JPWO2016143071A1 - 固体レーザ装置、ファイバ増幅器システム、および固体レーザシステム - Google Patents

固体レーザ装置、ファイバ増幅器システム、および固体レーザシステム Download PDF

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Abstract

本開示における固体レーザ装置は、シード光を出射する第１の発振器と、シード光に基づいて生成されたパルスレーザ光を出射するレーザ光生成部と、パルスレーザ光の光路上に直列配置され、エルビウムおよびイッテルビウムがドープされたシリカファイバを含む最終段のファイバ増幅器を含む複数段のファイバ増幅器とを備えてもよい。シリカファイバの断面積をファイバ長で除算した値は、０．７ｎｍ以上１．６４ｎｍ以下であってもよい。

Description

本開示は、パルスレーザ光を生成する固体レーザ装置、ファイバ増幅器システム、および固体レーザシステムに関する。
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている（半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という）。このため、露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。
現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。
ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０〜４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化モジュールによりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。
米国特許第７５９３４３７号明細書 米国特許第６６１１３７２号明細書 特開２０１３−２２２１７３号公報 米国特許出願公開第２０１３／０２７９５２６号明細書 特許第４９２５０８５号公報
Peng Wan,et al." Low repetition rate high energy 1.5 μm fiberLaser",12 September 2011 / Vol. 19, No. 19 / OPTICS EXPRESS 18067
概要
本開示における固体レーザ装置は、シード光を出射する第１の発振器と、シード光に基づいて生成されたパルスレーザ光を出射するレーザ光生成部と、パルスレーザ光の光路上に直列配置され、エルビウムおよびイッテルビウムがドープされたシリカファイバを含む最終段のファイバ増幅器を含む複数段のファイバ増幅器とを備えてもよい。シリカファイバの断面積をファイバ長で除算した値は、０．７ｎｍ以上１．６４ｎｍ以下であってもよい。
本開示におけるファイバ増幅器システムは、パルスレーザ光の第１の光路を、第２の光路および第３の光路に分岐する光学素子と、第２の光路上に配置された第１のファイバ増幅器と、第３の光路上に配置された第２のファイバ増幅器とを備えてもよい。
本開示における固体レーザシステムは、第１の波長の第１のパルスレーザ光を出射する第１の固体レーザ装置と、第２の波長の第２のパルスレーザ光を出射する直列配置された第１の複数段のファイバ増幅器と、第２の波長の第３のパルスレーザ光を出射する直列配置された第２の複数段のファイバ増幅器とを含む第２の固体レーザ装置と、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光が入射し、第１の波長および第２の波長から波長変換された第３の波長の第４のパルスレーザ光を出射する第１の波長変換素子と、第３のパルスレーザ光および第４のパルスレーザ光が入射し、第２の波長および第３の波長から波長変換された第４の波長の第５のパルスレーザ光を出射する第２の波長変換素子とを備えてもよい。
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、比較例に係る固体レーザ装置を含む露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に表す構成図である。 図２は、図１に示した増幅器の一構成例を概略的に表す構成図である。 図３は、第１の実施形態に係る第２の固体レーザ装置の一構成例を概略的に表す構成図である。 図４は、Ｅｒファイバ増幅器の一特性例を表す説明図である。 図５は、第１の実施形態の第１の変形例に係る最終段のＥｒファイバ増幅器の一構成例を表す構成図である。 図６は、第１の実施形態の第１の変形例に係る他の最終段のＥｒファイバ増幅器の一構成例を表す構成図である。 図７は、第１の実施形態の第２の変形例に係る最終段のＥｒファイバ増幅器の一構成例を表す構成図である。 図８は、第１の実施形態の第２の変形例に係る他の最終段のＥｒファイバ増幅器の一構成例を表す構成図である。 図９は、第１の実施形態の第４の変形例に係る増幅器の一構成例を概略的に表す構成図である。 図１０は、第２の実施形態に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図１１は、図１０に示したＥｒファイバ増幅器システムの一構成例を表す構成図である。 図１２は、第２の実施形態の第１の変形例に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図１３は、図１２に示したＥｒファイバ増幅器システムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図１４は、第２の実施形態の第２の変形例に係る固体レーザシステムの一構成例を概略的に表す構成図である。 図１５は、制御部のハードウエア環境の一例を示す。
実施形態
＜内容＞
［１．概要］
［２．比較例］（固体レーザ装置を含む露光装置用レーザ装置）
２．１ 構成（図１，２）
２．２ 動作
２．３ 課題
［３．第１の実施形態］（第２の固体レーザ装置）
３．１ 構成（図３）
３．２ 動作
３．３ 作用
３．４ 変形例
３．４．１ 第１の変形例（図５，６）
３．４．２ 第２の変形例（図７，８）
３．４．３ 第３の変形例
３．４．４ 第４の変形例（図９）
［４．第２の実施形態］（固体レーザシステム）
４．１ 構成（図１０，１１）
４．２ 動作
４．３ 作用
４．４ 変形例
４．４．１ 第１の変形例（図１２，１３）
４．４．２ 第２の変形例（図１４）
［５．制御部のハードウエア環境］（図１５）
［６．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、例えば、パルスレーザ光を生成する固体レーザ装置、ファイバ増幅器システム、および固体レーザシステムに関する。
［２．比較例］
まず、本開示の実施形態に対する比較例に係る固体レーザ装置を含む露光装置用レーザ装置について説明する。
露光装置用レーザ装置として、ＭＯ（マスタオシレータ）とＰＯ（パワーオシレータ）とを含む構成があり得る。そのような露光装置用レーザ装置では、ＭＯとＰＯとに、ＡｒＦレーザガスをレーザ媒質とするＡｒＦレーザ装置が使用され得る。しかしながら、省エネルギの観点から、ＭＯを波長１９３．４ｎｍのパルスレーザ光を出力する固体レーザシステムとする露光装置用レーザ装置の開発が進みつつある。このＭＯは、第１の固体レーザ装置と、第２の固体レーザ装置と、波長変換システムとを含んでもよい。第１の固体レーザ装置と第２の固体レーザ装置は、それぞれＹｂファイバ増幅器システムと、Ｅｒファイバ増幅器システムと、を含んでもよい。以下では、そのような露光装置用レーザ装置の構成例を説明する。
（２．１ 構成）
図１は、本開示の実施形態に対する比較例の露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に表すものである。
露光装置用レーザ装置１は、固体レーザシステム１１０と、増幅器２と、レーザ制御部３と、同期制御部６と、高反射ミラー９８，９９とを備えてもよい。
固体レーザシステム１１０は、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２０と、同期回路部１３と、高反射ミラー１６と、ダイクロイックミラー１７と、波長変換システム１５とを含んでもよい。
第１の固体レーザ装置１１は、シード光に基づいて生成された第１の波長の第１のパルスレーザ光Ｌ１を、ダイクロイックミラー１７を介して波長変換システム１５に向けて出射するように構成されてもよい。第１の波長は、約２５７．５ｎｍであってもよい。第１の固体レーザ装置１１は、半導体レーザ２０と、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）２３と、Ｙｂファイバ増幅器システム２４と、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５とを含んでもよい。また、第１の固体レーザ装置１１は、非線形結晶であるＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶２１とＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）結晶２２とを含んでもよい。半導体レーザ２０、半導体光増幅器２３、Ｙｂファイバ増幅器システム２４、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５、ＬＢＯ結晶２１、およびＣＬＢＯ結晶２２は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。
