JP6121414B2 - 極端紫外光生成システム - Google Patents

Description

本開示は、極端紫外光生成システムに関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、７０ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、さらには３２ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。このため、例えば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度の極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するための装置と縮小投影反射光学系とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

ＥＵＶ光生成装置としては、ターゲット物質にパルスレーザ光を照射することによって生成されるプラズマが用いられるＬＰＰ（Laser Produced Plasma）式の装置と、放電によって生成されるプラズマが用いられるＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）式の装置と、シンクロトロン放射光が用いられるＳＲ（Synchrotron Radiation）式の装置との３種類の装置が提案されている。

概要

本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成システムは、ターゲットに第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光を照射してターゲットをプラズマ化することにより極端紫外光を生成するように構成された極端紫外光生成システムであって、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光を導入するための少なくとも１つの導入口が設けられたチャンバと、チャンバ内の所定の領域にターゲットを供給するように構成されたターゲット供給装置と、チャンバ内のターゲットに照射される第１のパルスレーザ光であって、１ｎｓ未満のパルス幅を有し、ターゲットの少なくとも一部をドーム型に拡散させる第１のパルスレーザ光を出力するように構成された第１のレーザ装置と、ターゲットに第１のパルスレーザ光が照射された後にターゲットに照射される第２のパルスレーザ光を出力するように構成された第２のレーザ装置と、を備えてもよい。

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、例示的なＬＰＰ式のＥＵＶ光生成システムの構成を概略的に示す。 図２は、第１の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す一部断面図である。 図３は、ＥＵＶ光生成システムにおけるプリパルスレーザ光の照射条件とＣＥとの関係を示すグラフである。 図４Ａは、ＥＵＶ光生成システムにおけるプリパルスレーザ光のフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフであり、図４Ｂは、ＥＵＶ光生成システムにおけるプリパルスレーザ光の光強度とＣＥとの関係を示すグラフである。 図５Ａ及び図５Ｂは、ＥＵＶ光生成システムにおいてプリパルスレーザ光が照射されたターゲットの写真である。 図６は、図５Ａ及び図５Ｂに示す写真を撮影したときの機器の配置を概略的に示す。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、図５Ａ及び図５Ｂに示される拡散ターゲットを模式的に示す断面図である。 図８Ａ〜図８Ｃは、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光が照射された場合の拡散ターゲットの生成過程を模式的に示す断面図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、ターゲットにナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光が照射された場合の拡散ターゲットの生成過程を模式的に示す断面図である。 図１０は、図２に示すプリパルスレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図１１は、図１０に示すモードロックレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図１２は、図１０に示す再生増幅器の構成例を概略的に示す。 図１３は、図１２に示す再生増幅器においてポッケルスセルに電圧が印加されている場合の光路を概略的に示す。 図１４Ａ〜図１４Ｅは、図１０に示すプリパルスレーザ装置における各信号のタイミングチャートである。 図１５は、図２に示すメインパルスレーザ装置の構成例を概略的に示す。 図１６は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す一部断面図である。 図１７は、図１６に示す遅延時間制御装置の構成例を概略的に示す。 図１８は、図１７に示す制御部の動作を示すフローチャートである。

実施形態

＜内容＞
１．概要
２．用語の説明
３．極端紫外光生成システムの全体説明
３．１ 構成
３．２ 動作
４．プリパルスレーザ装置を含む極端紫外光生成システム
４．１ 構成
４．２ 動作
５．プリパルスレーザ光のパラメータ
５．１ パルス幅とＣＥとの関係
５．２ パルス幅とフルーエンス及び光強度との関係
５．３ パルス幅と拡散ターゲットの状態との関係
５．４ 拡散ターゲットの生成過程
５．５ パルス幅の範囲
５．６ フルーエンスの範囲
６．プリパルスレーザ装置
６．１ 概略構成
６．２ モードロックレーザ装置
６．３ 再生増幅器
６．３．１ ポッケルスセルに電圧を印加しない場合
６．３．２ ポッケルスセルに電圧を印加する場合
６．４ タイミング制御
６．５ レーザ媒質の例
７．メインパルスレーザ装置
８．第２の遅延時間を制御する装置を含む極端紫外光生成システム

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

１．概要
ＬＰＰ式のＥＵＶ光生成装置においては、レーザシステムから出力されるパルスレーザ光を、チャンバ内に供給されるドロップレット状のターゲットに集光して照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化してもよい。プラズマからは、ＥＵＶ光を含む光が放射されてもよい。放射されたＥＵＶ光は、チャンバ内に配置されたＥＵＶ集光ミラーによって集光され、露光装置等に出力されてもよい。

ＬＰＰ式のＥＵＶ光生成装置において、ドロップレット状のターゲットにプリパルスレーザ光を照射してターゲットを拡散させ、拡散ターゲットを形成した後、この拡散ターゲットにメインパルスレーザ光を照射する場合がある。このように、拡散ターゲットにメインパルスレーザ光を照射すれば、ターゲット物質が効率良くプラズマ化され得る。これによれば、パルスレーザ光のエネルギーからＥＵＶ光のエネルギーへの変換効率（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＣＥ）が向上し得る。

本開示の１つの観点においては、拡散ターゲットを形成するためのプリパルスレーザ光は、各パルスのパルス幅が１ｎｓ未満、好ましくは５００ｐｓ未満、さらに好ましくは５０ｐｓ未満の短パルスとされてもよい。さらに、プリパルスレーザ光は、各パルスのフルーエンスが、メインパルスレーザ光の各パルスのフルーエンス以下で、且つ、６．５Ｊ／ｃｍ^２以上、好ましくは３０Ｊ／ｃｍ^２以上、さらに好ましくは４５Ｊ／ｃｍ^２以上とされてもよい。

このような構成によれば、プリパルスレーザ光の各パルスのパルス幅を短くすることにより、ターゲットを細かい粒子状に破壊して拡散させ得る。これにより、拡散したターゲットにメインパルスレーザ光を照射したときに、ターゲットが効率良くプラズマ化され、ＣＥが向上し得る。

２．用語の説明
「パルスレーザ光」は、複数のパルスを含むレーザ光を意味し得る。
「レーザ光」は、パルスレーザ光に限らずレーザ光一般を意味し得る。
「ターゲット物質」は、パルスレーザ光が照射されることによってプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光を放射し得るスズ、ガドリニウム、テルビウム等の物質を意味し得る。
「ターゲット」は、ターゲット供給装置によってチャンバ内に供給され、パルスレーザ光が照射される、微小量のターゲット物質を含む塊を意味し得る。特に、「ドロップレット状のターゲット」というときは、微小量の溶融したターゲット物質がチャンバ内に放出され、当該ターゲット物質の表面張力によってほぼ球状となったものを意味し得る。
「拡散ターゲット」は、ターゲットにプリパルスレーザ光が照射されたことにより微細な粒子等に拡散したターゲットを意味し得る。その拡散ターゲットにはプラズマが含まれる場合がある。ドロップレット状のターゲットに比較してこの拡散ターゲットの光吸収率が高く、これにメインパルスレーザ光が照射されることにより、ターゲットを効率良くプラズマ化し得る。

３．極端紫外光生成システムの全体説明
３．１ 構成
図１に、例示的なＬＰＰ式のＥＵＶ光生成システム１１の構成を概略的に示す。ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザシステム３と共に用いられてもよい。本願においては、ＥＵＶ光生成装置１及びレーザシステム３を含むシステムを、ＥＵＶ光生成システム１１と称する。図１に示し、かつ、以下に詳細に説明するように、ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２及びターゲット供給装置２６を含んでもよい。チャンバ２は、密閉可能であってもよい。ターゲット供給装置２６は、例えば、チャンバ２の壁を貫通するように取り付けられてもよい。ターゲット供給装置２６から供給されるターゲット物質の材料は、スズ、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、キセノン、又は、それらの内のいずれか２つ以上の組合せを含んでもよいが、これらに限定されない。

チャンバ２の壁には、少なくとも１つの貫通孔が設けられてもよい。その貫通孔には、ウインドウ２１が設けられてもよく、ウインドウ２１をパルスレーザ光３２が透過してもよい。チャンバ２の内部には、例えば、回転楕円面形状の反射面を有するＥＵＶ集光ミラー２３が配置されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、第１及び第２の焦点を有し得る。ＥＵＶ集光ミラー２３の表面には、例えば、モリブデンとシリコンとが交互に積層された多層反射膜が形成されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、例えば、その第１の焦点が、プラズマ生成領域２５に位置し、その第２の焦点が、中間集光点（ＩＦ）２９２に位置するように配置されるのが好ましい。ＥＵＶ集光ミラー２３の中央部には、パルスレーザ光３３を通過させるための貫通孔２４が設けられてもよい。

ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御装置５及びターゲットセンサ４をさらに含んでもよい。ターゲットセンサ４は、撮像機能を有してもよく、ターゲットの存在、軌道、位置、速度等を検出してもよい。

さらに、ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２の内部と露光装置６の内部とを連通させる接続部２９を含んでもよい。接続部２９内部には、アパーチャが形成された壁２９１が設けられてもよい。壁２９１は、そのアパーチャがＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点を含む領域に位置するように配置されるのが好ましい。

さらに、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御装置３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット２７を回収するためのターゲット回収部２８等を含んでもよい。レーザ光進行方向制御装置３４は、パルスレーザ光の進行方向を規定するための光学系と、この光学系の配置、姿勢等を調節するためのアクチュエータとを備えてもよい。

３．２ 動作
図１を参照に、レーザシステム３から出力されたパルスレーザ光３１は、レーザ光進行方向制御装置３４を経て、パルスレーザ光３２としてウインドウ２１を透過して、チャンバ２内に入射してもよい。パルスレーザ光３２は、少なくとも１つのレーザ光路に沿ってチャンバ２内に進み、レーザ光集光ミラー２２で反射されて、パルスレーザ光３３として少なくとも１つのターゲット２７に照射されてもよい。

ターゲット供給装置２６は、ターゲット２７をチャンバ２内のプラズマ生成領域２５に向けて出力するよう構成されてもよい。ターゲット２７には、パルスレーザ光３３に含まれる少なくとも１つのパルスが照射されてもよい。パルスレーザ光３３が照射されたターゲット２７はプラズマ化し、そのプラズマから放射光２５１が放射され得る。放射光２５１に含まれるＥＵＶ光２５２は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって選択的に反射されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されたＥＵＶ光２５２は、中間集光点２９２を通って露光装置６に出力されてもよい。なお、１つのターゲット２７に、パルスレーザ光３３に含まれる複数のパルスが照射されてもよい。

