JP4912125B2 - 露光装置用狭帯域レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は狭帯域発振段レーザと増幅段レーザとからなる露光装置用の注入同期式放電励起レーザ装置に関し、特に、狭帯域発振段レーザからのシード光を有効に増幅段レーザに注入することができる露光装置用レーザ装置に関するものである。

近年、半導体露光装置用光源としてはエキシマレーザが使用されている。特に、６０ｎｍ以下のテクノロジーノードにおいては、高出力（４０Ｗ以上）でかつ超狭帯域化（０．２ｐｍ以下）にされたＡｒＦレーザ光源が採用されている
露光装置用光源のＡｒＦレーザ光源の要求を以下に示す。
１．高ドーズ安定性の確保と、高スループット化に伴い４０Ｗ以上の出力が要求されている。
２．投影レンズの高解像度化のために投影レンズの高ＮＡ化が進められている。高ＮＡ化にともなって、色収差が発生し、超狭帯域化（０．２ｐｍ以下）が要求される。
３．レーザ光源の超寿命化が要求されている。
上記光源の要求を満たすために、ダブルチャンバ方式（２ステージ方式）のＡｒＦレーザが実用化されている。ダブルチャンバ方式のレーザ装置の形態としては、アンプ側に共振器ミラーを設けないＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amprifier ）方式と共振器ミラーを設けるＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）方式とに大別される。
しかし、出力９０Ｗのような高出力化のために、増幅器（ＰＡ）または増幅段レーザ（ＰＯ）の光学素子（特にチャンバウインドやＯＣ）負荷が大きくなり、これら光学素子の寿命が課題となっており、レーザ光源の長寿命化が要求されるようになってきている。

特許文献１には、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置が開示されている。
特許文献１に記載のものは、発振段レーザ（ＭＯ）に狭帯域化するための狭帯域化モジュールを搭載し、スペクトル幅が非常に狭いレーザ光を出力し、このシード光を増幅器（ＰＡ）のチャンバの放電領域に注入してパワーを増幅することにより、超狭帯域かつ高出力を実現している。
また、特許文献２には、発振段レーザ（ＭＯ）からのシード光を、増幅段レーザ（ＰＯ）の低コヒーレンス共振器に注入するＭＯＰＯ方式のレーザ装置が提案されている。
低空間コヒーレンスのＭＯＰＯ方式を採用することにより、ＭＯＰＡ方式に比べて、ビーム品位をＭＯＰＡと同等に維持した状態で、高い増幅効率と長いパルス幅を実現している。
米国特許出願公開第２００２／０１５４６６８号明細書 国際公開第２００４／０９５６６１号パンフレット

図１５に上述したＭＯＰＯ方式のレーザ装置の構成例を示す。
同図において、発振段レーザ（ＭＯ）１０から放出されるレーザビームはシードレーザビームとして機能し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０はそのシードレーザ光を増幅する機能を有する。発振段レーザ（ＭＯ）１０、増幅段レーザ（ＰＯ）２０は各々レーザチャンバ１１，２１を有し、その内部にはレーザガスが満たされており、それぞれ内部には対向し、かつ所定距離だけ離間した一対の電極１ａ、２ａが設置され、これらの一対の電極１ａ，２ａに高電圧パルスが印加されることにより放電が発生する。

また、発振段レーザ１０と増幅段レーザ２０のチャンバ１１，２１には、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ウ部材１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂがそれぞれ設置されている。
発振段レーザ１０は拡大プリズム３ａとグレーティング（回折格子）３ｂによって構成された狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３を有し、この狭帯域化モジュール３内の光学素子と出力結合ミラー（ＯＣ）１４とでレーザ共振器を構成する。
発振段レーザ１０からのＭＯレーザ光（シード光）は高反射ミラー４ａ，４ｂで反射され、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６から注入される。このシード光に同期して、図示しない電源から放電電極２ａ間に電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、増幅した光の一部は出力結合ミラー（ＯＣ）２４を透過してレーザとして出力し、ＯＣ２４の反射光は再びチャンバ２１内にフィードバックされ共振する。

上記ＭＯＰＯ方式のレーザ装置においては、コンパクト化のため、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバを並列に配置する必要があり、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０間の距離が約１ｍ程度必要となっていた。このため以下のような２つの問題点が発生した。
（１）発振段レーザ（ＭＯ）から出力された光が、約１ｍ以上の光路を経て増幅段レーザ（ＰＯ）に達するため、増幅段レーザ（ＰＯ）の注入位置におけるビームサイズが大きくなり、増幅段レーザ（ＰＯ）に有効にシード光が注入されなかった。
例えば図１５において、発振段レーザ（ＭＯ）のビームがビーム幅Ｂとビーム広がり角αで出力されると、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の距離をＤとすると、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー位置でのＭＯレーザビームの大きさはＢ＋Ｄ×αとなる。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の近傍に配置されたスリット２３は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極２ａのギャップの以下の開口である。
もし、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ギャップが同じとすると、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６で注入されたビームはＤ×α分だけ広がる。この広がった光はＰＯ共振器で共振せず注入効率が低下する。

（２）発振段レーザ（ＭＯ）のビームの進む方向が変化すると増幅段レーザ（ＰＯ）の注入位置におけるビームの位置が変化してしまい、有効にシード光が注入されなかった。
すなわち、図１６に示すように、発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザの進む方向が下方向に変化すると増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の位置でビームの位置が上の方向に移動し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域に有効にシード光が注入できなくなり、増幅段レーザ（ＰＯ）２０での増幅効率が悪化した。そして、増幅段レーザ（ＰＯ）２０での放電領域をシード光が満たせない場合には自然発振のレーザ光が発生し、半導体露光装置用とし使用できなくなっていた。
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、発振段レーザ（ＭＯ）から出力されたビームを効率よく増幅段レーザ（ＰＯ）に注入することができ、また、発振段レーザ（ＭＯ）から出力されたビームの方向に変動があった場合でも、注入効率の変動を少なくすることができる露光装置用狭帯域レーザ装置を提供することである。

