前記レーザパルスコントローラは、前記放電発光計測器からのデータ並びに前記レーザパルス計測器からのデータより、前記発振段レーザ装置からのレーザパルス内あるいはそれ以前に所望のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度まで挟帯域化された時点が存在するように、前記発振段レーザ装置の放電電極への印加電圧、レーザガス中のフッ素濃度、レーザガス圧力の中の少なくとも１つを制御して放電により発光する時点からレーザパルスが発生する時刻を設定し、次いで、前記レーザパルスコントローラは、前記設定されたレーザパルス内における所望のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度まで挟帯域化された時点以降であって前記レーザパルス内に存在する同期期間を求め、その同期期間データを前記同期コントローラに送信し、
前記同期コントローラは、前記レーザパルスコントローラからの同期期間データに基づき、前記同期期間に前記増幅段装置において放電が発生するよう制御することを特徴とするものである。
【００７４】
本発明においては、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステム、例えば、インジェクションロック方式、ＭＯＰＡ方式のレーザシステムにおいて、発振段レーザ装置からのレーザパルス内に所定のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度を有する同期期間が存在し、その同期期間内に増幅段レーザ装置において放電が発生するように設定されているので、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られる。特に、Ｆ2 レーザ装置においては、超狭帯域化発振段レーザにＨｅバッファーガスを用いることが可能となる。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の基本原理とそれに基づく実施例について説明する。
【００７６】
本発明においては、先に見出した上記知見、すなわち、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）を制御して、レーザ共振器内の光が所定のスペクトル線幅まで狭帯域化された後に、レーザパルスが立ち上がるようにすることにより、スペクトル線幅（積分値）を所定値までに狭くし、スペクトル純度も向上させることが可能となり、また、サイドライトの立ち上がりを制御することにより、ＡＳＥの発生を抑制することが可能であるとの知見に基づき、以下のように２ステージレーザシステムを制御するものである。
【００７７】
本発明者等は、線幅特性に関してさらに詳細に検討したところ、以下の知見を得た。線幅特性は、発振段レーザに使用されているバッファーガスの状態と使用されている狭帯域化モジュールの特性及びレーザ共振器長によって略決定されることが、試験により初めて明らかになった。すなわち、レーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧、そして、一対の主電極に印加する印加電圧を変化させてレーザの立ち上がり時間を変えても、線幅特性の変化は起こらない。これは、スペクトル純度の時間的推移である純度特性にも当てはまった。
【００７８】
この線幅特性から、図２６に示すような所望のスペクトル線幅Ａ（例えば、０．２ｐｍ）が得られる時刻Ｔ１を予め求めることが可能であることが分かる。したがって、発振段レーザパルスが時刻Ｔ１以降に存在するように制御し、時刻Ｔ１以降の発振段レーザからのシードレーザ光が注入されたときに、増幅段レーザの放電を開始させることにより、所定のスペクトル線幅のレーザビームを得ることが可能となる。なお、図２６には、発振段レーザのＦ2 レーザ装置のバッファーガスとしてＮｅを用いる場合と、Ｈｅガスを用いる場合のそれぞれの線幅特性を示しており、スペクトル線幅Ａが得られる時刻Ｔ１はバッファーガスの違いによって変わる。
【００７９】
以下、図２７に示す説明図を用いて、このことを詳細を説明する。図２７（ａ）、（ｂ）は、サイドライトが立ち上がる時点を原点としたときの、発振段線幅特性、発振段レーザパルス波形、増幅段サイドライト波形、増幅段レーザパルス波形の関係を示す図である。図２７（ａ）はＭＯＰＡ方式の場合であり、図２７（ｂ）はインジェクションロック方式の場合であり、ＭＯＰＡ方式の場合は増幅段レーザパルスは発振段レーザパルスの終点近傍で終了し、インジェクションロック方式の場合は発振段レーザパルスの終点以降も増幅段レーザパルスは発振していることが可能である点で若干異なる。なお、各波形は規格化してあり、実際の光強度を相対的に示すものではない。
【００８０】
上記したように、発振段レーザに使用されているバッファーガス、狭帯域化モジュールの特性によって決定される発振段線幅特性により、所望のスペクトル線幅Ａが得られるサイドライトの起点（放電の立ち上がり）からの時間Ｔ１が定められる。
【００８１】
発振段レーザパルスの立ち上がりの時刻は、従来例のようにＴ１より後にある必要はなく、発振段レーザパルスの持続時間内に時刻Ｔ１が存在するように発振段レーザパルスを発生させる。
【００８２】
同期コントローラは、時刻Ｔ１から発振段レーザパルスが終了するまでの期間（ＴSYC ）内に増幅段レーザのサイドライト立ち上がりが発生するように（放電が発生するように）増幅段レーザの電源にトリガ信号を送信して、増幅段レーザの放電タイミングを制御する。ＴSYC 内のある時点でのスペクトル線幅が増幅段レーザの出力スペクトルに反映されるため、２ステージレーザシステムから放出されるスペクトル線幅は所望（例えば、０．２ｐｍ以下）のスペクトル線幅となる。
【００８３】
なお、従来例において説明したように、実際は、発振段レーザパルス内の瞬時のレーザパワーは２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行えるパワーである必要があるので、この点も考慮すれば、図２７（ａ）、（ｂ）に示す例においては、ＴSYC の起点は時刻Ｔ１よりも遅く、ＴSYC の終点は発振段レーザパルスの終点よりも早い。
【００８４】
本発明は、従来例のように、積分スペクトル波形を評価して増幅段レーザを制御するのではなく、発振段レーザからのシードレーザパルスにおいて、所望のスペクトル線幅となる時点を基準にして、増幅段レーザを制御するものである。すなわち、発振段レーザパルスの持続時間内に上記時刻Ｔ１が存在するように発振段レーザパルスを発生させればよく、時刻Ｔ１以前のある時点において発振段レーザパルスにＡＳＥ成分が存在しても構わない。
【００８５】
したがって、発振段レーザに用いるレーザガス中のバッファーガスとしてＨｅガスを用いることが可能となる。Ｈｅガスは放電抵抗のガス特性の違いにより、Ｎｅガスと比べて放電時に電界集中が起こり難く、高繰り返し時においても安定な放電を実現させやすい。また、質量がＮｅガスより軽いので、レーザチャンバー内でのクロスフローファンによるガス循環速度を高速度にすることも容易である。そのため、高繰り返し時に放電と放電の間にガス循環により行われる放電領域のガス交換も十分行うことができ、安定な放電を実現できる。よって、４ｋＨｚ以上の高繰り返しの実現も達成可能となる。
【００８６】
なお、所望のスペクトル純度を得る場合は、線幅特性の代りに純度特性を用いて、所望のスペクトル純度となる時点を基準にして増幅段レーザを制御すればよい。
【００８７】
以下、具体的な実施例に基づいて本発明を説明する。
【００８８】
図１に、本発明の２ステージレーザシステムの１つの構成例を示す。図１は、増幅段レーザ２０にＭＯＰＡ方式を採用した例である。増幅段レーザにインジェクションロック方式を採用する場合は、増幅段レーザとしては、例えば図２１に示す増幅段レーザ２０’の構成となる。
【００８９】
図２０に示す従来例と異なる点は、以下の通りである。本発明では、上記したように、固有の線幅特性に基づき、発振段レーザ１０においてサイドライトの起点（放電開始時）から所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１を基準にして、概略２つの制御を行う。すなわち、時刻Ｔ１において発振段レーザ１０から放出されるシードレーザパルスを存在させる制御、及び、時刻Ｔ１以降に増幅段レーザ２０を放電させる制御である。
【００９０】
サイドライトの起点を検出するために、本発明の構成例では、発振段レーザ１０のチャンバー１の側面にＣａＦ2 等のレーザ光に対して透過性のある材料によって作られた窓材を備えた窓部３１が設置されている。この窓部３１からサイドライトセンサー３２により発振段レーザ１０のサイドライトが検出される。
【００９１】
発振段レーザ１０のフロントミラー６より取り出されたレーザ光は、一部ビームスプリッター３３によって取り出され、レーザパルスセンサー３４へ導光される。残りの光はシードレーザビームとして増幅段レーザ２０へ注入される。
【００９２】
発振段レーザ１０のレーザチャンバー１には、レーザチャンバー１内にＦ2 ガスや希ガス等のバッファーガスを供給するためのガス供給ライン３５と、レーザチャンバー内のガスを排気するための排気ライン３６とが接続されている。ガス供給ライン３５は、Ｆ2 ガスを供給するためのライン３５2 と、希ガス等のバッファーガスを供給するためのライン３５1 とからなる。希ガス等のバッファーガスを供給するためのライン３５1 は、バルブＶ１を介して不図示のバッファーガス供給源と接続され、Ｆ2 ガスを供給するためのライン３５2 は、バルブＶ２を介して不図示のＦ2 ガス供給源と接続されている。Ｆ2 ガスは反応性が極めて高いので、通常、Ｆ2 ガス供給源からはＦ2 ガスを希ガス等で希釈した希釈Ｆ2 ガスが供給される。バルブＶ１、バルブＶ２の下流側で上記２ライン３５1 、３５2 は統合されてレーザチャンバー１と接続される。また、排気ライン３６は、バルブＶ３を介して不図示の排気手段に接続されている。なお、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、各々、不図示のＫｒガス供給ライン、Ａｒガス供給ラインも備え、これらはバルブを介してＫｒガス供給源、Ａｒガス供給源と接続されている。また、バルブの下流側で上記２ラインと統合される。
【００９３】
ガスコントローラ３７は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉を制御して、レーザチャンバー１内へのガスの供給・排気を行う。ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、さらにＫｒガス供給ライン、Ａｒガス供給ラインのバルブの開閉も制御する。
【００９４】
サイドライトセンサー３２及びレーザパルスセンサー３４からの出力はレーザパルスコントローラ３８に送信される。レーザパルスコントローラ３８は、予め線幅特性と発振段レーザ１０においてサイドライトの起点（放電開始時）から所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１を記憶している。
【００９５】
レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させるＯＮ指令として、発振段レーザ１０の電源（１）７にトリガ信号を送信し、放電を発生させる。
【００９６】
放電後に生じるサイドライトセンサー３２及びレーザパルスセンサー３４からの出力信号を基に、レーザパルスコントローラ３８は、時刻Ｔ１において発振段レーザ１０から放出されるシードレーザパルスが存在しているかどうかを判断し、存在しない場合は、発振段レーザ１０のレーザチャンバー内のＦ2 濃度、レーザガス全圧そして印加電圧等を変化させて、時刻Ｔ１において、シードレーザパルスが存在するように調整する。
【００９７】
Ｆ2 濃度、レーザガス全圧を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７に制御指令を送出し、ガスコントローラ３７は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉を制御して、Ｆ2 濃度、レーザガス全圧がレーザパルスコントローラ３８からの制御指令に基づく値になるように制御する。なお、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、さらにＫｒガス供給ライン、Ａｒガス供給ラインのバルブの開閉も制御する。また、印加電圧を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に制御指令を送出し、印加電圧が所定の値になるように電源（１）７に設定させる
また、レーザパルスコントローラ３８は、上記時刻Ｔ１以降に増幅段レーザ２０の放電が発生するよう、サイドライトセンサー３２からの信号を基に、増幅段レーザ２０の放電タイミング信号を同期コントローラ３９に送信する。同期コントローラ３９は、放電タイミング信号を受信後、増幅段レーザ２０の電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させるＯＮ指令として、増幅段レーザ２０の電源（２）７’にトリガ信号を送信して、増幅段レーザ２０において放電を発生させる。
【００９８】
なお、スペクトル純度を制御する場合は、線幅特性の代りに純度特性を用い、所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１の代りに所望のスペクトル純度Ａ’となるまでの時間Ｔｐを用いて、上記と同様の制御を行う。
【００９９】
以下に、本発明による制御アルゴリズムを説明する。まず、概要を説明する。
【０１００】
先にのべたように、本発明による制御は、基本的に以下の通りである。
・サイドライトセンサー３２及びレーザパルスセンサー３４の出力より、レーザパルスコントローラ３８がサイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点とした発振段レーザ１０のレーザパルスの存在時間を検出する。
・レーザパルスコントローラ３８は、サイドライト立ち上がり（起点）を時間原点とした線幅特性において所望の線幅となる時刻Ｔ１以降の時間に、発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）が存在するようにする。
・具体的には、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７及び／又は電源（１）７に指令を出し、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内のＦ2 濃度、レーザガス全圧、そして、一対の電極２に印加する印可電圧を、単一で又は複数組み合わせて制御する。
・上記Ｔ１以降の時間において増幅段レーザ２０の放電が開始するよう（サイドライトが立ち上がるよう）放電を制御する。
・具体的には、レーザパルスコントローラ３８から受信した増幅段レーザ２０の放電タイミング信号に基づき、同期コントローラ３９が電源（２）７’にトリガ信号を送信して、増幅段レーザ２０の放電を制御する。
【０１０１】
ここで、サイドライト立ち上がりを原点として、放電により発生した光のスペクトル線幅の時間変化である線幅特性は、上記したように、発振段レーザ１０に使用されているバッファーガスの状態と使用されている狭帯域化モジュール３の特性によって略決定されるので、予めデータベースとしてレーザパルスコントローラ３８内又は外部に保存されており、必要に応じてデータベースは読み込まれる。以下、制御の概要を図２を用いて説明する。
【０１０２】
図２において、線幅特性は時刻Ｔ１以降において所望のスペクトル線幅Ａ以下となる。また、実線で示す発振段レーザ１０のレーザパルスの持続時間内に時刻Ｔ１は存在している（ｔ１＜Ｔ１＜ｔ２：ｔ１はレーザパルスの始点、ｔ２はレーザパルスの終点）。よって、増幅段レーザ２０の放電を開始させる期間（増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡが存在する期間）ＴSYC は、時刻Ｔ１以降に設定される。
【０１０３】
すなわち、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
ここで、図２５の場合は、
ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（２）
である。なお、（１）式、２（式）の意味は、同期期間ＴSYC が時刻Ｔ１とｔ２の間、あるいは、時刻ｔ１とｔ２の間にあることを意味する。以下、同じ。
【０１０４】
レーザパルスが図２に示す一点鎖線のような場合、時刻Ｔ１以降の時間に発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）が存在しないので、所望のスペクトル線幅のレーザパルスを増幅することは不可能となる。
【０１０５】
したがって、その場合は、例えば図２に示すように、サイドライトの起点からのレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせて、図２に実線で示したレーザパルス波形のように時刻Ｔ１が時刻ｔ１とｔ２の間に存在するように制御する。
【０１０６】
本発明者等の実験により、レーザパルスの立ち上がり開始時間を遅くするためには、発振段レーザ１０の利得を低減することが有用であることが分かった。すなわち、発振段レーザ１０の利得を低減させるために、レーザチャンバー１内に充填されたレーザガス中のＦ2 濃度の低減、レーザガス全圧の低減、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に設置されている一対の電極２へ印加する印加電圧の低減等を実施することにより、レーザ発振利得を低減させる。
【０１０７】
具体的には、レーザパルスコントローラ３８がガスコントローラ３７及び／又は電源（１）７に制御指令を送出し、上記パラメータの少なくとも１つを制御する。
【０１０８】
なお、スペクトル純度を制御する場合は、線幅特性の代りに純度特性を用い、所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１の代りに、所望のスペクトル純度Ａ’となるまでの時間Ｔｐを用いて、上記と同様の制御を行う。
【０１０９】
以下、制御アルゴリズムを示す。なお、以下に示すアルゴリズムは所望のスペクトル線幅を得るためのものである。所望のスペクトル純度を得る制御においては、上記したように、所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１の代りに、所望のスペクトル純度Ａ’となるまでの時間Ｔｐを用いればよい。
【０１１０】
まず、第１例のアルゴリズムについて説明する。
【０１１１】
図３に、全体の流れを示すフローチャートを示す。
【０１１２】
まず、ステップＳ１０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して、電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１１３】
次いで、ステップＳ１０２で、レーザパルスコントローラ３８は、サイドライトセンサー３２からのサイドライトの立ち上がり（起点）データ、及び、レーザパルスセンサー３４からのレーザパルスの時間的パルス波形データ、並びに、予め記憶しておいた線幅特性データに基づき、サイドライト立ち上がり（起点）を時間原点とした線幅特性において所望の線幅となる時刻Ｔ１以降の時間に発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）が存在するように制御する。
【０１１４】
具体的には、サイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点とした発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）が所定値若しくは所定の範囲内となるように、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧、又は、一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。ここで、時刻ｔ１、ｔ２は、時刻Ｔ１との関係が、
Ｔ１＜ｔ１ ・・・（３）
又は、
ｔ１≦Ｔ１≦ｔ２ ・・・（４）
となるように設定される。
【０１１５】
なお、ステップＳ１０２については、後に詳細を記述する。
【０１１６】
発振段レーザパルス波形の発生時間が固定されたので、線幅特性からの上記時刻Ｔ１のデータより、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が略一定に固定される。
【０１１７】
すなわち、
ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（２）
若しくは、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
という時間範囲が固定される。
【０１１８】