ＥＵＶ光生成制御装置５は、ＥＵＶ光生成システム１１全体の制御を統括するよう構成されてもよい。ＥＵＶ光生成制御装置５は、ターゲットセンサ４によって撮像されたターゲット２７のイメージデータ等を処理してもよい。また、ＥＵＶ光生成制御装置５は、例えば、ターゲット２７を出力するタイミング、ターゲット２７の出力方向等を制御するよう構成されてもよい。さらに、ＥＵＶ光生成制御装置５は、例えば、レーザシステム３の発振タイミング、パルスレーザ光３２の進行方向、パルスレーザ光３３の集光位置等を制御するよう構成されてもよい。上述の様々な制御は単なる例示に過ぎず、必要に応じて他の制御が追加されてもよい。

４．プリパルスレーザ装置を含む極端紫外光生成システム
４．１ 構成
図２は、第１の実施形態に係るＥＵＶ光生成システム１１の構成例を概略的に示す一部断面図である。図２に示すように、チャンバ２の内部には、レーザ光集光光学系２２ａと、ＥＵＶ集光ミラー２３と、ターゲット回収部２８と、ＥＵＶ集光ミラーホルダ４１と、プレート４２及び４３と、ビームダンプ４４と、ビームダンプ支持部材４５とが設けられてもよい。

チャンバ２にプレート４２が固定され、プレート４２にプレート４３が固定されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、ＥＵＶ集光ミラーホルダ４１を介してプレート４２に固定されてもよい。

レーザ光集光光学系２２ａは、軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２と、それらのミラーをそれぞれ保持するためのホルダ２２１ａ及び２２２ａとを含んでもよい。軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２は、それぞれのミラーで反射されたパルスレーザ光がプラズマ生成領域２５で集光するような位置及び姿勢となるように、それぞれのホルダを介してプレート４３に固定されてもよい。

ビームダンプ４４は、パルスレーザ光の光路の延長線上に位置するように、ビームダンプ支持部材４５を介してチャンバ２に固定されてもよい。ターゲット回収部２８は、ターゲット２７の軌道の延長線上に配置されてもよい。

チャンバ２には、ターゲットセンサ４と、ＥＵＶ光センサ７と、ウインドウ２１と、ターゲット供給装置２６とが取り付けられてもよい。チャンバ２の外部には、レーザ光進行方向制御装置３４と、ＥＵＶ光生成制御装置５とが配置されてもよい。

ＥＵＶ光センサ７は、プラズマ生成領域２５において発生したＥＵＶ光の光強度を検出して検出信号をＥＵＶコントローラ５１へ出力してもよい。ターゲット供給装置２６は、ターゲットを一定の時間間隔で出力し続ける装置でもよいし、ターゲットコントローラ５２から受信するトリガ信号に応じたタイミングで一滴一滴のターゲットを出力するオンデマンド式の装置でもよい。レーザ光進行方向制御装置３４は、高反射ミラー３５１、３５２及び３５３と、ダイクロイックミラー３５４と、それらのミラーをそれぞれ保持するためのホルダ３５１ａ，３５２ａ，３５３ａ及び３５４ａとを含んでもよい。

ＥＵＶ光生成制御装置５は、ＥＵＶコントローラ５１と、ターゲットコントローラ５２と、遅延回路５３とを含んでもよい。ＥＵＶコントローラ５１は、ターゲットコントローラ５２、遅延回路５３及びレーザシステム３に制御信号を出力してもよい。

レーザシステム３は、プリパルスレーザ光を出力するプリパルスレーザ装置３００と、メインパルスレーザ光を出力するメインパルスレーザ装置３９０とを含んでもよい。上述のダイクロイックミラー３５４は、プリパルスレーザ光に含まれる波長成分を高い反射率で反射し、メインパルスレーザ光に含まれる波長成分を高い透過率で透過させるコーティングを有し、ビームコンバイナとして機能してもよい。

４．２ 動作
ターゲットコントローラ５２は、ターゲット供給装置２６がターゲット２７をチャンバ２内のプラズマ生成領域２５に供給開始するように、ターゲット供給装置２６にターゲット供給開始信号を出力してもよい。

ターゲット供給装置２６は、ターゲットコントローラ５２からのターゲット供給開始信号を受信して、ドロップレット状のターゲット２７をプラズマ生成領域２５に向けて出力してもよい。ターゲットコントローラ５２は、ターゲットセンサ４によるターゲット検出信号を受信し、その信号を遅延回路５３に出力してもよい。ターゲットセンサ４は、ターゲット２７がプラズマ生成領域２５に到達する前の所定の位置を通過したタイミングを検出するセンサであってもよい。例えば、ターゲットセンサ４は、図示しない照明装置及び光センサを含んでいてもよい。照明装置は例えばレーザ装置であってよく、レーザ装置は上記所定の位置にＣＷレーザ光を照射するように配置されてもよい。光センサは、ターゲット２７が上記所定の位置を通過した時にターゲット２７からの反射光を検出する位置に配置されてもよい。ターゲット２７が上記所定の位置を通過すると、光センサはターゲット２７からの反射光を検出することによってターゲット２７の通過タイミングを検出し、ターゲット検出信号を出力し得る。

遅延回路５３は、入力されたターゲット検出信号に所定の遅延時間を与えてタイミング信号を出力してもよい。遅延回路５３は、ターゲット２７がプラズマ生成領域２５近傍に到達するタイミングでプリパルスレーザ光がターゲット２７に照射されるように、第１のタイミング信号をプリパルスレーザ装置３００に出力してもよい。第１のタイミング信号は、ターゲット検出信号に第１の遅延時間を与えた信号であってもよい。また、遅延回路５３は、プリパルスレーザ光を照射されたターゲットが拡散して所定の拡散径に達するタイミングでメインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されるように、第２のタイミング信号をメインパルスレーザ装置３９０に出力してもよい。第１のタイミング信号出力から第２のタイミング信号出力までの時間を第２の遅延時間としてもよい。

プリパルスレーザ装置３００は、遅延回路５３からの第１のタイミング信号に応じてプリパルスレーザ光を出力してもよい。メインパルスレーザ装置３９０は、遅延回路５３からの第２のタイミング信号に応じてメインパルスレーザ光を出力してもよい。

プリパルスレーザ装置３００から出力されたプリパルスレーザ光は、高反射ミラー３５３及びダイクロイックミラー３５４によって反射されて、ウインドウ２１を介してレーザ光集光光学系２２ａに入射してもよい。メインパルスレーザ装置３９０から出力されたメインパルスレーザ光は、高反射ミラー３５１及び高反射ミラー３５２によって反射され、ダイクロイックミラー３５４を透過して、ウインドウ２１を介してレーザ光集光光学系２２ａに入射してもよい。

レーザ光集光光学系２２ａに入射したプリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光は、軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２によって反射されて、プラズマ生成領域２５に導かれてもよい。プリパルスレーザ光が照射されたターゲット２７は拡散し、拡散ターゲットとなり得る。メインパルスレーザ光は、この拡散ターゲットに照射され、ターゲットをプラズマ化し得る。

５．プリパルスレーザ光のパラメータ
５．１ パルス幅とＣＥとの関係
図３は、ＥＵＶ光生成システム１１におけるプリパルスレーザ光の照射条件とＣＥとの関係を示すグラフである。図３においては、横軸は、プリパルスレーザ光に対するメインパルスレーザ光の遅延時間（μｓ）を示し、縦軸は、メインパルスレーザ光のエネルギーからＥＵＶ光のエネルギーへの変換効率すなわちＣＥ（％）を示す。プリパルスレーザ光照射に対するメインパルスレーザ光照射の遅延時間を第３の遅延時間としてもよい。前述の通り、第１のタイミング信号出力から第２のタイミング信号出力までの時間を第２の遅延時間とした場合、第３の遅延時間は第２の遅延時間に依存し得る。その理由は、レーザ装置にタイミング信号が入力されてから、ターゲット物質にレーザ光が照射されるまでにシステムに依存した時間が必要となり得るためである。そこで、第３の遅延時間の目標値を決めて、第３の遅延時間がその目標値に近づくように、第２の遅延時間が調整されてもよい。第３の遅延時間の目標値は、プリパルスレーザ光を照射されたターゲットが拡散して所定の拡散径に達するまでの時間を予め実測した値でもよい。また、図３においては、プリパルスレーザ光の半値全幅で規定されるパルス幅とエネルギー密度の指標としてフルーエンスとの組合せを７通り設定し、それぞれの組合せについて、測定を行い、その結果を折れ線で示した。なお、フルーエンスとは、パルスレーザ光のエネルギーを、集光スポット径内の面積で除算した値とする。なお、集光スポット径は、集光点の強度分布において、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度を有する部分の直径とする。

測定条件の詳細は次の通りである。ターゲット物質としてスズ（Ｓｎ）を用い、これを溶融させて直径約２１μｍのドロップレット状のターゲットとした。
プリパルスレーザ装置としては、パルス幅を１０ｎｓとする場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ装置を用い、波長を１．０６μｍとし、パルスエネルギーを０．５ｍＪ〜２．７ｍＪとした。パルス幅を１０ｐｓとする場合には、マスターオシレータとしてＮｄ：ＹＶＯ_４の結晶を含むモードロックレーザ装置を用い、再生増幅器としてＮｄ：ＹＡＧの結晶を含むレーザ装置を用い、波長を１．０６μｍとし、パルスエネルギーを０．２５ｍＪ〜２ｍＪとした。これらのプリパルスレーザ装置によるプリパルスレーザ光の集光スポット径は、７０μｍとした。
メインパルスレーザ装置としては、ＣＯ_２レーザ装置を用い、波長を１０．６μｍとし、パルスエネルギーを１３５ｍＪ〜１７０ｍＪとした。このメインパルスレーザ装置によるメインパルスレーザ光のパルス幅は１５ｎｓとし、集光スポット径を３００μｍとした。

測定結果は次の通りである。図３に示されるように、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｎｓとした場合のＣＥは、最高でも３．５％に達することはなかった。また、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｎｓとした場合のＣＥは、第３の遅延時間が３μｓ以上である場合に、上記組合せのそれぞれにおける最高値が得られた。

一方、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓとした場合のＣＥは、上記組合せのそれぞれにおける最高値が、いずれも３．５％を超えた。これらの最高値は、第３の遅延時間が３μｓ未満である場合に得られた。特に、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓとし、フルーエンスを５２Ｊ／ｃｍ^２とし、第３の遅延時間を１．２μｓとした場合に、ＣＥ４．７％を実現した。