本発明においては、発振段レーザ（ＭＯ）の出口近傍におけるレーザビームを、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器の注入位置に共役系で転写結像させる。これにより、発振段レーザ（ＭＯ）からのシード光を効率よく増幅段レーザ（ＰＯ）に注入することができ、また、上記シード光の方向に変動があっても注入効率は変動を少なくすることができる。
すなわち、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）と共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）とからなる注入同期式放電励起レーザ装置において、狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）と上記増幅段レーザ（ＰＯ）の間に、狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）から放出される前記ＭＯレーザ光の出口近傍（レーザ光が出射する共振器ミラーもしくは共振器ミラーの直後に設けられた光学素子の出射側）におけるビームを転写して、このビーム転写像を前記ＰＯの共振器内の注入部（共振器ミラー面を含む平面上、もしくは共振器ミラー間に設けられた注入用ミラー面）に結像させる共役系の光学システムを設ける。
上記増幅段レーザ装置の共振器はリング共振器で構成され、上記共役系の光学システムによるビーム転写像は、上記ＭＯレーザ光を注入する出力結合ミラー上に結像して上記リング共振器内に注入される。
（２）上記（１）において、上記光学システムをシリンドリカルレンズから構成される共役系とする。
なお、上記共役系の光学システムを上記のようにシリンドリカルレンズで構成し、その集光部分にスリットを配置してもよい。該スリットは、その長手方向が、シリンドリカルレンズの集光方向に直交するように配置される。
また、上記共役系の光学システムを球面レンズで構成し、その集光部分にピンホールを配置してもよい。
（３）上記（１）（２）において、リング共振器は、部分反射コートされた出力結合ミラーと、第１〜第３の高反射ミラーから構成され、上記ＭＯレーザ光は、上記出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラー上に結像し、リング共振器内に注入され、上記第１の高反射ミラーで反射して放電空間内に傾いて入射し、上記第２、第３の高反射ミラーで折り返され、放電空間内に導かれる。
（４）上記（１）（２）において、リング共振器は、出力結合ミラーと、第１〜第３の高反射ミラーから構成され、上記出力結合ミラーは、部分反射コートされた部分と、反射防止コーとされた部分とが設けられ、上記出力結合ミラーと、第１の高反射ミラーのミラー面が交わる部分と、レーザ装置の光軸中心との距離と、第２、第３の高反射ミラーのミラー面が交わる部分とレーザ装置の光軸中心との距離とが等しくならないように配置され、上記ＭＯレーザ光は、上記出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラーの反射防止領域上に結像し、リング共振器内に注入され、上記第１の高反射ミラーで反射して放電空間内に傾いて入射し、上記第２、第３の高反射ミラーで折り返され、放電空間内に導かれる。
（５）上記（１）（２）において、リング共振器は、第１、第２の全反射直角プリズムから構成され、上記ＭＯレーザ光は、リング共振器内に配置された出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラー上に結像し、リング共振器内に注入され、上記第１の全反射直角プリズムに入射し、該第１の全反射プリズムの２つの面で反射して、電極ペアに平行な光軸で透過して増幅されずに第２の全反射直角プリズムに入射し、該第２の全反射プリズムの２つの面で反射して、放電空間に入射して増幅される。
（６）上記（１）（２）において、リング共振器は、第１、第２の全反射直角プリズムから構成され、リング共振器内には、上記ＭＯレーザ光をリング共振器内に注入するための出力結合ミラーが設けられ、上記出力結合ミラーは、高反射コートされた部分と、部分反射コートされた部分とが設けられ、上記第１の全反射直角プリズムの頂角の位置と、第２の全反射直角プリズムの頂角の位置は、レーザ装置の光軸中心に平行な軸に対して、ずれて配置されており、上記ＭＯレーザ光は、上記出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラーの高反射コートされた部分上に結像し、リング共振器内に注入され、上記第１の全反射直角プリズムに入射し、該第１の全反射プリズムの２つの面で反射して、電極ペアに平行な光軸で透過して増幅されずに第２の全反射直角プリズムに入射し、該第２の全反射プリズムの２つの面で反射して、放電空間に入射して増幅される。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）発振段レーザ（ＭＯ）の出口近傍のビームを転写して、この転写像を増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器の注入位置に転写結像させているので、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器の注入位置でシード光のビームは広がらず、発振段レーザ（ＭＯ）からのビームを効率よく増幅段レーザ（ＰＯ）に注入することができる。
（２）上記のように、発振段レーザ（ＭＯ）の出口近傍のビームを転写して、増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器の注入位置に転写結像させているので、発振段レーザ（ＭＯ）のビームの進行方向が変化しても、注入位置での転写像の位置は変化しない。このため、発振段レーザ（ＭＯ）からのビームを有効にシード光として増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器中に注入することができる。

図１は本発明の露光装置用狭帯域レーザ装置の基本構成を示す図である。
本発明のレーザ装置は、スペクトル線幅の狭いレーザ光を出力する発振段レーザ（ＭＯ）１０と、発振段レーザ１０が出力するレーザビームを、ビーム転写器５に導入するための高反射ミラー４ａと、このレーザビームを転写結像させるためのＭＯビーム転写器５を備える。
また、ＭＯビーム転写器５が出力する転写像を反射し増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器に導入する高反射（ＨＲ）ミラー４ｂと、発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ光を光共振器により増幅発振させるための増幅段レーザ（ＰＯ）２０を備える。
発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０はそれぞれにチャンバ１１，２１内に設置された一対の電極１ａおよび電極２ａの長手方向の軸延長上両端にウィンドウ部材１２ａ，１２ｂおよび２２ａ，２２ｂを有し、その両側には波形整形のためのスリット１３，２３がそれぞれ設置されている。

波長およびスペクトル波形モニタ３４およびパワーモニタ３８は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０から出力された光の光品位及びパルスエネルギを検出し、パワーモニタ３７は、発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギを検出する。
波長及びスペクトル波形コントローラ３３は、上記波長およびスペクトル波形モニタ３４の出力に基づき増幅段レーザ（ＰＯ）から出射されるレーザ光の波長及びスペクトル波形を制御する。また、エネルギコントローラ３０は、パワーモニタ３７，３８の出力に基づき、レーザのパルスエネルギをコントロールする。
また、ガスコントローラ３２は発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザガスをコントロールする。レーザコントローラ３１はレーザの全体を制御する。 同期コントローラ３５は増幅段レーザ（ＰＯ）２０に接続されているＰＯ電源２５と発振段レーザ（ＭＯ）１０に接続されているＭＯ電源１５の放電タイミングをコントロールする。

以下、図１に示すレーザ装置の構成と機能を説明する。
発振段レーザ（ＭＯ）１０はスペクトル線幅を狭くするために、プリズムビームエキスパンダ３ａとグレーティング（回折格子）３ｂを搭載した狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）３と、ＭＯ電源１５を搭載したレーザチャンバ１１とフロントミラー［出力結合ミラー（ＯＣ）１４］とからなっている。
ＬＮＭ３に配置されているグレーティング３ｂの分散方向（＝プリズム３ａのビーム拡大方向）は電極１ａの放電方向に対して垂直方向に配置されている。レーザチャンバ１１内にはバッファガスとＡｒガスとＦ₂ ガスが満たされており、ＭＯ電源１５から電極１ａ間に電圧を印加放電させることで放電し、この放電により励起されＡｒＦエキシマが形成される。
このＡｒＦエキシマからＡｒガスとＦに分離する時に１９３ｎｍの波長の光を発光する。１９３ｎｍの光をＬＮＭ３で波長選択することにより、スペクトル幅約４００ｐｍ→０．２ｐｍまで狭帯域化して、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力結合ミラー１４（ＯｕｔｐｕｔＣｏｕｐｌｅｒ）から出力される。発振段レーザ（ＭＯ）１０は高繰返し周波数でパルス発振し、その発光パルスの時間幅は約３０ｎｓである。

発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から出力された光は、高反射ミラー４ａを介してＭＯビーム転写器５に入力する。ここで、ＭＯビーム転写器５の出力ビーム幅が増幅段レーザ（ＰＯ）のビーム幅と同等となるようにＭＯビーム転写器５の倍率を設定する。すなわち、発振段レーザ（ＭＯ）１０の電極ギャップをＸとし、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ギャップをＹとすると、ＭＯビーム転写器５は、Ｘ：Ｙの倍率の共役系のビーム転写を行うよう構成する。
このＭＯビーム転写器５から出たビームは高反射ミラー４ｂを介して増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器のリアミラー２６に導入される。
ここで、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置におけるビームを、上記ＭＯビーム転写器５により、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６に結像させて、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力結合ミラー（ＯＣ２４）とレーザチャンバ２１とリアミラー２６で構成される安定共振器に注入される。なお、上記ビーム転写の詳しい光学システムに関しては、後述する図３で説明する。

また、上記高反射ミラー４ａとＭＯビーム転写器５の間には発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギをモニタするためのビームスプリッタ３７ａとパワーモニタ３７が配置されている。ここで検出された発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出値はエネルギコントローラ３０に入力される。
この発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの検出結果に基づいて、エネルギコントローラ３０は同期コントローラ３５を介してＭＯ電源１５に制御信号を送る。
発振段レーザ（ＭＯ）１０からきたシード光が、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器内に注入されると、シード光と同期して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電電極２ａ間で放電する。これにより、注入された光が光共振器内で増幅発振され、出力結合ミラー２４から増幅された光で出力される。
この出力された光はビームスプリッタ３８ａ，３８ｂによりサンプルされ、パワーモニタ３８によりパルスエネルギを検出し、その結果がエネルギコントローラ３０に送られる。エネルギコントローラ３０はこの検出結果に基づいて同期コントローラ３５を介して、ＰＯ電源２５及びＭＯ電源１５に制御信号を送る。