そして、次いで、ステップＳ１０３で、同期コントローラ３９は、固定された同期期間ＴSYC 内に存在する増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように電源（２）７’にトリガ信号を送出し、次のステップＳ１０４で、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１１９】
次に、上記ステップＳ１０２の発振段レーザパルス発生時間の固定制御について、図４にその詳細なフローチャートを示す。
【０１２０】
ステップＳ１０２の発振段レーザパルス発生時間の固定制御は、以下の工程から構成される。
【０１２１】
まず、サイドライトセンサー３２、レーザパルスセンサー３４により、サイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形を検出し（ステップＳ１０２１）、両検出データをレーザパルスコントローラ３８に送出する。また、サイドライトの立ち上がり（起点）データを同期コントローラ３９に送出する（ステップＳ１０２２）。
【０１２２】
レーザパルスコントローラ３８は、受信したサイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形データから、サイドライトの起点を時間原点として発振段レーザのレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定する（ステップＳ１０２３）。
【０１２３】
レーザパルスコントローラ３８は、ステップＳ１０２３で特定した発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）のデータ、並びに、レーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、レーザパルスがサイドライトの起点を時間原点としたときに予め定めておいた所定時間に発生しているかどうかを判断する（ステップＳ１０２４）。
【０１２４】
すなわち、以下の条件を満たすｔ１0 、ｔ２0 にｔ１、ｔ２が略一致しているかどうかを判断する。ここで、ｔ１0 、ｔ２0 は、図５に示すように、所定の時間幅［ｔ１0 ］［ｔ２0 ］であってもよい。
【０１２５】
Ｔ１＜ｔ１0 ・・・（５）
又は、
ｔ１0 ≦Ｔ１≦ｔ２0 ・・・（６）
ここで、ｔ１、ｔ２が予め定めておいたｔ１0 、ｔ２0 に略一致しないと判断された場合、又は、ｔ１、ｔ２が予め定めておいた時間範囲［ｔ１0 ］［ｔ２0 ］内に存在しないと判断された場合（例えば、図５の発振段レーザパルス▲２▼）、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても、増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。よって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧、又は、一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する（ステップＳ１０２５）。
【０１２６】
ステップＳ１０２５において、印加電圧を制御する場合、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量減少させるように指示して、印加電圧を減少させる。
【０１２７】
ステップＳ１０２５において、Ｆ2 濃度を制御する場合、Ｆ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７にＦ2 濃度を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。その後、ガスコントローラ３７は圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ１を開け（このとき、バルブＶ２は閉状態）、バッファーガスをレーザチャンバー１内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ１を閉じる。すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のＦ2 濃度を減少させる。
【０１２８】
ステップＳ１０２５において、レーザガス圧力を制御する場合、全圧の減少によりＦ2 濃度が減少してレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。
【０１２９】
ステップＳ１０２５が終了後、ステップＳ１０２１〜Ｓ１０２４の動作を繰り返す。
【０１３０】
なお、図４では図示は省略したが、チャンバー１内のガス劣化等によりステップＳ１０２５での制御が不能となった場合は、発振段レーザ１０の動作を停止し、チャンバー１内のレーザガスを全交換して、ステップＳ１０１に戻り、レーザ動作を再開する。
【０１３１】
ステップＳ１０２の制御は、図５に示すように、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が略一定となるように、発振段レーザパルスの発生時間が固定されるように制御するものである。
【０１３２】
同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が略一定となっているので、増幅段レーザ放電開始タイミングＴＡも所定時刻に予め定められる。同期コントローラ３９は、サイドライトセンサー３２からのデータに基づいたサイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点として、予め定めておいた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように、電源（２）７’にトリガ信号を送出（ステップＳ１０３）し、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる（ステップＳ１０４）。
【０１３３】
ところで、同期コントローラ３９から電源（２）７’にトリガ信号が送信されてから放電が開始するタイミングには、バラツキがある。例えば、電源（２）７’には磁気パルス圧縮回路が搭載されていて、磁気スイッチに印加される電圧が変われば、放電が開始するタイミングも変化する。通常、図１では図示を省略したエネルギーモニターの結果を基に、印加電圧を制御するエネルギー一定制御が行われるため、増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスに印加される電圧も変化する。このような現象をジッターと呼ぶことにする。また、印加電圧が一定でも、電源（２）７’稼動時の発熱により、回路定数が変化し、それに伴い、放電が開始するタイミングが変化する。このような現象をドリフトと呼ぶことにする。
【０１３４】
このようなジッターやドリフトといった現象により、電源（２）７’にトリガ信号が入力されて実際に放電が開始するまでの時間にはバラツキが存在する。よって、場合によっては同期時間ＴSYC 内で増幅段レーザ放電開始タイミングＴＡを取るように制御しても、増幅段レーザ２０の放電が同期時間ＴSYC 外で発生してしまう場合もある。このようなバラツキの幅は事前に実験等で求めることが可能なので、同期時間ＴSYC 内での増幅段レーザ放電開始タイミングＴＡは、このようなバラツキ幅を考慮して定めるのが望ましい。
【０１３５】
例えば、同期コントローラ３９は同期時間ＴSYC の略１／２の時点で放電が発生するように、電源（２）７’にトリガ信号を送信し、バラツキの幅が同期時間ＴSYC 内に納まるようにする。
【０１３６】
ところで、図６に示したタイミング例では、同期時間ＴSYC はレーザパルス持続時間ｔ１〜ｔ２と等しくなっている。従来例において説明したように、実際は、発振段レーザパルス内の瞬時レーザエネルギーは２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行える強度である必要がある。前記したように、レーザパルスの開始点近傍や終点近傍では、瞬時のレーザパワーが小さすぎる可能性が有る。この点を考慮すれば、同期時間ＴSYC 内での同期タイミングは、時刻ｔ１よりも遅く、ＴSYC の終点は時刻ｔ２よりも早く設定する方が望ましい。
【０１３７】
例えば、上記バラツキ幅を考慮したときと同様、同期コントローラ３９は、レーザパルスの開始点近傍や終点近傍ではなく、同期時間ＴSYC の略１／２の時点で放電が発生するように、電源（２）７’にトリガ信号を送信する。
【０１３８】
上記の第１例のアルゴリズムの変形例について説明する。
【０１３９】
上記の第１例のアルゴリズムでは、ステップＳ１０２で、同期期間ＴSYC を固定して、その後、ステップＳ１０３で、増幅段レーザ２０の動作を同期していたが、レーザの繰り返し周波数が、例えば数ｋＨｚと高繰り返し動作になってくると、毎パルス毎、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４を繰り返すのが困難になる場合がある。
【０１４０】
このような場合は、発振段レーザ１０におけるレーザパルス発生時間の固定制御（図３のステップＳ１０２）と、増幅段レーザ２０の同期制御（図３のステップＳ１０３以降）を並行して行う。
【０１４１】
以下、図７を用いてこの変形例を説明する。ステップＳ１０２の発振段レーザパルス発生時間の固定制御におけるデータ転送ステップ（ステップＳ１０２２）の後、サイドライトの起点を時間原点として発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定するステップＳ１０２３に進むと同時に、電源（２）７’へのトリガ信号送出ステップＳ１０３に進む。
【０１４２】
すなわち、発振段レーザ１０のサイドライトの起点を検出したら、ステップＳ１０２とステップＳ１０３を並行して行うので、ステップＳ１０３はステップＳ１０２を経ずに行われ、高繰り返し動作にも対応可能となる。
【０１４３】
なお、発振段レーザ１０稼動直後からこのような並行動作を行うと、所望のスペクトル線幅が得られない条件で増幅段レーザ２０からレーザビームが出射される場合もあるので、当初はステップＳ１０２までのみを行い、所定時間経過後、このような並行動作を行うことが好ましい。
【０１４４】
また、図示は省略したが、チャンバー１内のガス劣化等によりステップＳ１０２５での制御が不能となった場合は、発振段レーザ１０の動作を停止して増幅段レーザ２０の同期も中止し、発振段レーザ１０のチャンバー１内のレーザガスを全交換して、ステップＳ１０１に戻り、発振段レーザ１０の動作を再開して、上記並行動作を行う。なお、上記したように、最初はステップＳ１０２の単独動作が望ましい。
【０１４５】
次に、第２例のアルゴリズムについて説明する。
【０１４６】
この例のフローチャートを図８に示す。
【０１４７】
上記第１例のアルゴリズムでは、同期期間ＴSYC を固定制御して、その後、所定のタイミングで増幅段レーザ２０の動作を同期していた。本アルゴリズムでは、同期期間ＴSYC を設定後は、固定制御せずに、増幅段レーザ２０の動作を行う。同時に、増幅段レーザ２０からのレーザビームの一部を取り出してレーザスペクトルセンサー４１でスペクトル線幅を測定し、測定値が所定範囲外のときは、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０の動作を停止し、同期期間ＴSYC を設定しなおす。
【０１４８】
以下、図８を用いて説明する。ステップＳ２０１で、発振段レーザパルスの発生時間を設定する。すなわち、発振段レーザ１０のサイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点とした発振段レーザパルスの発生時間を所定の時間に設定する。上記設定方法は、例えば、図４のステップＳ１０２の手順を採用する。なお、ステップＳ１０２２で、同期コントローラ３９にレーザサイドライトの立ち上がり（起点）データを送出する必要はない。
【０１４９】
ステップＳ２０１で時間設定終了後、ステップＳ２０２において、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して、電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１５０】
次いで、ステップＳ２０３で、サイドライトセンサー３２でサイドライトの立ち上がり（起点）を検出し、次のステップＳ２０４で、サイドライトの立ち上がり（起点）データを同期コントローラ３９に送出する。
【０１５１】
発振段レーザパルス波形の発生時間（サイドライトの立ち上がり起点を原点とした発生開始時間、終了時間）を所定時間に設定することにより、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が設定される。
【０１５２】
次いで、ステップＳ２０５で、同期コントローラ３９は、上記同期期間ＴSYC 内に存在するように定められた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように、電源（２）７’にトリガ信号を送出し、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１５３】
ここで、この第２例のアルゴリズムでは、ステップＳ２０１で同期期間ＴSYC を設定後は、固定制御は行っていない。よって、発振段レーザ１０の動作条件の変化（レーザガスの劣化等）が発生すると、発振段レーザパルス波形の発生時間（サイドライトの立ち上がり起点を原点とした発生開始時間、終了時間）も変化し、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻も変わってくることになる。すなわち、予め定められた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡが同期期間ＴSYC から外れる可能性も出てくる。
【０１５４】
そこで、ステップＳ２０６で、増幅段レーザ２０のレーザビーム出射側にビームスプリッター４２を配置してレーザビームの一部分を取り出し、レーザスペクトルセンサー４１でスペクトル線幅を検出する。検出データは、レーザパルスコントローラ３８で、スペクトル線幅が所定範囲内あるかどうか判断され、Ｎｏの場合は、ステップＳ２０７で、発振段レーザ１０のレーザ動作が停止され、再びステップＳ２０１で、発振段レーザパルスの発生時間を設定しなおす。
【０１５５】
一方、ステップＳ２０６で判断がＹｅｓの場合は、パルス毎にステップＳ２０３〜Ｓ２０６の手順を繰り返す。
【０１５６】
この例のアルゴリズムは、同期期間ＴSYC を設定後は、固定制御せずに、増幅段レーザ２０の動作を行うので、制御システムが簡単になる。また、第１例のアルゴリズムの変形例（図７）と同様、高繰り返し動作にも対応可能となる。
【０１５７】
なお、この例において、検出データからスペクトル線幅が所定範囲外にあると判断されたとき、レーザパルスコントローラ３８は外部に異常信号を発信するようにしてもよい。
【０１５８】
次に、第３例のアルゴリズムについて説明する。
【０１５９】
上記第１例のアルゴリズム、第２例のアルゴリズムでは、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻を固定して制御していたが、第３例のアルゴリズムのように、線幅特性から所望のスペクトル線幅Ａとなる時刻Ｔ１以降に発振段レーザ１０からのレーザパルスが存在するようにして、その都度、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻を算出後、算出した同期期間ＴSYC に基づき所定のタイミングで増幅段レーザ２０の動作を同期させるようにしてもよい。
【０１６０】
以下、第３例のアルゴリズムを図９を用いて説明する。
【０１６１】
まず、ステップＳ３０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１６２】
次いで、ステップＳ３０２で、サイドライトセンサー３２、レーザパルスセンサー３４により、サイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形を検出し、次のステップＳ３０３で、検出データをレーザパルスコントローラ３８に送出する。
【０１６３】
次いで、ステップＳ３０４で、レーザパルスコントローラ３８は、受信したサイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形データから、サイドライトの起点を原点として発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定する。
【０１６４】
次いで、ステップＳ３０５で、レーザパルスコントローラ３８は、ステップＳ３０４で特定した発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）のデータ、並びに、レーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在するかどうかを判定する。すなわち、
Ｔ１＜ｔ１ ・・・（３）
又は、
ｔ１≦Ｔ１≦ｔ２ ・・・（４）
となるかどうかを判定する。
【０１６５】
ここで、（３）式又は（４）式が成立しないと判断された場合、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても、増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。したがって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、ステップＳ３０６で、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０１６６】
ステップＳ３０６において、印加電圧を制御する場合、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量減少させるように指示して、印加電圧を減少させる。
【０１６７】
ステップＳ３０６において、Ｆ2 濃度を制御する場合、Ｆ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７にＦ2 濃度を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。その後、ガスコントローラ３７は圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ１を開け（このとき、バルブＶ２は閉状態）、バッファーガスをレーザチャンバー１内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ１を閉じる。すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のＦ2 濃度を減少させる。
【０１６８】
ステップＳ３０６において、レーザガス圧力を制御する場合、全圧の減少によりＦ2 濃度が減少してレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。
【０１６９】
ステップＳ３０６の終了後、ステップＳ３０２〜Ｓ３０５の動作を繰り返す。
【０１７０】
ステップＳ３０６において、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在する、すなわち、（３）式又は（４）式が成立すると判断された場合、ステップＳ３０７において、レーザコントローラ３８は、増幅段レーザ２０を同期発振させる同期期間ＴSYC を算出し、そのデータを同期コントローラ３９に送信する。
【０１７１】
すなわち、
ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（２）
若しくは、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
という時間範囲が算出される。
【０１７２】
次いで、ステップＳ３０８で、同期コントローラ３９は、同期期間ＴSYC 内に増幅段レーザ２０の放電を開始させるように、電源（２）７’にトリガ信号を送信し、次のステップＳ３０９で、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１７３】
この第３例のアルゴリズムは、その都度、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻を算出しているので、発振段レーザパルスのレーザパルス幅が変化しても対応可能である。なお、上記算出後、増幅段レーザ２０の動作を同期させているので、高繰り返し条件になってくると、本アルゴリズムを行うことが困難になる可能性もある。
【０１７４】
次に、第４例のアルゴリズムについて説明する。
【０１７５】
