WO2011148895A1 - 固体レーザ装置およびレーザシステム - Google Patents

固体レーザ装置およびレーザシステム Download PDF

Info

Publication number
WO2011148895A1
WO2011148895A1 PCT/JP2011/061754 JP2011061754W WO2011148895A1 WO 2011148895 A1 WO2011148895 A1 WO 2011148895A1 JP 2011061754 W JP2011061754 W JP 2011061754W WO 2011148895 A1 WO2011148895 A1 WO 2011148895A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
light
solid
laser beam
master oscillator
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/061754
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
若林　理
貴士 小野瀬
紳二 伊藤
Original Assignee
ギガフォトン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ギガフォトン株式会社 filed Critical ギガフォトン株式会社
Priority to JP2012517254A priority Critical patent/JP5914329B2/ja
Publication of WO2011148895A1 publication Critical patent/WO2011148895A1/ja
Priority to US13/671,657 priority patent/US8625645B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0085—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018—Mode suppression
    • H01S3/08022—Longitudinal modes
    • H01S3/08027—Longitudinal modes by a filter, e.g. a Fabry-Perot filter is used for wavelength setting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/137—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity for stabilising of frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
    • G02F1/3507—Arrangements comprising two or more nonlinear optical devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/354—Third or higher harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/0811—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H01S3/0812—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22—Gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2375—Hybrid lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state laser device and a laser system.
  • KrF excimer lasers that output laser light in the deep ultraviolet region and ArF excimer laser devices that output laser light in the vacuum ultraviolet region have been used as light sources for exposure in semiconductor device manufacturing.
  • laser light output from a master oscillator using gas as a gain medium is amplified by an amplifier that also uses gas as a gain medium.
  • a solid-state laser device is capable of changing a spectral line width of an output laser beam, and outputs a laser beam including at least one longitudinal mode, and a downstream side of the master oscillator.
  • At least one amplifier disposed on the optical path, a wavelength converter disposed on the optical path downstream of the amplifier, a detection unit that detects the spectrum of the laser light, and a detection result of the detection unit
  • a control unit that controls a spectral line width of the laser light output from the master oscillator.
  • a laser system may include the above-described solid-state laser device and at least one amplifying device disposed on an optical path downstream of the solid-state laser device.
  • FIG. 1 is a diagram for describing an overview of an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 schematically shows a schematic configuration of the laser system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 schematically shows a schematic configuration of the solid-state laser apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator including the Littman cavity according to the first embodiment.
  • FIG. 5 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator including the wavelength filter according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for describing an overview of an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 schematically shows a schematic configuration of the laser system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 schematically shows a schematic configuration of the solid-state laser apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator including the Littman cavity according to the first embodiment.
  • FIG. 5 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator including the wavelength filter
  • FIG. 6 shows the wavelength spectrum of the laser light oscillated by the Ti: sapphire crystal in Embodiment 1 and the wavelength selection characteristics of the birefringent filter, coarse and fine etalon.
  • FIG. 7 shows the wavelength selection characteristics of the fine etalon and the longitudinal mode of the laser beam in the first embodiment.
  • FIG. 8 schematically shows a schematic configuration of the fine etalon shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an example of an etalon.
  • FIG. 10 shows the relationship between the FSR and FWHM of the etalon shown in FIG.
  • FIG. 11 shows the Fines characteristic for each reflectance of the etalon shown in FIG.
  • FIG. 12 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator provided with the band narrowing element according to the first embodiment.
  • FIG. 13 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator provided with the band narrowing unit according to the first embodiment.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of a master oscillator including the semiconductor laser according to the first embodiment.
  • FIG. 15 schematically shows a schematic configuration of an example of the optical path controller shown in FIG.
  • FIG. 18 schematically shows a schematic configuration of another example of the optical path controller shown in FIG. FIG.
  • FIG. 19 shows a schematic configuration of a master oscillator including the optical modulator according to the first embodiment.
  • FIG. 20 shows a schematic configuration of a master oscillator including the electro-optic element according to the first embodiment as an optical modulator.
  • FIG. 21 shows an example of seed light output from the seed laser shown in FIG.
  • FIG. 22 shows an example of laser light output from the electro-optic element shown in FIG.
  • FIG. 23 shows a schematic configuration of a master oscillator provided with the photoacoustic element according to the first embodiment as an optical modulator.
  • FIG. 24 shows an example of seed light output from the seed laser shown in FIG.
  • FIG. 25 shows an example of laser light output from the first photoacoustic element shown in FIG.
  • FIG. 24 shows an example of seed light output from the seed laser shown in FIG.
  • FIG. 26 shows an example of laser light output from the second photoacoustic element shown in FIG.
  • FIG. 27 schematically shows a schematic configuration of the amplifier of the Fabry-Perot type power oscillator according to the first embodiment.
  • FIG. 28 schematically shows a schematic configuration of an amplifier configured as a ring-type power oscillator according to the first embodiment.
  • FIG. 29 schematically shows a schematic configuration of the regenerative amplifier according to the first embodiment.
  • FIG. 30 schematically shows a schematic configuration of an amplifier configured as a multipath type power amplifier according to the first embodiment.
  • FIG. 31 schematically shows a schematic configuration of a wavelength conversion unit including two SHG crystals according to the first embodiment.
  • FIG. 32 shows the laser beam output from the amplifier in the first embodiment.
  • FIG. 33 shows the second harmonic light output from the BBO crystal with respect to the incidence of the laser light shown in FIG.
  • FIG. 34 shows the fourth harmonic light output from the KBBF crystal with respect to the incidence of the laser light shown in FIG.
  • FIG. 35 shows an example of a laser beam input as a fundamental wave to the wavelength converter according to the first embodiment.
  • FIG. 36 shows fourth harmonic light generated using the BBO crystal and KBBF crystal with the laser light shown in FIG. 35 as the fundamental wave.
  • FIG. 37 shows an example of a laser beam input as a fundamental wave to the wavelength converter according to the first embodiment.
  • FIG. 38 shows fourth harmonic light generated using the BBO crystal and KBBF crystal with the laser light shown in FIG. 37 as a fundamental wave.
  • FIG. 39 shows an example of a laser beam input as a fundamental wave to the wavelength conversion unit according to the first embodiment.
  • FIG. 40 shows fourth harmonic light generated using the BBO crystal and KBBF crystal with the laser light shown in FIG. 39 as a fundamental wave.
  • FIG. 41 schematically shows a schematic configuration of an example of the detection unit according to the first embodiment.
  • FIG. 42 schematically shows a schematic configuration of another example of the detection unit according to the first embodiment.
  • FIG. 43 is a diagram for explaining the spectral purity E95.
  • FIG. 44 schematically shows a schematic configuration of an amplifying apparatus configured as a power oscillator according to the first embodiment.
  • FIG. 45 schematically illustrates a schematic configuration of a laser system according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 45 schematically illustrates a schematic configuration of a laser system according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 46 schematically shows a schematic configuration of Modification 1 of the solid-state laser device.
  • FIG. 47 schematically shows a schematic configuration of the low coherence unit shown in FIG.
  • FIG. 48 schematically shows a schematic configuration of Modification 2 of the solid-state laser device.
  • FIG. 49 schematically shows a schematic configuration of a laser system according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 50 schematically shows another cross-sectional configuration along the optical path of the amplification device shown in FIG.
  • MOPO Master Oscillator Power Oscillator
  • MOPA Master Oscillator Power Amplifier
  • Modification Example of Solid-State Laser Device 5.1 Solid-state laser device including a low coherence unit (Modification Example 1) 5.1.1 Low coherence unit using optical pulse stretch 5.2 Solid-state laser device including wavelength conversion unit using LBO crystal and THG crystal (Modification 2) 6). A laser system using a power amplifier in an amplifying device (Embodiment 3)
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the embodiment exemplified below.
  • the spectrum SP of the laser beam output from the light source has a relatively narrow band and an appropriate spread as shown in FIG.
  • the spectral purity E95 shown in FIG. 1 may be a line width of a frequency region or a wavelength band in which 95% of light energy in the spectrum is concentrated.
  • Such a spectrum SP may be approximately realized by using a plurality of longitudinal modes L1, L2,..., Ln as an example.
  • strength of each longitudinal mode L1, L2, ..., Ln may be increased / decreased according to the shape of spectrum SP.
  • a master oscillator as a seed light source used in a laser system is not always capable of outputting a laser beam having a spectrum SP having a relatively narrow band and an appropriate spread. Therefore, in the following embodiment, as shown in FIG. 1, a laser beam spectrum SP required from an external apparatus such as an exposure apparatus is used as a laser beam including a plurality of longitudinal modes L1, L2,. May be realized approximately. At that time, the center frequency of each longitudinal mode L1 to Ln, the frequency difference between adjacent longitudinal modes L1 to Ln (hereinafter referred to as longitudinal mode interval) and the light intensity of each longitudinal mode L1 to Ln are based on the shape of the spectrum SP. May be adjusted.
  • Gaussian is illustrated as the shape of the spectrum SP.
  • the present invention is not limited to this.
  • various modifications can be made such as a top-hat spectrum having a relatively broad center wavelength, a spectrum having a plurality of peaks, and a spectrum having an asymmetric shape. That is, the following embodiments can correspond to various shapes of required spectra.
  • the multi-longitudinal mode refers to including a plurality of longitudinal modes.
  • the spectral line width of laser light including a plurality of longitudinal modes refers to the spectral line width of the entire laser light including a plurality of longitudinal modes.
  • the laser beam may be a pulsed laser beam or a continuous laser beam.
  • the amplifier and the amplifying device may include a power oscillator, a power amplifier, a regenerative amplifier, and the like.
  • the power oscillator may include a gain medium for amplifying the laser light and an optical resonator.
  • the power amplifier may include a gain medium for amplifying the laser light and one or more optical elements that form a path through the gain medium.
  • the master oscillator may include a laser that outputs laser light in a multi-longitudinal mode, a laser oscillator, and the like.
  • the laser system 1 As the laser system 1, an ArF laser whose output laser beam has a center wavelength of 193 nm is taken as an example. However, it is not limited to this. Various laser systems such as an excimer laser such as a KrF laser, a XeCl laser, and an XeF laser can be applied as the laser system 1.
  • an excimer laser such as a KrF laser, a XeCl laser, and an XeF laser can be applied as the laser system 1.
  • FIG. 2 schematically shows a schematic configuration of the laser system 1 according to the first embodiment.
  • the laser system 1 may include a solid-state laser device 10 and an amplification device 80.
  • the solid-state laser device 10 may output laser light 20 including a plurality of longitudinal modes that approximately realize the spectrum SP.
  • the laser beam 20 output from the solid-state laser device 10 may be guided to the amplification device 80 by the optical system 30.
  • the optical system 30 may include a plurality of high reflection mirrors 31 and 32 that highly reflect the laser light 20.
  • the amplification device 80 may amplify the incident laser beam 20 and output it as the laser beam 40.
  • the output laser beam 40 may be input to an exposure apparatus, for example.
  • FIG. 3 schematically shows a schematic configuration of the solid-state laser apparatus 10.
  • the solid-state laser device 10 may include a master oscillator 100, an amplifier 200, and a wavelength conversion unit 300.
  • the master oscillator 100 may be a so-called seed light source.
  • the master oscillator 100 may output laser light including at least one longitudinal mode as the laser light 21.
  • the curve connecting the peak of the light intensity of each longitudinal mode included in the laser beam 21 may approximate the spectrum SP.
  • the amplifier 200 may amplify the laser beam 21 and output it as the laser beam 22.
  • the wavelength conversion unit 300 matches the wavelength of the laser beam 21 (or the laser beam 22 after amplification by the amplifier 200) output from the master oscillator 100 with the amplifiable wavelength region of the amplification device 80 that is an amplification stage.
  • the wavelength of the laser beam 23 may be converted.
  • the wavelength conversion device 300 may generate the fourth harmonic light using each longitudinal mode included in the laser light 22 as a fundamental wave.
  • the wavelength conversion unit 300 may output the generated fourth harmonic light as the laser light 23.
  • the solid-state laser device 10 may further include a beam splitter 410, a detection unit 420, and a control unit 430.
  • the beam splitter 410 may be disposed on the optical path of the laser beam 23 output from the wavelength conversion unit 300.
  • the beam splitter 410 may branch the optical path of the laser light 23 into two.
  • the beam splitter 410 may be coated with a film that partially reflects the laser light 23.
  • the laser beam 23 that has passed through the beam splitter 410 may be output from the solid-state laser device 10 as the laser beam 20.
  • the laser beam 23 reflected by the beam splitter 410 may be incident on the detection unit 420 as the laser beam 24.
  • the detection unit 420 may detect the spectral line width of the entire laser beam 24.
  • the control unit 430 may perform feedback control on the master oscillator 100 based on the detected spectral line width. At this time, the control unit 430 may control the center frequency, the longitudinal mode interval, and the light intensity of each longitudinal mode L1 to Ln included in the laser light 21 output from the master oscillator 100. Further, the control unit 430 may perform feedback control of the master oscillator 100 in accordance with a request from the external apparatus 50 such as an exposure apparatus controller.
  • FIG. 4 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator 100 including the Littman cavity.
  • the master oscillator 100 includes a high reflection mirror 101, a titanium sapphire crystal 102 as a gain medium, a grating 103, a high reflection mirror 104, an output coupler 105, and a pumping laser 106. Also good.
  • the high reflection mirror 101 and the output coupler 105 may constitute an optical resonator.
  • the titanium sapphire crystal 102 and the grating 103 may be disposed on the optical path in the optical resonator formed by the high reflection mirror 101 and the output coupler 105.
  • the high reflection mirror 104 may reflect the laser light diffracted by the grating 103 and return it to the grating 103.
  • the high reflection mirror 104 may be a deformable mirror whose reflection surface can change the curvature with respect to the dispersion direction of the grating 103.
  • the high reflection mirrors 101 and 104 may form an optical resonator different from the optical resonator formed by the high reflection mirror 101 and the output coupler 105.
  • the resonator length L sol 1 from the high reflection mirror 101 to the high reflection mirror 104 may be equal to the resonator length L sol 2 from the high reflection mirror 101 to the output coupler 105.
  • the surface inside the optical resonator of the high reflection mirror 101 may be coated with a film that highly reflects light having a wavelength near 773.6 nm and highly transmits the excitation light 61 from the pumping laser 106.
  • the opposite surface of the high reflection mirror 101 may be coated with a film that highly transmits the excitation light 61. Thereby, the high reflection mirror 101 can take the excitation light 61 from the pumping laser 106 into the optical resonator and reflect the laser light from the titanium sapphire crystal 102.
  • the excitation light 61 that has entered the optical resonator via the high reflection mirror 101 may enter the titanium sapphire crystal 102.
  • the light input / output end face of the titanium sapphire crystal 102 may be Brewster cut.
  • the Brewster cut end face can suppress the reflection of the laser beam. Thereby, amplification efficiency can be improved.
  • the polarization state of the laser light can be defined by Brewster cut. Therefore, the efficiency with which the excitation light 61 and the laser light are incident on the titanium sapphire crystal 102 can be improved.
  • the laser light may be emitted from the titanium sapphire crystal 102.
  • the laser light emitted from the titanium sapphire crystal 102 includes an optical resonator including the high reflection mirror 101, the grating 103, and the high reflection mirror 104, and the high reflection mirror 101, the grating 103, and the output coupler 105.
  • the optical resonator may be reciprocated.
  • the laser beam passing through the titanium sapphire crystal 102 may be amplified.
  • the laser light that has passed through the titanium sapphire crystal 102 may be diffracted by the grating 103.
  • the surface inside the optical resonator of the output coupler 105 may be coated with a film that partially reflects light having a wavelength near 773.6 nm.
  • the opposite surface of the output coupler 105 may be coated with an antireflection film. Thereby, the output coupler 105 can function as an optical output terminal that outputs the laser light 21.
  • the output coupler 105 may be arranged with respect to the grating 103, for example, in the emission direction of the 0th-order diffracted light.
  • the high reflection mirror 104 may be disposed in the emission direction of the ⁇ mth order diffracted light with respect to the grating 103. According to such a configuration, the spectral line width of the laser light can be adjusted by adjusting the number of grooves per unit length of the grating 103. Further, the wavelength of the laser light 21 output from the master oscillator 100 can be selected by adjusting the angle of the high reflection mirror 104 with respect to the grating 103.
  • the number of longitudinal modes of the laser light 21 output from the master oscillator 100 can be determined by the spectral line width and the longitudinal mode interval. Therefore, the number of grooves per unit length of the grating 103 is preferably designed so that the spectral line width of the entire laser beam 21 becomes the desired spectral line width of the spectrum SP. Further, the resonator lengths L sol 1 and L sol 2 of the master oscillator 100 may be designed to have a predetermined longitudinal mode interval. Thereby, the laser beam 21 having a desired number of longitudinal modes and a spectral line width can be generated.
  • L sol of the master oscillator 100 when the laser system 1 is used as a light source for semiconductor exposure will be described.
  • the longitudinal mode interval of the laser beam 40 output from the laser system 1 can be expressed as C / 2L EXC .
  • C is the speed of light.
  • L EXC is the resonator length of the master oscillator 100 for generating the laser light 21 including a plurality of longitudinal modes in which the peaks of the longitudinal modes are distributed so as to trace the spectrum SP suitable for semiconductor exposure, for example.
  • ... ( ⁇ Ln ⁇ 1 ⁇ Ln
  • the longitudinal mode interval ⁇ of the laser light 21 output from the master oscillator 100 can be expressed as C / 2L sol . Therefore, in order to obtain a desired longitudinal mode interval by the master oscillator 100, the resonator length L sol of the master oscillator 100 only needs to satisfy L SOL ⁇ L EXC .
  • the resonator length L sol of the master oscillator 100 is preferably 1.00 m.