また、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の出力光をビームスプリッタ３８ａにより光サンプルし、波長及びスペクトル波形モニタ３４で、波長及びスペクトル波形を検出する。この検出結果は波長及びスペクトル波形コントローラ３３に送られ、ＬＮＭ３内にあるグレーティング３ｂの入射角度を変化させる機構（図示せず）に制御信号を送る。これにより、波長が制御される。
さらに、スペクトル波形も発振段レーザ（ＭＯ）１０のレーザ共振器内の光学素子の光波面を制御する（制御機構は図示していない）ことにより、スペクトル波形を制御できる。また、ガスコントローラ３２により、発振段レーザ（ＭＯ）１０のチャンバ１１のＦ₂ ガス濃度を制御することによってもスペクトル波形を制御することができる。
レーザコントローラ３１は、ＭＯ電源１５の印加電圧やＰＯ電源２５の印加電圧と、増幅段レーザ（ＰＯ）２０及び発振段レーザ（ＭＯ）１０のパルスエネルギの経時変化とに基づき、ガスコントローラ３２に対し、レーザガス（Ｆ₂ 、Ａｒ及びバッファガス）の補給及び排気を徐々に行なうように制御する。

以上説明したように、図１のような構成とすることにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置におけるビームを、ＭＯビーム転写器５によって、共役系で増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置に、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ギャップ２ａに合うような幅で転写することが可能であり、これにより、以下のメリットを得ることができる。
（１）発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたビームが全て増幅段レーザ（ＰＯ）の放電領域を満たすことができるため、発振段レーザ（ＭＯ）１０からのビームを高い注入効率で、増幅段レーザ（ＰＯ）２０へ注入することができる。
（２）発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力ビームの方向変動があっても、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置でのビームの位置変化がないため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域を満たすことができる。そのため注入効率の変動が少なく、増幅段レーザ（ＰＯ）からのレーザ出力を安定にすることができる。

以下、本発明について説明する。
１．第１の構成例
図２は本発明の前提となる第１の構成例を示す図である。図２は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、この共振器のリアミラー２６の位置に発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置のシード光の像を転写するようにした例を示す。
図２（ａ）にレーザの側面図を示し、図２（ｂ）に増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。なお、前記図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、図２では、図１に示した各種モニタ、コントローラ等は省略されている。
図２に示したものの発振段レーザ（ＭＯ）１０などの動作は、前記図１で説明したのと同様であり、以下では、主としてＭＯビーム転写器５の構成、機能、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の動作について説明する。
発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力された光は高反射ミラー４ａによりＭＯビーム転写器５に入射する。このＭＯビーム転写器５は集光レンズ５ａ、空間フィルタとして機能するピンホール５ｃ及びコリメータレンズ５ｂにより構成されている。集光レンズ５ａの焦点ｆ１の位置にピンホール５ｃが配置され、ピンホール５ｃとコリメータレンズ５ｂの間の距離はコリメータレンズ５ｂの焦点距離ｆ２である。

集光レンズ５ａの焦点の位置にピンホール５ｃが設置され発振段レーザ（ＭＯ）１０の光がピンホール５ｃを透過する。
そして光は広がり、コリメータレンズ５ｂにより平行光に変換される。この平行光は高反射ミラー４ｂにより反射され、図２（ｂ）に示すように、リアミラー２６の位置に発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置のビームを転写結像させる。
上記のように結像させるには、発振段レーザ（ＭＯ）１０ＯのＯＣ１４と集光レンズ５ａの距離がｆ１、かつ、コリメータレンズ５ｂとリアミラー２６との距離がｆ２となるように配置することで実現できる。
ここで空間フィルタとして機能するピンホール５ｃは、増幅段レーザ（ＰＯ）２０からの戻り光や増幅段レーザ（ＰＯ）の発振時のリアミラー２６からの漏れ光を除去するために設置している。
したがって、このピンホール５ｃの大きさは発振段レーザ（ＭＯ）１０からの出射角度が多少変化（±０．５ｍｒａｄ程度）しても透過するような大きさとなっている。

図２（ｂ）に示すように、部分反射（ＰＲ）膜と反射防止（ＡＲ）膜がコートされたリアミラー２６上に結像したシード光の一部は、リアミラー２６を透過する。このリアミラーの透過率の範囲は４０％から１０％であり、したがって、このリアミラーの反射率は、６０％から９０％の範囲となる。このシード光は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の光軸（対向する共振器ミラーの中心を結ぶ軸）に対して略平行に入射し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１に入力される。
ウインド２２ａを透過してチャンバ２１内に入射したシード光は、放電電極２ａ間を透過して増幅され、ウインド２２ｂを透過して部分反射（ＰＲ）膜と反射防止（ＡＲ）膜がコートされたＯＣ２４に入射する。ここで、このＯＣ２４の反射率の範囲は２０％から３０％である。そして透過光は、レーザ光として出力され、他の一部は反射し再びチャンバ２１に戻され、レーザチャンバ２１内で増幅され、リアミラー２６に入射反射して、再びチャンバ２１に入射する。この工程を繰り返すことによって、シード光が増幅発振する。

本例においては上記のようにピンホール５ｃを配置しているため、これが空間フィルタとして機能し、大きく角度がついた増幅段レーザ（ＰＯ）２０からの戻り光や、ビーム広がり角が大きな増幅段レーザ（ＰＯ）２０からのリアミラー２６からの漏れ光はピンホール５ｃで大部分除去される。このため安定な注入同期が可能となる。
なお、上記例では、集光レンズ５ａ及びコリメータレンズ５ｂとして球面レンズを採用しているが、これに限定されることなく、図２（ｂ）紙面に対して平行方向に集光するシリンドリカル形状の集光レンズを用い、空間フィルタは、ピンホールに代えてスリット形状のものを用いてもよい。このようにすることにより、空間フィルタの耐久性等が向上する。

図３に、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のリアミラー２６に転写結像させるための、共役系の光学システム（ビーム転写器）の実施例を示す。
図３（ａ）は、図２に示した球面レンズを組合せた場合の発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力ビームの転写結像の光学システム（ＭＯビーム転写器）の構成である。
なお、ＭＯビーム転写器５は集光レンズ５ａ、コリメータレンズ５ｂから構成されるが、この例では集光レンズ５ａの焦点ｆ１の位置にピンホール５ｃは配置されていない。
同図に示すように、発振段レーザ（ＭＯ）１０のチャンバ１１の電極ギャップをＸとすると、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から出力されるビームの幅は略Ｘとなる。
球面集光レンズ５ａの焦点距離をｆ１とすると、この球面集光レンズ５ａはＯＣ１４からｆ１の距離だけ離れた光軸上に配置される。この集光レンズ５ａを透過したＭＯレーザ光は集光レンズ５ａからｆ１の距離の光軸上の焦点位置で集光する。
この集光点から光は広がり、焦点距離ｆ２の距離の位置に配置された球面コリメータレンズ５ｂによりコリメートされる。このコリメート光は焦点距離ｆ２の位置に配置されたリアミラー２６に入射し、ここに発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の像が結像する。 ここで、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極ギャップをＹとすると、球面レンズ５ａの焦点距離ｆ１とコリメータレンズ５ｂの焦点距離ｆ２の関係は、倍率α＝ｆ２／ｆ１＝Ｙ／Ｘの関係となる。

