JP6899835B2 - 光アイソレータを備えたドライバレーザ装置および該ドライバレーザ装置を備えたｅｕｖビーム生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＵＶビーム生成装置のためのドライバレーザ装置に関し、このドライバレーザ装置は、第１の方向に伝播する（パルス）レーザビームを生成するためのビーム源と、第１の方向に伝播するレーザビームを増幅するための少なくとも１つの光増幅器と、少なくとも１つの光アイソレータと、を含んでいる。本発明は、その種のドライバレーザ装置を備えたＥＵＶビーム生成装置にも関する。

いわゆるレーザ生成プラズマ、すなわち、ＬＬＰ（Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＵＶ光源ないしＥＵＶビーム生成装置は、パルスレーザビーム（すなわち、一連のレーザパルス）を生成するためのビーム源、例えばＣＯ₂レーザを含んでいるドライバ装置を有している。パルスレーザビームは、典型的には、ドライバレーザ装置の増幅装置の複数の光増幅器によって増幅される。ドライバレーザ装置によって生成されて増幅されたレーザビームは、ビームガイド装置を介してフォーカシング装置に供給され、このフォーカシング装置は、レーザビームを、例えば滴状のスズの形態のターゲット材料が提供される目標領域に焦点合わせし、ターゲット材料はレーザビームが照射されるとプラズマ状態に移行し、その際に、ＥＵＶビームを放出する。

そのようなＥＵＶビーム生成装置においては、パルスレーザビームの一部が、ターゲット材料において後方反射されて、ビームガイド装置と、増幅装置の光学増幅器とを逆方向に通過するので、後方反射されたレーザビームも同様に増幅される。これによって、光増幅器における増幅媒体の増幅が弱まり、その結果、前進方向、すなわち、ターゲット材料の方向に伝播するレーザビームを増幅する際に最大達成可能な出力が低下する。典型的には、ビーム源を後方反射されたレーザビームによる破壊から保護するために、後方反射されたレーザビームをフィルタリングすることも必要になる。例えばファラデーアイソレータの形態または電気光学変調器の形態の従来の光アイソレータが使用される場合、この光アイソレータはレーザビームの制限的な最大出力までしか実現することができない。何故ならば、そのような制限を行わなければ、後方反射されたレーザビームによって光アイソレータに被害が及ぼされるからである。

国際公開第２０１５／０８２００４号（ＷＯ ２０１５／０８２００４ Ａ１）からは、例えばＥＵＶビーム生成装置のドライバレーザ装置のための増幅装置が公知となっており、この増幅装置は、偏光装置および移相装置を含んでいる光アイソレータを有している。少なくとも、偏光装置は、レーザビームが５００Ｗを上回るレーザ出力を有している個所に位置決めされている。

上記において説明したように構成されている光アイソレータにおける光学的なフィルタリングによって、光アイソレータのフィルタ要素においては、典型的には、熱レンズが形成され、この熱レンズは、前進するレーザビームないし前進するレーザ光線の発散ないしビーム特性を不利に変化させる。さらに、フィルタリングを行う光学素子の最大性能限界に達すると、ＥＵＶビーム生成装置ないしＥＵＶリソグラフィ装置をスイッチオフしなければならない。ＥＵＶリソグラフィ装置の再始動は顕著な時間損失を引き起こすので、それによってＥＵＶリソグラフィ装置の生産性が低下する。

さらには、この用途においては、偏光ないし移相の原理を基礎とする光アイソレータが、その構造様式に起因して、特定の位相ジャンプないし特定の移相（例えば１８０°）を有するレーザビームしか抑制することができないという問題も生じる。この位相ジャンプないしこの移相に関する値は、滴状の部分における反射時に維持されないこともあるので、その滴状の部分において反射されたレーザビームも、この理由から、そのような光学アイソレータによって完全に抑制することはできない。

国際公開第２０１５／０４５１０２号（ＷＯ ２０１５／０４５１０２ Ａ１）には、パルスレーザビームを放射するマスタ発振器を有しているレーザ装置が記載されている。パルスレーザビームは、そのパルスビームの光路に配置されている複数の光学増幅器において増幅される。レーザ装置は、付加的に、光反射器を有することができ、この光反射器によって、パルスレーザビームは光反射器を通過することができ、その際、光反射器は、複数の増幅器において生成される自己発振ビームを反射する。レーザ装置は、ビーム吸収器も有しており、このビーム吸収器は、光反射器によって反射される自己発振ビームを受け取って吸収する。

米国特許出願公開第２０１５／０２０８４９４号明細書（ＵＳ ２０１５／０２０８４９４ Ａ１）には、ＥＵＶ光源が記載されており、このＥＵＶ光源においては、ターゲット材料が目標位置に提供され、また、目標位置の方向へと伝播する増幅されたレーザビームが焦平面において焦点合わせされる。目標位置は、焦平面外に位置しており、増幅されたレーザビームとターゲット材料との相互作用によって、ターゲット材料の少なくとも一部がプラズマに変換され、ＥＵＶビームを放射する。このようにして、ＥＵＶ光源における後方反射が低減されている。

米国特許第４，１９４，８１３号明細書（ＵＳ ４，１９４，８１３）からは、レーザによって照射されるターゲットに由来する後方反射を抑制するための光アイソレータが公知となっている。光アイソレータは、真空チャンバ内に配置されており、また、絞り開口を備えている、例えばアルミニウム製またはタンタル製のディスクを有しており、絞り開口は、チャンバを通って案内されている、レーザのビーム路に配置されている。アイソレータは、絞り開口の縁部にダメージを与えて、その際にプラズマを生成するために、レーザビームを絞り開口の縁部に焦点合わせするための手段を付加的に有している。米国特許第４，１９４，８１３号明細書（ＵＳ ４，１９４，８１３）には、ＣＯ₂レーザビームを、ターゲットにおける後方反射から保護するための別の方法が公知であることも開示されており、その方法は、通常の場合、空気中のプラズマ放電の発生を含む。そのような方法は、レーザパルス自体によるまたは補助レーザビームによる、マイラー（登録商標）から成るフィルムにおける放電を含む。別の方法は、焦点の近傍におけるガス放電を含み、この別の方法においては、反射器が使用されて、レーザビームの縁部領域のエネルギが中心に集中され、その結果、レーザビームの電界が空気中のプラズマ点弧閾値を上回る。他の場所では、過電圧パルスの使用によって放電が小さい領域において形成され、その際、パルスはレーザビームと同期されている。

後方反射の問題の他に、光増幅装置における、または、一般的には光増幅器におけるレーザパルスの増幅の際に、いわゆる自己レーザ発振（「セルフレージング（ｓｅｌｆ−ｌａｓｉｎｇ）」）、ないし、いわゆるＡＳＥ（「ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ」）、すなわち、自然放射増幅光が生じる可能性があり、これは各増幅段における増幅を制限する虞があり、また、最悪のケースにおいては、それどころか各増幅段を破壊する虞がある。ＡＳＥは信号バックグラウンド比を高め、その結果、パルスレーザビームの形態ないしレーザパルスの形態の増幅すべき入力信号が存在しない場合であっても、光増幅器においてビームが生成される。確かに、増幅装置における自己レーザ発振を反射性の表面の縮小によって限定し、それによって通過の数を低減することができるが、しかしながら、通常の場合は、完全に抑制することはできない。

国際公開第２０１５／０８２００４号 国際公開第２０１５／０４５１０２号 米国特許出願公開第２０１５／０２０８４９４号明細書 米国特許第４，１９４，８１３号明細書

論文「Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ａｉｒ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｔ ０．５３ μｍ」、Ｗ．Ｅ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ等著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４３（４）、１９８３年、３５２〜３５４頁 論文「Ｆｏｃａｌ−ｌｅｎｇｔｈ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ａｉｒ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｂｙ ａ ２０−ｐｓｅｃ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２４（５）、１９７４年 論文「Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ ｉｎ ｒａｒｅ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｇａｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｄ １０．６μｍ ｒａｄｉａｔｉｏｎ」、Ｇ．Ａ．Ｈｉｌｌ等著、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．１１、１９７２年

発明の課題
本発明が基礎とする課題は、プラズマ後方反射からの効率的な保護、また、必要に応じて自己レーザ発振の抑制を実現する、冒頭で述べたようなドライバレーザ装置およびＥＵＶビーム生成装置を提供することである。

