JP5312567B2 - 狭帯域化レーザ装置 - Google Patents

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本発明は、狭帯域化レーザ装置に関し、特に、半導体を製造するために用いられる縮小投影露光装置の光源としての狭帯域化エキシマレーザ装置あるいは狭帯域化F2レーザ装置において、そのレーザ光のスペクトル純度幅等のスペクトル指標値を制御する装置に関するものである。
以下に縮小投影露光装置の光源として用いられる狭帯域化レーザ装置の従来技術について各項目毎に説明する。
（露光用光源）
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体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光の短波長化が進められており、露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在の露光用ガスレーザ装置としては、波長２４８nmの紫外線を放出するKrFエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３nmの紫外線を放出するArFエキシマレーザ装置が用いられている。次世代の露光技術として、露光用レンズとウェーハ間を液体で満たして、屈折率を変えることによって、露光光源の見かけの波長を短波長化する液浸技術をArF露光に適用することが考えられている。ArF液浸では、見かけの波長は１３４nmと短くなる。また、次々世代の露光用光源として、波長１５７nmの紫外線を放出するF2レーザ装置が有力であり、F2レーザ液浸露光が採用される可能性もある。F2液浸では、１１５nmまで短波長化すると言われている。
（露光用光学素子と色収差）
多くの半導体露光装置の光学系には、投影光学系が採用されている。投影光学系では、異なる屈折率を有するレンズ等の光学素子が組み合わされて色収差補正が行なわれる。現在、露光用光源であるレーザ波長の２４８nm〜１１５nmの波長域では、投影光学系のレンズ材料として使用に適する光学材料は、合成石英とCaF2以外にない。このため、KrFエキシマレーザの投影レンズとしては、合成石英のみで構成された全屈折タイプの単色レンズが採用され、ArFエキシマレーザの投影レンズとしては、合成石英とCaF2で構成された全屈折タイプの部分色消しレンズが採用されている。ところが、KrF、ArFエキシマレーザの自然発振幅は約350〜400pmと広いために、これらの投影レンズを使用すると色収差が発生して、解像力が低下する。そこで、色収差が無視できるまでに、上記ガスレーザ装置から放出されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。このため、レーザ装置には、狭帯域化素子（エタロンやグレーティング等）を有する狭帯域化モジュールがレーザ共振器内に設けられ、スペクトル線幅の狭帯域化が行われている。
（スペクトル純度幅）
露光装置の結像性能は、レーザ光のスペクトル波形の半値全幅だけでなく、スペクトル波形の裾野成分によって大きく影響を受ける。そこで、いわゆるスペクトル純度幅といわれるスペクトルの新しい指標値が導入されている。このスペクトル純度幅は、例えば全エネルギーの９５％のエネルギーが入るスペクトル幅で評価される。
集積回路の品質を保証するためには、このスペクトル純度幅を例えば0.5pm以下に抑えることが要求されている。
（スペクトル純度幅を安定化させる理由）
しかし、近年になって、このスペクトル純度幅が、光学システムで設計された値から大幅に狭い値であっても、集積回路の品質が悪化することがあると言われ始めた。このことは、特許文献１（US6721340）及び２（特開2001-267673号）に記載されている。このため、スペクトル純度幅は、ある所定の許容幅内で安定するように制御（以下、適宜、安定化制御という）される必要がある。
（スペクトル純度幅の制御の従来技術）
スペクトル純度幅を安定化制御することに関しては、特許文献１及び２に記載されている。この特許文献２には、波長検出器を設けるとともに、狭帯域化ユニット内に高速同調機構を設け、検出された波長に基づき、高速同調機構で、１パルス毎に、微小かつ高速に波長を振ることによって、見かけ上のスペクトル純度幅を制御して許容幅内に収めるという発明が記載されている。ここでいう、「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」とは、各瞬間での中心波長を振り、時間積分することで振り幅に応じたスペクトル純度幅を擬似的に得る制御のことである。
US6721340 特開2001-267673号
しかしながら、上記特許文献２に記載された従来技術では、スペクトル純度幅を制御することに伴い、中心波長もそれに付随して変化してしまう。このため中心波長を所望の値に一致させる中心波長制御と、スペクトル純度幅を所定の許容幅内に収めるスペクトル線幅制御を独立に行うことが困難である。このため、つぎのような問題が発生する。
１）中心波長の制御は、１パルス毎にフィードバック制御を行うことが望ましいが、これが複雑な制御になるという問題がある。
２）また、中心波長が安定している状況では、中心波長制御の精度はあまり問題とならないが、露光装置から目標波長の変更の指示が出された場合など、波長をダイナミックに制御する必要がある場合には、中心波長制御の精度に影響を与えるおそれがある。
３）また、バースト発振の初期においては、中心波長が大きくずれるチャーピング現象が発生してしまう。
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、中心波長の制御に影響を与えることなくスペクトル純度幅（スペクトル指標値）の安定化制御を行えるようにして、見かけ上のスペクトル純度幅の制御を行うことで発生する上記諸問題点を解消することを解決課題とするものである。
第１発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを間の空間に有する電極間で放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第２発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記シード光のスペクトル指標値を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第３発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記シード光のスペクトル指標値を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第４発明は、第１発明または第３発明において、
前記目標スペクトル指標値の許容幅のうち、前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅の範囲で、前記制御手段による制御が実行されること
を特徴とする。
第５発明は、第１発明または第３発明において、
前記シード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段が更に備えられ、
前記パルスストレッチ手段によって前記シード光のパルス波形を延長させることで、前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅を拡大させること
を特徴とする。
第６発明は、第２発明または第３発明において、
前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を制御するものであること
を特徴とする。
第７発明は、第２発明または第３発明において、
前記制御手段は、前記発振用チャンバ内のフッ素分子Ｆ2のモル濃度または分圧（以下、単に「フッ素分子Ｆ2の濃度」という）を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第８発明は、第２発明または第３発明において、
前記制御手段は、前記発振用チャンバ内の全ガス圧力を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第９発明は、第２発明または第３発明において、
前記発振用レーザ装置は、充電電圧に応じた電圧が一対の電極間に印加されることで主放電が行われるものであって、
前記制御手段は、充電電圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第１０発明は、第２発明または第３発明において、
前記発振用レーザ装置は、
一対の放電電極と電気的に並列に配置されたピーキングコンデンサと当該ピーキングコンデンサの前段に電気的に並列に配置された第２のコンデンサとを備えた充電回路を備え、前記第２のコンデンサに蓄えられた電荷を前記ピーキングコンデンサに移行させ、前記ピーキングコンデンサの充電電圧に応じた電圧が前記一対の電極に印加されることで放電が行われるものであって、
前記ピーキングコンデンサまたは/および第２のコンデンサの容量、または/および前記ピーキングコンデンサに対する前記第２のコンデンサの容量比を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第１１発明は、第２発明または第３発明において、
前記発振用レーザ装置は、
一対の放電電極と電気的に並列に配置された予備電離コンデンサを備えた充電回路を備え、前記予備電離コンデンサの充電電圧に応じて前記一対の電極間で予備電離が行われるものであって、
前記予備電離コンデンサの容量を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第１２発明は、第２発明または第３発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光を所定の反射率で前記発振用チャンバ内に戻すアウトプットカプラが備えられ、
前記アウトプットカプラの反射率を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させるものであること
を特徴とする。
第１３発明は、第２発明または第３発明において、
前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を制御するものであって、
シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御が行われること
を特徴とする。
第１４発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第１５発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第１６発明は、第１４発明または第１５発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、
前記波面変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする。
第１７発明は、第１４発明または第１５発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させる拡大率変化手段が備えられ、
前記拡大率変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする。
第１８発明は、第１４発明または第１５発明において、
前記発振用レーザ装置には、
前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させるビーム幅変化手段が備えられ、
前記ビーム幅変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させることで、前記発振用レーザ装置の狭帯域化性能を変化させるものであること
を特徴とする。
第１９発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第２０発明は、
発振用チャンバ内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
前記増幅用レーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
計測されたスペクトル指標値が、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、前記発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする。
第２１発明は、第１９発明または第２０発明において、
前記発振用レーザ装置で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、
前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、
シード光の発振周波数と前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度とスペクトル指標値との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、計測されたスペクトル指標値を、目標スペクトル指標値の許容幅に収める制御が行われること
を特徴とする。
本発明者は、図１に示すレーザ装置（２ステージレーザ装置）２から外部へ出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95（スペクトル指標値として代表的なもの）は、発振用チャンバ１０で放電を開始してから増幅用チャンバ３０で放電を開始するまでの放電タイミングと、発振用チャンバ１０から出力されるレーザ光（シード光）のスペクトル純度幅E95によって決定されることを発見するに至り、これら放電タイミング、シード光のスペクトル純度幅というパラメータは、中心波長制御とは独立して制御できるパラメータであるという知見を得るに至った。
また、各種変動要因によるスペクトル純度幅の変動をなくし、ある許容幅の範囲内に安定させるには、スペクトル純度幅E95検出器（スペクトル純度幅計測手段）でスペクトル純度幅をモニタ（計測）し、目標スペクトル純度幅から変動していた場合には、スペクトル純度幅E95が目標スペクトル純度幅になるように制御すればよいという知見を得た。
すなわち、スペクトル純度幅の安定化制御は、主として、
１）放電タイミングを変化させる（第１発明）。
２）発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させる（第２発明）。
３）発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ、かつ放電タイミングも変化させる（第３発明）。
という三種類の手段によって実現される。中でも、３）は、安定化制御の効果が一番大きい。
従来技術で説明した「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」は、１パルス毎に波長を変化させるため、スペクトル純度幅を安定化制御することに依存して、１パルス毎に、ウェーハ上のベストフォーカスの位置が変化して露光されることになる。このように独立した中心波長制御を行うことができないため、ベストフォーカス位置ずれという問題が生じる。
これに対して、本発明の制御手段１）、２）、３）（第１発明、第２発明、第３発明）によれば、スペクトル純度幅を実質的に太くしたり細くすることができる一方で、独立して中心波長を制御することができる。このため、スペクトル純度幅を安定化制御しつつも、中心波長は変化せず、ベストフォーカスの位置変化も生じない。露光装置３の投影レンズに対する最適なスペクトル形状が得られ、ベストフォーカスの位置ずれもないため、投影レンズの結像性能を維持することができる。
第１発明では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００で放電を開始してから増幅用レーザ装置３００で放電を開始するまでの放電タイミングを制御することで、スペクトル純度幅E95を安定化制御する。
すなわち、図１に示す２ステージレーザシステムでは、１ステージレーザシステムと異なり、発振用チャンバ１０で放電を開始してから増幅用チャンバ３０で放電を開始するまでの放電タイミングに応じて、スペクトル純度幅E95を制御することができる。
図４に、放電タイミングｄｔに応じてスペクトル純度幅E95が変化する様子を示す。
図４のグラフの横軸のｄｔは、放電タイミング、つまり発振用チャンバ１０で放電を開始してから、増幅用チャンバ３０で放電を開始するまでの時間である。 図４のグラフの左側縦軸は、スペクトル純度幅E95であり、スペクトル純度幅特性Ｌ１として示すように、放電タイミングｄｔが大きくなる（放電タイミングが遅れる）につれてスペクトル純度幅E95が減少しているのがわかる。この理由は、図５を用いて説明される。
図５は、シード光のパルス波形Ｌ３を示したものである。同図５に示すように、シード光となる発振レーザ光は、時間的なスペクトル純度幅E95分布をもっており、レーザパルス波形の後方に行くに従ってスペクトル純度幅E95が減少する。このため、図５に示す時間的なスペクトル純度幅E95分布を持つシード光パルス波形のどの部分に同期させるかによって、増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95が決定されることになる。例えば、放電タイミングｄｔを遅らせて、シード光のパルス波形後半部分に放電を同期させた場合は、狭いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は細くなる。逆に、放電タイミングｄｔを早くして、シード光のパルス波形前半部分に放電を同期させた場合は、広いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は太くなる。
このような特性を用いて、第１発明では、モニタ（計測）されたスペクトル純度幅E95が増加した場合は、放電タイミングｄｔを遅らせてスペクトル純度幅E95を減少させ、スペクトル純度幅E95が減少した場合は、放電タイミングｄｔを早めてスペクトル純度幅E95を増加させるように制御する。
増幅用レーザ装置３００で放電を開始する時期を、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光パルス波形Ｌ３の前半に合わせれば、そのシード光パルス波形Ｌ３の前半部分の広いスペクトル幅の光が増幅されることになり、逆に、シード光パルス波形Ｌ３の後半に合わせれば、その後半部分の狭いスペクトル幅の光が増幅されることになる（図５参照）。
図４の左側縦軸において、スペクトル純度幅の目標値をE950に、許容幅をE950±ｄE95に設定する。
例えば、スペクトル純度幅を目標値E950に一致させるべく、放電タイミングｄｔをdt0に設定してレーザ装置１００、３００を、曲線Ｌ１上で動作させていたとする。
ここで、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が広くなった場合（E95増加時）、つまり、曲線Ｌ１から曲線Ｌ１（ａ）に変化した場合には、矢印ＬＡにて示すごとく、放電タイミングｄｔを遅らせて、dt0からdt2に変化させる。このように放電タイミンｄｔをdt0からdt2に遅らせることによって、スペクトル純度幅は狭くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
逆に、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が狭くなった場合（E95低下時）、つまり、曲線Ｌ１から曲線Ｌ１（ｂ）に変化した場合には、矢印ＬＢにて示すごとく、放電タイミングｄｔを早めて、dt0からdt1に変化させる。このように放電タイミングｄｔをdt0からdt1に早めることによって、スペクトル純度幅は広くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
ただし、図４に示すように、スペクトル純度幅の制御幅（図４の縦軸）は、放電タイミングｄｔの制御幅（図４の横軸）との関係で、レーザ出力が許容レベル以上となっている同期許容幅（図４の横軸）に対応する範囲内（図４の縦軸）であることが望ましい（第４発明）。
第２発明では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅E95を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
第２発明に従属する第６発明では、発振用レーザ装置１００で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させることで、シード光のスペクトル純度幅E95を制御し、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
すなわち、スペクトル純度幅E95を制御する別の方法に、シード光自体のスペクトル純度幅E95を制御する手段がある。このシード光のスペクトル純度幅E95の制御には、つぎのように３つの方法がある。
２）−１ シード光のパルス波形の立上りを制御する方法（第２発明およびこれに従属する第６発明）。
２）−２ 狭帯域化性能を制御する方法（第１４発明）。
２）−３ 音響波の伝搬速度を制御する方法（第１９発明）。
上記いずれの方法を使用しても、出力されるシード光のスペクトル純度幅E95自体が変化するため、増幅されるレーザ光もそれに対応して変化する。
まず、第２発明およびこれに従属する第６発明について説明する。
図１５は、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のレーザパルスの波形を、横軸を時間、縦軸をレーザ出力とするグラフで示している。
発振用レーザ装置１００で放電が開始されてからパルスが立ち上がるまでの時間を小信号利得を小さくすることにより遅延させると、レーザパルス波形は、図１５に破線で示す波形から実線で示す波形に変化する。このように、放電が開始してからレーザパルス波形が立ち上がるまでの時間を長くすることによって、つまりレーザパルスを時間的に後半にシフトすることによって、スペクトル純度幅を狭くすることができる。この理由は、図１１に示すように、波長選択素子（ＬＮＭ１６）を数回通過後の光子が増幅されてパルスが立ち上がったためであり、ラウンドトリップ回数が多くなるほどスペクトル純度幅が小さくなるためである。逆に、小信号利得を大きくして、レーザパルスを前半にシフトすることによって、同様の原理（ラウンドトリップ回数が少なくなるほどスペクトル純度幅が大きくなる）によりスペクトル純度幅が広くなる。
以上のような特性を利用して、第２発明および第６発明では、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のレーザパルス波形の立ち上がりを制御することによって（図１５参照）、シード光のスペクトル波形の波長線幅を図１２（ａ）〜（ｅ）に示すごとく変化させる。このようにシード光のスペクトル純度幅E95が変化するため、増幅用レーザ装置３００で増幅されて出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95もそれに合わせて変化する。
具体的には、図１７に示すように、発振用チャンバ１０内のフッ素分子Ｆ2濃度を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御する（第６発明）。
また、シード光のレーザパルス波形を変化させ、スペクトル純度幅E95も変化させることができるパラメータとしては、F2の濃度以外に、全ガス圧力、充電電圧、充電回路のコンデンサの容量、容量比、予備電離コンデンサの容量、アウトプットカブラ（OC）反射率などがある（第７発明、第８発明、第９発明、第１０発明、第１１発明、第１２発明）。
また、第２発明を実施することで、シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化ｄｔに応じて、発振用レーザ装置１００で放電を開始してから増幅用レーザ装置３００で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御を行うことが望ましい（第１３発明）。
本第１３発明によれば、レーザ光出力の減少を抑制することができ、スペクトル純度幅の制御を効果的に行なうことが出来る。
第１４発明では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
具体的には、発振用レーザ装置１００に、発振用チャンバ１０内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、波面変化手段によって、発振用チャンバ１０内で発生した光の波面を変化させることで、発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を変化させ、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する（第１６発明）。
発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を制御して、スペクトル純度幅E95を制御できるパラメータとしては、他に、光の拡大率、光のビーム幅がある（第１７発明、第１８発明）。
第１９発明では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
具体的には、発振用レーザ装置１００で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、発振用チャンバ１０内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、シード光の発振周波数と発振用チャンバ１０内のレーザガスの温度とスペクトル純度幅E95との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する（第２１発明）。
第１９発明に適用される原理について説明する。
発振用チャンバ１０内のガス温度が変化することによって、スペクトル純度幅E95が変化する。この理由は、放電により発生する音響波がレーザ光路上の粒子密度分布を変化させレーザ波面を変化させるためである。ガス温度T[K]は、音響波の伝播速度vとの間で、
v ∝(Ｔ)1/2
という関係が成立する。このため、ガス温度を変化させると、音響波の伝播速度が変化し、レーザ光路上の粒子密度分布が変化し、レーザ波面が変化して、最終的には、スペクトル純度幅E95が変化する。
また、発振周波数の変化は、音響波に影響を与えるため、発振周波数に応じて、上述したガス温度とスペクトル純度幅E95との関係も変化する（図４３）。
このように発振周波数によって、ガス温度とスペクトル純度幅Ｅ９５の関係が変化するため、第１９発明（第２１発明）では、例えばデータベースに、各周波数におけるガス温度とスペクトル純度幅Ｅ９５の相関関係（図４４；Ｌ１６、Ｌ１７、Ｌ１８）を記憶しておき、現在の発振周波数に対応する相関関係を読み出し、この読み出した相関関係に基づいて、ガス温度を変化させて、スペクトル純度幅Ｅ９５を制御する。したがって、実際のスペクトル純度幅の制御は、レーザガス温度の制御として行われる。
つぎに、第３発明について説明する。
スペクトル純度幅E95を制御する別の方法として、上記１）の放電タイミングの制御と、２）のシード光のスペクトル純度幅E95の制御とを組み合わせる手段３）がある。この制御手段３）（第３発明）では、スペクトル純度幅E95を許容幅内に制御する上での同期許容幅の拡大が期待できる。ここで、同期許容幅とは、レーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる放電タイミングの範囲のことである。具体的には、同期許容幅は、図４で説明される。図４では、右側縦軸をレーザ出力としており、Ｌ２（ＭＯＰＯ方式の場合）、Ｌ２′（ＭＯＰＡ方式の場合）がレーザ光の出力の特性である。同期許容幅とは、増幅されたレーザ光の出力がピーク出力の例えば８０％の割合に入るための放電タイミングｄｔの範囲のことを言う。この同期許容幅から外れると、レーザ出力が大きく減少することになる。ＭＯＰＯ方式のレーザ出力特性Ｌ２に対して、Ｌ２′がＭＯＰＡ方式の場合のレーザ出力特性であり、このレーザ出力特性を比較してもわかるように、MOPA方式は、MOPO方式に比べて同期許容幅が小さい。
例えば、スペクトル純度幅E95をかなり細くする場合は、まず、２）のシード光のスペクトル純度幅E95の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を細くした上で、１）の放電タイミングの制御によって同期タイミング（図５）をシード光パルス波形の後半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり細くすることが可能である。逆に、スペクトル純度幅E95をかなり太くする場合は、まず、２）の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を太くした上で、１）の制御によって同期タイミング（図５）をシード光パルス波形の前半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり太くすることができる。シード光のE95制御と、放電タイミング制御の順番は以上の説明とは逆でも制御可能である。
図５６は、放電タイミングを変化させる制御とパルス波形を変化させる（パルス立ち上がり時期を変化させる）制御とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いるタイミングチャートであり、横軸を時間とし縦軸をシード光出力（強度）として、シード光のパルス波形を示している。
図５６（ａ）は、放電タイミングを遅延させ、さらにシード光のパルス波形を遅延させることで、スペクトル純度幅E95を小さくする場合を説明する図であり、図５６（ｂ）は、放電タイミングを早め、さらにシード光のパルス波形を早めることで、スペクトル純度幅E95を大きくする場合を説明する図である。