ビーム転写器５を、このような共役系の光学システムにすることにより、以下のメリットが得られる。
（１）発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームが、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電領域を満たすことができるため、少ない注入エネルギでも自然発振が抑制される。したがって、露光装置の投影レンズによる安定した結像を得ることができる。
（２）発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームの進行方向が変動しても、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器への注入位置の注入光の位置は変動しない。このため、注入効率の変動が抑制され、安定した増幅後の出力光を得ることができる。
なお、この実施例では集光点にピンホール５ｃを配置していないが、空間フィルタの機能をするピンホールを配置しなくても上記２つのメリットがある。
なお、この実施例では集光レンズとコリメータレンズの２つのレンズの組合せにより、共役系の光学システムを構成したが、これに限定されることなく、例えば、集光点でエネルギ密度が高くなり、ビームが不安定になる場合は集光レンズと集光点の間と集光点とコリメータレンズの間にそれぞれ凹レンズ配置し、共役系の光学システムを構成してもよい。

図３（ｂ）に球面レンズに換えシリンドリカルレンズで構成した場合の例を示す。図３（ｂ）（１）は上面図、図３（ｂ）（２）は側面図を示す。
この例では、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６に転写した場合の例を示す。
シリンドリカル集光レンズ５ｄと、シリンドリカルコリメータレンズ５ｅの配置と結像関係は図２（ａ）と同じである。図２（ａ）と異なるのは、集光点では放電方向を含む面に対して線状に集光する。
このようなシリンドリカルの共役系の光学システムのメリットを以下に示す。
（１）集光点が線状であるため、集光点でのエネルギ密度が小さく（ブレークダウンしない）、ビームが不安定にならない。
なお、図３（ｂ）において、集光点に、線状の集光点よりもやや大きなスリットを配置してもよい。スリットを設けた場合でも、集光点でのエネルギ密度が小さいので、スリットが損傷しにくいメリットがある。
（２）放電方向に対してビームの注入位置が変化しないため、注入効率の変動が抑制される。
またこの例では、放電方向の面に対して垂直の面内で転写結像させる例を示したが、これに限定されることなく、放電方向を含む面内で転写結像させる光学システムを構成してもよい。

ここで、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から出力されるビームの出射角度が変化しても、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入部での注入ビームの位置変化がない理由について説明する。
図４にＭＯビーム転写器５により発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の像を増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６（注入位置）へ転写した場合の光路図を示す。
同図の実線で示すＭＯビームは発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４から垂直に出力され、ＭＯビーム転写器５の中心軸に入射し、球面集光レンズ５ａの中心軸に沿って光が透過し、球面集光レンズ５ａの焦点ｆ１の位置で集光する。そして、集光後広がったビームは球面コリメータレンズ５ｂの中心軸を透過し平行光に変換され、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６に対して垂直に入射してシード光として注入される。
一方、ＯＣ１４から上の方向にビームが出射された場合の光路を、点線で示す。ＯＣ１４から上方向に出射した光はＭＯビーム転写器５の中心軸から上の方向に入射する。そして球面集光レンズ５ａの焦点面の位置に集光する。このビームは集光後広がり球面コリメータレンズ５ｂにより平行光に変換され、下向きに進み、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の位置に、前記実線で示したシード光注入位置と重なるように入射する。つまり、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の位置での注入光の角度は変化するが、その位置は変化しない。

さらに、ＯＣ１４から下の方向にビームが出射された場合の光路を破線で示す。ＯＣ１４から下方向に出射した光はＭＯビーム転写器５の中心軸から下の方向に入射する。そして球面集光レンズ５ａの焦点面の位置に集光する。このビームは集光後広がり球面コリメータレンズ５ｂにより平行光に変換され、上向きに進み、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の位置に、前記実線で示したシード光注入位置と重なるように入射する。つまり、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６の位置での注入光の角度は変化するが、その位置は変化しない。
このように、ＭＯビーム転写器５により、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームの像を増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６（注入位置）に結像させているので、ＯＣ１４から出力されるビームの出射角度が変化しても、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入部での注入ビームの位置変化はない。

３．第２の構成例（サイド注入例１）
図５に増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、共振器のリアミラー２６のサイド位置に、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置の像を転写する例を示す。なお、同図は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図であり、発振段レーザ（ＭＯ）１０を含めたレーザ装置の全体構成は、前記図２（ａ）に示したものと同様である。
本例においては、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置の像が、図５に示すように、図示しないＭＯビーム転写器により増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６のサイドに結像される。
このシード光は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の光軸に対してやや斜めに入射しチャンバ２１に入力する。ウインド２２ａを透過したシード光は、放電電極２ａの電極間を透過して増幅され、ウインド２２ｂを透過して部分反射膜がコートされたＯＣ２４に入射し、その透過光は、レーザとして出力され、一部は反射し再びチャンバ２１に戻され、レーザチャンバ２１内で増幅される。そして、高反射膜がコートされたリアミラー２６に入射反射して、再びチャンバ２１に入射する。この工程を繰り返すことによって、シード光が増幅発振する。なお、以下では、このように共振器ミラーのサイド位置（共振器ミラーの光軸に対して直交する方向にずれた位置）に発振段レーザ（ＭＯ）１０の出口近傍の像を転写・結像させ、増幅段レーザ（ＰＯ）２０に注入することを「サイド注入」という。

本例において、前記図３（ｂ）に示したようなＭＯビーム転写装置を用い、すくなくとも放電方向に対して垂直面での転写結像の光学システムを構成することによって、以下のメリットが得られる。
（１）図５の方式ではリアミラー２６のサイドの幅の狭い領域が増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のシード光の注入に有効なエリアである。
そこで、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の出口のビームを、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリアミラー２６のサイドの位置に転写結像させていることにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０から増幅段レーザ（ＰＯ）２０にビームが到達したとき、このビームが発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の直後のビームの大きさに対して広がることがなくなる。このため、発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームの出射角度の変化があっても、注入ビームの位置も変化せず、シード光の注入効率が高くなると同時に注入効率の変化も少ない。（２）結像したビームの位置が変化しないため、ＰＯのリアミラーにケラレたり、リアミラーから離れることによる注入効率の低下が抑制できる。

４．第３の構成例（サイド注入例２）
図６は、図５の例の変形例である。増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、共振器のＯＣ２４のサイドの高反射部に発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置の像を転写する例を示す。なお、同図は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図であり、発振段レーザ（ＭＯ）１０を含めたレーザ装置の全体構成は、前記図２（ａ）に示したものと同様である。
ＭＯビーム転写器５から出力されたコリメート光は高反射ミラー４ｂにより反射されリアミラー２６のサイドを透過し、チャンバ２１のウインド２２ａから、放電電極空間から外れた空間を透過し、ウインド２２ｂを透過後ＯＣ２４の高反射膜が形成された部分に入射結像する。この高反射膜を反射した光は、放電電極２ａの電極間を透過し、増幅される。そして、高反射膜をコートしたリアミラー２６により再びチャンバ２１の放電空間内に戻され増幅する。
そしてＯＣ２４の部分反射膜が形成された部分で反射した光がフィードバック光としてチャンバ２１の放電空間にもどされる。ＯＣ２４の部分反射膜を透過したレーザ光は反射防止膜を透過して出力レーザ光として出力される。

図６のものは、図５のものと比べ、さらに以下のメリットが得られる。
（１）図６の方式ではＯＣ２４の高反射部の幅の狭い領域がＰＯ共振器のシード光の注入に有効なエリアである。
そこで、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の出口のビームを、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４の高反射膜が形成された部分の位置に転写結像させていることにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０から増幅段レーザ（ＰＯ）２０に到達したときＭＯビームが発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４直後のビームの大きさに対して広がることがなくなる。また、発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームの出射角度の変化があっても、注入ビームの位置も変化しないので、シード光の注入効率が高くなると同時に注入効率の変化も少ない。
（２）さらに、注入光が１往復分増幅されるので、注入効率は図５の例よりも高い。
この例においても、前記図３（ｂ）に示したようなＭＯビーム転写装置を用い、すくなくとも放電方向に対して平行面での転写結像の光学システムを構成することによって、前記したメリットが得られる。