発明の対象
この課題は、冒頭で述べたようなドライバレーザ装置によって解決され、このドライバレーザ装置においては、光アイソレータが、ガスが充填されており、かつ、第１の方向に伝播するレーザビームが通過するチャンバを有しており、さらに光アイソレータが、第１の方向とは反対方向の第２の方向に伝播するレーザビームがチャンバを通過することを抑制するために、チャンバのガスにおいてプラズマをパルス式に点弧するように構成されているプラズマ生成装置を有している。第２の方向に伝播するレーザビームは、典型的には、ビーム源によって生成され、増幅装置において増幅され、増幅装置へと後方反射されたレーザビームである。

本発明によるドライバレーザ装置においては、プラズマ生成装置が、プラズマのパルス式の点弧ないしガス放電のために、チャンバ内に存在するガスに直接的に作用を及ぼすように、すなわち、チャンバ内のガスと直接的に相互作用するように構成されている。冒頭で述べたような米国特許第４，１９４，８１３号明細書（ＵＳ ４，１９４，８１３）とは異なり、本明細書に記載するプラズマ生成装置においては、プラズマが、レーザビームと、例えば絞りないし絞り開口の縁部の形態の、チャンバ内に存在する蒸発可能な材料との相互作用によって生成されるのではない。例えば、チャンバ内に、例えば絞りの形態の蒸発可能な材料を設ける必要はない。チャンバ内に蒸発可能な材料、例えば絞りが配置されている場合、チャンバのガスにおいてプラズマが生成される個所は、絞りから距離を置いており、したがって、この場合においても、ガス放電ないしプラズマ生成は、プラズマ生成装置が、チャンバ内に存在するガスに直接的に作用を及ぼすことによって、または、プラズマ生成装置と、チャンバ内に存在するガスとが相互作用することによって行われ、材料の気化を介して間接的に行われるのではない。

チャンバは、典型的には、第１の方向に伝播するレーザビームをチャンバに入射させるための入射窓と、第１の方向に伝播するレーザビームをチャンバから出射させるための出射窓と、を有している。第２の方向に伝播するパルスレーザビームは、プラズマのパルス式の点弧ないしガス放電によって、典型的には、チャンバを通過することが阻止される。すなわち、第２の方向に伝播するレーザビームは、出射窓においてチャンバに入射するが、しかしながら、入射窓においてチャンバから出射されることは一切ないか、または、少なくとも顕著に弱められて出射される。プラズマ生成装置とチャンバのガスとの相互作用が行われるチャンバ内の個所は、基本的に任意であるが、しかしながら、通常の場合は、第２の方向に伝播するレーザビームがチャンバを通過することを効果的に阻止するために、または、可能な限り強く抑制するために、第１ないし第２の方向に伝播するレーザビームのビーム路と少なくとも部分的に交差する。

本明細書に記載する解決手段は、原則として、ガスレーザによって、例えばＣＯ₂ガスレーザによって生成され、相応の光増幅器において増幅されるレーザビームにも、また、固体レーザまたは必要に応じて別のレーザ、例えばファイバレーザによって生成され、相応の光増幅器において増幅されるレーザビームにも適している。レーザビームを用いたプラズマの生成は、例えば、Ｗ．Ｅ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ等の論文、「Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ａｉｒ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｔ ０．５３ μｍ」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４３（４）、１９８３年、３５２〜３５４頁、または、論文「Ｆｏｃａｌ−ｌｅｎｇｔｈ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ａｉｒ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｂｙ ａ ２０−ｐｓｅｃ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２４（５）、１９７４年、より公知となっている。

１つの実施形態においては、光アイソレータが、第１の方向に伝播するレーザビームをチャンバにおいてレーザビーム焦点に焦点合わせするためのフォーカシング装置を付加的に含んでおり、また、好適には、レーザビーム焦点から出発し、かつ、第１の方向に伝播するレーザビームを視準するための視準装置も含んでいる。典型的には、第１の方向に伝播するレーザビームは、入射窓を通過して視準されてチャンバに入射し、また、出射窓を通過して視準されてチャンバから出射される。フォーカシング装置および視準装置は、特に、ビーム望遠鏡を形成することができる。すなわち、フォーカシング装置および視準装置は実質的に、それらの焦点距離だけ相互に距離を置いて配置されている。レーザビーム焦点においては、レーザビームがチャンバ内でのその最大強度を有しているので、ガス放電ないしプラズマは、第２の方向に伝播するレーザビームによって点弧される場合には、典型的には、レーザビーム焦点の領域において生成される。フォーカシング装置も視準装置も、例えばミラーの形態の１つまたは複数の反射性光学素子、および／または、例えばレンズの形態の１つまたは複数の透過性光学素子を有することができる。

１つの別の実施形態においては、チャンバのガスにおける、特にレーザビーム焦点における、第１の方向に伝播するレーザビームの強度が、チャンバのガスにおいてガス放電を点弧するためのプラズマ点弧閾値よりも低く、また、チャンバのガスにおける、特にレーザビーム焦点における、第２の方向に伝播するレーザビームの強度は、チャンバのガスにおいてガス放電を生じさせるためのプラズマ点弧閾値よりも高い。この場合には、第２の方向に伝播するパルスレーザビームによって、チャンバのガスにおいて、ガス放電ないしプラズマが点弧される。第２の方向に伝播するレーザビームは、プラズマにおいて（強度に応じて）吸収または反射され、したがって、第２の方向に伝播するレーザビームがビーム源の方向へと、また、必要に応じてビーム源と光アイソレータとの間に配置されている、第２の方向に伝播するレーザビームによって同様に損傷する可能性がある別の光学素子の方向へと、入射窓を介してチャンバから放出されることはない。

フォーカシング装置および視準装置は、この場合、一緒にプラズマ生成装置として使用され、その際、レーザビーム焦点における、第１の方向に伝播するレーザビームの強度は、典型的には、その強度がプラズマ点弧閾値を僅かに下回るように選択されている。典型的には、増幅装置において増幅され、その後に増幅装置へと後方反射される、ビーム源のレーザビームである、第２の方向に伝播するレーザビームの強度は、ドライバレーザ装置内に、厳密に言えば増幅装置内に光アイソレータが適切に配置されている場合には、第１の方向に伝播するレーザビームの強度よりも高いので、光アイソレータは、第２の方向に伝播するレーザビームによって点弧されるプラズマを基礎とする、後方反射からの純粋な受動的保護部を形成する。換言すれば、第２の方向に伝播するレーザビームは、チャンバにおいて、ガス放電ないしプラズマの生成自体によって消失する。

光アイソレータは、好適には、増幅器列において、第１の方向に伝播するレーザビームが、第２の方向に伝播する、後方反射されたレーザビームよりも高い強度ないし出力を有している個所に配置されている。１つの光増幅器または直列に接続されている複数の光増幅器を有している増幅装置においては、光アイソレータが好適には、第１の方向に伝播するレーザビームのビーム路において、増幅装置の第１の（光）増幅器の前段、または、第２の（光）増幅器の前段、または、第３の（光）増幅器の前段に配置されている。光増幅器が第２の光増幅器の前段に配置されている場合には、増幅装置は通常の場合、少なくとも３つの光増幅器、すなわち、第２の光増幅器の後段に少なくとも１つの別の（第３の）光増幅器を有している。同じことは、光アイソレータが第３の光増幅器の前段に配置されている場合にも当てはまる。すなわち、光アイソレータの後段に配置されている第３の光増幅器の後段には、少なくとも１つの別の（第４の）光増幅器が配置されている。

チャンバの入射窓は、光増幅器のうちの１つの出射窓と一致してよい。同様に、チャンバの出射窓は、最小限の材料コストおよび小型の構造様式を実現するために、増幅装置の後続の別の光増幅器の入射窓と一致してよい。しかしながら、チャンバを光増幅器から空間的に離隔させて配置することも可能である。

１つの別の実施形態においては、チャンバにおいてプラズマを点弧するために、また、場合によっては、プラズマの光学的な特性（吸収が行われるか、または、反射が行われるか）を調整するためにプラズマ点弧閾値を調整するように、光アイソレータが構成されている。チャンバのガスにおけるプラズマ点弧閾値は、種々のパラメータに依存し、プラズマ点弧閾値を変化させるか、または、調整するために、それらのパラメータのうちの少なくとも１つを変更することができる。これらのパラメータは、例えば、チャンバ内のガス圧、チャンバ内のガスの組成、および、チャンバ内での（パルス）レーザビームの（最大）強度である。