  • the resonator length L sol of the master oscillator 100 may be, for example, not less than 0.5 m and not more than 1.5 m. More preferably, the resonator length L sol may be, for example, not less than 0.8 m and not more than 1.2 m. However, the lower limit of the resonator length L sol is preferably determined by a request from the exposure apparatus side, for example. The upper limit of the resonator length L sol is preferably determined based on ease of design and the like.
  • the master oscillator 100 may include a drive mechanism that changes the reflection surface of the highly reflective mirror 104, which is a deformable mirror, in order to change the wavefront in the resonator.
  • the drive mechanism may include a drive unit 101b that changes the curvature of the surface of the high reflection mirror 104.
  • the control unit 430 may control the curvature of the reflection surface of the high reflection mirror 104 via the drive unit 101b.
  • the case where the wavefront in the optical resonator is changed by the high reflection mirror 104 is illustrated.
  • the curvatures of the reflecting surfaces of the grating 103, the high reflection mirror 101, and the output coupler 105 may be changed.
  • FIG. 5 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator 110 including the wavelength filter.
  • the master oscillator 110 includes a high reflection mirror 111, a titanium sapphire crystal 112 as a gain medium, a coarse etalon 113, a fine etalon 114, a birefringence filter 115, an output coupler 116, and a pumping.
  • a laser 117 may be provided.
  • the high reflection mirror 111 and the output coupler 116 may constitute an optical resonator.
  • the titanium sapphire crystal 112, the coarse etalon 113, the fine etalon 114, and the birefringent filter 115 may be disposed on the optical path in the optical resonator formed by the high reflection mirror 111 and the output coupler 116.
  • the coarse etalon 113, the fine etalon 114, and the birefringence filter 115 may constitute a narrow band section 118.
  • the surface inside the optical resonator of the high reflection mirror 111 may be coated with a film that highly reflects light having a wavelength near 773.6 nm and highly transmits the excitation light 61 from the pumping laser 117.
  • the opposite surface of the high reflection mirror 111 may be coated with a film that highly transmits the excitation light 61. Thereby, the high reflection mirror 111 can take in the excitation light 61 from the pumping laser 117 into the optical resonator and reflect the laser light from the titanium sapphire crystal 112 to the inside of the optical resonator.
  • the excitation light 61 that has entered the optical resonator via the high reflection mirror 111 may enter the titanium sapphire crystal 112.
  • the light input / output end face of the titanium sapphire crystal 112 may be Brewster cut.
  • Laser light may be emitted from the titanium sapphire crystal 112 excited by the excitation light 61.
  • the laser beam may reciprocate in the optical resonator composed of the high reflection mirror 111 and the output coupler 116. As a result, the laser beam passing through the titanium sapphire crystal 112 may be amplified.
  • the surface inside the optical resonator of the output coupler 116 may be coated with a film that partially reflects light having a wavelength near 773.6 nm.
  • the opposite surface of the output coupler 116 may be coated with an antireflection film. Accordingly, the output coupler 116 can function as an optical output terminal that outputs the laser light 21.
  • the birefringence filter 115, the coarse etalon 113, and the fine etalon 114 arranged in the optical resonator can each function as a wavelength filter.
  • FIG. 6 shows the wavelength spectrum of the laser light oscillated by the titanium sapphire crystal 112 and the wavelength selection characteristics of the birefringence filter 115, the coarse etalon 113, and the fine etalon 114.
  • FIG. 7 shows the wavelength selection characteristics of the fine etalon 114 and the longitudinal mode of the laser light 21.
  • a laser beam having a spectrum B112 in which longitudinal modes are distributed in a relatively wide wavelength range of about 650 to 1100 nm can be output.
  • the light transmission spectrum B114 of the fine etalon 114 is narrower than the spectrum B112 of the laser light.
  • This light transmission spectrum B114 may be substantially equal to the desired spectrum SP (see FIG. 1). Therefore, by using the fine etalon 114 as a wavelength filter, the entire spectrum of the laser light 21 output from the master oscillator 110 can be substantially converted into a desired spectrum SP as shown in FIG.
  • the light transmission band (light transmission spectrum B114) of the fine etalon 114 is not limited to one.
  • the light transmission bands of the birefringent filter 115 and the coarse etalon 113 are not limited to one, respectively.
  • the birefringent filter 115 may be inclined with respect to the optical path in the optical resonator so that the incident angle of the laser beam becomes the Brewster angle.
  • Each of the two light input / output surfaces of the birefringent filter 115 may be coated with an antireflection film.
  • the thickness along the optical path of the birefringent filter 115 may be a thickness that can function as a wave plate for light of, for example, 773.6 nm.
  • the specular spacing and the reflectance of the coarse etalon 113 may be specifications such that the light transmission spectrum B113 is narrower than the light transmission spectrum B115 of the birefringence filter 115. As a result, the number of longitudinal modes transmitted through the birefringent filter 115 can be narrowed down by the coarse etalon 113.
  • the coarse etalon 113 may be a solid etalon in which a film having a predetermined reflectance is coated on both surfaces of a predetermined substrate that transmits the wavelength of the laser.
  • an air gap etalon in which two mirrors having a predetermined partial reflectance are combined at a predetermined mirror interval via a spacer may be used.
  • the specular spacing and reflectance of the fine etalon 114 may be specifications such that the light transmission spectrum B114 is narrower than the light transmission spectrum B113 of the coarse etalon 113. At least one light input / output surface of the fine etalon 114 may be coated with a film such that the light transmission spectrum B114 is narrower than the light transmission spectrum B113 of the coarse etalon 113. Thereby, the number of longitudinal modes transmitted through the coarse etalon 113 can be further narrowed down by the fine etalon 114.
  • the fine etalon may be a solid etalon or an air gap etalon.
  • the pulsed excitation light 61 output from the pumping laser 117 may pass through the high reflection mirror 111 and enter the titanium sapphire crystal 112.
  • the titanium sapphire crystal 112 can be excited.
  • the titanium sapphire crystal 112 can emit light when transitioning from an excited state to a ground state. This light has a relatively wide spectral line width. Therefore, the laser light in the optical resonator may be narrowed by using the coarse etalon 113, the fine etalon 114, and the birefringence filter 115.
  • the narrowband laser beam may be incident on the output coupler 116.
  • the output coupler 116 may output a part of the laser light as the laser light 21 to the outside of the optical resonator.
  • the output coupler 116 may reflect another part of the laser light into the optical resonator.
  • the reflected laser light may be further narrowed by passing through the birefringence filter 115, the fine etalon 114, and the coarse etalon 113.
  • the narrow-band laser beam may be amplified by passing through the titanium sapphire crystal 112.
  • the amplified laser light may be further amplified by being folded back by the high reflection mirror 111 and passing through the titanium sapphire crystal 112 again.
  • the amplified laser beam may be narrowed by passing through the coarse etalon 113, the fine etalon 114, and the birefringence filter 115 again.
  • the narrowband laser beam may be incident on the output coupler 116.
  • the output coupler 116 may output part of the laser light as the laser light 21 to the outside of the optical resonator and reflect the other part of the laser light into the optical resonator.
  • the master oscillator 110 can oscillate by repeating such an operation, and can output a laser beam having a spectrum including a desired longitudinal mode.
  • Both the light input / output surfaces of the fine etalon 114 may be coated with coatings having different reflectivities depending on the transmission position of the laser light. However, when the laser light passes through the etalon, the incident surface and the exit surface may have the same reflectance. For example, as shown in FIG. 8, both the light input / output surfaces of the fine etalon 114 are coated with a partial reflection film 114c in which the reflectance of both surfaces gradually changes in accordance with the position where the laser light is transmitted. Also good.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of an etalon.
  • FIG. 10 shows the relationship between the FSR (Free Spectral Range) and FWHM (Full Width at Half Maximum) of the etalon shown in FIG.
  • FIG. 11 shows the Fines characteristic for each reflectance of the etalon shown in FIG.
  • the etalon 1114 shown in FIG. 9 may be, for example, a Fabry-Perot etalon. Partial reflection films 1114a and 1114b may be coated on the light input / output surface of the etalon 1114, respectively.
  • the etalon 1114 can have the effect of a wavelength filter in which a specific wavelength is strengthened by an interference effect between opposing reflecting surfaces (light input / output surfaces). Such characteristics of the etalon 1114 can usually be specified by FSR and F (Fineness). F can be expressed as the ratio of FSR and FWHM. Thus, F can be determined primarily by reflectivity.
  • the substrate thickness of the etalon 1114 is d
  • the refractive index of the substrate is n
  • the reflectances of the partial reflection films 1114a and 1114b are R. Then, the following relational expressions (1) to (3) can be established. It should be noted, ⁇ denotes the wavelength of the laser light L in.
  • F ⁇ R 1/2 / (1 ⁇ R) (1)
  • FSR ⁇ 2 / (2nd) (2)
  • FWHM FSR / F (3)
  • the light transmission spectrum B1114 of the etalon 1114 can have a shape having a peak for each FSR, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 11, when the reflectance R of the partial reflection films 1114a and 1114b is increased, the light transmission spectrum B1114a of the etalon 1114 may have a shape in which very sharp peaks repeatedly appear. On the other hand, when the reflectance of the partial reflection films 1114a and 1114b is lowered, the light transmission spectrum B1114b has a relatively broad shape.
  • the light transmission spectrum B1114 shows the case where the reflectance R is 50%
  • the light transmission spectrum B1114a shows the case where the reflectance R is 90%
  • the light transmission spectrum B1114b shows the case where the reflectance R is 4%. Is shown.
  • the fine etalon 114 coated with the partial reflection film 114c whose reflectance gradually changes depending on the position may be moved in a direction in which the reflectance of the portion arranged in the optical path changes.
  • the line width of the light transmission spectrum B114 of the fine etalon 114 can be controlled by moving the fine etalon 114 in the direction in which the reflectance changes. As a result, the spectral line width of the entire laser beam 21 output from the master oscillator 110 can be controlled.
  • the master oscillator 110 may include a moving mechanism that can move the fine etalon 114.
  • the moving mechanism may move the fine etalon 114 in the direction in which the reflectance of the portion arranged in the optical path of the fine etalon 114 changes.
  • the moving stage 114a and the driving unit 114b may be included.
  • the moving stage 114a may hold the fine etalon 114.
  • the drive unit 114b may move the moving stage 114a in a direction in which the reflectance of the portion arranged in the optical path of the fine etalon 114 changes.
  • the fine etalon 114 may be fixed to the moving stage 114a so that the reflectance gradually changes along the moving direction of the moving stage 114a.
  • the fine etalon 114 may be disposed in a portion of the optical path having a different reflectance from the portion of the fine etalon 114 that has been disposed in the optical path before the movement.
  • the control unit 430 may control the moving stage 114a via the drive unit 114b. By doing so, the control unit 430 can control the spectral line width of the solid-state laser device 10.
  • the longitudinal mode interval of the laser light 21 can be adjusted by adjusting the resonator length L sol of the optical resonator formed by the high reflection mirror 111 and the output coupler 116. Further, the spectral line width of the laser light 21 can be adjusted by moving the fine etalon 114 and adjusting the reflectance of the portion through which the laser light is transmitted.
  • FIG. 12 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator 120 provided with the band narrowing element.
  • the master oscillator 120 may include an output coupler 121, a titanium sapphire crystal 122 as a gain medium, a band narrowing unit 123, a beam splitter 125, and a pumping laser 126.
  • the band narrowing unit 123 may function as a rear mirror of the optical resonator. In that case, the output coupler 121 and the band narrowing unit 123 may form an optical resonator.
  • the master oscillator 120 may include a rear mirror of an optical resonator separately from the band narrowing unit 123.
  • the titanium sapphire crystal 122 may be disposed on the optical path in the optical resonator formed by the output coupler 121 and the band narrowing unit 123.
  • the surface inside the optical resonator of the output coupler 121 may be coated with a film that partially reflects light having a wavelength near 773.6 nm and highly transmits the excitation light 61 from the pumping laser 126.
  • the opposite surface of the output coupler 121 may be coated with a film that highly transmits the excitation light 61.
  • the output coupler 121 functions as an optical output terminal for outputting the laser light 21 and can take in the pumping light from the pumping laser 126 into the optical resonator.
  • the beam splitter 125 may be disposed on the optical path of the laser light 21 output via the output coupler 121.
  • the surface on the optical resonator side of the beam splitter 125 may be coated with a film that highly reflects the excitation light 61 from the pumping laser 126 and highly transmits light having a wavelength in the vicinity of 773.6 nm.
  • the opposite surface of the beam splitter 125 may be coated with a film that highly transmits light with a wavelength in the vicinity of 773.6 nm (laser light 21). Accordingly, the beam splitter 125 can reflect the pumping light 61 from the pumping laser 126 to the output coupler 121 and output the laser light 21 output via the output coupler 121 from the master oscillator 120.
  • the excitation light 61 that has entered the optical resonator via the output coupler 121 may be incident on the titanium sapphire crystal 122.
  • the light input / output end face of the titanium sapphire crystal 122 may be Brewster cut.
  • laser light may be emitted.
  • the laser light emitted from the titanium sapphire crystal 122 may reciprocate in the optical resonator constituted by the output coupler 121 and the band narrowing unit 123. As a result, the laser beam passing through the titanium sapphire crystal 122 may be amplified.
  • the band narrowing unit 123 can adjust the spectral line width of the entire laser beam in the optical resonator. Therefore, the master oscillator 120 may include a drive unit 124 that can change the spectral line width by the band narrowing unit 123.
  • the control unit 430 may control the band narrowing unit 123 via the drive unit 124. By doing so, the control unit 430 can control the spectral line width of the solid-state laser device 10.
  • FIG. 13 schematically shows a schematic configuration of the master oscillator 120A provided with the band narrowing unit 123A.
  • the band narrowing unit 123A may include a beam expander 123a and a grating 123b.
  • the beam expander 123a may be configured using one or more optical elements such as a prism and a collimator lens.
  • the grating 123b may function as a rear mirror of the optical resonator.
  • the grating 123b may be arranged in a Littrow arrangement with respect to the light emitted from the beam expander 123a.
  • the grating 123b may be a blazed grating. In this case, the grating 123b may be set to be incident on the light emitted from the beam expander 123a at a blaze angle.
  • the excitation light 61 output from the pumping laser 126 may enter the titanium sapphire crystal 122 via the beam splitter 125 and the output coupler 121.
  • the titanium sapphire crystal 122 is excited and can oscillate between the output coupler 121 and the grating 123b.
  • the laser beam in the optical resonator may be expanded by the beam expander 123a.
  • the laser beam can be incident on the grating 123b at a predetermined incident angle.
  • the grating 123b can narrow the spectrum of this laser beam.
  • the bandwidth of the spectrum by the grating 123b can be changed by changing the beam expansion ratio of the beam expander 123a.
  • the longitudinal mode interval can be determined by the resonator length L sol between the output coupler 121 and the grating 123b. Therefore, the intensity distribution in the longitudinal mode can be controlled by changing the beam expansion rate of the beam expander 123a.
  • the beam expansion rate by the beam expander 123a may be changeable.
  • the drive unit 124 may change the beam expansion rate of the beam expander 123a by operating the beam expander 123a.
  • the driving unit 124 may include a turntable that can adjust the inclination of the prism with respect to the optical path in the resonator. In that case, the driving unit 124 can change the beam expansion ratio of the beam expander 123a by adjusting the inclination of the prism with respect to the optical path by rotating the turntable.
  • the drive unit 124 can change the beam expansion rate of the beam expander 123a by adjusting the zoom magnification of the collimator lens.
  • the control unit 430 may control the beam expander 123 a via the drive unit 124. By doing so, the control unit 430 can control the spectral line width of the solid-state laser device 10.
  • the longitudinal mode interval of the laser light 21 can be adjusted by adjusting the resonator length L sol of the optical resonator formed by the output coupler 121 and the grating 123b. Further, the spectral line width of the laser light 21 can be adjusted by adjusting the beam expansion rate of the beam expander 123a.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of a master oscillator 130 including a seed laser that outputs seed light.
  • the master oscillator 130 may include a plurality of semiconductor lasers 132-1 to 132-n, a light path adjuster 133, and a seed laser control unit 131 as a plurality of seed lasers.
  • Each of the semiconductor lasers 132-1 to 132-n may be a diode laser, for example.
  • Each of the semiconductor lasers 132-1 to 132-n may oscillate in a single longitudinal mode or a multiple longitudinal mode.
  • the seed laser control unit 131 is configured to combine each of the laser beams (laser beams 21) obtained by combining the longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-n output from the plurality of semiconductor lasers 132-1 to 132-n.
  • the oscillation wavelengths of the longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-n oscillated by the semiconductor lasers 132-1 to 132-n so that the distribution of the longitudinal mode peaks is close to the spectrum SP shown in FIG.
  • the output intensity may be controlled.
  • the optical adjuster 133 includes a plurality of longitudinal modes having different wavelengths by matching the optical paths of the longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-n output from the semiconductor lasers 132-1 to 132-n.
  • the laser beam 21 may be output.
  • an example of the optical path controller 133 shown in FIG. 14 will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the number of semiconductor lasers 132-1 to 132-n is assumed to be five for simplicity of explanation.
  • FIG. 15 schematically shows a schematic configuration of the optical path adjuster 133A.
  • the longitudinal mode laser beam L 1-1 output from the semiconductor laser 132-1 may be transmitted through the half mirror 1331, reflected by the high reflection mirror 1338, and reflected by the half mirror 1337. .
  • the optical path of the longitudinal mode laser beam L 1-1 can coincide with the optical path of the laser beam 21.
  • the longitudinal mode laser beam L 1-2 output from the semiconductor laser 132-2 is reflected by the high reflection mirror 1332, reflected by the half mirror 1331, reflected by the high reflection mirror 1338, and reflected by the half mirror 1337. Good. Thereby, the optical path of the longitudinal mode laser beam L1-2 can coincide with the optical path of the laser beam 21.
