JP6793893B1 - レーザ増幅装置および極端紫外光発生装置 - Google Patents

Abstract

炭酸ガスを含む混合ガスを有する第１レーザ活性媒質を有し、半値全幅が１５ｎｓから２００ｎｓまでの間のパルスレーザ光を発振させるレーザ発振器（２０）と、炭酸ガスを含む混合ガスを有する第２レーザ活性媒質を有し、レーザ発振器（２０）から発振されるパルスレーザ光が第２レーザ活性媒質を通過することによって、半値全幅が５ｎｓから３０ｎｓの間のパルスレーザ光に短縮されて出力されるレーザ増幅器（３０）とを備える。

Description

本開示は、レーザ増幅装置及びレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置に関する。

特許文献１には、発振段レーザ装置から出力される時間とともに強度が増加するパルスレーザ光を、時間とともに減少する増幅率で増幅することで、レーザ光のパルス幅を伸長する技術が開示されている。

特開２０１３−０８４９７１号公報

特許文献１では、増幅器に入射するレーザ光のパルス幅が短いため、レーザ媒質の回転緩和の影響を受けて、増幅率が低下する問題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、増幅率の低下を防ぎ、かつ高出力の極端紫外光を発生可能なレーザ増幅装置及び極端紫外光発生装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この開示に係るレーザ増幅装置は、炭酸ガスを含む混合ガスを有する第１レーザ活性媒質を有し、半値全幅が１５ｎｓから２００ｎｓまでの間のパルスレーザ光を発振させるレーザ発振器と、炭酸ガスを含む混合ガスを有する第２レーザ活性媒質を有し、レーザ発振器から発振されるパルスレーザ光が第２レーザ活性媒質を通過することによって、半値全幅が５ｎｓから３０ｎｓの間のパルスレーザ光に短縮されて出力されるレーザ増幅器とを備える。レーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の強度が、最大強度の１０％まで上昇してから最大強度の９０％まで上昇するまでの時間である立ち上がり時間を、レーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の半値全幅によって除した値が０．７２より小さい。

本開示によれば、レーザ増幅器での増幅率の低下を防ぎ、かつ高出力の極端紫外光を発生可能なレーザ増幅装置を提供できる。

実施の形態１のレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置の構成を示す図 ＭＯＰＡ方式のＣＯ_２レーザにおけるレーザ増幅器の増幅のパルス幅依存特性を示す図 実施の形態１のレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置の詳細な構成を示す図 レーザ増幅器に入射されるパルスレーザ光のパルス幅とレーザ増幅器から出射されるパルスレーザ光のパルス幅との関係を示す図 スーパーガウシアン形状のレーザパルスを増幅した場合のパルス波形の変化過程を示す図 ガウシアン形状のレーザパルスを増幅した場合のパルス波形の変化過程を示す図 スーパーガウシアン形状のレーザパルスの形状の一例を示す図 比Ｔ_ｒと係数Ｐとの関係を示す図 レーザパルスの増幅過程におけるパルス形状および強度の変化を示す図 Ｑスイッチ・キャビティダンプ発振によるスーパーガウシアン形状のパルス発生の説明図 電気光学素子のスイッチング時間が長いときのガウシアン形状のパルス発生の説明図 パルス幅の異なるレーザパルスがレーザ増幅器に入射したときのパルス短縮を例示する図 パルス幅の異なるレーザパルスがレーザ増幅器に入射したときのパルス短縮を例示する図 実施の形態２のレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置の構成を示す図 実施の形態２のレーザ増幅装置において、レーザ発振器からレーザ増幅器へ進む往き光を示す図 実施の形態２のレーザ増幅装置において、レーザ増幅器からレーザ発振器へ進む戻り光を示す図 電気光学素子の印加電圧のタイムチャートおよびレーザ発振器から出力されるレーザパルスのタイムチャート 電気光学素子および偏光ビームスプリッタのパルス整形器としての動作を例示する図 電気光学素子および偏光ビームスプリッタのパルス整形器としての動作を例示する図 電気光学素子および偏光ビームスプリッタのパルス整形器としての動作を例示する図 実施の形態２のレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置の他の構成を示す図 レーザ増幅器に入出射されるレーザパルスを例示する図 レーザ増幅器に入出射されるレーザパルスを例示する図 実施の形態３のレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置の構成を示す図 実施の形態３のレーザ増幅装置を備える極端紫外光発生装置の他の構成を示す図 ＣＯ_２レーザ増幅器のガス圧を変えたときの増幅特性の一例を示す図 発振器から出力される繰返しパルスに強度の揺らぎがある場合を示す図 増幅後に繰返しパルスの揺らぎが減少したことを示す図 実施の形態４において、レーザ増幅器から出力されるパルス波形を推論する推論装置の一例を示す図 推論装置の処理手順を示すフローチャート 実施の形態４において、レーザ増幅器から出力されるパルス波形を学習する学習装置の一例を示す図 学習装置の処理手順を示すフローチャート 実施の形態４において、他の学習装置の一例を示す図

以下に、本開示の実施の形態にかかるレーザ増幅装置および極端紫外光発生装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１のレーザ増幅装置１０を備える極端紫外光発生装置１００の構成を示す図である。極端紫外光をＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光とも呼び、極端紫外光発生装置をＥＵＶ光発生装置とも呼ぶ。ＥＵＶ光発生装置１００は、露光装置の光源として使用され、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を発生する。ＥＵＶ光発生装置１００は、レーザ増幅装置１０と、ＥＵＶ光発生器４０とを備える。

レーザ増幅装置１０は、ＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）方式のレーザ増幅装置である。レーザ増幅装置１０は、レーザ発振器２０と、レーザ増幅器３０とを備える。レーザ発振器２０は、炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）を含む混合ガスで構成されるレーザ活性媒質を有する発振器を備え、パルスレーザ光２５を発生する。レーザ増幅器３０は、レーザ発振器２０から出力されたパルスレーザ光２５を増幅し、増幅されたパルスレーザ光３５をＥＵＶ光発生器４０に出力する。パルスレーザ光２５を入射レーザパルス２５とも呼び、パルスレーザ光３５を出射レーザパルス３５とも呼ぶ。また、パルスレーザ光をレーザパルスとも呼ぶ。

ＥＵＶ光発生器４０は、ドロップレットジェネレータ４１と、コレクタミラー４２とを備える。コレクタミラー４２は、レーザ増幅器３０から入射されたパルスレーザ光３５を透過する透過部を中央部に有する。ＥＵＶ光発生器４０では、ドロップレットジェネレータ４１から滴下したドロップレットＤＬにレーザ増幅器３０から入射されたパルスレーザ光３５が照射される。ドロップレットＤＬとしては、錫（Ｓｎ）、キセノン（Ｘｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）等が採用される。ドロップレットＤＬにパルスレーザ光３５が照射されると、ドロップレットＤＬはプラズマ化され、プラズマ化されたドロップレットＤＬから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光５０が発生する。発生したＥＵＶ光５０はコレクタミラー４２によって中間集光（ＩＦ：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｏｃｕｓ）点６０へ集光される。図１には示していないが、ＥＵＶ光発生器４０はドロップレットキャッチャー等も備えている。また、ＥＵＶ光発生器４０では、ＥＵＶ光出力を高めるためにプレパルスを照射しても良い。