１つの発展形態においては、フォーカシング装置および／または視準装置が、チャンバにおけるレーザビーム焦点の焦点直径を調整するように構成されている。適応型のフォーカシング装置および視準装置を用いることによって、レーザビーム焦点に入射する、チャンバにおけるレーザビームの（最大）強度を、レーザビーム焦点の直径を介して調整し、それによってプラズマ点弧閾値を変化させることができる。

１つの発展形態においては、フォーカシング装置および／または視準装置が、レーザビームのビーム方向に沿って変位可能な少なくとも１つの光学素子および／または焦点距離を変化させることができる少なくとも１つの光学素子を含んでいる。焦点距離を変化させることができる光学素子は、例えば、適応型のミラーであってもよいし、（例えばアクチュエータを用いた）幾何学の変更によって屈折度を調整することができる適応型のレンズであってもよい。それらの適応型の光学素子ないし調整可能な光学素子を、必要に応じて、レーザビームのビーム方向において光学素子間の距離の手動またはモータによる変更と組み合わせることができる。しかしながら、フォーカシング装置および視準装置を、その幾何学を変更することができない固定の光学素子から構成し、レーザビーム焦点の直径を調整するために、それらの相対的な距離を手動またはモータによって変更することもできる。フォーカシング装置および視準装置は、異なる焦点距離を有する交換可能なレンズ素子および／またはミラー素子を有することもでき、それらの素子を自動的に、すなわち、モータによって、すなわち、アクチュエータを用いて交換するか、または、必要に応じて手動で交換し、焦点距離、ひいてはレーザビーム焦点の直径を調整することができる。

１つの別の実施形態においては、光アイソレータが、チャンバ内のガスのガス圧を調整するためのガス圧調整装置を有している。上記において説明したように、チャンバ内のガス圧はプラズマ点弧閾値に影響を及ぼす。プラズマを生成すること、および、後方反射されたまたは第２の方向に伝播するレーザビームの選択的なフィルタリングを簡略化する所定のガス雰囲気をチャンバ内で形成することは好適であると分かった。チャンバ内ないしチャンバのガス雰囲気内に存在するガスは、例えば窒素であってよいが、しかしながら、必要に応じてヘリウムまたはアルゴンまたはそれらのガスの混合物であってよい。チャンバ内の窒素は、例えば約５０ｍｂａｒ〜約２ｂａｒの圧力を有することができる。１０．６μｍの波長でのレーザビームおよび種々のガスに関する適切な圧力範囲は、Ｇ．Ａ．Ｈｉｌｌ等の論文「Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ ｉｎ ｒａｒｅ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｇａｓｅｓ ｕｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｄ １０．６μｍ ｒａｄｉａｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ、Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．１１、１９７２年から得ることができる。

１つの発展形態においては、ガス圧調整装置が、チャンバ内に、特にレーザビーム焦点の領域に定在音波を形成するように構成されている。定在音波によって、チャンバ内の、特にプラズマが点弧されるべき領域における、すなわち、典型的にはレーザビーム焦点における（局所的な）圧力を適合させることができる。この場合、ガス圧調整装置は、典型的には、電気信号を音響信号に変換する、例えばスピーカの形態の少なくとも１つの音響変換器を有している。音響変換器が使用される場合には、定在音波を形成するために、音響変換器を、その音響変換器から出発した音波を反射する面ないし音響的な反射器と組み合わせることができる。しかしながら、２つもしくはそれ以上の数の音響変換器によって、または、音響変換器と反射性の面との組合せによって定在音波を形成することもできる。

１つの別の実施形態においては、光アイソレータがチャンバ内のガスの組成を調整するための装置を有している。上記において説明したように、チャンバ内のガスは、例えば窒素または希ガス、例えばヘリウムまたはアルゴンを含有することができる。上記の装置は、チャンバ内に存在するか、または、チャンバに供給されるガスの組成ないし成分の混合比率を調整するために使用される。

１つの別の実施形態においては、光アイソレータが、チャンバにガスを供給するため、および、チャンバからガスを排出するためのガス循環系統を有している。チャンバは気密であり、また、典型的には、チャンバ内のガスを可能な限り高速に交換するために、少なくとも１つのガス入口および少なくとも１つのガス出口を有している。チャンバ内のガス圧は、ガス圧調整装置を用いて、ガスの流速によって、または、チャンバを通過するガスの（高速な）通流開ループ制御ないし通流閉ループ制御によって、調整ないし制御することができる。ガスを、閉じられたガス循環系統内で循環させることができ、その際、ガスの循環はポンプを用いて行われる。ポンプとして送風機、例えばターボラジアルファンが使用される場合には、ガスがガス入口を介して再びチャンバに流入する前に、ガスを同時に冷却することができ、また、プラズマにおいて吸収されたエネルギを放出することができる。

１つの別の実施形態においては、プラズマ生成装置が、（パルス）励起レーザビームを生成するための励起レーザと、チャンバ内で、特にレーザビーム焦点の領域においてガスを加熱するために、励起レーザビームをチャンバに供給するための供給装置と、を有している。ビーム源と同様に、励起レーザも典型的にはパルス制御式に駆動され、また、通常の場合、ビーム源と同期されるので、その結果、励起レーザビームは、第１の方向に伝播する（パルス）レーザビームがチャンバを通過しているときにはチャンバに供給されない。

１つの発展形態においては、励起レーザが短パルスレーザまたは超短パルスレーザである。短パルスレーザは、典型的にはナノ秒の範囲にあるパルス持続時間を有するパルスを生成することに適しており、また、超短パルスレーザは、ピコ秒、または、場合によってはフェムト秒の範囲にあるパルス持続時間を有する極めて短いレーザパルス、および、非常に高速なパルス列を生成することに適している。このことは好適である。何故ならば、ビーム源のレーザパルスも同様に高いパルス繰り返し周波数および短いパルス持続時間を有しているので、約５０ナノ秒よりも短いパルス持続時間を有するパルス励起レーザビームを使用することが好適だからである。

光アイソレータにおいて、励起レーザを種々に使用することができる。すなわち、例えば、プラズマが第２の方向に伝播するレーザビームないし後方反射されたレーザビームによって受動的に生成される場合には、励起レーザをプラズマ点弧閾値の調整のために使用することができる。この場合、後方反射が比較的弱く、低い強度を有している場合であっても、後方反射されたレーザビームが吸収されるプラズマが点弧され、それによって第１の方向に伝播するレーザビームに影響が及ぼされることがない程度の強さで、励起レーザは典型的には、レーザビーム焦点の領域におけるガスを加熱する。

代替的に、励起レーザの出力、ひいてはチャンバに入射する励起レーザビームの強度を、それ自体でプラズマを点弧するには十分な程度まで、すなわち、増幅装置において増幅されるレーザビームの強度が付加的に必要とされない程度まで高めることができる。しかしながら、局所的に限定されているプラズマは、後方反射を完全に抑制するには十分ではない。ただし、第２の方向に伝播するレーザビームの出力の一部がプラズマにおいて吸収され、これによって、プラズマがさらに拡がり、ひいてはプラズマによって完全なフィルタ能力が発揮される。

代替的に、励起レーザの出力、ひいてはチャンバ内での励起レーザビームの強度が、後方反射を完全に吸収または反射するには十分な拡がりを有するプラズマを点弧する程度まで、それらの励起レーザの出力またはレーザビームの強度を高めることができる。

１つの発展形態においては、供給装置が、チャンバにおいて励起レーザビームを焦点合わせするためのフォーカシング光学系を有している。特に、励起レーザビームを、第１の方向に伝播するレーザビームのレーザビーム焦点に焦点合わせし、そのようにして、プラズマの点弧には十分な強度を生じさせるためにフォーカシング光学系を使用することができるが、しかしながら、このことは下記において説明するように必ずしも必要なことではない。

１つの別の発展形態においては、チャンバ内に絞りが配置されており、その絞りの絞り開口を、第１の方向に伝播するレーザビームが通過し、この場合、絞りの一方の面は、励起レーザビームを焦点合わせするための反射性のフォーカシング光学系を形成している。絞りは、典型的には、例えば銅から成り、かつ、レーザビームのビーム軸線の中心に整列されている空間絞りである。絞りの材料、または、場合によっては、励起レーザビームの反射のために絞りに設けられたコーティングの材料は、励起レーザビームの波長に合わせて調整されている。例えば、銅から成る絞り、または、絞りの前述の面に設けられた反射性のコーティング、例えば金から成るコーティングは、例えば約１，０３０ｎｍの波長の励起レーザビームの反射を実現する。絞りないしコーティングの材料としてアルミニウムの使用は、可視波長領域にある励起レーザビームの反射を実現する。