  • Longitudinal mode laser beam L 1-3 outputted from the semiconductor laser 132-3 may be transmitted through the half mirror 1335 and 1337. As a result, the optical path of the longitudinal mode laser light L 1-3 can coincide with the optical path of the laser light 21.
  • Longitudinal mode laser light L 1-4 output from the semiconductor laser 132-4 is reflected by the half mirrors 1334 and 1333, reflected by the high reflection mirror 1336, reflected by the half mirror 1335, and transmitted through the half mirror 1337. Also good. Thereby, the optical path of the longitudinal mode laser light L1-4 can coincide with the optical path of the laser light 21.
  • the longitudinal mode laser beam L 1-5 output from the semiconductor laser 132-5 may be transmitted through the half mirror 1333, reflected by the high reflection mirror 1336, reflected by the half mirror 1335, and transmitted through the half mirror 1337. . As a result, the optical path of the longitudinal mode laser beam L 1-5 can coincide with the optical path of the laser beam 21.
  • the optical path controller 133A that can match the optical paths of the plurality of longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-n may be realized by combining a plurality of high reflection mirrors and half mirrors.
  • Equation (4) m may be the order of the diffracted light that matches the optical path, and N may be the number of grooves (units / mm) per unit length of the grating 133b.
  • the incident angle ⁇ is 0 °. Therefore, the term regarding the incident angle ⁇ is omitted.
  • the diffracted lights L 1-1-2 , L 1-2-1 , L 1-3-0 , L 1-4 + 1 and L 1-5 + 2 having different orders are shown.
  • diffracted beams L 1-1-2 , L 1-2-1 , L 1-3 of the different orders of the longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-5 emitted from the grating 133b.
  • ⁇ 0 , L 1-4 + 1 and L 1-5 + 2 can be emitted in different directions of diffraction angles ⁇ 1-1-2 , ⁇ 1-2-1 , ⁇ 1-4 + 1 and ⁇ 1-5 + 2 , respectively.
  • the wavelengths of at least one longitudinal mode laser beam L 1-1 to L 1-5 may be different from the wavelengths of other longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-5 , or all longitudinal mode laser beams L 1-1 to L 1-5 may have different wavelengths.
  • the wavelengths of the mode laser beams L 1-1 to L 1-5 may be the same.
  • the longitudinal angle laser beams L 1-1 to L 1-5 from the semiconductor lasers 132-1 to 132-5 are incident on the incident angles ⁇ 1 according to the respective wavelengths and the target order. It may be incident on the grating 133b at -1-2 to ⁇ 1-5 + 2 .
  • optical path controller 133B described above may be effective when a plurality of solid-state lasers, for example, a titanium sapphire laser oscillator, may be used as a seed laser.
  • FIG. 19 shows a schematic configuration of a master oscillator 140 including an optical modulator.
  • the master oscillator 140 may include a seed laser 141, an optical modulator 142, and a drive unit 143.
  • the seed laser 141 may be a semiconductor laser or a solid-state laser such as a titanium sapphire laser oscillator.
  • the seed laser 141 may oscillate in a wavelength region (for example, a visible region) with good oscillation efficiency.
  • the seed laser 141 may output seed light 21a including at least one longitudinal mode.
  • the optical modulator 142 optically modulates the seed light 21a output from the seed laser 141, thereby generating laser light 21 including a plurality of longitudinal modes in which the distribution of the peak of each longitudinal mode is close to the spectrum SP. May be.
  • the drive unit 143 may control the center wavelength and the spectral line width of the laser light 21 output from the optical modulator 142 by controlling the optical modulator 142.
  • FIG. 19 an example of the optical modulator 142 shown in FIG. 19 will be described in detail with reference to the drawings.
  • FIG. 20 shows a schematic configuration of a master oscillator 140A provided with the electro-optic element 142A as an optical modulator 142.
  • FIG. 21 shows an example of the seed light 21a output from the seed laser 141 shown in FIG.
  • FIG. 22 shows an example of the laser light 21 output from the electro-optical element 142A.
  • the master oscillator 140 ⁇ / b> A may include an electro-optical element 142 ⁇ / b> A as the optical modulator 142.
  • the electro-optic element 142A may generate the laser light 21 including a greater number of longitudinal modes than the seed light 21a by phase-modulating the seed light 21a output from the seed laser 141.
  • the electro-optic element 142A may be an optical modulator that modulates the phase of transmitted light by an electro-optic effect of an electro-optic crystal such as lithium niobate (LiNbO 3 ).
  • an electro-optic crystal such as lithium niobate (LiNbO 3 ).
  • the electro-optic element 142A may be a Pockels cell.
  • the refractive index of the electro-optic element 142A can be changed according to the strength of the electric field formed by the application of the voltage.
  • the phase of the seed light 21a can be modulated.
  • the frequency shift of the seed light 21a occurs, and the spectral line width can be expanded. Therefore, a voltage whose phase periodically changes may be applied to the electro-optical element 142A.
  • the seed light 21 a output from the seed laser 141 can be converted into the laser light 21 including more longitudinal modes.
  • the longitudinal mode interval of the laser beam 21 after conversion can be determined by the frequency of the applied voltage.
  • the spectral line width of the entire laser beam 21 after conversion can be determined by the magnitude of the phase modulation, in other words, the magnitude of the applied voltage that determines the refractive index.
  • a frequency modulator may be used.
  • the seed laser 141 outputs a single longitudinal mode seed beam 21a.
  • the wavelength corresponding to the center frequency ⁇ 0 of the seed light 21a may be 773.6 nm.
  • a voltage changing at the frequency ⁇ 1 is applied to the electro-optical element 142A. This frequency ⁇ 1 may be about 150 MHz, for example.
  • the seed light 21a incident on the electro-optical element 142A the vertical mode interval can be converted into a laser beam 21 of a multi-longitudinal mode of the omega 1.
  • the drive unit 143 may apply a voltage to the electro-optical element 142A.
  • the drive unit 143 may control the magnitude (amplitude) and frequency of the voltage applied to the electro-optic element 142A. Accordingly, the drive unit 143 can control the spectral line width and the longitudinal mode interval of the laser light 21 generated by the electro-optical element 142A.
  • the longitudinal mode interval ⁇ of the laser beam 21 generated by the electro-optic element 142A. 1 should just be below (DELTA) omega gas .
  • the frequency of the voltage applied to the electro-optic element 142A may be set to ⁇ gas or less.
  • the laser beam 21 including a plurality of longitudinal modes can be generated from the seed beam 21a of the single longitudinal mode output from the seed laser 141. Therefore, restrictions on the resonator length required for the seed laser 141 can be reduced.
  • FIG. 23 shows a schematic configuration of a master oscillator 140B provided with photoacoustic elements 142B and 142C as an optical modulator 142.
  • FIG. 24 shows an example of the seed light 21a output from the seed laser 141 shown in FIG.
  • FIG. 25 shows an example of the laser beam 21b output from the photoacoustic element 142B.
  • FIG. 26 shows an example of the laser beam 21 output from the photoacoustic element 142C.
  • the master oscillator 140B may include two photoacoustic elements 142B and 142C as the optical modulator 142.
  • the photoacoustic element 142B may generate laser light 21b including a greater number of longitudinal modes than the seed light 21a by diffracting the seed light 21a output from the seed laser 141.
  • the photoacoustic element 142C may generate the laser light 21 including a greater number of longitudinal modes than the laser light 21b by diffracting the laser light 21b output from the photoacoustic element 142B.
  • the photoacoustic elements 142B and 142C may be optical modulators that modulate the intensity of transmitted light by an acoustooptic effect of an acoustooptic crystal such as LiNbO 3 (lithium niobate).
  • an acoustic wave such as an ultrasonic wave is input to the acoustooptic crystal
  • a coarse wave diffraction grating can be generated in the crystal. Therefore, when laser light is incident on a photoacoustic element to which an acoustic wave is input, the laser light passing through the acousto-optic crystal can be diffracted by the Raman-Nurs effect.
  • the optical axis of the laser device in accordance with the optical path of the laser light when the acoustic wave is input to the acousto-optic crystal and when it is not input, the output laser light is input using non-input / output of the acoustic wave.
  • the intensity can be changed.
  • the degree of modulation can be set using the diffraction efficiency.
  • the modulation frequency can be set using the on / off period of the acoustic wave.
  • the diffraction efficiency of the photoacoustic element 142B may be approximately 50%, and the diffraction efficiency of the photoacoustic element 142C may be approximately 100%.
  • the longitudinal mode spacing of the laser beam 21 of a multi-longitudinal-mode finally obtained may be 2 [omega 1.
  • the longitudinal mode interval 2 ⁇ 1 may satisfy the longitudinal mode interval ⁇ gas or less.
  • 2 ⁇ 1 ⁇ gas may be set.
  • the seed laser 141 outputs a single longitudinal mode seed beam 21a.
  • the wavelength corresponding to the center frequency ⁇ 0 of the seed light 21a may be 773.6 nm.
  • the pulse width may be 10 to 20 ns. Therefore, the photoacoustic element 142B may give the seed light 21a intensity modulation with a diffraction efficiency of 50% and a modulation frequency of 4 ⁇ 1 (for example, 300 MHz).
  • the seed light 21a can be converted into multi-longitudinal mode laser light 21b having a longitudinal mode interval of 4 ⁇ 1 , a spectral width of 8 ⁇ 1 , and three longitudinal modes.
  • the light modulation at that time can be expressed by the following equation (5).
  • the multi-longitudinal mode laser beam 21b output from the photoacoustic element 142B may be input to the photoacoustic element 142C.
  • the photoacoustic element 142C may give the laser beam 21b intensity modulation with a diffraction efficiency of 100% and a modulation frequency of ⁇ 1 (for example, 75 MHz).
  • ⁇ 1 for example, 75 MHz
  • the laser beam 21b is converted into a multi-longitudinal mode laser beam 21 having a longitudinal mode interval of 2 ⁇ 1 (for example, 150 MHz), a spectral width of 10 ⁇ 1 , and six longitudinal modes. obtain.
  • the light modulation at that time can be expressed by the following equation (6).
  • the laser beam 21 including a plurality of longitudinal modes can be generated from the seed beam 21a of the single longitudinal mode output from the seed laser 141. Therefore, restrictions on the resonator length required for the seed laser 141 can be reduced.
  • the amplifier 200 may be various amplifiers such as a power oscillator, a power amplifier, and a regenerative amplifier.
  • the amplifier 200 may be a single amplifier or may include a plurality of amplifiers.
  • specific examples of the amplifier 200 will be described with some examples. Note that although the master oscillator 100 is cited as the master oscillator, the other master oscillators described above may be used. Further, when the master oscillator 100 can output the laser beam 21 with sufficient intensity, the amplifier 200 may be omitted.
  • FIG. 27 schematically shows a schematic configuration of an amplifier 200 of a Fabry-Perot type power oscillator.
  • the amplifier 200 may include a high reflection mirror 202, an output coupler 204, a titanium sapphire crystal 203 as a gain medium, a high reflection mirror 201, and a pumping laser 205.
  • the pumping laser 205 may be a pumping laser common to the master oscillator 100.
  • the high reflection mirror 202 and the output coupler 204 may form an optical resonator.
  • the titanium sapphire crystal 203 may be disposed on the optical path in the optical resonator formed by the high reflection mirror 202 and the output coupler 204.
  • the high reflection mirror 201 may guide the laser light 21 incident from the master oscillator 100 and the excitation light 61 incident from the pumping laser 205 into the optical resonator.
  • the high reflection mirror 201 may reflect the laser beam 21 incident from the master oscillator 100 to the optical resonator.
  • the high reflection mirror 201 may transmit the excitation light 61 incident from the pumping laser 205 to the optical resonator.
  • One high reflection mirror 202 forming the optical resonator may transmit the laser light 21 and the excitation light 61. Thereby, the laser beam 21 and the excitation light 61 may be taken into the optical resonator.
  • the high reflection mirror 202 may reflect the laser light emitted from the titanium sapphire crystal 203.
  • the laser light 21 and the excitation light 61 incident on the optical resonator via the high reflection mirror 202 may be incident on the titanium sapphire crystal 203.
  • the light input / output end face of the titanium sapphire crystal 203 may be Brewster cut.
  • the laser light emitted from the titanium sapphire crystal 203 may reciprocate in the optical resonator composed of the high reflection mirror 202 and the output coupler 204. As a result, laser light pumped up from the titanium sapphire crystal 203 may be emitted.
  • the laser beam emitted from the titanium sapphire crystal 203 may be output as the laser beam 22 via the output coupler 204.
  • FIG. 28 schematically shows a schematic configuration of an amplifier 210 configured as a ring-type power oscillator.
  • the amplifier 210 may include an input / output coupler 211, high reflection mirrors 212 to 214, a titanium sapphire crystal 215 as a gain medium, and a pumping laser 216.
  • the pumping laser 216 may be a common pumping laser with the master oscillator 100.
  • the input / output coupler 211 and the high reflection mirrors 212 to 214 may form an optical resonator including a ring-shaped (eight-shaped) optical path P.
  • the titanium sapphire crystal 215 may be disposed on the optical path P in the optical resonator formed by the input / output coupler 211 and the high reflection mirrors 212 to 214.
  • the input / output coupler 211 may transmit the laser light 21 from the master oscillator 100 and reflect the laser light from the titanium sapphire crystal 215, for example.
  • the input / output coupler 211 may transmit the laser beam from the titanium sapphire crystal 215.
  • the high reflection mirror 213 may transmit the excitation light 61 from the pumping laser 216 to the optical resonator side and reflect the laser light from the titanium sapphire crystal 215.
  • the laser beam 21 taken into the optical resonator may travel on a ring-shaped (eight-shaped) optical path P formed by the input / output coupler 211 and the high reflection mirrors 212 to 214.
  • the laser beam pumped up by the titanium sapphire crystal 215 while traveling through the optical path P may be output as the laser beam 22 via the input / output coupler 211.
  • the laser beam 21 can be amplified more efficiently than when, for example, a Fabry-Perot laser is used.
  • the input / output coupler 211 having a relatively low reflectivity at the incident end of the laser beam 21, it may be possible to suppress the light intensity lower limit value of the laser beam 21.
  • FIG. 29 schematically shows a schematic configuration of the regenerative amplifier 220.
  • the regenerative amplifier 220 includes high reflection mirrors 221 and 226, a Pockels cell 222, a titanium sapphire crystal 223 as a gain medium, a polarization beam splitter 224, a Pockels cell 225, a pumping laser 227, May be provided.
  • the pumping laser 227 may be a pumping laser common to the master oscillator 100.
  • the high reflection mirrors 221 and 226 may form an optical resonator.
  • the Pockels cell 222, the titanium sapphire crystal 223, the polarization beam splitter 224, and the Pockels cell 225 may be disposed on the optical path in the optical resonator formed by the high reflection mirrors 221 and 226.
  • the Pockels cells 222 and 225 may function as ⁇ / 4 plates, for example, during a period in which a voltage is applied.
  • the S-polarized laser light 21 may be incident on the incident surface of the polarization beam splitter 224, for example.
  • the laser beam 21 may first enter the polarization beam splitter 224 inclined by 45 ° with respect to the optical path of the optical resonator.
  • the polarization beam splitter 224 may reflect S-polarized light and transmit P-polarized light to the incident surface.
  • the laser beam 21 incident from the master oscillator 100 can be reflected by the polarization beam splitter 224 and introduced into the optical resonator.
  • a voltage may be applied only to the Pockels cell 225.
  • the laser beam 21 that has passed through the Pockels cell 225 twice before being reflected by the high reflection mirror 226 can be converted into a P-polarized laser beam with respect to the light incident surface of the polarization beam splitter 224.
  • a voltage may be applied to the Pockels cell 225 only during a period in which the laser light 21 is introduced into the optical resonator. Subsequently, voltage application to the Pockels cell 225 may be stopped. Thereby, since the polarization state of the laser beam 21 in the optical resonator does not change, the laser beam 21 can be confined in the optical resonator.
  • the confined laser beam 21 may reciprocate once or more in the optical resonator.
  • the laser beam 21 reciprocating in the optical resonator may be regenerated and amplified by passing through the titanium sapphire crystal 223 a plurality of times. Thereafter, a voltage may be applied to the Pockels cell 222. As a result, the laser light 21 that has passed through the Pockels cell 222 twice before being reflected by the high reflection mirror 221 can be converted into S-polarized laser light 21 with respect to the light incident surface of the polarization beam splitter 224. As a result, the laser beam 21 can be reflected by the polarization beam splitter 224 and output as the laser beam 22.
  • FIG. 30 schematically shows a schematic configuration of an amplifier 230 configured as a multipath type power amplifier.
  • the amplifier 230 may include a plurality of high reflection mirrors 231 to 237, a titanium sapphire crystal 238 as a gain medium, and a pumping laser 239.
  • the pumping laser 239 may be a pumping laser common to the master oscillator 100.
  • the plurality of high reflection mirrors 231 to 237 may form a multipath in which the laser light 21 input from the master oscillator 100 passes through the titanium sapphire crystal 238 a plurality of times (in this example, four times).
  • the excitation light 61 from the pumping laser 239 may enter the titanium sapphire crystal 238 via the high reflection mirror 237. That is, the high reflection mirror 237 may transmit the excitation light 61 and reflect the laser light from the titanium sapphire crystal 238. In that case, when passing through the titanium sapphire crystal 238 a plurality of times, the laser beam 21 can be multipass amplified.
  • the laser light after multipath amplification may be output as laser light 22.
  • FIG. 31 schematically illustrates a schematic configuration of a wavelength conversion unit 300 including two SHG crystals.
  • the second harmonic generated in the second SHG crystal based on the second harmonic generated in the first SHG crystal is referred to as a fourth harmonic.