半導体レーザ２０は、ＣＷ発振もしくはパルス発振により波長約１０３０ｎｍのシード光を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。半導体レーザ２０は、シングル縦モードであって、波長約１０３０ｎｍ付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。
半導体光増幅器２３は、半導体にパルス電流を流すことにより、シード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。半導体光増幅器２３は、同期回路部１３からの指示に基づいて半導体にパルス電流を流す電流制御器を含んでもよい。半導体光増幅器２３は、半導体レーザ２０がパルス発振する場合には、半導体レーザ２０と同期して動作するように構成されてもよい。
Ｙｂファイバ増幅器システム２４は、Ｙｂがドープされた多段の光ファイバ増幅器と、ＣＷ発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給するＣＷ励起半導体レーザとを含んでもよい。
ＬＢＯ結晶２１は、波長約１０３０ｎｍのパルスレーザ光が入射され、波長約５１５ｎｍのパルスレーザ光を出射してもよい。ＣＬＢＯ結晶２２は、波長約５１５ｎｍのパルスレーザ光が入射され、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光を出射してもよい。
第２の固体レーザ装置１２０は、シード光に基づいて生成された第２の波長の第２のパルスレーザ光Ｌ２を、高反射ミラー１６およびダイクロイックミラー１７を介して波長変換システム１５に向けて出射するように構成されてもよい。第２の波長は、約１５５４ｎｍであってもよい。第２の固体レーザ装置１２０は、半導体レーザ４０と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）４１と、Ｅｒファイバ増幅器システム４２０とを含んでもよい。半導体レーザ４０、半導体光増幅器４１、およびＥｒファイバ増幅器システム４２０は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。
半導体レーザ４０は、ＣＷ発振もしくはパルス発振により波長約１５５４ｎｍのシード光を出射する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。半導体レーザ４０は、シングル縦モードであって、波長約１５５４ｎｍ付近で波長を変化させることができる半導体レーザであってもよい。
半導体光増幅器４１は、半導体にパルス電流を流すことにより、シード光を所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換し増幅する半導体素子であってもよい。半導体光増幅器４１は、同期回路部１３からの指示に基づいて半導体にパルス電流を流す、図示しない電流制御器を含んでもよい。半導体光増幅器４１は、半導体レーザ４０がパルス発振する場合には、半導体レーザ４０と同期して動作するように構成されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２０は、ＥｒおよびＹｂが共にドープされた多段の光ファイバ増幅器と、ＣＷ発振により励起光を出射し、その励起光を各光ファイバ増幅器に供給するＣＷ励起半導体レーザとを含んでもよい。
同期回路部１３は、同期制御部６からのトリガ信号Ｔｒ１に基づいて、第１の固体レーザ装置１１の半導体光増幅器２３および第２の固体レーザ装置１２０の半導体光増幅器４１に所定のトリガ信号をそれぞれ出力するように構成されてもよい。
高反射ミラー１６は、第２の固体レーザ装置１２０から出射された第２のパルスレーザ光Ｌ２を高反射し、ダイクロイックミラー１７に入射させるように配置されてもよい。
ダイクロイックミラー１７は、第１の波長の第１のパルスレーザ光Ｌ１を高透過する基板上に、第１の波長の第１のパルスレーザ光Ｌ１を高透過し、第２の波長の第２のパルスレーザ光Ｌ２を高反射する膜がコートされたものであってもよい。ダイクロイックミラー１７は、第１のパルスレーザ光Ｌ１および第２のパルスレーザ光Ｌ２を、互いの光路軸を略一致させた状態で波長変換システム１５に入射させるように配置されてもよい。
波長変換システム１５は、第１の波長の第１のパルスレーザ光Ｌ１および第２の波長の第２のパルスレーザ光Ｌ２が入射され、第１の波長および第２の波長と異なる波長のパルスレーザ光ＬＬを出射するように構成されてもよい。波長変換システム１５は、ＣＬＢＯ結晶１８，１９と、ダイクロイックミラー９５，９６と、高反射ミラー９７とを含んでもよい。ＣＬＢＯ結晶１８、ダイクロイックミラー９５、ＣＬＢＯ結晶１９、およびダイクロイックミラー９６は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。
ＣＬＢＯ結晶１８には、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光Ｌ１および波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光Ｌ２が入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を出射してもよい。
ダイクロイックミラー９５は、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされたものであってもよい。
ＣＬＢＯ結晶１９には、ダイクロイックミラー９５を透過した、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光が入射されてもよい。ＣＬＢＯ結晶１９は、波長約１５５４ｎｍと波長約２２０．９ｎｍの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを出射してもよい。
ダイクロイックミラー９６は、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが高反射する膜がコートされたものであってもよい。
高反射ミラー９７は、ダイクロイックミラー９６により反射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを固体レーザシステム１１０から出射するように配置されてもよい。
高反射ミラー９８，９９は、固体レーザシステム１１０から出射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが、増幅器２に入射するように配置されてもよい。
増幅器２は、固体レーザシステム１１０から出射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを増幅し、増幅されたパルスレーザ光が露光装置４に向けて出射されるように構成されてもよい。
図２は、増幅器２の一構成例を概略的に表すものである。増幅器２は、増幅器制御部３０と、充電器３１と、トリガ補正器３２と、スイッチ３３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）３４と、チャンバ３５と、凹面ミラー３６と、凸面ミラー３７とを含んでもよい。
チャンバ３５には、ウインドウ３９ａ，３９ｂが設けられてもよい。チャンバ３５の中には、例えば、Ａｒガス、Ｆ２ガス、およびＮｅガスを含むレーザガスが入っていてもよい。チャンバ３５の中には１対の放電電極３８が配置されてもよい。１対の放電電極３８は、パルスパワーモジュール３４の出力端子に接続されてもよい。凹面ミラー３６および凸面ミラー３７は、凹面ミラー３６の焦点位置３６ａと、凸面ミラー３７の焦点位置３７ａとが略一致するように構成されてもよい。
レーザ制御部３は、半導体レーザ２０、半導体レーザ４０、Ｙｂファイバ増幅器システム２４内のＣＷ励起半導体レーザ、およびＥｒファイバ増幅器システム４２０内のＣＷ励起半導体レーザに、図示しない信号ラインを介して接続されてもよい。
同期制御部６には、図１に示したように、レーザ制御部３を介して、固体レーザシステム１１０におけるパルスレーザ光の生成タイミングを指示する発振トリガ信号Ｔｒ０が外部装置としての露光装置４から供給されてもよい。露光装置４は、露光装置制御部５を含んでもよい。発振トリガ信号Ｔｒ０は、露光装置４の露光装置制御部５が供給するようにしてもよい。同期制御部６は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいてトリガ信号Ｔｒ１を生成し、トリガ信号Ｔｒ１を同期回路部１３に供給するように構成されていてもよい。また、同期制御部６は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいてトリガ信号Ｔｒ２を生成し、図２に示したように、トリガ信号Ｔｒ２を増幅器制御部３０を介してトリガ補正器３２に供給するように構成されてもよい。
（２．２ 動作）
