JP6533464B2 - レーザ増幅器、及びレーザ装置、並びに極端紫外光生成システム - Google Patents

レーザ増幅器、及びレーザ装置、並びに極端紫外光生成システム Download PDF

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Description

本開示は、レーザ増幅器、及びレーザ装置、並びにレーザ装置から出力されたパルスレーザ光に基づいて極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するための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極端紫外光生成装置と縮小投影反射光学系（reduced projection reflective optics）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
ＥＵＶ光生成装置としては、ターゲット物質にレーザ光を照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（Laser Produced Plasma：レーザ励起プラズマ）方式の装置と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）方式の装置と、軌道放射光を用いたＳＲ（Synchrotron Radiation）方式の装置との３種類の装置が提案されている。
特開２０１０−１０３１０４号公報 特許５０８６６７７号公報 米国特許出願公開第２０１０／０３２７１９２号明細書
概要
本開示によるレーザ増幅器は、レーザ媒質を収容するチャンバと、チャンバに設けられ、外部から所望波長のレーザ光をチャンバの内部に入射させる第１のウインドウと、チャンバの内部に入射されたレーザ光を、レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置と、チャンバに設けられ、励起装置によって増幅されたレーザ光をチャンバの外部に出力させる第２のウインドウと、第１のウインドウと第２のウインドウとの間のレーザ光路上に設けられた第１及び第２のミラーと、第１のウインドウまたは第１のミラーに設けられ、所望波長とは異なる抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第１の波長選択膜と、第２のウインドウまたは第２のミラーに設けられ、第１の波長選択膜とは波長の選択特性が異なり、抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第２の波長選択膜とを備え、第１のウインドウ及び第２のウインドウの組と第１のミラー及び第２のミラーの組とのいずれか１組に、第１の波長選択膜及び第２の波長選択膜が設けられていてもよい。
本開示によるレーザ装置は、所望波長のレーザ光を出力するマスタオシレータと、マスタオシレータからのレーザ光を増幅する少なくとも１つのレーザ増幅器とを含み、少なくとも１つのレーザ増幅器のうち、少なくとも１つは、レーザ媒質を収容するチャンバと、チャンバに設けられ、外部からのレーザ光をチャンバの内部に入射させる第１のウインドウと、チャンバの内部に入射されたレーザ光を、レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置と、チャンバに設けられ、励起装置によって増幅されたレーザ光をチャンバの外部に出力させる第２のウインドウと、第１のウインドウと第２のウインドウとの間のレーザ光路上に設けられた第１及び第２のミラーと、第１のウインドウまたは第１のミラーに設けられ、所望波長とは異なる抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第１の波長選択膜と、第２のウインドウまたは第２のミラーに設けられ、第１の波長選択膜とは波長の選択特性が異なり、抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第２の波長選択膜とを備え、第１のウインドウ及び第２のウインドウの組と第１のミラー及び第２のミラーの組とのいずれか１組に、第１の波長選択膜及び第２の波長選択膜が設けられていてもよい。
本開示による極端紫外光生成システムは、ＥＵＶ光が生成されるプラズマチャンバと、パルスレーザ光をプラズマチャンバの内部に供給するレーザ装置とを備え、レーザ装置は、パルスレーザ光のシードとなる所望波長のレーザ光を出力するマスタオシレータと、マスタオシレータからのレーザ光を増幅する少なくとも１つのレーザ増幅器とを含み、少なくとも１つのレーザ増幅器のうち、少なくとも１つは、レーザ媒質を収容する増幅チャンバと、増幅チャンバに設けられ、外部からのレーザ光を増幅チャンバの内部に入射させる第１のウインドウと、増幅チャンバの内部に入射されたレーザ光を、レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置と、増幅チャンバに設けられ、励起装置によって増幅されたレーザ光を増幅チャンバの外部に出力させる第２のウインドウと、第１のウインドウと第２のウインドウとの間のレーザ光路上に設けられた第１及び第２のミラーと、第１のウインドウまたは第１のミラーに設けられ、所望波長とは異なる抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第１の波長選択膜と、第２のウインドウまたは第２のミラーに設けられ、第１の波長選択膜とは波長の選択特性が異なり、抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第２の波長選択膜とを備え、第１のウインドウ及び第２のウインドウの組と第１のミラー及び第２のミラーの組とのいずれか１組に、第１の波長選択膜及び第２の波長選択膜が設けられていてもよい。
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光生成システムの一構成例を概略的に示す。 図２は、マスタオシレータとレーザ増幅器とを含むレーザ装置の一構成例を概略的に示す。 図３は、ＣＯ2レーザガスをレーザ媒質とする場合における増幅ラインとゲインとの関係を示す。 図４は、自励発振による増幅ゲイン及びパルスレーザ光の出力の低下の一例を示す。 図５は、ミラーに波長選択膜が設けられたレーザ増幅器の一構成例を概略的に示す。 図６は、第２のミラーに設けられる波長選択膜の分光反射率特性の一例を示す。 図７は、第１のミラーに設けられる波長選択膜の分光反射率特性の一例を示す。 図８は、波長選択膜が設けられミラーの一構成例を概略的に示す。 図９は、第１及び第２のミラーの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性の組み合わせの第１の例を示す。 図１０は、第１及び第２のミラーの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性の組み合わせの第２の例を示す。 図１１は、第１及び第２のミラーの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性の組み合わせの第３の例を示す。 図１２は、第１のミラーの波長選択膜として実施可能な分光反射率特性の一具体例を示す。 図１３は、第２のミラーの波長選択膜として実施可能な分光反射率特性の一具体例を示す。 図１４は、ウインドウに波長選択膜が設けられたレーザ増幅器の一構成例を概略的に示す。 図１５は、第１及び第２のウインドウの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性の組み合わせの一例を示す。 図１６は、レーザ光路が交差しないスラブ型増幅器の一構成例を概略的に示す。 図１７は、図１６に示したスラブ型増幅器をＹ１−Ｙ１’線方向から見た一構成例を概略的に示す。 図１８は、同軸型スラブ増幅器の全体構成の一例を概略的に示す。 図１９は、図１８に示した同軸型スラブ増幅器をＺ方向から見た一構成例を概略的に示す。 図２０は、高速軸流型増幅器の一構成例を概略的に示す。 図２１は、図２０に示した高速軸流型増幅器をＸ１−Ｘ１’線方向から見た一構成例を概略的に示す。 図２２は、図２０に示した高速軸流型増幅器の全体構成の一例を概略的に示す。 図２３は、３枚以上のミラーを含むレーザ増幅器に適用可能な波長選択膜の分光反射率特性の組み合わせの一例を示す。 図２４は、図２３に示した波長選択膜の分光反射率特性の組み合わせを高速軸流型増幅器に適用した第１の例を示す。 図２５は、図２３に示した波長選択膜の分光反射率特性の組み合わせを高速軸流型増幅器に適用した第２の例を示す。 図２６は、３軸直交型増幅器の一構成例を概略的に示す。 図２７は、図２６に示した３軸直交型増幅器をＺ１−Ｚ１’線方向から見た一構成例を概略的に示す。 図２８は、再生増幅器の一構成例を概略的に示す。