図５６（ａ）は、図５で説明した効果と、図１５で説明した効果を組み合わせた効果を示している。すなわち、矢印３Ａにて示すように、放電タイミングを遅延させることで、シード光のパルス波形Ｌ３のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が太くなる部分Ｌ３１からスペクトル純度幅が細くなる部分Ｌ３２に移行する（図５で説明した効果）。更に、矢印３Ｂにて示すように、シード光のパルス波形をＬ３からＬ３′に遅延させることで、パルス波形Ｌ３′のうち、更にスペクトル純度幅が細くなる部分Ｌ３２′に移行する（図１５で説明した効果）。
スペクトル純度幅E95を大きくする場合も同様であり、図５６（ｂ）の矢印１３Ａにて示すように、放電タイミングを早めることで、シード光のパルス波形Ｌ３のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が細くなる部分Ｌ３２からスペクトル純度幅が太くなる部分Ｌ３１に移行する（図５で説明した効果）。更に、矢印１３Ｂにて示すように、シード光のパルス波形をＬ３からＬ３″に早めることで、パルス波形Ｌ３″のうち、更にスペクトル純度幅が太くなる部分Ｌ３１″に移行する（図１５で説明した効果）。
この結果、放電タイミングｄｔの制御幅、つまりレーザ出力が許容レベル以上となっている同期許容幅は、３Ｃから３Ｄに一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
つぎに、第１発明と第１４発明を組み合わせた第１５発明、第１発明と第１９発明を組み合わせた第２０発明の効果について説明する。
図５７は、放電タイミングを変化させる制御とシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御（狭帯域化性能を変化させる制御、あるいは音響波の伝搬速度を変化させる制御）とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いた図であり、前述した図４と同様に、横軸を放電タイミングｄｔとし縦軸をスペクトル純度幅E95で示している。
図５７における特性Ｌ１は、図４に示す特性Ｌ１に相当する。
目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を大きくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を大きくする制御を行う。これにより、特性Ｌ１から、よりスペクトル純度幅が大きくなる特性Ｌ１Ａに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を大きくするために放電タイミングｄｔを減少させる制御を行う。これにより特性Ｌ１Ａ上で、放電タイミングが減少する方向に変化する。
また、目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を小さくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を小さくする制御を行う。これにより、特性Ｌ１から、よりスペクトル純度幅が小さくなる特性Ｌ１Ｂに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を小さくするために放電タイミングｄｔを増加させる制御を行う。これにより特性Ｌ１Ｂ上で、放電タイミングが増加する方向に変化する。
そこで、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御のみを行った場合のスペクトル純度幅E95の制御幅１Ａと、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御と放電タイミングｄｔを変化させる制御とを組み合わせた場合の制御幅１Ｂを比較すると、両制御を組み合わせた方が、同じ同期許容幅内（横軸）であればスペクトル純度幅E95の制御幅（縦軸）が拡大しているのが、読み取れる。
このように、両制御を組み合わせた制御を行うことで、同じ同期許容幅内で、スペクトル純度幅E95を振れる範囲が一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
更に上記第１発明、第２発明、第３発明（第１５発明、第２０発明）に、発振用チャンバ１０の放電パルスをストレッチさせる制御を組み合わせれば（第５発明）、シード光のパルス波形が長くなることから、同期許容幅が拡大される（図１４参照）。このため、さらにスペクトル純度幅E95の制御範囲を大きすることができる。また、同期許容幅が広がることによって、増幅されたレーザ光の出力についても、放電タイミングｄｔの変化に対して、そのレーザ出力変化量を小さく抑えることができるようになり、レーザ出力が安定しやすくなる。
以上のように、本発明によれば、中心波長の制御に影響を与えることなくスペクトル純度幅（スペクトル指標値）の安定化制御を行えることができるため、見かけ上のスペクトル純度幅の制御を行うことで発生する従来技術の諸問題点を解決できる。
図１は本実施形態に係るレーザシステムの構成図である。 図２（ａ）、（ｂ）は各チャンバ及びその近傍の構成図である。 図３（ａ）、（ｂ）は電源の構成を電気回路で示す図である。 図４は放電タイミングとスペクトル純度幅の関係を示す図である。 図５はシード光のパルス波形と同期タイミングによるスペクトル純度幅が決定されることを説明する図である。 図６はスペクトル純度幅の計測サブルーチンを示すフローチャートである。 図７はスペクトル純度幅の安定化制御のメインルーチンを示すフローチャートである。 図８はモニタモジュールの構成図である。 図９は計測したスペクトル指標値と真値との相関関係を示す図である。 図１０はスペクトル純度幅を計測するサブルーチンを示すフローチャートである。 図１１（ａ）〜（ｊ）はラウンドトリップ回数とレーザパルス波形及びスペクトル純度幅の関係を説明するために用いた図である。 図１２はラウンドトリップ回数とスペクトル波形との関係を説明する図である。 図１３は放電タイミング制御のサブルーチン（実施例１）を示すフローチャートである。 図１４はパルスストレッチの効果を説明する図である。 図１５はパルス波形制御によるスペクトルの変化を説明する図である。 図１６はフッ素濃度とスペクトル純度幅、レーザ出力の関係を示す図である。 図１７はフッ素濃度とレーザパルス波形の関係を示す図である。 図１８はフッ素濃度の制御のサブルーチン（実施例４）のフローチャートである。 図１９は全ガス圧力の制御のサブルーチン（実施例５）のフローチャートである。 図２０は充電電圧の制御のサブルーチン（実施例６）のフローチャートである。 図２１（ａ）、（ｂ）はアウトプットカプラの反射率を変化させる方法を説明する図である。 図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はコンデンサ容量による各パルス波形の変化を示す図である。 図２３はピーキングコンデンサ容量とスペクトル純度幅の関係を示す図である。 図２４はピーキングコンデンサの温度制御のサブルーチン（実施例９）のフローチャートである。 図２５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はシード光のパルス波形の変化に対して放電タイミングが固定の場合の効果を説明する図である。 図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はシード光のパルス波形の変化に合わせて放電タイミングを変化させた場合の効果を説明する図である。 図２７はシード光のパルス波形の変化に合わせて放電タイミングを変化させる制御のサブルーチン（実施例８）のフローチャートである。 図２８はグレーティングの曲率半径とスペクトル純度幅の関係を示す図である。 図２９はグレーティングの曲げ機構を示す図である。 図３０は波面修正によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１１）をフローチャートで示す図である。 図３１はディフォーマブルミラーによるレーザ波面制御システムを例示した図である。 図３２はライン型のディフォーマブルミラーを示す図である。 図３３はレーザ光波面の曲率半径とスペクトル純度幅の関係を示す図である。 図３４は波面修正によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１２）をフローチャートで示す図である。 図３５（ａ）、（ｂ）は拡大率（倍率）変更によるスペクトル純度幅制御を説明する図である。 図３６は拡大率（倍率）変更によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１３）をフローチャートで示す図である。 図３７は拡大率を大きくする制御のサブルーチンをフローチャートで示す図である。 図３８は拡大率を小さくする制御のサブルーチンをフローチャートで示す図である。 図３９（ａ）、（ｂ）は拡大率とスペクトル幅、発振用レーザ装置の出力との関係を示す図である。 図４０はスリット幅によるスペクトル幅制御を説明する図である。 図４１はスリット幅とスペクトル幅の関係を示す図である。 図４２はスリット制御によるスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１４）をフローチャートで示す図である。 図４３は発振周波数とスペクトル純度幅がガス温度に依存して変化する様子を示す図である。 図４４はガス温度とスペクトル純度幅の関係を示す図である。 図４５は温度センサの構成例を示す図である。 図４６は温度センサの構成例を示す図である。 図４７は温度センサの構成例を示す図である。 図４８は温度センサの構成例を示す図である。 図４９はガス温度を変化させる構成を例示した図である。 図５０はガス温度を変化させる構成を例示した図である。 図５１はガス温度を変化させる構成を例示した図である。 図５２はガス温度を変化させる構成を例示した図である。 図５３はガス温度制御によるスペクトル純度幅制御のサブルーチンをフローチャート（実施例１５）で示す図である。 図５４は波面補正器を使用した狭帯域化モジュールの構成例を示す図である。 図５５（ａ）、（ｂ）は波面補正器の構成例を示す図である。 図５６（ａ）、（ｂ）は放電タイミングの制御とパルス波形制御の組合せの効果を説明する図である。 図５７は放電タイミングの制御とシード光のスペクトル純度幅制御の組合せの効果を説明する図である。 図５８はパルス波形制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１６）をフローチャートで示す図である。 図５９はシード光のスペクトル純度幅制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１８）をフローチャートで示す図である。 図６０はパルス波形制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１７）をフローチャートで示す図である。 図６１はシード光のスペクトル純度幅制御と放電タイミング制御を組み合わせたスペクトル純度幅制御のサブルーチン（実施例１９）をフローチャートで示す図である。 図６２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＭＯＰＡ方式の場合の増幅を説明する図である。 図６３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はＭＯＰＯ方式の場合の増幅を説明する図である。 図６４は充電電圧およびレーザガス全圧とレーザパルス波形との関係を示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係る狭帯域化レーザ装置の実施の形態について説明する。
（スペクトル指標値）
まず、本明細書に使用される用語の意味について説明する。本明細書において、スペクトル指標値というときは、スペクトル線幅、スペクトル純度幅、コントラストロス、スペクトル標準偏差、白色OTF(Optical Transfer Function)を含む意味で使用する。
スペクトル線幅とは、レーザ光のスペクトル波形の光量値における全幅であり、特にスペクトル波形をピーク値の半値で切った全幅の半値全幅FWHM（Full Width at Half Maximum）で評価することが多い。
スペクトル純度幅とは、全スペクトルエネルギーのうち中心波長λ0を中心としてある割合のエネルギーが占める部分の全幅であり、特に９５％のエネルギーが入るスペクトル幅で評価される場合が多い。本明細書では、スペクトル純度幅を、特に「E95」と呼ぶ。スペクトル純度幅E95に関しては、波長をλ、中心波長をλ0として、下記（１）式が成り立つ。
Figure 0005312567
コントラストロスとは、レーザ光のスペクトル波形が色収差に与える指標値であり、露光装置の光学系における波長ごとの色収差量を表す色収差量関数p(λ)とスペクトル波形g(λ)の積を波長に関して積分した値である。コントラストロスに関しては、下記（２）式が成り立つ。
CL＝∫g(λ)・p(λ)dλ ...（２）
スペクトル標準偏差σは、下式（３）、（４）で定義される指標値である。
λ0=(∫λ・g(λ)dλ)／(∫g(λ)dλ) ...（３）
σ2=∫[g(λ+λ0)−g(λ0)]2dλ ...（４）
白色OTFは、単色光のOTFとスペクトル波形に基づいて、下式（５）から求めることができる指標値である。
Figure 0005312567
（５）式において、Rλ(u,v)は各単色のOTFであり、Rw(u,v)は白色OTFである。またWλは各波長に対する重み（波長の強度分布）である。
以下では、スペクトル指標値を、スペクトル純度幅に代表させて説明するが、本発明は、その他のスペクトル指標値の制御に対しても適用することができる。
（２ステージレーザシステム）
つぎに、本発明の前提となる２ステージレーザシステムの概要について説明する。
近年になって、狭帯域化されたレーザの高出力化が要求されている。これを達成する良く知られた方式に、２ステージレーザシステムがある。２ステージレーザシステムとは、狭帯域化した線幅の狭い光（シード光；種レーザ光）を発生させる発振用レーザ装置と、そのシード光（種レーザ光）の強度を増幅させる増幅用レーザ装置から成るレーザシステムのことである。２ステージレーザシステムは、レーザチャンバを１つしかもたない１ステージレーザとは異なり、狭帯域化による出力の低下に対して、増幅用レーザ装置によって出力を増加させることができるという特長がある。
２ステージレーザシステムの方式には、増幅の手段の違いによりMOPO方式とMOPA方式の2種類がある。
MOPOは、Master Oscillator, Power Oscillatorの略であり、発振用レーザ装置を構成する発振用チャンバのみならず、増幅用チャンバにも共振器が備えられている方式のことであり、増幅用装置単体でもレーザ発振することができる。一方、MOPAは、Master Oscillator, Power Ampliferの略であり、増幅用チャンバには共振器が備えられていない方式のことであり、シード光がないと、レーザ光は取り出せない。
以下、特に記載のない場合、発振用レーザ装置から出力される光を「シード光」と呼び、増幅用レーザ装置から出力される光を「レーザ光」と呼ぶ。
図６２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、MOPA方式で行われる増幅の様子を示す図で、シード光の波形、増幅装置の利得曲線、レーザ光の波形それぞれを時間軸に対応させて示している。
MOPA方式では、同図６２に示すように、シード光と増幅用レーザ装置の利得曲線が重なった部分（斜線で示す部分）のみが増幅され、シード光の持つスペクトル純度幅E95成分をそのまま増幅する。
一方、MOPO方式で行われる増幅の様子は、図６２と同様な図６３で示される。
MOPO方式では、図６３に示すように、増幅用レーザ装置の利得曲線とシード光が最初に重なった部分（斜線で示す部分）のシード光のE95成分のみが増幅されてレーザ光が出力される。このようにMOPA方式では、重なった部分しかレーザ光にならないので、同期許容幅、つまり発振用レーザ装置で放電を開始してから増幅用レーザ装置で放電を開始するまでの時間（放電タイミング）の許容幅がMOPO方式よりも短い。
（本実施形態に係るMOPO方式レーザシステムの説明）
つぎに、MOPO方式を代表させて、実施形態のレーザシステムの構成について説明する。
図１は、実施形態のレーザシステムの構成図である。図１は、ＭＯＰＯ方式の２ステージレーザ装置を示している。図２（ａ）は、図１に示す発振用チャンバとその近傍の構成を示す図であり、図２（ｂ）は、図１に示す増幅用チャンバと、その近傍の構成を示す図である。
実施形態のレーザシステムは、大きくは、２ステージレーザ装置２とから成り、その後段に露光装置３がある。そして、２ステージレーザ装置２は、大きくは、発振用チャンバ１０内でレーザガスの放電動作を繰り返し行うことにより狭帯域化したシード光をパルス発振する発振用レーザ装置（OSC）１００と、増幅用チャンバ内３０でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置（AMP）３００とからなる。このように発振用レーザ装置１００では、狭帯域化されたシード光が生成され、増幅用レーザ装置３００では、発振用レーザ装置１００から出力されたシード光が増幅される。
２ステージレーザ装置２全体のスペクトル特性は、発振用レーザ１００から出力されるシード光のスペクトル特性によって決定される。そして、２ステージレーザ装置２自体のレーザ出力（エネルギーまたはパワー）は、増幅用レーザ装置３００の増幅能力によって決定される。
増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光は、露光装置３に入力され、入力されたレーザ光は、例えば半導体ウェーハなどの露光対象の露光に用いられる。
発振用レーザ装置１００は、発振用チャンバ１０と、充電器１１と、発振用高電圧パルス発生器１２と、ガス供給排気ユニット１４と、冷却水供給ユニット１５と、ＬNＭ１６と、フロントミラー１７と、第１モニタモジュール１９と、放電検出部２０とで構成されている。
増幅用レーザ装置３００は、増幅用チャンバ３０と、充電器３１と、増幅用高電圧パルス発生器３２と、ガス供給・排気ユニット３４と、冷却水供給ユニット３５と、リア側ミラー３６と、出力ミラー３７と、第２モニタモジュール３９とで構成されている。なお、ミラー３６と３７により構成される光共振器は不安定共振器であることは必須ではなく、安定共振器やいずれのミラーも平面のエタロン型共振器であってもよい。
発振用レーザ装置１００と増幅用レーザ装置３００とでは、それらの構成要素に同一部分があるため、その同一部分に関しては、以下、発振用レーザ装置１００を代表して説明することにする。
図２（ａ）に示すように、発振用チャンバ１０の内部には、所定距離だけ離隔し、互いの長手方向が平行であって、かつ放電面が対向する一対の電極１０ａ、１０ｂ、つまりカソード電極１０ａ、アノード電極１０ｂが設けられている。
これら電極１０ａ、１０ｂに電圧を印加する電源の一例を図３（ａ）に示す。 図３（ａ）は、電源及びチャンバ内部を電気回路で示している。
図３（ａ）は、磁気パルス圧縮回路に加え昇圧トランスＴｒ1を含む回路である。なお、図３（ａ）の回路を用いる代わりに、図３（ｂ）の回路を用いてもよい。図３（ｂ）は、図３（ａ）の昇圧トランスの代わりに主コンデンサＣ0の充電用のリアクトルＬ1を含む回路である。なお、図３（ｂ）の回路は、昇圧トランスにより昇圧される動作がないだけで、他の動作は図３（ａ）の回路と同様なので、重複した説明を省略する。また、発振用レーザ装置１００の電源と増幅用レーザ装置３００の電源の構成及び動作は同じであるため、増幅用レーザ３００の電源の説明については省略する。図３（ａ）、（ｂ）に示すカッコ（）内の符号は、増幅用レーザ装置３００の構成要素を示している。
以下、図３（ａ）にしたがって、回路の構成と動作を説明する。
電源は、充電器１１と発振用高電圧パルス発生器１２とで構成されている。
発振用高電圧パルス発生器１２は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ1、ＳＲ2、ＳＲ3を用いた２段の磁気パルス圧縮回路である。磁気スイッチＳＲ1は、固体スイッチＳＷでのスイッチングロスを低減するために設けられたものであり、磁気アシストとも呼ばれる。この固体スイッチＳＷには、例えばＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子が用いられる。
一対の放電電極１０ａ、１０ｂと電気的に並列にピーキングコンデンサＣpが配置され、このピーキングコンデンサＣpの前段には、電気的に並列にコンデンサＣ2が配置され、さらにその前段には電気的に配列にコンデンサＣ1が配置されている。
本実施形態では、磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3及びコンデンサＣ1、Ｃ2で２段の容量移行型回路が構成されている。
充電器１１の電圧は所定の値Ｖに調整され、この電圧値Ｖに応じて主コンデンサＣ0が充電される。このとき、固体スイッチＳＷはオフになっているものとすると、主コンデンサＣ0の充電が完了し、固体スイッチＳＷがオンとなったとき、固体スイッチＳＷの両端にかかる電圧は、主に磁気スイッチＳＲ1の両端にかかる。磁気スイッチＳＲ1の両端にかかる主コンデンサＣ0の充電電圧Ｖ0の時間積分値が磁気スイッチＳＲ1の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ1が飽和して導通状態となる。すると、主コンデンサＣ0、磁気スイッチＳＲ1、昇圧トランスＴｒ1の１次側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧トランスＴｒ1の２次側、コンデンサＣ1のループに電流が流れ、主コンデンサＣ0に蓄えられた電荷がコンデンサＣ1に移行し、コンデンサＣ1が充電される。コンデンサＣ1における電圧Ｖ1の時間積分値が磁気スイッチＳＲ2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ2が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサＣ1、コンデンサＣ2、磁気スイッチＳＲ3のループに電流が流れ、コンデンサＣ1に蓄えられた電荷がコンデンサＣ2に移行し、コンデンサＣ2が充電される。コンデンサＣ2における電圧Ｖ2の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ3が飽和して導通状態となる。すると、コンデンサＣ2、ピーキングコンデンサＣp、磁気スイッチＳＲ3のループに電流が流れ、コンデンサＣ2に蓄えられた電荷がピーキングコンデンサＣpに移行し、ピーキングコンデンサＣpが充電される。
図３（ａ）に示すように、発振用チャンバ１０内には、第１電極９１と、誘電体チューブ９２と、第２電極９３とからなる予備電離手段が設けられている。予備電離コンデンサＣp′は、一対の放電電極１０ａ、１０ｂと電気的に並列に配置されている。予備電離コンデンサＣp′の充電電圧に応じて一対の電極１０ａ、１０ｂ間で予備電離が行われる。
予備電離のためのコロナ放電は、第１電極９１が挿入されている誘電体チューブ９２と第２電極９３とが接触している個所を基点として誘電体チューブ９２の外周面に発生する。ピーキングコンデンサＣpの充電が進むにつれてその電圧Ｖpが上昇し、電圧Ｖpが所定の電圧になると誘電体チューブ９２の外周面にコロナ放電が発生する。このコロナ放電によって誘電体チューブ９２の外周に紫外線が発生し、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが予備電離される。ピーキングコンデンサＣpの充電がさらに進むにつれて、ピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖpが上昇する。この電圧Ｖpがある値（ブレークダウン電圧）Ｖbに達すると、一対の電極１０ａ、１０ｂ間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によりレーザ媒質が励起される。これによって、発振用レーザ装置１００の場合には、シード光が発生し、増幅用レーザ３００（もしくは増幅器）の場合には、注入されたシード光が増幅される。主放電によりピーキングコンデンサＣpの電圧は急速に低下し、やがて充電開始前の状態に戻る。固体スイッチＳＷのスイッチング動作によって、このような放電動作が繰り返し行なわれることで、パルスレーザ発振が行われる。固体スイッチＳＷのスイッチング動作は、外部からのトリガ信号に基づき行われる。このトリガ信号を送出する外部コントローラは、例えば、後述する同期コントローラ８である。
図３（ａ）に示す容量移行型回路において、後段に行くにつれて各段のインダクタンスを小さくするように設定すれば、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が実現される。この結果、一対の電極１０ａ、１０ｂ間（一対の電極３０ａ、３０ｂ間）に短パルスの強い放電が実現される。
以上のようにして、一対の電極１０ａ、１０ｂには、充電器１１と発振用高電圧パルス発生器１２とで構成された電源によって高電圧パルスが印加される。電極１０ａ、１０ｂに高電圧パルスが印加されると、電極１０ａ、１０ｂ間で放電が生じ、この放電によって発振用チャンバ１０内に封入されたレーザガスが励起される。
以上が発振用レーザ装置１００の充電器１１および発振用高電圧パルス発生器１２の構成、動作である。
さて、図１に示すガス供給・排気ユニット１４は、発振用チャンバ１０内にレーザガスを供給するガス供給系と、発振用チャンバ１０内のレーザガスを排気するガス排気系とで構成されている。
ガス供給・排気ユニット１４のガス供給系は、発振用チャンバ１０内にレーザガスを供給する。これにより発振用チャンバ１０にレーザガスが封入される。
図１に示すレーザシステムがフッ素分子（Ｆ2）レーザのシステムである場合には、ガス供給・排気ユニット１４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ガスとを、発振用チャンバ１０に供給する。また、本レーザシステムがＫｒＦエキシマレーザのシステムである場合には、ガス供給・排気ユニット１４は、クリプトン（Ｋｒ）ガス及びフッ素（Ｆ2）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスとを、発振用チャンバ１０に供給する。また、本レーザシステムがＡｒＦエキシマレーザのシステムである場合には、ガス供給・排気ユニット１４は、アルゴン（Ａｒ）ガス及びフッ素（Ｆ2）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）やネオン（Ｎｅ）等からなるバッファガスとを発振用チャンバ１０に供給する。各ガスの供給及び排気は、ガス供給・排気ユニット１４に設けられた各バルブの開閉によって制御される。
発振用チャンバ１０の内部には、図２（ａ）に示すように、クロスフローファン１０ｃが設けられている。クロスフローファン１０ｃによってレーザガスがチャンバ１０内で循環され、電極１０ａ、１０ｂ間に送り込まれる。
また、同図２（ａ）に示すように、発振用チャンバ１０の内部には、熱交換器１０ｄが設けられている。熱交換器１０ｄには、冷却水供給ユニット１５から冷却水が供給される。これにより熱交換器１０ｄは、発振用チャンバ１０内の排熱を行う。熱交換機１０ｄへの冷却水の供給は、冷却水供給ユニット１５（図１）のバルブの開閉によって制御される。
発振用チャンバ１０におけるレーザ光の光軸上にあって、レーザ光出力部分には、ウィンドウ１０ｅ、１０ｆが設けられている。ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、レーザ光に対する透過性を有する材料、例えばＣａＦ2等によって構成されている。両ウィンドウ１０ｅ、１０ｆは、外側の面が互いに平行に配置され、また、レーザ光に対して反射損失を低減すべくブリュースタ角で設置され、更にレーザ光の直線偏光方向がウィンドウ面に対して垂直になるように設置されている。
圧力センサＰlは、発振用チャンバ１０内のガス圧力をモニタする。圧力センサＰ1で検出されたガス圧力を示す信号は、ユーティリティコントローラ５に入力される。また、温度センサＴlは、発振用チャンバ１０内の温度をモニタする。温度センサＴ1で検出された温度を示す信号は、ユーティリティコントローラ５に入力される。
ユーティリティコントローラ５は、上記圧力センサＰ1の検出信号をフィードバック信号として、ガス供給・排気ユニット１４の各バルブの開閉及びその開度（又はガス流量）を指示するガス流量調整信号を生成し、ガス供給・排気ユニット１４に対して出力する。ガス供給・排気ユニット１４に、上記ガス流量調整信号が入力されると、ガス供給・排気ユニット１４で各バルブの開閉が制御される。これにより発振用チャンバ１０内のガス組成、ガス圧力が所望の値に調整される。
レーザ出力は、発振用チャンバ１０内のレーザガスの温度によって変化する。そこで、ユーティリティコントローラ５は、上記温度センサＴ１の検出信号をフィードバック信号として、発振用チャンバ１０内のレーザガスを所望温度に調整すべく、冷却水供給ユニット１５のバルブの開閉及びその開度（又は冷却水流量）を指示する冷却水流量調整信号を生成し、冷却水供給ユニット１５に対して出力する。冷却水供給ユニット１５に冷却水流量調整信号が入力されると、冷却水供給ユニット１５で各バルブの開閉を制御される。これにより発振用チャンバ１０内の熱交換器１０ｄに供給される冷却水の流量、つまり排熱量が調整される。
発振用チャンバ１０の外部にあって、ウィンドウ１０ｅ側（図２（ａ）参照）のレーザ光の光軸上には、ＬＮＭ（狭帯域化モジュール）１６が設けられている。また、同じく発振用チャンバ１０の外部にあって、ウィンドウ１０ｆ側（図２（ａ）参照）のレーザ光の光軸上には、フロントミラー１７が設けられている。 ＬＮＭ１６は、例えば拡大プリズムと波長選択素子であるグレーティング（回折格子）等の光学素子で構成されている。ＬＮＭ１６は、波長選択素子であるエタロンと全反射ミラー等の光学素子で構成される場合もある。このＬＮＭ１６内の光学素子とフロントミラー１７とでレーザ共振器が構成される。