極端紫外光発生装置１００においては、ドロップレットＤＬに照射されるパルスレーザ光３５のパルス幅が５ｎｓから３０ｎｓ程度のとき、ＥＵＶ光への変換効率が高くなり、高出力のＥＵＶ光が得られる。極端紫外光発生装置１００が適用される露光装置においては、ＩＦ点６０で２５０Ｗを超える高出力のＥＵＶ光が取得されることが望ましく、２０ｋＷを超えるパルスレーザ光３５が高出力のＥＵＶ光の発生には有効である。

したがって、極端紫外光発生装置１００においては、高出力のＥＵＶ光を得るには、５ｎｓから３０ｎｓのパルス幅を有し、かつ２０ｋＷ以上の出力を有するパルスレーザ光３５をターゲットであるドロップレットＤＬに照射することが望ましい。

図２に、ＭＯＰＡ方式のＣＯ_２レーザにおけるレーザ増幅器３０の増幅のパルス幅依存特性の一例を示す。図２の横軸は、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐをＣＯ_２分子の回転緩和時間τ_ｒで除した値τ_ｐ／τ_ｒを示している。パルス幅τ_ｐは、半値全幅で表している。図２の縦軸は規格化された引き出しエネルギーη_ｅｘｔを示している。規格化された引き出しエネルギーη_ｅｘｔとは、レーザ増幅器３０から引き出された引き出しエネルギーを、τ_ｐ≫τ_ｒのときの引き出しエネルギーで除した値である。以下、規格化された引き出しエネルギーη_ｅｘｔを、単に、引き出しエネルギーη_ｅｘｔとも呼ぶ。τ_ｐ≫τ_ｒとは、パルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐがＣＯ_２分子の回転緩和時間τ_ｒより十分大きいことを示している。図２の特性では、レーザ増幅器３０へ入射されるパルスレーザ光２５のフルエンスＥ_ｉｎはレーザ増幅器３０の飽和フルエンスＥ_ｓより十分大きいとしている。

図２によれば、値τ_ｐ／τ_ｒが大きければ大きいほど、別言すればレーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐが回転緩和時間τ_ｒより長ければ長いほど、引き出しエネルギーη_ｅｘｔは大きくなり、レーザ増幅器３０から引き出せるエネルギーが大きくなることが分かる。ＣＯ_２レーザの活性媒質のゲインスペクトルにおいて、圧力広がりが支配的となる、２０Ｔｏｒｒより大きな圧力では、回転緩和時間τ_ｒは典型的には数ｎｓ程度である。このため、高出力のＥＵＶ光発生に有効なパルス幅τ_ｐが５ｎｓ〜３０ｎｓのレーザパルスをレーザ増幅器３０へ入射させると、図２から判るように、引き出しエネルギーη_ｅｘｔはニアリーイコール１とはならず、レーザ増幅器３０からエネルギーを十分に引き出せない。その結果、レーザ増幅器３０の増幅率が低下し、ＩＦ点６０で得られるＥＵＶ光の出力を低下させる。

そこで、実施の形態１では、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐを１５ｎｓから２００ｎｓにすることで、ＣＯ_２分子の回転緩和の影響を抑えて増幅し、レーザ増幅器３０の増幅出力を向上させる。

図３は実施の形態１に係る極端紫外光発生装置１００のより詳細な構成例を示す図である。極端紫外光発生装置１００は、１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルス幅τ_ｐを有するパルスレーザ光２５を出力するレーザ発振器２０と、レーザ発振器２０から出力されたパルスレーザ光２５を増幅し、５ｎｓ〜３０ｎｓのパルス幅を有するパルスレーザ光３５を出力するレーザ増幅器３０と、レーザ増幅器３０から出力されたパルスレーザ光３５をターゲットであるドロップレットＤＬに照射し、ＥＵＶ光を発生させるＥＵＶ光発生器４０とを備えている。

図３では、レーザ発振器２０はＱスイッチ・キャビティダンプ発振器である。レーザ発振器２０は、ＣＯ_２ガスを含む混合ガスであるレーザ活性媒質２１と、電気光学素子２２と、偏光ビームスプリッタ２３と、共振器ミラー２４と、共振器ミラー２６とを備える。レーザ発振器２０から出力されたパルスレーザ光は、ミラー２７によってレーザ増幅器３０へと伝送される。レーザ発振器２０は、共振器ミラー２４および共振器ミラー２６によって共振器を構成する。ＣＯ_２ガスを含む混合ガスには、ＣＯ_２ガス以外にも例えば、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、一酸化炭素（ＣＯ）、キセノン（Ｘｅ）酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）等のガスが含まれても良い。レーザ発振器２０では、電気光学素子２２に印加する電圧を、例えば、５ｋＨｚ以上の高繰返し周波数で変調することで、Ｑスイッチ・キャビティダンプ発振によって１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルス幅τ_ｐを有するパルスレーザ光２５を発生する。図３では、レーザ発振器２０がＱスイッチ・キャビティダンプ発振する例を示しているが、Ｑスイッチ発振等のその他のパルス発振を用いても良い。また、レーザ発振器２０は、ＣＯ_２レーザの発振波長で発振可能な量子カスケードレーザ等のパルスレーザ発振器であっても良い。図３では電気光学素子２２を用いているが、音響光学素子を用いて１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルス幅を有するパルスレーザ光２５を発生させても良い。

レーザ増幅器３０は、ＣＯ_２ガスを含む混合ガスを増幅活性媒質として備える増幅器である。図３では、レーザ増幅器３０は、１段の増幅器を例示しているが、増幅器を複数個並べた複数段のレーザ増幅器を採用しても良い。レーザ増幅器３０での増幅出力が最大となるように、レーザ増幅器３０内でレンズ、ミラー等によってパルスレーザ光のビーム径を調整しても良い。レーザ増幅器３０に入射された１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルス幅τ_ｐを有するパルスレーザ光２５は、レーザ増幅器３０によって増幅され、５ｎｓ〜３０ｎｓのパルス幅を有するパルスレーザ光３５として出力される。

ＥＵＶ光発生器４０は、図１に示したように、ドロップレットジェネレータ４１と、コレクタミラー４２とを備える。

実施の形態１に係る構成では、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐを１５ｎｓ〜２００ｎｓにすることで、ＣＯ_２分子の回転緩和の影響を抑えて増幅することができ、レーザ増幅器３０の増幅出力の向上が可能である。以下説明のため、回転緩和時間τ_ｒを１．５ｎｓとして議論を進めるが、回転緩和時間τ_ｒを限定するものではない。

図４は、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐと、レーザ増幅器３０から出射されるパルスレーザ光３５のパルス幅との関係を示す図である。図４では、縦軸に出射レーザパルス３５のパルス幅（ｎｓ）を示し、横軸に入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐを示している。前述したように、ＥＵＶ光発生器４０において、ＥＵＶ光への変換効率が高くなるのは、出射レーザパルス３５のパルス幅が５ｎｓ〜３０ｎｓのときである。図４では、ＥＵＶ光への変換効率が高くなる、出射レーザパルス３５のパルス幅が５ｎｓ〜３０ｎｓの領域を、回転緩和時間τ_ｒが１．５ｎｓのときの規格化された引き出しエネルギーη_ｅｘｔの値によって、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、および領域Ｄを含む４つの領域に区切っている。