  • the wavelength conversion unit 300 includes a condenser lens 301, a BBO crystal 302 that is a first SHG crystal, a collimator lens 303, high reflection mirrors 304 and 305, and a condenser lens 306.
  • a KBBF crystal 307 which is a second SHG crystal, a collimator lens 308, and a high reflection mirror 309 may be provided.
  • the laser beam 22 output from the amplifier 200 may be first focused on the BBO crystal 302 by the condenser lens 301.
  • This laser beam 22 may be a fundamental wave with respect to harmonics.
  • the center wavelength of the fundamental wave may be 772 nm.
  • the spectral line width of the entire fundamental wave may be 1.2 pm.
  • the BBO crystal 302 may emit a second harmonic light laser beam 23 a with respect to the incidence of the laser light 22.
  • the laser beam 23a may have a center frequency of 2 ⁇ , a center wavelength of 386 nm, and a spectral line width of 0.6 pm, for example.
  • the laser beam 23 a emitted from the BBO crystal 302 may be collimated by the collimator lens 303.
  • the collimated laser beam 23 a may be incident on the condenser lens 306 via the high reflection mirrors 304 and 305.
  • the condensing lens 306 may condense the incident laser beam 23 a on the KBBF crystal 307.
  • the high reflection mirror 304 may reflect the laser beam (laser beam 23a) having a frequency of 2 ⁇ and transmit the laser beam (laser beam 22t) having a frequency of ⁇ . Thereby, only the laser beam 23 a having a frequency of 2 ⁇ can be guided to the KBBF crystal 307.
  • the KBBF crystal 307 is considered to be suitable for wavelength conversion to vacuum ultraviolet light having a wavelength of about 193 nm.
  • the KBBF crystal 307 may emit laser light 23 of second harmonic light (fourth harmonic light) having the fundamental wave as the incident upon the incidence of laser light 23a having a center frequency of 2 ⁇ .
  • the laser beam 23 emitted from the KBBF crystal 307 may be collimated by the collimator lens 308.
  • the collimated laser beam 23 may be incident on the high reflection mirror 309.
  • the high reflection mirror 309 may transmit a laser beam (laser beam 23t) having a frequency of 2 ⁇ and reflect a laser beam (laser beam 23) having a center frequency of 4 ⁇ . As a result, the laser beam 23 having a center frequency of 4 ⁇ can be output from the wavelength conversion unit 300.
  • FIG. 32 shows the laser beam 22 output from the amplifier 200 (or the laser beam 21 output from the master oscillator 100).
  • FIG. 33 shows the second harmonic light (laser light 23a) output from the BBO crystal 302 with respect to the incidence of the laser light 22 shown in FIG. FIG.
  • the horizontal axis represents the difference frequency with respect to the center frequency of each spectrum
  • the vertical axis represents the light intensity of each spectrum.
  • the longitudinal mode interval ⁇ of the laser beam 23 a can be 150 MHz, which is the same as that of the laser beam 22.
  • the longitudinal mode interval ⁇ of the laser beam 23 may be 150 MHz, which is the same as the laser beams 22 and 23a.
  • the BBO crystal 302 and the KBBF crystal 307 can generate the second harmonic light or the fourth harmonic light at the longitudinal mode interval ⁇ of the laser light 22 (or the laser light 21) as the fundamental wave. As a result, it is possible to generate the laser beam 20 that substantially approximates the desired spectrum SP.
  • the spectrum shape required in semiconductor exposure may be variable depending on the exposure conditions.
  • the spectrum (spectral shape) of the laser light 23 output from the wavelength conversion unit 300 can change according to the spectrum of the laser light 22 input to the wavelength conversion unit 300. Therefore, for example, when using the master oscillator 140B provided with the photoacoustic elements 142B and 142C shown in FIG. 23 as the optical modulator 142, the laser light 20 having a desired spectral shape can be output from the solid-state laser device 10. It is desirable to adjust the spectra of the laser beams 23a and 23 generated in the acoustic elements 142B and 142C. This intensity distribution can be controlled, for example, by setting intensity modulation applied to the laser light 22 or 23a in the photoacoustic elements 142B and 142C.
  • FIG. 36 shows the fourth harmonic light (laser light 23) generated using the BBO crystal 302 and the KBBF crystal 307 with the laser light 22 shown in FIG. 35 as a fundamental wave.
  • FIG. 38 shows fourth harmonic light (laser light 23) generated using the BBO crystal 302 and the KBBF crystal 307 with the laser light 22 shown in FIG. 37 as a fundamental wave.
  • FIG. 40 shows fourth harmonic light (laser light 23) generated by using the BBO crystal 302 and the KBBF crystal 307 with the laser light 22 shown in FIG. 39 as a fundamental wave.
  • the longitudinal mode interval ⁇ of the laser light 21 as the fundamental wave may be 150 MHz. Further, the number of longitudinal modes may be five. 35 to 40, the horizontal axis indicates the difference frequency from the center frequency of each spectrum, and the vertical axis indicates the light intensity of each spectrum. 35 to 40, the spectrum intensity is normalized so that the maximum value is 1.
  • the detection unit 420 in the solid-state laser device 10 illustrated in FIG. 3 will be described. Note that although the master oscillator 100 is cited as the master oscillator, the other master oscillators described above may be used.
  • the laser beam 23 output from the wavelength converter 300 may be branched by the beam splitter 410 as described with reference to FIG.
  • the laser beam 23 that has passed through the beam splitter 410 may be output from the solid-state laser device 10 as, for example, the laser beam 20.
  • the laser beam 24 reflected by the beam splitter 410 may be incident on the detection unit 420.
  • the detection unit 420 can detect the spectral line width of the incident laser beam 24.
  • an example of the detection unit 420 illustrated in FIG. 3 will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 41 schematically shows a schematic configuration of the detection unit 420.
  • the detection unit 420 may include a diffusion plate 421, a monitor etalon 422, a condenser lens 423, and an image sensor 425 (or a photodiode array).
  • the laser beam 24 branched by the beam splitter 410 may first enter the diffusion plate 421.
  • the diffusion plate 421 may scatter the incident laser beam 24. This scattered light may be incident on the monitor etalon 422.
  • the monitor etalon 422 may be an air gap etalon in which two mirrors each having a partially reflective film coated on the surface of a substrate that transmits the laser light 24 are bonded to each other at a predetermined interval. .
  • the monitor etalon 422 may transmit light having a predetermined wavelength out of incident scattered light. This transmitted light may be incident on the condenser lens 423.
  • the image sensor 425 may be disposed on the focal plane of the condenser lens 423.
  • the transmitted light collected by the condenser lens 423 can cause the image sensor 425 to generate interference fringes.
  • the image sensor 425 may detect the generated interference fringes.
  • the square of the radius of the interference fringes can be proportional to the wavelength of the laser light 24. Therefore, the spectrum of the entire laser beam 24 can be detected from the detected interference fringes.
  • the spectral line width may be obtained from the detected spectrum by an information processing device (not shown) or may be calculated by the control unit 430.
  • a light shielding plate 424 may be provided between the condenser lens 423 and the image sensor 425. Thereby, stray light can be reduced and interference fringes can be detected with high accuracy.
  • FIG. 42 schematically illustrates a schematic configuration of the detection unit 420A.
  • the detection unit 420A may include a diffusion plate 421a, a condenser lens 422a, and a spectroscope 423a.
  • the spectroscope 423a may include a concave mirror 425a, a grating 426a, a concave mirror 427a, and an image sensor (line sensor) 428a.
  • the laser beam 24 branched by the beam splitter 410 may first enter the diffusion plate 421a.
  • the diffuser plate 421a may scatter the incident laser beam 24. This scattered light may be incident on the condenser lens 422a.
  • An entrance slit 424a of the spectroscope 423a may be disposed near the focal plane of the condenser lens 422a.
  • the entrance slit 424a may be located slightly on the near side of the focal plane of the condenser lens 422a.
  • the scattered light collected by the condenser lens 422a may be incident on the concave mirror 425a through the incident slit 424a.
  • the concave mirror 425a may convert incident scattered light into parallel light and reflect it.
  • This reflected light may be incident on the grating 426a.
  • the grating 426a may diffract the incident parallel light.
  • This diffracted light may be incident on the concave mirror 427a.
  • the concave mirror 427a may reflect the incident diffracted light so as to collect it.
  • An image sensor 428a may be disposed on the focal plane of the concave mirror 427a. In that case, the reflected light collected by the concave mirror 427a can be imaged on the image sensor 428a.
  • the image sensor 428a may detect the light intensity distribution at each imaging position (channel).
  • the imaging position of the reflected light can be proportional to the wavelength of the laser light 24. Therefore, the entire spectrum of the laser beam 24 can be detected from the detected imaging position.
  • the spectral line width may be obtained from the detected spectrum by an information processing device (not shown) or may be calculated by the control unit 430.
  • the spectral line width of the entire laser beam 24 may be obtained as a line width of a curve obtained by fitting a curve connecting light intensity peaks in each longitudinal mode.
  • the spectral line width of the entire laser beam 24 may be obtained as a line width of this spectrum by detecting a blurred spectrum using the detection unit 420 having a relatively low resolution.
  • the detection unit 420 may input the detected spectral line width to the control unit 430.
  • the laser beam 23 output from the wavelength conversion unit 300 that is, the output of the solid-state laser device 10 is sampled, and the spectral line width thereof is detected by the detection unit 420.
  • the present invention is not limited to this.
  • the laser beam 21 output from the master oscillator 100 or the laser beam 22 output from the amplifier 200 may be sampled, and the spectral line width thereof may be detected by the detection unit 420.
  • control unit 430 in the solid-state laser apparatus 10 illustrated in FIG. 3 will be described. Note that although the master oscillator 100 is cited as the master oscillator, the other master oscillators described above may be used.
  • control unit 430 may perform feedback control of the master oscillator 100 based on the spectral line width detected by the detection unit 420. Specifically, the control unit 430 may transmit a control signal to the drive unit 101b of the master oscillator 100 so that the spectral line width detected by the detection unit 420 becomes a desired spectral line width. At that time, the control unit 430 may control the center frequency, the longitudinal mode interval, and the light intensity of each longitudinal mode laser beam L1 to Ln included in the laser beam 21 output from the master oscillator 100.
  • the spectral purity E95 can be one of the indexes that affect the resolution of the lens of the exposure apparatus, for example.
  • the spectral purity E95 required on the exposure apparatus side may be input to the control unit 430 from an external apparatus 50 such as an exposure apparatus controller or a host controller of the laser system 1.
  • the control unit 430 may calculate the spectral purity E95 from the spectrum detected by the detection unit 420, and may compare the calculated spectral purity with the requested spectral purity E95. Further, the control unit 430 may perform feedback control of the master oscillator 100 so that the spectral purity of the pulsed laser light 21 becomes the required spectral purity E95 based on the comparison result.
  • the amplifying device 80 shown in FIG. 2 will be described in detail with reference to the drawings.
  • the amplifying device 80 may be various amplifying devices such as a power oscillator, a power amplifier, and a regenerative amplifier.
  • the amplifying device 80 may be one amplifying device or may include a plurality of amplifying devices.
  • the solid-state laser device the solid-state laser device 10 shown in FIG. 3 is cited, but other solid-state laser devices may be used.
  • FIG. 44 schematically shows a schematic configuration of an amplifying apparatus 80 configured as a power oscillator.
  • the amplification device 80 may include a rear mirror 81, a chamber 83, and an output coupler 88.
  • the rear mirror 81 may be one resonator mirror of the optical resonator.
  • the chamber 83 may include an amplification region that amplifies the laser light 20 that reciprocates in the optical resonator.
  • the output coupler 88 may be the other resonator mirror of the optical resonator.
  • the output coupler 88 may be an output end of the laser beam 40.
  • the amplifying apparatus 80 may further include a slit 82 that adjusts the beam profile of the laser beam 20 that reciprocates in the optical resonator.
  • Windows 84 and 87 may be provided in the chamber 83.
  • the windows 84 and 87 may optically open the chamber 83 with respect to the laser beam 20 while maintaining the confidentiality of the chamber 83.
  • a gaseous gain medium may be enclosed in this chamber 83.
  • the gain medium may include at least one of, for example, Kr gas, Ar gas, F 2 gas, Ne gas, and Xe gas.
  • a pair of discharge electrodes 85 and 86 may be provided in the chamber 83. Discharge electrodes 85 and 86 may be arranged so as to sandwich a region (amplification region) through which laser beam 20 passes.
  • a pulsed high voltage may be applied between the discharge electrodes 85 and 86 from a power source (not shown).
  • the high voltage may be applied between the discharge electrodes 85 and 86 in accordance with the timing at which the laser beam 20 passes through the amplification region.
  • an amplification region including an activated gain medium may be formed between the discharge electrodes 85 and 86.
  • the laser beam 20 can be amplified when passing through this amplification region. Note that the amplified laser beam 20 may be output from the output coupler 88 as the laser beam 40.
  • the laser light 21 output from the master oscillator 100 can be wavelength-converted by the wavelength conversion unit 300.
  • the laser beam 20 having a spectral line width that can suppress chromatic aberration and suppress speckle can be generated.
  • a master oscillator that uses a solid material such as a titanium sapphire crystal or a semiconductor as a laser oscillation medium may have better oscillation efficiency than a general gas laser. Therefore, according to Embodiment 1, energy saving can be achieved.
  • a master oscillator using a solid-state laser oscillation medium such as a titanium sapphire crystal or a semiconductor is generally smaller and simpler than a gas laser. For this reason, the entire laser system 1 can be reduced in size and simplified.
  • the spectral line width of the laser light 23 after wavelength conversion can be detected, and the master oscillator 100 can be feedback-controlled based on the detection result.
  • the spectral line width of the laser beam 20 having a spectrum close to the spectrum of the laser beam 40 actually used for exposure can be detected.
  • the master oscillator 100 can be feedback controlled with higher accuracy and stability.
  • a laser beam (ArF laser) having a center wavelength of 193.5 nm may be required as a laser beam for semiconductor exposure.
  • the resonator length L EXC is about 1 m
  • the spectral purity E95 is 0.3 pm
  • the number of longitudinal modes contained in the laser light is 17. Therefore, a case where a laser beam having 17 longitudinal modes is generated using the laser system 1 according to the first embodiment will be described below.
  • the longitudinal mode interval ⁇ (or ⁇ ) of laser light oscillated by a general solid-state laser is very wide compared to the longitudinal mode interval of laser light oscillated by a semiconductor laser, for example. Therefore, it may be difficult to include a desired number of longitudinal modes within a desired spectral line width.
  • the resonator length L sol of the master oscillator 100 is 1 m, and the number of longitudinal modes of the laser light 21 (fundamental wave) is five. Further, the center wavelength of the laser beam 21 is set to 773.6 nm.
  • the wavelength conversion unit 300 using the BBO crystal 302 and the KBBF crystal 307 can generate fourth harmonic light (laser light 23) having, for example, 17 longitudinal modes from the laser light 22 amplified by the amplifier 200.
  • the center wavelength of the laser beam 23 can be 193.4 nm.
  • the BBO crystal 302 of the wavelength converter 300 has a center wavelength of 386.8 nm and a longitudinal mode number of 9 from the laser light 22 (fundamental wave) having a center wavelength of 773.6 nm and a longitudinal mode number of 5.
  • the second harmonic light (laser light 23a) of the book can be generated.
  • the KBBF crystal 307 is composed of a second harmonic light (laser beam 23a) having a center wavelength of 386.8 nm and 9 longitudinal modes, and a fourth harmonic light (laser having a center wavelength of 193.4 nm and 17 longitudinal modes).
  • Light 23 can be generated. According to the laser beam 23 having 17 longitudinal modes, chromatic aberration can be suppressed and speckle can be suppressed.
  • FIG. 45 schematically shows a schematic configuration of the laser system 2 according to the second embodiment.
  • the laser system 2 may include a solid-state laser device 10 and an amplifying device 80, similarly to the laser system 1 shown in FIG.
  • the laser system 2 may further include a beam splitter 610, a detection unit 620, and a control unit 630.
  • the beam splitter 610 may be disposed on the optical path of the laser light 40 output from the amplification device 80.
  • the beam splitter 610 may branch the optical path of the laser light 40 into two.
  • the laser beam 40 that has passed through the beam splitter 610 may be output to, for example, an exposure apparatus.
  • the laser beam 40 reflected by the beam splitter 610 may enter the detection unit 620 as the laser beam 41.
  • the detection unit 620 may be the same as the detection unit 420 in the first embodiment.
  • the detection unit 620 may detect the spectral line width of the entire laser beam 41.
  • the control unit 630 may perform feedback control on the master oscillator 100 of the solid-state laser device 10 based on the detected spectral line width. At this time, the control unit 630 may control the center frequency, the longitudinal mode interval, and the light intensity of each longitudinal mode L1 to Ln included in the laser light 21 output from the master oscillator 100. Further, the control unit 630 may perform feedback control of the master oscillator 100 in accordance with a request from the external apparatus 50 such as an exposure apparatus controller.
  • the spectral purity E95 required on the exposure apparatus side may be input to the control unit 630 from an external apparatus 50 such as an exposure apparatus controller or a host controller of the laser system 2.
  • the control unit 630 may calculate the spectral purity E95 from the spectrum detected by the detection unit 620, and may compare the calculated spectral purity with the requested spectral purity E95. Further, the control unit 630 may perform feedback control of the master oscillator 100 so that the spectral purity of the laser light 21 becomes the required spectral purity E95 based on the comparison result.
  • the master oscillator 100 can be feedback controlled based on the spectral line width of the laser light 40 actually used for exposure. As a result, it is possible to generate the laser beam 40 that can satisfy the external request. Since other configurations, operations, and effects are the same as those of the first embodiment or the modification thereof, detailed description thereof is omitted here.
  • FIG. 46 schematically shows a schematic configuration of a solid-state laser apparatus 10 ⁇ / b> A according to Modification 1 of the solid-state laser apparatus 10.