発振段レーザパルス内の瞬時レーザエネルギー（増幅段レーザ２０と同期を取るときの瞬時エネルギー）は、２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行える強度である必要がある。第４例のアルゴリズムでは、発振段レーザ１０のパルスエネルギーを測定し、それが所定値Ｂ以上になるように制御する。増幅段レーザ２０は、発振段レーザ１０のパルスエネルギー、充電電圧、ガス条件、ショット数等のパラメータと同期時間との関係を示すテーブルを持ち、そのテーブルに基づき同期を取るように制御する。
【０１７６】
以下、図１０のフローチャートを用いて説明する。
【０１７７】
まず、ステップＳ４０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１７８】
次いで、ステップＳ４０２で、サイドライトセンサー３２より、発振段レーザ１０のサイドライトの立ち上がり（起点）を検出すると共に、レーザパルスセンサー３４で発振段レーザ１０のレーザパルスエネルギーＥを検出し、次のステップＳ４０３で、サイドライトの立ち上がり（起点）データを同期コントローラ３９に送出すると共に、レーザパルスエネルギーＥのデータをレーザパルスコントローラ３８に送出する。なお、この第４例のアルゴリズムにおけるレーザパルスセンサー３４は、レーザパルスエネルギーを測定する機能を有するものである。
【０１７９】
次いで、ステップＳ４０４において、レーザパルスコントローラ３８は、受信したレーザパルスエネルギーＥのデータ（測定値をＥとする。）と、予め記憶しておいた２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行えるエネルギー値Ｂと比較する。
【０１８０】
ステップＳ４０４でＥ＜Ｂと判断されたときは、ステップＳ４０５で、Ｅ≧Ｂとなるように発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整後、ステップＳ４０２に戻る。
【０１８１】
ステップＳ４０４でＥ≧Ｂと判断された場合、ステップＳ４０６で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７の充電電圧データ、チャンバー１内ガス圧データ、パルス数等の発振段レーザ１０の動作パラメータデータを同期コントローラ３９に送出する。
【０１８２】
同期コントローラ３９は、発振段レーザ１０の動作パラメータデータに対応する同期期間ＴSYC データのテーブルを持っている。次のステップＳ４０７で、受信した発振段レーザ１０の動作パラメータデータより対応する同期期間ＴSYC データを呼び出し、サイドライトの立ち上がり（起点）データと用いて、サイドライト起点という時間原点からの同期期間ＴSYC の開始時刻を算出し、上記同期期間ＴSYC 内に存在するように定められた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように電源（２）７’にトリガ信号を送出し、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１８３】
なお、本アルゴリズムにおいては、レーザパルスエネルギーが所定値Ｂ以上であれば、必ず増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにおける発振段レーザパルス内の瞬時エネルギーが同期に必要な最小限のエネルギー以上であることを前提としたものである。
【０１８４】
この第４例のアルゴリズムは、発振段レーザ１０の動作パラメータに対応した同期期間ＴSYC データを用いて増幅段レーザ２０の動作を行うので、制御システムが簡単になる。また、第１例のアルゴリズムの変形例と同様、同期期間ＴSYC を算出するものではないので、高繰り返し動作にも対応可能となる。
【０１８５】
次に、第５例のアルゴリズムについて説明する。
【０１８６】
上記第４例のアルゴリズムでは、レーザパルスエネルギーが所定値Ｂ以上であれば、必ず増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにおける発振段レーザパルス内の瞬時エネルギーが同期に必要な最小限のエネルギー以上であることを前提としていた。第５例のアルゴリズムでは、同期に必要な必要最小エネルギーをＥmin 、Ｔ１の時間以降でＥmin 以上であるレーザパルス時間をＴ’としたとき、この時間Ｔ’時間内で２台のレーザの同期を行い、所望の線幅以下で２台のレーザの同期を実現させるようにしたものである。以下に図を用いて詳細に説明する。
【０１８７】
図１１において、線幅特性は時刻Ｔ１以降において所望のスペクトル線幅Ａ以下となる。また、発振段レーザ１０のレーザパルスの持続時間内に時刻Ｔ１は存在している（ｔ１＜Ｔ１＜ｔ２：ｔ１はレーザパルスの始点、ｔ２はレーザパルスの終点）。よって、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は上記した式（１）のように設定される。すなわち、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
一方、シードレーザパルス内の瞬時エネルギーの観点から、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は、時間Ｔ１’〜Ｔ２’内に設定される。
【０１８８】
Ｔ１’≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ・・・（７）
図１１の場合、Ｔ１’＜Ｔ１であるので、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は時間Ｔ１〜Ｔ２’内に設定される。
【０１８９】
Ｔ１≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ・・・（８）
図１２に示すような場合、Ｔ１＜Ｔ１’であるので、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は時間Ｔ１’〜Ｔ２’内に設定される。
【０１９０】
Ｔ１’≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ・・・（７）
レーザパルスが図１３に示す実線のような場合、時刻Ｔ１以降の時間に発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）は存在しているが、その時間内においてシードレーザパルス内の瞬時エネルギーは、必要最小エネルギーＥmin を下回っている。このような状態では、同期を取ることは不可能となる。したがって、その場合は、例えば図１３に示すように、サイドライトの起点からのレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせて（図１３の一点鎖線で示したレーザパルス）、時刻Ｔ１が時刻Ｔ２’よりも前に存在するように制御する。
【０１９１】
本発明者等の実験により、レーザパルスの立ち上がり開始時間を遅くするためには、発振段レーザ１０の利得を低減することが有用であることが分かっている。すなわち、発振段レーザ１０の利得を低減させるために、レーザチャンバー１内に充填されたレーザガス中のＦ2 濃度の低減、レーザガス全圧の低減、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に設置されている一対の電極２へ印加する印加電圧の低減等を実施することにより、レーザ発振利得を低減させることができる。
【０１９２】
具体的には、レーザパルスコントローラ３８がガスコントローラ３７及び／又は電源（１）７に制御指令を送出し、上記パラメータの少なくとも１つを制御する。
【０１９３】
なお、図１３では、時刻Ｔ１が時刻Ｔ１’〜Ｔ２’の間に存在するようにレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせたが、図１２のように、時刻Ｔ１が時刻Ｔ１’の前に存在するように遅らせてもよい。
【０１９４】
レーザ発振条件によっては、シードレーザパルス内の瞬時エネルギーが必要最小エネルギーＥmin を上回っている時間領域が複数ある場合も想定され得る。図１４に、上記時間領域が２つ存在する場合を示す。この場合は、時刻Ｔ１と上記複数の時間領域との関係を判断する。
【０１９５】
Ｔ１＜Ｔ１’の場合、
Ｔ１’≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ｏｒ Ｔ３’≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（９）
Ｔ１’＜Ｔ１＜Ｔ２’の場合、
Ｔ１≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ｏｒ Ｔ３’≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（１０）
Ｔ２’＜Ｔ１＜Ｔ３’の場合、
Ｔ３’≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（１１）
Ｔ３’＜Ｔ１＜Ｔ４’の場合、
Ｔ１≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（１２）
Ｔ４’＜Ｔ１の場合、同期不可能。この場合、サイドライトの起点からのレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせて、時刻Ｔ１が式（９）、（１０）、（１１）、（１２）の何れかの条件を満たすように制御する。
【０１９６】
ここで、式（９）、（１０）の場合、ＴSYC が存在しうる範囲が複数あるが、その中の任意の１つを選択すればよい。選択基準としては、例えば、上記複数の選択範囲の中、発振段レーザ１０のサイドライトの起点から一番遅く存在する範囲であってもよい。また、上記複数の選択範囲の中、一番時間幅が長い範囲であってもよい。
【０１９７】
図１５にこの第５例のアルゴリズムを示す。
【０１９８】
まず、ステップＳ５０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１９９】
次いで、ステップＳ５０２で、サイドライトセンサー３２、レーザパルスセンサー３４により、サイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形を検出し、次のステップＳ５０３で、検出データをレーザパルスコントローラ３８に送出する。
【０２００】
次いで、ステップＳ５０４で、レーザパルスコントローラ３８は、受信したサイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形データから、サイドライトの起点を原点として発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定する。ｔ１、ｔ２については、例えば図１６を参照。
【０２０１】
そして、ステップＳ５０５で、レーザパルスコントローラ３８は、上記受信データ並びにレーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた必要最小エネルギーＥmin のデータを用いて、発振段レーザ１０のレーザパルス波形において必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）を特定できるかどうか判定する。Ｔ１’，Ｔ２’については、例えば、図１６を参照。
【０２０２】
ステップＳ５０５において、サイドライトの起点を原点とした上記レーザパルス波形に必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在しないと判断された場合（図１６のレーザパルス▲２▼）、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても増幅されたレーザビームを取り出せないので、発振段レーザパルスの光強度を上昇させる。そのために、ステップＳ５０６で、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０２０３】
ステップＳ５０６において、印加電圧を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量上昇させるように指示して、印加電圧を上昇させる。
【０２０４】
ステップＳ５０６において、Ｆ2 濃度を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にＦ2 濃度を増加させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、バルブＶ２を開き、圧力計４０からの圧力データを観測しながら希釈Ｆ2 ガスを所定量レーザチャンバー１に充填後、バルブＶ２を閉じる。この状態では、レーザガス圧力は希釈Ｆ2 ガスを充填した分増加することになるので、バルブＶ３を開け、圧力計４０からの圧力データを観測しながら所定量レーザガスを排気してレーザガス圧を調整後、バルブＶ３を閉める。
【０２０５】
ステップＳ５０６において、レーザガス圧力を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を増加させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、バルブＶ１を開き、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバッファーガスを所定量レーザチャンバー１に充填後、バルブＶ１を閉じる。この状態では、レーザガス中のＦ2 ガス濃度はバッファーガスを充填した分減少することになるので、Ｆ2 ガス濃度を維持するのであれば、バルブＶ２を開け、圧力計４０からの圧力データを観測しながら所定量希釈Ｆ2 ガスを充填後、バルブ２を閉める。なお、Ｆ2 ガス濃度を維持する必要がない場合は、バルブＶ２の開閉動作は省略可能となる。
【０２０６】
ステップＳ５０６が終了後、ステップＳ５０２〜Ｓ５０５の動作を繰り返す。
【０２０７】
ステップＳ５０５において、サイドライトの起点を原点とした上記レーザパルス波形に必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在すると判断された場合（図１６のレーザパルス▲１▼）、ステップＳ５０７において、レーザパルスコントローラ３８は、ステップＳ５０４で特定した発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）のデータ、並びに、レーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在するかどうかを判定する。すなわち、
Ｔ１＜ｔ１ ・・・（３）
又は、
ｔ１≦Ｔ１≦ｔ２ ・・・（４）
となるかどうかを判定する。
【０２０８】
ここで、（３）式又は（４）式が成立しないと判断された場合（図１７のレーザパルス▲３▼）、発振段レーザパルスには必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在するものの、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。よって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、ステップＳ５０８において、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０２０９】
ステップＳ５０８において、印加電圧を制御する場合、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量減少させるように指示して、印加電圧を減少させる。
【０２１０】
ステップＳ５０８において、Ｆ2 濃度を制御する場合、Ｆ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７にＦ2 濃度を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。その後、ガスコントローラ３７は圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ１を開け（このとき、バルブＶ２は閉状態）、バッファーガスをレーザチャンバー１内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ１を閉じる。すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のＦ2 濃度を減少させる。
【０２１１】
ステップＳ５０８において、レーザガス圧力を制御する場合、全圧の減少によりＦ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。
【０２１２】
ステップＳ５０８が終了後、ステップＳ５０２〜Ｓ５０７の動作を繰り返す。
【０２１３】
ステップＳ５０７において、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在する、すなわち、（９）式又は（１０）式が成立すると判断された場合（例えば、図１７のレーザパルス▲４▼）、ステップＳ５０９において、レーザコントローラ３８は、上記必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）並びにレーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、発振段レーザ１０のレーザパルス波形において時刻Ｔ１以降に瞬時エネルギー≧Ｅmin となる時間領域が存在するかを判定する。すなわち、図１１や図１２のように、
Ｔ１’＜Ｔ１＜Ｔ２’ ・・・（１３）
又は
Ｔ１＜Ｔ１’＜Ｔ２’ ・・・（１４）
となるかどうかを判定する。
【０２１４】
ここで、（１３）式又は（１４）式が成立しないと判断された場合（図１７のレーザパルス▲３▼）、発振段レーザパルスには必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在し、かつ、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在するするものの、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても、増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。よって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、ステップＳ５１０で、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０２１５】
ステップＳ５１０は、ステップＳ５０８と同等の制御であり、ステップＳ５１０が終了後、ステップＳ５０２〜Ｓ５０９の動作を繰り返す。
【０２１６】
ステップＳ５０９において、発振段レーザ１０のレーザパルス波形において時刻Ｔ１以降に瞬時エネルギー≧Ｅmin となる時間領域が存在すると判断された場合（例えば、図１１、図１２）、ステップＳ５１１において、レーザパルスコントローラ３８は、増幅段レーザ２０を同期発振させる同期期間ＴSYC を算出し、そのデータを同期コントローラ３９に送信する。
【０２１７】
なお、ステップＳ５０９において、瞬時エネルギー≧Ｅmin となる時間領域が図１４に示すように複数存在する場合には、上記したように、その中の任意の１つを選択する。選択基準としては、例えば、上記複数の選択範囲の中、発振段レーザ１０のサイドライトの起点から一番遅く存在する範囲とする。あるいは、一番時間幅が長い範囲とする。
【０２１８】
次いで、ステップＳ５１２において、同期コントローラ３９は同期期間ＴSYC 内に増幅段レーザ２０の放電を開始させるように、電源（２）７’にトリガ信号を送信し、次のステップＳ５１３で、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０２１９】
この第５例のアルゴリズムにおいては、同期に必要な必要最小エネルギーＥmin が存在する時間も考慮しているので、確実に同期を取ることが可能となる。
【０２２０】
さて、以下に上記の本発明に基づく具体的なＦ2 レーザ動作例を説明する。
【０２２１】
本発明の上記の第１例のアルゴリズムの変形例（図３、図７）を用いて、発振段レーザ１０のバッファーガスをＨｅ、Ｎｅとして、Ｆ2 レーザ装置を動作させた。その結果を図１８に示す。
【０２２２】
ここで、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０の何れもＦ2 濃度は０．０５〜０．１％であり、増幅段レーザ２０のバッファーガスはＨｅ、レーザガス圧力は３０００ｈｐａであった。第１例のアルゴリズムの変形例の採用により、増幅段レーザ２０から放出されるレーザパルスのスペクトル線幅は、所望のスペクトル線幅（０．２ｐｍ）以下に維持することができた。
【０２２３】
しかしながら、繰り返し周波数が２ｋＨｚを超えると、発振段レーザ１０のバッファーガスがＮｅガスのときには、増幅段レーザ２０から取り出されるレーザビームの出力は所望値（５ｍＪ）以下となった。
【０２２４】