領域Ａは、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐが５ｎｓ〜１５ｎｓの領域であり、図２に示すように、規格化された引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＜０．５となる領域である。

領域Ｂは、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐが１５ｎｓ〜３０ｎｓの領域であり、図２に示すように、０．５＜η_ｅｘｔ＜０．７５となる領域である。

領域Ｃは、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐが３０ｎｓ〜５０ｎｓの領域であり、図２に示すように、０．７５＜η_ｅｘｔ＜０．９となる領域である。

領域Ｄは、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐが５０ｎｓ〜２００ｎｓの領域であり、図２に示すように、η_ｅｘｔ＞０．９となる領域である。

このように、レーザ増幅器３０の出力は、図４の右側に位置するほど高くなり、増幅出力が高い方から順に並べると、領域Ｄ、領域Ｃ、領域Ｂ、領域Ａとなる。

一般的な増幅動作では、レーザ増幅器に入射されるパルスレーザ光のパルス幅と、レーザ増幅器から出射されるパルスレーザ光のパルス幅とは大きく変化しないため、この場合のレーザ増幅器に入射されるパルスレーザ光のパルス幅は５ｎｓ〜３０ｎｓとなる。つまり、一般的な増幅動作の場合は、図４の破線Ｋ上で動作することが分かる。

これに対して、実施の形態１では、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅が１５ｎｓ〜２００ｎｓであるため、領域Ｂ、領域Ｃ、および領域Ｄの何れかで増幅動作することが分かる。領域Ｂ、領域Ｃ、および領域Ｄは、破線Ｋの右側に位置する領域であるため、実施の形態１では、一般的な増幅動作で得られる出力以上の増幅出力を得ることができる。以下、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５のパルス幅τ_ｐを、入射パルス幅τ_ｐと呼ぶ。

実施の形態１では、入射パルス幅τ_ｐが３０ｎｓ〜２００ｎｓである領域Ｃおよび領域Ｄにおいて、引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．７５となる。一般的な増幅動作では、図４の破線Ｋ上で動作し、破線Ｋは領域Ａおよび領域Ｂの一部であるため、引き出しエネルギーη_ｅｘｔが０．７５を超えることはない。従って、入射パルス幅τ_ｐが３０ｎｓ〜２００ｎｓのとき、一般的な増幅動作で得られる出力よりも高い増幅出力を得ることができる。

実施の形態１では、入射パルス幅τ_ｐが５０ｎｓ〜２００ｎｓである領域Ｄにおいて引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．９となる。従って、入射パルス幅τ_ｐが５０ｎｓ〜２００ｎｓのとき、一般的な増幅動作で得られる出力よりも高い増幅出力を得ることができる。加えて、図２に示すように、この領域では、引き出しエネルギーη_ｅｘｔは入射パルス幅τ_ｐに対して飽和し、入射パルス幅τ_ｐの変化に対して増幅出力の変化が小さくなる。従って、以下で説明する増幅時のパルス短縮が生じても、この領域では増幅率が低下しにくい特徴がある。そのため、入射パルス幅τ_ｐが５０ｎｓ〜２００ｎｓの領域では増幅率の低下を最小限に抑えながら、増幅することが可能である。

また、入射パルス幅τ_ｐは、引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．５となる１５ｎｓ以上としても良い。望ましくは引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．６となる２０ｎｓ以上としても良い。さらに望ましくは、引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．７５となる３０ｎｓ以上としても良い。さらに望ましくは、引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．８となる４０ｎｓ以上としても良い。さらに望ましくは、引き出しエネルギーη_ｅｘｔ＞０．９となる５０ｎｓ以上としても良い。

図２に示すように、入射パルス幅τ_ｐが２００ｎｓ以上のとき、引き出しエネルギーη_ｅｘｔはニアリーイコール１である。この領域では入射パルス幅τ_ｐをこれ以上長くしても、引き出しエネルギーη_ｅｘｔの値は増加せず、増幅出力の大きな向上は得られない。加えて、入射パルス幅τ_ｐが長ければ長いほど、レーザ増幅器３０から出力されるパルスレーザ光３５の尖頭値は減少する。従って、レーザパルスの尖頭値の減少を防ぎ、かつ、高い増幅出力を得るために、望ましくは、入射パルス幅τ_ｐは２００ｎｓ以下としても良い。レーザパルスの尖頭値の減少の詳細に関しては、後述する。

次に、レーザ増幅器３０での増幅時のパルス波形変化によるパルス短縮効果について説明する。図５にスーパーガウシアン形状のレーザパルスを増幅した場合のパルス波形の変化過程の一例を示す。ここでは、パルス形状の変化にだけ着目しているため、図５に示す各パルス波形の縦軸の最大値を等しくしているが、実際には増幅するにつれて縦軸の最大値は増加していく。横軸のｔは時間を、縦軸のＩは強度を示している。以後、ｔは時間を、Ｉは強度を示す記号として用いる。レーザ増幅器３０にレーザパルスを入射すると、増幅媒質に蓄積されたエネルギーをレーザパルスの前方部が先に消費する。そのため、残るエネルギーによって増幅されるレーザパルスの後方部の増幅率はレーザパルスの前方部の増幅率に比べて低くなる。ここで、レーザパルスの前方部とは、レーザ増幅器３０に先に入射する部分を指し、図５のレーザパルス波形のｔ＝０に近い部分を指す。レーザパルスの前方部が先にレーザ増幅器３０に蓄積されたエネルギーを消費することで図５に示すようにレーザパルスは増幅が進むにしたがって先鋭化し、結果として、入射レーザパルス２５に比べてパルス幅が短い出射レーザパルス３５が得られる。

これに対して、図６は入射レーザパルス２５を一般的なガウシアン形状の波形としたときの増幅時のパルス波形の変化過程の一例を示す図である。ガウシアン形状の場合、スーパーガウシアン形状に比べてレーザパルス前方部のエネルギー消費が小さいため、レーザパルスの先鋭化が生じにくい。この結果、スーパーガウシアン形状を入射した際に得られた程のレーザパルスの短縮効果は得られない。

このように、入射レーザパルス２５としてスーパーガウシアン形状のパルス波形を採用すれば、レーザ発振器２０から出力された１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルス幅を有するパルスレーザ光２５をレーザ増幅器３０に入射させて増幅することで、パルス幅５ｎｓ〜３０ｎｓのパルスレーザ光３５を出力することができる。

図７にスーパーガウシアン形状のレーザパルスの形状の一例を示す。時刻ｔ＝ｔ_０を対称中心とし、最大強度をＩ_０とし、半値全幅をτ_ｐとし、係数をＰとしたとき、スーパーガウス関数Ｉ_ｓｇ（ｔ）は、時間ｔの関数として、式（１）のように表すことができる。