第１モニタモジュール１９は、フロントミラー１７を透過したレーザ光のエネルギー、出力線幅、中心波長等のレーザビーム特性をモニタ（計測）する。第１モニタモジュール１９は、レーザ光の中心波長を示す信号を生成し、この信号を波長コントローラ６に出力する。また、第１モニタモジュール１９は、レーザ光のエネルギーを測定し、このエネルギーを示す信号をエネルギーコントローラ７に出力する。なお、図２（ｂ）に示す増幅用チャンバ３０の電極３０ａ、３０ｂ、クロスフローファン３０ｃ、熱交換器３０ｄ、ウィンドウ３０ｅ、３０ｆの機能は、上述した図２（ａ）に示す発振用チャンバ１０の対応する構成要素、つまり電極１０ａ、１０ｂ、クロスフローファン１０ｃ、熱交換器１０ｄ、ウィンドウ１０ｅ、１０ｆと機能は同じである。
また、増幅用レーザ装置３００に設けられた充電器３１、増幅用高電圧パルス発生器３２、ガス供給・排気ユニット３４、冷却水供給ユニット３５、第２モニタモジュール３９、圧力センサＰ2、温度センサＴ2の機能は、上述した発振用レーザ装置１００側に設けられた対応する構成要素、つまり充電器１１、発振用高電圧パルス発生器１２、ガス供給・排気ユニット１４、冷却水供給ユニット１５、第１モニタモジュール１９、圧力センサＰ1、温度センサＴ1と機能は同じである。一方、増幅用レーザ装置３００には、発振用レーザ１００で設けられたＬＮＭ１６等からなるレーザ共振器に代わり、次に述べる不安定共振器が設けられている。
すなわち、増幅用チャンバ３０の外部にあって、ウィンドウ３０ｅ側（図２（ｂ）参照）のレーザ光の光軸上にはリア側ミラー３６が設けられ、同じく増幅用チャンバ３０の外部にあって、ウィンドウ３０ｆ側（図２（ｂ）参照）のレーザ光の光軸上には出力ミラー３７が設けられている。リア側ミラー３６と出力ミラー３７とで不安定型共振器が構成される。リア側ミラー３６の反射面は凹面であって、その中央部にはミラー後方側から反射面側へレーザ光を通過させる孔が設けられる。リア側ミラー３６の反射面はＨＲ（High Reflection）コートが施されている。出力ミラー３７の反射面は凸面であって、その中央部にはＨＲ（High Reflection）コートが施され、中央部周囲にはＡＲ（Anti Reflection）コートが施される。なお、リア側ミラー３６としては、中央に孔が開いたものを使用する代わりに、孔に相当する部分のみＡＲコートが施されたミラー基板を使用してもよい。また、不安定共振器でなく安定共振器でもよい。
発振用レーザ装置１００のフロントミラー１７と増幅用レーザ３００のリア側ミラー３６との間には、反射ミラーを含むビーム伝搬部４２が設けられている。フロントミラー１７を透過したレーザ光（シード光）は、ビーム伝搬部４２によってリア側ミラー３６まで案内される。更に、このビーム伝搬部４２に案内されたレーザ光は、ビーム伝搬部４２を介してリア側ミラー３６の孔を通過し、増幅用チャンバ３０内に入射される。増幅用チャンバ３０に入射されたレーザ光は、増幅用チャンバ３０を通過し、出力ミラー３７の中央部で反射される。出力ミラー３７で反射されたレーザ光は、増幅用チャンバ３０内を通過し、リア側ミラー３６の孔周囲で反射される。更に、リア側ミラー３６で反射されたレーザ光は、増幅用チャンバ３０内を通過し、出力ミラー３７の中央部周囲を透過し、出力される。増幅用チャンバ３０では発振用チャンバ１０と同様にして一対の電極３０ａ、３０ｂ間で放電が行われる。レーザ光が増幅用チャンバ３０の放電部、つまり電極３０ａ、３０ｂ間を通過する際に放電が発生すると、レーザ光のパワーは増幅される。
波長コントローラ６には、第１モニタモジュール１９、第２モニタモジュール３９でモニタされたレーザビーム特性を示す信号が入力される。波長コントローラ６は、レーザ光の中心波長を所望の波長にすべくＬＮＭ１６内の波長選択素子（グレーティング、エタロン等）の選択波長を変化させる信号を生成し、この信号をドライバ２１に出力する。波長選択素子の選択波長は、例えば、波長選択素子へ入射するレーザ光の入射角を変化させることにより変化する。ドライバ２１は、波長コントローラ６より受信した信号に基づいて、波長選択素子へのレーザ光の入射角が変化するように、ＬＮＭ１６内の光学素子（例えば、拡大プリズム、全反射ミラー、グレーティング等）の姿勢角等を制御する。なお、波長選択素子の波長選択制御は、上述した説明のものに限られるものではない。例えば、波長選択素子がエアギャップエタロンの場合には、ＬＮＭ１６内のエアギャップ内の気圧（窒素等）を制御してもよいし、ギャップ間隔を制御してもよい。
エネルギーコントローラ７には、第１モニタモジュール１９、第２モニタモジュール３９でモニタされたレーザビーム特性（レーザ光のエネルギー）を示す信号が入力される。なお、露光装置３に、レーザ光のエネルギーをモニタする出力モニタ５１を設け、出力モニタ５１でモニタされた信号が、エネルギーコントローラ７に直接入力されるように構成してもよい。また、露光装置３の出力モニタ５１でモニタされた信号を露光装置３のコントローラ５２に入力し、このコントローラ５２から、レーザ装置２側のエネルギーコントローラ７に信号を送出するように構成してもよい。
エネルギーコントローラ７は、パルスエネルギーを所望の値にすべく次回の充電電圧を示す信号を生成し、この信号を同期コントローラ８に出力する。
放電検出器２０、４０ではそれぞれ、各チャンバ１０、３０における放電開始時期が検出される。
同期コントローラ８には、エネルギーコントローラ７から入力された次回充電電圧を示す信号と、放電検出器２０、４０で検出された各放電開始時期を示す信号とが入力される。同期コントローラ８は、エネルギーコントローラ７から入力された次回充電電圧値と、放電検出器２０、４０で検出された各放電開始時期とに基づいて、充電器１１の充電電圧を制御する。
発振用チャンバ１０の放電と増幅用チャンバ３０の放電のタイミングがずれると、発振用チャンバ１０から出力されたレーザ光（シード光）は、増幅用チャンバ３０で効率よく増幅されない。そこで、発振用チャンバ１０から出力されたレーザ光（シード光）が増幅用チャンバ３０内の一対の電極３０ａ、３０ｂ間の放電領域（励起領域）に満たされた放電タイミングで、増幅用チャンバ３０で放電させる必要がある。これを実現させるために、同期コントローラ８では、効率よく増幅される放電タイミングが得られるように、発振用高電圧パルス発生器１２の固体スイッチＳＷに対してトリガ信号を出力する時期に対する、増幅用高電圧パルス発生器３２の固体スイッチSWに対してトリガ信号を出力する時期の遅延時間を決定している。この遅延時間を変化させることによって、同期タイミングが変化する。
以上がMOPO方式のレーザシステムの構成である。
（MOPA方式の説明）
以上、MOPO方式の場合について説明をしたが、MOPA方式の構成は、図１において、増幅用チャンバ３０のレーザ共振器を構成するリアミラー３６と出力ミラー３７を取り除いたものである。MOPA方式の場合には、シード光が増幅用チャンバ３０内に入射するタイミングで、増幅用チャンバ３０で放電が開始される。シード光は、放電によって上準位に励起されたレーザ媒質中を通過することによって増幅される。シード光が増幅用チャンバ３０内のレーザ媒質を通過する回数は、1回であってもよく、さらに増幅させるため、増幅用チャンバ３０の両端にミラーを配置して、増幅用チャンバ３０内のレーザ媒質中をシード光が数回通過するように構成してもよい。
以上が本発明の構成の前提となるレーザシステムである。本発明は、MOPO方式、MOPA方式という2種類のいずれのレーザシステムに対しても適用することは可能である。ただし、以下は、特に記載のない限りはMOPO方式について説明する。
以下、本発明の知見について解説した上で、具体的な各制御例（各実施例）を説明する。
（露光装置と露光光源のスペクトル指標値）
前述したように、露光装置３における結像性能は、露光用光源、つまり２ステージレーザ装置２からのレーザ光のスペクトル性能に影響を受ける。結像性能を保つためには、スペクトル指標値（スペクトル線幅、スペクトル純度幅E95、コントラストロス、スペクトル標準偏差、白色OTF(Optical Transfer Function)）の少なくともいずれかひとつを安定化制御する必要がある。ここで、スペクトル指標値の安定化制御とは、目標スペクトル指標値の許容幅内に収まるように、スペクトル指標値を制御することである。
（スペクトル純度幅E95を安定化させる理由（必要性））
スペクトル純度幅が太くなると、露光装置３において、投影レンズの色収差により結像性能が悪化する。一方で、上述したように、スペクトル純度幅が、光学システムで設計された値から大幅に狭い値であったとしても、そのスペクトル純度幅が、ある許容幅内に収まっていないと、集積回路の品質が悪化することがあるといわれている（特許文献１参照）。このため、スペクトル純度幅は、ある許容幅を持った値の中で安定化制御される必要があるといわれている。
（スペクトル純度幅E95の変動要因）
一方で、ＬＮＭ１６内の光学素子またはチャンバ１０、３０の経時変化、発振による熱負荷等によって、スペクトル純度幅は、長期的に変動する。また、発振パターン、つまり周波数、Duty、パルス数、休止時間の変化に応じて熱負荷が変化するため、レーザ動作パターンに依存してスペクトル純度幅が変化する。
（スペクトル純度幅E95の制御手段）
そこで、本発明者は、レーザ装置２から外部へ出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95（スペクトル指標値として代表的なもの）は、発振用チャンバ１０で放電を開始してから増幅用チャンバ３０で放電を開始するまでの放電タイミングと、発振用チャンバ１０から出力されるレーザ光（シード光）のスペクトル純度幅E95によって決定されることを発見するに至り、これら放電タイミング、シード光のスペクトル純度幅というパラメータは、中心波長制御とは独立して制御できるパラメータであるという知見を得るに至った。
また、上述した変動要因によるスペクトル純度幅の変動をなくし、ある許容幅の範囲内に安定させるには、後述するスペクトル純度幅E95検出器（スペクトル純度幅計測手段）でスペクトル純度幅をモニタ（計測）し、ターゲットとなる目標スペクトル純度幅から変動していた場合には、後述する各アクチュエータを使用した各制御手段により、スペクトル純度幅E95がターゲットとなる目標値になるように制御すればよいという知見を得た。
スペクトル純度幅の安定化制御は、主として、
１）放電タイミングを変化させる。
２）発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させる。
３）発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ、かつ放電タイミングも変化させる。
という三種類の手段によって実現される。中でも、３）は、安定化制御の効果が一番大きい。
従来技術で説明した「見かけ上のスペクトル純度幅の制御」は、１パルス毎に波長を変化させるため、スペクトル純度幅を安定化制御することに依存して、１パルス毎に、ウェーハ上のベストフォーカスの位置が変化して露光されることになる。このように独立した中心波長制御を行うことができないため、ベストフォーカス位置ずれという問題が生じる。
これに対して、本発明の制御手段１）、２）、３）によれば、スペクトル純度幅を実質的に太くしたり細くすることができる一方で、独立して中心波長を制御することができる。このため、スペクトル純度幅を安定化制御しつつも、中心波長は変化せず、ベストフォーカスの位置変化も生じない。露光装置３の投影レンズに対する最適なスペクトル形状が得られ、ベストフォーカスの位置ずれもないため、投影レンズの結像性能を維持することができる。
上記制御手段１）について説明する。
図１に示す２ステージレーザシステムでは、１ステージレーザシステムと異なり、発振用チャンバ１０で放電を開始してから増幅用チャンバ３０で放電を開始するまでの放電タイミングに応じて、スペクトル純度幅E95を制御することができる。
図４に、放電タイミングｄｔに応じてスペクトル純度幅E95が変化する様子を示す。
図４のグラフの横軸のｄｔは、放電タイミング、つまり発振用チャンバ１０で放電を開始してから、増幅用チャンバ３０で放電を開始するまでの時間である。 図４のグラフの左側縦軸は、スペクトル純度幅E95であり、スペクトル純度幅特性Ｌ１として示すように、放電タイミングｄｔが大きくなる（放電タイミングが遅れる）につれてスペクトル純度幅E95が減少しているのがわかる。この理由は、図５を用いて説明される。
図５は、シード光のパルス波形Ｌ３を示したものである。同図５に示すように、シード光となる発振レーザ光は、時間的なスペクトル純度幅E95分布をもっており、レーザパルス波形の後方に行くに従ってスペクトル純度幅E95が減少する。このため、図５に示す時間的なスペクトル純度幅E95分布を持つシード光パルス波形のどの部分に同期させるかによって、増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95が決定されることになる。例えば、放電タイミングｄｔを遅らせて、シード光のパルス波形後半部分に放電を同期させた場合は、狭いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は細くなる。逆に、放電タイミングｄｔを早くして、シード光のパルス波形前半部分に放電を同期させた場合は、広いスペクトル純度幅E95を持つシード光が増幅されて、結果的に増幅されたレーザ光のスペクトル純度幅E95は太くなる。このような特性を用いて、モニタ（計測）されたスペクトル純度幅E95が増加した場合は、放電タイミングｄｔを大きくしてスペクトル純度幅E95を減少させ、スペクトル純度幅E95が減少した場合は、放電タイミングｄｔを小さくしてスペクトル純度幅E95を増加させるように制御すればよい。
つぎに、上記制御手段２）について説明する。
スペクトル純度幅E95を制御する別の方法に、シード光自体のスペクトル純度幅E95を制御する手段がある。このシード光のスペクトル純度幅E95の制御には、つぎのように３つの方法がある。
２）−１ シード光のパルス波形の立上りを制御する方法。
２）−２ 狭帯域化性能を制御する方法。
２）−３ 音響波の伝搬速度を制御する方法。
上記いずれの方法を使用しても、出力されるシード光のスペクトル純度幅E95自体が変化するため、増幅されるレーザ光もそれに対応して変化する。
つぎに、上記制御手段３）について説明する。
さらにスペクトル純度幅E95を制御する別の方法として、上記１）の放電タイミングの制御と、２）のシード光のスペクトル純度幅E95の制御とを組み合わせる手段がある。この制御手段３）では、スペクトル純度幅E95を許容幅内に制御する上での同期許容幅の拡大が期待できる。ここで、同期許容幅とは、レーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる放電タイミングの範囲のことである。具体的には、同期許容幅は、図４で説明される。図４では、右側縦軸をレーザ出力としており、Ｌ２（MOPＯ方式の場合）、Ｌ２′（ＭＯＰＡ方式の場合）がレーザ光の出力の特性である。同期許容幅とは、増幅されたレーザ光の出力がピーク出力の例えば８０％の割合に入るための放電タイミングｄｔの範囲のことを言う。この同期許容幅から外れると、レーザ出力が大きく減少することになる。ＭＯＰＯ方式のレーザ出力特性Ｌ２に対して、Ｌ２′がＭＯＰＡ方式の場合のレーザ出力特性であり、このレーザ出力特性を比較してもわかるように、MOPA方式は、MOPO方式に比べて同期許容幅が小さい。
例えば、スペクトル純度幅E95をかなり細くする場合は、まず、２）のシード光のスペクトル純度幅E95の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を細くした上で、１）の放電タイミングの制御によって同期タイミング（図５）をシード光パルス波形の後半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり細くすることが可能である。逆に、スペクトル純度幅E95をかなり太くする場合は、まず、２）の制御によってシード光自体のスペクトル純度幅E95を太くした上で、１）の制御によって同期タイミング（図５）をシード光パルス波形の前半に合わせれば、スペクトル純度幅E95をかなり太くすることができる。シード光のE95制御と、放電タイミング制御の順番は以上の説明とは逆でも制御可能である。
上記の制御手段１）、２）、３）に、発振用チャンバ１０の放電パルスをストレッチさせる後述する技術を組み合わせれば、シード光のパルス波形が長くなることから、同期許容幅が拡大される。このため、さらにスペクトル純度幅E95の制御範囲を大きすることができる。また、同期許容幅が広がることによって、増幅されたレーザ光の出力についても、放電タイミングｄｔの変化に対して、そのレーザ出力変化量を小さく抑えることができるようになり、レーザ出力が安定しやすくなる。
（スペクトル純度幅E95検出器（スペクトル純度幅計測手段））
上記制御手段１）、２）、３）で制御を実行するには、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光の実際のスペクトル純度幅E95の値が必要である。増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95は、スペクトル純度幅E95検出器（スペクトル純度幅計測手段）としての第２モニタモジュール３９にて検出（計測）される。図８に、第２モニタモジュール３９の構成図を示す。なお第１モニタモジュール１９の構成についても同様であるのでそれについての説明は省略する。
第２モニタモジュール３９は、ビームスプリッタ３９１と、エタロン分光器３９３と、フォトダイオード３９２とで構成されている。
エタロン分光器３９３では、スペクトル純度幅E95などのスペクトル指標値が計測され、フォトダイオード３９２でレーザ出力強度が計測される。エタロン分光器３９３は、拡散板やレンズアレイのようなビーム拡散手段３９４と、エタロン３９５と、レンズ３９６と、センサアレイ３９７とで構成されている。センサアレイ３９７としては、例えば複数のフォトダイオードアレイが1次元上に配列されたラインセンサ等を使用することができ、この場合、複数のラインセンサはチャンネル（ch：整数）順に並べられている。
第２モニタモジュール３９では、ビームスプリッタ３９１によってレーザ光の一部がサンプリングされエタロン分光器３９３に入射される。エタロン分光器３９３に入射されたレーザ光は、ビーム拡散手段３９４によって拡散され、エタロン３９５に入射される。エタロン３９５を通過したレーザ光は、レンズ３９６に入射される。レンズ３９６の焦点面にセンサアレイ３９７が設置されている。このためレンズ３９６をレーザ光が透過すると、センサアレイ３９７上には、干渉縞（フリンジ）が生成される。センサアレイ３９７上のフリンジのデータからレーザ光の波長と光量の線形データがスペクトル波形として求められ、スペクトル純度幅E95が計算される。
なお、実施形態では、エタロン分光器３９３を使用しているが、分光器の形態としては、角度分散型の光学素子を用いてもよい。例えば、ツェルニー・ターナ（Czerny-Turner）型の分光器、複数のグレーティングを使用した分光器、マルチパス化した分光器を使用してもよい。
分光器は、固有の応答特性、つまり装置関数を有する。計測されたスペクトル波形は、真のスペクトル波形を装置関数でコンボリューション積分した結果である。このため、真のスペクトル波形を得るには、計測されたスペクトル波形を装置関数でデコンボリューション処理すればよい。しかし、この計算には時間がかかるため、予め、実際に分光器で計測されたスペクトル純度幅と、真のスペクトル純度幅との相関性を記憶しておき、真のスペクトル純度幅を計算によって求めることが望ましい。図９は、エタロン分光器３９３で計測した実際のスペクトル指標値（スペクトル純度幅E95）と、高分解能分光器で計測した真のスペクトル指標値（スペクトル純度幅E95）との相関関係Ｌ４を例示している。図９に示す相関関係Ｌ４ら実際にエタロン分光器３９３で計測されたスペクトル純度幅に対応する真のスペクトル純度幅を求めることができる。ただし、その相関性が微小に変化することがあるため、定期的に外部に置いた高分解能分光器により較正する必要がある。
つぎに、図７に示すフローチャートを参照して、スペクトル純度幅の安定化制御のメインルーチンについて説明する。
すなわち、同図７に示すように、レーザ発振と同時に、ステップ１０１に移行し、「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチンが実行され、第２モニタモジュール３９によってスペクトル純度幅E95の計測が行なわれる。スペクトル純度幅E95は、１パルス毎に計測する。しかし、計算時間との兼ね合いで、ｎパルスに渡る平均値、または移動平均値でスペクトル純度幅E95を評価してもよい。この場合には、計測された値が実際の値からずれているか否かをチェックするために、ある間隔を持って較正処理をすることが望ましい。「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチンの具体的な内容に関しては、後述する（ステップ１０１）。
目標スペクトル純度幅E95の値をE950として、目標スペクトル純度幅E950に対する第１許容幅がE950±dE95(S)（第１制御閾値dE95(S)）と設定される。この目標スペクトル純度幅E950に対する第１許容幅E950±dE95(S)は、露光装置３で要求されるスペックにしたがって、設定される。露光装置３から要求される第１許容幅の上限値E950＋dE95(S)を超えたり下限値E950−dE95(S)を下回ったりして、第１許容幅の範囲外にならないように制御する必要がある。このため、ある所定のマージン（dE95(S)−dE95）を持たせた第２制御閾値dE95、つまり目標スペクトル純度幅E95に対する第２許容幅E950±dE95が設定される。第２制御閾値dE95の範囲は、0≦dE95<dE95(S)である。dE95=0の場合は、スペクトル純度幅E95の計測値が少しでも目標値E950から外れると、計測値E95を目標値E950に一致させるように、後述するE95アクチュエータが動作して安定化制御が実行されることになる。
実際のスペクトル純度幅E95が計測された後、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第２制御閾値dE95以下であるか否かが、つまり計測されたスペクトル純度幅E95が、第２許容幅E950±dE95内に収まっているか否かが計算される（ステップ１０２）。
計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第２制御閾値dE95以下である、つまり｜E95−E950｜≦dE95であれば、スペクトル純度幅E95の安定化制御は実行されない（ステップ１０２の判断Ｙｅｓ）。一方、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が第２制御閾値dE95を超えている、つまり｜E95−E950｜＞dE95の場合には（ステップ１０２の判断Ｎｏ）、つぎに、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第１制御閾値dE95(S)を下回っているか否かが判断（|E95−E950|＜dE95(S)）される（ステップ１０３）。この結果、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第１制御閾値dE95(S)以上となっているときは（ステップ１０３の判断Ｎｏ）、露光装置３へエラー信号を送って、スペクトル純度幅が第１許容幅から外れているレーザ光が露光装置３に入るのを防止するよう、レーザ発振を停止したり、露光装置３と２ステージレーザ装置２との間に存在するシャッターを閉じたりする。
一方、計測値E95と目標値E950との差の絶対値が、第１制御閾値dE95(S)を下回っているときは（ステップ１０３の判断ｙｅｓ）、計測値E95を目標値E950に一致させるように、後述する「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンに移行され、E95アクチュエータが動作して安定化制御が実行される（ステップ１０４）。
なお、上記ステップ１０４の「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンの内容については、後述する各実施例で説明する。「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンによる処理の結果、スペクトル純度幅E95が許容幅内に入ったならば、図７のメインルーチンに戻される。
図６に、「スペクトル純度幅E95計測サブルーチン」を示す。
サブルーチンスタート後、図８で説明した第２モニタモジュール３９によって、スペクトル波形が計測される（ステップ２０１）。計測されたスペクトル波形はデコンボリューション処理されて、真のスペクトル波形が計算される（ステップ２０２）。つぎに、スペクトル純度幅E95の平均値または移動平均値が計算によって求められる（ステップ２０３）。つぎに、スペクトル指標値（スペクトル純度幅）を校正するか否かが判断され（ステップ２０４）、スペクトル指標値（スペクトル純度幅）を校正すると判断した場合には、スペクトル指標値（スペクトル純度幅）が校正されて、スペクトル純度幅E95が校正値にしたがって再計算される（ステップ２０５）。スペクトル指標値（スペクトル純度幅）を校正しないと判断した場合には、そのまま図７のメインルーチンに戻される（ステップ２０６）。
図１０は、図６とは別形態の「スペクトル純度幅E95計測サブルーチン」を示す。
サブルーチンスタート後、図８で説明した第２モニタモジュール３９によって、スペクトル波形が計測される（ステップ３０１）。つぎに、スペクトル純度幅E95の平均値または移動平均値が計算によって求められる（ステップ３０２）。
つぎに、計算時間を短縮するため、図９で説明したスペクトル純度幅E95の計測値と真値の相関関係Ｌ４に基づいて、計測された値に対応する真の値を求める。なお、この処理にあたり、予め、実際に計測に使用されるエタロン分光器３９３と、これとは別の原器である高分解能分光器との相関性を測定しておき、測定結果を相関関係Ｌ４としてメモリに記憶しておけばよい（ステップ３０３）。つぎに、スペクトル指標値（スペクトル純度幅）を校正するか否かが判断され（ステップ３０４）、スペクトル指標値（スペクトル純度幅）を校正すると判断した場合には、スペクトル指標値（スペクトル純度幅）が校正されて、スペクトル純度幅E95が校正値にしたがって再計算される（ステップ３０５）。スペクトル指標値（スペクトル純度幅）を校正しないと判断した場合には、そのまま図７のメインルーチンに戻される（ステップ３０６）。なお、この場合の校正の方法としては、上述の高分解能分光器を用いて校正してもよく、また、露光装置３の解像の結果から計算によって校正してもよい。
（E95アクチュエータ）
図７のステップ１０４の「E95アクチュエータによる安定化制御」のサブルーチンを実行する各E95アクチュエータは、以下の各実施例（各制御例）で説明する。
（実施例１；放電タイミングの制御（制御手段１））によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００で放電を開始してから増幅用レーザ装置３００で放電を開始するまでの放電タイミングを制御することで、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図１に示す２ステージレーザ装置２の場合には、前述したように２つのレーザ装置１００、２００の放電タイミングを変化させることによって、スペクトル性能を変化させることが可能である。参考文献１（特願2002- 046328号）には、この特性を利用して、スペクトル線幅を0.2pm以下に抑える制御を行う技術が記載されている。しかし、この参考文献に記載された技術は、スペクトル線幅を0.2pm以下にする制御であって、スペクトル線幅をある所定の許容幅内に安定化させる制御の手法については記載されていない。
以下、放電タイミングを変化させることでスペクトル性能が変化するという特性を利用して、スペクトル純度幅を安定化制御する実施例について説明する。なお、一般に放電タイミングを変化させると、レーザ出力も変化してしまうのであるが、特にMOPO方式のシステムにおいては、この影響が相対的に小さく、レーザ出力の安定化という点で有利である。レーザ出力の出力変化を、より抑制するには、印加電圧やガス圧などを制御することが望ましい。
まず、放電タイミングによってスペクトル性能を制御する原理について明する。
狭帯域レーザでは、ブロードバンドで発振するレーザ共振器内に波長分散素子を挿入して、波長線幅Δλとスペクトル純度幅E95を狭くしている。波長分散素子は、プリズム、グレーティング、エタロンなどである。波長分散素子で、選択された波長のみがレーザ共振軸上に戻されるため、選択された波長のみが増幅されレーザ光として取り出される。この波長分散素子を通過することによって、選択波長から外れた波長域の光が除去されていくため、通過回数が多ければ多いほど、波長線幅Δλとスペクトル純度幅E95は狭くなっていく。この通過回数をラウンドトリップ回数と呼ぶ。
図１１に、ラウンドトリップ回数と、レーザパルス波形及びスペクトル純度幅E95との関係を示す。
図１１（ａ）〜（ｄ）は、ラウンドトリップ回数が０回、１回、２回、３回のレーザ光軸をチャンバ１０の側面からみた図であり、図１１（ｅ）は、図１１（ａ）〜（ｄ）を重ね合わせたレーザ光軸を示す側面図である。図１１（ｋ）は、図１１（ａ）〜（ｅ）に対応するチャンバ１０の上面図である。
図１１（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）は、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）それぞれに対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95である。図１１（ｆ）〜（ｊ）の横軸は時間（ｎｓ）であり、左縦軸はレーザ強度を示しており、右縦軸は波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。図１１（ｆ）〜（ｊ）において、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を×印にて示す。