実施形態
＜内容＞
［１．概要］
［２．ＥＵＶ光生成装置の全体説明］
２．１ 構成
２．２ 動作
［３．マスタオシレータとレーザ増幅器とを含むレーザ装置］
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 課題
［４．ミラーに波長選択膜が設けられたレーザ増幅器］（第１の実施形態）
４．１ 構成
４．１．１ レーザ増幅器（スラブ型増幅器）の構成
４．１．２ ミラーの構成
４．１．３ 波長選択膜の材料、及びミラーの基板材料
４．２ 動作
４．３ 作用
４．４ 分光反射率特性の組み合わせの例
［５．ウインドウに波長選択膜が設けられたレーザ増幅器］（第２の実施形態）
［６．レーザ増幅器の変形例］（第３の実施形態）
６．１ レーザ光路が交差しないタイプのスラブ型増幅器
６．２ 同軸型スラブ増幅器
６．３ 高速軸流型増幅器
６．４ ３枚以上のミラーを含むレーザ増幅器に適用可能な波長選択膜の分光反射率特性の組み合わせの例
６．５ ３軸直交型増幅器
６．６ 再生増幅器
６．６．１ 構成
６．６．２ 動作
６．６．３ 効果
［７．その他］
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］
本開示は、ターゲットにレーザ光を照射することによってＥＵＶ光を生成するＥＵＶ光生成装置に用いられるレーザ装置を構成するレーザ増幅器に関する。また、少なくとも１つの波長の光の伝搬を抑制する波長選択膜が設けられた光学素子を含むレーザ増幅器に関する。
［２．ＥＵＶ光生成システムの全体説明］
（２．１ 構成）
図１に、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。ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザ装置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及びレーザ装置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として例えばターゲット供給部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。ターゲット供給部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。ターゲット供給部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つ以上の組み合わ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いてもよい。その貫通孔には、ウインドウ２１が設けられてもよい。ウインドウ２１をレーザ装置３から出力されるパルスレーザ光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いてもよい。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又はその近傍に位置し、その第２の焦点が露光装置６の仕様によって規定される所望の集光位置である中間集光点（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の中央部には貫通孔２４が設けられていてもよく、貫通孔２４をパルスレーザ光３３が通過してもよい。
ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御部５を含むことができる。またＥＵＶ光生成制御部５は、ターゲットセンサ４等を含むことができる。ターゲットセンサ４は、ターゲット２７の存在、軌跡、位置、及び速度の内の少なくとも１つを検出しても良い。ターゲットセンサ４は、撮像機能を有していても良い。
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の内部とを連通する接続部２９を含んでもよい。接続部２９内部には、アパーチャ２９３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２９３がＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点位置に位置するように配置されてもよい。
さらに、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御部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部３４は、レーザ光の進行方向を制御するために、レーザ光の進行方向を規定するための光学素子と、この光学素子の位置、姿勢等を調整するためのアクチュエータとを備えてもよい。
（２．２ 動作）
図１を参照に、レーザ装置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部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つのレーザ光の経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。
ターゲット供給部２６は、ターゲット２７をチャンバ２内部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と共にＥＵＶ光２５１が放射され得る。ＥＵＶ光２５１は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されると共に集光されてもよい。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光生成制御部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光生成制御部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するよう構成されてもよい。また、ＥＵＶ光生成制御部５は、例えば、ターゲット２７が出力されるタイミングの制御、及びターゲット２７の出力方向の制御の内の少なくとも１つを制御するよう構成されてもよい。
さらに、ＥＵＶ光生成制御部５は、例えば、レーザ装置３の発振タイミングの制御、パルスレーザ光３２の進行方向の制御、及びパルスレーザ光３３の集光位置の制御の内の少なくとも１つ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。
［３．マスタオシレータとレーザ増幅器とを含むレーザ装置］
（３．１ 構成）
図２を参照して、ＬＰＰ式のＥＵＶ光生成装置に用いられるレーザ装置３の一構成例について説明する。ＬＰＰ式のＥＵＶ光生成装置では、レーザ装置３として、ＣＯ2レーザ装置を含むものが用いられてもよい。レーザ装置３として用いられるＣＯ2レーザ装置は、高いパルスエネルギのパルスレーザ光を高い繰り返し周波数で出力することが求められてもよい。このため、レーザ装置３は、高い繰り返し周波数でパルスレーザ光３１ｍを出力するマスタオシレータ（ＭＯ：master oscillator）１１０と、パルスレーザ光３１ｍを増幅する少なくとも１つのレーザ増幅器とを備えてもよい。例えば図２に示したように、レーザ増幅器として、複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎを含んでもよい。