式（１）において、係数Ｐが１のときスーパーガウス関数はガウス関数と一致する。図７に示すように、立ち上がり時間τ_ｂを強度Ｉが０．１Ｉ_０から０．９Ｉ_０に到達する間の時間と定義する。言い換えれば、パルスの時間波形において、強度Ｉがパルス光の最大強度の１０％の強度まで上昇してから最大強度の９０％の強度に上昇するまでの時間を立ち上がり時間τ_ｂと称する。同様に、強度Ｉがパルス光の最大強度の９０％に低下してから最大強度の１０％に低下するまでの時間を立ち下がり時間と称する。スーパーガウシアン波形の半値全幅τ_ｐと立ち上がり時間τ_ｂとの比をＴ_ｒ=τ_ｂ／τ_ｐとすると、比Ｔ_ｒと係数Ｐの関係は、図８のようになる。すなわち、係数Ｐが大きくなるほど、比Ｔ_ｒは小さくなっている。例えば、比Ｔ_ｒが０．７２に近いとき、係数Ｐは１に近いため、ガウシアン形状であることを意味する。比Ｔ_ｒが０．３５に近いとき、パルス波形はＰ＝２のスーパーガウシアン形状であることを意味する。比Ｔ_ｒ≪０．７２のとき、Ｐは１より十分大きい値となるため、パルス波形は矩形状に近い波形であることを意味する。

入射レーザパルス２５がスーパーガウシアン以外の任意の形状になる場合、例えば、立ち上がり時間と立ち下がり時間が異なる非対称のレーザパルスの場合でも同様に、Ｔ_ｒは半値全幅τ_ｐと立ち上がり時間τ_ｂとの比（Ｔ_ｒ=τ_ｂ／τ_ｐ）と定義する。本開示における説明では、立ち上がり時間と立ち下がり時間が等しいスーパーガウシアン形状で説明するが、パルスの形状を限定するものではない。また、非対称のレーザパルス等の任意の形状のパルス波形でも、対称なパルスと同様の効果を得ることができる。

図６で示したように、比Ｔ_ｒが０．７２に近い、ガウシアン形状に近い波形の場合、顕著なパルスの短縮効果を得ることはできないが、比Ｔ_ｒが０．７２より小さいスーパーガウシアン形状に近い波形の場合、顕著なパルスの短縮効果を得ることができる。また、比Ｔ_ｒが小さくなるにつれて、パルス波形は矩形状に近づいていき、より大きなパルス短縮効果が得られる。

パルスの短縮をもたらすパルス形状の変化は、入射レーザパルス２５に対するレーザ増幅器３０の引き出しエネルギーが大きいとき、言い換えればレーザ増幅器３０の増幅率が大きいとき、より顕著に現れる。図９はパルスの増幅過程における、パルス形状の変化およびパルス強度の変化の一例を示している。図９において、入射レーザパルス２５に対するレーザ増幅器３０からの引き出しエネルギーが小さい場合は、例えば、図９の左側に示すレーザパルス５３がレーザ増幅器３０に入射して増幅されるとき、図９の左から２番目に示すレーザパルス５４または図９の左から３番目の図面に示すレーザパルス５７のように、パルス波形にポストペデスタル５５が残ってしまう。ポストペデスタル５５とは、メインパルス５６の後方に現れるペデスタル形状の部分を指す。これは、レーザパルス５４またはレーザパルス５７においては、レーザ増幅器３０から引き出したエネルギー部であるメインパルス５６が小さく、入射レーザパルス５３のエネルギー部の寄与が大きくなるためである。これに対して、レーザ増幅器３０の増幅率が高いときは、図９の左から４番目の図面に示すレーザパルス５８のように、レーザ増幅器３０から引き出したエネルギー部であるメインパルス５６が大きいため、ポストペデスタル５５の無いパルス波形を得ることができる。

レーザ増幅器３０の増幅率は、ＥＵＶ光発生器４０で２５０Ｗを超えるＥＵＶ光を得るため、１０００倍以上であることが望ましい。以下にその理由を説明する。極端紫外光発生装置１００から出力されるＥＵＶ光出力が２５０Ｗより大きい場合、露光装置が１時間当たりに処理できるウェハ枚数が量産に適した１２５枚より大きくなる。従って、ＥＵＶ光出力＞２５０Ｗを満たすために、レーザ増幅器３０から出力されるパルスレーザ光３５の出力を２０ｋＷより大きくすることで、露光装置に最適なＥＵＶ光発生装置を取得することができる。レーザ発振器２０がＱスイッチ・キャビティダンプ発振器である場合、その出力は、電気光学素子２２の耐光強度によって数１０Ｗに制限される。レーザ発振器２０の出力は数１０Ｗであり、レーザ増幅器３０の出力には２０ｋＷより大きな出力が必要とされるので、レーザ増幅器３０の増幅率は１０００倍以上であることが望ましい。レーザ増幅器３０が複数段の増幅器である場合、最終段から出力されるレーザパルスの出力を、初段の増幅器に入射する前のレーザパルスの出力で除した値が１０００倍以上であることが望ましい。

また、レーザ発振器２０から単一の波長に限らず、複数の波長を有するレーザパルスを出力しても良い。複数の波長を出力するＣＯ_２レーザはマルチラインＣＯ_２レーザと呼ばれる。複数の波長を出力することで、レーザ増幅器３０の回転緩和による増幅率の低下の影響を抑制し、高い増幅出力を得ることができる。これらの複数の波長はＣＯ_２レーザの回転準位間の遷移波長であるのが望ましく、例えば、ＣＯ_２レーザで最大出力が得られるＰ（２０）の波長に加えて、Ｐ（１６）、Ｐ（１８）、Ｐ（２２）、Ｐ（２４）等のレーザパルスを出力しても良い。

図３では、レーザ増幅器３０に入射される１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルスレーザ光２５は、比Ｔ_ｒ＜０．７２のスーパーガウシアン形状のレーザパルスを例示している。このようなスーパーガウシアン形状のレーザパルスは、例えば、前述のＱスイッチ・キャビティダンプ発振によって実現することができる。Ｑスイッチ・キャビティダンプ発振では、共振器長をＬ、光速をｃとすると、出力されるレーザパルスのパルス幅τ_ｐは概ね２Ｌ／ｃと等しくなる。従って、２Ｌ／ｃが１５ｎｓ〜２００ｎｓとなるように、共振器長Ｌを選べばよい。図１０はＱスイッチ・キャビティダンプ発振によるスーパーガウシアン形状のパルス発生の説明図である。図１０の上段に示すように、電気光学素子２２のスイッチング時間、すなわち、共振器内損失が低損失な状態から高損失な状態に切り替わる時間が、パルス幅τ_ｐより十分に短いとき、Ｑスイッチ・キャビティダンプ発振で出力されるレーザパルスは急峻に立ち上がり、図１０の下段に示すように、Ｔ_ｒ＜０．７２のスーパーガウシアン形状が得られる。

これに対して、図１１の上段に示すように、電気光学素子２２のスイッチング時間が、例えば、パルス幅τ_ｐの半分程度であるとき、緩やかな電気光学素子２２のスイッチングによって、レーザパルスの急峻な立ち上がりが阻害され、結果としてレーザパルス波形は、図１１の下段に示すように、ガウシアン形状に近い形となる。

図５および図６で説明したように、レーザ増幅器３０におけるレーザパルスの短縮効果は、入射レーザパルス２５の形状だけでなくそのパルス幅τ_ｐにも依存する。これは、図４に示したように、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐに応じて、規格化された引き出しエネルギーη_ｅｘｔが異なるためである。引き出しエネルギーη_ｅｘｔが小さいとき、レーザ増幅器３０内のエネルギーを十分に引き出せないため、レーザパルスの前方部の先鋭化が生じにくく、レーザパルスの短縮も生じにくい。従って、前述したように、図４において、レーザパルスの短縮が生じやすい方から順に並べると、領域Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａの順となる。実施の形態１に係る構成では、一般的な増幅動作よりも引き出しエネルギーη_ｅｘｔを高くできるため、得られるパルスの短縮効果も大きくすることができる。