以上の結果から、プリパルスレーザ光のパルス幅は、１０ｎｓ程度のナノ秒オーダーである場合よりも、１０ｐｓ程度のピコ秒オーダーである場合の方が、格段にＣＥを向上し得ることがわかった。また、プリパルスレーザ光のパルス幅が、ナノ秒オーダーである場合よりも、ピコ秒オーダーである場合の方が、最大のＣＥを得るための第３の遅延時間が短かった。従って、プリパルスレーザ光のパルス幅が、ナノ秒オーダーである場合よりも、ピコ秒オーダーである場合の方が、高い繰り返し周波数でＥＵＶ光を生成するのにも有利であることがわかった。

また、図３に示された結果から、プリパルスレーザ光のパルス幅をピコ秒オーダーとし、フルーエンスを１３Ｊ／ｃｍ^２〜５２Ｊ／ｃｍ^２とする場合には、第３の遅延時間は、以下の範囲とするのが好ましい。
０．５μｓ以上、１．８μｓ以下、
より好ましくは、０．７μｓ以上、１．６μｓ以下、
さらに好ましくは、１．０μｓ以上、１．４μｓ以下。

５．２ パルス幅とフルーエンス及び光強度との関係
図４Ａは、ＥＵＶ光生成システムにおけるプリパルスレーザ光のフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。図４Ａにおいて、横軸は、プリパルスレーザ光のフルーエンス（Ｊ／ｃｍ^２）を示し、縦軸は、ＣＥ（％）を示す。プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓ、１０ｎｓ、１５ｎｓとした場合のそれぞれにおいて、第３の遅延時間を種々設定してＣＥを測定し、最適な第３の遅延時間におけるＣＥのみをプロットした。なお、パルス幅を１０ｐｓ又は１０ｎｓとする場合の結果の一部については、図３の結果を流用した。また、パルス幅を１５ｎｓとする場合については、パルス幅を１０ｎｓとする場合と同様のプリパルスレーザ装置を用いた。

その結果、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓ、１０ｎｓ、１５ｎｓとした場合のいずれにおいても、プリパルスレーザ光のフルーエンスを高くするに伴いＣＥは増大するが、それぞれ所定のフルーエンスを超えるとＣＥが飽和する傾向にあることがわかった。また、パルス幅を１０ｎｓ又は１５ｎｓとする場合よりも、パルス幅を１０ｐｓとする場合の方が、ＣＥが高く、低いフルーエンスでも比較的ＣＥが高いことがわかった。さらに、パルス幅を１０ｐｓとする場合に、フルーエンスを２．６Ｊ／ｃｍ^２から６．５Ｊ／ｃｍ^２にすると、ＣＥが急激に上昇し、フルーエンスを６．５Ｊ／ｃｍ^２以上にすると、フルーエンスの上昇に対するＣＥの上昇の割合が小さくなることがわかった。

図４Ｂは、ＥＵＶ光生成システム１１におけるプリパルスレーザ光の光強度とＣＥとの関係を示すグラフである。図４Ｂにおいて、横軸は、プリパルスレーザ光の光強度（Ｗ／ｃｍ^２）を示し、縦軸は、ＣＥ（％）を縦軸を示す。光強度は、図４Ａの結果から算出した。なお、光強度とは、パルスレーザ光のフルーエンスを、半値全幅で規定されるパルス幅で除算した値とする。

その結果、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓ、１０ｎｓ、１５ｎｓとした場合のいずれにおいても、プリパルスレーザ光の光強度を高くするとＣＥは増大する傾向にあることがわかった。また、パルス幅を１０ｎｓ又は１５ｎｓとする場合よりも、パルス幅を１０ｐｓとする場合の方が、ＣＥが高いことがわかった。さらに、パルス幅を１０ｐｓとする場合には、光強度を２．６×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２から５．６×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２の範囲にすると、ＣＥが急激に上昇し、光強度を５．６×１０^１１Ｗ／ｃｍ^２以上にすると、さらに高いＣＥが得られることがわかった。

以上の通り、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光を照射して拡散ターゲットを形成し、拡散ターゲットにメインパルスレーザ光を照射することにより、ＣＥを向上し得る。

５．３ パルス幅と拡散ターゲットの状態との関係
図５Ａ及び図５Ｂは、ＥＵＶ光生成システム１１においてプリパルスレーザ光がドロップレット状のターゲットに照射された後の拡散ターゲットの写真である。図５Ａ及び図５Ｂは、第３の遅延時間として、最大のＣＥが得られた遅延時間において撮影したものである。なお、ターゲットの拡散状態を観測するために、メインパルスレーザ光は照射していない。図５Ａは、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓとし、フルーエンスを３通り設定した場合のそれぞれにおいて撮影したものである。つまり、図３の説明の通り、図５Ａは、第３の遅延時間１．２μｓ程度でフルーエンス５２Ｊ／ｃｍ^２の場合、第３の遅延時間１．１μｓ程度でフルーエンス２６Ｊ／ｃｍ^２の場合、第３の遅延時間１．３μｓ程度でフルーエンス１３Ｊ／ｃｍ^２の場合でのそれぞれにおいて拡散ターゲットを撮影したものである。図５Ｂは、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｎｓとし、フルーエンスを２通り設定した場合のそれぞれにおいて撮影したものである。つまり、図５Ｂは、第３の遅延時間３μｓでフルーエンス７０Ｊ／ｃｍ^２の場合、第３の遅延時間５μｓでフルーエンス２６Ｊ／ｃｍ^２の場合でのそれぞれにおいて拡散ターゲットを撮影したものである。図５Ａ及び図５Ｂのいずれにおいても、プリパルスレーザ光の進行光路に対して６０度の方向と９０度の方向とから、拡散ターゲットを撮影した。撮影機器の配置は後に説明される。

拡散ターゲットの直径Ｄｔは、プリパルスレーザ光のパルス幅が１０ｐｓである場合には３６０μｍ〜３８４μｍであり、プリパルスレーザ光のパルス幅が１０ｎｓである場合には３２５μｍ〜３８０μｍであった。つまり、拡散ターゲットの直径Ｄｔは、メインパルスレーザ光の集光スポット径である３００μｍに対して多少大きくなった。しかし、メインパルスレーザ光の集光スポット径は、１／ｅ^２幅の値であるため、メインパルスレーザ光は拡散ターゲットの直径が４００μｍ程度でも拡散ターゲットの大部分に照射され得る。

また、プリパルスレーザ光のパルス幅が１０ｐｓである場合の方が、パルス幅が１０ｎｓである場合よりも短時間で、拡散ターゲットの直径Ｄｔがメインパルスレーザ光の集光スポット径である３００μｍと同等となった。すなわち、パルス幅が１０ｐｓである場合の方が、パルス幅が１０ｎｓである場合よりも拡散ターゲットの拡散スピードが速いことがわかった。

図６は、図５Ａ及び図５Ｂに示す写真を撮影したときの機器の配置を概略的に示す。図６に示すように、プリパルスレーザ光の進行光路に対して６０度の方向と９０度の方向とにそれぞれカメラＣ１及びＣ２を配置し、ターゲットを基準としてカメラＣ１及びＣ２の位置と反対側の位置にそれぞれフラッシュランプＬ１及びＬ２を配置した。

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、図５Ａ及び図５Ｂに示される拡散ターゲットを模式的に示す断面図である。プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｐｓ程度のピコ秒オーダーとした場合、図５Ａ及び図７Ａに示されるように、ターゲットは、プリパルスレーザ光の進行方向であるＺ方向側には円環状に拡散し、プリパルスレーザ光の進行方向と逆側である入射側にはドーム型に拡散した。より詳しくは、拡散ターゲットは、ターゲットが円環状に拡散した第１の部分Ｔ１と、第１の部分Ｔ１に隣接しターゲットがドーム型に拡散した第２の部分Ｔ２と、第１の部分Ｔ１及び第２の部分Ｔ２に囲まれた第３の部分Ｔ３とを有していた。第１の部分Ｔ１は第２の部分Ｔ２よりターゲット物質の密度が大きく、第２の部分Ｔ２は第３の部分Ｔ３よりターゲット物質の密度が大きかった。

一方、プリパルスレーザ光のパルス幅を１０ｎｓ程度のナノ秒オーダーとした場合、図５Ｂ及び図７Ｂに示されるように、ターゲットは、円盤状又は円環状に拡散した。また、この拡散ターゲットは、プリパルスレーザ光が照射される前のターゲットの位置よりもプリパルスレーザ光の進行方向であるＺ方向側に拡散した。

プリパルスレーザ光のパルス幅がナノ秒オーダーである場合には、ターゲットへの入熱がナノ秒オーダーの時間にわたって生じ得る。その時間内に、ターゲット内部にも熱が伝達され、ターゲットの一部がアブレーションにより蒸発したり、アブレーションの反作用によりそのターゲットがレーザ光の進行方向に拡散したりするものと考えられる。これに対し、プリパルスレーザ光のパルス幅がピコ秒オーダーである場合には、ターゲット内部に熱が伝達されるよりも前に、瞬間的にドロップレット状のターゲットを破壊できるものと考えられる。図４Ａに示したようにパルス幅をナノ秒オーダーとする場合よりもピコ秒オーダーとする場合の方が、プリパルスレーザ光のフルーエンスが低くても高いＣＥが得られる原因の一つとして、このようなターゲットの拡散過程の相違があると推定される。

また、プリパルスレーザ光のパルス幅がナノ秒オーダーである場合よりも、ピコ秒オーダーである場合の方が、拡散ターゲットに含まれるターゲット物質の微粒子の粒径が小さかった。ターゲットを多数の小さな粒径の微粒子に分散させた場合、相対的にターゲットの表面積が増大し得る。このため、ターゲットに照射されるレーザ光の吸収が多くなると推測し得る。従って、プリパルスレーザ光のパルス幅がピコ秒オーダーである場合の方が、拡散ターゲットにメインパルスレーザ光を照射したときに、ターゲットが効率良くプラズマ化され得る。このことが、パルス幅をナノ秒オーダーとする場合よりもピコ秒オーダーとする場合の方が、高いＣＥを得られた原因の一つであると推定される。

５．４ 拡散ターゲットの生成過程
図８Ａ〜図８Ｃは、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光が照射された場合の拡散ターゲットの生成過程を模式的に示す断面図である。図８Ａは、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光の照射開始からピコ秒オーダーの時間が経過した時点において推定されるターゲットの状態を示す。図８Ｂは、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光の照射開始からナノ秒オーダーの時間が経過した時点において推定されるターゲットの状態を示す。図８Ｃは、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光の照射開始から約１μｓの時間が経過した時点における拡散ターゲットの状態を図７Ａに基づいて示す。