マスタオシレータ１１０は、Ｑスイッチを含むＣＯ2レーザ、または、ＣＯ2レーザの増幅波長域で発振する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）であってもよい。複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎはそれぞれ、ＣＯ2レーザガスをレーザ媒質とするレーザ増幅器であってもよい。複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎはそれぞれ、ＣＯ2レーザガスを含むチャンバ内に配置された１対の電極６２ａ，６２ｂを含んでもよい。複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎにはそれぞれ、外部からのパルスレーザ光をチャンバの内部に入射させる入力ウインドウ６１ａと、増幅されたパルスレーザ光をチャンバの外部に出力させる出力ウインドウ６１ｂとが配置されていてもよい。複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎはそれぞれ、マスタオシレータ１１０から出力されるパルスレーザ光３１ｍの光路上に、直列に配置されてもよい。
（３．２ 動作）
複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎはそれぞれ、図示しない各々の電源によって一対の電極６２ａ，６２ｂ間に電圧を印加し、放電させてもよい。マスタオシレータ１１０のＱスイッチを所定の繰り返し周波数で動作させてもよい。その結果、マスタオシレータ１１０から所定の繰り返し周波数で、パルスレーザ光３１ｍが出力され得る。
複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎではそれぞれ、マスタオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光３１ｍが入射されていない場合においても、図示しない電源によって、放電を発生させて、レーザ媒質を励起し得る。マスタオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光３１ｍは、シード光として１番目の増幅器ＰＡ１に入射し、１番目の増幅器ＰＡ１内を通過することによって増幅され、出力され得る。１番目の増幅器ＰＡ１から増幅され、出力されたパルスレーザ光は、シード光として２番目の増幅器ＰＡ２に入射し、２番目の増幅器ＰＡ２内を通過することによってさらに増幅され、出力され得る。同様に、ｋ−１番目の増幅器ＰＡｋ−１から出力されたパルスレーザ光は、シード光としてｋ番目の増幅器ＰＡｋに入射し、ｋ番目の増幅器ＰＡｋ内を通過することによってさらに増幅され、出力され得る。そして、ｎ−１番目の増幅器ＰＡｎ−１から出力されたパルスレーザ光は、シード光としてｎ番目の増幅器ＰＡｎに入射し、ｎ番目の増幅器ＰＡｎ内を通過することによってさらに増幅され、出力され得る。
ｎ番目の増幅器ＰＡｎより出力されたパルスレーザ光３１は、図１に示したＥＵＶ光生成装置１におけるプラズマチャンバとしてのチャンバ２内に入射し、レーザ光集光光学系２２ａによりプラズマ生成領域２５に集光され得る。プラズマ生成領域２５に集光されたパルスレーザ光３３は、プラズマ生成領域２５におけるターゲット２７に照射され得る。パルスレーザ光３３が集光されたターゲット２７はプラズマ化し、プラズマからＥＵＶ光が放射され得る。なお、レーザ光集光光学系２２ａは、図１に示されるレーザ光集光ミラー２２に対応する１または複数の反射型の光学素子で構成してもよいし、レンズを含む屈折系の光学系であってもよい。
（３．３ 課題）
マスタオシレータ１１０と、少なくとも１つのレーザ増幅器とを組み合わせたＣＯ2レーザ装置は、マスタオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光３１ｍと関係なく、少なくとも１つのレーザ増幅器から出力される自然放出（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）光３６によって自励発振する可能性がある。本願発明者は、そのような自励発振する光として、シード光となる波長１０．５９μｍの光だけでなく、波長９．２７μｍ、波長９．５９μｍ、及び波長１０．２４μｍのＡＳＥ光３６が出力され得ることを発見した。シード光以外のＡＳＥ光３６が他のレーザ増幅器に入射すると、ＡＳＥ光３６が入射したレーザ増幅器はシード光以外のＡＳＥ光３６を増幅してしまうことがある。この結果、シード光を増幅する際の増幅率が低下し得る。よって、波長９．２７μｍ、波長９．５９μｍ、及び波長１０．２４μｍのＡＳＥ光３６による自励発振を抑制することが求められる。なお、シード光とは、レーザ増幅器による増幅対象のレーザ光のことであってもよい。例えば図２において、１番目の増幅器ＰＡ１では、マスタオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光３１ｍがシード光になり得る。２番目の増幅器ＰＡ２では、１番目の増幅器ＰＡ１によって増幅され、出力されたパルスレーザ光がシード光になり得る。
ここで、図２に示したように、例えばｎ番目の増幅器ＰＡｎにおいて発生したＡＳＥ光３６が、マスタオシレータ１１０の設けられている方向に進行し、複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎ−１によって増幅され、自励発振光となり得る。また、１番目の増幅器ＰＡ１において発生したＡＳＥ光３６は、チャンバ２の設けられている方向に進行し、複数の増幅器ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎによって増幅され、自励発振光となり得る。このように、あるレーザ増幅器において発生したＡＳＥ光３６は、他のレーザ増幅器によって増幅され自励発振光となり得る。本願発明者は、ＣＯ2レーザガスをゲイン媒質とする場合、表１及び図３に示されるように、４つの波長域で自励発振し得ることを発見した。図３は、ＣＯ2レーザガスをゲイン媒質とする場合における増幅ラインとゲインの関係を示す。
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具体的には、ＣＯ2レーザガスをゲイン媒質とする場合、波長９．２７μｍ帯（９Ｒ）、波長９．５９μｍ帯（９Ｐ）、波長１０．２４μｍ帯（１０Ｒ）、及び波長１０．５９μｍ帯（１０Ｐ）において自励発振し得ることを発見した。これらの波長帯においては、ゲインが大きく複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎによって自励発振が起こり易い。このうち、シード光となる波長１０．５９μｍ帯を除く、波長９．２７μｍ帯、波長９．５９μｍ帯、波長１０．２４μｍ帯におけるＡＳＥ光３６は、レーザ装置３より出力されるパルスレーザ光３１の出力の低下やパルス波形に悪影響を及ぼし得る。その結果、ＥＵＶ光の出力が低下し得る。
図４の上段は、レーザ増幅器の増幅ゲインの時間変化の一例を示している。図４の下段は、レーザ増幅器のパルスレーザ光の出力の時間変化の一例を示している。図４では、自励発振がある場合と自励発振がない場合との増幅ゲイン及びパルスレーザ光の出力の時間変化を比較している。図４に示すように、自励発振は、レーザ増幅器の増幅ゲインを消費して増幅率の低下を招き、パルスレーザ光の出力を低下させ得る。また、自励発振光がマスタオシレータ１１０に入射した場合、自励発振光によってマスタオシレータ１１０の光学部品が損傷を受ける場合があり得る。
［４．ミラーに波長選択膜が設けられたレーザ増幅器］（第１の実施形態）
（４．１ 構成）
４．１．１ レーザ増幅器（スラブ型増幅器）の構成
図５を参照して、本開示の第１の実施形態に係るレーザ増幅器の構成を説明する。図５は、レーザ増幅器の一例としてスラブ型増幅器の構成例を示している。図５において上段はレーザ増幅器を側面方向から見た断面構成、下段はレーザ増幅器を上面方向から見た断面構成を示す。図２における複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎの少なくとも１つに、図５に示したスラブ型増幅器を適用してもよい。
スラブ型増幅器は、増幅チャンバ６０と、入力ウインドウ６１ａと、出力ウインドウ６１ｂと、一対の電極６２ａ，６２ｂと、第１のミラー６３ａと、第２のミラー６３ｂと、ＲＦ（高周波）電源６５とを含んでもよい。