レーザ制御部３は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいて、半導体レーザ２０，４０をＣＷ発振もしくはパルス発振させてもよい。また、レーザ制御部３は、発振トリガ信号Ｔｒ０に基づいて、Ｙｂファイバ増幅器システム２４内のＣＷ励起半導体レーザ、およびＥｒファイバ増幅器システム４２０内のＣＷ励起半導体レーザをＣＷ発振させてもよい。
同期制御部６は、レーザ制御部３を介して露光装置制御部５から発振トリガ信号Ｔｒ０を受信したとき、発振トリガ信号Ｔｒ０とトリガ信号Ｔｒ１との間の遅延時間、および発振トリガ信号Ｔｒ０とトリガ信号Ｔｒ２との間の遅延時間を制御してもよい。この遅延時間は、固体レーザシステム１１０から出射されたパルスレーザ光ＬＬが増幅器２に入射するのと同期して１対の放電電極３８が放電するように制御されてもよい。
第１の固体レーザ装置１１では、第１の半導体レーザ２０から波長約１０３０ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光として出射され得る。このシード光は、同期回路部１３からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器２３によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器２３から出射されたパルスレーザ光は、Ｙｂファイバ増幅器システム２４に入射され、このＹｂファイバ増幅器システム２４により増幅され得る。Ｙｂファイバ増幅器システム２４から出射されたパルスレーザ光は、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５に入射され、このＹｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５により増幅され得る。Ｙｂ：ＹＡＧ結晶増幅器２５から出射されたパルスレーザ光は、ＬＢＯ結晶２１に入射され得る。そして、このパルスレーザ光から、ＬＢＯ結晶２１およびＣＬＢＯ結晶２２によって、波長約２５７．５ｎｍの第４高調波光が生成され得る。これにより、第１の固体レーザ装置１１から波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光Ｌ１が出射され得る。
一方、第２の固体レーザ装置１２０では、半導体レーザ４０から波長約１５５４ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光として出射され得る。このシード光は、同期回路部１３からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器４１によって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器４１から出射されたパルスレーザ光は、Ｅｒファイバ増幅器システム４２０に入射され、このＥｒファイバ増幅器システム４２０により増幅され得る。これにより、第２の固体レーザ装置１２０から波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光Ｌ２が出射され得る。
第１の固体レーザ装置１１から出射された波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光Ｌ１は、ダイクロイックミラー１７を介して、波長変換システム１５に入射され得る。また、第２の固体レーザ装置１２０から出射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光Ｌ２は、高反射ミラー１６およびダイクロイックミラー１７を介して、波長変換システム１５に入射され得る。
ここで、同期回路部１３は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、所定のタイミングで、所定のパルス幅のトリガ信号を半導体光増幅器２３，４１にそれぞれ供給してもよい。この所定のタイミングは、第１のパルスレーザ光Ｌ１および第２のパルスレーザ光Ｌ２が、波長変換システム１５のＣＬＢＯ結晶１８に略同時に入射するように調節され得る。半導体光増幅器２３に供給されるトリガ信号のパルス幅は、第１のパルスレーザ光Ｌ１のパルス幅が１ｎｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下になるように調節され得る。半導体光増幅器４１に供給されるトリガ信号のパルス幅は、第２のパルスレーザ光Ｌ２のパルス幅が１ｎｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下になるように調節され得る。これにより、固体レーザシステム１１０が出射するパルスレーザ光ＬＬのパルス幅は、１ｎｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下になるように調節され得る。
波長変換システム１５では、ダイクロイックミラー１７によってＣＬＢＯ結晶１８に第１のパルスレーザ光Ｌ１および第２のパルスレーザ光Ｌ２が略同時に入射され、ＣＬＢＯ結晶１８上で第１のパルスレーザ光Ｌ１のビームおよび第２のパルスレーザ光Ｌ２のビームが重なり得る。ＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を生成し得る。ＣＬＢＯ結晶１８からは、波長約２５７．５ｎｍ、波長約１５５４ｎｍ、および波長約２２０．９ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。
ダイクロイックミラー９５は、ＣＬＢＯ結晶１８から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍの２つのパルスレーザ光を高透過し、波長約２５７．５ｎｍのパルスレーザ光を高反射し得る。ダイクロイックミラー９５を透過した２つのパルスレーザ光は、ＣＬＢＯ結晶１９に入射し得る。
ＣＬＢＯ結晶１９は、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを生成し得る。ＣＬＢＯ結晶１９からは、波長約１５５４ｎｍ、波長約２２０．９ｎｍ、および波長約１９３．４ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。
ダイクロイックミラー９６は、ＣＬＢＯ結晶１９から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約１５５４ｎｍおよび波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを高反射し得る。波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬは、高反射ミラー９７を介して波長変換システム１５から出射され得る。波長変換システム１５から出射されたパルスレーザ光ＬＬは、高反射ミラー９８，９９を介して、増幅器２に入射し得る。
増幅器２は、パルスレーザ光ＬＬの入射に同期して、１対の放電電極３８により放電させ、反転分布を作り得る。ここで、トリガ補正器３２は、固体レーザシステム１１０からの波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが増幅器２で効率よく増幅されるように、パルスパワーモジュール３４のスイッチ３３のタイミングを調整してもよい。増幅器２では、パルスレーザ光ＬＬは、凸面ミラー３７および凹面ミラー３６で反射することにより、１対の放電電極３８間の放電空間を３回通過し得る。これにより、パルスレーザ光ＬＬのビームが拡大され増幅され得る。以上のようにして、固体レーザシステム１１０から出射された波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬが増幅器２により増幅され、露光装置４に向けて出射され得る。
（２．３ 課題）
このように、露光装置用レーザ装置１において、ＭＯを固体レーザシステム１１０で構成した場合には、この固体レーザシステム１１０の要求仕様は以下のようになり得る。
繰り返し周波数 ≦ ６ｋＨｚ
パルスエネルギ ≧ ３３μＪ／ｐｕｌｓｅ（０．２Ｗ＠６ｋＨｚ）
スペクトル線幅Δν ≦ ４ＧＨｚ（０．５０ｐｍ＠１９３．４ｎｍ）（半値全幅）
パルス幅 １ｎｓ〜３０ｎｓ（半値全幅）
このような目標を達成するには、第２の固体レーザ装置１２０の目標仕様は、以下のようになり得る。
繰り返し周波数 ≦ ６ｋＨｚ
パルスエネルギ ≧ １６７μＪ／ｐｕｌｓｅ（１Ｗ＠６ｋＨｚ）
スペクトル線幅Δν ≦ ４ＧＨｚ（３２．２ｐｍ＠１５５４ｎｍ）（半値全幅）
パルス幅 １ｎｓ〜３０ｎｓ（半値全幅）
このような目標を達成しようとすると、Ｅｒファイバ増幅器システム４２０における最終段の光ファイバ増幅器において、ファイバ中の非線形現象である誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）が生じ得る。その結果、この最終段の光ファイバ増幅器において、パルスレーザ光の増幅が抑制されるとともに、このパルスレーザ光が散乱されて戻り光となり得る。この場合には、半導体レーザ４０は損傷し得た。
［３．第１の実施形態］
次に、本開示の第１の実施形態に係る固体レーザ装置について説明する。なお、以下では図１に示した比較例に係る第２の固体レーザ装置１２０の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
（３．１ 構成）