図８Ａに示すように、ドロップレット状のターゲットにプリパルスレーザ光が照射されると、ターゲット表面にプリパルスレーザ光のエネルギーの一部が吸収され得る。その結果、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット表面からほぼ垂直にターゲットの外側に向かうイオンや原子等の噴射を伴う、レーザアブレーションが発生し得る。これにより、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット表面に対して垂直かつターゲット内部に向かって、レーザアブレーションによる反作用が働き得る。

このプリパルスレーザ光は、例えば、６．５Ｊ／ｃｍ^２以上のフルーエンスを有し、ピコ秒オーダーの時間内でターゲット照射を終了し得るので、図４Ｂに示したように時間あたりにターゲットへ照射される光のエネルギーが大きい。従って、強力なレーザアブレーションが短時間で発生し得る。このため、レーザアブレーションによる反作用も大きく、ターゲットの内部に衝撃波が発生するものと推測される。

衝撃波は、プリパルスレーザ光が照射されたターゲットの表面に対してほぼ垂直に進行するので、ドロップレット状のターゲットのほぼ中心に集束し得る。衝撃波の波面は、当初、ターゲットの表面とほぼ平行なほぼ半球面状であり得る。衝撃波が集束するに伴って、エネルギーが集中し、集中したエネルギーが一定の大きさを超えると、ドロップレット状のターゲットの破壊が始まり得る。

ターゲットの破壊は、集束することによってエネルギーが一定の大きさを超えた衝撃波の、ほぼ半球面状の波面から始まるものと推測される。このことが、図８Ｃに示すように、ターゲットがプリパルスレーザ光の入射側にドーム型に拡散した理由であると考えられる。

図８Ａにおいて、衝撃波がドロップレット状のターゲットの中心にまで集束すると、エネルギーが最も集中し、ターゲットの残りの部分も一気に破壊され得る。このことが、図８Ｃに示すように、ターゲットがプリパルスレーザ光の進行方向側に円環状に拡散した理由であると考えられる。

また、図８Ａにおいては、強力なレーザアブレーションが発生していると推測されるが、レーザアブレーションが発生している時間は僅かであり、衝撃波がターゲットの中心に到達するまでの時間も短いと推測される。そして、図８Ｂに示すように、おそらくナノ秒オーダーの時間が経過した時にはターゲットが破壊され始めていると推測される。このことが、図８Ｃに示すように、ターゲットの重心がプリパルスレーザ光の照射前の位置からあまり移動していない理由であると推測される。

図９Ａ〜図９Ｃは、ターゲットにナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光が照射された場合の拡散ターゲットの生成過程を模式的に示す断面図である。図９Ａは、ターゲットにナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光の照射開始からピコ秒オーダーの時間が経過した時点において推定されるターゲットの状態を示す。図９Ｂは、ターゲットにナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光の照射開始からナノ秒オーダーの時間が経過した時点において推定されるターゲットの状態を示す。図９Ｃは、ターゲットにナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光の照射開始から数μｓの時間が経過した時点における拡散ターゲットの状態を図７Ｂに基づいて示す。

図９Ａに示すように、ドロップレット状のターゲットにプリパルスレーザ光が照射されると、ターゲット表面にプリパルスレーザ光のエネルギーの一部が吸収され得る。その結果、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット表面からほぼ垂直に、ターゲット物質のイオンや原子等の噴射を伴う、レーザアブレーションが発生し得る。これにより、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット表面に対してほぼ垂直かつターゲット内部に向かって、レーザアブレーションによる反作用が働き得る。

このプリパルスレーザ光は、１０ｎｓ程度のナノ秒オーダーのパルス幅を有している。このプリパルスレーザ光は、上述のピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光と同等のフルーエンスを有し得るが、ナノ秒オーダーの時間にわたって照射されるので、図４Ｂに示したように時間あたりにターゲットへ照射される光のエネルギーは小さい。

ターゲットを構成する液体のスズ中における音速Ｖは、約２５００ｍ／ｓであり得る。ドロップレット状のターゲットの直径Ｄが２１μｍであるとすると、プリパルスレーザ光を照射されたターゲット表面からターゲットの中心まで音波が伝わる時間Ｔｓは、次のように算出し得る。
Ｔｓ＝（Ｄ／２）／Ｖ
＝（２１×１０^−６／２）／２５００
＝４．２ｎｓ

図３〜図６を用いて説明した測定において、プリパルスレーザ光のフルーエンスは、ドロップレット状のターゲットの全体をレーザアブレーションによってイオンや原子等として気化するほどの大きさには設定されていない。従って、ターゲットに１０ｎｓのパルス幅を有するプリパルスレーザ光を照射した結果、１０ｎｓの時間内に、プリパルスレーザ光の進行方向に沿ったターゲットの厚みが２１μｍ以上減少することはないと考えられる。すなわち、レーザアブレーションによる反作用に押されてターゲットの厚みが減少する速度は、液体のスズ中における音速を超えないと考えられる。従って、ターゲットの内部に、衝撃波は殆ど発生していないと推測される。

このようなナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光が照射されたターゲットは、図９Ｂに示すように、ナノ秒オーダーの時間にわたってレーザアブレーションによる反作用が働き、偏平形状のほぼ円板状に変形し得る。そして、レーザアブレーションによる反作用に起因してターゲットを変形させる力が表面張力に勝ると、ターゲットは破壊され得る。以上のことが、図９Ｃに示すように、ターゲットが円板状又は円環状に拡散した理由であると考えられる。

また、前述のように、ターゲットにはナノ秒オーダーの時間にわたってレーザアブレーションによる反作用が働くと推測される。このターゲットは、ピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光が照射された場合と比べて、約１０００倍の時間にわたって、レーザアブレーションによる反作用を受けて加速され得ることになる。このことが、図９Ｃに示すように、ターゲットの重心がプリパルスレーザ光の進行方向側に移動した理由であると推測される。

５．５ パルス幅の範囲
上述の通り、ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光を照射した場合には、ターゲットの内部に衝撃波が形成され、ターゲットがその中心付近から破壊されると推測され得る。一方、ターゲットにナノ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光を照射した場合には、衝撃波の形成は抑制され、ターゲットがその表面から破壊されると推測され得る。

このような推測に基づいて、プリパルスレーザ光によって衝撃波を発生させてターゲットを破壊するための条件は、以下のように規定し得る。
まず、ＥＵＶ光を生成するためのドロップレット状のターゲットの直径Ｄは、１０μｍ〜４０μｍであってもよい。

ターゲットの直径Ｄが４０μｍである場合、ターゲットの表面から中心まで音波が到達する時間Ｔｓは、以下のように導かれる。
Ｔｓ＝（Ｄ／２）／Ｖ
＝（４０×１０^−６／２）／２５００
＝８ｎｓ

プリパルスレーザ光のパルス幅Ｔｐは、ターゲットの表面から中心まで音波が到達する時間Ｔｓよりも十分小さいことが好ましい。そのような短い時間内に、ある程度のフルーエンスを有するプリパルスレーザ光をターゲットに照射することにより、衝撃波を形成し、ターゲットを微細な粒子に破壊し得る。そこで、係数Ｋを定義する。係数Ｋは、ターゲットの表面から中心まで音波が到達する時間Ｔｓよりも十分小さい値として好ましいパルス幅Ｔｐを決定する係数である。式１に示すように、ターゲットの表面から中心まで音波が到達する時間Ｔｓに係数Ｋを乗算した値よりも小さい値が、プリパルスレーザ光のパルス幅Ｔｐとして好ましい。
Ｔｐ＜Ｋ・Ｔｓ ・・・（式１）
係数Ｋは、例えば、Ｋ＝１／８でもよい。また、Ｋ＝１／１６が好ましい。また、Ｋ＝１／１６０がより好ましい。

ターゲットの直径Ｄが４０μｍである場合、プリパルスレーザ光のパルス幅Ｔｐとして好ましい値は、（式１）から以下のように導かれる。
Ｋ＝１／８の場合は、Ｔｐ＜１ｎｓでもよい。
より好ましくは、Ｋ＝１／１６とし、Ｔｐ＜５００ｐｓでもよい。
より好ましくは、Ｋ＝１／１６０とし、Ｔｐ＜５０ｐｓでもよい。

５．６ フルーエンスの範囲
図４Ａを再び参照すると、ピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光のフルーエンスを６．５Ｊ／ｃｍ^２以上とした場合には、最適な第３の遅延時間でメインパルスレーザ光を照射すると、３．５％以上のＣＥが得られことが判る。同様に、フルーエンスを３０Ｊ／ｃｍ^２以上とした場合には、４％以上のＣＥが得られることが判る。同様に、フルーエンスを４５Ｊ／ｃｍ^２以上とした場合には、４．５％以上のＣＥが得られることが判る。従って、ピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光のフルーエンスは、６．５Ｊ／ｃｍ^２以上とすることが好ましく、３０Ｊ／ｃｍ^２以上とすることがより好ましく、４５Ｊ／ｃｍ^２以上とすることがさらに好ましい。

ターゲットにピコ秒オーダーのパルス幅を有するプリパルスレーザ光を照射したときに、ターゲットに吸収されるエネルギーＥｄは、以下の式で近似され得る。
Ｅｄ≒Ｆ・Ａ・π・（Ｄ／２）^２
ここで、Ｆはプリパルスレーザ光のフルーエンスである。Ａはターゲットによるプリパルスレーザ光の吸収率である。ターゲットを液体のスズとし、プリパルスレーザ光の波長を１．０６μｍとすると、Ａは約１６％である。Ｄはドロップレット状のターゲットの直径である。

一方、ターゲットの質量ｍは以下の式で求められる。
ｍ＝ρ・（４π／３）・（Ｄ／２）^３
ここで、ρはターゲットの密度であり、ターゲットを液体のスズとすると、約６．９４ｇ／ｃｍ^３である。

次に、ターゲットの単位質量に対して、吸収されるプリパルスレーザ光のエネルギーＥｄｐは、以下の（式２）で求められる。
Ｅｄｐ＝Ｅｄ／ｍ
≒（３／２）・Ｆ・Ａ／（ρＤ） ・・・（式２）

従って、ターゲットが液体のスズの場合で、３．５％のＣＥが得られるようプリパルスレーザ光のフルーエンスＦを６．５Ｊ／ｃｍ^２とした場合に、ターゲットの単位質量に対して吸収されるエネルギーＥｄｐは、（式２）より、次のように求められる。
Ｅｄｐ≒（３／２）×６．５×０．１６／（６．９４×２１×１０^−４）
≒１０７Ｊ／ｇ