増幅チャンバ６０は、内部にレーザ媒質としてＣＯ2レーザガスを収容してもよい。一対の電極６２ａ，６２ｂとＲＦ電源６５は、増幅チャンバ６０の内部に入射されたシード光３５ａを、レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置であってもよい。一対の電極６２ａ，６２ｂは増幅チャンバ６０の内部に設けられ、放電によって放電領域６４においてレーザ媒質を励起するものであってもよい。ＲＦ電源６５は、一対の電極６２ａ，６２ｂにＲＦ電圧を供給するものであってもよい。励起装置によって励起されたレーザ媒質は、所望の波長の光と少なくとも１つの抑制対象波長の光とを増幅可能であってもよい。所望の波長の光は、シード光３５ａであってもよい。抑制対象波長の光は、シード光の波長以外の波長のＡＳＥ光３６であってもよい。抑制対象波長の光はまた、ＡＳＥ光３６による自励発振光であってもよい。
入力ウインドウ６１ａは、増幅チャンバ６０の壁に設けられ、入力レーザ光としてのシード光３５ａを増幅チャンバ６０の内部に入射させる第１のウインドウであってもよい。出力ウインドウ６１ｂは、増幅チャンバ６０の壁に設けられ、励起装置によって増幅されたレーザ光を増幅レーザ光３５ｂとして増幅チャンバ６０の外部に出力させる第２のウインドウであってもよい。
第１のミラー６３ａと第２のミラー６３ｂは、入力ウインドウ６１ａと出力ウインドウ６１ｂとの間のレーザ光路上に設けられ、増幅チャンバ６０の内部でレーザ光を反射してもよい。第１のミラー６３ａ及び第２のミラー６３ｂはそれぞれ、平面ミラーであっても凹面ミラーであってもよく、好ましくはシリンドリカル凹面ミラーであってもよい。第１のミラー６３ａ及び第２のミラー６３ｂのうち、少なくとも１つには、所望の波長とは異なる少なくとも１つの抑制対象波長の光の伝搬を抑制する波長選択膜が設けられてもよい。
４．１．２ ミラーの構成
第１のミラー６３ａと第２のミラー６３ｂとにそれぞれ波長選択膜を設ける場合、それぞれの波長選択膜は互いに波長の選択特性が異なっていてもよい。それぞれの波長選択膜は抑制対象波長の光に比べて所望の波長の光に対して高い反射率を持っていてもよい。また、所望の波長以外の波長に対して反射率を低く設定してもよい。
例えば、λ１を所望の波長とした場合、第２のミラー６３ｂに設けられる波長選択膜の分光反射率特性Ｍ２を図６のように設定してもよい。図６の分光反射率特性における縦軸は反射率Ｒを示し、横軸λは波長を示す。以降の説明における他の分光反射率特性においても縦軸及び横軸は同様であってよい。また、第１のミラー６３ａに設けられる波長選択膜の分光反射率特性Ｍ１を図７のように設定してもよい。λ１は１０．５９μｍであってもよい。λ２は１０．２４μｍであってもよい。λ３は９．５９μｍであってもよい。λ４は９．２７μｍであってもよい。レーザ増幅器の内部において、ミラーに波長選択膜を設けることで、所望の波長以外の波長のレーザ光の反射による損失を大きくし、所望の波長以外のレーザ光による自励発振を抑制し得る。
４．１．３ 波長選択膜の材料、及びミラーの基板材料
図８は、波長選択膜が設けられた第１のミラー６３ａまたは第２のミラー６３ｂの一構成例を示している。図８に示したように、基板７１上に波長選択膜７０をコーティングし、波長選択膜７０の表面を反射面７５としてもよい。
波長選択膜７０は、屈折率の異なる２種類の材料を交互に積層したコーティング膜によって構成されてもよい。さらに、波長選択膜７０は、高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層された膜でもよい。高屈折率材料は例えばＺｎＳｅ、ＺｎＳ、低屈折率材料は例えばＴｈＦ4、ＰｂＦ2であってもよい。高屈折率材料、及び低屈折率材料のそれぞれの膜厚を制御することによって所望の分光反射率特性を実現してもよい。
基板７１の材料としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ダイヤモンド等でもよい。また、基板７１は温度調節機構を備えてもよい。温度調節機構は基板７１に形成された温度調節媒体通路７２と温度調節器７３と温度調節媒体循環装置７４とを組み合わせたものでもよい。波長選択膜７０を透過して基板７１に到達した一部の波長のレーザ光は基板７１を加熱することがある。温度調節機構によってこの熱を排出し、基板７１が過熱しないようにしてもよい。
（４．２ 動作）
ＲＦ電源６５から一対の電極６２ａ，６２ｂにＲＦ電圧を供給している状態で、入力ウインドウ６１ａからシード光３５ａとなるレーザ光を増幅チャンバ６０の内部に入射させてもよい。入射されたレーザ光は増幅チャンバ６０の内部で第１のミラー６３ａと第２のミラー６３ｂとによって反射されながら、一対の電極６２ａ，６２ｂ間で励起されたレーザ媒質中を通過することで増幅され、出力ウインドウ６１ｂから増幅レーザ光３５ｂとして出力され得る。レーザ光は第１のミラー６３ａと第２のミラー６３ｂとの間で複数回反射されてもよい。このとき、図６及び図７に示したような分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２を持つ波長選択膜が設けられていることにより、第１のミラー６３ａと第２のミラー６３ｂとで反射される所望の波長以外の波長のレーザ光は、反射損失が大きいため、増幅が抑制され得る。この結果、所望の波長のレーザ光は増幅される一方、所望の波長以外の光による自励発振が抑制され得る。
（４．３ 作用）
この第１の実施形態によれば、増幅したいレーザ光の波長以外の波長による自励発振が抑制され得る。このため、レーザ増幅器の増幅率が低下せず、高い増幅効率でレーザ光を増幅し得る。図２に示したレーザ装置に適用した場合に、マスタオシレータ１１０の光学部品が自励発振光による損傷を受けにくい。結果として、レーザ出力の変動が抑制され安定した増幅動作が得られ得る。
（４．４ 分光反射率特性の組み合わせの例）
図９は、第１及び第２のミラー６３ａ，６３ｂの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２の組み合わせの第１の例を示している。図１０は、第１及び第２のミラー６３ａ，６３ｂの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２の組み合わせの第２の例を示している。第１のミラー６３ａの波長選択膜の分光反射率特性Ｍ１、及び第２のミラー６３ｂの波長選択膜の分光反射率特性Ｍ２のいずれかが、所望の波長における反射率が、他の波長における反射率よりも高い反射率特性を有していてもよい。例えば図９に示したように、第１のミラー６３ａの波長選択膜の分光反射率特性Ｍ１を、所望の波長λ１における反射率が他の波長における反射率よりも高い反射率特性となるように設定してもよい。また例えば図１０に示したように、第２のミラー６３ｂの波長選択膜の分光反射率特性Ｍ２を、所望の波長λ１における反射率が他の波長における反射率よりも高い反射率特性となるように設定してもよい。
図１１は、第１及び第２のミラー６３ａ，６３ｂの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２の組み合わせの第３の例を示している。例えば図１１に示したように、第１及び第２のミラー６３ａ，６３ｂの波長選択膜の分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２を組み合わせて使用して、所望の波長λ１のみ反射率が高くなる反射率特性となるように設定してもよい。このようにすることで、他の波長の損失を高め、自励発振を抑制してもよい。
図１２は、第１のミラー６３ａの波長選択膜として実施可能な分光反射率特性Ｍ１の一具体例を示している。図１３は、第２のミラー６３ｂの波長選択膜として実施可能な分光反射率特性Ｍ２の一具体例を示している。図１２及び図１３に示したような、それぞれ互いに異なる分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２を持つ２種類の波長選択膜を組み合わせて使用してもよい。２種類の波長選択膜を用いて、他の波長として波長９．２７μｍ、波長９．５９μｍ、及び波長１０．２４μｍの反射率を抑え、所望の波長１０．５９μｍの反射率を高く維持するようにしてもよい。
［５．ウインドウに波長選択膜が設けられたレーザ増幅器］（第２の実施形態）
図１４を参照して、本開示の第２の実施形態に係るレーザ増幅器の構成を説明する。図１４に示したレーザ増幅器は、図５に示したレーザ増幅器と略同様のスラブ型増幅器の構成を有しているが、波長選択膜が設けられた部位が異なっている。図２における複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎの少なくとも１つに、図１４に示したスラブ型増幅器を適用してもよい。