図１１(a)は、チャンバ１０内で発生した光子が波長分散素子（ＬＮＭ１６）を通過せずに、チャンバ１０から出力された場合のレーザ光軸を示し（ラウンドトリップ回数は０回）、図１１（ｆ）は、図１１（ａ）に対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。
これら図１１（ａ）、（ｆ）に示すように、チャンバ１０から出力される光は、ASE（Amplified spontaneous emission；増幅された自然放出光）成分となる。発振用レーザ装置１００には、発振用チャンバ１０で発生した光を所定の反射率で発振用チャンバ１０内に戻すアウトプットカブラ６０が設けられている。アウトプットカプラ６０は、およそ30%の反射率を有している。このため、チャンバ１０内で発生したASEの70%が外部に出力される。チャンバ１０内で発生したASEの残りの30%の反射したASE光は、チャンバ１０に戻りレーザの種火になる。ASE出力強度は、レーザ出力強度に比べて大幅に小さいものの、ASEは波長分散素子（ＬＮＭ１６）を通過していないので、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95が広い（図１１（ｆ）参照）。
図１１(b)は、波長分散素子（ＬＮＭ１６）を1回通過してきた光がチャンバ１０から出力される場合のレーザ光軸を示し（ラウンドトリップ回数は１回）、図１１（ｇ）は、図１１（ｂ）に対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。
これら図１１（ｂ）、（ｇ）に示すように、図１１(a)に示すASE光がアウトプットカプラ６０で反射されてチャンバ１０内に戻され、波長分散素子（ＬＮＭ１６）を通過して波長選択された光がチャンバ１０内に戻されて、チャンバ１０の外部に出力されている。このとき出力されるレーザ光は、光が共振器内を1往復する時間分だけ遅れている。波長分散素子（ＬＮＭ１６）を1回通過しているため、その分波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95が狭くなっている（図１１（ｇ）参照）。
同様に、図１１(c)、図１１（ｈ）は、ラウンドトリップ回数が2回の場合を示している。また、同様に、図１１(d)、図１１（ｉ）は、ラウンドトリップ回数が3回の場合を示している。
このようにラウンドトリップ回数が増加するにつれて、さらなる出力開始時間の遅れとスペクトル純度幅E95の減少を呈する（図１１（ｈ）、図１１（ｉ）参照）。
図１１(e)は、図１１(a)から図１１(d)に示すレーザ光軸を重ね合わせたものであり、図１１（ｊ）は、図１１（ａ）に対応するレーザパルス波形と、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95を示している。実際に観測されるレーザパルス波形は、図１１(e)に示す形状となる。図１１（ｅ）に示すように、レーザパルス波形の後半に行くに従って、波長線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95が狭くなっていくのがわかる。なお、図１１（ａ）〜（ｅ）では、説明の便宜のために、チャンバ１０内を往復するレーザ光軸をずらして描画したが、実際には同一光軸上に重なっている。
図１１（ａ）〜（ｅ）に示したラウンドトリップ回数と、これらに対応するレーザ光のスペクトル波形を図１２にまとめて示す。図１２中、(a)〜(e)は、それぞれ図１１の(a)〜(e)に対応する。スペクトル純度幅E95は全エネルギーの95%が入る領域の幅であるため、図１１(a), (b)に対応するレーザパルス波形前半の光成分が含まれる場合、その影響度が強くなりスペクトル純度幅E95が広くなる。
また、図１１(f)〜(j)は、レーザ媒質の小信号利得が大きい場合である。小信号利得が小さい場合は、レーザパルスの前半部分は出力強度が弱く観測されないため、(f)や(g)の前半成分が現れず、レーザパルス波形の立ちあがりが遅くなる。
このように、狭帯域化レーザでは、レーザパルス波形の前半であるか後半であるかによって、スペクトル線幅Δλやスペクトル純度幅E95の値が異なる。レーザパルス波形の前半では、スペクトル線幅Δλやスペクトル純度幅E95が太くなり、レーザパルス波形の後半では、それらは狭くなる。２ステージレーザ装置２のような両レーザ装置の同期が必要なシステムでは、図５で説明したように、増幅用レーザ装置３００で放電を開始する時期を、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光パルス波形Ｌ３の前半に合わせれば、そのシード光パルス波形Ｌ３の前半部分の広いスペクトル幅の光が増幅されることになり、逆に、シード光パルス波形Ｌ３の後半に合わせれば、その後半部分の狭いスペクトル幅の光が増幅されることになる。よって、図４で説明したように、放電タイミングｄｔを遅らせる程、スペクトル線幅Δλ及びスペクトル純度幅E95は細くなっていく。
図４の左側縦軸において、スペクトル純度幅の目標値をE950に、前述した第２制御閾値をｄE95に（第２許容幅をE950±ｄE95に）設定する。これによりスペクトル純度幅の許容上限はE950＋ｄE95となり、許容下限値はE950−ｄE95となる。
例えば、スペクトル純度幅を目標値E950に一致させるべく、放電タイミングｄｔをdt0に設定してレーザ装置１００、３００を、曲線Ｌ１上で動作させていたとする。
ここで、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が広くなった場合（E95増加時）、つまり、曲線Ｌ１から曲線Ｌ１（ａ）に変化した場合には、矢印ＬＡにて示すごとく、放電タイミングｄｔを遅らせて、dt0からdt2に変化させる。このように放電タイミンｄｔをdt0からdt2に遅らせることによって、スペクトル純度幅は狭くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
逆に、実際に計測されるスペクトル純度幅E95が狭くなった場合（E95低下時）、つまり、曲線Ｌ１から曲線Ｌ１（ｂ）に変化した場合には、矢印ＬＢにて示すごとく、放電タイミングｄｔを早めて、dt0からdt1に変化させる。このように放電タイミングｄｔをdt0からdt1に早めることによって、スペクトル純度幅は広くなり、元の目標値E950の値まで戻すことができる。
図１３に、本実施例１のフローチャートを示す。図１３は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図１３に示すサブルーチンに入る。
図１３に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、同期コントローラ８で実行される。
図１３に示すサブルーチンがスタートすると、まず、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ４０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くして目標値に一致させるための放電タイミングｄｔの値（dt=dt0+dt'）が計算される（ステップ４０２）。逆に、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値よりも狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くして目標値に一致させるための放電タイミングｄｔ（dt=dt0−dt'）が計算される（ステップ４０３）。
上記制御間隔dt'の値は、スペクトル純度幅E95と放電タイミングdtの相関曲線Ｌ１の傾きｋ（図４参照）から、計算してもよく（dt'＝（｜E95−E950｜）／ｋ）、また、実際に制御を予めしておいて、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、この計算された放電タイミングｄｔが同期許容幅（図４参照）から外れたか（リミット検出）否かが判断される（ステップ４０４）。
計算された放電タイミングｄｔが同期許容幅から外れた場合（リミット検出）には、レーザ出力が大幅に減少することになり、２ステージレーザ装置２としての本来の意味をなさなくなる。一方、放電タイミングｄｔが同期許容幅内であれば、レーザ出力は、わずかに変化するのみであり、この場合には必要に応じて同時に、増幅用レーザ装置３００の充電電圧やガス圧を制御することで、一定レベル以上のレーザ出力が保証される。
このため制御間隔dt'だけ放電タイミングをずらすことによって、同期許容幅から外れた場合（リミット検出）には、これ以上、安定化制御することができないため、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ４０５）。
放電タイミングが同期許容幅内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ４０６に移行され、同期コントローラ８に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けて同期コントローラ８は、制御間隔dt'だけ放電タイミングｄｔを変化させる（ステップ４０６）。
以上のように、本実施例では、目標スペクトル純度幅E950に対する許容幅E950±ｄE95のうち、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅が得られる制御範囲で、安定化制御が行われる。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、放電タイミングｄｔを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ４０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ４０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ４０９）。
一方、ステップ４０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ４０１に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ４０９）。
（実施例２；パルスストレッチ制御を加えた放電タイミングの制御（制御手段１））によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段が更に備えられ、このパルスストレッチ手段によってシード光のパルス波形を延長させることで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のエネルギー（出力）が許容レベル以上となる同期許容幅を拡大させて上で、上記実施例１と同様な放電タイミングの制御を行い、
スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
レーザ放電特性を変えて、レーザパルス波形を延長させることを（放電）パルスストレッチ（制御）と呼ぶ。このパルスストレッチ制御を発振用レーザ装置１００に適用することによって、シード光のパルス長を長くして、図４に示す同期許容幅を広げることが可能になる。
図１４は、図４と同様なグラフであり、パルスストレッチ制御を行った場合（パルスストレッチ有）と、パルスストレッチ制御を行わない場合（パルスストレッチ無）の放電タイミングｄｔとレーザ出力との関係（レーザ出力特性）Ｌ６、Ｌ２を比較して示すとともに、パルスストレッチ制御を行った場合（パルスストレッチ有）と、パルスストレッチ制御を行わない場合（パルスストレッチ無）の放電タイミングｄｔとスペクトル純度幅E95との関係（スペクトル純度幅特性）Ｌ７、Ｌ１を比較して示す。
スペクトル純度幅特性に関して、パルスストレッチ制御を行った場合（パルスストレッチ有）の特性Ｌ７と、パルスストレッチ制御を行わない場合（パルスストレッチ無）の特性Ｌ１とで大きな変化はないものの、レーザ出力特性に関しては、パルスストレッチ制御を行った場合（パルスストレッチ有）の特性Ｌ６と、パルスストレッチ制御を行わない場合（パルスストレッチ無）の特性Ｌ２とで大きな変化が生じ、パルスストレッチ制御を行った場合（パルスストレッチ有）には、同期許容幅（レーザ出力が許容レベル（たとえばピーク出力の８０％））以上となる幅）の範囲が大幅に広がっているのがわかる。これにより、放電タイミングｄｔの制御可能な幅も拡大する。このように、同期許容幅が広がることによって、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル（たとえばピーク出力の８０％）以上となる範囲が広がり、放電タイミングｄｔを変化させた場合のレーザ出力の変動を、より小さくできる、というメリットが得られる。
このため、放電タイミングの制御（制御手段１））を実行するに際して、パルスストレッチを適用すれば、放電タイミングｄｔの制御幅が広がり、より実用的となる。パルスストレッチは、シード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段によって実現される。
つぎに、パルスストレッチ手段の内容について説明する。
高繰り返しレーザにおいて、放電パルスストレッチを行う方式には、振動電流方式と、電流重畳方式と、簡易スパイカサステナー方式とがある。
振動電流方式は、たとえば参考文献２（特開2001-156367）に記載されている。振動電流方式では、放電電極１０ａ、１０ｂ間を流れる振動電流の周期を短くし、かつ、電流のピーク値が大きくなるように回路定数を定め、振動電流の最初の1/2周期とそれに続く少なくとも１つの1/2周期においても、レーザガスの励起を行わせて、レーザ発振動作を持続させることによりパルスストレッチさせる。
電流重畳方式は、たとえば参考文献３（特許第３４２７８８９）に記載されている。電流重畳方式を図３を用いて説明すると、磁気パルス圧縮回路からピーキングコンデンサCpを介して放電電極１０ａ、１０ｂへエネルギーを注入する１次電流と、磁気パルス圧縮回路の最終段のピーキングコンデンサ充電用のコンデンサC2から放電電極１０ａ、１０ｂへエネルギーを注入する２次電流とを重畳させ、かつ、２次電流の振動周期を１次電流の振動周期より長く設定して、２次電流が重畳した１次電流の極性が反転する放電振動電流波形の始めの半周期と、それに続く少なくとも２つの半周期とによって１パルスのレーザ発振動作を行うことによりパルスストレッチさせる。
簡易スパイカサステナー方式は、たとえば参考文献４（特開2000-353839）に記載されている。簡易スパイカサステナー方式では、放電をつけるスパイカ回路と放電を持続させるサステナー回路を構成して、パルスストレッチさせる。
本実施例２では、上述したいずれのパルスストレッチ手段を用いてもよく、いずれのパルスストレッチ手段を用いた場合にも、図４に示す同期許容幅が広がり、スペクトル純度幅E95を安定化制御する上で、放電タイミングｄｔの制御範囲の拡大に効果がある。
パルスストレッチを加えた制御の内容は、図１３のフローチャートと同じであるため、説明は省略する。
（実施例３；シード光のパルス波形の立上りを制御（制御手段２）−１）することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
この実施例３以下では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅E95を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
この実施例３では、発振用レーザ装置１００で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させることで、シード光のスペクトル純度幅E95を制御し、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
図１５は、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のレーザパルスの波形を、横軸を時間、縦軸をレーザ出力とするグラフで示している。
発振用レーザ装置１００で放電が開始されてからパルスが立ち上がるまでの時間を小信号利得を小さくすることにより、遅延させると、レーザパルス波形は、図１５に破線で示す波形から実線で示す波形に変化する。このように、放電が開始してからレーザパルス波形が立ち上がるまでの時間を長くすることによって、つまりレーザパルスを時間的に後半にシフトすることによって、スペクトル純度幅を狭くすることが出来る。この理由は、図１１で説明した通りであり、波長選択素子（ＬＮＭ１６）を数回通過後の光子が増幅されてパルスが立ち上がったためであり、ラウンドトリップ回数が多くなるほどスペクトル純度幅が小さくなるためである。逆に、小信号利得を大きくして、レーザパルスを前半にシフトすることによって、同様の原理（ラウンドトリップ回数が少なくなるほどスペクトル純度幅が大きくなる）によりスペクトル純度幅が広くなる。
以上のような特性を利用して、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のレーザパルス波形の立ち上がりを制御することによって、シード光のスペクトル波形の波長線幅を図１２（ａ）〜（ｅ）に示すごとく変化させることができる。このようにシード光のスペクトル純度幅E95が変化するため、増幅用レーザ装置３００で増幅されて出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95もそれに合わせて変化する。
なお、後述するように、レーザパルス波形を変化させ、スペクトル純度幅E95も変化させることができるパラメータとしては、F2の濃度、全ガス圧力、充電電圧、アウトプットカブラ（OC）反射率などがある。これらのパラメータが変化すると、スペクトル純度幅E95だけでなく、レーザ出力も変化してしまう。このため、１ステージレーザ装置では、各パラメータの可変範囲が限られており、スペクトル純度幅E95の制御範囲も狭かったり、充電電圧のように、レーザ出力への影響が大きいパラメータでは、スペクトル純度幅E95を制御することは困難であった。これに対して、２ステージレーザ装置２では、レーザ出力は増幅用レーザ装置３００で制御することができるため、各パラメータ変化により発振用レーザ装置１００から出力されるシード光の出力が多少変化したとしても、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光の出力変化は問題とならない。このため、レーザ出力に制限されることなく、各パラメータを制御することで、スペクトル純度幅E95の安定化制御が可能となる。
（実施例４；フッ素F2濃度を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御（制御手段２）−１）することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、発振用チャンバ１０内のフッ素分子Ｆ2濃度を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図１６は、発振用チャンバ１０内のフッ素分子Ｆ2の濃度ＮF2（％）とスペクトル純度幅E95（ａ．ｕ．）との関係Ｌ８、同フッ素分子Ｆ2の濃度ＮF2（％）とレーザ出力（シード光強度）E（ａ．ｕ．）との関係Ｌ９を示している。同図１６に示すように、発振用チャンバ１０内のフッ素分子F2濃度を減少させることによって、スペクトル純度幅E95を狭くすることができる。このことは、参考文献５（特願4-312202号）にも記載されている。この現象を利用して、フッ素分子F2濃度を制御することにより、スペクトル純度幅E95を安定化制御することが可能となる。
図１７に、フッ素分子F2濃度を変化させた場合のシード光のレーザパルス波形を示す。図１７の横軸は時間（ｎｓ）であり、縦軸はレーザ強度（ａ．ｕ．）である。フッ素分子F2濃度が０．０６％の場合のシード光のレーザパルス波形を破線にて示し、フッ素分子F2濃度が０．１４％の場合のシード光のレーザパルス波形を実線にて示す。また、図１２の（ａ）〜（ｄ）に対応する部分を図１７に示している。
同図１７に示すように、フッ素分子Ｆ2濃度が濃くなると、放電を開始してから出力シード光が観測されるまでの時間が短くなっている、つまり短時間でシード光が出力されるようになる。よって、フッ素分子F2濃度が濃い場合には、パルス前半の成分（ａ）、（ｂ）が強くなり、図１２の（ａ）、（ｂ）で示されるようにシード光のスペクトル純度幅E95が広くなる。
フッ素分子F2濃度が濃くなることによって、パルスの立上りが早くなるのは、フッ素分子F2の数密度の増大によってレーザ媒質中の小信号利得gが大きくなるためである。アウトプットカプラーの反射率をR1、共振器を構成する他方のミラーの反射率をR2、レーザ媒質中の吸収係数をα、レーザ媒質の長さをLとする場合、共振器内を1往復した場合の光強度の正味の利得（増加割合）Gは、G=R1・R2・EXP{2(g‐α)L}で表される。ここで、光強度が増幅される条件G>1を満たしているとする。初期蛍光強度をI0とした場合、n回ラウンドトリップして、外部に出力される強度IはI=(1-R1)・I0・G^n −Aとなる。Aは出力後に、モニタモジュール等の伝播系で受ける損失を表す。これが、レーザ出力として外部で例えば1 [mJ/cm2]を超えてレーザパルスの立上りが観測されるためには、I >1が必要となる。つまり、(1-R1)・I0・[R1・R2・EXP{2(g-α)L}]^n −A >1 がレーザパルスが立ち上がる条件となる。よって、小信号利得gが大きいとき、少ないラウンドトリップ回数で上記の条件を満たすため、短い時間でレーザ発振が開始されることになる。
以上の原理により、フッ素分子F2濃度を濃くすることによって、利得が増加し、短い時間でレーザ出力が得られ、スペクトル純度幅E95が広くなる。これにより、フッ素分子F2濃度の制御により、スペクトル純度幅E95を安定化制御することができる。
図１８に、本実施例４のフローチャートを示す。図１８は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図１８に示すサブルーチンに入る。
図１８に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、メインコントローラ４、ユーティリティコントローラ５で実行される。
図１８に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用チャンバ１０内の現在のフッ素分子F2濃度の値NF2が検出される。フッ素分子F2ガスはもともと、放電によって電極１０ａ、１０ｂの材料と反応することによって減少してしまいレーザ出力もそれに合わせて減少してしまう。そこで、レーザ出力安定化のため、フッ素分子F２ガスを定期的に注入している。たとえば予め、単位ショット数あたりのフッ素分子F2ガスの消費量を計測しておき、その計測値に基づいて、ショット数に応じて、フッ素分子F2ガスが発振用チャンバ１０内に注入される。よって、フッ素分子F2濃度を簡易に検出するには、レーザガス交換時から、フッ素F2ガスの注入量とガス排出量を記録しておき、それら注入量、排出量の値から算出する方法が望ましい。また、フッ素分子F2の濃度を測定する濃度計を発振用チャンバ１０に取り付けておき、この濃度計の値を読み取ることで、フッ素分子F2濃度を検出してもよい（ステップ５１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ５０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なフッ素分子F2濃度の減少量ｄNF2の値が計算され、減少された濃度値が、
NF2=NF2−ｄNF2
と計算される（ステップ５０２）。
逆に、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なフッ素分子F2濃度の増加量ｄNF2の値が計算され、増加された濃度値が、
NF2=NF2＋ｄNF2
と計算される（ステップ５０３）。上記増減量ｄNF2の値は、たとえば図１６に示すスペクトル純度幅E95とフッ素分子F2濃度との相関関係Ｌ８から
計算すればよい。
スペクトル純度幅E95は、フッ素分子F2濃度以外にも全ガス圧力、充電電圧の値によって変化する。このため、予め、スペクトル純度幅E95と、充電電圧V、フッ素濃度NF2、全ガス圧力TPとの関係式、
E95＝ｆ（V, NF2,TP）
を記憶しておき、スペクトル純度幅計測時での充電電圧Vと全ガス圧力TPを検出し、これらの検出値と上記ステップ５１０で検出されたフッ素F2濃度NF2とを、上記関係式（E95＝ｆ（V, NF2,TP））に代入し、上記スペクトル純度幅とフッ素濃度の関係式、
E95＝h（NF2）
を計算することが望ましい。そして、この関係式から、計算式、
ｄNF2＝h−１（｜E95−E950｜）
を求め、スペクトル純度幅の変位量｜E95−E950｜に対応するフッ素濃度の変化量ｄNF2を計算すればよい。ここで、ｘ=h−１（y）は、y=h(x)の逆関数である。 また、予め、実際に制御動作をして、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、このように求められた濃度増減量ｄNF2だけ変化させた値が実際にフッ素分子F2濃度を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、極端にフッ素分子F2濃度が薄くなるか濃くなると、利得の低下が生じたり、グロー放電が不安定になったりして、レーザ発振できなくなるからである。そこで、レーザ発振が可能なフッ素分子F2濃度の制御範囲が設定され、濃度増減量ｄNF2だけ変化させた値がこの濃度制御範囲から外れている（リミット検出）か否かが判断され（ステップ５０４）、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやフッ素分子F2濃度の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ５０５）。
濃度増減量ｄNF2だけ変化させた値が上記濃度制御範囲内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ５０６に移行され、メインコントローラ４に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ４は、ユーティリティコントローラ５に指令信号を出力し、これを受けてユーティリティコントローラ５は、ガス供給排気ユニット１４を操作する。ガス供給排気ユニット１４が操作されることによって、発振用チャンバ１０へのガスの注入若しくは発振用チャンバ１０からのガスの排気が行われ、濃度増減量ｄNF2だけフッ素分子F2濃度が変化する。具体的には、ガス供給排気ユニット１４では、発振用チャンバ１０に接続されるガス排気ラインのエアバルブと発振用チャンバ１０に接続されるガス吸気ラインのうちF2/Neガスラインのエアバルブ若しくはマスフローコントローラが制御される。スペクトル純度幅を細くする場合には、ｄNF2だけフッ素濃度が小さくなるように、ガス排気ラインのバルブを開けて、ｄｐ1（＝TP・（ｄNF2／NF2））だけ排気した後、ｄｐ1だけAr/Neガスを注入する。逆に、スペクトル純度幅を太くする場合には、ｄNF2だけフッ素濃度が増加するように、ガス排気ラインのバルブを開けて、ｄｐ2（＝ｄｐ１／0.01ｘ）だけ排気した後、ｄｐ2だけx%希釈されたF2/Neガスを注入する（ｄｐ２＝ｄｐ１／0.01ｘ）。このとき、一時的にガス圧が減少するが、これをなくすために、ガス排気とガス注入をマスフローコントローラを用いて同時に実施してもよい（ステップ５０６）。
ガス注入の望ましい実施形態についてＡｒＦエキシマレーザを例に説明する。補給するためのガスは２つのボンベ１とボンベ２に保管する。ボンベ１内部にはＡｒガスとＮｅガスの混合ガスを封入し、ボンベ２内部にはＦ２ガスとＡｒガスとＮｅガスの混合ガスを封入する。両ボンベにおいてＡｒガスとＮｅガスの分圧比はほぼ同一であり、その分圧比はＡｒＦエキシマレーザの動作に適する比率に調整混合されている。また、ボンベ２のＦ２ガスはＡｒＦエキシマレーザの動作に適する範囲を超えた高い分圧である。従って、Ｆ２ガスを発振用チャンバ内へ注入したい場合はボンベ２から注入する。ボンベ２内のＦ２ガスは高い分圧を有するので、発振用チャンバ内のガスで薄められて適切な分圧のＦ２ガスを補給することができる。Ｆ２ガスを除くガスを注入したい場合はボンベ１から注入する。レーザガスの注入排気を繰り返しても、発振用チャンバ内部のＡｒガスとＮｅガスの分圧比がほぼ一定値を維持し、レーザの長期安定動作を可能にすることができる。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、フッ素分子F2濃度を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ５０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ５０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ５０９）。
一方、ステップ５０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ５１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ５０９）。
上述したサブルーチンの処理が行われ、フッ素分子F2濃度が変化することに伴い、シード光の出力強度が変化するが（図１６のＬ９参照）、これについては、前述したとおり、増幅用レーザ装置３００の放電パラメータ（全ガス圧力や充電電圧など）を制御することによって、レーザ出力を安定化させることが可能である。
（実施例５；全ガス圧力を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御（制御手段２）−１）することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、発振用チャンバ１０内の全ガス圧力を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図６４に、発振用チャンバ１０内の全ガス圧力を変化させた場合のシード光のレーザパルス波形を示す。図６４の横軸は時間であり、縦軸はレーザ出力（シード光強度）である。全ガス圧力が小さい場合のシード光のレーザパルス波形を破線にて示し、全ガス圧力が大きい場合のシード光のレーザパルス波形を実線にて示す。