図３は、第２の固体レーザ装置１２の一構成例を概略的に表すものである。第２の固体レーザ装置１２は、図１に示した比較例の構成におけるＥｒファイバ増幅器システム４２０に代えて、Ｅｒファイバ増幅器システム４２を含んでもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２は、Ｅｒファイバ増幅器５３，５８，６１と、アイソレータ５４，６０と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５５，５９とを含んでもよい。Ｅｒファイバ増幅器５３、アイソレータ５４、バンドパスフィルタ５５、Ｅｒファイバ増幅器５８、バンドパスフィルタ５９、アイソレータ６０、およびＥｒファイバ増幅器６１は、光路上において上流から下流へこの順序で配置されてもよい。また、Ｅｒファイバ増幅器システム４２は、ポンプ用半導体レーザ５１，５６，６３と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexer）光カプラ５２と、ポンプコンバイナ（ＰＣ）５７，６２とを含んでもよい。Ｅｒファイバ増幅器５３およびＥｒファイバ増幅器５８は、ファイバのまま互いに結合されてもよいし、空気を介して結合されてもよい。同様に、Ｅｒファイバ増幅器５８およびＥｒファイバ増幅器６１は、ファイバのまま互いに結合されてもよいし、空気を介して結合されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器５３は、シリカファイバにＥｒおよびＹｂが共にドープされたシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を含んでもよい。このシングルモードファイバのファイバ径は、約６μｍであってもよい。Ｅｒファイバ増幅器５３は、上流側において、ポンプ用半導体レーザ５１に接続された光ファイバと、ＷＤＭ光カプラ５２により結合されてもよい。ＷＤＭ光カプラ５２は、半導体光増幅器４１から出射された波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光と、ポンプ用半導体レーザ５１から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光とを結合するように構成されてもよい。
アイソレータ５４，６０は、例えば戻り光の通過を抑制するためのファラデーアイソレータであってもよい。
バンドパスフィルタ５５，５９は、ガラス基板上に、１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、その他の光の通過を抑制するフィルタがコートされたものであってもよい。その他の光は、自然放射光（ＡＳＥ；Amplified Spontaneous Emission）およびポンプ光であってもよい。
Ｅｒファイバ増幅器５８は、シリカファイバにＥｒおよびＹｂが共にドープされたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を含んでもよい。このダブルクラッドファイバのファイバ径は、約１０μｍであってもよい。Ｅｒファイバ増幅器５８は、上流側において、ポンプ用半導体レーザ５６に接続された光ファイバと、ポンプコンバイナ５７により結合されてもよい。ポンプコンバイナ５７は、前段のＥｒファイバ増幅器５３から出射された波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光と、ポンプ用半導体レーザ５６から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光とを結合するように構成されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器６１は、シリカファイバにＥｒおよびＹｂが共にドープされたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を含んでもよい。このダブルクラッドファイバは、ファイバ径が約２５μｍのラージモードエリア（ＬＭＡ）ファイバであってもよい。ここで、“約２５μｍ”は、例えば製造ばらつきを含んでもよい。このダブルクラッドファイバは、その特性がシングル横モードのファイバの特性に近づくように巻かれてもよい。Ｅｒファイバ増幅器６１は、下流側において、ポンプ用半導体レーザ６３に接続された光ファイバと、ポンプコンバイナ６２により結合されてもよい。ポンプコンバイナ６２は、ポンプ用半導体レーザ６３から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光をＥｒファイバ増幅器６１に供給するように構成されてもよい。Ｅｒファイバ増幅器６１のうち、ポンプ光が通過する部分の長さである実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆは、０．３ｍ以上かつ０．７ｍ以下であってもよい。
図４は、Ｅｒファイバ増幅器の一特性例を表すものである。このＥｒファイバ増幅器は、ＥｒおよびＹｂが共にドープされた、ファイバ径が２５μｍのフューズドシリカファイバを含んでもよい。横軸は、実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆであってもよく、縦軸は、増幅後のパルスエネルギＥｆであってもよい。
実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆを０ｍから徐々に長くするにつれて、パルスエネルギＥｆは徐々に増加し得る。そして、実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆが０．３ｍ以上になると、パルスエネルギＥｆは実用的なレベルになり得る。実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆが０．３ｍ以上０．７ｍ以下の所定の長さにおいて、パルスエネルギＥｆがピーク値になり得る。そして、実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆがこの所定の長さよりも長くなると、誘導ブリルアン散乱が生じ得るため、パルスエネルギＥｆは減少し得る。実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆが０．７ｍになると、パルスエネルギＥｆは、例えば２００μＪになり得る。以上のようにして、実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆは、ファイバ径が約２５μｍの場合において、０．３ｍ以上かつ０．７ｍ以下になり得る。
誘導ブリルアン散乱が発生するしきい値エネルギＰＳＢＳは、以下の式で表され得る。
ＰＳＢＳ 〜 Ａｅｆｆ／（Ｋ・ｇＢ・Ｌｅｆｆ） ・・・（１）
ここで、Ａｅｆｆは実効モード断面積であってもよい。Ｋは偏光依存因子であってもよい。ｇＢはブリルアン利得係数であってもよい。誘導ブリルアン散乱は、実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆが長いほど、そして実行モード断面積Ａｅｆｆが小さいほど、生じやすくなり得る。ここで、パラメータＦを以下のように定義してもよい。
Ｆ ＝ Ａｅｆｆ／Ｌｅｆｆ ・・・（２）
誘導ブリルアン散乱は、パラメータＦが小さいほど、生じやすくなり得る。実行モード断面積Ａｅｆｆは、ファイバ径をＤとすると、以下のようになり得る。
Ａｅｆｆ ＝ π・（Ｄ／２）２ ・・・（３）
よって、パラメータＦは、以下のように表し得る。
Ｆ ＝ π・（Ｄ／２）２／Ｌｅｆｆ ・・・（４）
ファイバ径が約２５μｍの場合において、実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆが０．３ｍ以上かつ０．７ｍ以下であることは、パラメータＦが０．７ｎｍ以上かつ１．６４ｎｍ以下であることに対応し得る。
なお、誘導ブリルアン散乱は、この他、パルスレーザ光のパルス幅が長いほど、そしてパルスレーザ光のスペクトル線幅が狭いほど、生じやすくなり得る。
ここで、半導体レーザ４０は、本開示における「第１の発振器」の一具体例に対応してもよい。半導体光増幅器４１は、本開示における「レーザ光生成部」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器５３，５８，６１は、本開示における「複数段のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。同期回路部１３は、本開示における「制御部」の一具体例に対応してもよい。
（３．２ 動作）
半導体光増幅器４１から出射されたパルスレーザ光は、ＷＤＭ光カプラ５２を介してＥｒファイバ増幅器５３に入射され、このＥｒファイバ増幅器５３により増幅され得る。
Ｅｒファイバ増幅器５３から出射されたパルスレーザ光は、アイソレータ５４、バンドパスフィルタ５５、およびポンプコンバイナ５７を介してＥｒファイバ増幅器５８に入射され得る。アイソレータ５４は、Ｅｒファイバ増幅器５８，６１からの自然放出光や戻り光を抑制し得る。バンドパスフィルタ５５は、Ｅｒファイバ増幅器５３，５８からの自然放出光の通過を抑制し、自励発振を抑制し得る。Ｅｒファイバ増幅器５８に入射されたパルスレーザ光は、このＥｒファイバ増幅器５８により増幅され得る。