これは、前記したように、Ｎｅガスは放電抵抗等のガス特性の違いにより、Ｈｅガスと比べて放電時に電界集中が起こりやすく、特に高繰り返し時に放電が不安定になりやすいこと、また、質量がＨｅガスより重いのでレーザチャンバー１内でのクロスフローファンによるガス循環速度を高速度にすることが困難で、高繰り返し時に放電と放電の間にガス循環により行われる放電領域のガス交換が不十分となり、やはり放電が不安定となってしまうことにより、発振段レーザ１０からのシードレーザビームの出力が低下したためと考えられる。
【０２２５】
一方、発振段レーザ１０のバッファーガスがＨｅガスのときには、少なくとも繰り返し周波数が５ｋＨｚまで、増幅段レーザ２０から取り出されるレーザビームの出力が所望値以上となった。
【０２２６】
次に、増幅段レーザ２０のレーザガス圧力特性をみるために、上記の第１例のアルゴリズムの変形例を用いて、発振段レーザ１０のバッファーガスをＨｅとしてＦ2 レーザ装置を動作させた。その結果を図１９に示す。
【０２２７】
ここで、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０の何れもＦ2 濃度は０．０５〜０．１％であり、バッファーガスはＨｅガスである。図示は省略したが、各条件における増幅段レーザ２０から放出されるレーザパルスのスペクトル線幅は、何れも所望のスペクトル線幅（０．２ｐｍ）以下に維持することができた。
【０２２８】
増幅段レーザ２０の主電極２への印加電圧Ｖｓ＝２０ｋＶ以上であって、増幅段レーザ２０のレーザガス圧力が２５００〜４０００ｈＰａのとき、レーザビームの出力は所望値（５ｍＪ）以上となった。
【０２２９】
しかしながら、レーザガス圧力が２５００ｈＰａ未満（図１９の２０００ｈＰａ）のときには、増幅段レーザ２０から取り出されるレーザビームの出力は所望値（５ｍＪ）以下となった。
【０２３０】
このように、増幅段レーザ２０の主電極２への印加電圧Ｖｓ＝２０ｋＶ以上であっても、レーザガス圧力が２５００ｈＰａ未満（図１９の２０００ｈＰａ）のときに所望出力が得られないのは、レーザガスにレーザ発振を起こす誘導放出のために必要な分子等が十分存在しないためである。
【０２３１】
一方、増幅段レーザ２０の主電極２への印加電圧Ｖｓ＝２０ｋＶ以上であっても、レーザガス圧力が４０００ｈＰａ以上（図１９の４５００ｈＰａ）のとき、所望出力が得られないのは、放電時に電界集中が起こりやすくなって放電が不安定になり、レーザガス中へのエネルギー注入が不十分になるためである。
【０２３２】
なお、上記した本発明を適用した２ステージレーザシステムは、Ｆ2 レーザ装置に限定されず、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置にも適用可能であり、スペクトル線幅が露光装置からの要求線幅以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得ることができるようになる。
【０２３３】
以上、本発明の２ステージレーザシステムをその原理と実施例の説明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。
【０２３４】
【発明の効果】
以上の本発明により、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステム、例えば、インジェクションロック方式、ＭＯＰＡ方式のレーザシステムにおいて、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られる。特に、Ｆ2 レーザ装置においては、超狭帯域化発振段レーザにＨｅバッファーガスを用いることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２ステージレーザシステムの１つの構成例を示す図である。
【図２】本発明の２ステージレーザシステムの制御の概要を説明するための図である。
【図３】本発明の第１例のアルゴリズムの全体の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１例のアルゴリズムの発振段レーザパルス発生時間の固定制御のフローチャートである。
【図５】第１例のアルゴリズムにおけるレーザパルスの始点と終点について説明するための図である。
【図６】同期時間がレーザパルス持続時間と等しくなるタイミング例を示す図である。
【図７】第１例のアルゴリズムの変形例のフローチャートである。
【図８】第２例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図９】第３例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図１０】第４例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図１１】線幅特性が時刻Ｔ１以降において所望のスペクトル線幅Ａ以下となるレーザパルスの例を示す図である。
【図１２】同期に必要な必要最小エネルギーＥmin になる時刻Ｔ１’が時刻Ｔ１より後となるレーザパルスの例を示す図である。
【図１３】時刻Ｔ１以降の時間に存在するレーザパルスの瞬時エネルギーが必要最小エネルギーＥmin を下回っている場合のレーザパルスの例を示す図である。
【図１４】レーザパルス内の瞬時エネルギーが必要最小エネルギーＥmin を上回っている時間領域が複数ある場合のレーザパルスの例を示す図である。
【図１５】第５例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図１６】レーザパルス波形において必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）を特定できる場合とできない場合を示す図である。
【図１７】時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在する場合と存在しない場合を示す図である。
【図１８】第１例のアルゴリズムの変形例を用いて発振段レーザのバッファーガスをＨｅ、ＮｅとしてＦ2 レーザ装置を動作させた結果を示す図である。
【図１９】増幅段レーザのレーザガス圧力特性をみるために、第１例のアルゴリズムの変形例を用いて発振段レーザのバッファーガスをＨｅとしてＦ2 レーザ装置を動作させた結果を示す図である。
【図２０】従来技術のＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの構成図を示す図である。
【図２１】インジェクションロック方式の場合の増幅段レーザの構成例を示す図である。
【図２２】波長選択素子としてエタロンとグレーティング５を用いた複合構成の狭帯域化モジュールの構成を示す図である。
【図２３】サイドライトとその後に立ち上がってくるとレーザパルスとの間の関係を示すレーザパルス波形、サイドライト波形、レーザパルス中のスペクトル線幅の時間的推移を示す図である。
【図２４】図２３（ａ）と（ｂ）のスペクトル線幅の時間的推移とレーザパルス波形をまとめた図である。
【図２５】従来技術の発振段レーザにおけるサイドライドの立ち上がりを起点としたときの狭帯域化レーザパルス波形と放電開始後に発生した光のスペクトル線幅変化との関係を示す説明図である。
【図２６】スペクトル線幅特性から所望のスペクトル線幅Ａが得られる時刻Ｔ１を求めることが可能であることを説明するための図である。
【図２７】サイドライトが立ち上がる時点を原点としたときの発振段線幅特性、発振段レーザパルス波形、増幅段サイドライト波形、増幅段レーザパルス波形の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザチャンバー
２…電極
３…狭帯域化モジュール
４…拡大プリズム
５…グレーティング（回折格子）
６…フロントミラー
７…電源（１）
７’…電源（２）
８…リアミラー
９…フロントミラー
１０…発振段レーザ（オシレーター）
１１…ウィンドー部材
１２…エタロン
１３…穴
２０、２０’…増幅段レーザ（アンプ）
２１…同期コントローラ
３１…窓部
３２…サイドライトセンサー
３３…ビームスプリッター
３４…レーザパルスセンサー
３５…ガス供給ライン
３５1 …バッファーガスを供給するためのライン
３５2 …Ｆ2 ガスを供給するためのライン
３６…排気ライン
３７…ガスコントローラ
３８…レーザパルスコントローラ
３９…同期コントローラ
４０…圧力計
４１…レーザスペクトルセンサー
４２…ビームスプリッター
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステムに関し、例えば、インジェクションロックレーザ、ＭＯＰＡにおいて、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られるレーザシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ装置や更なる短波長光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ装置が用いられ始めている。
【０００３】
また、７０ｎｍ以下のライン幅の半導体集積回路を半導体上に実現するための露光技術において、波長１６０ｎｍ以下の露光用光源が要求されている。そして、現在、波長１５７ｎｍ付近の紫外線を放出するＦ2 （フッ素分子）レーザ装置がその光源とし有力視されている。
【０００４】
Ｆ2 レーザ装置（λ1 ＝１５７．６２９９ｎｍ、λ2 ＝１５７．５２３３ｎｍ：Sov.J.Quantum Electron.16(5),May 1986 ）には、、そのスペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は約１ｐｍ程度である。上記２つの発振線の強度比Ｉ（λ1 ）／Ｉ（λ2 ）は約７である。通常、露光には強度の強い波長λ1 （＝１５７．６２９９ｎｍ）の発振ラインが用いられる。
【０００５】
露光技術には大きく分けて以下の２種類ある。
【０００６】
１）屈折系(dioptric system)
２）反射屈折系(catadioptric system)
この中、反射屈折系に関して、反射光学系を露光技術に用いると色収差の発生が抑えられる。そのために、反射屈折系を用いた露光装置が、現状１５７ｎｍ付近の波長域では有望視されている。ただし、反射屈折系は従来の屈折系と比較して露光機の光軸調整が困難である。
【０００７】
一方、屈折系は、従来の露光装置に一般的に用いられていた投影光学系である。露光技術では、光学系内での色収差補正方法が１つの大きな問題である。屈折系では、種類の違う屈折率を有するレンズ等の光学素子を組み合わせることによって、色収差補正を実現してきた。ただし、１５７ｎｍ付近の波長域において透過性を有する使用可能な光学材料の種類に制限があり、現状ではＣａＦ2 （蛍石）以外は使用できない状況にある。
【０００８】
したがって、屈折系の露光装置の光源としてのＦ2 レーザ装置には、狭帯域化が要請される。具体的には、レーザビームのスペクトルの半値全幅を０．２ｐｍ以下に狭帯域化することが要求される。また、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置においても、狭帯域化を行わないフリーランニング動作時のレーザビームのスペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）が数１００ｎｍと広帯域であるので、やはり狭帯域化することが要求される。
【０００９】
一方、露光用光源として、Ｆ2 レーザ装置に要求される平均出力は、例えば２０Ｗである。すなわち、Ｆ2 レーザ装置の繰り返し周波数が２ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは１０ｍＪであり、繰り返し周波数が４ｋＨｚのとき、１パルス当たりのパルスエネルギーは５ｍＪとなる。
【００１０】
しかしながら、例えば狭帯域化手段としてレーザ共振器内にエタロンを配置するとき、出力５〜１０ｍJ のレーザ出力を得ようとすると、エタロンのコーティングにダメージが発生するので、エタロンとしては、コーティングなしのものを使用せざるを得なかった。そのため、スペクトル線幅も狭くすることができなかった。また、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）成分が多いため、線幅も０．４〜０．６ｐｍと余り狭くならない。すなわち、パルスエネルギー５〜１０ｍＪで狭帯域化を行うことは困難である。
【００１１】
また、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置においても、高出力化が求められる場合には、上記と同様な問題が発生する。
【００１２】
以上のような状況により、Ｆ2 レーザ装置において、スペクトル線幅が０．２ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得るには、例えば、発振段（Oscillator laser）と増幅段（amplifier laser ）とからなる２ステージレーザシステムを採用すればよい。
【００１３】
すなわち、発振段で、低出力ではあるがスペクトル線幅が０．２ｐｍ以下であるレーザビームを発生させ、このレーザビームを増幅段で増幅して、スペクトル線幅が０．２ｐｍ以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得る。高出力狭帯域化ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置においても、同様の構成を採用すればよい。
【００１４】
２ステージレーザシステムの構成例には、インジェクションロック（Injection Locking ）方式、及び、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier ）方式がある。インジェクションロック方式は、発振段にレーザ共振器を備える構成であり、増幅段には不安定共振器を用いる。ＭＯＰＡ方式は、増幅段にレーザ共振器を持たない構成である。ＭＯＰＡ方式では、増幅段はレーザ共振器を持たないため、発振段からのレーザビームの１パス増幅器として機能する。
【００１５】
発振段の狭帯域素子としては、1 個又はそれ以上の拡大兼分散プリズム群とグレーティングの組み合わせ、又は、エタロンと全反射鏡の組み合わせ等を用いる。
【００１６】
図２０、図２１に従来技術の２ステージレーザシステムの構成図を示す。図２０はＭＯＰＡ方式の場合の構成例、図２１はインジェクションロック方式の場合の増幅段レーザ（アンプ）の構成例を示す。図２１の発振段レーザ（オシレーター）には、図２０と同様のものが用いられる。
【００１７】
図２０は装置を上方から見た場合の概要を示す図である。発振段レーザ（オシレーター）１０から放出されるレーザビームは、レーザシステムのシードレーザビーム（種レーザビーム）としての機能を有する。増幅段レーザ（アンプ）２０、２０’は、そのシードレーザ光を増幅する機能を有する。すなわち、発振段レーザ１０のスペクトル特性によりレーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。そして、増幅段レーザ２０、２０’によってレーザシステムからのレーザ出力（エネルギー又はパワー）が決定される。
【００１８】
２ステージレーザシステムがＦ2 レーザ装置のとき、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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。２ステージレーザシステムがＫｒＦレーザ装置のときには、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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、２ステージレーザシステムがＡｒＦレーザ装置のときには、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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。
【００１９】
レーザチャンバー１は内部に放電部を有している。放電部は紙面と垂直方向に上下に設置されている一対のカソード、アノード電極２からなる。これらの一対の電極２に、電源７、７’から高電圧パルスが印加されることにより、電極２間で放電が発生する。なお、図２０、図２１では、上部電極２のみが図示されている。
【００２０】
チャンバー１内に設置された一対の電極２間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１１がそれぞれ設置されている。ここでは、両ウィンドー部材１１のチャンバー１と反対側の面（外側の面）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ー角で設置されている。
【００２１】
また、図２０、図２１では図示されていないシリンドリカルファン（クロスフローファン）がチャンバー１内に設置されており、レーザガスをチャンバー１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、図示を省略したが、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’共に、チャンバー１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、チャンバー内のレーザガスを排気するガス排気系が図２０、図２１の装置に備わっている。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ガス供給系も備えている。
【００２２】
発振段レーザ１０は、拡大プリズム４とグレーティング（回折格子）５によって構成された狭帯域化モジュール３を有し、この狭帯域化モジュール３内の光学素子とフロントミラー６とでレーザ共振器を構成する。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。また、図２２に示すように、波長選択素子であるエタロン１２、グレーティング５を用いた複合構成の狭帯域化モジュール３を用いることもできる。
【００２３】
発振段レーザ１０からのレーザビーム（シードレーザビーム）は、図示を省略した反射ミラー等を含むビーム伝播系により増幅段レーザ２０、２０’へ導かれ、注入される。図２１に示すインジェクションロック方式では、小入力でも増幅できるように、増幅段レーザ２０’には、例えば倍率が３倍以上の不安定型共振器が採用される。
【００２４】
インジェクションロック方式の増幅段レーザ２０’の不安定共振器のリアミラー８には穴１３が開いており、この穴１３を通過したレーザが図２１の矢印のように反射し、また、注入されたシードレーザビームは拡大され、放電部を有効に通過してレーザビームのパワーが増大する。そして、フロントミラー９よりレーザが出射される。リアミラー８の凹面ミラーの中心部には、上記のような空間的穴１３が施してあり、周囲にはＨＲ（High Reflection ）コートが施されている。フロントミラー９の凸面ミラーの中心部にはＨＲコートが施され、周囲のレーザ出射部にはＡＲ（Anti Reflection ）コートが施されている。
【００２５】
凹面ミラー８の穴１３は、空間的に開いているのではなく、穴部のみＡＲコートが施されたミラー基板を用いてもよい。また、ミラーに透過部を持たせない不安定共振器を用いてもよい。
【００２６】
Ｆ2 レーザ装置のときには、発振段１０、増幅段２０、２０’共、バッファガスとして、Ｈｅ又はＮｅ又はそれらの混合ガスを用いる。また、必要に応じてＸｅも添加する。
【００２７】
同期コントローラ２１は、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０、２０’の放電タイミングを制御する。まず、電源７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させるＯＮ指令として、発振段レーザ１０の電源２にトリガ信号を送信する。そして、所定時間後、増幅段レーザ２０、２０’の電源７’にＯＮ指令としてのトリガ信号を送信する。
【００２８】
上記所定時間とは、発振段レーザ１０からシードレーザ光が増幅段レーザ２０、２０’内に入射するタイミングと増幅段レーザ２０、２０’が放電するタイミングを同期させるための時間である。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、上記したような２ステージレーザシステムにおいては、発振段レーザのスペクトル特性により、２ステージレーザシステムの全体のスペクトル特性が決定される。スペクトル線幅が例えば０．２ｐｍであるような超狭帯域化発振段レーザのスペクトル特性（線幅、純度等）は、従来、積分スペクトル特性で所望の特性を得るように装置が構成されてきた。
【００３０】