図１２および図１３は、パルス幅の異なるレーザパルスがレーザ増幅器３０に入射したときのパルス短縮の例を示している。図１２は入射レーザパルス２５のパルス幅が出射レーザパルス３５のパルス幅よりも長い場合を例示している。この場合、出射レーザパルス３５は急峻に立ち上がり、緩やかに立ち下がる形状となる。図１３は、入射レーザパルス２５のパルス幅が、図１２に示す入射レーザパルス２５よりもさらに長い場合を例示している。図１３に示す出射レーザパルス３５は、図１２に示す出射レーザパルス３５と同等のパルス幅であるが、図１３に示す出射レーザパルス３５は、図１２に示す出射レーザパルス３５よりもさらに長い立ち下がり時間を有する。このため、図１２に示す出射レーザパルス３５の出力と図１３に示す出射レーザパルス３５との出力が同じ場合、図１３に示す出射レーザパルス３５のほうが尖頭出力が小さくなる。前述したように、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐが２００ｎｓより大きいとき、引き出しエネルギーη_ｅｘｔは大きく変化しない。従って、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐを２００ｎｓより長くしても増幅出力は大きく変化しない。しかし、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐを長くすると、出射レーザパルス３５の立ち下がり時間が長くなる。そのため、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐを２００ｎｓより長くしていくと、増幅出力は大きく変化せず、立ち下がり時間は長くなるため、尖頭出力は減少していく。従って、入射レーザパルス２５のパルス幅τ_ｐは２００ｎｓ以下とすることで、高い増幅出力と尖頭値の高いパルスの両方を実現することができる。

このように実施の形態１では、レーザ発振器２０で、半値全幅が１５ｎｓから２００ｎｓまでの間のパルスレーザ光を発振させてレーザ増幅器３０に入射し、レーザ増幅器３０で増幅器レーザ活性媒質を通過させることによって、半値全幅が５ｎｓから３０ｎｓの間のパルスレーザ光にパルス幅を短縮して出力するようにしている。このため、実施の形態１では、高出力極端紫外光の発生に最適な５ｎｓから３０ｎｓの間の半値全幅を有し、かつ２０ｋＷ以上の高出力を有するパルスレーザ光を発生することができる。

また、実施の形態１では、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５の強度が最大強度の１０％まで上昇してから最大強度の９０％まで上昇するまでの時間である立ち上がり時間τ_ｂ を、レーザ増幅器３０に入射されるパルスレーザ光２５の半値全幅τ_ｐ によって除した値Ｔ_ｒ（=τ_ｂ／τ_ｐ）が０．７２より小さくなるように増幅動作を行うようにしているので、顕著なパルスの短縮効果を得ることができる。

実施の形態２．
図１４は実施の形態２に係るレーザ増幅装置１１０を備える極端紫外光発生装置２００の構成を示す図である。図１４では、レーザ増幅装置１１０は、レーザ発振器２０、伝送光学系１２０およびレーザ増幅器３０を有する。伝送光学系１２０は、偏光ビームスプリッタ７０と、電気光学素子７１と、偏光ビームスプリッタ７２と、ビームスプリッタ７３と、波形測定センサ７４と、ミラー７５とを備える。電気光学素子７１と偏光ビームスプリッタ７０と偏光ビームスプリッタ７２は、光アイソレータおよびパルス波形の整形器の両方として機能する。波形測定センサ７４は、レーザ増幅器３０に入射される前のパルスレーザ光の波形Ｉ_ｉｎを測定する。

図１５、図１６および図１７を使って、電気光学素子７１、偏光ビームスプリッタ７０および偏光ビームスプリッタ７２の光アイソレータとしての動作を説明する。図１５は、レーザ発振器２０からレーザ増幅器３０へ進む往き光を示している。図１６は、レーザ増幅器３０からレーザ発振器２０へ進む戻り光を示している。図１７は、電気光学素子７１で偏光を９０度回転するための印加電圧のタイムチャートおよびレーザ発振器２０から出力されるレーザパルスのタイムチャートを示す図である。また、図１７に網掛けＨが付されている領域は、図１７の印加電圧がオンになっている期間に対応する。

レーザ発振器２０から出力されたレーザパルスの繰返し周波数に同期して、偏光を９０度回転するための印加電圧を電気光学素子７１に印加する。すると、図１５に示すように、電気光学素子７１を通過した往き光は、図１７の上段に示す印加電圧のオン期間にのみ、垂直方向の偏光７７から水平方向の偏光７８に９０度回転する。その結果、図１７の下段に示すように、網掛けＨが付されたパルスのみが切り出されて、偏光ビームスプリッタ７２を透過し、それ以外は偏光ビームスプリッタ７２によって反射される。

レーザ増幅器３０側からの戻り光は、例えば、レーザ増幅器３０の自励発振光等である。レーザ増幅器３０側からの戻り光は、図１７の上段に示した電気光学素子７１への印加電圧と同期が取れないため、電気光学素子７１を通過しても偏光は回転せず、水平方向の偏光７８が維持される。この結果、レーザ増幅器３０側からの戻り光は、図１６に示すように、偏光ビームスプリッタ７０を透過せず、レーザ発振器２０には戻らない。したがって、レーザ発振器２０は戻り光の影響を受けずに安定して発振することができる。また、同様の原理を用いれば、電気光学素子７１、および偏光ビームスプリッタ７０および７２は、レーザ発振器２０とレーザ増幅器３０との間で生じる寄生発振を抑制することもできる。図１４では、偏光ビームスプリッタ７０、７２を例示しているが、同様の機能を有する光学素子であるＡＴＦＲ（Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）等を用いても良い。

図１８は、電気光学素子７１、偏光ビームスプリッタ７０および偏光ビームスプリッタ７２のパルス整形器としての動作を例示している。図１８に網掛けＨが付されている領域は、図１７に示したように、電気光学素子７１で偏光を９０度回転するための印加電圧がオンになっている期間に対応する。図３に示した１５ｎｓ〜２００ｎｓのパルス幅を有するレーザパルスは、Ｔ_ｒ＜０．７２のスーパーガウシアン形状を例示している。しかし、このスーパーガウシアン形状のレーザパルスには、図１８の左側に示すように、メインパルス１４の前にペデスタル１５が現れ、メインパルス１４の後にポストパルス１６等が現れる場合がある。このペデスタル１５またはポストパルス１６がレーザ増幅器３０に入射しレーザ増幅器３０内のエネルギーを消費すると、メインパルス１４の増幅の妨げとなる。そこで、図１８の網掛けＨで示すように、メインパルス１４のみの偏光を電気光学素子７１で９０度回転させて切り出すことで、波形測定センサ７４で測定されるパルスは、図１８の右側で示すように、ペデスタル１５およびポストパルス１６が除去されてメインパルス１４のみを含むようになる。図１８の右側で示すパルスでは、ペデスタル１５およびポストパルス１６が取り除かれているため、ペデスタル１５およびポストパルス１６がレーザ増幅器３０でエネルギーを消費せず、メインパルス１４の増幅出力が向上する。