Ｅｒファイバ増幅器５８から出射されたパルスレーザ光は、バンドパスフィルタ５９およびアイソレータ６０を介してＥｒファイバ増幅器６１に入射され得る。バンドパスフィルタ５９は、Ｅｒファイバ増幅器５８，６１からの自然放出光の通過を抑制し、自励発振を抑制し得る。アイソレータ６０は、Ｅｒファイバ増幅器６１からの自然放出光や戻り光を抑制し得る。Ｅｒファイバ増幅器６１に入射したパルスレーザ光は、このＥｒファイバ増幅器６１により、誘導ブリルアン散乱が抑制されつつ増幅され得る。
（３．３ 作用）
本実施形態のＥｒファイバ増幅システム４２を含む第２の固体レーザ装置１２と、第１の固体レーザ装置１１と、波長変換システム１５と、を含む固体レーザ装置１１０は、波長１９３．４ｎｍ、スペクトル線幅Δν≦４ＧＨｚ、パルス幅１ｎｓ〜３０ｎｓ、パルスエネルギ１６７μＪ／ｐｕｌｓｅ（１Ｗ＠６ｋＨｚ）を実現し得る。
また、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつパルスレーザ光を増幅し得るため、戻り光により半導体レーザ４０が損傷するおそれを低減し得る。
（３．４ 変形例）
（３．４．１ 第１の変形例）
Ｅｒファイバ増幅器システム４２は、図３に示した構成に限定されない。例えば、本変形例に係るＥｒファイバ増幅器システム４２Ａは、図５に示すように、ダイクロイックミラー６４を含んでもよい。この図５は、Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ａにおける最終段のＥｒファイバ増幅器６１付近を示していてもよい。ダイクロイックミラー６４は、アイソレータ６０と最終段のＥｒファイバ増幅器６１との間に配置されてもよい。ダイクロイックミラー６４には、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約９７６ｎｍのポンプ光が高反射する膜がコートされたものであってもよい。ダイクロイックミラー６４は、反射面の法線方向が、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路方向と異なるように配置されてもよい。
ここで、ポンプ用半導体レーザ６３は、本開示における「第２の発振器」の一具体例に対応してもよい。ポンプコンバイナ６２は、本開示における「第１の光学素子」の一具体例に対応してもよい。ダイクロイックミラー６４は、本開示における「第２の光学素子」の一具体例に対応してもよい。
ポンプ用半導体レーザ６３から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光は、ポンプコンバイナ６２により、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流からＥｒファイバ増幅器６１に入射され、光励起され得る。前段のＥｒファイバ増幅器５８から出射され、最終段のＥｒファイバ増幅器６１に入射した波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光は、誘導ブリルアン散乱が抑制されつつ、増幅され得る。ポンプコンバイナ６２により入射されたポンプ光のうちの残りの光は、Ｅｒファイバ増幅器６１の上流において、ダイクロイックミラー６４により反射され、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路外に出射され得る。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ａでは、ポンプ光のエネルギを増加させることにより、パルスレーザ光をさらに増幅し得る。その際、パルスレーザ光の増幅に寄与しなかった残りのポンプ光が生じ得る。この残りのポンプ光をダイクロイックミラー６４によって光路外に出射させることにより、アイソレータ６０へのポンプ光の入射を抑制し得る。その結果、アイソレータ６０の寿命が改善し得る。
なお、このダイクロイックミラー６４に代えて、波長約９７６ｎｍのポンプ光を波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路外に出射するポンプコンバイナを含んでもよい。
また、例えば、図６に示すＥｒファイバ増幅器システム４２Ｂのように、ポンプコンバイナ６２を、アイソレータ６０と最終段のＥｒファイバ増幅器６１との間に配置してもよい。ダイクロイックミラー６４は、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流の光路上に配置されてもよい。
ポンプ用半導体レーザ６３から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光は、ポンプコンバイナ６２により、Ｅｒファイバ増幅器６１の上流からＥｒファイバ増幅器６１に入射され、光励起され得る。ポンプコンバイナ６２により入射された波長約９７６ｎｍのポンプ光のうちの残りの光は、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流において、ダイクロイックミラー６４により反射され、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路外に出射され得る。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ｂでは、残りのポンプ光をダイクロイックミラー６４によって光路外に出射させることにより、波長変換システム１５へのポンプ光の入射を抑制し得る。その結果、波長変換システム１５内の光学素子の損傷を抑制し得る。
なお、この場合でも、ダイクロイックミラー６４に代えて、波長約９７６ｎｍのポンプ光を波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路外に出射するポンプコンバイナを含んでもよい。
（３．４．２ 第２の変形例）
Ｅｒファイバ増幅器システム４２は、図３に示したように、ポンプコンバイナ６２によりポンプ光をＥｒファイバ増幅器６１に供給し得たが、この構成に限定されない。例えば、本変形例に係るＥｒファイバ増幅器システム４２Ｃは、図７に示すように、ダイクロイックミラー６６と、集光レンズ６７と、コリメータレンズ６８とを含んでもよい。ダイクロイックミラー６６は、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約９７６ｎｍのポンプ光が高反射する膜がコートされたものであってもよい。ダイクロイックミラー６６、集光レンズ６７、およびコリメータレンズ６８は、ポンプ用半導体レーザ６３からの波長約９７６ｎｍのポンプ光を、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流側の端面からＥｒファイバ増幅器６１に直接入射させるように構成されてもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ｃは、このように、いわゆる端面励起型のものであってもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ｃは、さらに、ポンプコンバイナ６５を含んでもよい。ポンプコンバイナ６５は、波長約９７６ｎｍのポンプ光のうちの残りの光を、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路外に出射してもよい。ポンプコンバイナ６５は、アイソレータ６０とＥｒファイバ増幅器６１との間に配置されてもよい。なお、このポンプコンバイナ６５に代えて、図５に示したＥｒファイバ増幅器システム４２Ａと同様に、ダイクロイックミラー６４を含んでもよい。
ここで、ダイクロイックミラー６６は、本開示における「第１の光学素子」の一具体例に対応してもよい。ポンプコンバイナ６５は、本開示における「第２の光学素子」の一具体例に対応してもよい。
ポンプ用半導体レーザ６３から出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光は、コリメータレンズ６８によってコリメートされ、ダイクロイックミラー６６により高反射され、集光レンズ６７により集光され得る。集光レンズ６７により集光されたポンプ光は、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流側の端面から、Ｅｒファイバ増幅器６１に直接入射され得る。ダイクロイックミラー６６および集光レンズ６７により入射された波長約９７６ｎｍのポンプ光のうちの残りの光は、Ｅｒファイバ増幅器６１の上流において、ポンプコンバイナ６５により光路外に出射され得る。
上述したＥｒファイバ増幅器システム４１Ａでは、ポンプ光のエネルギを増加させた場合、ポンプコンバイナ６２が劣化し得る。一方、このＥｒファイバ増幅器システム４１Ｃでは、Ｅｒファイバ増幅器システム４１Ａの場合と異なりポンプコンバイナ６２を用いないので、Ｅｒファイバ増幅器システム４１Ｃの寿命が改善し得る。
また、例えば、図８に示すＥｒファイバ増幅器システム４２Ｄのように、ダイクロイックミラー６６およびコリメータレンズ６７を、アイソレータ６０とＥｒファイバ増幅器６１との間に配置してもよい。ダイクロイックミラー６６、集光レンズ６７、およびコリメータレンズ６８は、ポンプ用半導体レーザ６３からの波長約９７６ｎｍのポンプ光をＥｒファイバ増幅器６１の上流側の端面からＥｒファイバ増幅器６１に直接入射させるように構成されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ｄでは、さらに、ポンプコンバイナ６５は、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流の光路上に配置されてもよい。なお、このポンプコンバイナ６５に代えて、図６に示したＥｒファイバ増幅器システム４２Ｂと同様に、ダイクロイックミラー６４を含んでもよい。