図１４の構成例のように、入力ウインドウ６１ａ及び出力ウインドウ６１ｂのうち、少なくとも１つに、所望の波長とは異なる少なくとも１つの抑制対象波長の光の伝搬を抑制する波長選択膜が設けられていてもよい。また、上記第１の実施形態の構成と組み合わせて、さらに第１のミラー６３ａ及び第２のミラー６３ｂのうち、少なくとも１つに波長選択膜が設けられていてもよい。
入力ウインドウ６１ａと出力ウインドウ６１ｂとにそれぞれ波長選択膜を設ける場合、それぞれの波長選択膜は互いに波長の選択特性が異なっていてもよい。それぞれの波長選択膜は抑制対象波長の光に比べて所望の波長の光に対して反射率を低く、すなわち高い透過率を持っていてもよい。また、所望の波長以外の波長における反射率を高く、すなわち透過率を低く設定してもよい。
図１５は、第１及び第２のウインドウ６１ａ，６１ｂの波長選択膜として適用可能な分光反射率特性Ｗ１，Ｗ２の組み合わせの一例を示している。図１５に示したように、第１のウインドウ６１ａの波長選択膜の分光反射率特性Ｗ１と、第２のウインドウ６１ｂの波長選択膜の分光反射率特性Ｗ２とを略同じにしてもよい。
第１及び第２のウインドウ６１ａ，６１ｂに波長選択膜を設けると、波長選択膜によってＡＳＥ光３６または自励発振光が高反射され、不要な反射光になり得る。その不要な反射光が一対の電極６２ａ，６２ｂ間に進行しないよう、図１４に示したように、第１及び第２のウインドウ６１ａ，６１ｂを傾けて配置してもよい。さらに、第１及び第２のウインドウ６１ａ，６１ｂの波長選択膜を薄膜ポラライザ（ＴＦＰ）にすることで、所望の波長、及び所望の偏光の光以外を反射してもよい。これにより、自励発振光を抑制してもよい。波長選択膜を構成するコーティング材料は、第１及び第２のミラー６３ａ，６３ｂに設ける波長選択膜のコーティング材料と略同様でよい。基板材料は、所望の波長に対して高い透過率を示すＺｎＳｅ、ダイヤモンド等でもよい。
［６．レーザ増幅器の変形例］（第３の実施形態）
上記第１及び第２の実施形態では、レーザ増幅器としてスラブ型増幅器の構成例を示したが、それとは異なるタイプのスラブ型増幅器におけるミラーまたはウインドウに波長選択膜を設けた構成であってもよい。または、スラブ型以外のタイプのレーザ増幅器におけるミラーまたはウインドウに波長選択膜を設けた構成であってもよい。また、いずれのタイプであっても、ミラー及びウインドウの双方に波長選択膜を設けてもよい。
（６．１ レーザ光路が交差しないタイプのスラブ型増幅器）
図１６及び図１７は、上記第１及び第２の実施形態におけるスラブ型増幅器とは異なるタイプのスラブ型増幅器の一構成例を示している。図１６はスラブ型増幅器を側面方向から見た断面構成、図１７は図１６に示したスラブ型増幅器をＹ１−Ｙ１’線方向から見た断面構成を示している。図２における複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎの少なくとも１つに、図１６及び図１７に示したスラブ型増幅器を適用してもよいが、図１７ではｋ番目の増幅器ＰＡｋに適用した例を示している。
図１６及び図１７に示したスラブ型増幅器は、例えば図５における第１のミラー６３ａに代えて第１の凹面ミラー６６ａを備えていてもよい。また、図５における第２のミラー６３ｂに代えて第２の凹面ミラー６６ｂを備えていてもよい。図１７に示したように、入力ウインドウ６１ａと出力ウインドウ６１ｂとの間におけるレーザ光路上において、レーザ光が交差しないように、第１の凹面ミラー６６ａと第２の凹面ミラー６６ｂとが配置され、第１の凹面ミラー６６ａと第２の凹面ミラー６６ｂとによってレーザ光が複数回、反射され得る。第１の凹面ミラー６６ａと第２の凹面ミラー６６ｂとは、平面ミラーであってもよいが、好ましくはシリンドリカル凹面ミラーであってもよい。
このようなレーザ光路が交差しないスラブ型増幅器において、第１の凹面ミラー６６ａ及び第２の凹面ミラー６６ｂの少なくとも１つに、上記第１の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。または、入力ウインドウ６１ａ及び出力ウインドウ６１ｂの少なくとも１つに、上記第２の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。
（６．２ 同軸型スラブ増幅器）
図１８及び図１９は、上記第１及び第２の実施形態におけるスラブ型増幅器とは異なるタイプのスラブ型増幅器である同軸型スラブ増幅器の構成例を示している。図１９は、図１８に示した同軸型スラブ増幅器を図１８におけるＺ方向から見た一構成例を示している。図２における複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎの少なくとも１つに、図１８及び図１９に示した同軸型スラブ増幅器を適用してもよい。
同軸型スラブ増幅器は、円筒状の増幅チャンバ１６０と、入力ウインドウ１６１ａと、出力ウインドウ１６１ｂと、同軸状に配置された２つの円筒電極１６２ａ，１６２ｂと、第１ないし第８のミラー１７１〜１７８と、ＲＦ電源６５とを含んでもよい。
増幅チャンバ１６０は、内部にレーザ媒質としてＣＯ2レーザガスを収容してもよい。円筒電極１６２ａ，１６２ｂとＲＦ電源６５は、増幅チャンバ１６０の内部に入射されたシード光３５ａを、レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置であってもよい。円筒電極１６２ａ，１６２ｂは増幅チャンバ１６０の内部に設けられ、放電によって放電領域１６４においてレーザ媒質を励起するものであってもよい。ＲＦ電源６５は、円筒電極１６２ａ，１６２ｂにＲＦ電圧を供給するものであってもよい。励起装置によって励起されたレーザ媒質は、所望の波長の光と少なくとも１つの抑制対象波長の光とを増幅可能であってもよい。
増幅チャンバ１６０は互いに対向する第１の面と第２の面とを含んでいてもよい。第１の面側に、入力ウインドウ１６１ａと、第２のミラー１７２と、第４のミラー１７４と、第６のミラー１７６と、第８のミラー１７８とが配置されてもよい。第２の面側に、出力ウインドウ１６１ｂと、第１のミラー１７１と、第３のミラー１７３と、第５のミラー１７５と、第７のミラー１７８とが配置されてもよい。
図１９に示したように、シード光３５ａとしてのレーザ光が入射されるＺ方向側から見て、第１ないし第８のミラー１７１〜１７８が互いに重ならないように配置されてもよい。そして、入射されたレーザ光が、第１ないし第８のミラー１７１〜１７８によって順番に反射されるような配置となっていてもよい。第１ないし第８のミラー１７１〜１７８は、入射されたレーザ光が、同軸状に配置された２つの円筒電極１６２ａ，１６２ｂによって囲まれた空間を往復するように配置されてもよい。入射されたレーザ光は、２つの円筒電極１６２ａ，１６２ｂによって囲まれた空間で励起されたレーザ媒質中を通過することで増幅され、出力ウインドウ１６１ｂから増幅レーザ光３５ｂとして出力され得る。
このような同軸型スラブ増幅器において、第１ないし第８のミラー１７１〜１７８の少なくとも１つに、上記第１の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。また、入力ウインドウ１６１ａ及び出力ウインドウ１６１ｂの少なくとも１つに、上記第２の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。また、後述する図２３に示すような分光反射率特性を持つ波長選択膜が設けられてもよい。
（６．３ 高速軸流型増幅器）
図２０ないし図２２は、スラブ型以外のタイプのレーザ増幅器である高速軸流型増幅器の構成例を示している。図２１は、図２０に示した高速軸流型増幅器を図２０におけるＸ１−Ｘ１’線方向から見た断面構成例を示している。図２２は、図２０に示した高速軸流型増幅器の全体構成の一例を概略的に示している。
高速軸流型増幅器は、増幅チャンバ１３０と、入力ウインドウ１３１ａと、出力ウインドウ１３１ｂと、ブロア１３６と、第１ないし第８の放電管１４１〜１４８と、第１ないし第８のミラー１５１〜１５８と、ＲＦ電源６５とを含んでもよい。第１ないし第８の放電管１４１〜１４８にはそれぞれ、一対の電極１３２ａ，１３２ｂが配置されていてもよい。