ビーム源によって生成されたレーザビームのレーザビーム焦点は、典型的には、絞り開口の領域に位置している。絞り、厳密に言えば絞りの一方の面は、典型的には、少なくとも１つの円錐形の区間ないし円錐形の面を有しており、この円錐形の区間ないし円錐形の面を、励起レーザビームをレーザビームのビーム軸線の方向へと焦点合わせするために利用することができる。絞りの円錐形の区間において反射された励起レーザビームは、典型的には、絞りの中心軸線に沿って収束し、かつ、絞りを通過するレーザビームのビーム軸線に関して位置合わせされている、引き延ばされた焦点領域を有する準ベッセルビームを形成する。絞りは、典型的には、中心軸線について回転対称に構成されており、かつ、絞りの中心軸線がレーザビームのビーム軸線と一致するように位置合わせされている。引き延ばされた焦点領域によって、プラズマを生成するために励起レーザビームが絞りを通過して入射したレーザビームと相互作用することができる領域が拡大される。

１つの発展形態においては、励起レーザビームが、絞り開口の分だけ中空となっている中空ビームの形態で、好適には絞りのビーム源側とは反対側の面に入射するように供給装置が構成されている。励起レーザビームは、典型的には半径方向において円錐形に延びる絞りの面において反射され、絞りの中心軸線に向かって焦点合わせされる。中空ビームを使用することによって、励起レーザビームは、絞り開口を通過しないので、中空ビームが増幅装置に到達し、そこにおいて損傷をもたらす可能性はない。中空ビームを生成するために、すなわち、強度を有していないかまたは低い強度しか有していない中央領域を含む回転対称のビームプロフィールを有する励起レーザビームを生成するために、供給装置は例えばアキシコンレンズを有することができ、このアキシコンレンズは典型的には、円錐形に成形された２つの面を有している。円錐形に成形された面は、ビームプロフィールを適切に適合させるために、望遠鏡のように変位させることができるか、または、相互の距離を変化させることができる。

１つの別の実施形態においては、ドライバレーザ装置が制御装置を有しており、この制御装置は、第１の方向に伝播するレーザビームがチャンバから出射してから、第２の方向に伝播するレーザビームがチャンバに入射するまでの間においても、チャンバのガスにおいてプラズマを点弧させる励起レーザビームを生成するために励起レーザを制御するように構成されている。代替的または付加的に、制御装置は、第２の方向に伝播するレーザビームの抑制後、かつ、第１の方向に伝播する別のレーザビーム（すなわち、後続のレーザパルス）のチャンバへの入射前に、チャンバのガスにおいてプラズマを点弧するために、励起レーザを制御することができる。特に、チャンバにおいては、持続的にプラズマを点弧することができるが、この場合、第１の方向に伝播するレーザビームがチャンバを通過している期間だけはプラズマは生成されない。

チャンバにおけるプラズマの点弧によって、第２の方向に伝播するレーザビームがチャンバを通過しない期間においても、光アイソレータを用いて、十分に完全な光学的な分離（＝Ｑスイッチ）を行うことができる。この場合において、光アイソレータが増幅装置の２つの光増幅器の間に配置されている場合には、それら２つの光増幅器は相互に光学的に絶縁されるので、寄生的なレーザプロセス、すなわち、自己レーザ発振が生じる可能性はない。

１つの発展形態においては、ドライバレーザ装置が励起レーザビームのパルスを選択するための切替可能素子を含んでいる。そのような切替可能素子は、個々の励起レーザパルスを所期のように選択するために（「パルスピッキング」）、例えば供給装置のビーム路において、励起レーザとチャンバとの間に配置することができる。励起レーザビームのパルスの選択は、典型的には、励起レーザビームの不要ないし不所望なパルスを抑制することによって行われ、そのようにして所望のパルス列が生成される。例えば電気光学変調器または音響光学変調器の形態の切替可能素子を、励起レーザに統合して、個々の励起レーザパルスを所期のように選択することができる（「キャビティダンプ」）。いずれの場合にも、切替可能素子は、ビーム源と、厳密に言えばビーム源のレーザパルスを同期されることが望ましい。

１つの別の実施形態においては、ドライバレーザ装置が、少なくとも２つの光アイソレータを含んでおり、また、供給装置が、励起レーザビームを２つの光アイソレータないし光アイソレータの各チャンバに分割するための少なくとも１つのビームスプリッタを有している。増幅装置の異なる個所において２つまたはそれ以上の光アイソレータを使用することによって、後方反射の最大限の抑制ないし自己レーザ発振の最大限の抑制を達成することができる。各光アイソレータに対して固有の励起レーザを使用する必要がないようにするために、励起レーザビームを、厳密に言えば励起レーザビームの出力を、少なくとも１つのビームスプリッタにおいて、２つまたはそれ以上の光アイソレータに分割することができる。

１つの発展形態においては、供給装置が、少なくとも１つの光アイソレータへの供給前に励起レーザビームを遅延させるための少なくとも１つの遅延区間を有している。少なくとも１つの遅延区間によって、励起レーザビームが、少なくとも、第２の方向に伝播するレーザビームもチャンバに入射する時点ないし入射している期間に各チャンバに到達し、それによって、第２の方向に伝播するレーザビームがチャンバを通過することを阻止する、または、第２の方向に伝播するレーザビームを可能な限り大幅に弱めるように、励起レーザビームを時間的に適合させることができる。各遅延区間によって生じる遅延は、ビーム源によって生成された、パルスレーザビームのパルス列に適切に適合されている。

本発明は、上記において説明したようなドライバレーザ装置と、ターゲット材料を配置することができる真空チャンバと、ドライバレーザ装置からターゲット材料へと第１の方向に伝播するレーザビームを案内するためのビームガイド装置と、を含んでいる、ＥＵＶビーム生成装置にも関する。上記において説明したように、第１の方向に伝播する（パルス）レーザビームは、例えば滴状のスズの形態のターゲット材料に入射し、そこにおいて部分的に反射される。ターゲット材料において後方反射されたレーザビームは、ビームガイド装置に沿って第２の方向に伝播して、増幅装置を再度通過し、さらに少なくとも１つの光アイソレータでは、チャンバにおける上述のプラズマの点弧によってフィルタリングされるので、この後方反射されたレーザビームがビーム源に到達する可能性はない。

上記において説明した光アイソレータないしプラズマスイッチを、ＥＵＶビーム生成装置ないしドライバレーザ装置とは異なる光学システムにおいても使用することができ、例えば、パルス固体レーザないし固体増幅器などの光学システムにおいても使用することができる。特に、そのような光アイソレータは、上記においてドライバレーザ装置と関連させて説明したように構成されており、さらには、やはり上記において説明したように例えば絞りを用いて励起レーザビームを焦点合わせする、励起レーザを有することができる。

本発明の更なる利点は、明細書および図面より明らかになる。同様に、前述の特徴および下記においてさらに説明する複数の特徴を、それぞれ単独で使用することができるか、または、任意の組合せで使用することができる。図面に示した下記において説明する実施形態は、網羅的なものであると解されるべきではなく、むしろ本発明を説明するための例示的な性質を有していると解されるべきである。

ガスが充填されたチャンバを備えた光アイソレータと、チャンバにおいてプラズマを点弧するためのプラズマ生成装置と、を有しているドライバレーザ装置を備えたＥＵＶビーム生成装置を示す。 図１に示した光アイソレータにおいて、受動的なプラズマ生成装置を形成しているフォーカシング装置および視準装置を介して第１の方向および第２の方向に伝播するパルスレーザビームの概略図を示す。 レーザビームの焦点直径を調整するための調整可能な焦点距離を有する、４つのレンズを備えたフォーカシング装置および視準装置を示す。 レーザビームの焦点直径を調整するための調整可能な焦点距離を有する、３つのレンズを備えたフォーカシング装置および視準装置を示す。 チャンバにおいてレーザビーム焦点の領域に定在音波を形成するための装置を備えている、図２と同様の２つの図を示す。 ３つの光アイソレータと、各光アイソレータのチャンバのガスにおいてプラズマを点弧するための能動的なプラズマ生成装置としての励起レーザと、を備えているドライバレーザ装置を有している、別のＥＵＶビーム生成装置を示す。 励起レーザのパルス励起レーザビームがプラズマを点弧する、図５に示した光アイソレータのうちの１つを表す２つの図を示す。 励起レーザのパルス励起レーザビームが絞りの一方の面において反射および焦点合わせされる、図６と同様の図を示す。