集光レンズ６７により集光されたポンプ光は、Ｅｒファイバ増幅器６１の上流側の端面から、Ｅｒファイバ増幅器６１に直接入射され得る。ダイクロイックミラー６６および集光レンズ６７により入射された波長約９７６ｎｍのポンプ光のうちの残りの光は、Ｅｒファイバ増幅器６１の下流において、ポンプコンバイナ６５により光路外に出射され得る。
Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ｄでは、Ｅｒファイバ増幅器システム４２Ｂの場合と異なりポンプコンバイナ６２を用いないので、Ｅｒファイバ増幅器システム４１Ｄの寿命が改善し得る。
（３．４．３ 第３の変形例）
Ｅｒファイバ増幅器システム４２における、Ｅｒファイバ増幅器の段数は、図３に示した段数に限定されず、複数段であれば何段でもよい。複数段のＥｒファイバ増幅器のうちの少なくとも最終段のＥｒファイバ増幅器におけるパラメータＦは、０．７ｎｍ以上かつ１．６４ｎｍ以下であってもよい。
（３．４．４ 第４の変形例）
増幅器２は、図１に示した構成に限定されない。例えば、図９に示す増幅器２Ｅのように、チャンバ４７と、出力結合ミラー４３と、高反射ミラー４４〜４６とを含んでもよい。また、増幅器２Ｅは、図示していないが、図２に示した増幅器２と同様に、増幅器制御部３０と、充電器３１と、トリガ補正器３２と、スイッチ３３を含むパルスパワーモジュール３４とを含んでもよい。さらに、増幅器２Ｅは、パルスレーザ光ＬＬを固体レーザシステムから増幅器２Ｅに導く高反射ミラーを含んでもよいし、増幅器２Ｅから出射したパルスレーザ光を露光装置４に導く高反射ミラーを含んでもよい。
チャンバ４７には、ウインドウ４９ａ，４９ｂが設けられてもよい。チャンバ４７の中には１対の放電電極４８が配置されてもよい。１対の放電電極４８は、この図９において、奥行方向に対向して配置されてもよい。増幅器２Ｅは、出力結合ミラー４３および高反射ミラー４４〜４６を含むリング型の光共振器が構成されてもよい。この増幅器２Ｅでは、パルスレーザ光が、出力結合ミラー４３、高反射ミラー４４、１対の放電電極４８間の放電空間、高反射ミラー４５、高反射ミラー４６、１対の放電電極４８間の放電空間の順に繰り返し進行し、増幅され得る。
［４．第２の実施形態］
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体レーザ装置を含む固体レーザシステムについて説明する。なお、以下では、上記比較例に係る固体レーザシステム１１０の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
（４．１ 構成）
図１０は、固体レーザシステム７０の一構成例を概略的に表すものである。固体レーザシステム７０は、第２の固体レーザ装置７１と、波長変換システム７５と、高反射ミラー９２とを含んでもよい。第２の固体レーザ装置７１は、Ｅｒファイバ増幅器システム７２を含んでもよい。
図１１は、Ｅｒファイバ増幅器システム７２の一構成例を概略的に表すものである。Ｅｒファイバ増幅器システム７２は、最終段のＥｒファイバ増幅器を２つ設け、２つのパルスレーザ光Ｌ２，Ｌ３を波長変換システム７５に向けて出射するように構成されてもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム７２は、ビームスプリッタ７３と、高反射ミラー７４と、Ｅｒファイバ増幅器６９Ａ，６９Ｂと、ポンプコンバイナ６２Ａ，６２Ｂと、ポンプ用半導体レーザ６３Ａ，６３Ｂとを含んでもよい。
ビームスプリッタ７３は、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路上において、Ｅｒファイバ増幅器５８とＥｒファイバ増幅器６９Ａとの間に配置されてもよい。好ましくは、ビームスプリッタ７３は、アイソレータ６０とＥｒファイバ増幅器６９Ａとの間に配置されてもよい。ビームスプリッタ７３は、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高透過する基板上に、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光のうちの一部を透過しその他を反射する膜がコートされたものであってもよい。この膜は、好ましくは、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光のうちの５０％を透過し、５０％を反射するように構成されてもよい。
高反射ミラー７４は、ビームスプリッタ７３による反射光がＥｒファイバ増幅器６９Ｂに入射されるように配置されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器６９Ａは、シリカファイバにＥｒおよびＹｂが共にドープされたダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を含んでもよい。Ｅｒファイバ増幅器６９Ａは、下流側において、ポンプ用半導体レーザ６３Ａに接続された光ファイバと、ポンプコンバイナ６２Ａにより結合されてもよい。ポンプコンバイナ６２Ａは、ポンプ用半導体レーザ６３Ａから出射された波長約９７６ｎｍのポンプ光をＥｒファイバ増幅器６９Ａに供給するように構成されてもよい。Ｅｒファイバ増幅器６９Ａのうち、ポンプ光が通過する部分の長さである実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆは０．３ｍ以上かつ０．７ｍ以下であってもよいし、それ以外の長さであってもよい。Ｅｒファイバ増幅器６９Ｂ、ポンプコンバイナ６２Ｂ、およびポンプ用半導体レーザ６３Ｂについても同様である。
高反射ミラー１６は、図１０に示したように、Ｅｒファイバ増幅器６９Ａからポンプコンバイナ６２Ａを介して出射された第２のパルスレーザ光Ｌ２を高反射し、ダイクロイックミラー１７に入射させるように配置されてもよい。
波長変換システム７５は、ダイクロイックミラー９３を含んでもよい。ダイクロイックミラー９３は、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約２５７．５ｎｍおよび波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高反射する膜がコートされたものであってもよい。
高反射ミラー９２は、Ｅｒファイバ増幅器６９Ｂからポンプコンバイナ６２Ｂを介して出射された第３のパルスレーザ光Ｌ３を高反射し、波長変換システム７５のダイクロイックミラー９３に入射させるように配置されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム７２のビームスプリッタ７３から、波長変換システム７５のビームスプリッタ９３までの２つの光路の光路長は、略一致してもよい。第１の光路は、ビームスプリッタ７３、Ｅｒファイバ増幅器６９Ａ、高反射ミラー１６、ダイクロイックミラー１７、ＣＬＢＯ結晶１８、ダイクロイックミラー９３を経由する光路であってもよい。第２の光路は、ビームスプリッタ７３、高反射ミラー７４、Ｅｒファイバ増幅器６９Ｂ、高反射ミラー９２、ダイクロイックミラー９３を経由する光路であってもよい。
ここで、ビームスプリッタ７３は、本開示のファイバ増幅器システムにおける「光学素子」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器６９Ａは、本開示における「第１のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器６９Ｂは、本開示における「第２のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器５３，５８は、本開示における「１以上の第５のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。
（４．２ 動作）
Ｅｒファイバ増幅器５８からバンドパスフィルタ５９およびアイソレータ６０を介して出射されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ７３により分岐され得る。ビームスプリッタ７３における透過光は、Ｅｒファイバ増幅器６９Ａに入射され、増幅され得る。ビームスプリッタ７３における反射光は、高反射ミラー７４を介してＥｒファイバ増幅器６９Ｂに入射され、増幅され得る。
Ｅｒファイバ増幅器６９Ａから出射された波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光Ｌ２は、波長約２５７．５ｎｍの第１のパルスレーザ光Ｌ１と略同時にＣＬＢＯ結晶１８に入射し得る。ＣＬＢＯ結晶１８は、波長約２５７．５ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を生成し得る。ＣＬＢＯ結晶１８からは、波長約２５７．５ｎｍ、波長約１５５４ｎｍ、および波長約２２０．９ｎｍの３つのパルスレーザ光が出射され得る。