５．第４の構成例（サイド注入例３：ナイフエッジミラーによる注入）
図７は、図６の変形例である。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、レーザチャンバ２１とＯＣ２４の間に配置された、ナイフエッジミラー９の高反射膜が形成された部分に発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置の像を転写する例を示す。なお、同図は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図であり、発振段レーザ（ＭＯ）１０を含めたレーザ装置の全体構成は、前記図２（ａ）に示したものと同様である。
ＭＯビーム転写器５から出力されたコリメート光は高反射ミラー４ｂにより反射されリアミラー２６のサイドを透過し、チャンバ２１のウインド２２ａから、放電電極空間から外れた空間を透過し、ウインド２２ｂを透過後、ナイフエッジミラー９の高反射膜が形成された部分に入射し結像する。なお、ナイフエッジミラー９は、レーザ光の光路に近い側の端部がナイフエッジ状に形成されたミラーである。
ナイフエッジミラー９の高反射膜で反射した光は、放電電極２ａの電極間を透過し、増幅される。そして、高反射膜をコートしたリアミラー２６により再びチャンバ２１の放電空間内に戻され増幅される。そしてＯＣ２４の部分反射膜部で反射した光がフィードバック光としてチャンバ２１の放電空間にもどされる。ＯＣ２４の部分反射膜を透過したレーザ光は反射防止膜を透過して出力レーザ光として出力される。

この例では、共振器への注入有効部（ナイフエッジミラー９の端部）の幅が狭いので、この位置にＭＯのビームを転写結像させることにより、シード光の注入効率が高くなると同時に注入効率の変化も少ない。
ここで、図６の例のメリットに加えて得られる、この例によるメリット・デメリットを以下に記述する。
（１）ＯＣ２４のコーティングとして、部分反射（ＰＲ）と反射防止（ＡＲ）コートのみのコートとなり図６のＯＣ２４より安価となる。さらに、ＯＣ２４に高反射（ＨＲ）部と部分反射（ＰＲ）コート部の境界がないため境界部に高エネルギが入射した場合ＯＣ２４の劣化が少ない。
（２）一方、本例では、ナイフエッジミラー９は端部まで高精度な面精度で高反射膜をコートする必要があるため図６に示したもの比べに、製作が困難である。
なお、本例においても、図３（ｂ）のようなＭＯビーム転写装置を用い、すくなくとも放電方向に対して平行な面での転写結像の光学システムを構成することによって、前記したメリットが得られる。

６．第１の実施例（リング共振器を用いた例１）
図８に増幅段レーザ（ＰＯ）２０にリング共振器を設置した場合の第１の例を示す。
図８（ａ）に本実施例のレーザの側面図を示し、図８（ｂ）に増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。なお、前記図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、図８では、図１に示した各種モニタ、コントローラ等は省略され、図８に示したものの発振段レーザ（ＭＯ）１０などの動作、ＭＯビーム転写器５の機能等は、前記図１、図２〜図４で説明したのと同様である。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０は、同図（ｂ）に示すようにＯＣ２４、高反射ミラー７ａ，７ｂ，７ｃからなるリング共振器を備え、発振段レーザ（ＭＯ）１０からシード光は、高反射ミラー４ｂ，４ｃを介して部分反射ミラーであるＯＣ２４から注入される。

発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力したビームは高反射ミラー４ａによりＭＯビーム転写器５に導入される。このＭＯビーム転写器５は発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置のビームの像を、高反射ミラー４ｂ及び４ｃを介して、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器の注入位置であるＯＣ２４（出力結合ミラー）に結像させる。
そして上述したように増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４から、共振器中にシード光が注入される。
ＯＣ２４を透過したシード光は、図８（ｂ）に示すように、高反射ミラー７ａによりレーザチャンバ２１の放電空間に傾いて入射され、このシード光に同期して、放電電極２ａに電圧が印加され、放電電極２ａが放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し２枚の高反射ミラー７ｂ及び７ｃにより折り返され、再び放電している放電空間に導かれ増幅される。増幅した光の一部はＯＣ２４を透過してレーザとして出力し、ＯＣ２４の反射光は再びリング共振器の中にフィードバックされ共振する。そして、上述したようにＯＣ２４からレーザパルスとして出力される。
ＯＣ２４の反射率が２０％〜３０％とすると、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたビームの８０％から７０％がリング共振器内に注入されることになり高い注入効率を得ることができる。

図８においては、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４がシード光の注入位置となっている。
したがって、例えば、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４との距離が２ｍの場合、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４でのビーム寸法をＶ方向（幅方向：放電電極の放電方向）１２ｍｍ、Ｈ方向（縦方向：放電方向に垂直な方向）１ｍｍ、ビーム広がり角度Ｖ方向２ｍｒａｄ、Ｈ方向１ｍｒａｄとすると、ＭＯビーム転写装置５を設けない場合、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器の注入位置（ＯＣ２４の位置）ではビーム寸法はＶ方向１６ｍｍ、Ｈ方向は３ｍｍとなる。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入ビームの有効寸法をＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向２ｍｍとすると注入に使用できる有効ビームの割合は５０％（＝［１２×２／（１６×３）］×１００）となる。
また、ＭＯビーム転写装置５を設けない場合、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出射方向が０．５ｍｒａｄ変化すると、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器の注入位置（ＯＣ２４の位置）ではビームの位置が１ｍｍ移動することになり、注入効率が変化する。
これに対し、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の位置のビームをＭＯビーム転写装置５によって増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入位置に転写結像させて注入することにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）の距離が大きく離れても、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の直後のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置に導入することが可能となる。

またこの実施例では、２枚の高反射ミラー７ｂ，７ｃでレーザチャンバ２１にレーザ光を戻したが４５度よりも多少小さな角度（数ｍｒａｄ）の全反射プリズムでフレネル反射で戻しても同様の機能を果たすことができる。
以上のように、増幅段レーザ（ＰＯ）２０にリング共振器を配置し、発振段レーザ１０のＯＣ１４の位置のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４付近で結像させて注入することによって以下の特別なメリットがある。
（１）増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４の位置で注入ビームの位置が変動しないため、注入効率が変化せず、安定した増幅発振が得られる。
（２）図２の例（１０〜４０％）に比べて高い注入効率（７０〜８０％）を得ることができる。
（３）ＯＣ２４から注入され、２パスの増幅がなされるため、図２の例のようなリアミラーから注入される１パスの増幅に比べて増幅効率が高い。

図９は上記第１の実施例の変形例を示す図であり、本変形例は、図８において、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４と高反射ミラー４ａの間に、ビームエキスパンダ６を設けたものである。
このように、発振段レーザ（ＭＯ）と増幅段レーザ（ＰＯ）の間の光路中に、少なくとも増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極２ａの放電ギャップ方向にビームを拡大するビームエキスパンダ６を設置することで、発振段レーザ（ＭＯ）１０の電極間ギャップより増幅段レーザ（ＰＯ）２０の電極間ギャップが大きくても、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電空間をシード光で満たすことができる。
図１０に、上記ビームエキスパンダ４の構成例を示す。同図（ａ）は、両面が０度入射反射防止（ＡＲ）膜コートされたシリンドリカル凹凸レンズ４ａ，４ｂを用いた例を示し、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出力光はシリンドリカル凹レンズ４ａに入射した後、シリンドリカル凸レンズ４ｂに入射し、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電ギャップ方向にビーム径が拡大される。
同図（ｂ）は、両面が０度入射反射防止（ＡＲ）膜コートされたシリンドリカル凸レンズ４ｂ，４ｃを用いた例を示し、同図 (ｃ) は、入射面がＳ偏光に対してＡＲコートされ、出射面が０度ＡＲコートされたプリズムビームエキスパンダ４ｄ，４ｅを用いた例を示し、同図（ｄ）は両面がＳ偏光に対してＡＲコートされたウエッジ基板４ｆ，４ｇを用いた場合を示し、いずれの構成でも、同図（ａ）と同様に増幅段レーザ（ＰＯ）２０の放電ギャップ方向にビーム幅を拡大することができる。
なお、本実施例では、ビームエキスパンダを図８の実施例のものに設けた場合について説明したが、上記実施例に限定されず、他の実施例のレーザ装置に本実施例を適用してもよい。