第１ないし第８の放電管１４１〜１４８のそれぞれの内部には、レーザ媒質Ｇ１としてＣＯ2レーザガスが充填されてもよい。第１ないし第８の放電管１４１〜１４８のそれぞれにおいて、一対の電極１３２ａ，１３２ｂとＲＦ電源６５とを含む励起装置によって、レーザ媒質Ｇ１が励起されてもよい。ＲＦ電源６５は、第１ないし第８の放電管１４１〜１４８のそれぞれにおいて、一対の電極１３２ａ，１３２ｂにＲＦ電圧を供給するものであってもよい。励起装置によって励起されたレーザ媒質Ｇ１は、所望の波長の光と少なくとも１つの抑制対象波長の光とを増幅可能であってもよい。
高速軸流型増幅器は、上下方向に２段構成となっていてもよい。上段側には、入力ウインドウ１３１ａと、第１ないし第４の放電管１４１〜１４４と、第１ないし第４のミラー１５１〜１５４とが配置されていてもよい。下段側には、出力ウインドウ１３１ｂと、第５ないし第８の放電管１４５〜１４８と、第５ないし第８のミラー１５５〜１５８とが配置されていてもよい。
ブロア１３６は、上下方向に連通され、上段側と下段側とにおいて、第１ないし第８の放電管１４１〜１４８のそれぞれに対して同軸にレーザ媒質Ｇ１を循環させるものであってもよい。
この同軸型スラブ増幅器では、Ｚ軸方向から入射されたシード光３５ａとしてのレーザ光が、入力ウインドウ１３１ａを透過し、第１の放電管１４１に入射して増幅され得る。第１の放電管１４１内において増幅されたレーザ光は、第１のミラー１５１によって反射され、第２の放電管１４２に入射して増幅され得る。第２の放電管１４２内において増幅されたレーザ光は、第２のミラー１５２によって反射され、第３の放電管１４３に入射して増幅され得る。第３の放電管１４３内において増幅されたレーザ光は、第３のミラー１５３によって反射され、第４の放電管１４４に入射して増幅され得る。
第４の放電管１４４内において増幅されたレーザ光は、第４のミラー１５４によって反射され、さらに、第５のミラー１５５によって反射されて、第５の放電管１４５に入射して増幅され得る。第５の放電管１４５内において増幅されたレーザ光は、第６のミラー１５６によって反射され、第６の放電管１４６に入射して増幅され得る。第６の放電管１４６内において増幅されたレーザ光は、第７のミラー１５７によって反射され、第７の放電管１４７に入射して増幅され得る。第７の放電管１４７内において増幅されたレーザ光は、第８のミラー１５８によって反射され、第８の放電管１４８に入射して増幅され得る。
このような高速軸流型増幅器において、第１ないし第８のミラー１５１〜１５８の少なくとも１つに、上記第１の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。または、入力ウインドウ１３１ａ及び出力ウインドウ１３１ｂの少なくとも１つに、上記第２の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。また、後述する図２３に示すような分光反射率特性を持つ波長選択膜が設けられてもよい。
（６．４ ３枚以上のミラーを含むレーザ増幅器に適用可能な波長選択膜の分光反射率特性の組み合わせの例）
上記した同軸型スラブ増幅器及び高速軸流型増幅器のように、３枚以上のミラーを含むレーザ増幅器には、例えば図２３に示したような分光反射率特性Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を持つ３種類の波長選択膜を適用してもよい。さらに分光反射率特性Ｍ４を加えた４種類の波長選択膜を適用してもよい。
図２４は、図２３に示した４種類の波長選択膜の組み合わせを高速軸流型増幅器に適用した例を示す。図２４に示したように、第１のミラー１５１に分光反射率特性Ｍ１の波長選択膜を適用してもよい。第２のミラー１５２に分光反射率特性Ｍ２の波長選択膜を適用してもよい。第３のミラー１５３に分光反射率特性Ｍ３の波長選択膜を適用してもよい。第４のミラー１５４に分光反射率特性Ｍ４の波長選択膜を適用してもよい。第５のミラー１５５に分光反射率特性Ｍ４の波長選択膜を適用してもよい。第６のミラー１５６に分光反射率特性Ｍ３の波長選択膜を適用してもよい。第７のミラー１５７に分光反射率特性Ｍ２の波長選択膜を適用してもよい。第８のミラー１５８に分光反射率特性Ｍ１の波長選択膜を適用してもよい。これにより、レーザ光は、Ｍ１→Ｍ２→Ｍ３→Ｍ４→Ｍ４→Ｍ３→Ｍ２→Ｍ１の分光反射率特性で順に反射され得る。このように、４種類の波長選択膜によって２回ずつレーザ光が反射されるようにしてもよい。
図２５は、図２３に示した３種類の波長選択膜の組み合わせを高速軸流型増幅器に適用した例を示す。図２５に示したように、第１のミラー１５１に分光反射率特性Ｍ１の波長選択膜を適用してもよい。第２のミラー１５２に分光反射率特性Ｍ２の波長選択膜を適用してもよい。第３のミラー１５３に分光反射率特性Ｍ３の波長選択膜を適用してもよい。第４のミラー１５４に分光反射率特性Ｍ１の波長選択膜を適用してもよい。第５のミラー１５５に分光反射率特性Ｍ１の波長選択膜を適用してもよい。第６のミラー１５６に分光反射率特性Ｍ３の波長選択膜を適用してもよい。第７のミラー１５７に分光反射率特性Ｍ２の波長選択膜を適用してもよい。第８のミラー１５８に分光反射率特性Ｍ１の波長選択膜を適用してもよい。これにより、レーザ光は、Ｍ１→Ｍ２→Ｍ３→Ｍ１→Ｍ１→Ｍ３→Ｍ２→Ｍ１の分光反射率特性で順に反射され得る。このように、第４及び第８のミラー１５４，１５８に分光反射率特性Ｍ４に代えてＭ１の波長選択膜を適用することにより、図３によって説明した比較的ゲインの強い波長、例えばλ２＝１０．２４μｍの波長を効果的に減衰させるようにしてもよい。
（６．５ ３軸直交型増幅器）
図２６は、レーザ増幅器のさらに他の例として、３軸直交型増幅器の構成例を示している。図２７は、図２６に示した３軸直交型増幅器をＺ１−Ｚ１’線方向から見た断面構成例を示している。
３軸直交型増幅器は、増幅チャンバ１８０と、入力ウインドウ１８１ａと、出力ウインドウ１８１ｂと、一対の電極１８２ａ，１８２ｂと、第１のミラー１８３ａと、第２のミラー１８３ｂと、クロスフローファン１８６と、ＲＦ電源６５とを含んでもよい。３軸直交型増幅器はさらに、熱交換器１８９を含んでもよい。クロスフローファン１８６の両端にはモータ１８７と軸受け１８８とが接続されてもよい。
増幅チャンバ１８０は、内部にレーザ媒質としてＣＯ2レーザガスを収容してもよい。一対の電極１８２ａ，１８２ｂとＲＦ電源６５は、増幅チャンバ１８０の内部に入射されたシード光３５ａを、レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置であってもよい。一対の電極１８２ａ，１８２ｂは増幅チャンバ１８０の内部に設けられ、放電によって放電領域１８４においてレーザ媒質を励起するものであってもよい。ＲＦ電源６５は、一対の電極１８２ａ，１８２ｂにＲＦ電圧を供給するものであってもよい。励起装置によって励起されたレーザ媒質は、所望の波長の光と少なくとも１つの抑制対象波長の光とを増幅可能であってもよい。
３軸直交型増幅器では、クロスフローファン１８６によって、一対の電極１８２ａ，１８２ｂ間にレーザ媒質Ｇ１が循環供給され得る。ＲＦ電源６５から一対の電極１８２ａ，１８２ｂにＲＦ電圧を供給している状態で、入力ウインドウ１８１ａからシード光３５ａとなるレーザ光を増幅チャンバ１８０の内部に入射させてもよい。入射されたレーザ光は増幅チャンバ１８０の内部で第１のミラー１８３ａと第２のミラー１８３ｂとによって反射されながら、一対の電極１８２ａ，１８２ｂ間で励起されたレーザ媒質中を通過することで増幅され、出力ウインドウ１８１ｂから増幅レーザ光３５ｂとして出力され得る。
このような３軸直交型増幅器において、第１のミラー１８３ａ及び第２のミラー１８３ｂの少なくとも１つに、上記第１の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。また、入力ウインドウ１８１ａ及び出力ウインドウ１８１ｂの少なくとも１つに、上記第２の実施形態と同様の波長選択膜が設けられてもよい。
（６．６ 再生増幅器）
６．６．１ 構成
図２８は、レーザ増幅器の他の例として、再生増幅器２００を示している。再生増幅器２００におけるミラー及びウインドウの少なくとも１つに波長選択膜を設けてもよい。図２における複数の増幅器ＰＡ１，ＰＡ２，…ＰＡｋ，…ＰＡｎの少なくとも１つに、図２８に示した再生増幅器２００を適用してもよい。
再生増幅器２００は、増幅器１９０と、第１及び第２の共振器ミラー２０１ａ，２０１ｂと、第１及び第２のＥＯ（Electro Optic）ポッケルスセル２０２ａ，２０２ｂと、第１及び第２の偏光子２０３ａ，２０３ｂとを含んでいてもよい。再生増幅器２００はまた、第１及び第２のＥＯポッケルスセル２０２ａ，２０２ｂに電位を印加する図示しない電源を含んでいてもよい。