同様に、４％のＣＥが得られるようプリパルスレーザ光のフルーエンスＦを３０Ｊ／ｃｍ^２とした場合に、ターゲットの単位質量に対して吸収されるエネルギーＥｄｐは、次のように求められる。
Ｅｄｐ≒（３／２）×３０×０．１６／（６．９４×２１×１０^−４）
≒４９４Ｊ／ｇ

同様に、４．５％のＣＥが得られるようプリパルスレーザ光のフルーエンスＦを４５Ｊ／ｃｍ^２とした場合に、ターゲットの単位質量に対して吸収されるエネルギーＥｄｐは、次のように求められる。
Ｅｄｐ≒（３／２）×４５×０．１６／（６．９４×２１×１０^−４）
≒７４１Ｊ／ｇ

さらに、（式２）から、プリパルスレーザ光のフルーエンスＦと、ターゲットの単位質量に対して吸収されるエネルギーＥｄｐとの関係は、以下のようになる。
Ｆ≒（２／３）Ｅｄｐ・ρ・Ｄ／Ａ

従って、任意のターゲットで、３．５％のＣＥが得られるようにするためのプリパルスレーザ光のフルーエンスＦは、上述のエネルギーＥｄｐの値を用いて、次のように求められる。
Ｆ≒（２／３）×１０７・ρ・Ｄ／Ａ
≒７１．３（ρ・Ｄ／Ａ）

同様に、任意のターゲットで、４％のＣＥが得られるようにするためのプリパルスレーザ光のフルーエンスＦは、次のように求められる。
Ｆ≒（２／３）×４９４・ρ・Ｄ／Ａ
≒３２９（ρ・Ｄ／Ａ）

同様に、任意のターゲットで、４．５％のＣＥが得られるようにするためのプリパルスレーザ光のフルーエンスＦは、次のように求められる。
Ｆ≒（２／３）×７４１・ρ・Ｄ／Ａ
≒４９４（ρ・Ｄ／Ａ）

従って、プリパルスレーザ光のフルーエンスＦの値は、これらの値以上とすることが望ましい。また、プリパルスレーザ光のフルーエンスＦの値は、メインパルスレーザ光のフルーエンスの値以下であってもよい。メインパルスレーザ光のフルーエンスは、例えば、１５０Ｊ／ｃｍ^２〜３００Ｊ／ｃｍ^２であってもよい。

６．プリパルスレーザ装置
６．１ 概略構成
上述のように、ターゲットを拡散させるためのプリパルスレーザ光は、そのパルス幅がピコ秒オーダーの短パルスとされるのが望ましい。

パルス幅の短いパルスレーザ光を出力する装置として、モードロックレーザ装置が考えられる。モードロックレーザ装置は、相対的に位相が固定された複数の縦モードでレーザ光を発振させ得る。そして、それらの縦モードの光が重なり合うことにより、パルス幅の短いパルスレーザ光が出力され得る。しかしながら、モードロックレーザ装置がパルスレーザ光の各パルスを出力するタイミングは、１つ前のパルスを出力したタイミングと、当該モードロックレーザ装置の光共振器長に応じた繰り返し周波数とに依存し得る。従って、所望のタイミングで各パルスが出力されるようにモードロックレーザ装置を制御することは容易ではない。そこで、チャンバ内に供給されるドロップレット状のターゲットにプリパルスレーザ光を照射するタイミング制御を実現するために、プリパルスレーザ装置は以下の構成を備えてもよい。

図１０は、図２に示すプリパルスレーザ装置３００の構成例を概略的に示す。プリパルスレーザ装置３００は、クロック生成器３０１と、モードロックレーザ装置３０２と、光共振器長調整ドライバ３０３と、パルスレーザ光検出器３０４と、再生増幅器３０５と、励起用電源３０６と、制御部３１０とを含んでもよい。

クロック生成器３０１は、例えば繰り返し周波数を１００ＭＨｚとするクロック信号を出力してもよい。モードロックレーザ装置３０２は、相対的に位相が固定された複数の縦モードでレーザ光を発振させて、例えば繰り返し周波数を１００ＭＨｚ程度とするパルスレーザ光を出力してもよい。モードロックレーザ装置３０２は、後述の光共振器を含んでもよく、その光共振器長は、光共振器長調整ドライバ３０３によって調整可能であってもよい。

モードロックレーザ装置３０２から出力されるパルスレーザ光の光路には、ビームスプリッタ３０７が配置されてもよい。ビームスプリッタ３０７によって２つの光路に分岐されたパルスレーザ光の一方の光路には、パルスレーザ光検出器３０４が配置されてもよい。パルスレーザ光検出器３０４は、パルスレーザ光を検出して検出信号を出力してもよい。

再生増幅器３０５は、ビームスプリッタ３０７によって分岐されたパルスレーザ光の他方の光路に配置されてもよい。再生増幅器３０５は、光共振器を含んでもよく、その光共振器内でパルスレーザ光を複数回往復させて増幅し、パルスレーザ光が所定回数往復したタイミングで増幅されたパルスレーザ光を取り出す装置であってもよい。再生増幅器３０５の光共振器内にはレーザ媒質（後述）が配置され、このレーザ媒質を励起するためのエネルギーが、励起用電源３０６を介して与えられてもよい。再生増幅器３０５は、内部にポッケルスセル（後述）を含んでもよい。

制御部３１０は、位相調整部３１１と、ＡＮＤ回路３１２とを含んでもよい。位相調整部３１１は、クロック生成器３０１によって出力されるクロック信号と、パルスレーザ光検出器３０４によって出力される検出信号とに基づいて、光共振器長調整ドライバ３０３をフィードバック制御してもよい。

また、制御部３１０は、クロック生成器３０１によって出力されるクロック信号と、図２の説明で述べた遅延回路５３から出力される第１のタイミング信号とに基づいて、再生増幅器３０５を制御してもよい。具体的には、ＡＮＤ回路３１２が、クロック信号と第１のタイミング信号とのＡＮＤ信号を生成し、このＡＮＤ信号によって再生増幅器３０５内のポッケルスセルを制御してもよい。

６．２ モードロックレーザ装置
図１１は、図１０に示すモードロックレーザ装置の構成例を概略的に示す。モードロックレーザ装置３０２は、平面ミラー３２０と可飽和吸収体ミラー３２１との間に、レーザ結晶３２２と、凹面ミラー３２３と、平面ミラー３２４と、出力結合ミラー３２５と、凹面ミラー３２６とが、この順に平面ミラー３２０側から配置された光共振器を含んでもよい。この光共振器の光路は紙面にほぼ平行でもよい。さらに、モードロックレーザ装置３０２は、光共振器の外部からレーザ結晶３２２に励起光Ｅ１を導入するための励起光源３２７を含んでもよい。励起光源３２７は、励起光Ｅ１を発生するレーザダイオードを含んでもよい。

平面ミラー３２０は、励起光源３２７からの励起光Ｅ１に含まれる波長成分を高い透過率で透過させ、レーザ結晶３２２からの放出光に含まれる波長成分を高い反射率で反射するミラーでもよい。レーザ結晶３２２は、励起光Ｅ１を受けて励起されて誘導放出を行うレーザ媒質であり、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４（neodymium-doped yttrium orthovanadate）の結晶であってもよい。レーザ結晶３２２から放出される光は、複数の縦モード（周波数成分）を含んでもよい。さらに、このレーザ結晶３２２はレーザ光の入射角度がブリュースタ角となるように配置されてもよい。

凹面ミラー３２３と、平面ミラー３２４と、凹面ミラー３２６とは、レーザ結晶３２２から放出された光をそれぞれ高い反射率で反射してもよい。出力結合ミラー３２５は、レーザ結晶３２２内で増幅されたレーザ光の一部を、光共振器の外部に向けて透過させ、残りの一部を、レーザ結晶３２２内でさらに増幅されるように反射してもよい。出力結合ミラー３２５からは進行方向の異なる第１の光及び第２の光が光共振器の外部に透過してもよい。第１の光は平面ミラー３２４からの反射光のうち出力結合ミラー３２５を透過した光である。第２の光は凹面ミラー３２６からの反射光のうち出力結合ミラー３２５を透過した光である。第１の光の光路には、上述のビームスプリッタ３０７が配置されてもよい。第２の光の光路には、図示しないレーザダンパが配置されてもよい。

可飽和吸収体ミラー３２１は、ミラー基板上に反射層と可飽和吸収体層とがこの順で積層されたミラーでもよい。可飽和吸収体ミラー３２１においては、入射光が所定の閾値より弱い間は可飽和吸収体層が入射光をほぼ吸収し、入射光がその閾値以上に強くなると、可飽和吸収体層が入射光を高い透過率で透過させて、反射層が入射光を反射してもよい。これにより、複数の縦モードの位相がそろったタイミングで瞬間的に強度が高くなった光のみが、可飽和吸収体ミラー３２１によって反射され得る。

こうして、複数の縦モードの光の位相が相対的に固定されたパルス光が、光共振器内を往復することにより、増幅され得る。この状態はモードロックと呼ばれる場合がある。増幅されたパルス光は出力結合ミラー３２５からパルスレーザ光として周期的に出力され得る。このパルスレーザ光の繰り返し周波数は、光が光共振器内を一往復する時間の逆数に相当し得る。例えば、光共振器長Ｌ＝１．５ｍ、真空中の光速ｃ＝３×１０^８ｍ／ｓ、光路内の屈折率を１とすると、繰り返し周波数ｆは、次式の通り、１００ＭＨｚとなり得る。なお、光路内の屈折率は真空中の光速を光路内の物質中の光速で除算した値であってよい。
ｆ＝ｃ／（２Ｌ）
＝（３×１０^８）／（２×１．５）
＝１００ＭＨｚ
この出力されるパルスレーザ光は、レーザ結晶３２２がブリュースタ角で図１１のように配置されているので、偏光面が紙面に平行な直線偏光となり得る。

可飽和吸収体ミラー３２１は、ミラーホルダに支持され、このミラーホルダが、リニアステージ３２８によって光の進行方向に沿って移動可能であってもよい。光の進行方向は、図中の左右方向であってよい。リニアステージ３２８は、上述の光共振器長調整ドライバ３０３によって駆動可能であってもよい。可飽和吸収体ミラー３２１が光の進行方向に沿って移動させられることにより、光共振器長が調整され、パルスレーザ光の繰り返し周波数が調整されてもよい。

上述のように、位相調整部３１１は、クロック生成器３０１によって出力されるクロック信号と、パルスレーザ光検出器３０４によって出力される検出信号とに基づいて、光共振器長調整ドライバ３０３を制御してもよい。具体的には、位相調整部３１１は、クロック信号と検出信号との位相差を検出し、クロック信号と検出信号とが一定の遅延時間をもって同期するように、光共振器長調整ドライバ３０３を制御してもよい。クロック信号と検出信号との一定の遅延時間を第４の遅延時間とする。第４の遅延時間については、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照しながら後述する。