ダイクロイックミラー９３は、ＣＬＢＯ結晶１８から出射された３つのパルスレーザ光のうち、波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光を高透過し、波長約２５７．５ｎｍおよび波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高反射し得る。
また、Ｅｒファイバ増幅器６９Ｂから出射された波長約１５５４ｎｍの第３のパルスレーザ光Ｌ３は、高反射ミラー９２を介して、ダイクロイックミラー９３に入射し得る。ダイクロイックミラー９３は、この波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光を高反射し得る。この波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光は、ダイクロイックミラー９３を透過した波長約２２０．９ｎｍのパルスレーザ光と略同時にＣＬＢＯ結晶１９に入射し得る。
その結果、ＣＬＢＯ結晶１９は、波長約２２０．９ｎｍと波長約１５５４ｎｍの和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬを生成し得る。
（４．３ 作用）
本実施形態の固体レーザシステムによれば、Ｅｒファイバ増幅器システム７２に２つの最終段のＥｒファイバ増幅器６９Ａ，６９Ｂを設け得る。これにより、最終段のＥｒファイバ増幅器が１つの場合に比べて、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ、第２の固体レーザ装置７１が出射する第２のパルスレーザ光Ｌ２および第３のパルスレーザ光Ｌ３の合計のパルスエネルギを高くし得る。
また、Ｅｒファイバ増幅器６９Ｂから出射された第３のパルスレーザ光Ｌ３を、ダイクロイックミラー９３を介してＣＬＢＯ結晶１９に入射し得る。これにより、ＣＬＢＯ結晶１９に入射される波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光のパルスエネルギを高くし得る。その結果、和周波に対応する波長約１９３．４ｎｍのパルスレーザ光ＬＬのパルスエネルギを高くし得る。
（４．４ 変形例）
（４．４．１ 第１の変形例）
固体レーザシステム７０は、図１０，１１に示したように、Ｅｒファイバ増幅器５８の後ろでパルスレーザ光の光路を分岐し得たが、この構成に限定されず、これに代えて、例えば、初段のＥｒファイバ増幅器５３の後ろで分岐してもよい。また、図１２，１３に示す固体レーザシステム７０Ａのように、半導体光増幅器４１の後ろで分岐してもよい。固体レーザシステム７０Ａは、第２の固体レーザ装置７１Ａを含んでもよい。第２の固体レーザ装置７１Ａは、ビームスプリッタ７６と、高反射ミラー７７と、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａ，７８Ｂとを含んでもよい。
ビームスプリッタ７６は、波長約１５５４ｎｍのパルスレーザ光の光路上において、半導体光増幅器４１とＥｒファイバ増幅器システム７８Ａとの間に配置されてもよい。高反射ミラー７７は、ビームスプリッタ７６による反射光がＥｒファイバ増幅器システム７８Ｂに入射されるように配置されてもよい。
Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａ，７８Ｂは、それぞれ、Ｅｒファイバ増幅器５３，５８，６９と、アイソレータ５４，６０と、バンドパスフィルタ５５，５９とを含んでもよい。また、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａ，７８Ｂは、ポンプ用半導体レーザ５１，５６，６３と、ＷＤＭ光カプラ５２と、ポンプコンバイナ５７，６２と含んでもよい。最終段のＥｒファイバ増幅器６９は、シリカファイバにＥｒおよびＹｂが共にドープされたダブルクラッドファイバを含んでもよい。Ｅｒファイバ増幅器６９のうち、ポンプ光が通過する部分の長さである実効増幅ファイバ長Ｌｅｆｆは、０．３ｍ以上かつ０．７ｍ以下であってもよいし、それ以外の長さであってもよい。
ここで、ビームスプリッタ７６は、本開示のファイバ増幅器システムにおける「光学素子」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム７８ＡのＥｒファイバ増幅器６９は、本開示における「第１のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム７８ＢのＥｒファイバ増幅器６９は、本開示における「第２のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム７８ＡのＥｒファイバ増幅器５３，５８は、本開示における「１以上の第３のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム７８ＢのＥｒファイバ増幅器５３，５８は、本開示における「１以上の第４のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。
半導体光増幅器４１から出射されたパルスレーザ光は、ビームスプリッタ７６により分岐され得る。ビームスプリッタ７６における透過光は、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａに入射され、増幅され得る。ビームスプリッタ７６における反射光は、高反射ミラー７７を介してＥｒファイバ増幅器システム７８Ｂに入射され、増幅され得る。その後の動作は、固体レーザシステム７０の場合と同様である。
（４．４．２ 第２の変形例）
固体レーザシステム７０は、図１０，１１に示したように、パルスレーザ光の光路を分岐し得たが、この構成に限定されない。これに代えて、図１４に示す固体レーザシステム７０Ｂのように、例えば、第２のパルスレーザ光Ｌ２を生成する系統と、第３のパルスレーザ光Ｌ３を生成する系統の２系統を設けてもよい。固体レーザシステム７０Ｂは、第２の固体レーザ装置７１Ｂと、同期回路部８３とを含んでもよい。
第２の固体レーザ装置７１Ｂは、半導体レーザ４０Ａ，４０Ｂと、半導体光増幅器４１Ａ，４１Ｂと、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａ，７８Ｂとを含んでもよい。半導体レーザ４０Ａ，４０Ｂは、半導体レーザ４０と同様のものであってもよい。半導体光増幅器４１Ａ，４１Ｂは、半導体光増幅器４１と同様のものであってもよい。
同期回路部８３は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、第１の固体レーザ装置１１の半導体光増幅器２３、および第２の固体レーザ装置７１Ｂの半導体光増幅器４１Ａ，４１Ｂに、所定のトリガ信号をそれぞれ出力するように構成されてもよい。
ここで、Ｅｒファイバ増幅器システム７８ＡのＥｒファイバ増幅器５３，５８，６９は、本開示の固体レーザシステムにおける「第１の複数段のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。Ｅｒファイバ増幅器システム７８ＢのＥｒファイバ増幅器５３，５８，６９は、本開示における「第２の複数段のファイバ増幅器」の一具体例に対応してもよい。ＣＬＢＯ結晶１８は、本開示における「第１の波長変換素子」の一具体例に対応してもよい。ＣＬＢＯ結晶１９は、本開示における「第２の波長変換素子」の一具体例に対応してもよい。
第２の固体レーザ装置７１Ｂでは、半導体レーザ４０Ａから波長約１５５４ｎｍのＣＷ発振光もしくはパルス発振光がシード光として出射され得る。このシード光は、同期回路部８３からの所定のトリガ信号に基づいて、半導体光増幅器４１Ａによって所定のパルス幅のパルスレーザ光に変換され増幅され得る。半導体光増幅器４１Ａから出射されたパルスレーザ光は、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａに入射され、増幅され得る。これにより、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ａから波長約１５５４ｎｍの第２のパルスレーザ光Ｌ２が出射され得る。
半導体レーザ４０Ｂ、半導体光増幅器４１Ｂ、およびＥｒファイバ増幅器システム７８Ｂについても同様である。そして、Ｅｒファイバ増幅器システム７８Ｂから波長約１５５４ｎｍの第３のパルスレーザ光Ｌ３が出射され得る。
同期回路部８３は、トリガ信号Ｔｒ１に基づいて、所定のタイミングで、所定のパルス幅のトリガ信号を半導体光増幅器２３，４１Ａ，４１Ｂにそれぞれ供給してもよい。この所定のタイミングは、第１のパルスレーザ光Ｌ１、第２のパルスレーザ光Ｌ２、および第３のパルスレーザ光Ｌ３が、波長変換システム７５のＣＬＢＯ結晶１８に略同時に入射するように調節され得る。所定のパルス幅は、固体レーザシステム７０Ｂが出射するパルスレーザ光ＬＬのパルス幅が１ｎｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下になるように調節され得る。
その後の動作は、固体レーザシステム７０の場合と同様である。