７．第２の実施例（リング共振器を用いた例２）
図１１に増幅段レーザ（ＰＯ）２０にリング共振器を設置した場合の第２の例を示す。なお、同図は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図であり、発振段レーザ（ＭＯ）１０を含めたレーザ装置の全体構成は、前記図２（ａ）に示したものと同様である。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０は、同図に示すようにＯＣ２４、高反射ミラー７ａ，７ｂ，７ｃからなるリング共振器を備え、発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光は、高反射ミラー４ｂ，４ｃを介してＯＣ２４の反射防止（ＡＲ）コートされた部分から注入される。このため、注入光が全て増幅段レーザ（ＰＯ）共振器２０内に注入される。
本実施例では、レーザ装置の光軸中心（例えば放電電極２ａの長手方向の軸）に対して、２枚のミラーＯＣ２４，高反射ミラー７ａとが交差する部分と、高反射ミラー７ｂ，７ｃとが交差する部分を、上記光軸中心（中心線）に対してそれぞれＡ，Ｂだけオフセットさせている。
また、ＯＣ２４と高反射ミラー７ｃのミラー面が上記中心線と交わる角度は４５度であり、高反射ミラー７ａと７ｃのミラー面が上記中心線と交わる角度は４５度より数ｍｒａｄ小さい。

上記のようにＯＣ２４と高反射ミラー７ａのミラー面が交わる部分とレーザ装置の光軸中心との距離Ａと、高反射ミラー７ｂ，７ｃのミラー面が交わる部分とレーザ装置の光軸中心の距離をＢとの大きさが等しくならないように共振器ミラーを配置することにより、図１１に示すようにリング共振器内でビームが平行に移動しながら共振し、出力レーザ光として出力される。
すなわち、本実施例と前記図１０に示したものとの違いは次の通りである。
（１）増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のＯＣ２４に、部分反射（ＰＲ）コート領域（ＯＣとして機能する領域）と反射防止（ＡＲ）コート領域（注入部として機能する領域）を設置したこと。
（２）発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の転写像は増幅段レーザ（ＰＯ）のＯＣ２４の反射防止（ＡＲ）コート領域に結像させて、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器に注入していること。
（３）共振器を往復する毎に、増幅段レーザ（ＰＯ）２０内でのビームが１方向に移動する配置としていること。

以下この増幅段レーザ（ＰＯ）２０の動作を説明する。
前述したように発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームをＭＯビーム転写器５により増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４のＡＲコート部に転写させる。
このビームはほとんど反射することなくＯＣ２４を透過し高反射ミラー７ａに入射し、そこで反射して増幅段レーザ（ＰＯ）２０のレーザチャンバ２１の放電空間に傾いて入射され、放電電極２ａにシード光に同期して、電圧が印加され放電する。
そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し２枚の高反射ミラー７ｂ及び７ｃにより折り返され、再び放電している放電空間に導かれ、増幅される。 そして、ビームは図１１に示すように注入部から一定の割合で移動し、ＯＣ２４の部分反射（ＰＲ）コート部に入射し、一部透過して、レーザの出力光（１往復光）となる。
また、一部は反射され再び高反射ミラー７ａに入射し、同様に放電空間を１往復目の光路に対して平行移動した光路で透過し、高反射ミラー７ｂ及び７ｃにより再び放電空間を１往復目の光路に対して平行移動した光路で透過し、１往復目に対して一定の割合で移動してビームは再びＯＣ２４の部分反射（ＰＲ）コート部に入射する。そして、透過光はレーザ光として出力され、反射光は再び共振器内で共振し、３往復目も同様に往復するたびに光路が平行移動して増幅発振する。

本実施例では、注入効率を向上させるために、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４に反射防止（ＡＲ）コート領域を設置して、この反射防止（ＡＲ）コート領域から発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームを注入しているため、発振段レーザ（ＭＯ）１０のビーム幅（Ｈ方向１ｍｍ）が狭い必要がある。
そこで、本発明のように発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビーム（Ｖ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍ）をＭＯビーム転写装置５によって転写結像させることにより、注入位置で（Ｖ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍ）のビームとすることができる。
注入有効エリアをＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍとすると、発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームが１００％シード光として注入される。しかも、発振段レーザ（ＭＯ）１０から出射される方向が変化しても注入ビームの位置は変化しないので有効に注入される。
以上のように、注入効率を約１００％とすることができると同時に注入効率の変動が少なく安定となる。

本実施例では、上述したメリットに加え以下のメリットが得られる。
すなわち、往復ビーム毎に出力レーザ光のビームが移動するので、増幅段レーザ（ＰＯ）レーザ２０のリング共振器の光学素子（ＯＣ、レーザウインド及び高反射ミラー）におけるレーザ光のエネルギ密度が低減される。そのため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光学素子の寿命が長くなる。
なお、上記実施例では、２枚の高反射ミラー７ｂ，７ｃでレーザチャンバ２１にレーザ光を戻したが全反射プリズムでフレネル反射で戻しても同様の機能を果たすことができる。

８．第３の実施例（リング共振器を用いた例３）
図１２に増幅段レーザ（ＰＯ）２０にリング共振器を設置した場合の第３の例を示す。 図１２（ａ）は本実施例のレーザの側面図を示し、図１２（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。なお、前記図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、図１２に示したものの発振段レーザ（ＭＯ）１０などの動作、ＭＯビーム転写器５の機能等は、前記図１、図２〜図４で説明したのと同様である。
本実施例は全反射直角プリズムを共振器ミラーとし、このリング共振器内にＯＣ２４を配置し、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームの像をＭＯビーム転写器５により、増幅段レーザ（ＰＯ）２４のリング共振器のＯＣ（出力結合ミラー）２４に結像させるようにしたものである。

図１２において、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４上に転写結像させる。このビームは片面に部分反射（ＰＲ）膜と片面に反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされたＯＣ２４に入射し、一部反射させ、全反射直角プリズム８ａ入射する。この全反射直角プリズム８ａの入射出射面には反射防止（ＡＲ）膜がコーティングされている。
シード光はプリズム８ａの２つ面でフレネル反射により全反射し、ウインド２２ａを透過してレーザチャンバ２１に入射する。シード光は放電電極２ａに対して、略平行な光軸で透過し、増幅されずにチャンバ２１内を透過し、全反射直角プリズム８ｂに入射する。 シード光はプリズム８ｂの２面で全反射し再びウインド２２ｂを介して放電電極２ａの放電空間の光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。
放電電極２ａにはシード光に同期して電圧が印加され放電する。そして放電空間を透過したシード光は増幅され、チャンバ２１を透過し、再びＯＣ２４に入射する。増幅した光の一部はＯＣ２４を反射してレーザ光として出力し、ＯＣ２４の透過光はフィードバック光として再びリング共振器内に戻される。