６．３ 再生増幅器
図１２は、図１０に示す再生増幅器３０５の構成例を概略的に示す。再生増幅器３０５は、平面ミラー３３４と凹面ミラー３３５との間に、レーザ結晶３３６と、凹面ミラー３３７と、平面ミラー３３８と、偏光ビームスプリッタ３３９と、ポッケルスセル３４０と、λ／４波長板３４１とが、この順に平面ミラー３３４側から配置された光共振器を含んでもよい。例えば、再生増幅器３０５の光共振器は、上述のモードロックレーザ装置３０２の光共振器よりも短い光共振器長を有してもよい。さらに、再生増幅器３０５は、光共振器の外部からレーザ結晶３３６に励起光Ｅ２を導入するための励起光源３４２を含んでもよい。励起光源３４２は、励起光Ｅ２を発生するレーザダイオードを含んでもよい。また、再生増幅器３０５は、偏光ビームスプリッタ３３０と、ファラデー光アイソレータ３３１と、平面ミラー３３２と、平面ミラー３３３とを含んでもよい。ファラデー光アイソレータ３３１は、図示しないファラデーローテータと図示しないλ／２波長板とを含んでいてもよい。

平面ミラー３３４は、励起光源３４２からの励起光Ｅ２に含まれる波長成分を高い透過率で透過させ、レーザ結晶３３６からの放出光に含まれる波長成分を高い反射率で反射するミラーでもよい。レーザ結晶３３６は、励起光Ｅ２を受けて励起されるレーザ媒質であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ（neodymium-doped yttrium aluminum garnet）の結晶であってもよい。さらに、レーザ結晶３３６はレーザ光の入射角度がブリュースタ角となるように配置されてもよい。励起光Ｅ２を受けて励起されたレーザ結晶３３６に、モードロックレーザ装置３０２から出力された種光が入射すると、誘導放出によって種光が増幅され得る。

６．３．１ ポッケルスセルに電圧を印加しない場合
偏光ビームスプリッタ３３０は、モードロックレーザ装置３０２から出力されたパルスレーザ光Ｂ１の光路に配置されてもよい。偏光ビームスプリッタ３３０は、パルスレーザ光Ｂ１が入射する面が紙面に対して垂直に配置されてもよい。偏光ビームスプリッタ３３０は、紙面に平行な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ１を高い透過率で透過させてもよい。偏光ビームスプリッタ３３０は、後述のように、紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ２９を高い反射率で反射してもよい。

ファラデー光アイソレータ３３１は、図中下側から偏光ビームスプリッタ３３０を透過したパルスレーザ光Ｂ２の光路に配置されてもよい。ファラデー光アイソレータ３３１は、図中下側から入射した直線偏光のパルスレーザ光Ｂ２の偏光面を９０度回転させてパルスレーザ光Ｂ３として透過させてもよい。また、ファラデー光アイソレータ３３１は、後述のように、図中上側に相当する逆方向から入射するパルスレーザ光Ｂ２８の偏光面を回転させずに、偏光ビームスプリッタ３３０に向けて透過させてもよい。

平面ミラー３３２は、ファラデー光アイソレータ３３１を透過したパルスレーザ光Ｂ３の光路に配置されてもよい。平面ミラー３３２は、パルスレーザ光Ｂ３を高い反射率で反射してもよい。平面ミラー３３３は、平面ミラー３３２によって反射されたパルスレーザ光Ｂ４を高い反射率で反射してもよい。

光共振器内に配置された偏光ビームスプリッタ３３９は、平面ミラー３３３によって反射されたパルスレーザ光Ｂ５の光路上に位置していてもよい。偏光ビームスプリッタ３３９は、パルスレーザ光Ｂ５が入射する面が紙面に対して垂直に配置されてもよく、パルスレーザ光Ｂ５は、偏光ビームスプリッタ３３９の図中右側の面に入射してもよい。偏光ビームスプリッタ３３９は、紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ５を高い反射率で反射し、パルスレーザ光Ｂ６として光共振器内に導いてもよい。偏光ビームスプリッタ３３９は、後述のように、紙面に平行な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ１１等を高い透過率で透過させてもよい。

ポッケルスセル３４０と、λ／４波長板３４１と、凹面ミラー３３５とは、偏光ビームスプリッタ３３９からみて図中右側の光路に配置されていてもよい。平面ミラー３３４と、レーザ結晶３３６と、凹面ミラー３３７と、平面ミラー３３８とは、偏光ビームスプリッタ３３９からみて図中左側の光路に配置されていてもよい。

ポッケルスセル３４０は、高電圧電源３４３によって電圧を印加可能であってもよい。ポッケルスセル３４０は、高電圧電源３４３によって電圧が印加されていない状態においては、偏光ビームスプリッタ３３９によって反射されたパルスレーザ光Ｂ６の偏光面を回転させずにパルスレーザ光Ｂ７として透過させてもよい。なお、ポッケルスセル３４０に高電圧電源３４３が電圧を印加していない状態は「電圧がＯＦＦ」と称し、高電圧電源３４３が電圧を印加している状態は「電圧がＯＮ」と称する。

λ／４波長板３４１は、パルスレーザ光Ｂ７が入射する面が紙面に対して垂直な状態で配置されてもよい。更に、λ／４波長板３４１の結晶の光学軸が、入射光軸に垂直な面内において、紙面に対して４５度傾いた状態となるよう、λ／４波長板３４１が配置されてもよい。λ／４波長板３４１に入射するパルスレーザ光Ｂ７は、上記結晶の光学軸に平行な第１の偏光成分と、上記結晶の光学軸とパルスレーザ光Ｂ７の進行方向との両方に垂直な第２の偏光成分とを有し得る。第１の偏光成分と第２の偏光成分との合成ベクトルの方向は、パルスレーザ光Ｂ７の偏光面に沿った方向と一致し、その方向は紙面に垂直な方向であり得る。

λ／４波長板３４１は、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを互いに異なる光路で透過させる複屈折作用を有してもよい。その結果、λ／４波長板３４１は、ポッケルスセル３４０を透過したパルスレーザ光Ｂ７を、第１の偏光成分の位相に対して第２の偏光成分の位相を１／４波長分ずらして透過させてもよい。凹面ミラー３３５は、λ／４波長板３４１を透過したパルスレーザ光Ｂ８を高い反射率で反射してもよい。凹面ミラー３３５によって反射されたパルスレーザ光Ｂ９は、λ／４波長板３４１を再び透過するので、第１の偏光成分の位相に対して第２の偏光成分の位相がさらに１／４波長分ずらされてもよい。つまり、パルスレーザ光Ｂ７は、λ／４波長板３４１を２回透過することにより、第１の偏光成分の位相に対して第２の偏光成分の位相が合計で１／２波長分ずらされてもよい。その結果、紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ７は、その偏光面が９０度回転し、紙面に平行な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ１０としてポッケルスセル３４０に入射し得る。

ポッケルスセル３４０は、上述の通り、高電圧電源３４３による電圧が印加されていない状態においては、入射光の偏光面を回転させないで透過させ得る。従って、ポッケルスセル３４０を透過したパルスレーザ光Ｂ１１は、紙面に平行な方向に直線偏光した状態で偏光ビームスプリッタ３３９に入射し得る。偏光ビームスプリッタ３３９は、紙面に平行な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ１１を高い透過率で透過させてもよい。

平面ミラー３３８は、偏光ビームスプリッタ３３９を透過したパルスレーザ光Ｂ１２を高い反射率で反射してもよい。凹面ミラー３３７は、平面ミラー３３８によって反射されたパルスレーザ光Ｂ１３を高い反射率で反射してもよい。レーザ結晶３３６は、凹面ミラー３３７によって反射された種光としてのパルスレーザ光Ｂ１４を増幅して透過させてもよい。

平面ミラー３３４は、レーザ結晶３３６によって増幅されてレーザ結晶３３６を透過したパルスレーザ光Ｂ１５を高い反射率で反射し、パルスレーザ光Ｂ１６としてレーザ結晶３３６に入射させてもよい。レーザ結晶３３６によって再び増幅されたパルスレーザ光Ｂ１７は、凹面ミラー３３７と、平面ミラー３３８と、偏光ビームスプリッタ３３９と、ポッケルスセル３４０とを介して、パルスレーザ光Ｂ２１としてλ／４波長板３４１に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂ２１はλ／４波長板３４１を透過し、凹面ミラー３３５によって反射されて再びλ／４波長板３４１を透過することにより、その偏光面が９０度回転し、紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ２４となり得る。パルスレーザ光Ｂ２４は、ポッケルスセル３４０を透過した後、偏光ビームスプリッタ３３９によって高い反射率で反射され、パルスレーザ光Ｂ２６として光共振器の外部に出力されてもよい。

パルスレーザ光Ｂ２６は、平面ミラー３３３と平面ミラー３３２とを介して、パルスレーザ光Ｂ２８としてファラデー光アイソレータ３３１に図中上側から入射してもよい。ファラデー光アイソレータ３３１は、図中上側から入射した直線偏光のパルスレーザ光Ｂ２８を、その偏光面を回転させずに、パルスレーザ光Ｂ２９として透過させてもよい。偏光ビームスプリッタ３３０は、紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ２９を高い反射率で反射してもよい。

偏光ビームスプリッタ３３０によって反射されたパルスレーザ光Ｂ３０は、図２に示したレーザ光集光光学系２２ａを介してプラズマ生成領域２５に導かれてもよい。ただし、再生増幅器３０５の光共振器内を一往復しただけで出力された、このパルスレーザ光Ｂ３０は、仮にターゲットに照射されても、ターゲットを拡散させず、ターゲットをプラズマ化もしない程度の弱い強度を有していてもよい。

６．３．２ ポッケルスセルに電圧を印加する場合
高電圧電源３４３は、一度ポッケルスセル３４０を透過したパルスレーザ光Ｂ１１の１つのパルスが、次にパルスレーザ光Ｂ２０としてポッケルスセル３４０に入射するまでの間のタイミングで、ポッケルスセル３４０に印加する電圧をＯＦＦからＯＮにしてもよい。ポッケルスセル３４０は、高電圧電源３４３によって電圧が印加されている状態においては、λ／４波長板３４１と同様に、入射光を、第１の偏光成分の位相に対して第２の偏光成分の位相を１／４波長分ずらして透過させてもよい。