図１９にパルス整形の第２の例を示す。図１９に網掛けＨが付されている領域は、図１７に示したように、電気光学素子７１で偏光を９０度回転するための印加電圧がオンになっている期間に対応する。図１９では、電気光学素子７１で偏光を９０度回転するための印加電圧のパルス幅を制御することで、電気光学素子７１から出射されるレーザパルス１８から、パルス幅１５ｎｓ〜２００ｎｓのレーザパルス１９を切り出している。この結果、実施の形態１で説明したように、レーザ増幅器３０から出力されるレーザパルスのパルス幅を５ｎｓ〜３０ｎｓにすることができ、ＥＵＶ光発生器４０でのＥＵＶ光出力を高めることができる。また、切り出されたレーザパルスが矩形状である場合、レーザ増幅器３０によるパルスのより顕著な短縮効果が得られる。

図２０にパルス整形の第３の例を示す。図２０に網掛けＨが付されている領域は、図１７に示したように、電気光学素子７１で偏光を９０度回転するための印加電圧がオンになっている期間に対応する。レーザ発振器２０をＱスイッチ発振等で発振させた場合、図２０の左側に示すレーザパルス１２のようなガウシアン形状となる場合がある。そこで、電気光学素子７１によって網掛けＨが付された領域、すなわちレーザパルス１２の後方部のみを切り出すことで、波形測定センサ７４では、図２０の右側で示すようなレーザパルス１３が測定される。このレーザパルス１３は、パルスの前方部の強度が後方部の強度よりも大きく、前方部が先鋭化した形をしている。このような形状のレーザパルス１３をレーザ増幅器３０に通すと、増幅によってパルス前方部の先鋭化が顕著に現れ、より顕著なパルスの短縮効果が得られる。

図２１は、図１４に示したレーザ増幅装置１１０を備える極端紫外光発生装置２００の変形例を示す図である。図２１では、図１４に示した極端紫外光発生装置２００に対し、ビームスプリッタ８１、波形測定センサ８２およびミラー９９が追加されている。レーザ増幅器３０から出力されるレーザパルスの一部をビームスプリッタ８１で取り出して、その波形を波形測定センサ８２で測定している。波形測定センサ８２では、レーザ増幅器３０から出力されたパルスレーザ光の波形Ｉ_ｏｕｔを測定する。波形Ｉ_ｏｕｔをモニタすることで、波形Ｉ_ｏｕｔがＥＵＶ光への変換に最適なレーザパルスであるかどうかを判断することができる。

図２２の左側に示したレーザパルスは、波形測定センサ７４で測定された、レーザ増幅器３０に入射されるレーザパルスの波形を示し、図２２の右側に示したレーザパルスは、波形測定センサ８２で測定された、レーザ増幅器３０から出射されるレーザパルスの波形の一例を示している。図２２に示すように、レーザ増幅器３０に入射前のレーザパルスは、レーザ増幅器３０での増幅後、メインパルスの後方部にポストペデスタル８３を含んだ波形となる場合がある。

そこで、波形測定センサ８２で測定されるパルス波形をモニタして、図２３の右側に示すレーザパルス８５のように、増幅後のレーザパルス波形にポストペデスタルが無くなるように、電気光学素子７１を調整して、図２３の左側で示すようなレーザパルス８４を切り出す。波形測定センサ８２を用いることで、図２３の左側で示すような、レーザパルス波形の最適な切り出しを実現でき、最適なレーザパルスをＥＵＶ光発生器４０に入射し、発生するＥＵＶ光出力を高めることができる。ここでは、ポストペデスタルが出ないように調整をしているが、ＥＵＶ光出力が向上するレーザパルス波形になるように、電気光学素子７１を調整してレーザパルスを切り出しても良い。

このように実施の形態２では、電気光学素子７１の偏光回転機能がオンになっている期間を制御することで、電気光学素子７１、偏光ビームスプリッタ７０および偏光ビームスプリッタ７２を光アイソレータとして機能させるようにしており、これによりレーザ発振器２０は戻り光の影響を受けずに安定して発振することができる。また、電気光学素子７１の偏光回転機能がオンになっている期間を制御することで、電気光学素子７１、偏光ビームスプリッタ７０および偏光ビームスプリッタ７２をパルス整形器として機能させるようにしており、これによりメインパルス１４の前後に現れるペデスタル１５またはポストパルス１６を除去したり、パルス幅を短縮整形したりすることができ、レーザ増幅器３０での増幅性能を向上させることができる。また、レーザ増幅器３０に入出力されるレーザパルスをモニタしており、これらのモニタ結果を用いて電気光学素子７１を制御しているので、最適なレーザパルスをＥＵＶ光発生器４０に入射することができる。

実施の形態３．
図２４は実施の形態３に係るレーザ増幅装置１３０を備える極端紫外光発生装置３００の構成を示す図である。図２４では、レーザ増幅装置１３０は、レーザ発振器２０、ミラー２７およびマルチパスレーザ増幅器３１を有する。図２４では、図３に示した極端紫外光発生装置１００におけるレーザ増幅器３０がマルチパスレーザ増幅器３１に置換されている。図３において、入射レーザパルス２５のフルエンスＥ_ｉｎがレーザ増幅器３０の飽和フルエンスＥ_ｓよりも十分に大きい場合、レーザ増幅器３０に蓄積されたエネルギーを十分に引き出すことができ、高い増幅出力を得ることができる。しかし、入射レーザパルス２５のフルエンスＥ_ｉｎがレーザ増幅器３０の飽和フルエンスＥ_ｓよりも小さい場合では、レーザ増幅器３０に蓄積されたエネルギーを十分に引き出すことができない。その結果、パルスの短縮効果も十分に得ることができない。そこで、入射レーザパルス２５のフルエンスＥ_ｉｎがレーザ増幅器３０の飽和フルエンスＥ_ｓよりも小さい場合には、図２４に示すように、マルチパスレーザ増幅器３１を採用することで、エネルギー引き出し効率をより上昇させることができる。その結果、高い増幅出力を得ることができ、結果として、高いＥＵＶ光出力を得ることができる。図２４ではパス数が５の５パス増幅器を例示しているが、パス数は２以上の数であれば良く、パス数は５に限定されるものではない。

入射レーザパルス２５のフルエンスＥ_ｉｎがレーザ増幅器３０の飽和フルエンスＥ_ｓよりも小さい場合等において、レーザ増幅器３０のガス圧を最適化すれば、より高い増幅出力かつ高ＥＵＶ光出力に最適なパルス波形を得ることができる。図２５の極端紫外光発生装置４００では、レーザ増幅器３３は、レーザガスのガス圧を調整するガス圧調整機構３２を備えている。他の構成は、図３に示した極端紫外光発生装置１００と同じである。ＣＯ_２レーザにおいて、飽和フルエンスＥ_ｓはガス圧Ｎに比例して増加する。従って、ガス圧Ｎを下げれば飽和フルエンスＥ_ｓは減少し、反対にガス圧Ｎを上げれば飽和フルエンスＥ_ｓは増加する。入射パルスのフルエンスＥ_ｉｎが同じとき、ガス圧Ｎを調整することで飽和フルエンスＥ_ｓを調整でき、レーザ増幅器３３から引き出せるエネルギーを調整することができる。