  • the solid-state laser device 10A may further include a low-coherence unit 500 in addition to the same configuration as that of the solid-state laser device 10 shown in FIG.
  • the low coherence unit 500 may be arranged at the subsequent stage of the wavelength conversion unit 300.
  • the low coherence unit 500 may reduce the coherency of the incident laser beam 23. Thereby, the laser beam 25 which is hard to generate speckles can be generated.
  • FIG. 47 schematically shows a schematic configuration of the low coherence reduction unit 500 shown in FIG.
  • the low coherence reduction unit 500 may include a beam splitter 501 and concave high reflection mirrors 502 to 505.
  • the beam splitter 501 may reflect a part of the laser beam 23 and transmit the other part.
  • the concave high reflection mirrors 502 to 505 may form an optical path for transferring the optical image of the laser beam 23 reflected by the beam splitter 501 to the beam splitter 501 again.
  • the optical path of the laser beam 23 s incident on the beam splitter 501 can coincide with the optical path of the laser beam 23 f transmitted through the beam splitter 501. As a result, a part of the incident laser beam 23 can be delayed. Thereby, the coherency of the laser beam 25 including the laser beams 23s and 23f can be reduced.
  • the coherence reduction unit 500 is not limited to optical pulse stretching, and may be configured using other optical elements. For example, by using a random phase plate, the coherency of the laser beam can be reduced.
  • the low coherence unit 500 may be provided before the wavelength conversion unit 300. In this case, the coherency of the laser beam can be reduced at a short wavelength stage where energy loss due to reflection is relatively small. Note that the arrangement order of the wavelength conversion unit 300 and the low coherence unit 500 is not limited to the above-described order.
  • the low coherence reduction unit 500 is arranged on the optical path between the amplifier 200 and the wavelength conversion unit 300.
  • the wavelength of the laser beam 21 output from the master oscillator 100 is ⁇ solid_mo
  • the spectral width of the laser beam 21 is ⁇ solid_mo
  • the optical path length of the resonator formed by the high reflection mirror 202 and the output coupler 204 of the amplifier 200 is set.
  • L reso be the optical path length of the low coherence unit 500 as L ops .
  • the coherent length L coh of the laser beam 25 after the reduction in coherence may satisfy the relationship of the following equation (8).
  • FIG. 48 schematically shows a schematic configuration of a solid-state laser apparatus 10B according to Modification 2 of the solid-state laser apparatus 10.
  • the solid-state laser device 10B may include a master oscillator 100B and a wavelength conversion unit 300B instead of the master oscillator 100 and the wavelength conversion unit 300 illustrated in FIG.
  • Other configurations may be the same as those shown in FIG.
  • the master oscillator 100B may be, for example, a solid-state laser or a semiconductor laser using a titanium sapphire crystal as a laser crystal.
  • the master oscillator 100B may output multi-longitudinal mode laser light (fundamental wave) having a wavelength of 745.3 nm, for example.
  • multi-longitudinal mode laser light (fundamental wave) having a wavelength of 745.3 nm, for example.
  • Various mechanisms can be applied as the mechanism for generating the multi-longitudinal mode laser beam.
  • the wavelength conversion unit 300B may include an LBO crystal 312 and a THG crystal 317.
  • the master oscillator 100B may output a laser beam 21B having a center wavelength of 745.3 nm.
  • the amplifying unit 200 may amplify the laser beam 21B and output the laser beam 22B.
  • the THG crystal 317 may be a nonlinear optical crystal that can generate third harmonic light.
  • the laser beam 23B may be output as the laser beam 20 from the solid-state laser device 10B.
  • nonlinear optical crystals for the wavelength conversion unit, it is possible to generate multi-longitudinal mode laser light applicable not only to ArF lasers but also to KrF lasers and other lasers.
  • various nonlinear optical crystals such as a CLBO crystal can be used in addition to the above-described BBO crystal, LBO crystal, and KBBF crystal.
  • FIG. 49 schematically shows a schematic configuration of the laser system 3 according to the third embodiment.
  • FIG. 50 schematically shows another cross-sectional configuration along the optical path of the amplifying apparatus 90 shown in FIG.
  • an amplifying device 90 that is a power amplifier may be used instead of the power oscillator type amplifying device 80 shown in FIG.
  • the laser system 3 may further include a shutter 98 that blocks the laser light 40 output from the amplification device 90.
  • the amplifying device 90 may include high reflection mirrors 91a, 91b, 97a and 97b, an output coupler 91, and a chamber 92.
  • High reflection mirrors 91a, 91b, 97a and 97b and output coupler 91 may form a multipath that passes through the amplification region in chamber 92 a plurality of times.
  • the output coupler 91 may be a partial reflection mirror.
  • the chamber 92 may be disposed on an optical path formed by the high reflection mirrors 91a, 91b, 97a and 97b and the output coupler 91.
  • the amplifying apparatus 90 may further include a slit (not shown) that adjusts the beam profile of the laser light traveling inside.
  • a gaseous gain medium may be enclosed in the chamber 92 so as to fill the amplification region.
  • the gain medium may include at least one of, for example, Kr gas, Ar gas, F 2 gas, Ne gas, and Xe gas.
  • the laser light 20 output from the solid-state laser device 10 may be incident on the amplification device 90 via the optical system 30A including the high reflection mirror 31 and the beam splitter 33.
  • the incident laser light 20 may first be reflected by the high reflection mirrors 91 a and 91 b and then enter the chamber 92 through the window 93.
  • the laser beam 20 incident on the chamber 92 may be amplified when passing through an amplification region between the two discharge electrodes 94 and 95 to which a voltage is applied.
  • the amplified laser beam 20 may be emitted from the chamber 92 through the window 96.
  • the emitted laser light 20 may be incident again into the chamber 92 through the window 96 by being reflected by the high reflection mirrors 97a and 97b. Thereafter, the laser beam 20 may be amplified again when passing through the amplification region in the chamber 92.
  • the amplified laser beam 20 may be emitted from the chamber 92 through the window 93.
  • a part of the laser light 20 that has passed through the amplification region in the chamber 92 twice may then be output as the laser light 40 via the output coupler 91. Further, the remaining laser light reflected by the output coupler 91 may be amplified again by traveling along the optical path formed by the high reflection mirrors 91a, 91b, 97a and 97b and the output coupler 91.
  • the third embodiment it may be possible to perform multipath amplification of the laser light 20 in the amplification device 90. Therefore, the laser beam 40 with higher intensity can be generated.
  • the output of the laser light 40 can be blocked using the shutter 98 arranged at the output stage of the amplification device 90.
  • the shutter 98 may open / block the optical path of the laser light 40 under drive control by a control mechanism (not shown), for example. Since other configurations, operations, and effects are the same as those of the first and second embodiments or the modifications thereof, detailed description thereof is omitted here.
  • the spectral line width can be suppressed to suppress chromatic aberration and speckle.
  • a master oscillator that uses a solid as a laser oscillation medium such as a solid-state laser or a semiconductor laser has better oscillation efficiency than a general gas laser. Further, the configuration is simple and small. Therefore, by applying the master oscillator described above to MOPO and MOPA, a laser system that can reduce power consumption and save energy can be realized.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

　固体レーザ装置は、出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、少なくとも１つの縦モードを含む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に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、を備えてもよい。

Description

固体レーザ装置およびレーザシステム
　本開示は、固体レーザ装置およびレーザシステムに関する。
　従来より、半導体装置製造における露光用の光源としては、深紫外光領域のレーザ光を出力するＫｒＦエキシマレーザや真空紫外光領域のレーザ光を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が使用されている。このレーザ装置では、ガスをゲイン媒体とするマスタオシレータから出力されたレーザ光を、同じくガスをゲイン媒体とする増幅器で増幅する。
概要
　本開示の一態様による固体レーザ装置は、出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、少なくとも１つの縦モードを含む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に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、を備えてもよい。
　本開示の他の態様によるレーザシステムは、上記の固体レーザ装置と、前記固体レーザ装置に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅装置と、を備えてもよい。