図１３は、図１２に示す再生増幅器３０５においてポッケルスセル３４０に電圧が印加されている場合の光路を概略的に示す。このとき、パルスレーザ光Ｂ２０は、ポッケルスセル３４０及びλ／４波長板３４１をそれぞれ２回透過する過程で、パルスレーザ光Ｂａ１、Ｂａ２、Ｂａ３、Ｂａ４として示す光路を経て、パルスレーザ光Ｂ１１として戻ってきてもよい。λ／４波長板３４１を２回透過することで偏光面が９０度回転し、且つ、電圧が印加されているポッケルスセル３４０を２回透過することでさらに偏光面が９０度回転したパルスレーザ光Ｂ１１は、その偏光面の向きがパルスレーザ光Ｂ２０と同じであり得る。従って、パルスレーザ光Ｂ１１は、偏光ビームスプリッタ３３９を再び透過して、レーザ結晶３３６によって増幅され得る。ポッケルスセル３４０に高電圧電源３４３による電圧が印加されている間、この増幅動作が繰り返され得る。

増幅動作が繰り返された後、高電圧電源３４３は、一度ポッケルスセル３４０を透過したパルスレーザ光Ｂ１１が、次にパルスレーザ光Ｂ２０としてポッケルスセル３４０に入射するまでの間のタイミングで、ポッケルスセル３４０に印加する電圧をＯＮからＯＦＦにしてもよい。ポッケルスセル３４０は、上述の通り、図１２のように高電圧電源３４３による電圧が印加されていない状態においては、入射光の偏光面を回転させなくてもよい。従って、このときポッケルスセル３４０に図中左側から入射したパルスレーザ光Ｂ２０は、図１２のパルスレーザ光Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ２４として、λ／４波長板３４１を２回透過することによってその偏光面が９０度だけ回転し得る。よって、増幅動作が繰り返された後のパルスレーザ光は、紙面に垂直な方向に直線偏光した状態で、パルスレーザ光Ｂ２５として偏光ビームスプリッタ３３９に図中右側から入射し、光共振器の外部に出力され得る。

なお、図１３のようにポッケルスセル３４０に電圧が印加されて増幅動作が繰り返されている間、新たにモードロックレーザ装置３０２から出力されたパルスレーザ光Ｂ１は、偏光面が紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光Ｂ６としてポッケルスセル３４０に入射し得る。ポッケルスセル３４０に電圧が印加されている間は、パルスレーザ光Ｂ６は、λ／４波長板３４１及びポッケルスセル３４０を透過しながら、パルスレーザ光Ｂａ５、Ｂａ６、Ｂａ７、Ｂａ８として示す光路を経て、パルスレーザ光Ｂ２５として戻ってきてもよい。このとき、パルスレーザ光Ｂ２５は、その偏光面がパルスレーザ光Ｂ６と同じであり得る。従って、このパルスレーザ光Ｂ２５は、偏光面が紙面に垂直な直線偏光であるパルスレーザ光として偏光ビームスプリッタ３３９に図中右側から入射し、一度も増幅されることなく、パルスレーザ光Ｂ２６として光共振器の外部に出力され得る。

高電圧電源３４３がポッケルスセル３４０に印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦするタイミングは、上述のクロック信号と第１のタイミング信号とのＡＮＤ信号によって決定されてもよい。ＡＮＤ信号は、ＡＮＤ回路３１２から、再生増幅器３０５に含まれる電圧波形生成回路３４４に供給されてもよい。電圧波形生成回路３４４は、ＡＮＤ信号をトリガとして電圧波形を生成し、この電圧波形を高電圧電源３４３に供給してもよい。高電圧電源３４３は、この電圧波形に従ってパルス状の電圧を生成し、この電圧をポッケルスセル３４０に印加してもよい。第１のタイミング信号と、ＡＮＤ信号と、電圧波形生成回路３４４による電圧波形とについては、図１４Ｃ〜図１４Ｅを参照しながら後述する。

６．４ タイミング制御
図１４Ａ〜図１４Ｅは、図１０に示すプリパルスレーザ装置３００における各信号のタイミングチャートである。図１４Ａは、クロック生成器３０１から出力されるクロック信号のタイミングチャートである。クロック生成器３０１から出力されるクロック信号は、例えば、繰り返し周波数を１００ＭＨｚとしてもよい。この場合、パルスの発生間隔は１０ｎｓとなり得る。

図１４Ｂは、パルスレーザ光検出器３０４から出力される検出信号のタイミングチャートである。パルスレーザ光検出器３０４から出力される検出信号の繰り返し周波数は、モードロックレーザ装置３０２から出力されるパルスレーザ光の繰り返し周波数に依存し得る。モードロックレーザ装置３０２から出力されるパルスレーザ光の繰り返し周波数は、モードロックレーザ装置３０２の光共振器長を調整することによって、調整され得る。このパルスレーザ光は、例えば、繰り返し周波数が１００ＭＨｚ程度であってもよい。パルスレーザ光の繰り返し周波数を微調整することによって、図１４Ａに示すクロック信号との位相差を調整し得る。これにより、パルスレーザ光の検出信号が図１４Ａに示す例えば１００ＭＨｚのクロック信号に対して、例えば５ｎｓの第４の遅延時間をもって同期するように、モードロックレーザ装置３０２がフィードバック制御されてもよい。

図１４Ｃは、遅延回路５３から出力される第１のタイミング信号のタイミングチャートである。上述のように、遅延回路５３から出力される第１のタイミング信号は、ターゲットセンサ４によるターゲット検出信号に第１の遅延時間を与えた信号であってもよい。第１のタイミング信号の繰り返し周波数は、ターゲット供給装置２６によるターゲット出力の繰り返し周波数に依存し得る。ターゲット供給装置２６によるターゲット出力の繰り返し周波数は、例えば、１００ｋＨｚ程度であってもよい。第１のタイミング信号のパルス幅は、図１４Ａに示すクロック信号のパルスの発生間隔と同等の時間幅とされてもよい。よって、第１のタイミング信号のパルス幅は、例えば１０ｎｓであってよい。

図１４Ｄは、ＡＮＤ回路３１２から出力されるＡＮＤ信号のタイミングチャートである。ＡＮＤ回路３１２から出力されるＡＮＤ信号は、クロック信号と第１のタイミング信号との論理積をとった信号であってもよい。第１のタイミング信号のパルス幅が、クロック信号の発生間隔と同等の時間幅とされた場合には、第１のタイミング信号の１つのパルスに対して、ＡＮＤ信号の１つのパルスが生成され得る。このＡＮＤ信号は、クロック信号の複数のパルスのうちの一部のパルスにほぼ同期して生成され得る。

図１４Ｅは、電圧波形生成回路３４４から出力される電圧波形のタイミングチャートである。電圧波形生成回路３４４から出力される電圧波形は、ＡＮＤ回路３１２からＡＮＤ信号が出力されたときに、ＡＮＤ信号にほぼ同期して生成されてもよい。この電圧波形は、例えば、パルス幅が３００ｎｓのパルスであってもよい。例えば、再生増幅器３０５の光共振器長が１ｍの場合、光速３×１０^８ｍ／ｓのパルスレーザ光が光共振器内を５０往復する時間は、３００ｎｓであり得る。このように電圧波形のパルス幅を設定することにより、パルスレーザ光を再生増幅器３０５の光共振器内で何回往復させて出力するかを設定し得る。

以上のタイミング制御によれば、クロック信号とモードロックレーザ装置３０２からのパルスレーザ光とが第４の遅延時間をもって同期し、且つ、ＡＮＤ信号がクロック信号の複数のパルスのうちの一部のパルスに同期し得る。これにより、パルスレーザ光が再生増幅器３０５の光共振器内の特定の区間を伝搬している間に、高電圧電源３４３がポッケルスセル３４０に印加する電圧を切り替えることができる。従って、モードロックレーザ装置３０２から出力されたパルスレーザ光に含まれる所望のパルスのみを所望の強度に増幅し、ターゲットに照射することができる。

また、以上のタイミング制御によれば、モードロックレーザ装置３０２によるパルスの発生間隔に応じた分解能で、再生増幅器３０５から出力されるパルスの発生タイミングを制御し得る。例えば、ターゲット供給装置２６から出力されて３０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓの速度でチャンバ２内を移動するターゲットは、モードロックレーザ装置３０２によるパルスの発生間隔である１０ｎｓの時間内に、０．３μｍ〜０．６μｍ移動し得る。ドロップレット状のターゲットの直径が２０μｍ程度であれば、１０ｎｓという分解能は、ターゲットにパルスレーザ光を照射するのに十分であり得る。

６．５ レーザ媒質の例
上述の例では、モードロックレーザ装置３０２に含まれるレーザ結晶３２２としてＮｄ：ＹＶＯ_４の結晶を用い、再生増幅器３０５に含まれるレーザ結晶３３６としてＮｄ：ＹＡＧの結晶を用いた場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。
例えば、モードロックレーザ装置３０２及び再生増幅器３０５のいずれにも、レーザ結晶としてＮｄ：ＹＡＧの結晶を用いてもよい。
また、例えば、モードロックレーザ装置３０２及び再生増幅器３０５のいずれかまたは両方に、レーザ結晶としてＴｉ：サファイア（Titanium-doped Sapphire）の結晶を用いてもよい。
また、例えば、モードロックレーザ装置３０２及び再生増幅器３０５のいずれかまたは両方に、レーザ結晶としてルビー結晶を用いてもよい。
また、例えば、モードロックレーザ装置３０２及び再生増幅器３０５のいずれかまたは両方に、レーザ媒質として色素セルを用いてもよい。
また、例えば、モードロックレーザ装置３０２及び再生増幅器３０５のいずれかまたは両方に、レーザ媒質としてＮｄ^３＋：ガラス（triply ionized neodymium-doped glass）を用いてもよい。

７．メインパルスレーザ装置
図１５は、図２に示すメインパルスレーザ装置３９０の構成例を概略的に示す。メインパルスレーザ装置３９０は、マスターオシレータＭＯと、複数の増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３と、制御部３９１とを含んでもよい。

マスターオシレータＭＯは、ＣＯ_２ガスをレーザ媒質として用いたＣＯ_２レーザ装置であってもよいし、ＣＯ_２レーザの波長域で発振する量子カスケードレーザ装置であってもよい。複数の増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の光路に直列に配置されてもよい。複数の増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３は、それぞれ、例えばＣＯ_２ガスをレーザ媒質として収容したレーザチャンバと、レーザチャンバ内に配置された図示しない少なくとも一対の電極と、図示しない少なくとも一対の電極間に電圧を印加する電源とを含んでいてもよい。なお、以下の説明においてＣＯ_２ガスをレーザ媒質とする場合、ＣＯ_２ガスを窒素、ヘリウム、ネオン、キセノンあるいはその他のガスによって希釈して利用してもよい。