図２６はレーザ増幅器３３のガス圧Ｎを変えたときの増幅特性の一例を示すグラフである。初期ガス圧のときの飽和フルエンスをＥ_ｓ０とし、初期ガス圧よりガス圧を下げたときの飽和フルエンスをＥ_ｓ１、初期ガス圧よりガス圧を上げたときの飽和フルエンスをＥ_ｓ２とする。図２６に示すように、初期ガス圧からガス圧を下げると、Ｅ_ｓ１＜Ｅ_ｓ０となるため、増幅特性のグラフ３４はグラフ３７のように変化する。このとき、入射パルスのフルエンスＥ_ｉｎの増加に対して、増幅出力Ｅ_ｏｕｔの飽和特性がより顕著に現れる。対して、初期ガス圧からガス圧を上げると、Ｅ_ｓ０＜Ｅ_ｓ２となるため、増幅特性のグラフ３４はグラフ３８のように変化する。このとき、入射パルスのフルエンスＥ_ｉｎの増加に対して、増幅出力Ｅ_ｏｕｔの飽和特性は隠微となり、線形特性に近くなる。従って、入射レーザパルス２５のフルエンスＥ_ｉｎがレーザ増幅器３３の飽和フルエンスＥ_ｓよりも小さく、レーザ増幅器３３に蓄積されたエネルギーを十分に引き出せない場合等では、ガス圧を下げることで飽和フルエンスＥ_ｓを小さくすることができ、増幅出力を向上することができる。反対に、増幅出力を下げたい場合はガス圧を増加させれば良い。ガス圧を変化させると、レーザ増幅器３３の放電回路と増幅器間でインピーダンスの整合が取れなくなる場合がある。インピーダンスの不整合がある場合、放電に利用される電力である放電電力を有効に利用できない。従って、インピーダンスの整合を取ると、放電電力を有効利用することができ、増幅出力をさらに向上させることができる。

また、ガス圧を減少させる場合は、増幅出力が増大する以外に、増幅器からの引き出しエネルギーが増えるためにパルス短縮が顕著になるという効果も得られる。さらに、グラフ３７のような飽和増幅特性を利用すれば、レーザ発振器２０から出力される繰返しパルスの安定性の向上も図れる。以下でその説明を行う。図２７はレーザ発振器２０から出力される繰返しパルスに強度の揺らぎがある場合を示している。このような揺らぎがある場合、グラフ３７のように増幅出力が飽和するレーザ増幅器で増幅すれば、図２８に示すように増幅後の繰返しパルスの揺らぎを減少させることができる。結果として、パルス安定性を向上することができる。上記で説明したように、ガス圧調整機構３２によってガス圧を減少させると、増幅出力増大、顕著なパルス短縮、パルス安定性の向上の３つの効果を同時に得ることができる。本実施の形態において、回転緩和時間が数ｎｓとなるガス圧の範囲でガス圧を調整すると、上記３つの効果が期待できる。回転緩和時間が数ｎｓとなるのは、典型的には、２０Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ程度であるため、２０Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒの範囲でガス圧を調整すると良い。

入射パルスのパルス安定性の向上は、飽和傾向の増幅特性により得られる。従って、例えば、入射レーザパルス２５のフルエンスＥ_ｉｎがレーザ増幅器３０の飽和フルエンスＥ_ｓよりも十分に大きい場合、マルチパスレーザ増幅器３１の場合でも同様のパルス安定性の向上効果が得られる。

このように実施の形態３では、マルチパスレーザ増幅器３１を採用しているので、エネルギー引き出し効率をより上昇させることができ、高い増幅出力を得ることができる。また、レーザ増幅器３３のレーザガスのガス圧を下げるように調整しているので、レーザ増幅器の飽和フルエンスＥｓを小さくすることができ、レーザ増幅器の増幅出力を向上することができる。

実施の形態４．
図２９は、図１４または図２１に示したレーザ増幅装置１１０のレーザ増幅器３０から出力されるパルスレーザ光３５のパルス波形を推論する推論装置９０を示す図である。推論装置９０は、データ取得部９１と、推論部９２を備える。データ取得部９１は、図１４または図２１に示した波形測定センサ７４で測定した増幅前のレーザパルス波形Ｉ_ｉｎを取得する。推論部９２は、学習済モデル記憶部９３を利用して、レーザ増幅器３０で増幅した後のレーザパルス波形を推論する。すなわち、学習済モデル記憶部９３に記憶された学習済モデルに、データ取得部９１で取得したレーザパルス波形Ｉ_ｉｎを入力することで、推論部９２で推論された増幅後のパルス波形Ｉ_ｏｉｆを推論部９２から出力することができる。この推論装置９０を用いて、推論された増幅後のパルス波形Ｉ_ｏｉｆがＥＵＶ光発生に最適な５ｎｓ〜３０ｎｓのパルスとなるように、増幅前のパルス波形を、図１４に示した電気光学素子７１、偏光ビームスプリッタ７０および偏光ビームスプリッタ７２から成るパルス整形器によって最適化しても良い。この最適化によって、高出力ＥＵＶ光を発生させることができる。

図３０は、推論装置９０の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、データ取得部９１が波形測定センサ７４で測定された増幅前のパルス波形Ｉ_ｉｎを取得する。ステップＳ２では、推論部９２は、学習済モデル記憶部９３に記憶された学習済モデルにパルス波形Ｉ_ｉｎを入力し、推論された増幅後のパルス波形Ｉ_ｏｉｆを得る。ステップＳ３では、推論部９２は、学習済モデルにより得られたパルス波形Ｉ_ｏｉｆを極端紫外光発生装置２００に出力する。ステップＳ４では、極端紫外光発生装置２００は、推論されたパルス波形Ｉ_ｏｉｆを用いて、増幅後のパルスを５ｎｓ〜３０ｎｓのパルス幅をもつレーザパルス光へ最適化する。その結果、高出力ＥＵＶ光を発生させることができる。

図３１に、図２９で示した推論装置９０で用いる学習済モデルを生成する学習装置９４を例示する。この学習装置９４はデータ取得部９５、モデル生成部９６、および学習済モデル記憶部９３を備える。本実施の形態では、モデル生成部９６が用いる学習アルゴリズムが教師あり学習である場合を説明するが、教師なし学習、強化学習等の公知のアルゴリズムを用いても良い。データ取得部９５は、図２１に示した波形測定センサ７４で測定された増幅前のレーザパルス波形Ｉ_ｉｎおよび波形測定センサ８２で測定された増幅後のレーザパルス波形Ｉ_ｏｕｔを取得する。

モデル生成部９６はデータ取得部９５から出力されるレーザパルス波形Ｉ_ｉｎおよびレーザパルス波形Ｉ_ｏｕｔに基づいて生成される学習用データに基づいて、増幅後のパルス波形である出力Ｉ_ｏｉｆを学習する。すなわち、入力Ｉ_ｉｎおよびＩ_ｏｕｔから出力Ｉ_ｏｉｆを推測する学習済モデルを生成する。ここで、学習用データは、入力Ｉ_ｉｎおよびＩ_ｏｕｔを互いに関連付けたデータである。