図１２の実施例では図８の実施例と同様、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４がシード光の注入位置となっている。
したがって、例えば、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４と増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４との距離が２ｍの場合、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４でのビーム寸法をＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍ、ビーム広がり角度Ｖ方向２ｍｒａｄ、Ｈ方向１ｍｒａｄとすると、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器の注入位置（ＯＣ２４の位置）ではビーム寸法はＶ方向１６ｍｍ、Ｈ方向は３ｍｍとなる。増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入ビームの有効寸法をＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向２ｍｍとすると注入に使用できる有効ビームの割合は５０％（＝［１２×２／（１６×３）］×１００）となる。
また、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出射方向が０．５ｍｒａｄ変化すると増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器の注入位置（ＯＣ２４の位置）ではビームの位置が１ｍｍ移動することになり、注入効率が変化する。
これに対し、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣのビームをＭＯビーム転写装置５によって増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入位置に転写結像させて注入することにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の距離が大きく離れても、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の直後のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置に導入することが可能となる。

本実施例では、上述したメリットに加え以下のメリットが得られる。
すなわち、上述したように増幅段レーザ（ＰＯ）２０が増幅発振し、ＯＣ２４の反射率が７０％〜８０％とすると注入効率は７０％から８０％となり高い注入効率を得ることができる。
また、直角全反射プリズム２個でリング共振器を構成し、ＯＣ２４をリング共振器の光軸上に設置しているので、リング共振器の光軸のアライメントが容易であり、安定に動作する。

９．第４の実施例（リング共振器を用いた例４）
図１３に増幅段レーザ（ＰＯ）２０にリング共振器を設置した、前記図１１に示した実施例の変形例である第４の例を示す。
なお、同図は、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の上面図であり、発振段レーザ（ＭＯ）１０を含めたレーザ装置の全体構成は、前記図１２（ａ）に示したものと同様である。
増幅段レーザ（ＰＯ）２０は、同図に示すように全反射直角プリズム８ａ，８ｂからなるリング共振器を備え、発振段レーザ（ＭＯ）１０からのシード光は、ＯＣ２４の高反射（ＨＲ）コートされた部分から注入される。このため、注入光が全て増幅段レーザ（ＰＯ）共振器２０内に注入される。
本実施例では、レーザ装置の光軸中心（例えば放電電極２ａの長手方向の軸）に平行な軸に対して、２個の全反射直角プリズム８ａ，８ｂの頂角の位置をオフセットさせている。これによりリング共振器内でビームが平行に移動しながら共振し、出力レーザ光として出力される。

本実施例と図１１の実施例との違いは以下の点である。
（１）増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のＯＣ２４に部分反射（ＰＲ）コート領域（ＯＣ２４として機能する領域）と高反射（ＨＲ）コート領域（注入部として機能する領域）を設置したこと。
（２）発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の転写像は増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４の高反射（ＨＲ）コート領域に結像させて、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器に注入すること。
（３）共振器を往復する毎に、増幅段レーザ（ＰＯ）２０内でビームが１方向に移動する配置としていること。

図１３において、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームをＭＯビーム転写器５により増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４の高反射（ＨＲ）コート部に転写させる。
このビームはＯＣ２４の高反射（ＨＲ）コート部で全反射し、プリズム８ａ，８ｂの２つ面でフレネル反射により全反射する。
そして、シード光はウインド２２ａを透過して、レーザチャンバ２１に入射する。シード光は放電電極２ａに対して、略平行な光軸で透過し、増幅されずにチャンバ２１内を透過し、全反射直角プリズム８ｂに入射する。シード光はプリズム８ｂの２面で全反射し再びウインド２２ｂを介して放電電極２ａの放電空間と光軸が一致するようにレーザチャンバ２１に入射する。

シード光が導入される放電空間は、シード光に同期して電源により印加される電圧により放電電極２ａ間で放電する。これにより、シード光が増幅されて、ビームはＯＣ２４の部分反射（ＰＲ）コート部に入射する。ＯＣ２４での反射光は、出力レーザ光として出力（１往復による増幅光）される。
透過光は、１往復目の光路に対して平行に移動した光路で再び全反射直角プリズム８ａによりレーザチャンバ２１に戻され、増幅されずにチャンバ２１内を透過し、全反射直角プリズム８ｂに入射する。そして、再びレーザチャンバ２１に入射し、１往復目の光路に対して所定の距離だけ平行移動した光路で、放電空間内を透過し、増幅される。
この増幅光は、１往復目に対して一定の割合で移動してビームは再びＯＣ２４の部分反射（ＰＲ）コート部に入射し、反射光はレーザ光として出力され、透過光は再び共振器内で共振し、３往復目も同様に往復するたびに光路が平行移動して増幅発振する。

本実施例では、注入効率を向上させるために、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器のＯＣ２４に高反射（ＨＲ）コート領域を設置して、この高反射（ＨＲ）コート領域から発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームを注入しているため、発振段レーザ（ＭＯ）１０のビーム幅（Ｈ方向１ｍｍ）が狭い必要がある。
そこで、本発明のように発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣのビーム（Ｖ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍ）をＭＯビーム転写装置５によって転写結像させることにより、注入位置で（Ｖ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍ）のビームとすることができる。
注入有効エリアをＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍとすると、１００％発振段レーザ（ＭＯ）のビームがシード光として注入される。しかも、発振段レーザ（ＭＯ）から出射される方向が変化しても注入ビームの位置は変化しないので有効に注入される。以上のように、注入効率を約１００％とすることができると同時に注入効率の変動が少なく安定となる。
本実施例では、上述したメリットに加え以下のメリットが得られる。
すなわち、往復ビーム毎に出力レーザ光のビームが移動するので、増幅段レーザ（ＰＯ）２０のリング共振器の光学素子（ＯＣ、レーザウインド及び高反射ミラー）におけるレーザ光のエネルギ密度が低減される。そのため、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光学素子の寿命が長くなる。

１０．その他の構成例（偏光制御による共振器の例）
図１４に増幅段レーザ（ＰＯ）の共振器として、ファブリペロ型安定共振器を設置し、シード光の注入に偏光素子と波長板を用いた例を示す。
図１４（ａ）は本例のレーザの側面図を示し、図１４（ｂ）は増幅段レーザ（ＰＯ）の上面図を示す。なお、前記図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、ＭＯビーム転写器５の機能等は、前記図２〜図４で説明したのと同様である。
図１４において、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＬＮＭ３のプリズムビームエキスパンダ３ａ及びレーザチャンバ１１のウインド１２ａ，１２ｂがブリュースタ角で設置されており、紙面に対して垂直な偏波面でレーザ発振する。
この発振段レーザ（ＭＯ）１０から出力されたレーザ光は偏波面を維持した状態で高反射ミラー４ａによりＭＯビーム転写器５に入射する。

この転写器５から出力された光はＰＳ分離膜をコートしたビームスプリッタ（ＢＳ）２７ａに入射する。このＢＳ２７ａではＳ偏光（紙面に対して垂直な偏波面）は全反射する。この反射光はλ／４板２７ｂを透過し円偏光に変換される。
この円偏光に変換された発振段レーザ（ＭＯ）１０のビームは増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のＯＣ２４の位置に発振段レーザ（ＭＯ）２４の像を結像する。
そして、このＯＣ２４から増幅段レーザ（ＰＯ）２０の光共振器中に注入され、チャンバ２１の放電電極ギャップ間で透過、増幅され、ウインド２２ｂを透過して高反射膜がコートされたリアミラー２６に入反射して、再び増幅段レーザ（ＰＯ）２０のチャンバ２１に入射し、透過、増幅されてＯＣ２４により一部が反射されて再び増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器内に戻される。
円偏光でＯＣ２４から出力したレーザ光は再びλ／４板２７ｂにより、紙面を含む偏波面に変換される。この偏光状態の光はＢＳ２７ａのＰ偏光成分の光なのでほとんど全てＢＳ２７ａを透過し出力レーザ光として取り出される。
ここで、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器内では円偏光で共振するのでウインド２２ａ，２２ｂには反射防止（ＡＲ）コートとして、Ｐ及びＳ偏光に対する反射防止膜をコートする必要がある。