以下、積分スペクトル特性について概略を説明する。発振段レーザから放出されるレーザビームは、フロントミラーと狭帯域化モジュールを含むレーザ共振器内を往復し、その一部がフロントミラーから取り出される。よって、レーザパルス前半部より後半部がレーザ共振器内を往復する回数が多くなり、狭帯域化モジュールを通過する回数も後半部が多くなるので、レーザパルス後半部の方が前半部より狭帯域化される。すなわち、レーザパルス内の各時点でスペクトル波形が異なることになるので、従来、スペクトル特性を評価するに当たっては、レーザパルス内各時点での各スペクトル波形の時間的積分波形を用いて、積分スペクトル特性を評価してきた。
【００３１】
上記のような状況の下で、Ｆ2 レーザ装置の場合、発振段レーザのレーザガスに含有されるバッファーガスとしてはＮｅやＮｅリッチなＮｅとＨｅの混合ガスが採用されていた。これは、以下の理由による。
【００３２】
発振段レーザのレーザガス中のバッファーガスにＨｅガスを用いた場合、レーザ利得がＮｅガスの場合と比較し大きいので、ＡＳＥが発生しやすく、発振段レーザから放出されるレーザパルスの積分スペクトル波形にはこのＡＳＥ成分が含まれてしまう。ＡＳＥ成分のスペクトル幅（ＦＷＨＭ）は、レーザガス全圧に依存するが、０．８ｐｍ以上である。ＡＳＥは、レーザ共振器を往復せず、１パス（ｐａｓｓ）で放出される光であるので、狭帯域化モジュールを通過しない。よって、発振段レーザから放出されるレーザビームをレーザ共振器内の狭帯域化モジュールを用いて狭帯域化しても、このＡＳＥのために、レーザパルスの積分スペクトル波形のスペクトル線幅（ＦＷＨＭ）を０．８ｐｍ以下にすることは不可能であった。
【００３３】
そのために、発振段レーザのレーザガス中のバッファーガスとしては、レーザ利得がＨｅガスと比較して小さく、ＡＳＥが発生し難いＮｅガスが主に用いられてきた。
【００３４】
ただし、Ｎｅバッファーガスを用いると、高繰り返しが困難という問題点があった。すなわち、Ｎｅガスは、放電抵抗等のガス特性の違いにより、Ｈｅガスと比べて放電時に電界集中が起こりやすく、特に高繰り返し時に放電が不安定になりやすい。また、質量がＨｅガスより重いので、レーザチャンバー内でのクロスフローファンによるガス循環速度を高速度にすることが困難である。そのため、高繰り返し時に放電と放電の間にガス循環により行われる放電領域のガス交換が不十分となり、やはり放電が不安定となってしまう。
【００３５】
特に、４ｋＨｚ以上の高繰り返しを実現しようとすると、ガス循環系、放電回路、電源等の現状の放電技術では、達成が困難である。
【００３６】
ところで、本発明者等は、一対の電極間で発生する放電により励起されたレーザガスにより発生する光と、その後に立ち上がってくるとレーザパルスとの間に、以下の関係があることを発見した（特願２００２−４６３２８）。
【００３７】
図２３に、レーザパルス波形、サイドライト波形、レーザパルス中のスペクトル線幅の時間的推移を示す。図の（ａ）と（ｂ）は、サイドライト波形が異なる。図２３（ａ）、（ｂ）両者において、狭帯域化モジュール及びレーザ共振器の構成は同じである。ここで、一対の電極間で発生する放電により励起されたレーザガスにより発生する光を「サイドライト」と称することにする。サイドライトの観測は、レーザ共振器上にない位置（例えば、電極の長手方向と略垂直方向の電極サイド側に設けた観測窓）からなされる。
【００３８】
図２３（ａ）、（ｂ）両者の比較より、サイドライトの立ち上がり（すなわち、レーザ利得の立ち上がり）が遅いと、ＡＳＥ成分がレーザパルス波形に存在しないことが明らかになった。
【００３９】
サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）が遅いと、ＡＳＥ成分が抑制されるのは、以下の理由によるものと考えられる。図２３（ｂ）の場合、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）が速く、放電により発生した光は急速に増幅され、レーザビームとして所定のしきい値を超えてレーザ共振器から取り出される前に、レーザ共振器を往復しないまま増幅された光がＡＳＥとして取り出される。
【００４０】
一方、図２３（ａ）の場合、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ちあがり）が遅いので、放電により発生した光は緩やかに増幅される。そして、ＡＳＥとしてレーザ共振器から取り出される程急激に光が増幅されずにレーザ共振器内を往復して、やがてしきい値を超えてレーザ共振器よりレーザビームとして取り出される。すなわち、レーザ装置から放出される光にＡＳＥは存在しない。
【００４１】
図２３（ａ）、（ｂ）両者の比較より、サイドライトの立ち上がり（すなわち、レーザ利得の立ち上がり）が遅いと、ＡＳＥ成分がレーザパルス波形に存在しないことが明らかになった。
【００４２】
ここで、図２３（ａ）と（ｂ）のスペクトル線幅の時間的推移とレーザパルス波形をまとめると図２４のようになった。
【００４３】
図２４から、図２３（ａ）と（ｂ）のスペクトル線幅の時間的推移は、略同一曲線上に乗っており、図２３（ａ）のレーザパルス波形が立ち上がった時点で、スペクトル線は、同時点の図２３（ｂ）でのスペクトル線幅と略同じである。
【００４４】
すなわち、放電開始後に発生した光がレーザビームとしてレーザ共振器から取り出されるまで（レーザパルスが立ち上がるまで）にレーザ共振器内を往復する光は、狭帯域化モジュールを何回か通過するので、ある程度狭帯域化されていると考えられる。
【００４５】
したがって、放電が開始して発生した光は、レーザパルスとして立ち上がる前から狭帯域化されて徐々にスペクトル線幅が狭くなり、レーザパルスが立ち上がってレーザパルスが消滅するまで引き続き徐々にスペクトル線幅が狭くなっているものと考えられる。この現象は以後、線幅特性と呼ぶことにする。なお、スペクトル純度の時間的推移（純度特性）も線幅特性と同様の特性を有し、時間の経過と共に徐々に狭くなっていくものと考えられる。
【００４６】
この線幅特性や純度特性は、本発明者等の実験により、主にレーザ共振器長、狭帯域化モジュールの狭帯域化性能に依存していることが分かった。したがって、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）を制御して、レーザ共振器内の光が所定のスペクトル線幅まで狭帯域化された後に、レーザパルスが立ち上がるようにすることにより、スペクトル線幅（積分値）を所定値までに狭くし、スペクトル純度も向上させることが可能となることが明らかになった。
【００４７】
また、図２３（ａ）、（ｂ）から明らかなように、サイドライトの立ち上がりを制御することにより、ＡＳＥの発生を抑制することが可能であることも明らかになった。
【００４８】
上記のような新規の知見により、従来例について考える。
【００４９】
図２５は、従来技術の発振段レーザにおけるサイドライドの立ち上がりを起点（原点）としたときの、狭帯域化レーザパルス波形と、放電開始後（サイドライト発光開始後）に発生した光のスペクトル線幅変化（線幅特性）との関係を示す説明図である。上記したように、サイドライトの起点から時間が経過するに従いスペクトル線幅が細くなって行くのは、上記のように、レーザパルスが立ち上がっていなくともレーザ閾値以下の利得が何回も狭帯域化モジュールで反射して狭帯域化が進行するために起こると考えられる。
【００５０】
サイドライトの発生以降、所望の線幅Ａ以下になる時刻をＴ１とする。従来技術では、積分スペクトル波形を用いて評価していたので、レーザパルス全体を通してスペクトル線幅がＡ以下になる（時刻Ｔ１以降に発生する）レーザパルスをシードレーザビームとして、２ステージレーザシステムにおいて用いていたことになる。その結果、所望のスペクトル特性（線幅、純度等）が達成されていたものである。
【００５１】
時刻Ｔ１は、線幅特性によりサイドライトの起点を原点として定められるので、発振段レーザの放電タイミング（サイドライトの起点）によって、Ｔ１は決定される。積分スペクトル波形を用いた従来技術においては、レーザパルスは必ずＴ１以降に発生するようにレーザガス条件、放電回路等が調整されていたことになる。また、従来、上記したように、サイドライトの立ち上がりを遅らせてＡＳＥ発生を抑制するといった知見は得られていなかったので、バッファーガスとして、ＮｅやＮｅリッチな希ガスが用いられてきた。
【００５２】
同期コントローラは、発振段レーザの電源にトリガ信号を送信後、レーザパルスが立ち上がるまでの時間と、レーザパルス幅を予め記憶しておき、発振段レーザパルスが持続している期間（ＴSYC 時間間隔）内に、増幅段レーザのサイドライト立ち上がりが発生するように（放電が発生するように）、増幅段レーザの電源にトリガ信号を送信して増幅段レーザの放電タイミングを制御していた。
ここで、発振段レーザの電源にトリガ信号を送信後、レーザパルスが立ち上がるまでの時間と、レーザパルス幅の値は、事前にレーザガスの状態や狭帯域化モジュール、放電回路の条件等から求められる。
【００５３】
ここで、発振段レーザの電源にトリガ信号を送信後、レーザパルスが立ち上がるまでの時間と、レーザパルス幅の値は、事前にレーザガスの状態や狭帯域化モジュール、放電回路の条件等から求められる。
【００５４】
なお、上記では、レーザパルス幅とＴSYC が略同じであるとして説明したが、実際は発振段レーザパルス内の瞬時のレーザパワーは、２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行えるパワーである必要があるので、図２５に示す例においては、ＴSYC の起点はレーザパルスの立ち上がり時点よりも遅く、ＴSYC の終点はレーザパルスの終点よりも早い。
【００５５】
以上のように、従来は、サイドライトの立ち上がりを遅らせてＡＳＥ発生を遅らせるといった知見もなく、また、積分スペクトル波形を評価していたので、バッファーガスとして、ＮｅやＮｅリッチな希ガスを用いざるを得ず、先に述べたように、高繰り返しパルス発振の実現が困難であった。
【００５６】
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステムにおいて、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られるＦ2 レーザ装置等の２ステージレーザシステムを提供することである。
【００５７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の２ステージレーザシステムは、Ｆ2 を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバー内に放電電極を有し、レーザ共振器内に設置した波長選択素子を含む狭帯域化モジュールにより狭帯域化されたレーザビームを放出する発振段レーザ装置と、Ｆ2 を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバー内に放電電極を有し、前記発振段レーザ装置から注入されるレーザパルスを増幅する増幅段装置とからなる２ステージレーザシステムにおいて、
前記発振段レーザ装置は、放電発光計測器とレーザビームの時間的パルス波形を計測するレーザパルス計測器と前記発振段レーザ装置の放電電極への印加電圧、レーザガス中のフッ素濃度、レーザガス圧力の中の少なくとも１つを制御可能なレーザパルスコントローラとを有し、
前記増幅段装置は、前記増幅段装置の放電発生を制御する同期コントローラを有し、
前記レーザパルスコントローラは、前記放電発光計測器からのデータ並びに前記レーザパルス計測器からのデータより、前記発振段レーザ装置からのレーザパルス内あるいはそれ以前に所望のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度まで挟帯域化された時点が存在するように、前記発振段レーザ装置の放電電極への印加電圧、レーザガス中のフッ素濃度、レーザガス圧力の中の少なくとも１つを制御して放電により発光する時点からレーザパルスが発生する時刻を設定し、次いで、前記レーザパルスコントローラは、前記設定されたレーザパルス内における所望のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度まで挟帯域化された時点以降であって前記レーザパルス内に存在する同期期間を求め、その同期期間データを前記同期コントローラに送信し、
前記同期コントローラは、前記レーザパルスコントローラからの同期期間データに基づき、前記同期期間に前記増幅段装置において放電が発生するよう制御することを特徴とするものである。
【００７４】
本発明においては、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステム、例えば、インジェクションロック方式、ＭＯＰＡ方式のレーザシステムにおいて、発振段レーザ装置からのレーザパルス内に所定のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度を有する同期期間が存在し、その同期期間内に増幅段レーザ装置において放電が発生するように設定されているので、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られる。特に、Ｆ2 レーザ装置においては、超狭帯域化発振段レーザにＨｅバッファーガスを用いることが可能となる。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の基本原理とそれに基づく実施例について説明する。
【００７６】
本発明においては、先に見出した上記知見、すなわち、サイドライトの立ち上がり（レーザ利得の立ち上がり）を制御して、レーザ共振器内の光が所定のスペクトル線幅まで狭帯域化された後に、レーザパルスが立ち上がるようにすることにより、スペクトル線幅（積分値）を所定値までに狭くし、スペクトル純度も向上させることが可能となり、また、サイドライトの立ち上がりを制御することにより、ＡＳＥの発生を抑制することが可能であるとの知見に基づき、以下のように２ステージレーザシステムを制御するものである。
【００７７】
本発明者等は、線幅特性に関してさらに詳細に検討したところ、以下の知見を得た。線幅特性は、発振段レーザに使用されているバッファーガスの状態と使用されている狭帯域化モジュールの特性及びレーザ共振器長によって略決定されることが、試験により初めて明らかになった。すなわち、レーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧、そして、一対の主電極に印加する印加電圧を変化させてレーザの立ち上がり時間を変えても、線幅特性の変化は起こらない。これは、スペクトル純度の時間的推移である純度特性にも当てはまった。
【００７８】
この線幅特性から、図２６に示すような所望のスペクトル線幅Ａ（例えば、０．２ｐｍ）が得られる時刻Ｔ１を予め求めることが可能であることが分かる。したがって、発振段レーザパルスが時刻Ｔ１以降に存在するように制御し、時刻Ｔ１以降の発振段レーザからのシードレーザ光が注入されたときに、増幅段レーザの放電を開始させることにより、所定のスペクトル線幅のレーザビームを得ることが可能となる。なお、図２６には、発振段レーザのＦ2 レーザ装置のバッファーガスとしてＮｅを用いる場合と、Ｈｅガスを用いる場合のそれぞれの線幅特性を示しており、スペクトル線幅Ａが得られる時刻Ｔ１はバッファーガスの違いによって変わる。
【００７９】
以下、図２７に示す説明図を用いて、このことを詳細を説明する。図２７（ａ）、（ｂ）は、サイドライトが立ち上がる時点を原点としたときの、発振段線幅特性、発振段レーザパルス波形、増幅段サイドライト波形、増幅段レーザパルス波形の関係を示す図である。図２７（ａ）はＭＯＰＡ方式の場合であり、図２７（ｂ）はインジェクションロック方式の場合であり、ＭＯＰＡ方式の場合は増幅段レーザパルスは発振段レーザパルスの終点近傍で終了し、インジェクションロック方式の場合は発振段レーザパルスの終点以降も増幅段レーザパルスは発振していることが可能である点で若干異なる。なお、各波形は規格化してあり、実際の光強度を相対的に示すものではない。
【００８０】
上記したように、発振段レーザに使用されているバッファーガス、狭帯域化モジュールの特性によって決定される発振段線幅特性により、所望のスペクトル線幅Ａが得られるサイドライトの起点（放電の立ち上がり）からの時間Ｔ１が定められる。
【００８１】
発振段レーザパルスの立ち上がりの時刻は、従来例のようにＴ１より後にある必要はなく、発振段レーザパルスの持続時間内に時刻Ｔ１が存在するように発振段レーザパルスを発生させる。
【００８２】
同期コントローラは、時刻Ｔ１から発振段レーザパルスが終了するまでの期間（ＴSYC ）内に増幅段レーザのサイドライト立ち上がりが発生するように（放電が発生するように）増幅段レーザの電源にトリガ信号を送信して、増幅段レーザの放電タイミングを制御する。ＴSYC 内のある時点でのスペクトル線幅が増幅段レーザの出力スペクトルに反映されるため、２ステージレーザシステムから放出されるスペクトル線幅は所望（例えば、０．２ｐｍ以下）のスペクトル線幅となる。
【００８３】
なお、従来例において説明したように、実際は、発振段レーザパルス内の瞬時のレーザパワーは２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行えるパワーである必要があるので、この点も考慮すれば、図２７（ａ）、（ｂ）に示す例においては、ＴSYC の起点は時刻Ｔ１よりも遅く、ＴSYC の終点は発振段レーザパルスの終点よりも早い。
【００８４】
本発明は、従来例のように、積分スペクトル波形を評価して増幅段レーザを制御するのではなく、発振段レーザからのシードレーザパルスにおいて、所望のスペクトル線幅となる時点を基準にして、増幅段レーザを制御するものである。すなわち、発振段レーザパルスの持続時間内に上記時刻Ｔ１が存在するように発振段レーザパルスを発生させればよく、時刻Ｔ１以前のある時点において発振段レーザパルスにＡＳＥ成分が存在しても構わない。
【００８５】
したがって、発振段レーザに用いるレーザガス中のバッファーガスとしてＨｅガスを用いることが可能となる。Ｈｅガスは放電抵抗のガス特性の違いにより、Ｎｅガスと比べて放電時に電界集中が起こり難く、高繰り返し時においても安定な放電を実現させやすい。また、質量がＮｅガスより軽いので、レーザチャンバー内でのクロスフローファンによるガス循環速度を高速度にすることも容易である。そのため、高繰り返し時に放電と放電の間にガス循環により行われる放電領域のガス交換も十分行うことができ、安定な放電を実現できる。よって、４ｋＨｚ以上の高繰り返しの実現も達成可能となる。
【００８６】
なお、所望のスペクトル純度を得る場合は、線幅特性の代りに純度特性を用いて、所望のスペクトル純度となる時点を基準にして増幅段レーザを制御すればよい。
【００８７】
以下、具体的な実施例に基づいて本発明を説明する。
【００８８】
図１に、本発明の２ステージレーザシステムの１つの構成例を示す。図１は、増幅段レーザ２０にＭＯＰＡ方式を採用した例である。増幅段レーザにインジェクションロック方式を採用する場合は、増幅段レーザとしては、例えば図２１に示す増幅段レーザ２０’の構成となる。
【００８９】
図２０に示す従来例と異なる点は、以下の通りである。本発明では、上記したように、固有の線幅特性に基づき、発振段レーザ１０においてサイドライトの起点（放電開始時）から所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１を基準にして、概略２つの制御を行う。すなわち、時刻Ｔ１において発振段レーザ１０から放出されるシードレーザパルスを存在させる制御、及び、時刻Ｔ１以降に増幅段レーザ２０を放電させる制御である。
【００９０】
サイドライトの起点を検出するために、本発明の構成例では、発振段レーザ１０のチャンバー１の側面にＣａＦ2 等のレーザ光に対して透過性のある材料によって作られた窓材を備えた窓部３１が設置されている。この窓部３１からサイドライトセンサー３２により発振段レーザ１０のサイドライトが検出される。
【００９１】
発振段レーザ１０のフロントミラー６より取り出されたレーザ光は、一部ビームスプリッター３３によって取り出され、レーザパルスセンサー３４へ導光される。残りの光はシードレーザビームとして増幅段レーザ２０へ注入される。
【００９２】
発振段レーザ１０のレーザチャンバー１には、レーザチャンバー１内にＦ2 ガスや希ガス等のバッファーガスを供給するためのガス供給ライン３５と、レーザチャンバー内のガスを排気するための排気ライン３６とが接続されている。ガス供給ライン３５は、Ｆ2 ガスを供給するためのライン３５2 と、希ガス等のバッファーガスを供給するためのライン３５1 とからなる。希ガス等のバッファーガスを供給するためのライン３５1 は、バルブＶ１を介して不図示のバッファーガス供給源と接続され、Ｆ2 ガスを供給するためのライン３５2 は、バルブＶ２を介して不図示のＦ2 ガス供給源と接続されている。Ｆ2 ガスは反応性が極めて高いので、通常、Ｆ2 ガス供給源からはＦ2 ガスを希ガス等で希釈した希釈Ｆ2 ガスが供給される。バルブＶ１、バルブＶ２の下流側で上記２ライン３５1 、３５2 は統合されてレーザチャンバー１と接続される。また、排気ライン３６は、バルブＶ３を介して不図示の排気手段に接続されている。なお、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、各々、不図示のＫｒガス供給ライン、Ａｒガス供給ラインも備え、これらはバルブを介してＫｒガス供給源、Ａｒガス供給源と接続されている。また、バルブの下流側で上記２ラインと統合される。