同図６４に示すように、発振用チャンバ１０内の全ガス圧力を低下させることによって、レーザパルスの立ち上がりが遅れ、パルス波形の後半部分が強くなる。逆に全ガス圧力を増加させると、レーザの立ち上がりが早まり、パルス波形の前半部分が強くなる。この理由は、全ガス圧力を増加すると、放電抵抗が増加するため、放電開始電圧が大きくなり、それゆえ、電源１１、１２からレーザ媒質への注入エネルギーが増加するからである。また、エキシマ分子自体の密度も増加するため、利得が大きくなるからである。実施例４で前述したように、利得の変化により、パルス波形も変化する。このため全ガス圧力TPとスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係は、図１６に示すフッ素ガス分子F2濃度とスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係Ｌ８、Ｌ９と、同様な挙動を呈する。
図１９に、本実施例５のフローチャートを示す。図１９は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図１９に示すサブルーチンに入る。
図１９に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、メインコントローラ４、ユーティリティコントローラ５で実行される。
図１９に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用チャンバ１０内の現在の全ガス圧力TPが検出される（ステップ６１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ６０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要な全ガス圧力TPの減少量ｄTPの値が計算され、減少された値が、
TP=TP−ｄTP
と計算される（ステップ６０２）。
逆に、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要な全ガス圧力TPの増加量ｄTPの値が計算され、増加された値が、
TP=TP＋ｄTP
と計算される（ステップ６０３）。上記増減量ｄTPの値は、たとえば図１６に示すスペクトル純度幅E95とフッ素分子F2濃度との相関関係と同じようなスペクトル純度幅E95と全ガス圧力との相関関係Ｌ８から計算すればよい。
スペクトル純度幅E95は、全ガス圧力以外にもフッ素分子F2濃度、充電電圧の値によって変化する。このため、予め、スペクトル純度幅E95と、充電電圧V、フッ素濃度NF2、全ガス圧力TPとの関係式、
E95＝ｆ（V, NF2,TP）
を記憶しておき、スペクトル純度幅計測時での充電電圧Vとフッ素F2濃度NF2を検出し、これらの検出値と上記ステップ６１０で検出された全ガス圧力TPとを、上記関係式（E95＝ｆ（V, NF2,TP））に代入し、スペクトル純度幅と全ガス圧力の関係式、
E95＝ｉ（TP）
を計算することが望ましい。そして、この関係式から、計算式、
ｄTP＝i−１（｜E95−E950｜）
を求め、スペクトル純度幅の変位量｜E95−E950｜に対応する全ガス圧力の変化量ｄTPを計算すればよい。ここで、ｘ=i−１（y）は、y=i(x)の逆関数である。 また、予め、実際に制御動作をして、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、このように求められた全ガス圧力増減量ｄTPだけ変化させた値が実際に全ガス圧力を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、極端に全ガス圧力が低いと、利得の低下によりレーザ発振ができなくなり、また、極端に全ガス圧力が高いと、発振用チャンバ１０の圧力限界値に達し、物理的にそれ以上ガス圧力を増加させることができなくなるからである。
そこで、全ガス圧力の制御範囲が設定され、全ガス圧力増減量ｄTPだけ変化させた値がこの全ガス圧力制御範囲から外れている（リミット検出）か否かが判断され（ステップ６０４）、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはや全ガス圧力の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ６０５）。
全ガス圧力増減量ｄTPだけ変化させた値が上記全ガス圧力制御範囲内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ６０６に移行され、メインコントローラ４に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ４は、ユーティリティコントローラ５に指令信号を出力し、これを受けてユーティリティコントローラ５は、ガス供給排気ユニット１４を操作する。ガス供給排気ユニット１４が操作されることによって、発振用チャンバ１０へのガスの注入若しくは発振用チャンバ１０からのガスの排気が行われ、全ガス圧力増減量ｄTPだけ全ガス圧力TPが変化する。具体的には、ガス供給排気ユニット１４では、発振用チャンバ１０に接続されるガス排気ラインのエアバルブと発振用チャンバ１０に接続されるガス吸気ラインのうちAr/Neガスラインのエアバルブが制御される。スペクトル純度幅を細くする場合には、ｄTPだけ全ガス圧力が減少するように、ガス排気ラインのバルブを開けて、ガスを排気する。
逆に、スペクトル純度幅を太くする場合には、ｄTPだけ全ガス圧力が増加するように、Ar/Neガスラインのバルブを開けて、ガスを注入する（ステップ６０６）。
ここでガス注入の望ましい実施形態についてＡｒＦエキシマレーザを例に説明する。補給するためのガスは２つのボンベ１とボンベ２に保管する。ボンベ１内部にはＡｒガスとＮｅガスの混合ガスを封入し、ボンベ２内部にはＦ２ガスとＡｒガスとＮｅガスの混合ガスを封入する。両ボンベにおいてＡｒガスとＮｅガスの分圧比はほぼ同一であり、その分圧比はＡｒＦエキシマレーザの動作に適する比率に調整混合されている。また、ボンベ２のＦ２ガスはＡｒＦエキシマレーザの動作に適する範囲を超えた高い分圧である。従って、Ｆ２ガスを発振用チャンバ内へ注入したい場合はボンベ２から注入する。ボンベ２内のＦ２ガスは高い分圧を有するので、発振用チャンバ内のガスで薄められて適切な分圧のＦ２ガスを補給することができる。Ｆ２ガスを除くガスを注入したい場合はボンベ１から注入する。レーザガスの注入排気を繰り返しても、発振用チャンバ内部のＡｒガスとＮｅガスの分圧比がほぼ一定値を維持し、レーザの長期安定動作を可能にすることができる。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、全ガス圧力を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ６０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ６０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ６０９）。
一方、ステップ６０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ６１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ６０９）。
上述したサブルーチンの処理が行われ、全ガス圧力が変化することに伴い、シード光の出力強度が変化するが（図１６のＬ９参照）、これについては、前述したとおり、増幅用レーザ装置３００の放電パラメータ（全ガス圧力や充電電圧など）を制御することによって、レーザ出力を安定化させることが可能である。
（実施例６；充電電圧を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御（制御手段２）−１）することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
図１、図２、図３で説明したように、発振用レーザ装置１００では、電源１１、１２の充電電圧に応じた電圧が一対の電極１０ａ、１０ｂ間に印加されることで主放電が行われる。本実施例では、充電電圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図６４に、発振用チャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂに印加される電圧に対応する充電器１１の充電電圧Ｖを変化させた場合のシード光のレーザパルス波形を示す。図６４の横軸は時間であり、縦軸はレーザ出力（シード光強度）である。充電電圧Ｖが小さい場合のシード光のレーザパルス波形を破線にて示し、充電電圧Ｖが大きい場合のシード光のレーザパルス波形を実線にて示す。
同図６４に示すように、充電電圧Ｖを低下させることによって、レーザパルスの立ち上がりが遅れ、パルス波形の後半部分が強くなる。逆に充電電圧Ｖを増加させると、レーザの立ち上がりが早まり、パルス波形の前半部分が強くなる。この理由は、電源１１、１２のコンデンサに充電する電圧を大きくすることによって、放電開始時にコンデンサから電極１０ａ、１０ｂ間への充電速度が増加し、放電開始電圧も大きくなり、それゆえ、電源１１、１２からレーザ媒質への注入エネルギーが増加し、利得も大きくなるからである。実施例４で前述したように、利得の変化により、パルス波形も変化する。このため充電電圧Ｖとスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係は、図１６に示すフッ素ガス分子F2濃度とスペクトル純度幅E95及びレーザ出力Eとの関係Ｌ８、Ｌ９と、同様な挙動を呈する。
図２０に、本実施例６のフローチャートを示す。図２０は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図２０に示すサブルーチンに入る。
図２０に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、メインコントローラ４、エネルギーコントローラ７、同期コントローラ８で実行される。
図２０に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用チャンバ１０内の放電電極１０ａ、１０ｂに電圧を印加する電源１１、１２（充電器１１）の現在の充電電圧Ｖが検出される（ステップ７１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ７０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要な充電電圧Ｖの減少量ｄVの値が計算され、減少された値が、
V=V−ｄV
と計算される（ステップ７０２）。
逆に、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要な充電電圧Ｖの増加量ｄVの値が計算され、増加された値が、
V=V＋ｄV
と計算される（ステップ７０３）。上記増減量ｄVの値は、たとえば図１６に示すスペクトル純度幅E95とフッ素分子F2濃度との相関関係と同じようなスペクトル純度幅E95と充電電圧との相関関係Ｌ８から計算すればよい。
スペクトル純度幅E95は、充電電圧以外にもフッ素分子F2濃度、全ガス圧力の値によって変化する。このため、予め、スペクトル純度幅E95と、充電電圧V、フッ素濃度NF2、全ガス圧力TPとの関係式、
E95＝ｆ（V, NF2,TP）
を記憶しておき、スペクトル純度幅計測時での全ガス圧力TPとフッ素F2濃度NF2を検出し、これらの検出値と上記ステップ７１０で検出された充電電圧Vとを、上記関係式（E95＝ｆ（V, NF2,TP））に代入し、スペクトル純度幅と充電電圧の関係式、
E95＝ｇ（V）
を計算することが望ましい。そして、この関係式から、計算式、
ｄV＝g−１（｜E95−E950｜）
を求め、スペクトル純度幅の変位量｜E95−E950｜に対応する充電電圧の変化量ｄVを、計算すればよい。ここで、ｘ=g−１（y）は、y=g(x)の逆関数である。 また、予め、実際に制御動作をして、制御がスムーズに行われるような最適値を求め、その値に固定しておいてもよい。
つぎに、このように求められた充電電圧増減量ｄVだけ変化させた値が実際に充電電圧を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、実際の発振用レーザ装置１００では電源１１、１２の性能により、充電可能な範囲が制限されるからである。
そこで、充電電圧の制御範囲が設定され、充電電圧増減量ｄVだけ変化させた値がこの充電電圧制御範囲から外れている（リミット検出）か否かが判断され（ステップ７０４）、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはや充電電圧の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ７０５）。
充電電圧増減量ｄVだけ変化させた値が上記充電電圧制御範囲内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ７０６に移行され、メインコントローラ４に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ４は、エネルギーコントローラ７を介して、同期コントローラ８を指令信号を出力し、これを受けて、同期コントローラ８は、発振用レーザ装置１００の充電器１１を操作して、充電電圧増減量dVだけ充電電圧Ｖを変化させる（ステップ７０６）。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、充電電圧を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ７０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ７０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ７０９）。
一方、ステップ７０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ７１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ７０９）。
上述したサブルーチンの処理が行われ、充電電圧が変化することに伴い、シード光の出力強度が変化するが（図１６のＬ９参照）、これについては、前述したとおり、増幅用レーザ装置３００の放電パラメータ（全ガス圧力や充電電圧など）を制御することによって、レーザ出力を安定化させることが可能である。
（実施例７；アウトプットカブラの反射率を変化させることでシード光のパルス波形を変化させてパルス立上りを制御（制御手段２）−１）することによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、図１１、図２１に示すように、発振用チャンバ１０内で発生した光を所定の反射率で発振用チャンバ内１０内に戻すアウトプットカブラ６０が発振用レーザ装置１００に設けられていることを前提としている。本実施例は、アウトプットカブラ６０の反射率を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させ、これによりレーザパルスの立ち上がりを制御し、スペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
図１１に示す発振用レーザ装置１００内のレーザ共振器のアウトプットカプラ６０の反射率を変化させることによって、レーザパルス波形を変化させることが可能である。アウトプットカプラ６０の反射率を増加させれば、パルスの後半部分が強くなり、逆に、反射率を減少させれば、パルスの前半部分が強くなる。このため、例えば、アウトプットカプラ６０を基準値を反射率３０％で設計しておき、スペクトル純度幅E95が太った場合には、反射率を基準値から４０％に増加させればスペクトル純度幅E95を狭くして許容幅内に収まることができ、スペクトル純度幅E95から狭くなった場合には、反射率を基準値から２０％に減少させればスペクトル純度幅E95を広くすることができる。ここで反射率の数値は例示であって、これに限定するものではない。
図２１（ａ）、（ｂ）に、アウトプットカプラ６０の反射率を変化させる手段を例示する。図２１は、発振用チャンバ１０側からアウトプットカプラ６０をみた図である。
図２１(a)は、アウトプットカプラ６０のビーム照射面を図中横長方向に形成し、このビーム照射面に、たとえば図中左方向６１Ａで反射率が大きくなり、図中右方向６１Ｂで反射率が小さくなるよう、反射率の分布を形成しておき、スライド機構６１によってアウトプットカプラ６０のビーム照射面を、図中左右にスライドさせることによって、レーザビームの照射位置６２の反射率を変化させるという構造を例示している。
図２１(b)は、アウトプットカプラ６０のビーム照射面を周方向に形成し、このビーム照射面に、たとえば図中左周方向で反射率が大きくなり、図中右周方向で反射率が小さくなるよう、反射率の分布を形成しておき、回転機構６３によってアウトプットカプラ６０のビーム照射面を、図中左右回転方向６３Ａ、６３Ｂに回転させることによって、レーザビームの照射位置６２の反射率を変化させるという構造を例示している。
なお、図２１では、アウトプットカプラ６０のビーム照射面に、連続的に反射率が変化するような分布を形成しているが、段階的に反射率が変更されるような膜を形成して、ステップ状に反射率を変更してもよい。
（実施例８； 発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ、それに合わせて放電タイミングも変化させる制御（制御手段３））を行うことによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００で放電を開始してから増幅用レーザ装置３００で放電を開始するまでの放電タイミングを制御するとともに、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅E95を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御する。
具体的には、シード光のパルス波形の立ち上がり時間が変化した場合に、そのパルス波形の立ち上がりの時間の変化ｄｔに応じて、発振用レーザ装置１００で放電を開始してから増幅用レーザ装置３００で放電を開始するまでの放電タイミングを変化させて、放電タイミングを所望の同期タイミングに一致させる制御が行われる。
図２５は、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、放電タイミングを固定した場合の効果を説明する図であり、図２６は、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、その変化に合わせて放電タイミングを変化させた場合の効果を説明する図である。
図２５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、横軸の時間軸を共通のものとして、それぞれ、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のパルス波形（縦軸；シード光出力（強度））、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のパルス波形（縦軸；レーザ光出力（強度））を示している。図２６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）についても同様である。破線で示すパルス波形は、遅延前のもので、実線で示すパルス波形は、遅延後のものである。
図２５に示すように、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させることによって、シード光のスペクトル純度幅E95は変化する（図２５（ｂ））。しかし、このとき増幅用レーザ装置３００での放電開始時期をずらさず放電タイミングを固定とした場合には（図２５（ｃ））、レーザ光のスペクトル純度幅E95の値は、図２５（ａ）にＰ１で示すように殆ど変化しない（図２５（ａ））。また、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させることによって、同期許容幅から外れる場合もあり、レーザ出力が減少してしまう（図２５（ｃ）参照）。ただし、MOPA方式の場合には、図６２で説明したように、シード光と増幅用レーザ装置３００の利得曲線が重なった部分が増幅されるので、放電タイミングを固定としたままでもスペクトル純度幅E95が変化して、レーザ出力の減少が免れる。このため、この図２５に示す、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、放電タイミングを固定したままとする制御は、MOPA方式に有効である。
一方、図２６に示ように、シード光のパルス立ち上がり時間の変化分ｄｔ（図２６（ｂ））に合わせて、放電タイミングを同じｄｔだけ変化させてやると（図２６（ｃ））、同期タイミングがずれることがなくなるため、増幅されるレーザ光のスペクトル純度幅E95は、シード光のスペクトル純度幅E95の影響を受けて、Ｐ２からＰ３へと変化するとともに（図２６（ａ））、レーザ光出力も変化することがない（図２６（ｃ））というメリットが得られる。このため、この図２６に示す、シード光のパルス波形の立ち上がりを変化させた場合に、その変化に合わせて放電タイミングを変化させるという制御は、MOPO、MOPAの両方式に有効である。
図２７に、図１８で説明した制御、つまりフッ素分子F2濃度を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化（シード光のパルス立ち上がり時間を変化）させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせた処理手順をフローチャートで示している。図２７で、図１８と共通するステップ５１０、５０１〜５０９についての説明は、省略する。
図２７では、図１８のステップ５０６とステップ５０７との間に、「シード光のパルス立ち上がり時間の変化分ｄｔだけ放電タイミングを変化させる」という処理を実行するステップ５１１が挿入されている点が、図１８と異なる。
すなわち、本実施例では、フッ素分子F2濃度を濃度増減量dNF2だけ変化させて、これによりシード光のレーザパルス波形を変化させ、シード光のパルス立ち上がり時間をｄｔだけ変化させた（ステップ５０６）後に、そのシード光のパルス立ち上がり時間の変化分ｄｔだけ放電タイミングを変化させる処理が実行される（ステップ５１１）。
本実施例８によれば、図１８で説明した実施例４と比較して、レーザ光出力の減少を抑制することができる。
なお、図２７では、図１８で説明した制御、つまりフッ素分子F2濃度を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化（シード光のパルス立ち上がり時間を変化）させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせた場合を例示したが、同様に、図１９で説明した制御、つまり全ガス圧力を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化（シード光のパルス立ち上がり時間を変化）させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせてもよく、また、同様に、同様に、図２０で説明した制御、つまり充電電圧を変化させて、シード光のレーザパルス波形を変化（シード光のパルス立ち上がり時間を変化）させるという制御と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせてもよく、また、図２１で説明したアウトプットカブラ６０の反射率を変化させることでシード光のパルス波形を変化（シード光のパルス立上り時間を変化）させる制御）と、その変化に応じて放電タイミングを変化させるという制御とを組み合わせてもよい。
（実施例９；磁気圧縮回路のコンデンサの容量、容量比に応じてシード光のパルス波形を変化させることによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、図３に示すように、発振用レーザ装置１００に、磁気圧縮回路が設けられていることを前提とする。すなわち、一対の放電電極１０ａ、１０ｂと電気的に並列に配置されたピーキングコンデンサCpとこのピーキングコンデンサCpの前段に電気的に並列に配置された第２のコンデンサC2とを備えた充電回路（磁気圧縮回路）が発振用レーザ装置１００に備えられ、第２のコンデンサC2に蓄えられた電荷をピーキングコンデンサCpに移行させ、ピーキングコンデンサCpの充電電圧に応じた電圧が一対の電極１０ａ、１０ｂに印加されることで放電が行われることを前提とする。本実施例では、ピーキングコンデンサCpまたは/および第２のコンデンサCpの容量、または/および第２のコンデンサに対するピーキングコンデンサCpの容量比C2/Cpを変化させることで、シード光のパルス波形が変化され、これによりスペクトル純度幅E95が安定化制御される。
たとえば、図２２（ｃ）に示すように、容量比C2/Cpを大きくすることで、パルスストレッチされ、シード光のパルス波形が長くなる。
まず、コンデンサの容量とシード光のパルス波形との関係について、その原理を説明する。
レーザパルス波形は、放電電流波形に依存し、その放電電流波形は、電極１０ａ、１０ｂ間の電圧波形に依存する。特に振動電流の最初の1/2周期以降においても、レーザ発振を持続する場合は、電流のピーク値が大きいときである。主放電電極１０ａ、１０ｂ間で放電が開始する電圧（これをブレークダウン電圧Vbと呼ぶ）は、主放電電極１０ａ、１０ｂ間に加えられる電圧の立ち上がりに依存し、立ち上がり時間が高速である場合に放電開始電圧Vbが高くなる（過電圧の発生）。例えば、この印加電圧が急激に上昇するようにするには、ピーキングコンデンサCpの容量に対する第２のコンデンサC2の容量を大きくしてやれば（逆にCpを小さくしてやれば）、その電圧の立ち上がりは急峻になる。ただし、ピーキングコンデンサCpの容量に対する第２のコンデンサC2の容量が大きければ大きい程その電圧の立上りは急峻になり望ましいが、一方で、第２のコンデンサC2の容量を大きくすればする程、発振用レーザ装置１００全体を駆動のために必要なエネルギーが大きくなり、発振用レーザ装置１００の効率が低下してしまうので、容量比C2/Cpには限界があり、容量比を制御する場合は、ある範囲内で変化させる必要がある。
また、主放電電極１０ａ、１０ｂ間を流れる振動電流の最初の1/2周期以降の周期を短くすると、２番目以降の1/2周期においてもレーザ発振が持続される。これは、この周期が長いと、１つの1/2周期の後半において放電の空間的な集中が発生して必要な均一な励起が効率良く行われなくなるからである。２番目以降の1/2周期の周期を決めるパラメータは、ピーキングコンデンサCpと主放電電極１０ａ、１０ｂが形成するループ（放電電流回路）中の容量と浮遊インダクタンスであり、両者の積のルートがその周期に比例する。したがって、その周期を短くするには、ピーキングコンデンサCpの容量を小さくすればよい。
図２２に、コンデンサの容量を変化させたときの(a)電極１０ａ、１０ｂ間電圧、(b)放電電流、(c)シード光のパルス波形（縦軸；レーザ強度）の変化の様子を示す。図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の横軸は、共通の時間軸としている。図２２において、破線は容量変化前の波形であり、実線は容量変化後の波形である。
上述した原理のとおり、ピーキングコンデンサCpの容量が小さくなって、容量比C2/Cpが大きくなる場合、放電電圧の立ち上がりが急になり（図２２（ａ）で破線から実線に変化）、放電開始電圧Vbも大きくなるのがわかる（図２２（ａ）参照）。これにより、放電電流のピーク値が大きくなり、放電電流が長時間振動する（図２２（ｂ）参照）。これに伴い、シード光のレーザパルス波形も長くなる（図２２（ｃ）参照）。レーザパルスが長くなるということは、パルスの後半部分が強くなり、スペクトル純度幅の狭い成分が多くなることを意味する。
よって、発振用レーザ装置１００の充電回路（磁気圧縮回路）において、ピーキングコンデンサCpの容量を小さく、または/および第２のコンデンサC2の容量を大きく、または/および容量比C2/Cpを大きくすることによって、シード光のスペクトル純度幅E95が狭くなる。逆に、ピーキングコンデンサCpの容量を大きく、または/および第２のコンデンサC2の容量を小さく、または/および容量比C2/Cpを小さくすることによって、シード光のスペクトル純度幅E95が広くなる。
コンデンサの容量は、コンデンサの温度によって調整することができる。例えば、温度２０℃の増加でコンデンサの容量は１０％減少する。
そこで、例えば、ピーキングコンデンサCpの温調温度が、空冷で４０℃、水冷で２０℃、空冷なしで６０℃に変化可能に設計しておく。
ピーキングコンデンサCpの温度（゜Ｃ）とスペクトル純度幅E95（a.u）との関係Ｌ１０は、図２３に例示したとおりとなる。
すなわち、同図２３に示すように、スペクトル純度幅E95が太くなった場合には、空冷をオフにしてピーキングコンデンサCpの温度を上昇させれば（４０゜Ｃ→６０゜Ｃ）、容量が減少して、レーザパルス幅が伸びて、スペクトル純度幅E95を狭くすることができる。一方、スペクトル純度幅E95が狭くなった場合には、水冷にして、ピーキングコンデンサCpの温度を低下させれば（４０゜Ｃ→２０゜Ｃ）、容量が大きくなり、レーザパルス幅が短くなり、スペクトル純度幅E95を広くすることができる（図２３参照）。例えば、容量比C2/Cp＝5.6/8の場合、ピーキングコンデンサCpの容量は、；5nF〜6.2nFまで変更可能となり、これにより、容量比C2/Cpは、0.63〜0.78の範囲で制御が可能となる。
図２４に、本実施例９のフローチャートを示す。図２４は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図２０に示すサブルーチンに入る。