図３２は、学習装置９４の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、データ取得部９５は入力Ｉ_ｉｎおよびＩ_ｏｕｔを取得する。なお、入力Ｉ_ｉｎおよびＩ_ｏｕｔを同時に取得する必要はなく、入力Ｉ_ｉｎおよびＩ_ｏｕｔを関連付けて取得できれば良く、それぞれを別のタイミングで取得しても良い。ステップＳ１１では、モデル生成部９６は、データ取得部９５によって取得される入力Ｉ_ｉｎおよびＩ_ｏｕｔの組み合わせに基づいて作成される学習データに従って、いわゆる教師あり学習により、出力Ｉ_ｏｉｆを学習し、学習済モデルを生成する。ステップＳ１２では、学習済モデル記憶部９３が、モデル生成部９６が生成した学習済みモデルを記憶する。

モデル生成部９６は、複数のＥＵＶ光発生装置に対して作成される学習用データに従って、出力Ｉ_ｏｉｆを学習しても良い。例えば、同一のエリアで使用される複数のＥＵＶ光発生装置から学習用データを取得しても良いし、異なるエリアで独立して動作する複数のＥＵＶ光発生装置から学習用データを取得しても良い。また、学習用データを収集するＥＵＶ光発生装置を途中で対象に追加したり、対象から除去しても良い。さらに、あるＥＵＶ光発生装置に関して出力Ｉ_ｏｉｆを学習した学習装置を、これとは別のＥＵＶ光発生装置に適用し、別のＥＵＶ光発生装置に関して出力Ｉ_ｏｉｆを再学習して更新するようにしても良い。

また、モデル生成部９６で用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習（Ｄｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。

図３３では、学習装置９７は、複数の異なるパラメータ値を含む入力セット９８と、入力Ｉ_ｏｕｔを学習データとして、出力Ｉ_ｏｉｆを学習している。入力セット９８は、増幅前のパルス波形Ｉ_ｉｎと、レーザ増幅器３０のガス圧と、レーザ増幅器３０内のパス数をパラメータとして含む。入力セット９８には、実施の形態１〜３で説明した増幅後のパルス波形を変化させ得る要素を入力すれば良い。入力セット９８には、例えば、レーザ増幅器３０の放電電力、レーザ発振器２０の出力等の要素を加えても良い。

モデル生成部９６は、データ取得部９５によって取得される入力セット９８と入力Ｉ_ｏｕｔに基づいて作成される学習データに従って、いわゆる教師あり学習により、増幅後のパルス波形である出力Ｉ_ｏｉｆを学習し、学習済モデルを生成する。学習済モデル記憶部９３は、モデル生成部９６が生成した学習済モデルを記憶する。

学習装置９７で学習した学習済モデルを推論装置９０へ適用する場合は、図２９に示すデータ取得部９１は入力Ｉ_ｉｎの代わりに入力セット９８を取得する。図２９の推論部９２は学習済モデル記憶部９３に記憶された学習済モデルを利用して、レーザ増幅器３０で増幅した後のパルス波形を推論する。すなわち、学習済モデルに、データ取得部９１で取得した入力セット９８を入力することで、推論部９２で推論される増幅後のパルス波形Ｉ_ｏｉｆを推論部９２から出力することができる。推論された増幅後のパルス波形Ｉ_ｏｉｆがＥＵＶ光発生に最適な５ｎｓ〜３０ｎｓのパルスとなるように、増幅前のパルス波形、レーザ増幅器３０のガス圧、レーザ増幅器３０内のパス数などの要素を最適化してもよい。この最適化によって、高出力ＥＵＶ光を発生させることができる。また、入力Ｉ_ｉｎを複数の要素を含む入力セット９８とすることで、複数の要素を最適化することができ、より高出力のＥＵＶ光を発生できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。また、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１０，１１０，１３０ レーザ増幅装置、２０ レーザ発振器、２１ レーザ活性媒質、２２，７１ 電気光学素子、２３，７０，７２ 偏光ビームスプリッタ、２４，２６ 共振器ミラー、２５ パルスレーザ光（入射レーザパルス）、３０，３３ レーザ増幅器、３１ マルチパスレーザ増幅器、３２ ガス圧調整機構、３５ パルスレーザ光（出射レーザパルス）、４０ ＥＵＶ光発生器、４１ ドロップレットジェネレータ、４２ コレクタミラー、５０ ＥＵＶ光、６０ 中間集光点、７０，７２ 偏光ビームスプリッタ、７４，８２ 波形測定センサ、９０ 推論装置、９４，９７ 学習装置、１００，２００，３００，４００ 極端紫外光発生装置（ＥＵＶ光発生装置）、１２０ 伝送光学系。

Claims (7)

1. 炭酸ガスを含む混合ガスを有する第１レーザ活性媒質を有し、半値全幅が１５ｎｓから２００ｎｓまでの間のパルスレーザ光を発振させるレーザ発振器と、
   炭酸ガスを含む混合ガスを有する第２レーザ活性媒質を有し、前記レーザ発振器から発振される前記パルスレーザ光が前記第２レーザ活性媒質を通過することによって、半値全幅が５ｎｓから３０ｎｓの間のパルスレーザ光に短縮されて出力されるレーザ増幅器と、
   を備え、
   前記レーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の強度が、最大強度の１０％まで上昇してから前記最大強度の９０％まで上昇するまでの時間である立ち上がり時間を、前記レーザ発振器から出力されるパルスレーザ光の半値全幅によって除した値が０．７２より小さいことを特徴とするレーザ増幅装置。
2. 前記レーザ発振器と前記レーザ増幅器との間の前記パルスレーザ光の光路に設置される第１の偏光ビームスプリッタを含む少なくとも一つの偏光ビームスプリッタと、
   前記第１の偏光ビームスプリッタと前記レーザ発振器との間の前記パルスレーザ光の光路に設置され、入射されたパルスレーザ光の一部のみが前記第１の偏光ビームスプリッタを透過できるように９０度偏光制御を行う電気光学素子と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ増幅装置。
3. 前記電気光学素子は、入射されたパルスレーザ光の前半部および後半部が前記第１の偏光ビームスプリッタで反射され中央部のみが透過されるパルス幅整形が行われるように、前記９０度偏光制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のレーザ増幅装置。
4. 前記混合ガスは、ガス圧が２０Ｔｏｒｒから１００Ｔｏｒｒの間であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ増幅装置。
5. 前記レーザ増幅器は、前記パルスレーザ光が前記第２レーザ活性媒質に入射してから出射するまで光路であるパスを複数備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ増幅装置。
6. 前記レーザ増幅器に入射される前記パルスレーザ光の強度の時系列波形を示す第１の信号および前記レーザ増幅器から出射される前記パルスレーザ光の強度の時系列波形を示す第２の信号を取得するデータ取得部と、
   前記第１の信号と前記第２の信号とに基づき、前記第１の信号を前記レーザ増幅器に入射させた場合に出力される前記パルスレーザ光の強度の時系列波形を推定するための学習を実行する学習部と、
   前記学習部で学習した結果に基づき、前記第１の信号を前記レーザ増幅器に入射させた場合に出力されるパルスレーザ光の強度の時系列信号を推定する推定部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ増幅装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ増幅装置と、
   前記レーザ増幅装置から出力された前記パルスレーザ光をターゲットに照射して極端紫外光を発生する極端紫外光発生器と、
   を備えることを特徴とする極端紫外光発生装置。