【００９３】
ガスコントローラ３７は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉を制御して、レーザチャンバー１内へのガスの供給・排気を行う。ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、さらにＫｒガス供給ライン、Ａｒガス供給ラインのバルブの開閉も制御する。
【００９４】
サイドライトセンサー３２及びレーザパルスセンサー３４からの出力はレーザパルスコントローラ３８に送信される。レーザパルスコントローラ３８は、予め線幅特性と発振段レーザ１０においてサイドライトの起点（放電開始時）から所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１を記憶している。
【００９５】
レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させるＯＮ指令として、発振段レーザ１０の電源（１）７にトリガ信号を送信し、放電を発生させる。
【００９６】
放電後に生じるサイドライトセンサー３２及びレーザパルスセンサー３４からの出力信号を基に、レーザパルスコントローラ３８は、時刻Ｔ１において発振段レーザ１０から放出されるシードレーザパルスが存在しているかどうかを判断し、存在しない場合は、発振段レーザ１０のレーザチャンバー内のＦ2 濃度、レーザガス全圧そして印加電圧等を変化させて、時刻Ｔ１において、シードレーザパルスが存在するように調整する。
【００９７】
Ｆ2 濃度、レーザガス全圧を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７に制御指令を送出し、ガスコントローラ３７は、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉を制御して、Ｆ2 濃度、レーザガス全圧がレーザパルスコントローラ３８からの制御指令に基づく値になるように制御する。なお、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置の場合は、さらにＫｒガス供給ライン、Ａｒガス供給ラインのバルブの開閉も制御する。また、印加電圧を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に制御指令を送出し、印加電圧が所定の値になるように電源（１）７に設定させる
また、レーザパルスコントローラ３８は、上記時刻Ｔ１以降に増幅段レーザ２０の放電が発生するよう、サイドライトセンサー３２からの信号を基に、増幅段レーザ２０の放電タイミング信号を同期コントローラ３９に送信する。同期コントローラ３９は、放電タイミング信号を受信後、増幅段レーザ２０の電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させるＯＮ指令として、増幅段レーザ２０の電源（２）７’にトリガ信号を送信して、増幅段レーザ２０において放電を発生させる。
【００９８】
なお、スペクトル純度を制御する場合は、線幅特性の代りに純度特性を用い、所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１の代りに所望のスペクトル純度Ａ’となるまでの時間Ｔｐを用いて、上記と同様の制御を行う。
【００９９】
以下に、本発明による制御アルゴリズムを説明する。まず、概要を説明する。
【０１００】
先にのべたように、本発明による制御は、基本的に以下の通りである。
・サイドライトセンサー３２及びレーザパルスセンサー３４の出力より、レーザパルスコントローラ３８がサイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点とした発振段レーザ１０のレーザパルスの存在時間を検出する。
・レーザパルスコントローラ３８は、サイドライト立ち上がり（起点）を時間原点とした線幅特性において所望の線幅となる時刻Ｔ１以降の時間に、発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）が存在するようにする。
・具体的には、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７及び／又は電源（１）７に指令を出し、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内のＦ2 濃度、レーザガス全圧、そして、一対の電極２に印加する印可電圧を、単一で又は複数組み合わせて制御する。
・上記Ｔ１以降の時間において増幅段レーザ２０の放電が開始するよう（サイドライトが立ち上がるよう）放電を制御する。
・具体的には、レーザパルスコントローラ３８から受信した増幅段レーザ２０の放電タイミング信号に基づき、同期コントローラ３９が電源（２）７’にトリガ信号を送信して、増幅段レーザ２０の放電を制御する。
【０１０１】
ここで、サイドライト立ち上がりを原点として、放電により発生した光のスペクトル線幅の時間変化である線幅特性は、上記したように、発振段レーザ１０に使用されているバッファーガスの状態と使用されている狭帯域化モジュール３の特性によって略決定されるので、予めデータベースとしてレーザパルスコントローラ３８内又は外部に保存されており、必要に応じてデータベースは読み込まれる。以下、制御の概要を図２を用いて説明する。
【０１０２】
図２において、線幅特性は時刻Ｔ１以降において所望のスペクトル線幅Ａ以下となる。また、実線で示す発振段レーザ１０のレーザパルスの持続時間内に時刻Ｔ１は存在している（ｔ１＜Ｔ１＜ｔ２：ｔ１はレーザパルスの始点、ｔ２はレーザパルスの終点）。よって、増幅段レーザ２０の放電を開始させる期間（増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡが存在する期間）ＴSYC は、時刻Ｔ１以降に設定される。
【０１０３】
すなわち、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
ここで、図２５の場合は、
ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（２）
である。なお、（１）式、２（式）の意味は、同期期間ＴSYC が時刻Ｔ１とｔ２の間、あるいは、時刻ｔ１とｔ２の間にあることを意味する。以下、同じ。
【０１０４】
レーザパルスが図２に示す一点鎖線のような場合、時刻Ｔ１以降の時間に発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）が存在しないので、所望のスペクトル線幅のレーザパルスを増幅することは不可能となる。
【０１０５】
したがって、その場合は、例えば図２に示すように、サイドライトの起点からのレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせて、図２に実線で示したレーザパルス波形のように時刻Ｔ１が時刻ｔ１とｔ２の間に存在するように制御する。
【０１０６】
本発明者等の実験により、レーザパルスの立ち上がり開始時間を遅くするためには、発振段レーザ１０の利得を低減することが有用であることが分かった。すなわち、発振段レーザ１０の利得を低減させるために、レーザチャンバー１内に充填されたレーザガス中のＦ2 濃度の低減、レーザガス全圧の低減、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に設置されている一対の電極２へ印加する印加電圧の低減等を実施することにより、レーザ発振利得を低減させる。
【０１０７】
具体的には、レーザパルスコントローラ３８がガスコントローラ３７及び／又は電源（１）７に制御指令を送出し、上記パラメータの少なくとも１つを制御する。
【０１０８】
なお、スペクトル純度を制御する場合は、線幅特性の代りに純度特性を用い、所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１の代りに、所望のスペクトル純度Ａ’となるまでの時間Ｔｐを用いて、上記と同様の制御を行う。
【０１０９】
以下、制御アルゴリズムを示す。なお、以下に示すアルゴリズムは所望のスペクトル線幅を得るためのものである。所望のスペクトル純度を得る制御においては、上記したように、所望のスペクトル線幅Ａとなるまでの時間Ｔ１の代りに、所望のスペクトル純度Ａ’となるまでの時間Ｔｐを用いればよい。
【０１１０】
まず、第１例のアルゴリズムについて説明する。
【０１１１】
図３に、全体の流れを示すフローチャートを示す。
【０１１２】
まず、ステップＳ１０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して、電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１１３】
次いで、ステップＳ１０２で、レーザパルスコントローラ３８は、サイドライトセンサー３２からのサイドライトの立ち上がり（起点）データ、及び、レーザパルスセンサー３４からのレーザパルスの時間的パルス波形データ、並びに、予め記憶しておいた線幅特性データに基づき、サイドライト立ち上がり（起点）を時間原点とした線幅特性において所望の線幅となる時刻Ｔ１以降の時間に発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）が存在するように制御する。
【０１１４】
具体的には、サイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点とした発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）が所定値若しくは所定の範囲内となるように、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧、又は、一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。ここで、時刻ｔ１、ｔ２は、時刻Ｔ１との関係が、
Ｔ１＜ｔ１ ・・・（３）
又は、
ｔ１≦Ｔ１≦ｔ２ ・・・（４）
となるように設定される。
【０１１５】
なお、ステップＳ１０２については、後に詳細を記述する。
【０１１６】
発振段レーザパルス波形の発生時間が固定されたので、線幅特性からの上記時刻Ｔ１のデータより、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が略一定に固定される。
【０１１７】
すなわち、
ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（２）
若しくは、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
という時間範囲が固定される。
【０１１８】
そして、次いで、ステップＳ１０３で、同期コントローラ３９は、固定された同期期間ＴSYC 内に存在する増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように電源（２）７’にトリガ信号を送出し、次のステップＳ１０４で、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１１９】
次に、上記ステップＳ１０２の発振段レーザパルス発生時間の固定制御について、図４にその詳細なフローチャートを示す。
【０１２０】
ステップＳ１０２の発振段レーザパルス発生時間の固定制御は、以下の工程から構成される。
【０１２１】
まず、サイドライトセンサー３２、レーザパルスセンサー３４により、サイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形を検出し（ステップＳ１０２１）、両検出データをレーザパルスコントローラ３８に送出する。また、サイドライトの立ち上がり（起点）データを同期コントローラ３９に送出する（ステップＳ１０２２）。
【０１２２】
レーザパルスコントローラ３８は、受信したサイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形データから、サイドライトの起点を時間原点として発振段レーザのレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定する（ステップＳ１０２３）。
【０１２３】
レーザパルスコントローラ３８は、ステップＳ１０２３で特定した発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）のデータ、並びに、レーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、レーザパルスがサイドライトの起点を時間原点としたときに予め定めておいた所定時間に発生しているかどうかを判断する（ステップＳ１０２４）。
【０１２４】
すなわち、以下の条件を満たすｔ１0 、ｔ２0 にｔ１、ｔ２が略一致しているかどうかを判断する。ここで、ｔ１0 、ｔ２0 は、図５に示すように、所定の時間幅［ｔ１0 ］［ｔ２0 ］であってもよい。
【０１２５】
Ｔ１＜ｔ１0 ・・・（５）
又は、
ｔ１0 ≦Ｔ１≦ｔ２0 ・・・（６）
ここで、ｔ１、ｔ２が予め定めておいたｔ１0 、ｔ２0 に略一致しないと判断された場合、又は、ｔ１、ｔ２が予め定めておいた時間範囲［ｔ１0 ］［ｔ２0 ］内に存在しないと判断された場合（例えば、図５の発振段レーザパルス▲２▼）、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても、増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。よって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧、又は、一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する（ステップＳ１０２５）。
【０１２６】
ステップＳ１０２５において、印加電圧を制御する場合、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量減少させるように指示して、印加電圧を減少させる。
【０１２７】
ステップＳ１０２５において、Ｆ2 濃度を制御する場合、Ｆ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７にＦ2 濃度を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。その後、ガスコントローラ３７は圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ１を開け（このとき、バルブＶ２は閉状態）、バッファーガスをレーザチャンバー１内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ１を閉じる。すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のＦ2 濃度を減少させる。
【０１２８】
ステップＳ１０２５において、レーザガス圧力を制御する場合、全圧の減少によりＦ2 濃度が減少してレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。
【０１２９】
ステップＳ１０２５が終了後、ステップＳ１０２１〜Ｓ１０２４の動作を繰り返す。
【０１３０】
なお、図４では図示は省略したが、チャンバー１内のガス劣化等によりステップＳ１０２５での制御が不能となった場合は、発振段レーザ１０の動作を停止し、チャンバー１内のレーザガスを全交換して、ステップＳ１０１に戻り、レーザ動作を再開する。
【０１３１】
ステップＳ１０２の制御は、図５に示すように、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が略一定となるように、発振段レーザパルスの発生時間が固定されるように制御するものである。
【０１３２】
同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が略一定となっているので、増幅段レーザ放電開始タイミングＴＡも所定時刻に予め定められる。同期コントローラ３９は、サイドライトセンサー３２からのデータに基づいたサイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点として、予め定めておいた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように、電源（２）７’にトリガ信号を送出（ステップＳ１０３）し、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる（ステップＳ１０４）。
【０１３３】
ところで、同期コントローラ３９から電源（２）７’にトリガ信号が送信されてから放電が開始するタイミングには、バラツキがある。例えば、電源（２）７’には磁気パルス圧縮回路が搭載されていて、磁気スイッチに印加される電圧が変われば、放電が開始するタイミングも変化する。通常、図１では図示を省略したエネルギーモニターの結果を基に、印加電圧を制御するエネルギー一定制御が行われるため、増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスに印加される電圧も変化する。このような現象をジッターと呼ぶことにする。また、印加電圧が一定でも、電源（２）７’稼動時の発熱により、回路定数が変化し、それに伴い、放電が開始するタイミングが変化する。このような現象をドリフトと呼ぶことにする。
【０１３４】
このようなジッターやドリフトといった現象により、電源（２）７’にトリガ信号が入力されて実際に放電が開始するまでの時間にはバラツキが存在する。よって、場合によっては同期時間ＴSYC 内で増幅段レーザ放電開始タイミングＴＡを取るように制御しても、増幅段レーザ２０の放電が同期時間ＴSYC 外で発生してしまう場合もある。このようなバラツキの幅は事前に実験等で求めることが可能なので、同期時間ＴSYC 内での増幅段レーザ放電開始タイミングＴＡは、このようなバラツキ幅を考慮して定めるのが望ましい。
【０１３５】
例えば、同期コントローラ３９は同期時間ＴSYC の略１／２の時点で放電が発生するように、電源（２）７’にトリガ信号を送信し、バラツキの幅が同期時間ＴSYC 内に納まるようにする。
【０１３６】
ところで、図６に示したタイミング例では、同期時間ＴSYC はレーザパルス持続時間ｔ１〜ｔ２と等しくなっている。従来例において説明したように、実際は、発振段レーザパルス内の瞬時レーザエネルギーは２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行える強度である必要がある。前記したように、レーザパルスの開始点近傍や終点近傍では、瞬時のレーザパワーが小さすぎる可能性が有る。この点を考慮すれば、同期時間ＴSYC 内での同期タイミングは、時刻ｔ１よりも遅く、ＴSYC の終点は時刻ｔ２よりも早く設定する方が望ましい。
【０１３７】
例えば、上記バラツキ幅を考慮したときと同様、同期コントローラ３９は、レーザパルスの開始点近傍や終点近傍ではなく、同期時間ＴSYC の略１／２の時点で放電が発生するように、電源（２）７’にトリガ信号を送信する。
【０１３８】
上記の第１例のアルゴリズムの変形例について説明する。
【０１３９】
上記の第１例のアルゴリズムでは、ステップＳ１０２で、同期期間ＴSYC を固定して、その後、ステップＳ１０３で、増幅段レーザ２０の動作を同期していたが、レーザの繰り返し周波数が、例えば数ｋＨｚと高繰り返し動作になってくると、毎パルス毎、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４を繰り返すのが困難になる場合がある。
【０１４０】
このような場合は、発振段レーザ１０におけるレーザパルス発生時間の固定制御（図３のステップＳ１０２）と、増幅段レーザ２０の同期制御（図３のステップＳ１０３以降）を並行して行う。
【０１４１】
以下、図７を用いてこの変形例を説明する。ステップＳ１０２の発振段レーザパルス発生時間の固定制御におけるデータ転送ステップ（ステップＳ１０２２）の後、サイドライトの起点を時間原点として発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定するステップＳ１０２３に進むと同時に、電源（２）７’へのトリガ信号送出ステップＳ１０３に進む。
【０１４２】
すなわち、発振段レーザ１０のサイドライトの起点を検出したら、ステップＳ１０２とステップＳ１０３を並行して行うので、ステップＳ１０３はステップＳ１０２を経ずに行われ、高繰り返し動作にも対応可能となる。