増幅器１９０は、スラブ型増幅器の他、３軸直交型増幅器や他の増幅器であってもよい。図２８では増幅器１９０として、スラブ型増幅器を例示する。増幅器１９０は、増幅チャンバ１９１と、第１及び第２の凹面ミラー６７ａ，６７ｂと、第１及び第２のウインドウ６８ａ，６８ｂと、一対の電極６９ａ，６９ｂとを含んでいてもよい。増幅器１９０はまた、一対の電極６９ａ，６９ｂにＲＦ電圧を供給する図示しないＲＦ電源を含んでいてもよい。
第１及び第２の凹面ミラー６７ａ，６７ｂは、第１のウインドウ６８ａと第２のウインドウ６８ｂとの間のレーザ光路上に設けられ、増幅チャンバ１９１の内部でレーザ光を反射してもよい。第１及び第２の凹面ミラー６７ａ，６７ｂは、平面ミラーであってもよい。第１及び第２のウインドウ６８ａ，６８ｂは増幅チャンバ１９１の壁に設けられていてもよい。
増幅チャンバ１９１は、内部にレーザ媒質としてＣＯ2レーザガスを収容してもよい。一対の電極６９ａ，６９ｂは、増幅チャンバ１９１の内部において、図２８の紙面に直交する方向に対向配置されていてもよい。一対の電極６９ａ，６９ｂと図示しないＲＦ電源は、ＲＦ電圧により発生させる放電によってレーザ媒質を励起する励起装置であってもよい。増幅チャンバ１９１の内部に入射されたレーザ光は、励起されたレーザ媒質を通過する際に増幅されてよい。励起装置によって励起されたレーザ媒質は、所望の波長の光と少なくとも１つの抑制対象波長の光とを増幅可能であってもよい。
増幅器１９０において、上記第１の実施形態と同様に、第１の凹面ミラー６７ａ、及び第２の凹面ミラー６７ｂのうち少なくとも１つに、波長選択膜が設けられていてもよい。または、上記第２の実施形態と同様に、第１のウインドウ６８ａ、及び第２のウインドウ６８ｂのうち少なくとも１つに、波長選択膜が設けられていてもよい。または、第１の凹面ミラー６７ａ、第２の凹面ミラー６７ｂ、第１のウインドウ６８ａ、及び第２のウインドウ６８ｂのいずれにも波長選択膜が設けられていなくてもよい。
再生増幅器２００において、第１の共振器ミラー２０１ａと第２の共振器ミラー２０１ｂとが、共振器を形成していてもよい。第１の共振器ミラー２０１ａと第２の共振器ミラー２０１ｂとの間の光路中に、第１及び第２のＥＯポッケルスセル２０２ａ，２０２ｂと、第１及び第２の偏光子２０３ａ，２０３ｂと、増幅器１９０とが配置されていてもよい。第１の共振器ミラー２０１ａ、及び第２の共振器ミラー２０１ｂのうち少なくとも１つに、上記第１の実施形態と同様の波長選択膜が設けられていてもよい。
第１及び第２の偏光子２０３ａ，２０３ｂはミラーの機能を備えていてもよい。第１の偏光子２０３ａ、及び第２の偏光子２０３ｂのうち少なくとも１つに、上記第１の実施形態と同様の波長選択膜が設けられていてもよい。第１及び第２の偏光子２０３ａ，２０３ｂは例えば、９．２７μｍ、９．５９μｍ、及び１０．２４μｍの波長の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光とを高透過する特性を有していてもよい。第１及び第２の偏光子２０３ａ，２０３ｂはまた、１０．５９μｍの波長の光に対しては、Ｓ偏光を高反射し、Ｐ偏光を高透過する特性を有していてもよい。ここで、Ｓ偏光は図２８において紙面に対して垂直な方向の偏光、Ｐ偏光は図２８において紙面に平行な方向の偏光であってもよい。なお、図２８において、光路中に付した黒塗りの丸印は紙面に対して垂直な偏光方向を示し、光路中に光路に直交して付した実線は紙面に平行な偏光方向を示してもよい。
再生増幅器２００は、マスタオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光がシード光３５ａとして入力されるような構成であってもよい。マスタオシレータ１１０は、ＣＯ2レーザの増幅波長域で発振する量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）であってもよい。再生増幅器２００は、マスタオシレータ１１０から出力されたパルスレーザ光がシード光３５ａとして入力される場合に限らず、他の増幅器から出力されたレーザ光がシード光３５ａとして入力されるような構成であってもよい。
６．６．２ 動作
再生増幅器２００では、図示しない電源によって電位を印加することにより第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを動作させてもよい。マスタオシレータ１１０は、例えば図２８の紙面に対して垂直な偏光方向のレーザ光を出力してもよい。マスタオシレータ１１０からのレーザ光は、第１の偏光子２０３ａによって反射され、電位の印加された第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを透過してもよい。レーザ光は、第１の偏光子２０３ａによって反射され、第１のＥＯポッケルスセル２０２ａに入射し、第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを透過することによって円偏光に変換され得る。その後、レーザ光は、第１の共振器ミラー２０１ａによって反射され、再び第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを透過することで、図２８の紙面に対して平行な方向の偏光に変換され得る。
レーザ光が第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを再び透過したら、第１のＥＯポッケルスセル２０２ａに対する図示しない電源をＯＦＦしてもよい。第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを再び透過したレーザ光は、第１の偏光子２０３ａを透過し、第１のウインドウ６８ａを介して増幅器１９０に入射してもよい。増幅器１９０に入射したレーザ光は、第１の凹面ミラー６７ａと第２の凹面ミラー６７ｂとの間で複数回反射することによって増幅チャンバ１９１内で増幅された後、第２のウインドウ６８ｂから出力され得る。
第２のウインドウ６８ｂから出力されたレーザ光は、第２の偏光子２０３ｂを高透過し、図示しない電源によって電位を印加していない第２のＥＯポッケルスセル２０２ｂを透過し得る。第２のＥＯポッケルスセル２０２ｂを透過したレーザ光は、第２の共振器ミラー２０１ｂで反射され、紙面に対して平行な方向の偏光で、再び第２のＥＯポッケルスセル２０２ｂ及び第２の偏光子２０３ｂを高通過し得る。その後、レーザ光は、第２のウインドウ６８ｂを介して再び増幅器１９０に入射してもよい。増幅器１９０に入射したレーザ光は、第１の凹面ミラー６７ａと第２の凹面ミラー６７ｂとの間で複数回反射することによって増幅チャンバ１９１内で増幅された後、第１のウインドウ６８ａから出力され得る。第１のウインドウ６８ａから出力されたレーザ光は、第１の偏光子２０３ａ及び第１のＥＯポッケルスセル２０２ａを高透過した後、第１の共振器ミラー２０１ａで反射され、再び第１のＥＯポッケルスセル２０２ａ及び第１の偏光子２０３ａを高透過し得る。
以上の工程を繰り返すことによって、レーザ光は、第１の共振器ミラー２０１ａと第２の共振器ミラー２０１ｂとによる共振器間を往復して、増幅され得る。この共振器による再生増幅光を外部に出力するときは、第２のＥＯポッケルスセル２０２ｂの図示しない電源をＯＮしてもよい。これにより、紙面に対して平行な方向の偏光を垂直な方向の偏光のレーザ光に変換し、再生増幅光を第２の偏光子２０３ｂで高反射させて増幅レーザ光３５ｂとして外部に出力してもよい。
６．６．３ 効果
再生増幅器２００では、第１及び第２の共振器ミラー２０１ａ，２０１ｂで反射される所望の波長以外の波長の光の増幅が抑制され得る。この結果、所望の波長のレーザ光は増幅される一方、所望の波長以外の光による自励発振が抑制され得る。再生増幅器２００では、増幅器１９０が上述の第１または第２の実施形態と同様の波長選択膜を備えることが可能である他、第１及び第２の共振器ミラー２０１ａ，２０１ｂにも同様の波長選択膜を適用し得る。さらに、第１及び第２の偏光子２０３ａ，２０３ｂにも、同様の波長選択膜が設けられたミラーの機能を付加し得る。このため、所望の波長以外の光による自励発振がさらに抑制され得る。