図２４に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、メインコントローラ４で実行される。
図２４に示すサブルーチンがスタートすると、まず、ピーキングコンデンサCpの現在の温度Tcpが検出される（ステップ８１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ８０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なピーキングコンデンサ温度Tcpの増加量ｄTcpの値が計算され、増加された値が、
Tcp=Tcp＋ｄTcp
と計算される（ステップ８０２）。
E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なピーキングコンデンサ温度Tcpの減少量ｄTcpの値が計算され、減少された値が、
Tcp=Tcp−ｄTcp
と計算される（ステップ８０３）。上記増減量ｄTcpの値は、たとえば図２３に示すピーキングコンデンサの温度とスペクトル純度幅E95との相関関係Ｌ１０から計算すればよい。
つぎに、このように求められたピーキングコンデンサCpの温度増減量ｄTcpだけ変化された値が実際に温度を振れる範囲にあるか否かが判断される。これは、温度増減によってピーキングコンデンサCpの容量が変化することで、発振用レーザ装置１００を駆動する際のエネルギー効率が変化するため、容量変化可能（温度変化可能）な範囲には制限があるからである。
そこで、ピーキングコンデンサの温度の制御範囲が設定され、温度増減量ｄTcpだけ変化された値がこの温度制御範囲から外れている（リミット検出）か否かが判断され（ステップ８０４）、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやピーキングコンデンサの温度の制御ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ８０５）。
温度増減量ｄTcpだけ変化された値が上記温度制御範囲内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ８０６に移行され、メインコントローラ４に安定化制御を行わせるための指令信号を送り、これを受けてメインコントローラ４は、ピーキングコンデンサCpの温度を、温度増減量dTcpだけ変化させる（ステップ８０６）。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、ピーキングコンデンサCpの温度Tcpを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ８０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ８０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ８０９）。
一方、ステップ８０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ８１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ８０９）。
なお、この図２４に示すフローチャートでは、ピーキングコンデンサCpの温度を制御する場合を例示したが、同様に、第２コンデンサC2の温度を制御してもよく、また容量比C2/Cpが変化するように両コンデンサの温度を制御してもよい。また、これらピーキングコンデンサCpの温度の制御、第２コンデンサC2の温度の制御、容量比C2/Cp（両コンデンサの温度）の制御を適宜組み合わせた制御を行うようにしてもよい。
また、コンデンサの温度を制御する代わりに、ドアノブ型コンデンサであれば接続数を変更することで容量を制御してもよい。例えば、200pFコンデンサ×２８個で、5.6nFのピーキングコンデンサCpFを構成した場合、２５個から３１個の範囲で接続数を変化させることによって、容量を変化させることができ、温度を変化させた場合と同様の効果が得られる。
（実施例１０；予備電離コンデンサの容量に応じてシード光のパルス波形を変化させることによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例は、図３に示すように、一対の放電電極１０ａ、１０ｂと電気的に並列に配置された予備電離コンデンサCp′を備えた充電回路が発振用レーザ装置１００に備えられ、予備電離コンデンサCp′の充電電圧に応じて一対の電極１０ａ、１０ｂ間で予備電離が行われることを前提とする。本実施例では、予備電離コンデンサCp′の容量を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、スペクトル純度幅E95の安定化制御が行われる。
図２２（ｃ）に示すレーザパルス波形と同様に、予備電離コンデンサCp'の容量の値を変化させた場合にも、レーザパルス波形が変化する。例えば、予備電離コンデンサCp'の容量を小さくすると、その分、予備電離コンデンサCp側に流れる電流が大きくなるため、結果としてレーザパルス波形が長くなる。これに伴い、パルス後半の強度が強くなり、スペクトル純度幅E95が細くなる。逆に、予備電離コンデンサCp'の容量が大きくなると、その分、予備電離コンデンサCp側に流れる電流が小さくなるため、結果として、レーザパルス波形が短くなる。これに伴い、パルス前半の強度が強くなり、スペクトル純度幅E95が太くなる。予備電離コンデンサCp'の容量は、前述したピーキングコンデンサCpと同じように、温度によって制御することができる。また、予備電離コンデンサCp'を構成するコンデンサの個数の接続数を変化させることでも、容量を制御することが可能である。
具体的な実施例は、図２４のフローチャートにおいて、「ピーキングコンデンサCp」を「予備電離コンデンサCp'」に置換した同様の処理で実現される。
上述した実施例９、１０は、シード光のパルス波形をパルスストレッチするものであるが、この実施例９、１０と、実施例４のフッ素濃度によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよく、この場合には、同期許容幅を一層拡げられるという効果が得られる。
同様に、シード光のパルス波形をパルスストレッチする実施例９、１０と、実施例５の全ガス圧力によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよい。
同様に、シード光のパルス波形をパルスストレッチする実施例９、１０と、実施例６の充電電圧によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよい。
同様に、シード光のパルス波形をパルスストレッチする実施例９、１０と、実施例７のアウトプットカブラ反射率によるパルス波形制御とを組み合わせて実施してもよい。
また、実施例８で説明したのと同様に、シード光のレーザパルスをパルスストレッチさせてシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御を行う（図２２（ｃ））とともに、放電タイミングを変化させる制御を実施してもよい。
（実施例１１；狭帯域化性能の制御（グレーティングの曲率半径による波面制御、波面補正器による波面制御）によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
この実施例１１では、発振用レーザ装置１００に、発振用チャンバ１０内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、波面変化手段によって、発振用チャンバ１０内で発生した光の波面を変化させることで、発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を変化させ、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
まず、本実施例に適用される原理について説明する。
レーザ光の波面を修正することで、スペクトル性能が変化する。これを利用すれば、スペクトル純度幅E95を制御することができる。
すなわち、レーザ共振器内においては、様々な要因によって、レーザ光の波面はダイバージェンス（拡がり）および曲率を有することになる。例えば、レーザ共振器内にスリットが配置されている場合には、このスリットによる回折によってスリット通過後の光は球面波となる。また、レーザ共振器内に配置されている光学素子自身の収差によって波面が歪むこともある。例えば、狭帯域化素子として用いられるプリズムエキスパンダのような透過型の光学素子では、
(a)内部の屈折率分布が完全に一様ではない
(b)プリズムの研磨面が歪んでいる
などの原因によって、この光学素子を通過したレーザ光の波面は凸面または凹面の曲率を持つものとなる。そして、このような曲率を有する波面を持つレーザ光が平坦な形状のグレーティングに入射された場合は、グレーティングによる波長選択性能を低下させてしまうことになる。すなわち、グレーティングへのレーザ光の入射波面が曲率を持つ場合は、グレーティングのそれぞれの溝にレーザ光が異なる角度で入射されることになるので、グレーティングの波長選択特性が低下し、狭帯域化したレーザ光のスペクトル線幅が広くなる。
そこで、グレーティングに入射するレーザ光の波面に一致するようにグレーティング自体を曲げることにより、反射波面を修正し、スペクトル線幅が広がるのを防ぐことができる。
図２９は、グレーティングに曲率を発生させる曲率発生装置、つまりグレーティング曲げ機構の構成例を断面図にて示している。
同図２９のグレーティング曲げ機構は、狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６に設けられる。
グレーティング１６１の側面は、グレーティング支持部１６２によって支持されている。グレーティング１６１のレーザ光（シード光）入射面とは、反対側の面の中央部には、バネ１６３が配置されている。バネ１６３の一方の端面がグレーティング１６１に押し当てられるよう配置されている。バネ１６３の他方の端面は、押し部材１６４に当接されている。バネ１６３は、押し部材１６４の移動方向に沿って伸縮自在に配置されている。押し部材１６４は、テーパ状の傾斜面１６４ａを有しており、この傾斜面１６４ａには、調整ボルト１６５の先端が当接されている。調整ボルト１６５は、この調整ボルト１６５の直動に応じて、押し部材１６４が移動するような位置関係で、押し部材１６４に当接されている。調整ボルト１６５は、ステッピングモータ１６６の回転軸に接続されており、ステッピングモータ１６６の回転駆動に応じて調整ボルト１６５が直動ずる。
このためステッピングモータ１６６が回転駆動し調整ボルト１６５が押し部材１６４の傾斜面１６４ａに対して直動すると、その直動方向に応じて、押し部材１６４は、バネ１６４を縮ませる方向（図中左方向）またはバネ１６４を伸ばす方向（図中右方向）に移動する。これによりグレーティング１６１の中央部は、押し引きされて、グレーティング１６１の光入射面の曲率半径が変化する。バネ１６３は、制御間隔を細かくするために設けられている。
図２８には、グレーティング１６１の曲率半径とスペクトル純度幅E95との関係Ｌ１１を示している。同図２８に示す曲線Ｌ１１は、ある曲率半径でスペクトル純度幅の極小値を持つ曲線であるため、実際に制御する場合は、上記極小点よりも曲率半径が小さい側の制御範囲(ＳＡ)か、上記極小点よりも曲率半径が大きい側の制御範囲(ＳＢ)のどちらかに決めて制御を行うことが望ましい。曲線Ｌ１１上で大きな傾きを持つ領域の方が制御しやすいため、この例では傾きの大きい側の制御範囲(ＳＡ)を使用すると、より効果的である。
図３０は、グレーティング１６１の曲率半径を調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例１１の処理手順を示している。図３０は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図３０に示すサブルーチンに入る。
図３０に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６で実行される。
図３０に示すサブルーチンがスタートすると、まず、狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６内のグレーティング１６１の現在の曲げ量ｘが検出される（ステップ９１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ９０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当するグレーティング１６１の曲げ量の制御量dxが計算され、制御量dxだけ変化された値が、
ｘ=ｘ＋ｄｘ
と計算される（ステップ９０２）。
E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E950−E95に相当するグレーティング１６１の曲げ量の制御量dxが計算され、制御量dxだけ変化された値が、
ｘ=ｘ−ｄｘ
と計算される（ステップ９０３）。上記制御量ｄｘの値は、たとえば図２８に示すグレーティング１６１の曲率半径とスペクトル純度幅E95との相関関係Ｌ１１から計算すればよい。
つぎに、このように求められたグレーティング１６１の曲げ量の制御量dxだけ変化された値が実際に制御可能な範囲にあるか否かが判断される。
そこで、制御量dxだけ変化された値が、制御範囲から外れている（リミット検出）か否かが判断され（ステップ９０４）、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやグレーティング１６１の曲率半径（曲げ量）の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ９０５）。
制御量ｄｘだけ変化された値が、制御範囲内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ９０６に移行され、ドライバ２１に駆動指令信号を送り、たとえば図２９に示すグレーティング曲げ機構のステッピングモータ１６６を駆動して、グレーティング１６１の曲げ量 を、制御量dｘだけ変化させる（ステップ９０６）。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、グレーティング１６１の曲げ量ｘを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ９０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ８０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ９０９）。
一方、ステップ９０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ９１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ９０９）。
上述した図３０のフローチャートでは、グレーティング１６１の曲率半径を変化させて光の波面を変化（修正）する場合を想定して説明したが、LNM１６内にある別の素子、例えばチューニングミラーなどの曲率半径を変化させて、同様に波面修正をしてもよい。
また、参考文献６（特願9-119631号）に記載されているように、LNM１６内に、レーザ光の波面を補正して出射する波面補正手段を設け、その波面補正手段の波面補正特性を変化させることでスペクトル純度幅E95を安定化制御してもよい。
図５４に、波面補正器１６９を備えた狭帯域化モジュール１６の構成例を示す。
同図５４に示すように、狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６は、ビームエキスパンダ１６８と、グレーティング１６１と、グレーティング１６１の姿勢を変化させる回転アクチュエータ１６７と、波面補正器１６９とを含む構成要素で構成されている。
波面補正器１６９は、入射されたレーザ光の波面を補正して出射する機能を備えている。狭帯域化モジュール１６に入射されたレーザ光は、まず波面補正器１６９によって、その波面が修正された後、ビームエキスパンダ１６８に入射される。ビームエキスパンダ１６８によってレーザ光のビーム幅が拡大される。さらに、レーザ光はグレーティング１６１に入射されて回折されることにより、所定の波長成分のレーザ光のみが入射光と同じ方向に折り返される。グレーティング１６１で折り返されたレーザ光は、ビームエキスパンダ（たとえばプリズム）１６８でビーム幅が縮小された後、波面補正器１６９に入射される。波面補正器１６９では、レーザ光の波面が狭帯域化モジュール１６に入射されたときと同じ平面波になるように、波面が補正される。波面が補正されたレーザ光は、狭帯域化モジュール１６から出射され発振用チャンバ１０に入射される。
以上のように構成された狭帯域化モジュール１６内の波面補正器１６９の波面補正特性を変化させることで、スペクトル純度幅E95の安定化制御が行われる。
図５５は、波面補正器１６９の構成例を示している。
図５５（ａ）は、透過型の光学素子基板の温度分布を制御して、波面を変化させる波面補正器１６９の構成例である。
一般に、CaF2などの光学材料の屈折率は温度によって変化する。したがって、光学素子に温度分布を故意に与えることで屈折率分布を発生させることができる。
そこで、図５５（ａ）に示すように、基板１６９２の四方の各側面に熱電素子のような加熱および冷却が可能な加熱冷却器１６９１を設置する。加熱冷却器１６９１が設置された付近の基板１６９２の温度は、温度センサ１６９１ａで検出され、基板１６９２が所定の温度分布になるように温度センサ１６９１ａの検出値に基づいて各加熱冷却器１６９１を温度制御して、基板１６９２に所望の屈折率分布を与え、レーザ光の波面を変化させる。
図５５(ｂ)は、凸レンズ１６９５と、凹レンズ１６９６と、凸レンズ１６９５を光軸方向に移動させる移動ステージ１６９３と、この移動ステージ１６９３を駆動するパルスモータ１６９４とによって構成した波面補正器１６９を例示している。
同図５５（ｂ）に示すように、入射された凸面波面または凹面波面は、凸レンズ１６９５と凹レンズ１６９６との光軸方向の相対位置に応じて平面波に変換される。凸レンズ１６９５と凹レンズ１６９６との距離を大きくとった場合には、凸面波面を平面波に変換することができる。また、凸レンズ１６９５と凹レンズ１６９６との距離を小さくとった場合には、凹面波面を平面波に変換することができる。このようにパルスモータ１６９４を駆動して移動ステージ１６９３を移動させ、凸レンズ１６９５と凹レンズ１６９６との距離を変化させることで、レーザ光の波面を変化させることができる。
（実施例１２；狭帯域化性能の制御（ディフォーマブルミラーによる波面制御）によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
上述した実施例１１では、グレーティングの曲率半径に応じて、あるいは波面補正器によって、波面を制御する場合について説明したが、つぎに、同じく発振用チャンバ１０で発生した光の波面を制御するために、ディフォーマブルミラーを使用する実施例について説明する。
図３１は、ディフォーマブルミラーを使用したレーザ波面制御システムの構成を示している。
同図３１に示すように、発振用チャンバ１０のフロント側には、エンドミラーであるディフォーマブルミラー７０が配置されている。本実施例では、ディフォーマブルミラー７０の全反射面の形状を整形して、レーザ波面を変化（修正）する。
発振用チャンバ１０のリア側にリトロー配置されたグレーティング１６１とフロント側のディフォーマブルミラー７０との間で、レーザ共振器が構成されている。発振用チャンバ１０とフロント側のディフォーマブルミラー７０との間の光路上には、４５度入射のビームスプリッタ７１が配置されている。ビームスプリッタ７１は、出力結合ミラーとして機能する．
すなわち、発振用チャンバ１０から出力された光の一部は、出力結合ミラー７１により反射され、発振用レーザ装置１００の出力光（シード光）として取り出され、増幅用レーザ装置１００へ注入光として入力される。
一方、出力結合ミラー７１を透過した光は、ディフォーマブルミラー７０によって、反射波面が変化して再び、出力結合ミラー７１に入射する．出力結合ミラー７１の透過光は、発振用チャンバ１０を透過して増幅される．出力結合ミラー７１の反射光は、波面検出器７２に入射される．そして、発振用チャンバ１０を透過して増幅された光は、プリズムによって構成されたビームエキスパンダ１６８とグレーティング１６１とにより狭帯域化されて、回折光が再び発振用チャンバ１０を透過して増幅される．そして、再び、発振用チャンバ１０を透過して増幅された光は、出力結合ミラー７１に入射され、レーザ発振される。
発振用チャンバ１０内で発生するレーザ光の波面は、理想的には、シリンドリカル状の波面となる。波面検出器７２では、発振用チャンバ１０内で発生したレーザ光の波面の曲率半径Rが検出される。波面検出器７２は、発振レーザ光をモニタしてもよく、また、別の可視光などのガイドレーザによる光の波面を検出してよい。また、レーザビームの波面の検出方法としては、シェアリング干渉計やハルトマン−シャック法などが一般に知られている。これら検出原理に基づき波面検出器７２を構成することができる。
ディフォーマブルミラー７０は、アクチュエータ７３によって、反射面の複数の各部分が機械的に押し引きされる。図３２は、図３１のA−A断面を示しており、ライン型のディフォーマブルミラー７０と、ディフォーマブルミラー７０の反射面の３点に設けられたアクチュエータ７３を示している．アクチュエータ７３としては、例えばピエゾ素子が使用される。各アクチュエータ７３（ピエゾ素子）を伸縮させることにより、ディフォーマブルミラー７０の反射面の各部が押し引きされディフォーマブルミラー７０の曲率半径の大きさが調整される。なお、図３２は、アクチュエータ７３の数が３つの場合を例示しているが、これに限定されることなく、アクチュエータ７３の個数は任意であり、アクチュエータ７３の個数を多くすることによって、より高精度な波面修正が可能となる．また、ディフォーマブルミラー７０の反射面を押し引きするアクチュエータ７３としては、ピエゾ素子に限定されるわけではなく、任意のものを使用することができ、例えば、ピエゾ素子以外に、温度変化による熱膨張を利用してディフォーマブルミラー７０の反射面を押し引きするアクチュエータを使用してもよい。
コントローラ７４は、波面検出器７２で検出された光の波面の曲率半径Rと、スペクトル純度幅E95の検出値とに基づいて、アクチュエータ７３を介して、ディフォーマブルミラー７０の曲率半径ｒを制御する。
図３３には、波面検出器７２で検出されるレーザ光の波面の曲率半径とスペクトル純度幅E95との関係Ｌ１２を示している。同図３３に示す曲線Ｌ１２は、図２８と同様に、ある曲率半径でスペクトル純度幅の極小値を持つ曲線であるため、実際に制御する場合は、上記極小点よりも曲率半径が小さい側の制御範囲(ＳＡ)か、上記極小点よりも曲率半径が大きい側の制御範囲(ＳＢ)のどちらかに決めて制御を行うことが望ましい。曲線Ｌ１２上で大きな傾きを持つ領域の方が制御しやすいため、この例では傾きの大きい側の制御範囲(ＳＡ)を使用すると、より効果的である。
図３４は、レーザ光の波面の曲率半径を調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例１２の処理手順を示している。図３４は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図３４に示すサブルーチンに入る。
図３４に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、図３１に示すコントローラ７４で実行される。
図３４に示すサブルーチンがスタートすると、まず、波面検出器７２によって発振用チャンバ１０で発生したレーザ光の波面の現在の曲率半径Rが検出される（ステップ１０１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ１００１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当するレーザ光波面の曲率半径の制御量dRが計算され、制御量dRだけ変化された値が、
R=R＋ｄR
と計算される（ステップ１００２）。
E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E950−E95に相当するレーザ光波面の曲率半径の制御量dRが計算され、制御量dRだけ変化された値が、
R=R−ｄR
と計算される（ステップ１００３）。上記制御量ｄRの値は、たとえば図３３に示すレーザ光波面の曲率半径とスペクトル純度幅E95との相関関係Ｌ１２から計算すればよい。
つぎに、レーザ光波面の曲率半径を、上記制御量dR分変化させるのに必要なディフォーマブルミラー７０の曲率半径の変化量ｄｒが計算される。そして、このように求められた制御量ｄｒだけ変化されたディフォーマブルミラー７０の曲率半径値が実際に制御可能な範囲にあるか否かが判断される。
そこで、制御量drだけ変化された値が、制御範囲から外れている（リミット検出）か否かが判断され（ステップ１００４）、この判断の結果、リミットが検出された場合は、もはやディーフォーマブルミラー７０の曲率半径（レーザ光波面の曲率半径）の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ１００５）。
制御量ｄrだけ変化された値が、制御範囲内（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、つぎのステップ１００６に移行され、ディーフォーマブルミラー７０のコントローラ７４に駆動指令信号を送り、アクチュエータ７３を介して、ディフォーマブルミラー７０の曲率半径ｒを、制御量drだけ変化させ、発振用チャンバ１０内で発生したレーザ光の波面の曲率半径Rを、制御量ｄRだけ変化させる（ステップ１００６）。
つぎに、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、ディフォーマブルミラー７０の曲率半径ｒ（レーザ光波面の曲率半径R）を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ１００７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ１００８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ１００９）。
一方、ステップ１００８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ１０１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ１００９）。
この実施例では、レーザ光波面がシリンドリカル状の波面となる理想的な場合を想定した。しかし、実際には、レーザ共振器内の光学素子の温度分布や、放電による音響波の影響によって、レーザ光の波面が歪んでしまい、ライン型のディフォーマブルミラー７０では、波面の高精度な制御を行うことが困難になるおそれがある。そこで、ライン型ではなく、２次元タイプのディフォーマブルミラーを搭載して、レーザ光波面を、より高精度に制御することによって、より高精度なスペクトル純度幅E95の安定化制御を行うようにしてもよい。
また、前述した実施例１１では、グレーティング１６１の曲げ量（曲率半径）を検出して、その検出結果に基づきグレーティング１６１の曲げ量（曲率半径）を変化させているが、この実施例１１においても、実施例１２と同様に、グレーティング１６１の曲げ量（曲率半径）を検出する代わりに、波面検出器によってレーザ光の波面を検出して、その検出結果に基づきグレーティング１６１の曲げ量（曲率半径）を変化させるような実施も可能である。
（実施例１３；狭帯域化性能の制御（拡大率（倍率）変更）によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
上述した実施例１１、１２では、発振用チャンバ１０内で発生した光の波面を変化させることで、発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を制御する場合について説明したが、つぎに、同じく発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を制御するために、発振用チャンバ１０内で発生した光の拡大率を変化させる実施例について説明する。
本実施例に適用される原理について説明する。
図３５（ａ）は、発振用レーザ装置１００の狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６の構成要素と光軸との位置関係を示している。
発振用レーザ装置１００の狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６には、リア側ウインドウ１０ｅに近い場所より、順に、プリズム１６８ａ（以下、プリズムａと適宜省略する）、プリズム１６８ｂ（以下、プリズムｂと適宜省略する）、グレーティング１６１が配置されている。プリズム１６８ａ、１６８ｂによってビームエキスパンダ１６８が構成される。
図３５（ａ）に矢印で示すように、プリズム１６８ａ、１６８ｂの姿勢を変化させると、発振用レーザ装置（MO）１００のビームエキスパンダ１６８による光の拡大率が変更され、これにより発振用チャンバ１０内で発生した光のスペクトル幅が変化する。
図３９（ａ）は、拡大率Ｍとスペクトル幅Δλとの関係Ｌ１３を示している。
同図３９（ａ）の関係Ｌ１３からわかるように、ビームエキスパンダ１６８による光の拡大率Ｍが大きくなると、スペクトル幅Δλが細くなる。逆に、ビームエキスパンダ１６８による光の拡大率Ｍが小さくなると、スペクトル幅Δλが太くなる。
したがって、スペクトル純度幅若しくはこれに代わるスペクトル指標値を計測（検出）し、その計測値（検出値）として得られる現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも広くなっている場合には、ビームエキスパンダ１６８による光の拡大率Ｍを大きくし、現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも細くなっている場合には、拡大率を小さくすることで、スペクトル幅を目標スペクトル幅に対する許容幅内に安定させることができ、スペクトル性能が安定化する。