図面の以下の説明においては、同一の構成部材ないし機能の等しい構成部材に対しては同一の参照符号を用いている。

図１には、ビーム源２と、５つの光増幅器４ａ〜４ｅを備えている増幅装置３と、詳細には図示していないビームガイド装置５と、フォーカシング光学系６と、を有している、ＥＵＶビーム生成装置１が示されている。フォーカシング光学系６は、図面を簡略化するためにフォーカシングレンズとして図示されているが、しかしながら、１つまたは複数の反射性光学素子を有することもできる。フォーカシング光学系６は、ビーム源２によって生成され、かつ、増幅装置３によって増幅されたレーザパルス７（すなわち、パルスレーザビーム）を、ターゲット材料８が設置されている目標領域ないし目標位置Ｔにおいて焦点合わせするために使用される。ターゲット材料８は、レーザパルス７が照射されると、プラズマ状態に遷移してＥＵＶビーム９を放出し、このＥＵＶビーム９がコレクタミラー１０を用いて焦点合わせされる。図１に図示した例において、コレクタミラー１０は、レーザパルス７を通過させるための開口部を有しており、また、フォーカシング光学系６は、ターゲット材料８が配置されている真空チャンバ１１を、ビームガイド装置５から分離させる。

ビーム源２は、図１に図示した例においては、ＣＯ₂レーザ源として形成されており、また、第１のＣＯ₂レーザ２ａおよび第２のＣＯ₂レーザ２ｂを有しており、それらのＣＯ₂レーザ２ａ、２ｂは、プレパルスと、時間的にプレパルスの直後に続き、かつ、プレパルスよりも高い強度を有することができるメインパルスと、を生成するために使用される。第１のＣＯ₂レーザ２ａによって生成されたプレパルスおよび第２のＣＯ₂レーザ２ｂによって生成されたメインパルスは、１つの共通のビーム路に統合され、上記において説明したパルスレーザビーム７を形成し、このレーザビーム７がビーム源２から出射する。必要に応じて、プレパルスおよびメインパルスは異なる波長を有することができるが、しかしながら、図示した例においては、パルスレーザビーム７は、約１０．６μｍの単一の波長のみを有している。ビーム源２は、増幅装置３と共に、ＥＵＶビーム生成装置１のドライバレーザ装置１２を形成している。

ビーム源２から到来した、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７が目標位置Ｔに配置されているターゲット材料８に入射すると、入射したレーザビーム７の一部は、ターゲット材料８によって、第１の方向Ｒ１とは反対方向の第２の方向Ｒ２へと後方反射される。後方反射されたレーザビーム７ａは、ビームガイド装置５を通過して、増幅装置３に再度入射し、この増幅装置３においては、後方反射されたレーザビーム７ａが増幅される。後方反射されたレーザビーム７ａがビーム源２に到達すること、または、その後方反射されたレーザビーム７ａが光学構成素子を損傷させるほどに強く増幅されることを回避するために、図１に図示した増幅装置３においては、第２の光増幅器４ｂと第３の光増幅器４ｃとの間に、光アイソレータ１３が取り付けられている。

光アイソレータ１３は、チャンバ１４を有しており、このチャンバ１４は、第１の方向Ｒ１に伝播する、第２の光増幅器４ｂからのパルスレーザビーム７を入射させるための入射窓１５ａと、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７をチャンバ１４から出射させ、かつ、第３の光増幅器４ｃに入射させるための出射窓１５ｂと、を有している。チャンバ１４の入射窓１５ａは、図示した例においては、第２の光増幅器４ｂの出射窓と一致している。同様に、チャンバ１４の出射窓１５ｂは、増幅装置３の第３の光増幅器４ｃの入射窓と一致している。図１に図示したものとは異なり、チャンバ１４を第２の増幅器４ｂおよび第３の増幅器４ｃから空間的に分離されている構造ユニットとして形成することもできると解される。

図１に図示した例においては、視準されたパルスレーザビーム７が、第１のレンズの形態のフォーカシング装置１６によって、チャンバ１４内のレーザビーム焦点１８に焦点合わせされる。レーザビーム焦点１８（中間焦点）から出発したレーザビーム７は、出射窓１５ｂを通過してチャンバ１４から出射して第３の光増幅器４ｃに入射する前に、別のレンズの形態の視準装置１７によって視準される。

チャンバ１４はガス循環系統１９と接続されており、このガス循環系統１９は、チャンバ１４において、そのチャンバ１４内に存在するガス２０の定義されたガス雰囲気を生成する。図１に図示した例においては、チャンバ１４にはガス２０が、例えば窒素、場合によってはヘリウムまたはアルゴンがガス流入部において供給され、また、ガス流出部において再びチャンバ１４から排出される。チャンバ１４内に存在するガス２０は、図２と関連させて下記において詳細に説明するように、図２に図示したプラズマ２１をチャンバ１４において生成し、それによって第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａを抑制するために使用される。

図１に図示したガス循環系統１９は、例えば、チャンバ１４から流出する、プラズマ形成時にレーザビーム７ａの吸収に起因して加熱されたガス２０を、チャンバ１４への回帰前に冷却するために、ガス冷却部を備えたターボラジアルファンを有することができる。ガス２０を冷却するための別の種類のガス冷却装置、例えば熱交換機の形態のガス冷却装置も使用することができると解される。図１に図示したものとは異なり、レーザビーム７のビーム方向に対して実質的に横断する方向でチャンバ１４を通過するように、ガス２０を流すことができる。

図２においては、フォーカシング装置１６および視準装置１７ならびにレーザビーム焦点１８を含むチャンバ１４の詳細が図示されている。図２の上部には、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７が図示されており、このレーザビーム７は、チャンバ１４内に存在するガス２０においてプラズマ２１を直接的に点弧するために、レーザビーム焦点１８において、プラズマ点弧閾値Ｉ_Z（強度閾値）よりも低い（最大）強度Ｉ₁を有している。

図２の下部には、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａが図示されており、このレーザビーム７ａは、チャンバ１４において、厳密に言えば、レーザビーム焦点１８において、プラズマ点弧閾値Ｉ_Zよりも高い強度Ｉ₂を有しているので、その結果、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａは、チャンバ１４のガス２０においてプラズマ２１を点弧する。第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａは、プラズマ２１において吸収、反射および／または屈折され、その結果、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａ自体が消失する。すなわち、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７は、入射窓１５ａを通過せず、したがって、チャンバ１４からは出射されないか、または、極僅かな割合だけが入射窓１５ａを通過して、チャンバ１４から出射される。フォーカシング装置１６および視準装置１７は、一緒に１つの受動的なプラズマ生成装置１６，１７を形成し、このプラズマ生成装置は、チャンバ１４のガス２０においてプラズマ２１のパルス式点弧を行うように構成されている。

周辺条件に依存して、ターゲット材料８において後方反射されて、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａの強度Ｉ₂は、場合によっては変化するので、また、場合によっては第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７の強度Ｉ₁も、場合によっては変化するので、チャンバ１４のガス２０におけるプラズマ点弧閾値Ｉ_Zを調整するように光アイソレータ１３が形成されている場合には好適であることが分かった。

例えばこれに関して、ガス２０のガス成分を適切に混合するために、例えばガス２０ないしガス混合物としてチャンバ１４に供給される窒素および希ガスの比率を調整するためにガス循環系統１９に組み込まれている、チャンバ１４内のガス２０の組成を調整するために使用することができる装置１９ａを使用することができる。ガス２０の組成は、チャンバ１４内のプラズマ点弧閾値Ｉ_Zに影響を及ぼすので、したがって、プラズマ点弧閾値Ｉ_Zを、装置１９ａを用いて調整することができる。

しかしながら、プラズマ点弧閾値Ｉ_Zを調整するために、例えば、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７を第１のレーザビーム焦点１８ａに焦点合わせするための第１のフォーカシングレンズ１６ａと、第１のレーザビーム焦点１８ａから出発したレーザビーム７を視準するための第１の視準レンズ１７ａと、視準されたレーザビーム７を第２のレーザビーム焦点１８ｂに焦点合わせするための第２のフォーカシングレンズ１６ｂと、を含む、図３ａおよび図３ｂに図示した光学装置も使用することができる。第２のレーザビーム焦点１８ｂから出発した発散性のレーザビーム７は、第２の視準レンズ１７ｂによって改めて視準される。したがって、２つのフォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂは、フォーカシング装置を形成し、また、２つの視準レンズ１７ａ、１７ｂは、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７のための１つの視準装置を形成する。