　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、本開示の実施の形態の概要を説明するための図である。 図２は、本開示の実施の形態１によるレーザシステムの概略構成を模式的に示す。 図３は、実施の形態１による固体レーザ装置の概略構成を模式的に示す。 図４は、実施の形態１によるリットマンキャビティを備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。 図５は、実施の形態１による波長フィルタを備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。 図６は、実施の形態１におけるＴｉ：サファイア結晶が発振するレーザ光の波長スペクトルと、複屈折フィルタ、コースおよびファインエタロンそれぞれの波長選択特性とを示す。 図７は、実施の形態１におけるファインエタロンの波長選択特性とレーザ光の縦モードとを示す。 図８は、図５に示すファインエタロンの概略構成を模式的に示す。 図９は、エタロンの一例を示す。 図１０は、図９に示すエタロンのＦＳＲとＦＷＨＭとの関係を示す。 図１１は、図９に示すエタロンの反射率毎のＦｉｎｅｓｓ特性を示す。 図１２は、実施の形態１による狭帯域化素子を備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。 図１３は、実施の形態１による狭帯域化部を備えたマスタオシレータの概略構成を模式的に示す。 図１４は、実施の形態１による半導体レーザを備えたマスタオシレータの概略構成を示す。 図１５は、図１４に示す光路調節器の一例の概略構成を模式的に示す。 図１６は、透過型のグレーティングに入射角β＝０°で入射したレーザ光に対する±ｍ次回折光を模式的に示す。 図１７は、複数の縦モードレーザ光を入射角β＝０°でグレーティングに入射させた際の各縦モードレーザ光の互いに異なる次数の回折光を示す。 図１８は、図１４に示す光路調節器の他の一例の概略構成を模式的に示す。 図１９は、実施の形態１による光変調器を備えたマスタオシレータの概略構成を示す。 図２０は、実施の形態１による電気光学素子を光変調器として備えたマスタオシレータの概略構成を示す。 図２１は、図２０に示すシードレーザから出力されたシード光の一例を示す。 図２２は、図２０に示す電気光学素子から出力されたレーザ光の一例を示す。 図２３は、実施の形態１による光音響素子を光変調器として備えたマスタオシレータの概略構成を示す。 図２４は、図２３に示すシードレーザから出力されたシード光の一例を示す。 図２５は、図２３に示す１つ目の光音響素子から出力されたレーザ光の一例を示す。 図２６は、図２３に示す２つ目の光音響素子から出力されたレーザ光の一例を示す。 図２７は、実施の形態１によるファブリペロー型パワーオシレータの増幅器の概略構成を模式的に示す。 図２８は、実施の形態１によるリング型のパワーオシレータとして構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。 図２９は、実施の形態１による再生増幅器の概略構成を模式的に示す。 図３０は、実施の形態１によるマルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器の概略構成を模式的に示す。 図３１は、実施の形態１による２つのＳＨＧ結晶を備えた波長変換部の概略構成を模式的に示す。 図３２は、実施の形態１において増幅器から出力されたレーザ光を示す。 図３３は、図３２に示すレーザ光の入射に対してＢＢＯ結晶から出力された第２高調波光を示す。 図３４は、図３３に示すレーザ光の入射に対してＫＢＢＦ結晶から出力された第４高調波光を示す。 図３５は、実施の形態１による波長変換部に基本波として入力するレーザ光の一例を示す。 図３６は、図３５に示すレーザ光を基本波としてＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いて発生させた第４高調波光を示す。 図３７は、実施の形態１による波長変換部に基本波として入力するレーザ光の一例を示す。 図３８は、図３７に示すレーザ光を基本波としてＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いて発生させた第４高調波光を示す。 図３９は、実施の形態１による波長変換部に基本波として入力するレーザ光の一例を示す。 図４０は、図３９に示すレーザ光を基本波としてＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いて発生させた第４高調波光を示す。 図４１は、実施の形態１による検出部の一例の概略構成を模式的に示す。 図４２は、実施の形態１による検出部の他の一例の概略構成を模式的に示す。 図４３は、スペクトル純度Ｅ９５を説明するための図である。 図４４は、実施の形態１によるパワーオシレータとして構成された増幅装置の概略構成を模式的に示す。 図４５は、本開示の実施の形態２によるレーザシステムの概略構成を模式的に示す。 図４６は、固体レーザ装置の変形例１の概略構成を模式的に示す。 図４７は、図４６に示す低コヒーレンス化部の概略構成を模式的に示す。 図４８は、固体レーザ装置の変形例２の概略構成を模式的に示す。 図４９は、本開示の実施の形態３によるレーザシステムの概略構成を模式的に示す。 図５０は、図４９に示す増幅装置の光路に沿う他の断面構成を模式的に示す。
実施の形態
　以下、本開示を実施するための形態を、例として、図面と共に詳細に説明する。以下に説明される実施形態は、本開示の一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。なお、以下の説明において、各図は本開示の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本開示は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成例の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本開示の好適な例に過ぎず、従って、本開示は例示された数値に限定されるものではない。以下では、ＭＯＰＯ（Ｍａｓｔｅｒ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が例として説明されているが、これに限らず、例えばＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に適用することもできる。
　以下、本開示の実施の形態による固体レーザ装置およびレーザシステムを、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、下記目次の流れに沿って説明する。
　目次
１．概要
２．用語の説明
３．レーザシステム（実施の形態１）
　　３．１　スペクトル線幅をフィードバック制御する固体レーザ装置
　　　　３．１．１　マスタオシレータ
　　　　　　３．１．１．１　リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ
　　　　　　３．１．１．２　波長フィルタを備えたマスタオシレータ（変形例１）
　　　　　　３．１．１．３　狭帯域化部を備えたマスタオシレータ（変形例２）
　　　　　　　　３．１．１．３．１　ビームエキスパンダおよびグレーティングを用いた狭帯域化部
　　　　　　３．１．１．４　シードレーザを備えたマスタオシレータ（変形例３）
　　　　　　　　３．１．１．４．１　複数のミラーを用いた光路調節器
　　　　　　　　３．１．１．４．２　グレーティングを用いた光路調節器
　　　　　　３．１．１．５　光変調器を備えたマスタオシレータ（変形例４）
　　　　　　　　３．１．１．５．１　電気光学素子を用いた光変調器
　　　　　　　　３．１．１．５．２　光音響素子を用いた光変調器
　　　　３．１．２　増幅器
　　　　　　３．１．２．１　ファブリペロー型パワーオシレータ
　　　　　　３．１．２．２　リング型パワーオシレータ（変形例１）
　　　　　　３．１．２．３　再生増幅器（変形例２）
　　　　　　３．１．２．４　マルチパス型パワー増幅器（変形例３）
　　　　３．１．３　波長変換部
　　　　　　３．１．３．１　ＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いた波長変換部
　　　　３．１．４　検出部
　　　　　　３．１．４．１　モニタエタロンを用いた検出部
　　　　　　３．１．４．２　ツェルニターナ型分光器を用いた検出部
　　　　３．１．５　制御部
　　３．２　増幅装置
　　　　３．２．１　パワーオシレータ
４．スペクトル線幅を全体フィードバック制御するレーザシステム（実施の形態２）
５．固体レーザ装置の変形例
　　５．１　低コヒーレンス化部を備えた固体レーザ装置（変形例１）
　　　　５．１．１　光学パルスストレッチを用いた低コヒーレンス化部
　　５．２　ＬＢＯ結晶およびＴＨＧ結晶を用いた波長変換部を備えた固体レーザ装置（変形例２）
６．増幅装置にパワー増幅器を用いたレーザシステム（実施の形態３）
１．概要
　まず、以下で例示する実施の形態の概要を説明する。図１は、以下で例示する実施の形態の概要を説明するための図である。
　半導体や液晶パネル等の製造に用いられる露光装置用の光源は、色収差を抑えつつスペックルを抑制し得る特性を備えることが望まれる。そのため、光源から出力されるレーザ光のスペクトルＳＰは、たとえば図１に示されるように、比較的狭帯域で且つ適度な広がりを持つことが好ましい。なお、図１に示すスペクトル純度Ｅ９５は、スペクトル中の９５％の光エネルギーが集中している周波数領域又は波長帯域の線幅であってもよい。
　このようなスペクトルＳＰは、一例として、複数の縦モードＬ１、Ｌ２、…、Ｌｎを用いて近似的に実現されてもよい。その際には、図１に示すように、各縦モードＬ１、Ｌ２、…、Ｌｎの強度が、スペクトルＳＰの形状に合わせて増減されてもよい。
　ただし、レーザシステムに使用されるシード光源としてのマスタオシレータは、必ずしも比較的狭帯域で且つ適度な広がりを持つスペクトルＳＰのレーザ光を出力可能とは限らない。そこで、以下の実施の形態では、図１に示すように、露光装置などの外部装置から要求されるレーザ光のスペクトルＳＰを、複数の縦モードＬ１、Ｌ２、…、Ｌｎを含むレーザ光を用いて近似的に実現してもよい。その際、各縦モードＬ１～Ｌｎの中心周波数や隣り合う縦モードＬ１～Ｌｎ間の周波数差（以下、縦モード間隔という）や各縦モードＬ１～Ｌｎの光強度は、スペクトルＳＰの形状に基づいて調整されてもよい。これにより、色収差を抑えつつスペックルを抑制し得るスペクトル形状のレーザ光を実現し得る。なお、図１では、スペクトルＳＰの形状としてガウシアンを例示した。ただし、これに限るものではない。たとえば、中心波長付近が比較的ブロードなトップハット形状のスペクトルや、複数のピークを持つ形状のスペクトルや、左右非対称な形状のスペクトルなど、種々変形可能である。すなわち、以下の実施の形態は、要求される様々な形状のスペクトルに対応し得る。
２．用語の説明
　マルチ縦モードとは、複数の縦モードを含むことをいう。複数の縦モードを含むレーザ光のスペクトル線幅とは、複数の縦モードを含んだレーザ光全体のスペクトルの線幅をいう。レーザ光は、パルス状のレーザ光であってもよいし、コンティニュアスなレーザ光であってもよい。増幅器および増幅装置には、パワーオシレータ、パワー増幅器、および再生増幅器などが含まれてもよい。パワーオシレータは、レーザ光を増幅するためのゲイン媒体と、光共振器とを含んでもよい。パワー増幅器は、レーザ光を増幅するためのゲイン媒体と、ゲイン媒体を通過するパスを形成する１つ以上の光学素子を含んでもよい。マスタオシレータには、マルチ縦モードのレーザ光を出力するレーザや、レーザ発振器などが含まれてもよい。
３．レーザシステム（実施の形態１）
　まず、本開示の実施の形態１によるレーザシステム１を、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態１では、レーザシステム１として、出力レーザ光の中心波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザを例に挙げる。ただし、これに限定されるものではない。ＫｒＦレーザやＸｅＣｌレーザやＸｅＦレーザなどのエキシマレーザなど、種々のレーザシステムをレーザシステム１として適用可能である。
　図２は、実施の形態１によるレーザシステム１の概略構成を模式的に示す。図２に示すように、レーザシステム１は、固体レーザ装置１０と、増幅装置８０と、を備えてもよい。固体レーザ装置１０は、スペクトルＳＰを近似的に実現する複数の縦モードを含むレーザ光２０を出力してもよい。固体レーザ装置１０から出力されたレーザ光２０は、光学システム３０によって増幅装置８０に導かれてもよい。光学システム３０は、レーザ光２０を高反射する複数の高反射ミラー３１および３２を含んでもよい。増幅装置８０は、入射したレーザ光２０を増幅し、レーザ光４０として出力してもよい。出力されたレーザ光４０は、たとえば露光装置へ入力されてもよい。
３．１　スペクトル線幅をフィードバック制御する固体レーザ装置
　まず、図２に示す固体レーザ装置１０について、図面を用いて詳細に説明する。図３は、固体レーザ装置１０の概略構成を模式的に示す。図３に示すように、固体レーザ装置１０は、マスタオシレータ１００と、増幅器２００と、波長変換部３００とを備えてもよい。マスタオシレータ１００は、いわゆるシード光源であってもよい。マスタオシレータ１００は、少なくとも１つの縦モードを含むレーザ光をレーザ光２１として出力してもよい。レーザ光２１が複数の縦モードを含む場合、レーザ光２１に含まれる各縦モードの光強度のピークを結んだ曲線は、スペクトルＳＰに近似していてもよい。増幅器２００は、レーザ光２１を増幅し、レーザ光２２として出力してもよい。波長変換部３００は、マスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１（または増幅器２００による増幅後のレーザ光２２）の波長が増幅段である増幅装置８０の増幅可能な波長領域にマッチングするように、レーザ光２３を波長変換してもよい。たとえば、波長変換装置３００は、レーザ光２２に含まれる各縦モードを基本波として、それらの第４高調波光を生成してもよい。波長変換部３００は、生成した第４高調波光を、レーザ光２３として出力してもよい。
　また、固体レーザ装置１０は、ビームスプリッタ４１０と、検出部４２０と、制御部４３０とをさらに備えてもよい。ビームスプリッタ４１０は、波長変換部３００から出力されたレーザ光２３の光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ４１０は、レーザ光２３の光路を２つに分岐してもよい。このビームスプリッタ４１０には、レーザ光２３を部分反射する膜がコーティングされていてもよい。ビームスプリッタ４１０を透過したレーザ光２３は、レーザ光２０として固体レーザ装置１０から出力されてもよい。ビームスプリッタ４１０で反射したレーザ光２３は、レーザ光２４として検出部４２０に入射してもよい。
　検出部４２０は、レーザ光２４全体のスペクトル線幅を検出してもよい。制御部４３０は、検出されたスペクトル線幅に基づいて、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。その際、制御部４３０は、マスタオシレータ１００が出力するレーザ光２１に含まれる各縦モードＬ１～Ｌｎの中心周波数や縦モード間隔や光強度を制御してもよい。また、制御部４３０は、露光装置コントローラなどの外部装置５０からの要求にしたがって、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
３．１．１　マスタオシレータ
　以下に、図３に示す固体レーザ装置１０におけるマスタオシレータ１００の具体例について、いくつか例を挙げて説明する。
３．１．１．１　リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ
　まず、リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ１００を例に挙げて説明する。図４は、リットマンキャビティを備えたマスタオシレータ１００の概略構成を模式的に示す。図４に示すように、マスタオシレータ１００は、高反射ミラー１０１と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶１０２と、グレーティング１０３と、高反射ミラー１０４と、出力カプラ１０５と、ポンピングレーザ１０６とを備えてもよい。高反射ミラー１０１および出力カプラ１０５は、光共振器を構成してもよい。チタンサファイア結晶１０２およびグレーティング１０３は、高反射ミラー１０１および出力カプラ１０５が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー１０４は、グレーティング１０３で回折されたレーザ光を反射してグレーティング１０３に戻してもよい。この高反射ミラー１０４は、反射面がグレーティング１０３の分散方向に対して曲率を変化させることができるディフォーマブルミラーであってもよい。この際、高反射ミラー１０１および１０４は、高反射ミラー１０１および出力カプラ１０５が構成する光共振器とは別の光共振器を形成してもよい。ただし、高反射ミラー１０１から高反射ミラー１０４までの共振器長Ｌｓｏｌ１と、高反射ミラー１０１から出力カプラ１０５までの共振器長Ｌｓｏｌ２とは、等しくてもよい。
　高反射ミラー１０１の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を高反射し、ポンピングレーザ１０６からの励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。高反射ミラー１０１の反対側の面は、励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、高反射ミラー１０１は、ポンピングレーザ１０６からの励起光６１を光共振器内に取り込み、且つチタンサファイア結晶１０２からのレーザ光を反射し得る。
　高反射ミラー１０１を介して光共振器内に進入した励起光６１は、チタンサファイア結晶１０２に入射してもよい。チタンサファイア結晶１０２の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。ブリュースタカットされた端面は、レーザ光の反射を抑え得る。これにより、増幅効率を向上し得る。また、ブリュースタカットによってレーザ光の偏光状態が規定され得る。そのため、励起光６１およびレーザ光がチタンサファイア結晶１０２に入射する効率が向上し得る。
　励起光６１が入射した結果、チタンサファイア結晶１０２からレーザ光が出射されてもよい。チタンサファイア結晶１０２から出射されたレーザ光は、高反射ミラー１０１、グレーティング１０３、および高反射ミラー１０４で構成される光共振器、ならびに、高反射ミラー１０１、グレーティング１０３、および出力カプラ１０５で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶１０２を通過するレーザ光が増幅されてもよい。チタンサファイア結晶１０２を通過したレーザ光は、グレーティング１０３によって回折されてもよい。
　出力カプラ１０５の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を部分反射する膜でコーティングされていてもよい。出力カプラ１０５の反対側の面は、反射防止膜でコーティングされていてもよい。これにより、出力カプラ１０５は、レーザ光２１を出力する光出力端として機能し得る。
　この出力カプラ１０５は、グレーティング１０３に対して例えば０次回折光の出射方向に配置されてもよい。高反射ミラー１０４は、グレーティング１０３に対して±ｍ次回折光の出射方向に配置されてもよい。このような構成によれば、グレーティング１０３の単位長さあたりの溝本数を調整することで、レーザ光のスペクトル線幅を調節し得る。また、グレーティング１０３に対する高反射ミラー１０４の角度を調節することで、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の波長を選択し得る。
　マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の縦モード数は、スペクトル線幅と縦モード間隔とによって決定され得る。そこで、グレーティング１０３の単位長さあたりの溝本数は、レーザ光２１全体のスペクトル線幅が所望するスペクトルＳＰのスペクトル線幅となるように設計されるとよい。また、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌ１およびＬｓｏｌ２は、所定の縦モード間隔となるように設計されるとよい。これにより、所望の縦モード数およびスペクトル線幅を有するレーザ光２１を生成し得る。
　ここで、レーザシステム１を半導体露光用の光源として用いる場合のマスタオシレータ１００の好適な共振器長Ｌｓｏｌについて説明する。レーザシステム１から出力されるレーザ光４０の縦モード間隔は、Ｃ/２ＬＥＸＣと表され得る。ここで、Ｃは光速である。ＬＥＸＣは、各縦モードのピークがたとえば半導体露光に適したスペクトルＳＰをなぞるように分布する複数の縦モードを含んだレーザ光２１を生成するためのマスタオシレータ１００の共振器長である。
　図１に示すように各縦モードＬ１～Ｌｎのピークを所望するスペクトルＳＰをなぞるように分布させるためには、レーザ光４０の縦モード間隔Δν（＝｜νＬ１－νＬ２｜＝…＝｜νＬｎ－１－νＬｎ｜）をＣ／２ＬＥＸＣ以下に設定するとよい（ν≦Ｃ／２ＬＥＸＣ）。
　一方、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の縦モード間隔Δνは、Ｃ／２Ｌｓｏｌと表され得る。そこで、マスタオシレータ１００によって所望の縦モード間隔を得るためには、マスタオシレータ１００の共振器長ＬｓｏｌがＬＳＯＬ≧ＬＥＸＣを満足すればよい。たとえば、レーザ光２１の縦モード間隔Δνを１５０ＭＨｚとする場合、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌは１．００ｍであるとよい。
　なお、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌは、たとえば０．５ｍ以上１．５ｍ以下であってもよい。より好ましくは、共振器長Ｌｓｏｌは、たとえば０．８ｍ以上１．２ｍ以下であってもよい。ただし、共振器長Ｌｓｏｌの下限は、たとえば露光装置側からの要求によって決定されるとよい。また、共振器長Ｌｓｏｌの上限は、設計のし易さ等に基づいて決定されるとよい。
　マスタオシレータ１００は、共振器内の波面を変化させるためにディフォーマブルミラーである高反射ミラー１０４の反射面を変化させる駆動機構を備えてもよい。この駆動機構は、高反射ミラー１０４の表面の曲率を変化させる駆動部１０１ｂを含んでもよい。制御部４３０は、駆動部１０１ｂを介して高反射ミラー１０４の反射面の曲率を制御してもよい。このようにして光共振器中の波面を変化させることによって、グレーティング１０３に入射するレーザ光の波面の曲率が変化し得る。したがって、グレーティングによって選択される波長帯域が変化させ得る。これにより、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１全体のスペクトル線幅を制御し得る。この実施の形態では、高反射ミラー１０４によって、光共振器中の波面を変化させる場合を例示した。ただし、これに限定されない。グレーティング１０３や高反射ミラー１０１や出力カプラ１０５の反射面の曲率を変化させてもよい。
３．１．１．２　波長フィルタを備えたマスタオシレータ（変形例１）
　つぎに、マスタオシレータの変形例１を、図面を参照して詳細に説明する。図５は、波長フィルタを備えたマスタオシレータ１１０の概略構成を模式的に示す。図５に示すように、マスタオシレータ１１０は、高反射ミラー１１１と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶１１２と、コースエタロン１１３と、ファインエタロン１１４と、複屈折フィルタ１１５と、出力カプラ１１６と、ポンピングレーザ１１７とを備えてもよい。高反射ミラー１１１と出力カプラ１１６とは、光共振器を構成してもよい。チタンサファイア結晶１１２、コースエタロン１１３、ファインエタロン１１４、および複屈折フィルタ１１５は、高反射ミラー１１１および出力カプラ１１６が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。また、コースエタロン１１３と、ファインエタロン１１４と、複屈折フィルタ１１５は、狭帯域化部１１８を構成してもよい。
　高反射ミラー１１１の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を高反射し、ポンピングレーザ１１７からの励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。高反射ミラー１１１の反対側の面は、励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、高反射ミラー１１１は、ポンピングレーザ１１７からの励起光６１を光共振器内に取り込み、且つチタンサファイア結晶１１２からのレーザ光を光共振器内側に反射し得る。
　高反射ミラー１１１を介して光共振器内に進入した励起光６１は、チタンサファイア結晶１１２に入射してもよい。チタンサファイア結晶１１２の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。励起光６１によって励起されたチタンサファイア結晶１１２からは、レーザ光が出射してもよい。レーザ光は、高反射ミラー１１１および出力カプラ１１６で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶１１２を通過するレーザ光が増幅されてもよい。