一方で、ビームエキスパンダ１６８としてプリズム群１６８ａ、１６８ｂを用いる場合には、中心波長も一定に保つ必要がある。複数のプリズム１６８ａ、１６８ｂの姿勢の調整次第で、中心波長を同一のままとし、拡大率のみ変化させることが可能である。本実施例によれば、プリズムａは、拡大率調整用に、プリズムｂは、主として波長調整用に使用され、それぞれを姿勢を調整することで、中心波長と拡大率との双方の制御が行われる（図３５（ａ））。ここで、従来にあっては、参考例として図３５（ｂ）に示すように、中心波長の制御のみを行うためにプリズムｂのみの姿勢が調整されるだけであり、両者の構成上の相違は明らかである。
図３９（ｂ）は、拡大率Ｍと発振用レーザ装置１００から出力されるシード光出力（強度）との関係Ｌ１４を示している。
同図３９（ｂ）からわかるように、複数のプリズム１６８ａ、１６８ｂの姿勢の調整に伴って拡大率Ｍが変化するとシード光の出力が多少変化することがある。しかし、シード光の出力の変化に対しては、発振用チャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間に印加する電圧や、チャンバ１０内のガス圧の調整で、十分補償される。
図３６は、拡大率（倍率）Ｍを調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例１３の処理手順を示している。図３６は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。以下の処理ではプリズムａは、拡大率調整用に、プリズムｂは、主として波長調整用に使用される。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図３６に示すサブルーチンに入る。
図３６に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６で実行される。
図３６に示すサブルーチンがスタートすると、まず、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ１１０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する１ステップ当たりの拡大率変化量＋ΔＭが計算され、これに応じてプリズムａ、ｂの姿勢が調整される（ステップ１１０２）。上記ステップ１１０２の処理は、図３７に示すサブルーチンとして実行される。
まず、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する１ステップ当たりの拡大率変化量＋ΔＭが計算され、この拡大率変化量＋ΔＭだけ変化された値が、
M＝Ｍ＋ΔＭ
と計算され、この計算された拡大率Ｍが得られるよう、プリズムａを回転してプリズムａの姿勢を調整する。上記拡大率変化量＋ΔＭの値は、たとえば図３９（ａ）に示す拡大率Ｍとスペクトル純度幅E95（Δλ）との相関関係Ｌ１３から計算すればよい（ステップ１２０１）。
しかし、上記１２０１でプリズムａの姿勢を変化させたままでは、発振波長がずれてしまうので、同時にプリズムbの姿勢を調整して中心波長の制御を行う。すなわち、プリズムｂを回転してプリズムｂの姿勢を調整して中心波長を元の目標中心波長に戻す（ステップ１２０２）。
つぎに、発振用レーザ装置１００から出力されるシード光の一部を切り出して、第１モニタモジュール１９で、シード光の中心波長λが検出され、スペクトル純度幅E95が計測される。
つぎに、露光装置３で要求される目標中心波長λo と、検出中心波長λとが比較され、検出中心波長λが、目標中心波長λ0に対する許容幅Δを超えたか否か、つまり、
｜λ− λo｜＞ Δ
であるか否かが判断される（ステップ１２０４）。
この結果、検出中心波長λが、目標中心波長λ0の許容幅Δを超えた場合には、プリズムbのみの姿勢を調整して、波長を変化させて、中心波長がλo となるようにして（ステップ１２０５）、図３６のステップ１１０４にリターンされる（ステップ１２０６）。一方、検出中心波長λ1が、目標中心波長λ0に対する許容幅Δを加えた値を超えていない場合には、そのまま、図３６のステップ１１０４にリターンされる（ステップ１２０６）。
一方、図３６のステップ１１０１の判断の結果、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する１ステップ当たりの拡大率減少量−ΔＭが計算され、これに応じてプリズムａ、ｂの姿勢が調整される（ステップ１１０３）。上記ステップ１１０３の処理は、図３８に示すサブルーチンとして実行される。
まず、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する１ステップ当たりの拡大率減少量−ΔＭが計算され、この拡大率変化量−ΔＭだけ変化された値が、
M＝Ｍ−ΔＭ
と計算され、この計算された拡大率Ｍが得られるよう、プリズムａを回転してプリズムａの姿勢を調整する（ステップ１３０１）。以下、ステップ１３０２〜１３０６の処理は、図３７を用いて説明したステップ１２０２〜１２０６の処理と同様であるので説明は省略する。
つぎに、図３６のステップ１１０４において、プリズムａ、プリズムｂの回転させた結果、それらの姿勢角度が許容角度幅（上限値〜下限値）から外れたか（例えば下限値であれば、下限値を下回ったか）否かが判断される。たとえばプリズムａ、プリズムｂの姿勢角度の限度角（上限値、下限値）を検出するリミットスイッチが設けられ、リミットスイッチによってリミット（限度角）が検出されたか否かが判断される（ステップ１１０４）。
プリズムａ、ｂの姿勢角が、限度角を検出した場合（リミット検出）は、もはやプリズムａ、ｂ（拡大率Ｍ）の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ１１０５）。
プリズムａ、ｂの姿勢角が、限度角を検出していない場合（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、そのまま、つぎのステップ１１０７に移行される。
ステップ１１０７では、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、プリズムａ、ｂの姿勢を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ１１０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ１１０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ１１０９）。
一方、ステップ１１０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ１１０１に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ１１０９）。
以上の制御内容は、一対のプリズムａ、ｂの姿勢を調整して中心波長と拡大率を制御する場合であるが、光学部品の組合せを任意としたとしても、同様な制御を行い得る。たとえばプリズムとグレーティングの姿勢を調整することによっても、また、プリズムと回転ミラーの姿勢を調整することによっても、また、回転ミラーとグレーティングの姿勢を調整することによっても、同様に、中心波長と拡大率を制御することができる。また、アフォーカルな光学系を配置し、その倍率を可変できるように構成して、同様な制御を行うようにしてもよい。
なお、プリズムの姿勢を調整する場合においては、図３９（ｂ）に示すように、その姿勢角が大きくなりすぎると、シード光の出力の急激な低下を招いてしまう。その理由として考えられるのは、プリズムへの入射角が膜の最適域とずれることで反射損失が大きくなること、光路がずれることによりケラレが大きくなることなどが挙げられる。また、倍率を変更することによって、ビーム品位が変化してしまうおそれがある。そこで、必要に応じて、整形光学モジュールによって、シード光の光品位の補償や、シード光出力の補償を行うようにしてもよい。
特に、２ステージレーザ装置２では、１ステージレーザ装置と異なり、発振用レーザ装置１００で低下したビーム品位を増幅用レーザ装置３００で調整して、補償を行うことが可能である。
（実施例１４；狭帯域化性能の制御（ビーム幅変化）によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
つぎに、同じく発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を制御するために、発振用チャンバ１０内で発生した光のビーム幅を変化させる実施例について説明する。
本実施例に適用される原理について説明する。
図４０は、発振用レーザ装置１００の光軸とスリットとの位置関係を示している。同図４０は、図２に示す発振用チャンバ１０（縦方向）を上面からみた横方向の図であり、発振用レーザ装置１００の狭帯域化モジュール（ＬＮＭ）１６には、リア側ウインドウ１０ｅに近い場所より、順に、プリズム１６８ａ、プリズム１６８ｂ、グレーティング１６１が配置されている。
リア側ウインドウ１０ｅとプリズム１６８との間には、（リア側）スリット８０が配置されている。また、フロント側ウインドウ１０ｆとフロントミラー１７との間には、（フロント側）スリット８１が配置されている。すなわち、レーザ共振器内にスリット８０、８１が配置されている。スリット８０、８１は、矢印にて示すように、発振用チャンバ１０の横方向（図中上下方向）のスリット幅Ｗが変化されるように構成されている。コントローラ８２は、図示しないドライバを介してスリット８０、８１のスリット幅Ｗを駆動制御する。
レーザ共振器内のスリット８０、８１のスリット幅Ｗ（横方向のスリット幅）が変化すると、横方向の光のダイバージェンスが変化し、スペクトル幅が変化する。
図４１は、スリット８０、８１のスリット幅Ｗとスペクトル幅Δλとの関係Ｌ１５を示している。
同図４１の関係Ｌ１５からわかるように、Ｗ0〜Ｗ1の範囲内でスリット幅Ｗが大きくなると、スペクトル幅Δλが太くなる。逆に、スリット幅Ｗが小さくなると、スペクトル幅Δλが細くなる。
したがって、スペクトル純度幅若しくはこれに代わるスペクトル指標値を計測（検出）し、その計測値（検出値）として得られる現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも広くなっている場合には、スリット幅Ｗを小さくし、現在のスペクトル幅Δλが目標スペクトル幅Δλ0よりも細くなっている場合には、スリット幅Ｗを大きくすることで、スペクトル幅を目標スペクトル幅に対する
許容幅内に安定させることができ、スペクトル性能が安定化する。
スリット幅Ｗが変化するスリットは、発振用チャンバ１０のリア側、フロント側の両方にスリット８０、８１として配置してもよく、また、リア側のみにスリット８０として配置してもよく、また、フロント側のみにスリット８１として配置してもよい。
一方で、スリット幅Ｗが変化すると、シード光の出力が変化することがある。
しかし、２ステージレーザ装置２においては、増幅用レーザ装置３００の出力が安定していればよく、発振用レーザ装置１００の出力の多少の変動は、問題にならない。また、シード光の出力の変化に対しては、発振用チャンバ１０内の電極１０ａ、１０ｂ間に印加する電圧や、チャンバ１０内のガス圧の調整で、スペクトル性能を保持したままで十分補償される。さらに、スリット幅Ｗの変化によって、光のビームプロファイルやビームダイバージェンスも変化してしまうが、これらが問題になる場合には、伝播系に整形光学モジュールを配置すれば、これらビームプロファイルやビームダイバージェンスをほぼ一定に保持することが可能となる。
スリット８０、８１は、光軸に対して片側のみからスリット幅Ｗを変化させてもよく、光軸の両側からスリット幅Ｗを変化させてもよい。ただし、光軸の両側からスリット幅Ｗを変化させるようにした方が、制御性に優れている。
また、図４０では、横方向にスリット幅Ｗが変化するスリット８０、８１を想定して説明したが、縦方向、つまり図２の図中上下方向にスリット幅Ｗが変化するスリットを用いても、同様に、スペクトル幅の制御が可能である。ただし、スリット幅Ｗの変化に対するスペクトル性能変化は、縦方向にスリット幅Ｗを変化させる場合に比べて横方向に変化させる方が小さいため、縦方向に変化するスリット８０、８１（図４０）を使用した方が、制御性能上、望ましい。
図４１の特性Ｌ１５からわかるように、あるしきい値W0よりもスリット幅Ｗが狭くなると、スペクトル性能が悪化してしまう。この理由としては、グレーティング１６１に照射可能なビーム幅が狭くなってしまうためにグレーティング１６１の理論分解能が低下するためであると考えられる。また、上記しきい値W0よりもスリット幅Ｗが狭くなると、シード光の出力が大きく低減してしまう。したがって、しきい値W0よりもスリット幅が狭くなる領域で制御する利点は少ない。
また、あるしきい値W1（＞Ｗ0）よりもスリット幅Ｗが大きい領域では、スリット幅の変化に対するスペクトル性能の変化は殆どない。この理由としては、この領域では、スリット幅がビーム幅よりも、太くなっているためであると考えられる。したがって、しきい値W1よりもスリット幅が広くなる領域で制御する利点は少ない。
そこで、上記各しきい値W0 〜 W1の間の領域で、スリット幅Ｗを変化させて、スペクトル幅を制御することが望ましい。そして、また、この領域W0 〜 W1では、スリット幅Ｗの変化（増加）に対して、スペクトル幅Δλは単調変化（増加）するため、制御特性上も望ましいものである。
図４２は、スリット幅Ｗを調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例１４の処理手順を示している。図４２は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図４２に示すサブルーチンに入る。
図４２に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、図４０に示すコントローラ８２で実行される。
図４２に示すサブルーチンがスタートすると、まず、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６（図１）で計算される（ステップ１４０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する１ステップ当たりのスリット幅減少量−ΔＷが計算され、これに応じてスリット８０、８１のスリット幅Ｗが調整される。上記スリット幅減少量−ΔＷの値は、たとえば図４１に示すスリット幅Ｗとスペクトル純度幅E95（Δλ）との相関関係Ｌ１５から計算すればよい（ステップ１４０２）。
一方、ステップ１４０１の判断の結果、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なスペクトル純度幅の差分E95−E950に相当する１ステップ当たりのスリット幅増加量＋ΔＷが計算され、これに応じてスリット８０、８１のスリット幅Ｗが調整される（ステップ１４０３）。
つぎに、スリット８０、８１のスリット幅Ｗをスリット幅減少量−ΔＷ若しくはスリット幅増加量＋ΔＷだけ変化させた結果、そのスリット幅が許容スリット幅Ｗ0〜Ｗ1（上限値Ｗ1、下限値Ｗ0）から外れたか（例えば下限値Ｗ0であれば、下限値Ｗ0を下回ったか）否かが判断される。たとえばスリット８０、８１のスリット幅の限度角Ｗ0、Ｗ1を検出するリミットスイッチが設けられ、リミットスイッチによってリミット（限度角）が検出されたか否かが判断される（ステップ１４０４）。
スリット８０、８１のスリット幅Ｗが、限度角Ｗ1を超えるか限度角Ｗ0を下回る場合（リミット検出）は、もはやスリット幅Ｗの調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ１４０５）。
スリット８０、８１のスリット幅Ｗが、限度角Ｗ1を超えず限度角Ｗ0を下回っていない場合（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、そのまま、つぎのステップ１４０７に移行される。
ステップ１４０７では、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、スリット幅Ｗを変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ１４０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ１４０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、整形光学モジュールによって、シード光の光品位の補償や、シード光出力の補償が行われて（ステップ１４１１）、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ１４０９）。
一方、ステップ１４０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ１４０１に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、整形光学モジュールによって、シード光の光品位の補償や、シード光出力の補償が行われて（ステップ１４１１）、図７のメインルーチンに戻される（ステップ１４０９）。
なお、上記ステップ１４１１の補償処理は、必要に応じて実行すればよく、これを省略する実施も可能である。
特に、２ステージレーザ装置２では、１ステージレーザ装置と異なり、発振用レーザ装置１００で低下したビーム品位を増幅用レーザ装置３００で調整して、補償することも可能である。
（実施例１５；発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度の制御によるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
本実施例では、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95をスペクトル純度幅計測手段で計測し、計測されたスペクトル純度幅E95が、目標スペクトル純度幅E950の許容幅E950±ｄE95内に収まるように、発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を制御することで、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
この実施例１５では、発振用レーザ装置１００で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、発振用チャンバ１０内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、シード光の発振周波数と発振用チャンバ１０内のレーザガスの温度とスペクトル純度幅E95との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、増幅用レーザ装置３００から出力されるレーザ光のスペクトル純度幅E95を安定化制御するものである。
まず、本実施例に適用される原理について説明する。
発振用チャンバ１０内のガス温度が変化することによって、スペクトル純度幅E95が変化する。この理由は、放電により発生する音響波がレーザ光路上の粒子密度分布を変化させレーザ波面を変化させるためである。ガス温度T[K]は、音響波の伝播速度vとの間で、
v ∝(Ｔ)1/2
という関係が成立する。このため、ガス温度を変化させると、音響波の伝播速度が変化し、レーザ光路上の粒子密度分布が変化し、レーザ波面が変化して、最終的には、スペクトル純度幅E95が変化する。
また、発振周波数の変化は、音響波に影響を与えるため、発振周波数に応じて、上述したガス温度とスペクトル純度幅E95との関係も変化する。
図４３は、発振周波数の変化に応じてスペクトル純度幅E95が変化する様子を示すグラフであり、ガス温度を20℃、40℃、60℃と変化させた場合の各特性を示している。同図４３からわかるように、発振用レーザ装置１００が、ある周波数で発振しているときに、発振用チャンバ１０内のガス温度を変化させれば、それに応じてスペクトル純度幅E95が変化し、目標とする値にすることができる。
図44は、ガス温度（゜Ｃ）とスペクトル純度幅Ｅ９５の関係を、各発振周波数毎に示している。特性Ｌ１６は、発振周波数が３．６ｋＨzの場合のガス温度（゜Ｃ）とスペクトル純度幅Ｅ９５の関係を示し、特性Ｌ１７は、発振周波数が３．７ｋＨzの場合のガス温度（゜Ｃ）とスペクトル純度幅Ｅ９５の関係を示し、特性Ｌ１７は、発振周波数が４ｋＨzの場合のガス温度（゜Ｃ）とスペクトル純度幅Ｅ９５の関係を示している。
このように発振周波数によって、ガス温度とスペクトル純度幅Ｅ９５の関係が変化するため、実際に制御する際には、データベースに、各周波数におけるガス温度とスペクトル純度幅Ｅ９５の相関関係（Ｌ１６、Ｌ１７、Ｌ１８）を記憶しておき、現在の発振周波数に対応する相関関係を読み出し、この読み出した相関関係に基づいて、ガス温度を変化させて、スペクトル純度幅Ｅ９５を制御すればよい。したがって、実際のスペクトル純度幅の制御は、レーザガス温度の制御として行われる。
つぎに、本実施例に用いられる、レーザガス温度を検出する温度センサＴ1の構成例について説明する。
発振用チャンバ１０内のガス温度を検出するための測定器としては、熱電対や測温抵抗体などを用いることができる。また、ファイバー温度計や赤外線温度計などを使用してもよい。
図４５〜図４８は、発振用チャンバ１０への温度センサＴ1の装着態様を示す。
図４５では、発振用チャンバ１０の内側へ突出したシース９１に、温度センサＴ1を取り付けている。温度センサＴ1の検出信号は、ユーティリティコントローラ５に入力される（図１）。シース９１は、温度センサＴ1の温度に対する感度を良くするために、レーザガスと反応しない材質で、熱伝導率が高く、かつなるべく薄く作られていることが好ましい。シース９１は、O-リングまたは溶接などによって、チャンバ１０外部とシールされ、チャンバ１０の内部のレーザガスと接するようにチャンバ隔壁９０に取り付けられる。なお、温度センサＴ1自体がレーザガスと反応しない材質から作られているならば、シース９１は不要ある。
図４６は、温度センサＴ1の装着位置を例示している。
温度センサＴ1は、チャンバ隔壁９０のうち、好ましくは電極１０ａ、１０ｂの近傍位置９０A、９０Ｂに配置される。また、クロスフローファン１０ｃの近傍位置９０C、９０Dに、温度センサＴ1を配置してもよい。
図４５では、シース９１を介して温度センサＴ1がレーザガスに接するように構成しているが、図４７に示すように、チャンバ隔壁９０に温度センサＴ1が接するように装着して、チャンバ隔壁９０の温度をレーザガスの温度として検出してもよい。ただし、温度センサＴ1の周囲を断熱材９２で覆うことが、安定した温度測定を行う上で望ましい。
また、図４８に示すように、温度センサＴ1が装着される場所のチャンバ隔壁９０を薄くすることで、温度に対する応答性を一層向上させることができる。
以上は温度センサＴ1でレーザガスを検出する場合であるが、発振用チャンバ１０の圧力を計測して圧力から温度を算出する実施も可能である。
つぎに、レーザガス温度を変化させる手段の構成例について説明する。
図２で説明したように、発振用チャンバ１０には、一般的に、レーザガスを冷却するために熱交換器１０ｄが内蔵されている。
図４９は、熱交換器１０ｄに流れる冷却水の流量を調節することによって、ガス温度を変化させる構成を示している。熱交換器１０に冷却水を供給する冷却水供給路１５ａ上には、バルブ１５ｂが設けられている。
すなわち、ガス温度が温度センサＴ1で検出されると、温度検出信号はユーティリティコントローラ５に送られる。ユーティリティコントローラ５の内部では、レーザガス温度をフィードバック信号としPID制御などを用いて、目標とするレーザガス温度にするために必要な冷却水流量を算出し、冷却水流量に対応するバルブ開度を算出する演算処理が実行される。 そして、ユーティリティコンローラ５は、バルブ開度信号を、冷却水供給ユニット１５のバルブ１５ｂに対して送出する。これによりバルブ１５ｂの弁開度が調整されて、必要な流量の冷却水が、熱交換器１０ｄに供給される。
図５０は、冷却水供給路１５ａ上に、温調器９３を設けた構成例を示している。図５０の場合も図４９の構成例と同様にして、ユーティリティコントローラ５で、目標とするレーザガス温度にするために必要な温調器９３の操作量を算出する演算処理が実行されて、操作信号が冷却水供給ユニット１５の温調器９３に対して送出される。これにより温調器９３が操作されて、冷却水供給路１５ａを流れる冷却水の温度が調整される。図５０の構成例によれば、レーザガス温度を目標値へ近づける制御の応答性が向上する。
図５１、５２は、発振用チャンバ１０に装着したヒータでレーザガス温度を変化させる構成例を示しており、この場合も、図４９、図５０と同様に、コントローラからヒータに対して操作信号を送出することでレーザガスの温度が制御される。
図５１では、発振用チャンバ１０の隔壁９０の外側に、マントルヒータやセラミックヒータなどのヒータ９４が装着され、ヒータ９４に供給される電力を調整することで、チャンバ１０内部のレーザガスの温度が制御される。
望ましくは、図５２に示すように、発振用チャンバ１０の内側にヒータ９５を装着する。図５２では、チャンバ隔壁９０の内側であって電極１０ａの近傍に、
カートリッジヒータなどのヒータ９５が装着される。なお、レーザガスと反応しないように、ヒータ９５をシースによって覆うことが望ましい。
つぎに、発振周波数を検出する手段の構成例について説明する。
通常、レーザの発振周波数は、ステッパ・スキャナが決定する。その際、具体的に露光装置３から発振周波数の値を発振用レーザ装置１００に指示する場合(例えば2100Hzなど)と、レーザ発振のトリガ信号(たとえば矩形波)が発振用レーザ装置１００内部に送られ、そのタイミングで発振するようになっている場合とがある。
前者の場合では、実際の発振周波数が露光装置３から指示されるので発振用レーザ装置１００内部のコントローラでは、現在発振している発振周波数を知ることができる。後者の場合では、露光装置３からトリガ信号が送られてくるだけなので、発振用レーザ装置１００内部のコントローラで現在発振している発振周波数を知ることはできない。
そこで、後者の場合には、発振用レーザ装置１００内部のコントローラに、トリガ信号の周期の間隔やある時間内のトリガ信号の数のカウント値などから現在の発振周波数を算出する機能が必要になる。ただし、発振周波数が変更した後に遅れて変更前の発振周波数に基づく制御を行うと、スペクトル純度幅E95が許容幅dE95から外れる可能性があるので、発振周波数が変わる前に、変更する発振周波数を取得できるようにすることが好ましい。
図５３は、レーザガス温度を調整することでスペクトル純度幅E95を安定化制御する本実施例１５の処理手順を示している。図５３は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
すなわち、図７で説明したように、メインルーチンにおいて、第２モニタモジュール３９で計測されたスペクトル純度幅E95の値が、第２許容幅E950±ｄE95よりも広くなった場合（第１許容幅E950±ｄE95(S)内において）（ステップ１０３の判断Ｙｅｓ）に、この図５３に示すサブルーチンに入る。
図５３に示すサブルーチンの処理は、図１に示すE95、波長コントローラ６、ユーティリティコントローラ５、メインコントローラ４で実行される。
図５３に示すサブルーチンがスタートすると、まず、発振用レーザ装置１００で発振されるシード光の発振周波数ｆがメインコントローラ４で検出（認識）される。この発信周波数ｆは、E95、波長コントローラ６に送られる（ステップ１５１０）。
つぎに、スペクトル純度幅E95が目標値より広くなったのか、狭くなったのかの判別、つまりE95＞E950であるか否かが、E95、波長コントローラ６で計算される（ステップ１５０１）。
この判断の結果、E95＞E950である場合には、スペクトル純度幅が目標値より広くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を狭くするために必要なガス温度Ｔが算出される。具体的には、図４４に示す各発振周波数毎のガス温度Ｔとスペクトル純度幅E95との関係がデータベースに記憶されており、現在、検出された発振周波数ｆにおいて目標スペクトル純度幅E950にするために必要なガス温度Ｔが読み出される。なお、ガス温度Ｔとスペクトル純度幅Ｅ９５との対応関係は、図４４に特性Ｌ１６〜Ｌ１８で例示するように様々なカーブを描く。ガス温度の制御範囲内で単調増加か単調減少であれば、目標スペクトル純度幅E950に対応するガス温度Ｔは一つしか存在しないが、極小値か、極大値を持つ相関関係であれば、目標スペクトル純度幅E950に対応するガス温度Ｔは２つ以上存在する。このような場合には、いずれのガス温度Ｔを選択してもよいが、制御を短時間で実施するには、現在検出されているガス温度に一番近いガス温度Ｔを選択するのが望ましい（ステップ１５０２）。
一方、ステップ１５０１の判断の結果、E95＞E950でない場合には、スペクトル純度幅が目標値より狭くなった場合であるので、スペクトル純度幅E95を広くするために必要なガス温度Ｔが同様にして算出される（ステップ１５０３）。
つぎに、上記算出されたガス温度Ｔが制御可能な範囲を超えたか（リミット検出）否かが判断される（ステップ１５０４）。
算出されたガス温度Ｔが制御可能な範囲を超えた（リミット検出）場合は、もはやレーザガス温度の調整ではスペクトル純度幅E95を安定化制御できないものと判定し、他のE95制御法に切り替えるか、制御不能信号をメインコントローラ４に送るかして、レーザ発振を停止する（ステップ１５０５）。
算出されたガス温度Ｔが制御可能な範囲を超えていない場合（リミット検出されない）であれば、安定化制御可能であり、そのまま、つぎのステップ１５０６に移行される。
つぎのステップ１５０６では、制御指令信号がメインコントローラ４を介してユーティリティコントローラ５に送られ、ユーティリティコントローラ５は、冷却水供給ユニット１５等のガス温度変化手段を介して、レーザガス温度を制御する。すなわち、温度センサＴ1で検出された現在のレーザガス温度をフィードバック量として、目標とするガス温度Ｔに一致させる制御を実行する（ステップ１５０６）。