【０１４３】
なお、発振段レーザ１０稼動直後からこのような並行動作を行うと、所望のスペクトル線幅が得られない条件で増幅段レーザ２０からレーザビームが出射される場合もあるので、当初はステップＳ１０２までのみを行い、所定時間経過後、このような並行動作を行うことが好ましい。
【０１４４】
また、図示は省略したが、チャンバー１内のガス劣化等によりステップＳ１０２５での制御が不能となった場合は、発振段レーザ１０の動作を停止して増幅段レーザ２０の同期も中止し、発振段レーザ１０のチャンバー１内のレーザガスを全交換して、ステップＳ１０１に戻り、発振段レーザ１０の動作を再開して、上記並行動作を行う。なお、上記したように、最初はステップＳ１０２の単独動作が望ましい。
【０１４５】
次に、第２例のアルゴリズムについて説明する。
【０１４６】
この例のフローチャートを図８に示す。
【０１４７】
上記第１例のアルゴリズムでは、同期期間ＴSYC を固定制御して、その後、所定のタイミングで増幅段レーザ２０の動作を同期していた。本アルゴリズムでは、同期期間ＴSYC を設定後は、固定制御せずに、増幅段レーザ２０の動作を行う。同時に、増幅段レーザ２０からのレーザビームの一部を取り出してレーザスペクトルセンサー４１でスペクトル線幅を測定し、測定値が所定範囲外のときは、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０の動作を停止し、同期期間ＴSYC を設定しなおす。
【０１４８】
以下、図８を用いて説明する。ステップＳ２０１で、発振段レーザパルスの発生時間を設定する。すなわち、発振段レーザ１０のサイドライトの立ち上がり（起点）を時間原点とした発振段レーザパルスの発生時間を所定の時間に設定する。上記設定方法は、例えば、図４のステップＳ１０２の手順を採用する。なお、ステップＳ１０２２で、同期コントローラ３９にレーザサイドライトの立ち上がり（起点）データを送出する必要はない。
【０１４９】
ステップＳ２０１で時間設定終了後、ステップＳ２０２において、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して、電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１５０】
次いで、ステップＳ２０３で、サイドライトセンサー３２でサイドライトの立ち上がり（起点）を検出し、次のステップＳ２０４で、サイドライトの立ち上がり（起点）データを同期コントローラ３９に送出する。
【０１５１】
発振段レーザパルス波形の発生時間（サイドライトの立ち上がり起点を原点とした発生開始時間、終了時間）を所定時間に設定することにより、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻が設定される。
【０１５２】
次いで、ステップＳ２０５で、同期コントローラ３９は、上記同期期間ＴSYC 内に存在するように定められた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように、電源（２）７’にトリガ信号を送出し、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１５３】
ここで、この第２例のアルゴリズムでは、ステップＳ２０１で同期期間ＴSYC を設定後は、固定制御は行っていない。よって、発振段レーザ１０の動作条件の変化（レーザガスの劣化等）が発生すると、発振段レーザパルス波形の発生時間（サイドライトの立ち上がり起点を原点とした発生開始時間、終了時間）も変化し、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻も変わってくることになる。すなわち、予め定められた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡが同期期間ＴSYC から外れる可能性も出てくる。
【０１５４】
そこで、ステップＳ２０６で、増幅段レーザ２０のレーザビーム出射側にビームスプリッター４２を配置してレーザビームの一部分を取り出し、レーザスペクトルセンサー４１でスペクトル線幅を検出する。検出データは、レーザパルスコントローラ３８で、スペクトル線幅が所定範囲内あるかどうか判断され、Ｎｏの場合は、ステップＳ２０７で、発振段レーザ１０のレーザ動作が停止され、再びステップＳ２０１で、発振段レーザパルスの発生時間を設定しなおす。
【０１５５】
一方、ステップＳ２０６で判断がＹｅｓの場合は、パルス毎にステップＳ２０３〜Ｓ２０６の手順を繰り返す。
【０１５６】
この例のアルゴリズムは、同期期間ＴSYC を設定後は、固定制御せずに、増幅段レーザ２０の動作を行うので、制御システムが簡単になる。また、第１例のアルゴリズムの変形例（図７）と同様、高繰り返し動作にも対応可能となる。
【０１５７】
なお、この例において、検出データからスペクトル線幅が所定範囲外にあると判断されたとき、レーザパルスコントローラ３８は外部に異常信号を発信するようにしてもよい。
【０１５８】
次に、第３例のアルゴリズムについて説明する。
【０１５９】
上記第１例のアルゴリズム、第２例のアルゴリズムでは、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻を固定して制御していたが、第３例のアルゴリズムのように、線幅特性から所望のスペクトル線幅Ａとなる時刻Ｔ１以降に発振段レーザ１０からのレーザパルスが存在するようにして、その都度、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻を算出後、算出した同期期間ＴSYC に基づき所定のタイミングで増幅段レーザ２０の動作を同期させるようにしてもよい。
【０１６０】
以下、第３例のアルゴリズムを図９を用いて説明する。
【０１６１】
まず、ステップＳ３０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１６２】
次いで、ステップＳ３０２で、サイドライトセンサー３２、レーザパルスセンサー３４により、サイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形を検出し、次のステップＳ３０３で、検出データをレーザパルスコントローラ３８に送出する。
【０１６３】
次いで、ステップＳ３０４で、レーザパルスコントローラ３８は、受信したサイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形データから、サイドライトの起点を原点として発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定する。
【０１６４】
次いで、ステップＳ３０５で、レーザパルスコントローラ３８は、ステップＳ３０４で特定した発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）のデータ、並びに、レーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在するかどうかを判定する。すなわち、
Ｔ１＜ｔ１ ・・・（３）
又は、
ｔ１≦Ｔ１≦ｔ２ ・・・（４）
となるかどうかを判定する。
【０１６５】
ここで、（３）式又は（４）式が成立しないと判断された場合、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても、増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。したがって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、ステップＳ３０６で、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０１６６】
ステップＳ３０６において、印加電圧を制御する場合、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量減少させるように指示して、印加電圧を減少させる。
【０１６７】
ステップＳ３０６において、Ｆ2 濃度を制御する場合、Ｆ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７にＦ2 濃度を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。その後、ガスコントローラ３７は圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ１を開け（このとき、バルブＶ２は閉状態）、バッファーガスをレーザチャンバー１内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ１を閉じる。すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のＦ2 濃度を減少させる。
【０１６８】
ステップＳ３０６において、レーザガス圧力を制御する場合、全圧の減少によりＦ2 濃度が減少してレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。
【０１６９】
ステップＳ３０６の終了後、ステップＳ３０２〜Ｓ３０５の動作を繰り返す。
【０１７０】
ステップＳ３０６において、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在する、すなわち、（３）式又は（４）式が成立すると判断された場合、ステップＳ３０７において、レーザコントローラ３８は、増幅段レーザ２０を同期発振させる同期期間ＴSYC を算出し、そのデータを同期コントローラ３９に送信する。
【０１７１】
すなわち、
ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（２）
若しくは、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
という時間範囲が算出される。
【０１７２】
次いで、ステップＳ３０８で、同期コントローラ３９は、同期期間ＴSYC 内に増幅段レーザ２０の放電を開始させるように、電源（２）７’にトリガ信号を送信し、次のステップＳ３０９で、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１７３】
この第３例のアルゴリズムは、その都度、同期期間ＴSYC の幅、サイドライト起点という時間原点からの開始時刻を算出しているので、発振段レーザパルスのレーザパルス幅が変化しても対応可能である。なお、上記算出後、増幅段レーザ２０の動作を同期させているので、高繰り返し条件になってくると、本アルゴリズムを行うことが困難になる可能性もある。
【０１７４】
次に、第４例のアルゴリズムについて説明する。
【０１７５】
発振段レーザパルス内の瞬時レーザエネルギー（増幅段レーザ２０と同期を取るときの瞬時エネルギー）は、２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行える強度である必要がある。第４例のアルゴリズムでは、発振段レーザ１０のパルスエネルギーを測定し、それが所定値Ｂ以上になるように制御する。増幅段レーザ２０は、発振段レーザ１０のパルスエネルギー、充電電圧、ガス条件、ショット数等のパラメータと同期時間との関係を示すテーブルを持ち、そのテーブルに基づき同期を取るように制御する。
【０１７６】
以下、図１０のフローチャートを用いて説明する。
【０１７７】
まず、ステップＳ４０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１７８】
次いで、ステップＳ４０２で、サイドライトセンサー３２より、発振段レーザ１０のサイドライトの立ち上がり（起点）を検出すると共に、レーザパルスセンサー３４で発振段レーザ１０のレーザパルスエネルギーＥを検出し、次のステップＳ４０３で、サイドライトの立ち上がり（起点）データを同期コントローラ３９に送出すると共に、レーザパルスエネルギーＥのデータをレーザパルスコントローラ３８に送出する。なお、この第４例のアルゴリズムにおけるレーザパルスセンサー３４は、レーザパルスエネルギーを測定する機能を有するものである。
【０１７９】
次いで、ステップＳ４０４において、レーザパルスコントローラ３８は、受信したレーザパルスエネルギーＥのデータ（測定値をＥとする。）と、予め記憶しておいた２ステージレーザにおいて十分なレーザ増幅が行えるエネルギー値Ｂと比較する。
【０１８０】
ステップＳ４０４でＥ＜Ｂと判断されたときは、ステップＳ４０５で、Ｅ≧Ｂとなるように発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整後、ステップＳ４０２に戻る。
【０１８１】
ステップＳ４０４でＥ≧Ｂと判断された場合、ステップＳ４０６で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７の充電電圧データ、チャンバー１内ガス圧データ、パルス数等の発振段レーザ１０の動作パラメータデータを同期コントローラ３９に送出する。
【０１８２】
同期コントローラ３９は、発振段レーザ１０の動作パラメータデータに対応する同期期間ＴSYC データのテーブルを持っている。次のステップＳ４０７で、受信した発振段レーザ１０の動作パラメータデータより対応する同期期間ＴSYC データを呼び出し、サイドライトの立ち上がり（起点）データと用いて、サイドライト起点という時間原点からの同期期間ＴSYC の開始時刻を算出し、上記同期期間ＴSYC 内に存在するように定められた増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにて増幅段レーザ２０の放電が開始するように電源（２）７’にトリガ信号を送出し、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０１８３】
なお、本アルゴリズムにおいては、レーザパルスエネルギーが所定値Ｂ以上であれば、必ず増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにおける発振段レーザパルス内の瞬時エネルギーが同期に必要な最小限のエネルギー以上であることを前提としたものである。
【０１８４】
この第４例のアルゴリズムは、発振段レーザ１０の動作パラメータに対応した同期期間ＴSYC データを用いて増幅段レーザ２０の動作を行うので、制御システムが簡単になる。また、第１例のアルゴリズムの変形例と同様、同期期間ＴSYC を算出するものではないので、高繰り返し動作にも対応可能となる。
【０１８５】
次に、第５例のアルゴリズムについて説明する。
【０１８６】
上記第４例のアルゴリズムでは、レーザパルスエネルギーが所定値Ｂ以上であれば、必ず増幅段レーザ２０の放電開始タイミングＴＡにおける発振段レーザパルス内の瞬時エネルギーが同期に必要な最小限のエネルギー以上であることを前提としていた。第５例のアルゴリズムでは、同期に必要な必要最小エネルギーをＥmin 、Ｔ１の時間以降でＥmin 以上であるレーザパルス時間をＴ’としたとき、この時間Ｔ’時間内で２台のレーザの同期を行い、所望の線幅以下で２台のレーザの同期を実現させるようにしたものである。以下に図を用いて詳細に説明する。
【０１８７】
図１１において、線幅特性は時刻Ｔ１以降において所望のスペクトル線幅Ａ以下となる。また、発振段レーザ１０のレーザパルスの持続時間内に時刻Ｔ１は存在している（ｔ１＜Ｔ１＜ｔ２：ｔ１はレーザパルスの始点、ｔ２はレーザパルスの終点）。よって、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は上記した式（１）のように設定される。すなわち、
Ｔ１≦ＴSYC ≦ｔ２ ・・・（１）
一方、シードレーザパルス内の瞬時エネルギーの観点から、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は、時間Ｔ１’〜Ｔ２’内に設定される。
【０１８８】
Ｔ１’≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ・・・（７）
図１１の場合、Ｔ１’＜Ｔ１であるので、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は時間Ｔ１〜Ｔ２’内に設定される。
【０１８９】
Ｔ１≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ・・・（８）
図１２に示すような場合、Ｔ１＜Ｔ１’であるので、増幅段レーザ２０の放電を開始させる時間の存在する期間ＴSYC は時間Ｔ１’〜Ｔ２’内に設定される。
【０１９０】
Ｔ１’≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ・・・（７）
レーザパルスが図１３に示す実線のような場合、時刻Ｔ１以降の時間に発振段レーザ１０からのレーザパルス（シードレーザパルス）は存在しているが、その時間内においてシードレーザパルス内の瞬時エネルギーは、必要最小エネルギーＥmin を下回っている。このような状態では、同期を取ることは不可能となる。したがって、その場合は、例えば図１３に示すように、サイドライトの起点からのレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせて（図１３の一点鎖線で示したレーザパルス）、時刻Ｔ１が時刻Ｔ２’よりも前に存在するように制御する。
【０１９１】
本発明者等の実験により、レーザパルスの立ち上がり開始時間を遅くするためには、発振段レーザ１０の利得を低減することが有用であることが分かっている。すなわち、発振段レーザ１０の利得を低減させるために、レーザチャンバー１内に充填されたレーザガス中のＦ2 濃度の低減、レーザガス全圧の低減、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に設置されている一対の電極２へ印加する印加電圧の低減等を実施することにより、レーザ発振利得を低減させることができる。
【０１９２】
具体的には、レーザパルスコントローラ３８がガスコントローラ３７及び／又は電源（１）７に制御指令を送出し、上記パラメータの少なくとも１つを制御する。
【０１９３】
なお、図１３では、時刻Ｔ１が時刻Ｔ１’〜Ｔ２’の間に存在するようにレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせたが、図１２のように、時刻Ｔ１が時刻Ｔ１’の前に存在するように遅らせてもよい。
【０１９４】
レーザ発振条件によっては、シードレーザパルス内の瞬時エネルギーが必要最小エネルギーＥmin を上回っている時間領域が複数ある場合も想定され得る。図１４に、上記時間領域が２つ存在する場合を示す。この場合は、時刻Ｔ１と上記複数の時間領域との関係を判断する。
【０１９５】
Ｔ１＜Ｔ１’の場合、
Ｔ１’≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ｏｒ Ｔ３’≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（９）
Ｔ１’＜Ｔ１＜Ｔ２’の場合、
Ｔ１≦ＴSYC ≦Ｔ２’ ｏｒ Ｔ３’≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（１０）
Ｔ２’＜Ｔ１＜Ｔ３’の場合、
Ｔ３’≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（１１）
Ｔ３’＜Ｔ１＜Ｔ４’の場合、
Ｔ１≦ＴSYC ≦Ｔ４’ ・・・（１２）
Ｔ４’＜Ｔ１の場合、同期不可能。この場合、サイドライトの起点からのレーザパルスの立ち上がり開始時間を遅らせて、時刻Ｔ１が式（９）、（１０）、（１１）、（１２）の何れかの条件を満たすように制御する。
【０１９６】
ここで、式（９）、（１０）の場合、ＴSYC が存在しうる範囲が複数あるが、その中の任意の１つを選択すればよい。選択基準としては、例えば、上記複数の選択範囲の中、発振段レーザ１０のサイドライトの起点から一番遅く存在する範囲であってもよい。また、上記複数の選択範囲の中、一番時間幅が長い範囲であってもよい。
【０１９７】
図１５にこの第５例のアルゴリズムを示す。
【０１９８】
まず、ステップＳ５０１で、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７にトリガ信号を送信して電源（１）７から発振段レーザ１０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて、発振段レーザ１０のレーザ発振を開始する。
【０１９９】
次いで、ステップＳ５０２で、サイドライトセンサー３２、レーザパルスセンサー３４により、サイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形を検出し、次のステップＳ５０３で、検出データをレーザパルスコントローラ３８に送出する。
【０２００】