　出力カプラ１１６の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を部分反射する膜でコーティングされていてもよい。出力カプラ１１６の反対側の面は、反射防止膜でコーティングされていてもよい。これにより、出力カプラ１１６は、レーザ光２１を出力する光出力端として機能し得る。
　光共振器内に配置された複屈折フィルタ１１５、コースエタロン１１３およびファインエタロン１１４は、それぞれ波長フィルタとして機能し得る。図６に、チタンサファイア結晶１１２が発振するレーザ光の波長スペクトルと、複屈折フィルタ１１５、コースエタロン１１３およびファインエタロン１１４それぞれの波長選択特性とを示す。図７に、ファインエタロン１１４の波長選択特性とレーザ光２１の縦モードとを示す。
　図６に示すように、励起光６１によってポンプアップされたチタンサファイア結晶１１２からは、約６５０～１１００ｎｍ程度という比較的広い波長範囲に縦モードが分布したスペクトルＢ１１２のレーザ光が出力され得る。これに対し、ファインエタロン１１４の光透過スペクトルＢ１１４は、レーザ光のスペクトルＢ１１２よりも狭い。この光透過スペクトルＢ１１４は、実質的に所望のスペクトルＳＰ（図１参照）と等しくてもよい。そこで、ファインエタロン１１４を波長フィルタとして使用することで、図７に示すように、マスタオシレータ１１０から出力されるレーザ光２１全体のスペクトルが、実質的に所望のスペクトルＳＰに変換され得る。
　ただし、ファインエタロン１１４の光透過バンド（光透過スペクトルＢ１１４）は１つとは限らない。同様に、複屈折フィルタ１１５およびコースエタロン１１３の光透過バンドもそれぞれ１つとは限らない。そこで、複屈折フィルタ１１５、コースエタロン１１３およびファインエタロン１１４を組み合わせて使用することで、ファインエタロン１１４の複数の光透過バンドから所望の１つの光透過バンド（光透過スペクトルＢ１１４）を選択してもよい。これにより、スペクトルＳＰと同形状の光透過スペクトルが実現され得る。
　なお、複屈折フィルタ１１５は、光共振器内の光路に対し、レーザ光の入射角度がブリュースタ角となるように、傾いて配置されてもよい。複屈折フィルタ１１５の２つの光入出力面は、それぞれ反射防止膜でコーティングされてもよい。複屈折フィルタ１１５の光路に沿った厚みは、たとえば７７３．６ｎｍの光に対して波長板として機能可能な厚みであってもよい。
　コースエタロン１１３の反射面間隔と反射率とは、その光透過スペクトルＢ１１３が複屈折フィルタ１１５の光透過スペクトルＢ１１５よりも狭くなるようなスペックであってもよい。これにより、複屈折フィルタ１１５を透過した縦モードの本数をコースエタロン１１３で絞り込むことが可能となる。コースエタロン１１３は、レーザの波長を透過する所定の基板の両面に所定の反射率の膜をコーティングしたソリッドエタロンであってもよい。また、所定の部分反射率の２つのミラーが、スペーサを介することで所定のミラー間隔で組み合わされたエアギャップエタロンであってもよい。
　ファインエタロン１１４の反射面間隔と反射率とは、その光透過スペクトルＢ１１４がコースエタロン１１３の光透過スペクトルＢ１１３よりも狭くなるようなスペックであってもよい。ファインエタロン１１４の少なくとも一方の光入出力面は、その光透過スペクトルＢ１１４がコースエタロン１１３の光透過スペクトルＢ１１３よりも狭くなるように、膜でコーティングされていてもよい。これにより、コースエタロン１１３を透過した縦モードの本数をファインエタロン１１４でさらに絞り込むことが可能となる。ここで、ファインエタロンはソリッドエタロンであってもよいし、エアギャップエタロンであってもよい。
　この構成において、ポンピングレーザ１１７から出力されたパルス状の励起光６１は、高反射ミラー１１１を透過して、チタンサファイア結晶１１２に入射してもよい。この結果、チタンサファイア結晶１１２が励起され得る。チタンサファイア結晶１１２は、励起状態から基底状態に遷移する際に光を放出し得る。この光は、スペクトル線幅が比較的広い。そこで、コースエタロン１１３、ファインエタロン１１４および複屈折フィルタ１１５を用いることで、この光共振器内のレーザ光を狭帯域化してもよい。狭帯域化されたレーザ光は、出力カプラ１１６に入射してもよい。出力カプラ１１６は、一部のレーザ光をレーザ光２１として光共振器の外部へ出力してもよい。また、出力カプラ１１６は、他の一部のレーザ光を光共振器中に反射してもよい。この反射されたレーザ光は、複屈折フィルタ１１５、ファインエタロン１１４およびコースエタロン１１３を通過することによって、さらに狭帯域化されてもよい。狭帯域化されたレーザ光は、チタンサファイア結晶１１２を透過することによって増幅されてもよい。増幅後のレーザ光は、高反射ミラー１１１によって折り返され、再びチタンサファイア結晶１１２を透過することで、さらに増幅されてもよい。この増幅後のレーザ光は、再びコースエタロン１１３、ファインエタロン１１４および複屈折フィルタ１１５を透過することで、狭帯域化されてもよい。狭帯域化されたレーザ光は、出力カプラ１１６に入射してもよい。出力カプラ１１６は、一部のレーザ光をレーザ光２１として光共振器の外部へ出力し、他の一部のレーザ光を光共振器中に反射してもよい。マスタオシレータ１１０は、このような動作を繰り返すことによってレーザ発振し、所望の縦モードを含むスペクトルのレーザ光を出力し得る。
　ファインエタロン１１４の両方の光入出力面には、レーザ光の透過位置によって反射率が異なるコーティングがされていてもよい。ただし、レーザ光がエタロンを透過する際、入射面と出射面が同じ反射率となるようにしてもよい。たとえば、図８に示すように、ファインエタロン１１４の両方の光入出力面には、レーザ光が透過する位置によって両方の面の反射率が同様に次第に変化する部分反射膜１１４ｃがコーティングされていてもよい。ここで、エタロンの反射率とＦｉｎｅｓｓ特性との関係について説明する。図９は、エタロンの一例を示す断面図である。図１０は、図９に示すエタロンのＦＳＲ（Ｆｒｅｅ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｒａｎｇｅ）とＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ　Ｗｉｄｔｈ　ａｔ　Ｈａｌｆ　Ｍａｘｉｍｕｍ）との関係を示す。図１１は、図９に示すエタロンの反射率毎のＦｉｎｅｓｓ特性を示す。
　図９に示すエタロン１１１４は、たとえばファブリペローエタロンであってもよい。このエタロン１１１４の光入出力面には、それぞれ部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂがコーティングされていてもよい。エタロン１１１４は、対向する反射面（光入出力面）間の干渉効果によって特定の波長が強められるという波長フィルタの効果を備え得る。このようなエタロン１１１４の特性は、通常、ＦＳＲとＦ（Ｆｉｎｅｓｓ）とにより特定し得る。Ｆは、ＦＳＲとＦＷＨＭとの比で表され得る。したがって、Ｆは、主として反射率によって決定され得る。ここで、エタロン１１１４の基板厚をｄ、基板の屈折率をｎ、部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂの反射率をＲとする。すると、以下の式（１）～（３）の関係式が成り立ち得る。なお、λは、レーザ光Ｌｉｎの波長を示す。
Ｆ＝πＲ１／２／（１・Ｒ）　　　・・・（１）
ＦＳＲ＝λ２／（２ｎｄ）　　・・・（２）
ＦＷＨＭ＝ＦＳＲ／Ｆ　　　　・・・（３）
　式（１）～（３）から、エタロン１１１４の光透過スペクトルＢ１１１４は、図１０に示すように、ＦＳＲ毎にピークを持つ形状となり得る。また、図１１に示すように、部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂの反射率Ｒを高くした場合、エタロン１１１４の光透過スペクトルＢ１１１４ａは、非常にシャープな山が繰返し現れる形状となり得る。一方、部分反射膜１１１４ａおよび１１１４ｂの反射率を低くすると、光透過スペクトルＢ１１１４ｂは、比較的ブロードな形状となる。なお、光透過スペクトルＢ１１１４は反射率Ｒを５０％とした場合を示し、光透過スペクトルＢ１１１４ａは反射率Ｒを９０％とした場合を示し、光透過スペクトルＢ１１１４ｂは反射率Ｒを４％とした場合を示している。
　図８に示すように位置によって反射率が次第に変化する部分反射膜１１４ｃがコーティングされたファインエタロン１１４は、光路中に配置される部分の反射率が変化する方向に移動されてもよい。ファインエタロン１１４を反射率が変化する方向に移動させることで、ファインエタロン１１４の光透過スペクトルＢ１１４の線幅を制御し得る。その結果、マスタオシレータ１１０から出力されるレーザ光２１全体のスペクトル線幅を制御し得る。
　そこで、図５に示すように、マスタオシレータ１１０は、ファインエタロン１１４を移動させ得る移動機構を備えてもよい。移動機構は、ファインエタロン１１４の光路中に配置される部分の反射率が変化する方向に、ファインエタロン１１４を移動させてもよい。移動ステージ１１４ａと、駆動部１１４ｂとを含んでもよい。移動ステージ１１４ａは、ファインエタロン１１４を保持してもよい。駆動部１１４ｂは、ファインエタロン１１４の光路中に配置される部分の反射率が変化する方向に、移動ステージ１１４ａを移動させてもよい。なお、ファインエタロン１１４は、移動ステージ１１４ａの移動方向に沿って反射率が次第に変化するように、移動ステージ１１４ａに対して固定されてもよい。ファインエタロン１１４を移動させることによって、移動前に光路中に配置されていたファインエタロン１１４の部分とは反射率が異なる部分の光路中にファインエタロン１１４を配置してもよい。固体レーザ装置１０においてマスタオシレータ１１０をマスタオシレータ１００として使用する場合、制御部４３０は、駆動部１１４ｂを介して移動ステージ１１４ａを制御してもよい。そうすることにより、制御部４３０は、固体レーザ装置１０のスペクトル線幅を制御し得る。
　図５に示す構成によれば、高反射ミラー１１１と出力カプラ１１６とが形成する光共振器の共振器長Ｌｓｏｌを調整することで、レーザ光２１の縦モード間隔を調整し得る。また、ファインエタロン１１４を移動させて、レーザ光が透過する部分の反射率を調整することで、レーザ光２１のスペクトル線幅を調整し得る。
３．１．１．３　狭帯域化部を備えたマスタオシレータ（変形例２）
　つぎに、マスタオシレータの変形例２を、図面を参照して詳細に説明する。図１２は、狭帯域化素子を備えたマスタオシレータ１２０の概略構成を模式的に示す。図１２に示すように、マスタオシレータ１２０は、出力カプラ１２１と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶１２２と、狭帯域化部１２３と、ビームスプリッタ１２５と、ポンピングレーザ１２６とを備えてもよい。狭帯域化部１２３は、光共振器のリアミラーとして機能してもよい。その場合、出力カプラ１２１と狭帯域化部１２３とは、光共振器を形成してもよい。もしくは、マスタオシレータ１２０は、狭帯域化部１２３とは別に、光共振器のリアミラーを備えてもよい。チタンサファイア結晶１２２は、出力カプラ１２１および狭帯域化部１２３が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。
　出力カプラ１２１の光共振器内側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を部分反射し、ポンピングレーザ１２６からの励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。出力カプラ１２１の反対側の面は、励起光６１を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、出力カプラ１２１は、レーザ光２１を出力する光出力端として機能し、且つポンピングレーザ１２６からの励起光を光共振器内に取り込み得る。
　ビームスプリッタ１２５は、出力カプラ１２１を介して出力されるレーザ光２１の光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ１２５の光共振器側の面は、ポンピングレーザ１２６からの励起光６１を高反射し、７７３．６ｎｍ付近の波長の光を高透過する膜でコーティングされていてもよい。ビームスプリッタ１２５の反対側の面は、７７３．６ｎｍ付近の波長の光（レーザ光２１）を高透過する膜でコーティングされていてもよい。これにより、ビームスプリッタ１２５は、ポンピングレーザ１２６からの励起光６１を出力カプラ１２１へ反射し、且つ出力カプラ１２１を介して出力されたレーザ光２１をマスタオシレータ１２０から出力し得る。
　出力カプラ１２１を介して光共振器内に進入した励起光６１は、チタンサファイア結晶１２２に入射してもよい。チタンサファイア結晶１２２の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。励起光６１がチタンサファイア結晶１２２に入射するとレーザ光が出射されてもよい。チタンサファイア結晶１２２から出射したレーザ光は、出力カプラ１２１および狭帯域化部１２３で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶１２２を通過するレーザ光が増幅されてもよい。
　狭帯域化部１２３は、光共振器内のレーザ光全体のスペクトル線幅を調整し得る。そこで、マスタオシレータ１２０は、狭帯域化部１２３によるスペクトル線幅を変更し得る駆動部１２４を備えてもよい。固体レーザ装置１０においてマスタオシレータ１２０をマスタオシレータ１００として使用する場合、制御部４３０は、駆動部１２４を介して狭帯域化部１２３を制御してもよい。そうすることにより、制御部４３０は、固体レーザ装置１０のスペクトル線幅を制御し得る。
３．１．１．３．１　ビームエキスパンダおよびグレーティングを用いた狭帯域化部
　ここで、図１２に示す狭帯域化部１２３の一例を、図面を用いて詳細に説明する。図１３は、狭帯域化部１２３Ａを備えたマスタオシレータ１２０Ａの概略構成を模式的に示す。図１３に示すように、狭帯域化部１２３Ａは、ビームエキスパンダ１２３ａと、グレーティング１２３ｂとを備えてもよい。ビームエキスパンダ１２３ａは、たとえばプリズムやコリメータレンズ等の１つ以上の光学素子を用いて構成されてもよい。グレーティング１２３ｂは、光共振器のリアミラーとして機能してもよい。グレーティング１２３ｂは、ビームエキスパンダ１２３ａからの出射光に対してリトロー配置されていてもよい。グレーティング１２３ｂは、ブレーズドグレーティングであってもよい。この場合、グレーティング１２３ｂは、ビームエキスパンダ１２３ａからの出射光に対してブレーズ角の角度で入射するように設定されてもよい。
　この構成において、ポンピングレーザ１２６から出力された励起光６１は、ビームスプリッタ１２５および出力カプラ１２１を介してチタンサファイア結晶１２２に入射してもよい。この結果、チタンサファイア結晶１２２が励起し、出力カプラ１２１とグレーティング１２３ｂとの間でレーザ発振し得る。光共振器内のレーザ光は、ビームエキスパンダ１２３ａによってビーム拡大されてもよい。この結果、レーザ光が、所定の入射角度でグレーティング１２３ｂに入射し得る。グレーティング１２３ｂは、このレーザ光のスペクトルを狭帯域化し得る。
　ここで、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化させることによって、グレーティング１２３ｂによるスペクトルの帯域幅を変化させ得る。また、出力カプラ１２１とグレーティング１２３ｂとの間の共振器長Ｌｓｏｌによって、縦モード間隔が決定され得る。そのため、縦モードの強度分布は、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化させることで制御し得る。
　ビームエキスパンダ１２３ａによるビーム拡大率は、変更可能であってもよい。駆動部１２４は、ビームエキスパンダ１２３ａを動作させることにより、ビームエキスパンダ１２３ａによるビーム拡大率を変更してもよい。たとえばビームエキスパンダ１２３ａをプリズムで構成した場合、駆動部１２４は、共振器内の光路に対するプリズムの傾きを調整可能なターンテーブルを含んでいてもよい。その場合、駆動部１２４は、ターンテーブルを回転させて光路に対するプリズムの傾きを調整することで、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化し得る。また、ビームエキスパンダ１２３ａをズーム式のコリメータレンズで構成した場合、駆動部１２４は、コリメータレンズのズーム倍率を調整することで、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を変化し得る。固体レーザ装置１０においてマスタオシレータ１２０Ａをマスタオシレータ１００として使用する場合、制御部４３０は、駆動部１２４を介してビームエキスパンダ１２３ａを制御してもよい。そうすることにより、制御部４３０は、固体レーザ装置１０のスペクトル線幅を制御し得る。
　図１３に示す構成によれば、出力カプラ１２１とグレーティング１２３ｂとが形成する光共振器の共振器長Ｌｓｏｌを調整することで、レーザ光２１の縦モード間隔を調整し得る。また、ビームエキスパンダ１２３ａのビーム拡大率を調整することで、レーザ光２１のスペクトル線幅を調整し得る。
３．１．１．４　シードレーザを備えたマスタオシレータ（変形例３）
　つぎに、マスタオシレータの変形例３を、図面を参照して詳細に説明する。図１４は、シード光を出力するシードレーザを備えたマスタオシレータ１３０の概略構成を示す。図１４に示すように、マスタオシレータ１３０は、複数のシードレーザとして複数の半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎと、光路調節器１３３と、シードレーザ制御部１３１とを備えてもよい。
　各半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎは、たとえばダイオードレーザであってもよい。各半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎは、シングル縦モードまたはマルチ縦モードで発振してもよい。シードレーザ制御部１３１は、複数の半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎが出力する縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－ｎをコンバインさせることで得られるレーザ光（レーザ光２１）の各縦モードのピークの分布が図１に示すスペクトルＳＰに近い分布となるように、各半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎが発振する縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－ｎの発振波長および出力強度を制御してもよい。
　光調節器１３３は、各半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎから出力された縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－ｎの光路を一致させることにより、波長が異なる複数の縦モードを含むレーザ光２１を出力してもよい。ここで、図１４に示す光路調節器１３３の例を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、説明の簡略化のため、半導体レーザ１３２－１～１３２－ｎの個数を５つとする。
３．１．１．４．１　複数のミラーを用いた光路調節器
　まず、複数のミラーを用いた光路調節器１３３Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図１５は、光路調節器１３３Ａの概略構成を模式的に示す。図１５に示す構成において、半導体レーザ１３２－１から出力された縦モードレーザ光Ｌ１－１は、ハーフミラー１３３１を透過し、高反射ミラー１３３８で反射し、ハーフミラー１３３７で反射してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１－１の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２－２から出力された縦モードレーザ光Ｌ１－２は、高反射ミラー１３３２で反射し、ハーフミラー１３３１で反射し、高反射ミラー１３３８で反射し、ハーフミラー１３３７で反射してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１－２の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２－３から出力された縦モードレーザ光Ｌ１－３は、ハーフミラー１３３５および１３３７を透過してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１－３の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２－４から出力された縦モードレーザ光Ｌ１－４は、ハーフミラー１３３４および１３３３で反射し、高反射ミラー１３３６で反射し、ハーフミラー１３３５で反射し、ハーフミラー１３３７を透過してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１－４の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。半導体レーザ１３２－５から出力された縦モードレーザ光Ｌ１－５は、ハーフミラー１３３３を透過し、高反射ミラー１３３６で反射し、ハーフミラー１３３５で反射し、ハーフミラー１３３７を透過してもよい。これにより、縦モードレーザ光Ｌ１－５の光路がレーザ光２１の光路に一致し得る。
　以上のように、複数の高反射ミラーおよびハーフミラーを組み合わせることで、複数の縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－ｎの光路を一致し得る光路調節器１３３Ａを実現してもよい。
３．１．１．４．２　グレーティングを用いた光路調節器