つぎのステップ１５０７では、図７のステップ１０１と同じく「スペクトル純度幅E95計測」のサブルーチン（図６、図１０参照）に入り、発振用チャンバ１０内のガス温度を変化させた後の実際のスペクトル純度幅E95が計測され（ステップ１５０７）、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）に入ったか否かが判断される（ステップ１５０８）。この結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅内（E950±ｄE95）内に収まったならば、図７に示すメインルーチンに戻る（ステップ１５０９）。
一方、ステップ１５０８の判断の結果、計測されたスペクトル純度幅E95が第２許容幅（E950±ｄE95）内に収まっていない場合には、再度、ステップ１５１０に移行され、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まるように、このサブルーチンが繰り返される。そして、スペクトル純度幅E95が第２許容幅内に収まった時点で、図７のメインルーチンに戻される（ステップ１５０９）。
（実施例１６、１７；発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ（パルス波形を変化させ）、かつ放電タイミングも変化させる制御（制御手段３））を行うことによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
前述した実施例１（図１３）は、放電タイミングを変化させることでレーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。また、前述した実施例３〜７、９、１０は、シード光のパルス波形を変化させ、それによりシード光のパルス波形の立ち上がり時期を変化させ、それによりシード光のスペクトル純度幅を変化させることで、レーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。この実施例１６、１７では、これら両制御を組み合わせた制御を行うものである。本実施例によれば、上記両制御を組み合わせて実施することで、相乗効果により、放電タイミングｄｔの制御幅（同期許容幅）が拡大し、制御性が一層向上する。
図５６は、放電タイミングを変化させる制御とパルス波形を変化させる（パルス立ち上がり時期を変化させる）制御とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いるタイミングチャートであり、横軸を時間とし縦軸をシード光出力（強度）として、シード光のパルス波形を示している。
図５６（ａ）は、放電タイミングを遅延させ、さらにシード光のパルス波形を遅延させることで、スペクトル純度幅E95を小さくする場合を説明する図であり、図５６（ｂ）は、放電タイミングを早め、さらにシード光のパルス波形を早めることで、スペクトル純度幅E95を大きくする場合を説明する図である。
図５６（ａ）は、図５で説明した効果と、図１５で説明した効果を組み合わせた効果を示している。すなわち、矢印３Ａにて示すように、放電タイミングを遅延させることで、シード光のパルス波形Ｌ３のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が太くなる部分Ｌ３１からスペクトル純度幅が細くなる部分Ｌ３２に移行する（図５で説明した効果）。更に、矢印３Ｂにて示すように、シード光のパルス波形をＬ３からＬ３′に遅延させることで、パルス波形Ｌ３′のうち、更にスペクトル純度幅が細くなる部分Ｌ３２′に移行する（図１５で説明した効果）。
スペクトル純度幅E95を大きくする場合も同様であり、図５６（ｂ）の矢印１３Ａにて示すように、放電タイミングを早めることで、シード光のパルス波形Ｌ３のうち、増幅されるべきシード光波長部分が、スペクトル純度幅が細くなる部分Ｌ３２からスペクトル純度幅が太くなる部分Ｌ３１に移行する（図５で説明した効果）。更に、矢印１３Ｂにて示すように、シード光のパルス波形をＬ３からＬ３″に早めることで、パルス波形Ｌ３″のうち、更にスペクトル純度幅が太くなる部分Ｌ３１″に移行する（図１５で説明した効果）。
この結果、放電タイミングｄｔの制御幅、つまりレーザ出力が許容レベル以上となっている同期許容幅は、３Ｃから３Ｄに一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
図５８は、本実施例１６の処理手順を示している。図５８は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
図５８は、実施例１（放電タイミングの制御）と実施例３〜７、９、１０（パルス波形の制御）とを組み合わせた処理内容を示している。既に説明したフローチャートの説明と重複する部分については説明を省略し、対応する箇所を指摘して説明に代える。パルス波形の制御については実施例４（図１８）を代表させて説明する。
図５８のステップ１６０１、１６０５、１６０７、１６０８、１６０９は、実施例１（図１３）のステップ４０１、４０５、４０７、４０８、４０９と同様である。
図５８のステップ１６０２では、実施例４（図１８）のフローチャートと同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを遅くするステップ５０２、５０６の処理が実行される。あるいは、他の実施例５〜７、９、１０のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図５８のステップ１６０３では、実施例４（図１８）のフローチャートと同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを早くするステップ５０３、５０６の処理が実行される。あるいは、他の実施例５〜７、９、１０のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図５８のステップ１６１２では、実施例１（図１３）のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を大きくするステップ４０２、４０６の処理が実行される。
図５８のステップ１６１３では、実施例１（図１３）のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を小さくするステップ４０３、４０６の処理が実行される。
図５８のステップ１６０４では、放電タイミングに関してリミットが検出されたか否かが判断されるとともに（図１３；ステップ４０４）、パルス波形を変化させるパラメータであるＦ2濃度（あるいは他の実施例５〜７、９、１０における対応するパラメータ）に関してリミットが検出されたか否かが判断される（図１８；ステップ５０４（あるいは他の実施例５〜７、９、１０のフローチャートの対応するステップ））。
図５８の実施例１６のフローチャートでは、リミット検出判断処理（ステップ１６０４）を、シード光のパルスを変化させ、かつ放電タイミングを変化させた後に行うようにして、リミットが検出された場合に、制御不能処理（ステップ１６０５）を行うようにしているが、図６０に示すように、シード光のパルス波形を変化させた後で、リミット検出の判断を行い、その後に放電タイミングを変化させる処理を行うようにして、制御不能処理を省略する実施も可能である。
図６０は、図５８に示す実施例１６のフローチャートを変形した実施例１７のフローチャートを示している。
図６０では、ステップ１７０１の処理と、ステップ１７０７、１７０８、１７０９の処理は、図５８の対応するステップ１６０１と、ステップ１６０７、１６０８、１６０９の処理と同様な手順で実行されるが、ステップ１７０１と、ステップ１７０７〜１７０９との間に行われる処理手順は、図５８とは異なっている。
すなわち、図６０では、ステップ１７０１の処理を経て、ステップ１７０２では、図５８のステップ１６０２と同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを遅くする処理が実行されるが、つぎに、パルス波形を変化させるパラメータであるＦ2濃度（あるいは他の実施例５〜７、９、１０における対応するパラメータ）に関して、リミットが検出されたか否かが判断される（ステップ１７０４）。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図５８のステップ１６１２と同様に、放電タイミングの間隔を大きくする処理が実行されて（ステップ１７１２）、つぎのステップ１７０７に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ１７０７に移行される。
同様にして、ステップ１７０１の処理を経て、ステップ１７０３では、図５８のステップ１６０３と同様に、シード光のパルス波形の立ち上がりを早くする処理が実行されるが、つぎに、パルス波形を変化させるパラメータであるＦ2濃度（あるいは他の実施例５〜７、９、１０における対応するパラメータ）に関して、リミットが検出されたか否かが判断される（ステップ１７０５）。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図５８のステップ１６１３と同様に、放電タイミングの間隔を小さくする処理が実行されて（ステップ１７１３）、つぎのステップ１７０７に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ１７０７に移行される。
図６０では、パルス波形を変化させた後で（ステップ１７０２、１７０３）、リミットが検出されたか否かを判断して（ステップ１７０４、１７０５）、その結果に応じて放電タイミングを変化させるようにしている（ステップ１７１２、１７１３）が、逆に、放電タイミングを変化させた後で、リミットが検出されたか否かを判断して、その結果に応じてパルス波形を変化させる手順で制御を行うようにしてもよい。
上述した実施例１６、１７によれば、放電タイミングを変化させる制御とパルス波形を変化させる（パルス立ち上がり時期を変化させる）制御とを組み合わせて実施することで、相乗効果により、放電タイミングｄｔの制御幅（同期許容幅）が拡大し、制御性が一層向上する。更に、実施例２の制御、つまりシード光をパルスストレッチする実施例と組み合わせてもよい。図１４で説明したように、シード光をパルスストレッチさせ、シード光のパルス幅が長くすると、同期許容幅が一層長くなり、制御性を更に向上させることができる。
なお、前述したフッ素濃度等のパラメータを変化させてパルス波形を制御する実施例４等（実施例５〜７、１０、１１）のフローチャートでは、リミットが検出された場合に、レーザ発振を停止させる等、制御不能の処理を行うようにしているが（実施例４の場合は、図１８のステップ５０５）、図６０と同様に、リミットが検出された場合に、放電タイミングを変化させる制御（ステップ１７１２、１７１３）に切り替えるようにしてもよい。
（実施例１８、１９；発振用レーザ装置１００から出力されるシード光のスペクトル純度幅を変化させ（狭帯域化性能を変化させ、あるいは音響波の伝搬速度を変化させ）、かつ放電タイミングも変化させる制御（制御手段３））を行うことによるスペクトル純度幅E95の安定化制御）
前述した実施例１（図１３）は、放電タイミングを変化させることでレーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。また、前述した実施例１１〜１４、１５は、発振用レーザ装置１００の狭帯域化性能を変化させたり、あるいは発振用チャンバ１０内の放電により発生する音響波の伝搬速度を変化させたりしてシード光のスペクトル純度幅を変化させることで、レーザ光のスペクトル純度幅E95の安定化制御するというものであった。この実施例１８、１９では、これら両制御を組み合わせた制御を行うものである。本実施例によれば、上記両制御を組み合わせて実施することで、相乗効果により、スペクトル純度幅E95の制御幅が拡大し、制御性が一層向上する。
図５７は、放電タイミングを変化させる制御とシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御（狭帯域化性能を変化させる制御、あるいは音響波の伝搬速度を変化させる制御）とを組み合わせた場合の効果を説明するために用いた図であり、前述した図４と同様に、横軸を放電タイミングｄｔとし縦軸をスペクトル純度幅E95で示している。
図５７における特性Ｌ１は、図４に示す特性Ｌ１に相当する。
目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を大きくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を大きくする制御を行う。これにより、特性Ｌ１から、よりスペクトル純度幅が大きくなる特性Ｌ１Ａに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を大きくするために放電タイミングｄｔを減少させる制御を行う。これにより特性Ｌ１Ａ上で、放電タイミングが減少する方向に変化する。
また、目標スペクトル純度幅E950に一致させるべくスペクトル純度幅E95を小さくする場合には、まず、シード光のスペクトル純度幅を小さくする制御を行う。これにより、特性Ｌ１から、よりスペクトル純度幅が小さくなる特性Ｌ１Ｂに変化する。更に、スペクトル純度幅E95を小さくするために放電タイミングｄｔを増加させる制御を行う。これにより特性Ｌ１Ｂ上で、放電タイミングが増加する方向に変化する。
そこで、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御のみを行った場合のスペクトル純度幅E95の制御幅１Ａと、シード光のスペクトル純度幅を変化させる制御と放電タイミングｄｔを変化させる制御とを組み合わせた場合の制御幅１Ｂを比較すると、両制御を組み合わせた方が、同じ同期許容幅内（横軸）であればスペクトル純度幅E95の制御幅（縦軸）が拡大しているのが、読み取れる。
このように、両制御を組み合わせた制御を行うことで、同じ同期許容幅内で、スペクトル純度幅E95を振れる範囲が一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
図５９は、本実施例１８の処理手順を示している。図５８は、図７のメインルーチン内の「E95アクチュエータによる安定化制御」（ステップ１０４）のサブルーチンに対応する。
図５９は、実施例１（放電タイミングの制御）と実施例１１〜１４、１５（パシード光のスペクトル純度幅の制御）とを組み合わせた処理内容を示している。既に説明したフローチャートの説明と重複する部分については説明を省略し、対応する箇所を指摘して説明に代える。シード光のスペクトル純度幅の制御については実施例１１（図３０）を代表させて説明する。
図５９のステップ１８０１、１８０５、１８０７、１８０８、１８０９は、実施例１（図１３）のステップ４０１、４０５、４０７、４０８、４０９と同様である。
図５９のステップ１８０２では、実施例１１（図３０）のフローチャートと同様に、シード光のスペクトル純度幅を小さくするステップ９０２、９０６の処理が実行される。あるいは、他の実施例１２〜１４、１５のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図５９のステップ１８０３では、実施例１１（図３０）のフローチャートと同様に、シード光のスペクトル純度幅を大きくするステップ９０３、９０６の処理が実行される。あるいは、他の実施例１２〜１４、１５のフローチャートの対応するステップと同様の処理が実行される。
図５９のステップ１８１２では、実施例１（図１３）のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を大きくするステップ４０２、４０６の処理が実行される。
図５９のステップ１８１３では、実施例１（図１３）のフローチャートと同様に、放電タイミングの間隔を小さくするステップ４０３、４０６の処理が実行される。
図５９のステップ１８０４では、放電タイミングに関してリミットが検出されたか否かが判断されるとともに（図１３；ステップ４０４）、シード光のスペクトル純度幅を変化させるパラメータであるグレーティングの曲率半径（あるいは他の実施例１２〜１４、１５における対応するパラメータ）に関してリミットが検出されたか否かが判断される（図３０；ステップ９０４（あるいは他の実施例１２〜１４、１５のフローチャートの対応するステップ））。
図５９の実施例１８のフローチャートでは、リミット検出判断処理（ステップ１８０４）を、シード光のスペクトル純度幅を変化させ、かつ放電タイミングを変化させた後に行うようにして、リミットが検出された場合に、制御不能処理（ステップ１８０５）を行うようにしているが、図６１に示すように、シード光のスペクトル純度幅を変化させた後で、リミット検出の判断を行い、その後に放電タイミングを変化させる処理を行うようにして、制御不能処理を省略する実施も可能である。
図６１は、図５９に示す実施例１８のフローチャートを変形した実施例１９のフローチャートを示している。
図６１では、ステップ１９０１の処理と、ステップ１９０７、１９０８、１９０９の処理は、図５９の対応するステップ１８０１と、ステップ１８０７、１８０８、１８０９の処理と同様な手順で実行されるが、ステップ１９０１と、ステップ１９０７〜１９０９との間に行われる処理手順は、図５９とは異なっている。
すなわち、図６１では、ステップ１９０１の処理を経て、ステップ１９０２では、図５９のステップ１８０２と同様に、シード光のスペクトル純度幅を小さくする処理が実行されるが、つぎに、シード光のスペクトル純度幅を変化させるパラメータであるグレーティングの曲率半径（あるいは他の実施例１２〜１４、１５における対応するパラメータ）に関して、リミットが検出されたか否かが判断される（ステップ１９０４）。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図５９のステップ１８１２と同様に、放電タイミングの間隔を大きくする処理が実行されて（ステップ１９１２）、つぎのステップ１９０７に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ１９０７に移行される。
同様にして、ステップ１９０１の処理を経て、ステップ１９０３では、図５９のステップ１８０３と同様に、シード光のスペクトル純度幅を大きくする処理が実行されるが、つぎに、シード光のスペクトル純度幅を変化させるパラメータであるグレーティングの曲率半径（あるいは他の実施例１２〜１４、１５における対応するパラメータ）に関して、リミットが検出されたか否かが判断される（ステップ１９０５）。その結果、リミットが検出されたならば、制御不能とするのではなく、図５９のステップ１８１３と同様に、放電タイミングの間隔を小さくする処理が実行されて（ステップ１９１３）、つぎのステップ１９０７に移行される。リミットが検出されなければ、放電タイミングの制御を行うことなく、そのままステップ１９０７に移行される。
図６１では、シード光のスペクトル純度幅を変化させた後で（ステップ１９０２、１９０３）、リミットが検出されたか否かを判断して（ステップ１９０４、１９０５）、その結果に応じて放電タイミングを変化させるようにしている（ステップ１９１２、１９１３）が、逆に、放電タイミングを変化させた後で、リミットが検出されたか否かを判断して、その結果に応じてシード光のスペクトル純度幅を変化させる手順で制御を行うようにしてもよい。
上述した実施例１８、１９によれば、放電タイミングを変化させる制御とシード光のスペクトル純度幅を変化させる制御（狭帯域化性能を変化させる制御、あるいは音響波の伝搬速度を変化させる制御）とを組み合わせて実施することで、相乗効果により、同じ同期許容幅内で、スペクトル純度幅E95を振れる範囲が一層拡大され、制御性が飛躍的に向上する。
なお、前述したグレーティングの曲率半径等のパラメータを変化させてシード光のスペクトル純度幅を制御する実施例１１等（実施例１２〜１４、１５）のフローチャートでは、リミットが検出された場合に、レーザ発振を停止させる等、制御不能の処理を行うようにしているが（実施例１１の場合は、図３０のステップ９０５）、図６１と同様に、リミットが検出された場合に、放電タイミングを変化させる制御（ステップ１９１２、１９１３）に切り替えるようにしてもよい。
（産業上の利用可能性）
本発明は、２ステージレーザ装置２を前提としているが、本実施形態の各種制御は、１ステージレーザ装置に適用することができる。
４...メインコントローラ
１０...発振用チャンバ
３０...増幅用チャンバ
１００...発振用レーザ装置
３００...増幅用レーザ装置

Claims (17)

  1. レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
    前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
    計測されたスペクトル指標値の増加変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を長くするよう変化させ、計測されたスペクトル指標値の減少変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を短くするように変化させて、スペクトル指標値を目標スペクトル指標値に一致させる調整を行い、計測されたスペクトル指標値を目標スペクトル指標値の許容幅内に収める制御手段と
    を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
  2. レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
    前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
    計測されたスペクトル指標値の増加変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を長くするよう変化させ、計測されたスペクトル指標値の減少変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を短くするように変化させるとともに、計測されたスペクトル指標値の変動に応じて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させて、スペクトル指標値を目標スペクトル指標値に一致させる調整を行い、計測されたスペクトル指標値を目標スペクトル指標値の許容幅内に収める制御手段と
    を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
  3. 前記目標スペクトル指標値の許容幅のうち、前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅の範囲で、前記制御手段による制御が実行されること
    を特徴とする請求項１または２記載の狭帯域化レーザ装置。
  4. 前記シード光のレーザパルス波形を延長させるパルスストレッチ手段が更に備えられ、
    前記パルスストレッチ手段によって前記シード光のパルス波形を延長させることで、前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のエネルギーが許容レベル以上となる同期許容幅を拡大させること
    を特徴とする請求項１または２記載の狭帯域化レーザ装置。
  5. 前記制御手段は、発振用レーザ装置で放電を開始してからレーザパルスが立ち上がるまでの時間を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  6. 前記制御手段は、前記発振用チャンバ内のフッ素分子Ｆ2のモル濃度または分圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  7. 前記制御手段は、前記発振用チャンバ内の全ガス圧力を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  8. 前記発振用レーザ装置は、充電電圧に応じた電圧が一対の電極間に印加されることで主放電が行われるものであって、
    前記制御手段は、充電電圧を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  9. 前記発振用レーザ装置は、
    一対の放電電極と電気的に並列に配置されたピーキングコンデンサと当該ピーキングコンデンサの前段に電気的に並列に配置された第２のコンデンサとを備えた充電回路を備え、
    前記第２のコンデンサに蓄えられた電荷を前記ピーキングコンデンサに移行させ、前記ピーキングコンデンサの充電電圧に応じた電圧が前記一対の電極に印加されることで放電が行われるものであって、
    前記ピーキングコンデンサまたは/および第２のコンデンサの容量、または/および前記ピーキングコンデンサに対する前記第２のコンデンサの容量比を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  10. 前記発振用レーザ装置は、
    一対の放電電極と電気的に並列に配置された予備電離コンデンサを備えた充電回路を備え、前記予備電離コンデンサの充電電圧に応じて前記一対の電極間で予備電離が行われるものであって、
    前記予備電離コンデンサの容量を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  11. 前記発振用レーザ装置には、
    前記発振用チャンバ内で発生した光を所定の反射率で前記発振用チャンバ内に戻すアウトプットカプラが備えられ、
    前記アウトプットカプラの反射率を変化させることで、シード光のパルス波形を変化させて、前記シード光のスペクトル指標値を変化させるものであること
    を特徴とする請求項２記載の狭帯域化レーザ装置。
  12. レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
    前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
    計測されたスペクトル指標値の増加変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を長くするよう変化させ、計測されたスペクトル指標値の減少変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を短くするように変化させるとともに、計測されたスペクトル指標値の変動に応じて、発振用チャンバ内で発生した光の波面、拡大率、ビーム幅からなる群から選択されるいずれ一つを変化させて、スペクトル指標値を目標スペクトル指標値に一致させる調整を行い、計測されたスペクトル指標値を目標スペクトル指標値の許容幅内に収める制御手段と
    を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
  13. 前記発振用レーザ装置には、
    前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させる波面変化手段が備えられ、
    前記波面変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の波面を変化させるものであること
    を特徴とする請求項１２記載の狭帯域化レーザ装置。
  14. 前記発振用レーザ装置には、
    前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させる拡大率変化手段が備えられ、
    前記拡大率変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光の拡大率を変化させるものであること
    を特徴とする請求項１２記載の狭帯域化レーザ装置。
  15. 前記発振用レーザ装置には、
    前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させるビーム幅変化手段が備えられ、
    前記ビーム幅変化手段によって前記発振用チャンバ内で発生した光のビーム幅を変化させるものであること
    を特徴とする請求項１２記載の狭帯域化レーザ装置。
  16. レーザ光を波長分散素子に数回通過させることによって、狭帯域化したシード光を出力する発振用レーザ装置と、増幅用チャンバ内でレーザガスを放電することによりシード光を増幅して、増幅したレーザ光を出力する増幅用レーザ装置または増幅装置とを備えた狭帯域化レーザ装置において、
    前記増幅用レーザ装置または増幅装置から出力されるレーザ光のスペクトル指標値を計測するスペクトル指標値計測手段と、
    計測されたスペクトル指標値の増加変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を長くするよう変化させ、計測されたスペクトル指標値の減少変動に応じて、前記発振用レーザ装置で放電を開始してから前記増幅用レーザ装置または増幅装置で放電を開始するまでの時間を短くするように変化させるとともに、計測されたスペクトル指標値の変動に応じて、発振用チャンバ内の放電により発生する音響波の伝搬速度を変化させて、スペクトル指標値を目標スペクトル指標値に一致させる調整を行い、計測されたスペクトル指標値を目標スペクトル指標値の許容幅内に収める制御手段と
    を具えたことを特徴とする狭帯域化レーザ装置。
  17. 前記発振用レーザ装置で発振されるシード光の発振周波数を検出する発振周波数検出手段と、
    前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度を変化させるレーザガス温度変化手段とが備えられ、
    シード光の発振周波数と前記発振用チャンバ内のレーザガスの温度とスペクトル指標値との関係に基づいて、検出されたシード光の発振周波数に応じてレーザガス温度を変化させて、計測されたスペクトル指標値を、目標スペクトル指標値の許容幅に収める制御が行われること
    を特徴とする請求項１６記載の狭帯域化レーザ装置。
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