図１４の例では増幅段レーザ（ＰＯ）２０のファブリペロ安定共振器のＯＣ２４がシード光の注入位置となっている。
したがって、例えば、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のＯＣ２４との距離が２ｍの場合、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４でのビーム寸法をＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向１ｍｍ、ビーム広がり角度Ｖ方向２ｍｒａｄ、Ｈ方向１ｍｒａｄとすると、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置（ＯＣ２４の位置）では、ビーム寸法はＶ方向１６ｍｍ、Ｈ方向は３ｍｍとなる。
増幅段レーザ（ＰＯ）の注入ビームの有効寸法をＶ方向１２ｍｍ、Ｈ方向２ｍｍとすると注入に使用できる有効ビームの割合は５０％（＝［１２×２／（１６×３）］×１００）となる。また、発振段レーザ（ＭＯ）１０の出射方向が０．５ｍｒａｄ変化すると増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置（ＯＣ２４）ではビームの位置が１ｍｍ移動することになり、注入効率が変化する。
これに対し、発振段レーザ（ＭＯ）のＯＣ１４のビームをＭＯビーム転写装置５によって増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入位置に転写結像させて注入することにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の距離が大きく離れても、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の直後のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置に導入することが可能となる。

以上のように発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４のビームをＭＯビーム転写装置５によって増幅段レーザ（ＰＯ）２０の注入位置に転写結像させて注入することにより、発振段レーザ（ＭＯ）１０と増幅段レーザ（ＰＯ）２０の距離が大きく離れても、発振段レーザ（ＭＯ）１０のＯＣ１４の直後のビームを増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器の注入位置に導入することが可能となる。
本例では、上述したメリットに加え以下のメリットが得られる。
すなわち、図２に比べて増幅段レーザ（ＰＯ）２０のＯＣ２４の反射率が２０％から３０％で動作するので、注入効率が７０％から８０％の高い効率を得ることができ、増幅段レーザ（ＰＯ）２０の共振器のアライメントが容易で安定していることである。

本発明の露光装置用狭帯域レーザ装置の基本構成を示す図である。 第１の構成例を示す図である。 本発明の実施例のビーム転写器の構成例を示す図である。 本発明の実施例のビーム転写器の光路図である。 第２の構成例（サイド注入例１）を示す図である。 第３の構成例（サイド注入例２）を示す図である。 第４の構成例（サイド注入例３）を示す図である。 本発明の第１の実施例（リング共振器の例１）の構成を示す図である。 本発明の第１の実施例の変形例の構成を示す図である。 ビームエキスパンダの構成例を示す図である。 本発明の第２の実施例（リング共振器の例２）の構成を示す図である。 本発明の第３の実施例（リング共振器の例３）の構成を示す図である。 本発明の第４の実施例（リング共振器の例４）の構成を示す図である。 その他の構成例（偏光制御）を示す図である。 ＭＯＰＯ方式のレーザ装置の構成例を示す図である。 発振段レーザ（ＭＯ）のビームの進む方向の変化と注入光の関係を示す図である。

符号の説明

１ａ，２ａ 放電電極
３ ＬＭＮ
４ａ〜４ｃ 高反射ミラー
５ ＭＯビーム転写器
５ａ 球面集光レンズ
５ｂ 球面コリメータレンズ
５ｃ ピンホール
５ｄ シリンドリカル集光レンズ
５ｅ シリンドリカルコリメータレンズ
６ ビームエキスパンダ
７ａ〜７ｃ 高反射ミラー
８ａ，８ｂ 全反射直角プリズム
９ ナイフエッジミラー
１０ 発振段レーザ（ＭＯ）
１１，２１ チャンバ
１２ａ，１２ｂウィンドウ部材
２２ａ，２２ｂウィンドウ部材
１３，２３ スリット
１４ ＯＣ（出力結合ミラー）
１５，２５ 電源
２０ 増幅段レーザ（ＰＯ）
２４ ＯＣ（出力結合ミラー）
２６ リアミラー
２７ａ ビームスプリッタ（ＢＳ）
２７ｂ λ／４板
３０ エネルギコントローラ
３１ レーザコントローラ
３２ ガスコントローラ
３３ 波長及びスペクトル波形コントローラ
３４ 波長およびスペクトル波形モニタ
３５ 同期コントローラ
３６ 露光装置
３７，３８ パワーモニタ

Claims (6)

1. 狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）と共振器を配置した増幅段レーザ（ＰＯ）とからなる注入同期式放電励起レーザ装置であって、
   狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）と上記増幅段レーザ（ＰＯ）の間には、
   狭帯域発振段レーザ（ＭＯ）から放出される前記ＭＯレーザ光の出口近傍のビームを転写して、このビーム転写像を前記共振器内の注入部に結像させる共役系の光学システムを備え、
   上記増幅段レーザ装置の共振器はリング共振器で構成され、上記共役系の光学システムによるビーム転写像は、上記ＭＯレーザ光を注入する出力結合ミラー上に結像して上記リング共振器内に注入される
   ことを特徴とする露光装置用狭帯域レーザ装置。
2. 上記光学システムは、シリンドリカルレンズから構成される共役系であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置用狭帯域レーザ装置。
3. 上記リング共振器は、部分反射コートされた出力結合ミラーと、第１〜第３の高反射ミラーから構成され、上記ＭＯレーザ光は、上記出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラー上に結像し、リング共振器内に注入され、
   上記第１の高反射ミラーで反射して放電空間内に傾いて入射し、上記第２、第３の高反射ミラーで折り返され、放電空間内に導かれる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置用レーザ装置。
4. 上記リング共振器は、出力結合ミラーと、第１〜第３の高反射ミラーから構成され、上記出力結合ミラーは、部分反射コートされた部分と、反射防止コーとされた部分とが設けられ、上記出力結合ミラーと、第１の高反射ミラーのミラー面が交わる部分と、レーザ装置の光軸中心との距離と、第２、第３の高反射ミラーのミラー面が交わる部分とレーザ装置の光軸中心との距離とが等しくならないように配置され、
   上記ＭＯレーザ光は、上記出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラーの反射防止領域上に結像し、リング共振器内に注入され、
   上記第１の高反射ミラーで反射して放電空間内に傾いて入射し、上記第２、第３の高反射ミラーで折り返され、放電空間内に導かれる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置用レーザ装置。
5. 上記リング共振器は、第１、第２の全反射直角プリズムから構成され、
   上記ＭＯレーザ光は、リング共振器内に配置された出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラー上に結像し、リング共振器内に注入され、
   上記第１の全反射直角プリズムに入射し、該第１の全反射プリズムの２つの面で反射して、電極ペアに平行な光軸で透過して増幅されずに第２の全反射直角プリズムに入射し、該第２の全反射プリズムの２つの面で反射して、放電空間に入射して増幅される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置用レーザ装置。
6. 上記リング共振器は、第１、第２の全反射直角プリズムから構成され、リング共振器内には、上記ＭＯレーザ光をリング共振器内に注入するための出力結合ミラーが設けられ、
   上記出力結合ミラーは、高反射コートされた部分と、部分反射コートされた部分とが設けられ、
   上記第１の全反射直角プリズムの頂角の位置と、第２の全反射直角プリズムの頂角の位置は、レーザ装置の光軸中心に平行な軸に対して、ずれて配置されており、
   上記ＭＯレーザ光は、上記出力結合ミラーに入射して、出力結合ミラーの高反射コートされた部分上に結像し、リング共振器内に注入され、
   上記第１の全反射直角プリズムに入射し、該第１の全反射プリズムの２つの面で反射して、電極ペアに平行な光軸で透過して増幅されずに第２の全反射直角プリズムに入射し、該第２の全反射プリズムの２つの面で反射して、放電空間に入射して増幅される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置用レーザ装置。

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