固体レーザシステム７０Ｂでは、第２の固体レーザ装置７１Ｂから出射されるパルスレーザ光Ｌ２，Ｌ３の合計パルスエネルギが、例えば、図１に示した比較例に係る第２の固体レーザ装置１２０の場合に比べて約２倍になり得る。また、同期回路部８３が半導体光増幅器４１Ｂのタイミング制御を行うことにより、ＣＬＢＯ結晶１８に入射されるパルスレーザ光のタイミングを高い精度で制御し得る。その結果、固体レーザシステム７０Ｂが出射するパルスレーザ光ＬＬのパルスエネルギを高くし得る。
［５．制御部のハードウエア環境］
当業者は、汎用コンピュータ又はプログラマブルコントローラにプログラムモジュール又はソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャーなどを含む。
図１５は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図１５の例示的なハードウエア環境１００は、処理ユニット１０００と、ストレージユニット１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とを含んでもよいが、ハードウエア環境１００の構成は、これに限定されない。
処理ユニット１０００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００１と、メモリ１００２と、タイマ１００３と、画像処理ユニット（ＧＰＵ）１００４とを含んでもよい。メモリ１００２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。ＣＰＵ１００１は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、ＣＰＵ１００１として使用されてもよい。
図１５におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。
動作において、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５にデータを書き込んでもよい。ＣＰＵ１００１は、ストレージユニット１００５から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１によって実行されるプログラム及びＣＰＵ１００１の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ１００３は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に計測結果を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、ストレージユニット１００５から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、レーザ制御部３、同期制御部６、同期回路部１３，８３、増幅器制御部３０、および充電器３１等の、処理ユニット１０００と通信可能なパラレルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらパラレルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、レーザ制御部３、露光装置制御部５、同期制御部６、および同期回路部１３，８３等の、処理ユニット１０００と通信可能な複数のシリアルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれら複数のシリアルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して、各種センサや、半導体光増幅器２３，４１，４１Ａ，４１Ｂ等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行ってもよい。
ユーザインターフェイス１０１０は、操作者が処理ユニット１０００にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット１０００によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。
例示的なハードウエア環境１００は、本開示におけるレーザ制御部３等の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、レーザ制御部３等を統括制御する図示しない露光装置レーザ用制御部等は、イーサネット（登録商標）やインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。
［６．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 (17)

  1. シード光を出射する第１の発振器と、
    前記シード光に基づいて生成されたパルスレーザ光を出射するレーザ光生成部と、
    前記パルスレーザ光の光路上に直列配置され、エルビウムおよびイッテルビウムがドープされたシリカファイバを含む最終段のファイバ増幅器を含む複数段のファイバ増幅器と
    を備え、
    前記シリカファイバの断面積をファイバ長で除算した値は、０．７ｎｍ以上１．６４ｎｍ以下である
    固体レーザ装置。
  2. 前記複数段のファイバ増幅器は、３段のファイバ増幅器である
    請求項１に記載の固体レーザ装置。
  3. 前記シリカファイバのファイバ径は約２５μｍであり、
    前記シリカファイバのファイバ長は、０．３ｍ以上０．７ｍ以下である
    請求項１に記載の固体レーザ装置。
  4. 前記最終段のファイバ増幅器から出力されたパルスレーザ光のパルス幅が１ｎｓｅｃ以上３０ｎｓｅｃ以下になるように、前記レーザ光生成部を制御する制御部をさらに備える
    請求項１に記載の固体レーザ装置。
  5. 前記パルスレーザ光の波長と異なる波長のポンプ光を出射する第２の発振器と、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置され、前記ポンプ光を前記シリカファイバに導く第１の光学素子と、
    前記パルスレーザ光の光路上に配置され、前記ポンプ光を前記パルスレーザ光の光路外に導く第２の光学素子と
    をさらに備える
    請求項１に記載の固体レーザ装置。
  6. 前記第１の光学素子は、前記パルスレーザ光の光路上において、前記第２の光学素子の上流に配置されている
    請求項５に記載の固体レーザ装置。
  7. 前記第１の光学素子は、前記パルスレーザ光の光路上において、前記第２の光学素子の下流に配置されている
    請求項５に記載の固体レーザ装置。
  8. 前記第１の光学素子は、反射面の法線方向が前記パルスレーザ光の光路方向と異なるように配置されたダイクロイックミラーを含む
    請求項５に記載の固体レーザ装置。
  9. 前記第１の光学素子は、ポンプコンバイナを含む
    請求項５に記載の固体レーザ装置。
  10. 前記第２の光学素子は、反射面の法線方向が前記パルスレーザ光の光路方向と異なるように配置されたダイクロイックミラーを含む
    請求項５に記載の固体レーザ装置。
  11. 前記第２の光学素子は、ポンプコンバイナを含む
    請求項５に記載の固体レーザ装置。
  12. パルスレーザ光の第１の光路を、第２の光路および第３の光路に分岐する光学素子と、
    前記第２の光路上に配置された第１のファイバ増幅器と、
    前記第３の光路上に配置された第２のファイバ増幅器と
    を備えるファイバ増幅器システム。
  13. 前記第２の光路上において、前記第１のファイバ増幅器の上流に配置された１以上の第３のファイバ増幅器と、
    前記第３の光路上において、前記第２のファイバ増幅器の上流に配置された１以上の第４のファイバ増幅器と
    をさらに備える
    請求項１２に記載のファイバ増幅器システム。
  14. 前記第１の光路上に配置された１以上の第５のファイバ増幅器をさらに備える
    請求項１２に記載のファイバ増幅器システム。
  15. 第１の波長の第１のパルスレーザ光を出射する第１の固体レーザ装置と、
    第２の波長の第２のパルスレーザ光を出射する直列配置された第１の複数段のファイバ増幅器と、前記第２の波長の第３のパルスレーザ光を出射する直列配置された第２の複数段のファイバ増幅器とを含む第２の固体レーザ装置と、
    前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光が入射し、前記第１の波長および前記第２の波長から波長変換された第３の波長の第４のパルスレーザ光を出射する第１の波長変換素子と、
    前記第３のパルスレーザ光および前記第４のパルスレーザ光が入射し、前記第２の波長および前記第３の波長から波長変換された第４の波長の第５のパルスレーザ光を出射する第２の波長変換素子と
    を備える固体レーザシステム。
  16. 前記第１の複数段のファイバ増幅器のうちの最終段のファイバ増幅器は、エルビウムおよびイッテルビウムがドープされ、断面積を長さで除算した値が０．７ｎｍ以上１．６４ｎｍ以下であるシリカファイバを含む
    請求項１５に記載の固体レーザシステム。
  17. 前記第２の複数段のファイバ増幅器のうちの最終段のファイバ増幅器は、エルビウムおよびイッテルビウムがドープされ、断面積を長さで除算した値が０．７ｎｍ以上１．６４ｎｍ以下であるシリカファイバを含む
    請求項１５に記載の固体レーザシステム。
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