第１のフォーカシングレンズ１６ａおよび第２のフォーカシングレンズ１６ｂは、それぞれ、第１の（公称上の）焦点距離ｆ₁を有しており、また、第１の視準レンズ１７ａおよび第２の視準レンズ１７ｂは、それぞれ、第２の（公称上の）焦点距離ｆ₂を有している。第１のフォーカシングレンズ１６ａおよび第１の視準レンズ１７ａは相互に、それらの焦点距離の合計ｆ₁＋ｆ₂の距離を置いて配置されている。すなわち、それら２つのレンズ１６ａ、１７ａは、ビーム望遠鏡を形成する。同じことは第２のフォーカシングレンズ１６ｂおよび第２の視準レンズ１７ｂについても当てはまり、それら２つのレンズ１６ｂ、１７ｂも同様にビーム望遠鏡を形成する。フォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂも、視準レンズ１７ａ、１７ｂも、（ある程度の限界内で）調整可能な焦点距離ｆ₁、ｆ₂を有している。すなわち、これらのレンズ１６ａ、１６ｂ、１７ａおよび１７ｂは、例えばフォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂの第１の焦点距離ｆ₁を絶対値Δｆ₁だけ変化させるために、適切なアクチュエータによって変更することができる幾何学を有している、適応型の光学素子である。そのような変更を行う際に、アクチュエータを用いて、同時に視準レンズ１７ａ、１７ｂの第２の焦点距離ｆ₂も相応に適合されるので、その結果、各フォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂと、所属の視準レンズ１７ａ、１７ｂとの間の距離は、（変更された）焦点距離の合計ｆ₁＋ｆ₂に相当する。

図３ａおよび図３ｂから良く見て取れるように、第１のビーム望遠鏡は、レーザビーム７の直径を拡大し、この際、拡大の結像縮尺は、焦点距離の商ｆ₁／ｆ₂に依存する。したがって、焦点距離ｆ₁、ｆ₂を変化させることによって、２つのビーム望遠鏡の結像縮尺も変化し、その変化の結果、第１のレーザビーム焦点１８ａないし第２のレーザビーム焦点１８ｂにおけるレーザビーム７の直径Ｄの変化ΔＤも生じる。レーザビーム７の直径Ｄが小さくなると、各レーザビーム焦点１８ａ、１８ｂにおける、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７の強度Ｉ₁ないし第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａの強度Ｉ₂は高くなる。直径Ｄが大きくなると、各レーザビーム焦点１８ａ、１８ｂにおける、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７の強度Ｉ₁ないし第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａの強度Ｉ₂は低くなる。このようにして、入射窓１５ａを通過してチャンバ１４に入射する、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７の強度Ｉ₁、または、出射窓１５ｂを通過してチャンバ１４に入射するレーザビーム７ａの強度Ｉ₂が変化することなく、プラズマ点弧閾値Ｉ_Zを調整することができる。

図３ｂに図示した例は、第１の視準レンズ１７ａおよび第２のフォーカシングレンズ１６ｂが（調整可能な）焦点距離ｆ₂を有する１つの共通のレンズ素子１７ａ、１６ｂに統合されていることから、レーザビーム焦点１８ａ、１８ｂの直径Ｄの調整には３つの適応型の光学素子しか必要とされないという点でのみ、図３ａに図示した例とは異なっている。

図３ａおよび図３ｂに図示した例においては、少なくとも１つの、場合によってはすべてのフォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂおよび／または視準レンズ１７ａ、１７ｂを、レーザビーム７、７ａのビーム路に、適切なアクチュエータを用いて変位可能に配置することができる。すなわち、それらの光学素子は、レーザビーム７、７ａの直径Ｄを調整するために、必ずしも適応型に構成する必要はない。適応型のフォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂないし視準レンズ１７ａ、１７ｂの代わりに、レーザビーム７、７ａの直径Ｄを調整するために、手動で、または、必要に応じてアクチュエータを使用して、また、ドライバレーザ装置１２の適切な制御装置を用いて交換することができる、それぞれが異なる焦点距離を有する複数のフォーカシングレンズ１６ａ、１６ｂないし視準レンズ１７ａ、１７ｂを使用することも可能である。レンズの形態の透過性の光学素子を使用する代わりに、レーザビーム７、７ａの視準ないし焦点合わせを完全にまたは部分的に、例えば放物面鏡の形態の反射性光学素子を用いて行うこともできる。

図４には、図１に図示した光アイソレータ１３と同様に構成されている、すなわち、フォーカシングレンズ１６および視準レンズ１７を有している光アイソレータ１３が図示されているが、しかしながら、それらのレンズ１６、１７は図１に図示したものとは異なり、チャンバ１４、ないしガス２０が充填されている、チャンバ１４の内室の寸法を可能な限り小さくできるようにするために、チャンバ１４外に配置されている。図４に図示した光アイソレータ１３のチャンバ１４は、図１に図示した光アイソレータ１３とは異なり、第２の増幅器４ｂないし第３の増幅器４ｃに直接的に接続されているのではなく、第２の光増幅器４ｂと第３の光増幅器４ｃとの間の、レーザビーム７、７ａが自由に伝播するビーム路内に配置されている。

図４に図示した光アイソレータ１３のチャンバ１４内にはスピーカ２２が配置されており、このスピーカ２２は、チャンバ１４のガス２０に定在音波２４を形成するために、ドライバレーザ装置１２の制御装置を用いて制御される。このために、チャンバ１４の、スピーカ２２側とは反対側の壁には、音響反射器２３が配置されており、この音響反射器２３は、スピーカ２２によって形成された音波を、スピーカ２２へと後方反射させ、その結果、チャンバ１４内に定在音波２４が生じる。チャンバ１４内の定在音波２４の強度を調整することができ、それによって、チャンバ１４内のガス２０のガス圧ｐは、厳密には、レーザビーム焦点１８におけるガス２０のガス圧ｐは、絶対値Δｐだけ変化するので、スピーカ２２は反射器２３と共に、チャンバ１４のガス２０においてプラズマ２１を点弧するためのプラズマ点弧閾値Ｉ_Zを調整するための装置として使用される。図４に図示した光アイソレータ１３のチャンバ１４もガス循環系統１９を有しているが、図４においては図面を見やすくするために、その図示は省略した。チャンバ１４ないしガス循環系統１９は必要に応じて、チャンバ１４内のプラズマ形成を促進する（平衡した）ガス圧ｐをチャンバ１４において生じさせるために、図面には図示していない圧力開ループ制御装置ないし圧力閉ループ制御装置を有することができる。

第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａを最大限抑制するために、別の光アイソレータを図１に図示したＥＵＶビーム生成装置１内に配置することができる。典型的には、光アイソレータ１３は、増幅装置３の終端部には、例えば最後の増幅器４ｅの後段には配置されておらず、その代わりに増幅器列３の最初の方に、すなわち、例えば第１の増幅器４ａの前段に、または、第２の増幅器４ｂの前段に、または、第３の増幅器４ｃの前段に配置されている。何故ならば、増幅装置３のそれらの個所においては、典型的には、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７の強度Ｉ₁が、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａの強度Ｉ₂よりも高いので、プラズマ点弧閾値Ｉ_Zが適切に調整されていれば、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａのみがチャンバ１４においてプラズマ２１を点弧し、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７はチャンバ１４においてプラズマ２１を点弧しないからである。

チャンバ１４のガス２０においてプラズマ２１を受動的に生成するために、ＣＯ₂レーザ２ａ、２ｂの波長を有するレーザビーム７、７ａを使用する必要はなく、むしろ、例えば固体レーザによって生成され、また、例えば１．０６μｍのより低い波長を有するレーザビーム７、７ａも、適切な条件下においては、チャンバ１４のガス２０においてプラズマ２１を生成することができる。

図５には、フォーカシング装置１６および視準装置１７の形態の受動的なプラズマ生成装置を有している光アイソレータ１３の代わりに、３つの光アイソレータ１３ａ〜１３ｃが増幅装置３内に配置されており、それらの光アイソレータ１３ａ〜１３ｃにおいては、各チャンバ１４におけるプラズマ２１の生成が能動的に、図示の例においては超短パルスレーザとして構成されている励起レーザ２５を用いて行われるという点で、図１に図示したＥＵＶビーム生成装置１とは本質的に異なっている、ＥＵＶビーム生成装置１が図示されている。