制御部３９１は、ＥＵＶコントローラ５１からの制御信号に基づいて、マスターオシレータＭＯと、複数の増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３とを制御してもよい。制御部３９１は、遅延回路５３からのタイミング信号をマスターオシレータＭＯに出力してもよい。遅延回路５３からのタイミング信号は、上述の第２のタイミング信号であってよい。マスターオシレータＭＯは、第２のタイミング信号の各パルスをトリガとして、パルスレーザ光の各パルスを出力してもよい。このパルスレーザ光は、複数の増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３によって増幅されてもよい。これにより、メインパルスレーザ装置３９０は、遅延回路５３からの第２のタイミング信号と同期して、メインパルスレーザ光を出力してもよい。

８．第２の遅延時間を制御する装置を含む極端紫外光生成システム
図１６は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成システム１１の構成例を概略的に示す一部断面図である。第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成システム１１は、ビームスプリッタ６１及び６２と、光センサ６３及び６４と、遅延時間計測部６５とを含んでもよい。また、ＥＵＶ光生成システム１１は、図２に示す遅延回路５３の代わりに、遅延時間制御装置５０を含んでもよい。他の点については第１の実施形態と同様でよい。

ビームスプリッタ６１は、ダイクロイックミラー３５４とレーザ光集光光学系２２ａとの間のプリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。ビームスプリッタ６１には、プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光を高い透過率で透過させ、プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光の各残りの一部を反射する膜がコーティングされていてもよい。

ビームスプリッタ６２は、ビームスプリッタ６１によって反射されたプリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。ビームスプリッタ６２には、プリパルスレーザ光に含まれる波長成分を高い反射率で反射し、メインパルスレーザ光に含まれる波長成分を高い透過率で透過させる膜がコーティングされていてもよい。

光センサ６３は、ビームスプリッタ６２によって反射されたプリパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。光センサ６４は、ビームスプリッタ６２を透過したメインパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。光センサ６３及び６４は、ビームスプリッタ６２からの光路長が互いに等しい位置に配置されてもよい。光センサ６３は、プリパルスレーザ光を検出して、検出信号を出力してもよい。光センサ６３は、例えば、波長１．０６μｍのプリパルスレーザ光を検出する高速のフォトダイオードを含んでもよい。光センサ６４は、メインパルスレーザ光を検出して、検出信号を出力してもよい。光センサ６４は、例えば、波長１０．６μｍのメインパルスレーザ光を検出する高速の熱電素子を含んでもよい。

遅延時間計測部６５は、光センサ６３及び６４に対してそれぞれ信号線によって接続されていてもよい。遅延時間計測部６５は、光センサ６３及び６４によってそれぞれ出力された各検出信号を受信し、各検出信号を受信したタイミングに基づいて、プリパルスレーザ光の出力に対するメインパルスレーザ光の出力の第３の遅延時間δＴを計測してもよい。遅延時間計測部６５は、計測された第３の遅延時間δＴのデータを、遅延時間制御装置５０に出力してもよい。

図１７は、図１６に示す遅延時間制御装置等の構成例を概略的に示す。遅延時間制御装置５０は、遅延回路５３と、制御部５４とを含んでもよい。遅延回路５３は、ターゲットコントローラ５２から出力されたターゲット検出信号に第１の遅延時間を与えて第１のタイミング信号をプリパルスレーザ装置３００に出力してもよい。また、遅延回路５３は、第１のタイミング信号に対して第２の遅延時間δＴｏを有する第２のタイミング信号をメインパルスレーザ装置３９０に出力してもよい。第２の遅延時間δＴｏは可変であってもよい。

制御部５４は、ＥＵＶコントローラ５１から、第３の遅延時間の目標値δＴｔのデータを受信してもよい。また、制御部５４は、遅延時間計測部６５から、計測された第３の遅延時間δＴのデータを受信してもよい。制御部５４は、第３の遅延時間δＴとその目標値δＴｔとの差に基づいて、第２の遅延時間δＴｏを変更するように、遅延回路５３を制御してもよい。

図１８は、図１７に示す制御部の動作を示すフローチャートである。制御部５４は、第３の遅延時間δＴとその目標値δＴｔとの差に基づいて、以下のように遅延回路５３をフィードバック制御してもよい。

まず、制御部５４は、遅延パラメータαの初期値のデータを、ＥＵＶコントローラ５１から受信してもよい（Ｓ１）。遅延パラメータαの初期値は、例えば、以下の式で算出される値であってもよい。
α＝（Ｌｍ−Ｌｐ）／ｃ
ここで、Ｌｍは、図１５におけるメインパルスレーザ装置３９０のマスターオシレータＭＯからプラズマ生成領域２５までのメインパルスレーザ光の光路長でもよい。Ｌｐは、図１０におけるプリパルスレーザ装置３００の再生増幅器３０５からプラズマ生成領域２５までのプリパルスレーザ光の光路長でもよい。ｃは、光速であり、３×１０^８ｍ／ｓであってもよい。

メインパルスレーザ装置３９０は、プリパルスレーザ光より高エネルギーのメインパルスレーザ光を出力するために、プリパルスレーザ装置３００よりも多くの増幅器を含み得る。従って、メインパルスレーザ光の光路長Ｌｍがプリパルスレーザ光の光路長Ｌｐよりも長く、遅延パラメータαの値は０より大きい値であり得る。

次に、制御部５４は、第３の遅延時間の目標値δＴｔのデータを、ＥＵＶコントローラ５１から受信してもよい（Ｓ２）。次に、制御部５４は、目標値δＴｔから遅延パラメータαを減算することにより、第２の遅延時間δＴｏを算出してもよい（Ｓ３）。次に、制御部５４は、算出された第２の遅延時間δＴｏのデータを遅延回路５３に送信してもよい（Ｓ４）。

次に、制御部５４は、プリパルスレーザ装置３００及びメインパルスレーザ装置３９０が発振したか否かを判定してもよい（Ｓ５）。これらのレーザ装置の両方又は何れかが発振していない場合（Ｓ５：ＮＯ）、これらのレーザ装置が発振するまで待機してもよい。これらのレーザ装置が発振した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、処理をＳ６に進めてもよい。

Ｓ６において、制御部５４は、遅延時間計測部６５から、計測された第３の遅延時間δＴのデータを受信してもよい。次に、制御部５４は、以下の式によって、第３の遅延時間δＴとその目標値δＴｔとの差ΔＴを算出してもよい（Ｓ７）。
ΔＴ＝δＴ−δＴｔ

次に、制御部５４は、遅延パラメータαに、第３の遅延時間δＴとその目標値δＴｔとの差ΔＴを加算することにより、遅延パラメータαの値を更新してもよい（Ｓ８）。すなわち、例えば第３の遅延時間δＴがその目標値δＴｔより長かった（ΔＴ＞０）場合に、第２の遅延時間ΔＴｏが短くなるように、遅延パラメータαの値を、ΔＴだけ大きくしてもよい。

次に、制御部５４は、遅延回路５３のフィードバック制御を中止するか否かを判定してもよい（Ｓ９）。例えば、ＥＵＶコントローラ５１からの制御信号により、パルスレーザ光の出力を中止するときは、遅延回路５３のフィードバック制御を中止してもよい。あるいは、上述のＳ２〜Ｓ８の処理を複数回繰り返した結果、ＥＵＶ光の出力エネルギーが所定値以上となった場合には、遅延回路５３のフィードバック制御を中止し、第２の遅延時間δＴｏの値を固定してＥＵＶ光が生成されてもよい。遅延回路５３のフィードバック制御を中止しない場合は（Ｓ９：ＮＯ）、上述のＳ２に戻って第３の遅延Ｂ時間の目標値δＴｔのデータを受信し、遅延回路５３をフィードバック制御してもよい。遅延回路５３のフィードバック制御を中止する場合は（Ｓ９：ＹＥＳ）、本フローチャートの処理を終了してもよい。

以上のように、計測された第３の遅延時間δＴに基づいて遅延回路５３をフィードバック制御することにより、第３の遅延時間δＴを高精度に安定化させ得る。これにより、拡散ターゲットに対して最適な第３の遅延時間でメインパルスレーザ光を照射し、ＣＥを向上し得る。また、第２の遅延時間δＴｏを固定した場合に何らかの要因で第３の遅延時間δＴが変動する場合でも、フィードバック制御することにより、第３の遅延時間δＴを安定化させ得る。

第２の実施形態においては、計測された第３の遅延時間に基づいて遅延回路をフィードバック制御してもよいが、これに限らず、第３の遅延時間を計測しなくてもよい。例えば、上述の遅延パラメータαの初期値と、上述の目標値δＴｔとから、第２の遅延時間δＴｏを算出し、この第２の遅延時間δＴｏの値を用いて遅延回路５３を制御してもよい。

上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (6)

1. ターゲットに第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光を照射して前記ターゲットをプラズマ化することにより極端紫外光を生成するように構成された極端紫外光生成システムであって、
   前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を導入するための少なくとも１つの導入口が設けられたチャンバと、
   前記チャンバ内の所定の領域に前記ターゲットを供給するように構成されたターゲット供給装置と、
   前記チャンバ内の前記ターゲットに照射される前記第１のパルスレーザ光であって、１ｎｓ未満のパルス幅を有し、前記ターゲットの少なくとも一部をドーム型に拡散させる前記第１のパルスレーザ光を出力するように構成された第１のレーザ装置と、
   前記ターゲットに前記第１のパルスレーザ光が照射された後に前記ターゲットに照射される前記第２のパルスレーザ光を出力するように構成された第２のレーザ装置と、
   を備える極端紫外光生成システム。
2. 前記第１のレーザ装置は、前記第２のパルスレーザ光のフルーエンスより小さく且つ６．５Ｊ／ｃｍ^２以上のフルーエンスを有する前記第１のパルスレーザ光を出力するように構成された、
   請求項１記載の極端紫外光生成システム。
3. 前記第１のパルスレーザ光は、前記ターゲットの前記少なくとも一部を前記第１のパルスレーザ光の入射側にドーム型に拡散させる、請求項１記載の極端紫外光生成システム。
4. 前記第１のパルスレーザ光は、前記ターゲットを、円環状に拡散した第１の部分と、前記ドーム型に拡散した第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分に囲まれた第３の部分と、を含むように拡散させる、請求項１記載の極端紫外光生成システム。
5. 前記第１の部分のターゲット物質の密度は、前記第２の部分のターゲット物質の密度より大きい、請求項４記載の極端紫外光生成システム。
6. 前記第２の部分のターゲット物質の密度は、前記第３の部分のターゲット物質の密度より大きい、請求項４又は請求項５記載の極端紫外光生成システム。

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