以上で説明した構成以外にも、例えば第１及び第２のＥＯポッケルスセル２０２ａ，２０２ｂにおける光の入出力端面に、上記第２の実施形態と同様の波長選択膜を設けてもよい。
［７．その他］
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不定冠詞「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 (13)

  1. レーザ媒質を収容するチャンバと、
    前記チャンバに設けられ、外部から所望波長のレーザ光を前記チャンバの内部に入射させる第１のウインドウと、
    前記チャンバの内部に入射された前記レーザ光を、前記レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置と、
    前記チャンバに設けられ、前記励起装置によって増幅された前記レーザ光を前記チャンバの外部に出力させる第２のウインドウと、
    前記第１のウインドウと前記第２のウインドウとの間のレーザ光路上に設けられた第１及び第２のミラーと、
    前記第１のウインドウまたは前記第１のミラーに設けられ、前記所望波長とは異なる抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第１の波長選択膜と、
    前記第２のウインドウまたは前記第２のミラーに設けられ、前記第１の波長選択膜とは波長の選択特性が異なり、前記抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第２の波長選択膜と
    を備え、
    前記第１のウインドウ及び前記第２のウインドウの組と前記第１のミラー及び前記第２のミラーの組とのいずれか１組に、前記第１の波長選択膜及び前記第２の波長選択膜が設けられている
    レーザ増幅器。
  2. 前記励起装置によって励起された前記レーザ媒質は、前記所望波長の光と前記抑制対象波長の光とを増幅可能である
    請求項１に記載のレーザ増幅器。
  3. 前記レーザ媒質は、ＣＯ2レーザガスである
    請求項２に記載のレーザ増幅器。
  4. 前記第１の波長選択膜が前記第１のミラーに設けられ、
    前記第２の波長選択膜が前記第２のミラーに設けられ、
    前記第１の波長選択膜及び前記第２の波長選択膜はそれぞれ、前記抑制対象波長の光に比べて前記所望波長の光に対して高い反射率を持つ
    請求項１に記載のレーザ増幅器。
  5. 前記第１の波長選択膜及び前記第２の波長選択膜はそれぞれ、高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層されたコーティング膜によって構成され、
    前記高屈折率材料はＺｎＳｅ及びＺｎＳのうちのいずれかであり、
    前記低屈折率材料はＴｈＦ4及びＰｂＦ2のうちのいずれかである
    請求項４に記載のレーザ増幅器。
  6. 前記第１のミラー及び前記第２のミラーの少なくとも一方は、前記第１の波長選択膜または前記第２の波長選択膜がコーティングされた基板を備え、
    前記基板の材料は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅまたはダイヤモンドを含む
    請求項４に記載のレーザ増幅器。
  7. 前記第１のミラー及び前記第２のミラーの少なくとも一方は、前記第１の波長選択膜または前記第２の波長選択膜がコーティングされた基板を備え、
    前記基板は温度調節機構を備え、
    前記温度調節機構は、前記基板に形成された温度調節媒体通路と温度調節器と温度調節媒体循環装置とを含む
    請求項４に記載のレーザ増幅器。
  8. 前記第１の波長選択膜が、前記第１のウインドウに設けられ、
    前記第２の波長選択膜が、前記第２のウインドウに設けられ、
    前記第１の波長選択膜及び前記第２の波長選択膜はそれぞれ、前記抑制対象波長の光に比べて前記所望波長の光に対して高い透過率を持つ
    請求項１に記載のレーザ増幅器。
  9. 前記第１の波長選択膜および前記第２の波長選択膜はそれぞれ、薄膜ポラライザである
    請求項８に記載のレーザ増幅器。
  10. 前記第１の波長選択膜および前記第２の波長選択膜はそれぞれ、高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に積層されたコーティング膜によって構成され、
    前記高屈折率材料はＺｎＳｅ及びＺｎＳのうちのいずれかであり、
    前記低屈折率材料はＴｈＦ4及びＰｂＦ2のうちのいずれかである
    請求項８に記載のレーザ増幅器。
  11. 前記第１のウインドウ及び前記第２のウインドウの少なくとも一方は、前記第１の波長選択膜または前記第２の波長選択膜がコーティングされた基板を備え、
    前記基板の材料は、ＺｎＳｅまたはダイヤモンドを含む
    請求項８に記載のレーザ増幅器。
  12. 所望波長のレーザ光を出力するマスタオシレータと、
    前記マスタオシレータからの前記レーザ光を増幅する少なくとも１つのレーザ増幅器と
    を含み、
    前記少なくとも１つのレーザ増幅器のうち、少なくとも１つは、
    レーザ媒質を収容するチャンバと、
    前記チャンバに設けられ、外部からのレーザ光を前記チャンバの内部に入射させる第１のウインドウと、
    前記チャンバの内部に入射された前記レーザ光を、前記レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置と、
    前記チャンバに設けられ、前記励起装置によって増幅された前記レーザ光を前記チャンバの外部に出力させる第２のウインドウと、
    前記第１のウインドウと前記第２のウインドウとの間のレーザ光路上に設けられた第１及び第２のミラーと、
    前記第１のウインドウまたは前記第１のミラーに設けられ、前記所望波長とは異なる抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第１の波長選択膜と、
    前記第２のウインドウまたは前記第２のミラーに設けられ、前記第１の波長選択膜とは波長の選択特性が異なり、前記抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第２の波長選択膜と
    を備え、
    前記第１のウインドウ及び前記第２のウインドウの組と前記第１のミラー及び前記第２のミラーの組とのいずれか１組に、前記第１の波長選択膜及び前記第２の波長選択膜が設けられている
    レーザ装置。
  13. ＥＵＶ光が生成されるプラズマチャンバと、パルスレーザ光を前記プラズマチャンバの内部に供給するレーザ装置とを備え、
    前記レーザ装置は、
    前記パルスレーザ光のシードとなる所望波長のレーザ光を出力するマスタオシレータと、
    前記マスタオシレータからの前記レーザ光を増幅する少なくとも１つのレーザ増幅器と
    を含み、
    前記少なくとも１つのレーザ増幅器のうち、少なくとも１つは、
    レーザ媒質を収容する増幅チャンバと、
    前記増幅チャンバに設けられ、外部からのレーザ光を前記増幅チャンバの内部に入射させる第１のウインドウと、
    前記増幅チャンバの内部に入射された前記レーザ光を、前記レーザ媒質を励起することによって増幅する励起装置と、
    前記増幅チャンバに設けられ、前記励起装置によって増幅された前記レーザ光を前記増幅チャンバの外部に出力させる第２のウインドウと、
    前記第１のウインドウと前記第２のウインドウとの間のレーザ光路上に設けられた第１及び第２のミラーと、
    前記第１のウインドウまたは前記第１のミラーに設けられ、前記所望波長とは異なる抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第１の波長選択膜と、
    前記第２のウインドウまたは前記第２のミラーに設けられ、前記第１の波長選択膜とは波長の選択特性が異なり、前記抑制対象波長の光の伝搬を抑制する第２の波長選択膜と
    を備え、
    前記第１のウインドウ及び前記第２のウインドウの組と前記第１のミラー及び前記第２のミラーの組とのいずれか１組に、前記第１の波長選択膜及び前記第２の波長選択膜が設けられている
    極端紫外光生成システム。
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