励起レーザ２５によって生成された励起レーザビーム２８は、光アイソレータ１３ａ〜１３ｃに、供給装置２６を介して供給され、この供給装置２６は、図５に図示した例においては、励起レーザ２５によって生成された励起レーザビーム２８の出力を、第１の光アイソレータ１３ａに供給される第１の部分と、第１の遅延区間３１ａに供給される第２の部分と、に分割するための第１のビームスプリッタ３２ａを有している。第１の遅延区間３１ａから出射された励起レーザビーム２８は、第２のビームスプリッタ３２ｂにおいて、第２の光アイソレータ１３ｂに供給される第１の部分と、第２の遅延区間３１ｂに供給される第２の部分と、に分割される。第２の遅延区間３１ｂから出射された励起レーザビーム２８は、ビーム偏向装置３３（偏向ミラー）を介して、第３の光アイソレータ１３ｃに供給される。２つの遅延区間３１ａおよび３１ｂによって、励起レーザ２５によって生成された励起レーザビーム２８を、ビーム源２によって生成されたパルスレーザビーム７ないし７ａと同期させることができる。

同期は、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａがチャンバ１４に入射している間に、または、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａがチャンバ１４に入射する直前に、励起レーザビーム２８が各光アイソレータ１３ａ〜１３ｃのチャンバ１４に入射し、そこにおいてプラズマ２１を生成するように行われる。このことは、図６の下部に図示されている。しかしながら、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７がチャンバ１４を通過している間は、励起レーザビーム２８はチャンバ１４内に放射されないので、プラズマ閾値Ｉ_Zを超過せず、したがって、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７は妨げられることなくチャンバ１４を通過することができる（図６の上部を参照されたい）。

励起レーザビーム２８のパルスの同期ないし選択のために、励起レーザ２５と供給装置２６との間には、切替可能素子３０が配置されている。励起レーザビーム２８の個々のパルスを所期のように抑制するために、切替可能素子３０を例えばチョッパとして構成することができる。切替可能素子３０とビーム源２のパルスレーザビーム７、７ａとの同期は、図示の例においては、励起レーザ２５と、切替可能素子３０と、ビーム源２とに、信号を供給するように接続されている制御装置３４によって行われる。

チャンバ１４において、プラズマ２１を点弧させるためのプラズマ点弧閾値Ｉ_Zを上回る、励起レーザビーム２８の強度Ｉ_Aを生じさせるために、供給装置２６は、レンズの形態の図６に図示したフォーカシング光学系２７を有している。フォーカシング光学系２７は、励起レーザビーム２８を、ビーム源２によって生成されたレーザビーム７のレーザビーム焦点１８に焦点合わせし、それによってレーザビーム焦点１８においてはプラズマ２１が生成され、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａが吸収され、および／または、反射され、ひいてはチャンバ１４からの出射が阻止される。図６からやはり見て取ることができるように、励起レーザビーム２８のうちの、プラズマ２１の励起ないし維持には寄与しない部分は、ビームダンパ２９に捕捉される。

図７には、プラズマ２１（図７の下部を参照されたい）を生成するために励起レーザビーム２８を（図７には図示していない）チャンバ１４において焦点合わせするための、しかもそのためにチャンバ１４内に配置されている（空間）絞り３５を使用することによって焦点合わせするための、代替的な可能性が示されている。（空間）絞り３５は、図７においては一点鎖線で表されているレーザビーム７、７ａのビーム軸線と一致する中心軸線について回転対称に構成されており、このことは絞り３５の適切な位置調整によって達成することができる。

励起レーザビーム２８のビームプロフィールは、図示の例においては、供給装置２６の（図示していない）アキシコンレンズによって成形され、それによって、ビームの中心に強度を有していないか、または、低い強度しか有していない回転対称のビームプロフィールが形成され、その結果、励起レーザビーム２８のビームプロフィールは円筒状の中空ビームを成す。そのようにして成形された励起レーザビーム２８は、ビーム源２によって生成されたレーザビーム７のビーム路に配置されており、かつ、そのレーザビーム７に対して透過性である、部分透過性のミラー３７に入射する。図示の例においては、レーザビーム７とは異なる、例えば約１，０３０ｎｍの波長を有する励起レーザビーム２８が、部分透過性のミラー３７において、レーザビーム７のビーム軸線ないしビーム方向Ｒ１に平行になるように偏向され、その結果、励起レーザビーム２８のそのようにして形成された中空ビームの中心は、絞り３５の絞り開口の中心と一致する。

したがって、励起レーザビーム２８は、第２の面３６ｂにおいて絞り３５に入射し、また、中空ビームは、ここでは絞り開口３８に相当する中空を有しているので、励起レーザビーム２８は、絞り開口３８を通過せず、また、絞り３５のビーム源２側の第１の面３６ａには到達しない。このようにして、励起レーザビーム２８は第２の方向Ｒ２に沿って、ビーム源２には伝播しないことが保証されている。

絞り３５、厳密に言えば、絞り３５の各面３６ａ、３６ｂは、図示の例においては円錐形に形成されており、したがって、絞り３５の各面３６ａ、３６ｂは、絞り開口３８から出発して、半径方向においては垂直に延びているのではなく、レーザビーム７、７ａのビーム軸線に対して９０°とは異なる角度で延びている。絞り３５の第２の面３６ｂに形成されている、回転対称の円錐形の面においては、励起レーザビーム２８が、半径方向内側へと、すなわち、ビーム源２によって生成されたレーザビーム７のビーム軸線の方向へと反射される。

絞り３５の第２の面３６ｂにおいて反射された励起レーザビーム２８は、プラズマ２１が形成される、レーザビーム７のビーム軸線の領域において、引き延ばされた焦点領域を有するベッセルビームを形成する。したがって、図７に図示した例においては、プラズマ２１は、図７では絞り開口３８内に位置している、ビーム源２によって生成されたレーザビーム７のレーザビーム焦点１８において点弧されるのではなく、励起レーザビーム２８が焦点合わせされる、絞り３５から距離を置いた個所において点弧される。

励起レーザ２５がプラズマ生成装置として使用される、図５から図７と関連させて説明した能動的なプラズマ生成においては、プラズマ２１を、チャンバ１４において、後方反射されたパルスレーザビーム７ａがチャンバ１４を通過することを阻止するために、そのパルスレーザビーム７ａの持続時間中だけに点弧させることができるのでなく、基本的には、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７がチャンバ１４を通過しない全期間中にも点弧させることができる。

特に、励起レーザ２５は、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａを抑制するために必要とされる期間に以外にも、または、その期間に付加的に、第１の方向Ｒ１に伝播するレーザビーム７がチャンバ１４から出射してから、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａが入射するまでの間にプラズマ２１を点弧させることができる。同様に、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａの通過の抑制後、かつ、第１の方向Ｒ１に伝播する（後続のレーザパルスの形態の）別のレーザビーム７の入射前においても、プラズマ２１を生成するために、励起レーザ２５を、制御装置３４によって制御することができる。このようにして、いわゆる自己レーザ発振を、すなわち、増幅装置３における、厳密に言えば光増幅器４ａ〜４ｅにおけるレーザモードの不所望な発振を阻止することができる。何故ならば、そのような自己レーザ発振は、第１の方向Ｒ１ないし第２の方向Ｒ２に伝播するいずれのレーザビーム７、７ａもチャンバ１４を通過しないパルス休止期間においても光学的に相互に分離されるからである。プラズマ２１による自己レーザ発振の光学的な分離ないし抑制は、（空間）絞り３５だけを使用して光学的な分離が行われる場合よりも大きい。

単にプラズマ点弧閾値Ｉ_Zを適合または低減させ、それによって、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａが、励起レーザビーム２８を用いなければ、プラズマ２１の点弧にとっては十分ではない可能性がある比較的低い強度Ｉ₂しか有していない場合であっても、その第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａによってプラズマ２１を点弧することができるようにするために、励起レーザ２５を、図５に図示したＥＵＶビーム生成装置１において使用することもできる。また、励起レーザビーム２８の強度Ｉ_Aを、確かにプラズマ点弧閾値Ｉ_Zを上回る程度にのみ高めることもできるが、しかしながら、そのようにして形成されるプラズマ２１は、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａを完全に抑制するには十分でないと考えられる。しかしながら、この場合には、第２の方向Ｒ２に伝播するレーザビーム７ａの一部がプラズマ２１において吸収され、これによって、プラズマ２１がさらに拡がり、ひいては各光アイソレータ１３ａ〜１３ｃの完全なフィルタ能力が発揮される。