次いで、ステップＳ５０４で、レーザパルスコントローラ３８は、受信したサイドライトの立ち上がり（起点）及びレーザパルスの時間的パルス波形データから、サイドライトの起点を原点として発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）を特定する。ｔ１、ｔ２については、例えば図１６を参照。
【０２０１】
そして、ステップＳ５０５で、レーザパルスコントローラ３８は、上記受信データ並びにレーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた必要最小エネルギーＥmin のデータを用いて、発振段レーザ１０のレーザパルス波形において必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）を特定できるかどうか判定する。Ｔ１’，Ｔ２’については、例えば、図１６を参照。
【０２０２】
ステップＳ５０５において、サイドライトの起点を原点とした上記レーザパルス波形に必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在しないと判断された場合（図１６のレーザパルス▲２▼）、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても増幅されたレーザビームを取り出せないので、発振段レーザパルスの光強度を上昇させる。そのために、ステップＳ５０６で、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０２０３】
ステップＳ５０６において、印加電圧を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量上昇させるように指示して、印加電圧を上昇させる。
【０２０４】
ステップＳ５０６において、Ｆ2 濃度を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にＦ2 濃度を増加させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、バルブＶ２を開き、圧力計４０からの圧力データを観測しながら希釈Ｆ2 ガスを所定量レーザチャンバー１に充填後、バルブＶ２を閉じる。この状態では、レーザガス圧力は希釈Ｆ2 ガスを充填した分増加することになるので、バルブＶ３を開け、圧力計４０からの圧力データを観測しながら所定量レーザガスを排気してレーザガス圧を調整後、バルブＶ３を閉める。
【０２０５】
ステップＳ５０６において、レーザガス圧力を制御する場合、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を増加させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、バルブＶ１を開き、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバッファーガスを所定量レーザチャンバー１に充填後、バルブＶ１を閉じる。この状態では、レーザガス中のＦ2 ガス濃度はバッファーガスを充填した分減少することになるので、Ｆ2 ガス濃度を維持するのであれば、バルブＶ２を開け、圧力計４０からの圧力データを観測しながら所定量希釈Ｆ2 ガスを充填後、バルブ２を閉める。なお、Ｆ2 ガス濃度を維持する必要がない場合は、バルブＶ２の開閉動作は省略可能となる。
【０２０６】
ステップＳ５０６が終了後、ステップＳ５０２〜Ｓ５０５の動作を繰り返す。
【０２０７】
ステップＳ５０５において、サイドライトの起点を原点とした上記レーザパルス波形に必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在すると判断された場合（図１６のレーザパルス▲１▼）、ステップＳ５０７において、レーザパルスコントローラ３８は、ステップＳ５０４で特定した発振段レーザ１０のレーザパルス波形の始点及び終点の時刻（ｔ１、ｔ２）のデータ、並びに、レーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在するかどうかを判定する。すなわち、
Ｔ１＜ｔ１ ・・・（３）
又は、
ｔ１≦Ｔ１≦ｔ２ ・・・（４）
となるかどうかを判定する。
【０２０８】
ここで、（３）式又は（４）式が成立しないと判断された場合（図１７のレーザパルス▲３▼）、発振段レーザパルスには必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在するものの、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。よって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、ステップＳ５０８において、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０２０９】
ステップＳ５０８において、印加電圧を制御する場合、印加電圧の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、電源（１）７に電極２への印加電圧の値を所定量減少させるように指示して、印加電圧を減少させる。
【０２１０】
ステップＳ５０８において、Ｆ2 濃度を制御する場合、Ｆ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８は、ガスコントローラ３７にＦ2 濃度を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。その後、ガスコントローラ３７は圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ１を開け（このとき、バルブＶ２は閉状態）、バッファーガスをレーザチャンバー１内に充填し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ１を閉じる。すなわち、レーザガスを所定量排気し、同量のバッファーガスを充填することにより、レーザガス中のＦ2 濃度を減少させる。
【０２１１】
ステップＳ５０８において、レーザガス圧力を制御する場合、全圧の減少によりＦ2 濃度の減少によりレーザの利得が減少しレーザパルスの立ち上がりの起点が遅くなるので、レーザパルスコントローラ３８はガスコントローラ３７にレーザガス圧力を減少させるよう指示する。指示を受けたガスコントローラ３７は、圧力計４０からの圧力データを観測しながらバルブＶ３を開けてレーザチャンバー１内のレーザガスを排気し、レーザガス圧力が所定圧力になったら、バルブＶ３を閉じる。
【０２１２】
ステップＳ５０８が終了後、ステップＳ５０２〜Ｓ５０７の動作を繰り返す。
【０２１３】
ステップＳ５０７において、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在する、すなわち、（９）式又は（１０）式が成立すると判断された場合（例えば、図１７のレーザパルス▲４▼）、ステップＳ５０９において、レーザコントローラ３８は、上記必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）並びにレーザパルスコントローラ３８内又は外部に記憶しておいた線幅特性のデータベースから呼び出した所望のスペクトル線幅となる時刻Ｔ１のデータを用いて、発振段レーザ１０のレーザパルス波形において時刻Ｔ１以降に瞬時エネルギー≧Ｅmin となる時間領域が存在するかを判定する。すなわち、図１１や図１２のように、
Ｔ１’＜Ｔ１＜Ｔ２’ ・・・（１３）
又は
Ｔ１＜Ｔ１’＜Ｔ２’ ・・・（１４）
となるかどうかを判定する。
【０２１４】
ここで、（１３）式又は（１４）式が成立しないと判断された場合（図１７のレーザパルス▲３▼）、発振段レーザパルスには必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）が存在し、かつ、時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在するするものの、発振段レーザパルスをシードレーザパルスとして増幅段レーザ２０に注入しても、増幅されたレーザビームのスペクトル線幅は所望のスペクトル線幅Ａを実現することはできない。よって、発振段レーザパルスの立ち上がり時間ｔ１を遅らせる必要がある。そのために、ステップＳ５１０で、発振段レーザ１０のレーザチャンバー１内に封入されたレーザガス中のＦ2 濃度、レーザガス全圧又は一対の電極２に印加する印加電圧の少なくとも１つを調整する。
【０２１５】
ステップＳ５１０は、ステップＳ５０８と同等の制御であり、ステップＳ５１０が終了後、ステップＳ５０２〜Ｓ５０９の動作を繰り返す。
【０２１６】
ステップＳ５０９において、発振段レーザ１０のレーザパルス波形において時刻Ｔ１以降に瞬時エネルギー≧Ｅmin となる時間領域が存在すると判断された場合（例えば、図１１、図１２）、ステップＳ５１１において、レーザパルスコントローラ３８は、増幅段レーザ２０を同期発振させる同期期間ＴSYC を算出し、そのデータを同期コントローラ３９に送信する。
【０２１７】
なお、ステップＳ５０９において、瞬時エネルギー≧Ｅmin となる時間領域が図１４に示すように複数存在する場合には、上記したように、その中の任意の１つを選択する。選択基準としては、例えば、上記複数の選択範囲の中、発振段レーザ１０のサイドライトの起点から一番遅く存在する範囲とする。あるいは、一番時間幅が長い範囲とする。
【０２１８】
次いで、ステップＳ５１２において、同期コントローラ３９は同期期間ＴSYC 内に増幅段レーザ２０の放電を開始させるように、電源（２）７’にトリガ信号を送信し、次のステップＳ５１３で、電源（２）７’から増幅段レーザ２０の一対の電極２に高電圧パルスを印加させて放電を発生させ、増幅段レーザ２０での増幅動作を開始させる。
【０２１９】
この第５例のアルゴリズムにおいては、同期に必要な必要最小エネルギーＥmin が存在する時間も考慮しているので、確実に同期を取ることが可能となる。
【０２２０】
さて、以下に上記の本発明に基づく具体的なＦ2 レーザ動作例を説明する。
【０２２１】
本発明の上記の第１例のアルゴリズムの変形例（図３、図７）を用いて、発振段レーザ１０のバッファーガスをＨｅ、Ｎｅとして、Ｆ2 レーザ装置を動作させた。その結果を図１８に示す。
【０２２２】
ここで、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０の何れもＦ2 濃度は０．０５〜０．１％であり、増幅段レーザ２０のバッファーガスはＨｅ、レーザガス圧力は３０００ｈｐａであった。第１例のアルゴリズムの変形例の採用により、増幅段レーザ２０から放出されるレーザパルスのスペクトル線幅は、所望のスペクトル線幅（０．２ｐｍ）以下に維持することができた。
【０２２３】
しかしながら、繰り返し周波数が２ｋＨｚを超えると、発振段レーザ１０のバッファーガスがＮｅガスのときには、増幅段レーザ２０から取り出されるレーザビームの出力は所望値（５ｍＪ）以下となった。
【０２２４】
これは、前記したように、Ｎｅガスは放電抵抗等のガス特性の違いにより、Ｈｅガスと比べて放電時に電界集中が起こりやすく、特に高繰り返し時に放電が不安定になりやすいこと、また、質量がＨｅガスより重いのでレーザチャンバー１内でのクロスフローファンによるガス循環速度を高速度にすることが困難で、高繰り返し時に放電と放電の間にガス循環により行われる放電領域のガス交換が不十分となり、やはり放電が不安定となってしまうことにより、発振段レーザ１０からのシードレーザビームの出力が低下したためと考えられる。
【０２２５】
一方、発振段レーザ１０のバッファーガスがＨｅガスのときには、少なくとも繰り返し周波数が５ｋＨｚまで、増幅段レーザ２０から取り出されるレーザビームの出力が所望値以上となった。
【０２２６】
次に、増幅段レーザ２０のレーザガス圧力特性をみるために、上記の第１例のアルゴリズムの変形例を用いて、発振段レーザ１０のバッファーガスをＨｅとしてＦ2 レーザ装置を動作させた。その結果を図１９に示す。
【０２２７】
ここで、発振段レーザ１０、増幅段レーザ２０の何れもＦ2 濃度は０．０５〜０．１％であり、バッファーガスはＨｅガスである。図示は省略したが、各条件における増幅段レーザ２０から放出されるレーザパルスのスペクトル線幅は、何れも所望のスペクトル線幅（０．２ｐｍ）以下に維持することができた。
【０２２８】
増幅段レーザ２０の主電極２への印加電圧Ｖｓ＝２０ｋＶ以上であって、増幅段レーザ２０のレーザガス圧力が２５００〜４０００ｈＰａのとき、レーザビームの出力は所望値（５ｍＪ）以上となった。
【０２２９】
しかしながら、レーザガス圧力が２５００ｈＰａ未満（図１９の２０００ｈＰａ）のときには、増幅段レーザ２０から取り出されるレーザビームの出力は所望値（５ｍＪ）以下となった。
【０２３０】
このように、増幅段レーザ２０の主電極２への印加電圧Ｖｓ＝２０ｋＶ以上であっても、レーザガス圧力が２５００ｈＰａ未満（図１９の２０００ｈＰａ）のときに所望出力が得られないのは、レーザガスにレーザ発振を起こす誘導放出のために必要な分子等が十分存在しないためである。
【０２３１】
一方、増幅段レーザ２０の主電極２への印加電圧Ｖｓ＝２０ｋＶ以上であっても、レーザガス圧力が４０００ｈＰａ以上（図１９の４５００ｈＰａ）のとき、所望出力が得られないのは、放電時に電界集中が起こりやすくなって放電が不安定になり、レーザガス中へのエネルギー注入が不十分になるためである。
【０２３２】
なお、上記した本発明を適用した２ステージレーザシステムは、Ｆ2 レーザ装置に限定されず、ＫｒＦレーザ装置、ＡｒＦレーザ装置にも適用可能であり、スペクトル線幅が露光装置からの要求線幅以下で、かつ、パルスエネルギーが５ｍＪ以上のレーザビームを得ることができるようになる。
【０２３３】
以上、本発明の２ステージレーザシステムをその原理と実施例の説明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。
【０２３４】
【発明の効果】
以上の本発明により、発振段と増幅段の２台以上のレーザを用いる２ステージレーザシステム、例えば、インジェクションロック方式、ＭＯＰＡ方式のレーザシステムにおいて、発振段レーザの積分スペクトル特性が所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度でなくても、所望のスペクトル線幅又はスペクトル純度を所望の高出力で得られる。特に、Ｆ2 レーザ装置においては、超狭帯域化発振段レーザにＨｅバッファーガスを用いることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２ステージレーザシステムの１つの構成例を示す図である。
【図２】本発明の２ステージレーザシステムの制御の概要を説明するための図である。
【図３】本発明の第１例のアルゴリズムの全体の流れを示すフローチャートである。
【図４】第１例のアルゴリズムの発振段レーザパルス発生時間の固定制御のフローチャートである。
【図５】第１例のアルゴリズムにおけるレーザパルスの始点と終点について説明するための図である。
【図６】同期時間がレーザパルス持続時間と等しくなるタイミング例を示す図である。
【図７】第１例のアルゴリズムの変形例のフローチャートである。
【図８】第２例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図９】第３例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図１０】第４例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図１１】線幅特性が時刻Ｔ１以降において所望のスペクトル線幅Ａ以下となるレーザパルスの例を示す図である。
【図１２】同期に必要な必要最小エネルギーＥmin になる時刻Ｔ１’が時刻Ｔ１より後となるレーザパルスの例を示す図である。
【図１３】時刻Ｔ１以降の時間に存在するレーザパルスの瞬時エネルギーが必要最小エネルギーＥmin を下回っている場合のレーザパルスの例を示す図である。
【図１４】レーザパルス内の瞬時エネルギーが必要最小エネルギーＥmin を上回っている時間領域が複数ある場合のレーザパルスの例を示す図である。
【図１５】第５例のアルゴリズムのフローチャートである。
【図１６】レーザパルス波形において必要エネルギー存在範囲（Ｔ１’〜Ｔ２’）を特定できる場合とできない場合を示す図である。
【図１７】時刻Ｔ１以降に発振段レーザパルスが存在する場合と存在しない場合を示す図である。
【図１８】第１例のアルゴリズムの変形例を用いて発振段レーザのバッファーガスをＨｅ、ＮｅとしてＦ2 レーザ装置を動作させた結果を示す図である。
【図１９】増幅段レーザのレーザガス圧力特性をみるために、第１例のアルゴリズムの変形例を用いて発振段レーザのバッファーガスをＨｅとしてＦ2 レーザ装置を動作させた結果を示す図である。
【図２０】従来技術のＭＯＰＡ方式の２ステージレーザシステムの構成図を示す図である。
【図２１】インジェクションロック方式の場合の増幅段レーザの構成例を示す図である。
【図２２】波長選択素子としてエタロンとグレーティング５を用いた複合構成の狭帯域化モジュールの構成を示す図である。
【図２３】サイドライトとその後に立ち上がってくるとレーザパルスとの間の関係を示すレーザパルス波形、サイドライト波形、レーザパルス中のスペクトル線幅の時間的推移を示す図である。
【図２４】図２３（ａ）と（ｂ）のスペクトル線幅の時間的推移とレーザパルス波形をまとめた図である。
【図２５】従来技術の発振段レーザにおけるサイドライドの立ち上がりを起点としたときの狭帯域化レーザパルス波形と放電開始後に発生した光のスペクトル線幅変化との関係を示す説明図である。
【図２６】スペクトル線幅特性から所望のスペクトル線幅Ａが得られる時刻Ｔ１を求めることが可能であることを説明するための図である。
【図２７】サイドライトが立ち上がる時点を原点としたときの発振段線幅特性、発振段レーザパルス波形、増幅段サイドライト波形、増幅段レーザパルス波形の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザチャンバー
２…電極
３…狭帯域化モジュール
４…拡大プリズム
５…グレーティング（回折格子）
６…フロントミラー
７…電源（１）
７’…電源（２）
８…リアミラー
９…フロントミラー
１０…発振段レーザ（オシレーター）
１１…ウィンドー部材
１２…エタロン
１３…穴
２０、２０’…増幅段レーザ（アンプ）
２１…同期コントローラ
３１…窓部
３２…サイドライトセンサー
３３…ビームスプリッター
３４…レーザパルスセンサー
３５…ガス供給ライン
３５1 …バッファーガスを供給するためのライン
３５2 …Ｆ2 ガスを供給するためのライン
３６…排気ライン
３７…ガスコントローラ
３８…レーザパルスコントローラ
３９…同期コントローラ
４０…圧力計
４１…レーザスペクトルセンサー
４２…ビームスプリッター
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…バルブ
Claims (1)
- Ｆ2 を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバー内に放電電極を有し、レーザ共振器内に設置した波長選択素子を含む狭帯域化モジュールにより狭帯域化されたレーザビームを放出する発振段レーザ装置と、Ｆ2 を含むレーザガスが封入されたレーザチャンバー内に放電電極を有し、前記発振段レーザ装置から注入されるレーザパルスを増幅する増幅段装置とからなる２ステージレーザシステムにおいて、
前記発振段レーザ装置は、放電発光計測器とレーザビームの時間的パルス波形を計測するレーザパルス計測器と前記発振段レーザ装置の放電電極への印加電圧、レーザガス中のフッ素濃度、レーザガス圧力の中の少なくとも１つを制御可能なレーザパルスコントローラとを有し、
前記増幅段装置は、前記増幅段装置の放電発生を制御する同期コントローラを有し、
前記レーザパルスコントローラは、前記放電発光計測器からのデータ並びに前記レーザパルス計測器からのデータより、前記発振段レーザ装置からのレーザパルス内あるいはそれ以前に所望のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度まで挟帯域化された時点が存在するように、前記発振段レーザ装置の放電電極への印加電圧、レーザガス中のフッ素濃度、レーザガス圧力の中の少なくとも１つを制御して放電により発光する時点からレーザパルスが発生する時刻を設定し、次いで、前記レーザパルスコントローラは、前記設定されたレーザパルス内における所望のスペクトル線幅及び／又はスペクトル純度まで挟帯域化された時点以降であって前記レーザパルス内に存在する同期期間を求め、その同期期間データを前記同期コントローラに送信し、
前記同期コントローラは、前記レーザパルスコントローラからの同期期間データに基づき、前記同期期間に前記増幅段装置において放電が発生するよう制御することを特徴とする２ステージレーザシステム。
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