プラズマ２１の点弧による光アイソレータの原理を基礎とする、上記において説明した光アイソレータ１３、１３ａ〜１３ｃを使用する以外にも、ドライバレーザ装置１２においては、必要に応じて、従来の（ファラデー）アイソレータなどの形態の別の光アイソレータが使用される。しかしながら、その適用範囲は、比較的低いレーザ出力に制限されているので、そのような別の光アイソレータは、典型的には、ビーム源２において、各ＣＯ₂レーザ２ａ、２ｂの後段において、また、必要に応じて第１の光増幅器４ａの後段（かつ第１の光アイソレータ１３ａの前段）においてのみ使用される。何故ならば、そこにおいて発生するレーザビーム７、７ａの出力は、通常の場合、そのような別の光アイソレータの損傷ないし破壊をもたらさないからである。

Claims (19)

1. ＥＵＶビーム生成装置（１）のためのドライバレーザ装置（１２）であって、
   第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）を生成するためのビーム源（２）と、
   前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）を増幅するための少なくとも１つの光増幅器（４ａ〜４ｅ）を備えた増幅装置（３）と、
   少なくとも１つの光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）と、
   を含んでいる、ドライバレーザ装置（１２）において、
   前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、ガス（２０）が充填されており、かつ、前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）が通過するチャンバ（１４）を有しており、
   前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、プラズマ生成装置（１６、１７；１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ；２５）を有しており、該プラズマ生成装置（１６、１７；１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ；２５）は、前記第１の方向とは反対方向の第２の方向（Ｒ２）に伝播するレーザビーム（７ａ）が前記チャンバ（１４）を通過することを抑制するために、前記チャンバ（１４）の前記ガス（２０）においてプラズマ（２１）をパルス式に点弧するように構成され、
   前記プラズマ生成装置は、励起レーザビーム（２８）を生成するための励起レーザ（２５）を有しており、
   前記ドライバレーザ装置（１２）は、前記チャンバ（１４）内で前記ガス（２０）を加熱するために、前記励起レーザビーム（２８）を前記チャンバ（１４）に供給するための供給装置（２６）を有し、
   前記ドライバレーザ装置（１２）は、少なくとも２つの光アイソレータ（１３ａ〜１３ｃ）を含んでおり、
   前記供給装置（２６）は、前記励起レーザビーム（２８）を前記光アイソレータ（１３ａ〜１３ｃ）に分割するための少なくとも１つのビームスプリッタ（３２ａ、３２ｂ）を有している
   ことを特徴とする、ドライバレーザ装置（１２）。
2. 前記プラズマ生成装置（１６、１７；１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ；２５）はさらに、前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）を前記チャンバ（１４）においてレーザビーム焦点（１８、１８ａ、１８ｂ）に焦点合わせするためのフォーカシング装置（１６、１６ａ、１６ｂ）と、前記レーザビーム焦点（１８、１８ａ、１８ｂ）から出発し、かつ、前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）を視準するための視準装置（１７、１７ａ、１７ｂ）とを含んでいる、請求項１記載のドライバレーザ装置。
3. 前記チャンバ（１４）の前記ガス（２０）における前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）の強度（Ｉ₁）は、前記チャンバ（１４）の前記ガス（２０）において前記プラズマ（２１）を点弧するためのプラズマ点弧閾値（Ｉ_Z）よりも低く、前記チャンバ（１４）の前記ガス（２０）における前記第２の方向（Ｒ２）に伝播するレーザビーム（７ａ）の強度（Ｉ₂）は、前記チャンバ（１４）の前記ガス（２０）において前記プラズマ（２１）を点弧するためのプラズマ点弧閾値（Ｉ_Z）よりも高い、請求項２記載のドライバレーザ装置。
4. 前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）のビーム路において、前記増幅装置（３）の第１の増幅器（４ａ）の前段、または、第２の増幅器（４ｂ）の前段、または、第３の増幅器（４ｃ）の前段に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
5. 前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、前記チャンバ（１４）において前記プラズマ（２１）を点弧するためのプラズマ点弧閾値（Ｉ_Z）を調整するように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
6. 前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、前記チャンバ（１４）において前記プラズマ（２１）を点弧するためのプラズマ点弧閾値（Ｉ_Z）を調整するように構成されており、
   前記フォーカシング装置（１６ａ、１６ｂ）および／または前記視準装置（１７ａ、１７ｂ）は、前記チャンバ（１４）における前記レーザビーム焦点（１８）の焦点直径（Ｄ）を調整するように構成されている、
   請求項２または３記載のドライバレーザ装置。
7. 前記フォーカシング装置（１６ａ、１６ｂ）および／または前記視準装置（１７ａ、１７ｂ）は、前記レーザビーム（７）のビーム方向に沿って変位可能である少なくとも１つの光学素子、および／または、調整可能な焦点距離（ｆ₁、ｆ₂）を有する少なくとも１つの光学素子（１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ）を含んでいる、請求項６記載のドライバレーザ装置。
8. 前記光アイソレータ（１３）は、前記チャンバ（１４）内の前記ガス（２０）のガス圧（ｐ）を調整するためのガス圧調整装置（２２、２３）を有している、請求項５から７までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
9. 前記ガス圧調整装置（２２、２３）は、前記チャンバ（１４）内に定在音波（２４）を形成するように構成されている、請求項８記載のドライバレーザ装置。
10. 前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、前記チャンバ（１４）内の前記ガス（２０）の組成を調整するための装置（１９ａ）を有している、請求項５から９までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
11. 前記光アイソレータ（１３、１３ａ〜１３ｃ）は、前記チャンバ（１４）に前記ガス（２０）を供給するため、および、前記チャンバ（１４）から前記ガス（２０）を排出するためのガス循環系統（１９）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
12. 前記励起レーザ（２５）は、短パルスレーザまたは超短パルスレーザである、請求項１から１１までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
13. 前記供給装置（２６）は、前記チャンバ（１４）において前記励起レーザビーム（２８）を焦点合わせするためのフォーカシング光学系（２７）を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
14. 前記チャンバ（１４）内に絞り（３５）が配置されており、該絞り（３５）の絞り開口（３８）を、前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）が通過し、
    前記絞り（３５）の一方の面（３５ｂ）は、前記励起レーザビーム（２８）を焦点合わせするための反射性のフォーカシング光学系を形成している、
    請求項１３記載のドライバレーザ装置。
15. 前記供給装置（２６）は、前記励起レーザビーム（２８）が、前記絞り開口（３８）の分だけ中空となっている中空ビームの形態で、前記絞り（３５）の面（３６ｂ）に入射するように構成され、
    前記供給装置（２６）は、前記励起レーザビーム（２８）が、前記絞り（３５）の前記ビーム源（２）側とは反対側の面（３６ｂ）に入射するように構成されている、
    請求項１４記載のドライバレーザ装置。
16. 前記ドライバレーザ装置は制御装置（３４）を有しており、該制御装置（３４）は、前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７）が前記チャンバ（１４）から出射してから、前記第２の方向（Ｒ２）に伝播するレーザビーム（７ａ）が前記チャンバ（１４）に入射するまでの間においても、前記チャンバ（１４）の前記ガス（２０）においてプラズマ（２１）を点弧させる前記励起レーザビーム（２８）を生成するために前記励起レーザ（２５）を制御するように構成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
17. さらに、前記励起レーザビーム（２８）のパルスを選択するための切替可能素子（３０）を含んでいる、請求項１から１６までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置。
18. 前記供給装置（２６）は、少なくとも１つの光アイソレータ（１３ａ〜１３ｃ）への供給前に前記励起レーザビーム（２８）を遅延させるための少なくとも１つの遅延区間（３１ａ、３１ｂ）を有している、請求項１７記載のドライバレーザ装置。
19. 請求項１から１８までのいずれか１項記載のドライバレーザ装置（１２）と、
    ターゲット材料（８）を配置することができる真空チャンバ（１１）と、
    前記ドライバレーザ装置（１２）から前記ターゲット材料（８）へと前記第１の方向（Ｒ１）に伝播するレーザビーム（７、７ａ）を案内するためのビームガイド装置（５）と、
    を含んでいる、ＥＵＶビーム生成装置（１）。

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