　つぎに、グレーティング１３３ｂを用いた光路調節器１３３Ｂを、図面を用いて詳細に説明する。図１６は、透過型のグレーティング１３３ｂに入射角β＝０°で入射したレーザ光Ｌに対する±ｍ次回折光を模式的に示す。図１６に示すように、グレーティング１３３ｂは、それが持つ波長選択性（分散）に基づいて、入射角β＝０°で入射したレーザ光Ｌの±ｍ次回折光Ｌ±ｍを、レーザ光Ｌの波長λに依存した回折角α－ｍ及びα＋ｍで回折し得る。その際、回折角α±ｍと波長λとの関係は、以下の式（４）を満足し得る。なお、式（４）において、ｍは光路を一致させる回折光の次数、Ｎはグレーティング１３３ｂの単位長さあたりの溝本数（本／ｍｍ）であってよい。ただし、式（４）において、入射角βは０°である。そのため、入射角βに関する項は省略されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、図１７は、縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５を入射角β＝０°でグレーティング１３３ｂに入射させた際の各縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の互いに異なる次数の回折光Ｌ１－１－２、Ｌ１－２－１、Ｌ１－３－０、Ｌ１－４＋１およびＬ１－５＋２を示す。図１７に示すように、グレーティング１３３ｂから出射する縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の互いに異なる次数の回折光Ｌ１－１－２、Ｌ１－２－１、Ｌ１－３－０、Ｌ１－４＋１およびＬ１－５＋２は、それぞれ異なる回折角α１－１－２、α１－２－１、α１－４＋１およびα１－５＋２の方向へ出射し得る。なお、少なくとも１つの縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の波長が、他の縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の波長と異なっていてもよいし、全ての縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の波長が同一であってもよい。
　そこで、図１８に示すように、半導体レーザ１３２－１～１３２－５からの縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５を、それぞれの波長および目的とする次数に応じた入射角α１－１－２～α１－５＋２でグレーティング１３３ｂに入射させてもよい。それにより、縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の異なる次数の回折光を同一の回折角β＝０°の方向に出射させ得る。その結果、縦モードレーザ光Ｌ１－１～Ｌ１－５の回折光よりなるレーザ光２１を出力し得る。
　なお、上述した光路調節器１３３Ｂは、複数の固体レーザ、たとえばチタンサファイアレーザ発振器であってもよい、をシードレーザとして用いた場合にも有効であり得る。
３．１．１．５　光変調器を備えたマスタオシレータ（変形例４）
　つぎに、マスタオシレータの変形例４を、図面を参照して詳細に説明する。図１９は、光変調器を備えたマスタオシレータ１４０の概略構成を示す。図１９に示すように、マスタオシレータ１４０は、シードレーザ１４１と、光変調器１４２と、駆動部１４３とを備えてもよい。シードレーザ１４１は、半導体レーザであってもよいし、チタンサファイアレーザ発振器のような固体レーザであってもよい。シードレーザ１４１は、発振効率の良い波長領域（例えば、可視域）で発振してもよい。シードレーザ１４１は、少なくとも１つの縦モードを含むシード光２１ａを出力すればよい。
　光変調器１４２は、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａを光変調することで、各縦モードのピークの分布がスペクトルＳＰに近い分布となる複数の縦モードを含むレーザ光２１を生成してもよい。駆動部１４３は、光変調器１４２を制御することで、光変調器１４２から出力されるレーザ光２１の中心波長およびスペクトル線幅を制御してもよい。ここで、図１９に示す光変調器１４２の例を、図面を用いて詳細に説明する。
３．１．１．５．１　電気光学素子を用いた光変調器
　まず、電気光学素子（ＥＯ）１４２Ａを用いた光変調器１４２を、図面を用いて詳細に説明する。図２０は、電気光学素子１４２Ａを光変調器１４２として備えたマスタオシレータ１４０Ａの概略構成を示す。図２１は、図２０に示すシードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａの一例を示す。図２２は、電気光学素子１４２Ａから出力されたレーザ光２１の一例を示す。
　図２０に示すように、マスタオシレータ１４０Ａは、光変調器１４２として、電気光学素子１４２Ａを備えてもよい。電気光学素子１４２Ａは、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａを位相変調することで、シード光２１ａよりも多い数の縦モードを含むレーザ光２１を生成してもよい。
　電気光学素子１４２Ａは、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）等の電気光学結晶が持つ電気光学効果によって、透過する光の位相を変調する光変調器であってもよい。電気光学結晶に電圧を印加すると、電気光学結晶の屈折率が変化し得る。これは、ポッケルス効果と呼ばれ得る。すなわち、電気光学素子１４２Ａは、ポッケルスセルであってもよい。電気光学素子１４２Ａに電圧を印加すると、電圧の印加によって形成された電界の強度に応じて電気光学素子１４２Ａの屈折率が変化し得る。その際、電気光学素子１４２Ａを通過するシード光２１ａの光路長が変化するため、シード光２１ａの位相が変調され得る。それにより、シード光２１ａの周波数シフトが生じ、スペクトル線幅が拡大し得る。そこで、位相が周期的に変化する電圧を電気光学素子１４２Ａに印加してもよい。それにより、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａが、これよりも多くの縦モードを含むレーザ光２１に変換され得る。変換後のレーザ光２１の縦モード間隔は、印加される電圧の周波数によって決定され得る。また、変換後のレーザ光２１全体のスペクトル線幅は、位相変調の大きさ、言い換えれば、屈折率を決定する印加電圧の大きさによって決定され得る。なお、周波数変調器を用いてもよい。
　たとえば図２１に示すように、シードレーザ１４１からシングル縦モードのシード光２１ａが出力されたとする。このシード光２１ａの中心周波数ω０に対応する波長は、７７３．６ｎｍであってもよい。また、電気光学素子１４２Ａには、周波数ω１で変化する電圧が印加されたとする。この周波数ω１は、たとえば１５０ＭＨｚ程度であってもよい。すると、図２２に示すように、電気光学素子１４２Ａに入射したシード光２１ａは、縦モード間隔がω１のマルチ縦モードのレーザ光２１に変換され得る。
　駆動部１４３は、電気光学素子１４２Ａに電圧を印加してもよい。駆動部１４３は、電気光学素子１４２Ａに印加する電圧の大きさ（振幅）及び周波数を制御してもよい。それにより、駆動部１４３は、電気光学素子１４２Ａで生成されるレーザ光２１のスペクトル線幅および縦モード間隔を制御し得る。たとえばエキシマレーザである場合、固体レーザ装置１０から出力されるレーザ光２０の縦モード間隔をΔωｇａｓ（＝Ｃ/２ＬＥＸＣ）とすると、電気光学素子１４２Ａが生成するレーザ光２１の縦モード間隔ω１は、Δωｇａｓ以下であればよい。この条件を満足するためには、電気光学素子１４２Ａの印加電圧の周波数をΔωｇａｓ以下に設定すればよい。
　このように、電気光学素子１４２Ａを用いることで、シードレーザ１４１から出力されたシングル縦モードのシード光２１ａから複数の縦モードを含むレーザ光２１を生成し得る。そのため、シードレーザ１４１に要求される共振器長に関する制約を低減し得る。
３．１．１．５．２　光音響素子を用いた光変調器
　つぎに、光音響素子（ＡＯ）を用いた光変調器１４２を、図面を用いて詳細に説明する。図２３は、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを光変調器１４２として備えたマスタオシレータ１４０Ｂの概略構成を示す。図２４は、図２３に示すシードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａの一例を示す。図２５は、光音響素子１４２Ｂから出力されたレーザ光２１ｂの一例を示す。図２６は、光音響素子１４２Ｃから出力されたレーザ光２１の一例を示す。
　図２３に示すように、マスタオシレータ１４０Ｂは、光変調器１４２として、２つの光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを備えてもよい。光音響素子１４２Ｂは、シードレーザ１４１から出力されたシード光２１ａを回折することで、シード光２１ａよりも多い数の縦モードを含むレーザ光２１ｂを生成してもよい。光音響素子１４２Ｃは、光音響素子１４２Ｂから出力されたレーザ光２１ｂを回折することで、レーザ光２１ｂよりも多い数の縦モードを含むレーザ光２１を生成してもよい。
　光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃは、ＬｉＮｂＯ３（リチウムナイオベート）等の音響光学結晶が持つ音響光学効果によって、透過する光の強度を変調する光変調器であってもよい。音響光学結晶に超音波等の音響波を入力すると、結晶内に粗密波の回折格子が生成され得る。そこで、音響波が入力されている光音響素子にレーザ光を入射すると、ラマン・ナース効果により、音響光学結晶を通過するレーザ光が回折し得る。そこで、音響光学結晶に音響波を入力した場合と入力しない場合とのレーザ光の光路に合わせてレーザ装置の光軸を設計することで、音響波の入力／非入力を用いて出力レーザ光の強度を変化させ得る。このように、光音響素子を光変調器１４２に使用したマスタオシレータ１４０Ｂでは、回折効率を用いて変調の度合いを設定し得る。また、音響波のオン／オフ周期を用いて変調周波数を設定し得る。たとえば、光音響素子１４２Ｂの回折効率を略５０％、光音響素子１４２Ｃの回折効率を略１００％としてもよい。また、最終的に得られるマルチ縦モードのレーザ光２１の縦モード間隔を２ω１としてもよい。この縦モード間隔２ω１は、上述の縦モード間隔Δωｇａｓ以下を満足するとよい。そのためには、たとえば２ω１＝Δωｇａｓのように設定するとよい。
　たとえば図２４に示すように、シードレーザ１４１からシングル縦モードのシード光２１ａが出力されたとする。このシード光２１ａの中心周波数ω０に対応する波長は、７７３．６ｎｍであってもよい。また、そのパルス幅は、１０～２０ｎｓであってもよい。そこで、光音響素子１４２Ｂは、回折効率が５０％、変調周波数が４ω１（例えば、３００ＭＨｚ）の強度変調を、シード光２１ａに与えてもよい。その結果、図２５に示すように、シード光２１ａが、縦モード間隔が４ω１、スペクトル幅が８ω１、縦モード数が３本のマルチ縦モードのレーザ光２１ｂに変換され得る。その際の光変調は、次式（５）で表し得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　光音響素子１４２Ｂから出力されたマルチ縦モードのレーザ光２１ｂは、光音響素子１４２Ｃに入力してもよい。光音響素子１４２Ｃは、回折効率が１００％、変調周波数がω１（例えば、７５ＭＨｚ）の強度変調を、レーザ光２１ｂに与えてもよい。その結果、図２６に示すように、レーザ光２１ｂが、縦モード間隔が２ω１（例えば、１５０ＭＨｚ）、スペクトル幅が１０ω１、縦モード数が６本のマルチ縦モードのレーザ光２１に変換され得る。その際の光変調は、次式（６）で表し得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このように、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを用いることでも、シードレーザ１４１から出力されたシングル縦モードのシード光２１ａから複数の縦モードを含むレーザ光２１を生成し得る。そのため、シードレーザ１４１に要求される共振器長に関する制約を低減し得る。
３．１．２　増幅器
　つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における増幅器２００について説明する。増幅器２００は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅器であってよい。また、増幅器２００は、１つの増幅器であってもよいし、複数の増幅器を含んでいてもよい。以下に、増幅器２００の具体例について、いくつか例を挙げて説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。また、マスタオシレータ１００が十分な強度のレーザ光２１を出力可能な場合、増幅器２００は省略されてもよい。
３．１．２．１　ファブリペロー型パワーオシレータ
　まず、ファブリペロー型のパワーオシレータを増幅器２００として用いた場合を例に挙げて説明する。図２７は、ファブリペロー型パワーオシレータの増幅器２００の概略構成を模式的に示す。図２７に示すように、増幅器２００は、高反射ミラー２０２と、出力カプラ２０４と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２０３と、高反射ミラー２０１と、ポンピングレーザ２０５とを備えてもよい。ポンピングレーザ２０５は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
　高反射ミラー２０２および出力カプラ２０４は、光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶２０３は、高反射ミラー２０２および出力カプラ２０４が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。高反射ミラー２０１は、マスタオシレータ１００から入射したレーザ光２１およびポンピングレーザ２０５から入射した励起光６１を光共振器内に導いてもよい。
　具体的には、高反射ミラー２０１は、マスタオシレータ１００から入射したレーザ光２１を光共振器へ反射してもよい。高反射ミラー２０１は、ポンピングレーザ２０５から入射した励起光６１を光共振器へ透過してもよい。光共振器を形成する一方の高反射ミラー２０２は、レーザ光２１および励起光６１を透過してもよい。これにより、レーザ光２１および励起光６１が光共振器内部に取り込まれてもよい。また、高反射ミラー２０２は、チタンサファイア結晶２０３から出射したレーザ光を反射してもよい。
　高反射ミラー２０２を介して光共振器内に入射したレーザ光２１および励起光６１は、チタンサファイア結晶２０３に入射してもよい。チタンサファイア結晶２０３の光入出力端面は、ブリュースタカットされていてもよい。チタンサファイア結晶２０３から出射したレーザ光は、高反射ミラー２０２および出力カプラ２０４で構成される光共振器内を往復してもよい。その結果、チタンサファイア結晶２０３からポンプアップされたレーザ光が出射されてもよい。チタンサファイア結晶２０３から出射されたレーザ光は、出力カプラ２０４を介してレーザ光２２として出力されてもよい。
３．１．２．２　リング型パワーオシレータ（変形例１）
　つぎに、増幅器２００の変形例１を、図面を参照して詳細に説明する。図２８は、リング型のパワーオシレータとして構成された増幅器２１０の概略構成を模式的に示す。図２８に示すように、増幅器２１０は、入出力カプラ２１１と、高反射ミラー２１２～２１４と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２１５と、ポンピングレーザ２１６とを備えてもよい。ポンピングレーザ２１６は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
　入出力カプラ２１１および高反射ミラー２１２～２１４は、リング状（８字状）の光路Ｐを備えた光共振器を形成してもよい。チタンサファイア結晶２１５は、入出力カプラ２１１および高反射ミラー２１２～２１４が形成する光共振器内の光路Ｐ上に配置されてもよい。
　この構成において、入出力カプラ２１１は、例えば、マスタオシレータ１００からのレーザ光２１を透過し、チタンサファイア結晶２１５からのレーザ光を反射してもよい。入出力カプラ２１１はチタンサファイア結晶２１５からのレーザ光を透過してもよい。高反射ミラー２１３は、ポンピングレーザ２１６からの励起光６１を光共振器側へ透過し、チタンサファイア結晶２１５からのレーザ光を反射してもよい。光共振器内に取り込まれたレーザ光２１は、入出力カプラ２１１および高反射ミラー２１２～２１４が形成するリング状（８字状）の光路Ｐを進行してもよい。光路Ｐを進行中にチタンサファイア結晶２１５によってポンプアップされたレーザ光は、入出力カプラ２１１を介してレーザ光２２として出力されてもよい。このように、増幅器２１０にリング型のパワーオシレータを用いることで、例えばファブリペロー型のレーザを用いた場合よりも効率よくレーザ光２１を増幅し得る。さらに、レーザ光２１の入射端に反射率の比較的低い入出力カプラ２１１を用いることで、レーザ光２１の光量下限値を抑えることが可能となり得る。
３．１．２．３　再生増幅器（変形例２）
　つぎに、増幅器２００の変形例２を、図面を参照して詳細に説明する。増幅器２００の変形例２では、増幅器２００として再生増幅器２２０を用いてもよい。図２９は、再生増幅器２２０の概略構成を模式的に示す。図２９に示すように、再生増幅器２２０は、高反射ミラー２２１および２２６と、ポッケルスセル２２２と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２２３と、偏光ビームスプリッタ２２４と、ポッケルスセル２２５と、ポンピングレーザ２２７とを備えてもよい。ポンピングレーザ２２７は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
　高反射ミラー２２１および２２６は、光共振器を形成してもよい。ポッケルスセル２２２、チタンサファイア結晶２２３、偏光ビームスプリッタ２２４およびポッケルスセル２２５は、高反射ミラー２２１および２２６が形成する光共振器内の光路上に配置されてもよい。ポッケルスセル２２２および２２５は、例えば電圧が印加されている期間、λ／４板として機能してもよい。
　この構成において、たとえばマスタオシレータ１００からは、例えば偏光ビームスプリッタ２２４の入射面に対してＳ偏光のレーザ光２１が入射してもよい。このレーザ光２１は、まず、光共振器の光路に対して４５°傾いた偏光ビームスプリッタ２２４に入射してもよい。偏光ビームスプリッタ２２４は、たとえば入射面に対してＳ偏光の光を反射し、Ｐ偏光の光を透過してもよい。その場合、マスタオシレータ１００から入射されたレーザ光２１は、偏光ビームスプリッタ２２４で反射して、光共振器内に導入され得る。この際、ポッケルスセル２２５のみに電圧を印加しておいてもよい。これにより、高反射ミラー２２６で反射されるまでに２回、ポッケルスセル２２５を通過したレーザ光２１が、偏光ビームスプリッタ２２４の光入射面に対してＰ偏光のレーザ光に変換され得る。なお、レーザ光２１を光共振器内に導入する期間のみ、電圧がポッケルスセル２２５へ印加されてもよい。つづいて、ポッケルスセル２２５への電圧印加が停止されてもよい。これにより、光共振器内のレーザ光２１の偏光状態が変化しないため、光共振器内にレーザ光２１が閉じ込められ得る。閉じ込められたレーザ光２１は、光共振器内を１回以上往復してもよい。光共振器内を往復するレーザ光２１は、チタンサファイア結晶２２３を複数回通過することで再生増幅されてもよい。その後、電圧がポッケルスセル２２２に印加されてもよい。これにより、高反射ミラー２２１で反射されるまでにポッケルスセル２２２を２回通過したレーザ光２１が、偏光ビームスプリッタ２２４の光入射面に対してＳ偏光のレーザ光２１に変換され得る。その結果、このレーザ光２１が偏光ビームスプリッタ２２４によって反射され、レーザ光２２として出力され得る。
３．１．２．４　マルチパス型パワー増幅器（変形例３）
　つぎに、増幅器２００の変形例３を、図面を参照して詳細に説明する。図３０は、マルチパス型のパワー増幅器として構成された増幅器２３０の概略構成を模式的に示す。図３０に示すように、増幅器２３０は、複数の高反射ミラー２３１～２３７と、ゲイン媒体としてのチタンサファイア結晶２３８と、ポンピングレーザ２３９とを備えてもよい。ポンピングレーザ２３９は、マスタオシレータ１００と共通のポンピングレーザであってもよい。
　複数の高反射ミラー２３１～２３７は、例えば、マスタオシレータ１００から入力したレーザ光２１がチタンサファイア結晶２３８を複数回（本例では４回）通過するマルチパスを形成してもよい。チタンサファイア結晶２３８には、ポンピングレーザ２３９からの励起光６１が、高反射ミラー２３７を介して入射してもよい。すなわち、高反射ミラー２３７は、励起光６１を透過し、チタンサファイア結晶２３８からのレーザ光を反射してもよい。その場合、チタンサファイア結晶２３８を複数回通過する際に、レーザ光２１がマルチパス増幅され得る。マルチパス増幅後のレーザ光は、レーザ光２２として出力されてもよい。
３．１．３　波長変換部
　つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における波長変換部３００について、例を挙げて説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。
３．１．３．１　ＢＢＯ結晶およびＫＢＢＦ結晶を用いた波長変換部
　図３１は、２つのＳＨＧ結晶を備えた波長変換部３００の概略構成を模式的に示す。なお、以下では、１つ目のＳＨＧ結晶で発生した第２高調波に基づいて２つ目のＳＨＧ結晶で発生した第２高調波を、第４高調波という。
　図３１に示すように、波長変換部３００は、集光レンズ３０１と、１つ目のＳＨＧ結晶であるＢＢＯ結晶３０２と、コリメータレンズ３０３と、高反射ミラー３０４および３０５と、集光レンズ３０６と、２つ目のＳＨＧ結晶であるＫＢＢＦ結晶３０７と、コリメータレンズ３０８と、高反射ミラー３０９とを備えてもよい。
　増幅器２００から出力されたレーザ光２２は、まず、集光レンズ３０１によってＢＢＯ結晶３０２に集光されてもよい。このレーザ光２２は、高調波に対する基本波であり得る。この基本波の中心周波数は、たとえばω（＝２πν）であってよい。基本波の中心波長は７７２ｎｍであってよい。基本波全体のスペクトル線幅は１．２ｐｍであってよい。
　ＢＢＯ結晶３０２は、レーザ光２２の入射に対して第２高調波光のレーザ光２３ａを出射してもよい。このレーザ光２３ａは、たとえば中心周波数が２ω、中心波長が３８６ｎｍ、スペクトル線幅が０．６ｐｍであってもよい。ＢＢＯ結晶３０２から出射されたレーザ光２３ａは、コリメータレンズ３０３で平行光化されてもよい。平行光化されたレーザ光２３ａは、高反射ミラー３０４および３０５を介して集光レンズ３０６に入射してもよい。集光レンズ３０６は、入射したレーザ光２３ａをＫＢＢＦ結晶３０７に集光してもよい。ここで、高反射ミラー３０４は、周波数が２ωのレーザ光（レーザ光２３ａ）を反射し、周波数がωのレーザ光（レーザ光２２ｔ）を透過してもよい。それにより、ＫＢＢＦ結晶３０７には、周波数が２ωのレーザ光２３ａのみが導かれ得る。
　ＫＢＢＦ結晶３０７は、波長が１９３ｎｍ程度の真空紫外光への波長変換に適していると考えられる。ＫＢＢＦ結晶３０７は、中心周波数が２ωのレーザ光２３ａの入射に対し、これを基本波とする第２高調波光（第４高調波光）のレーザ光２３を出射してもよい。このレーザ光２３は、たとえば中心周波数が２×２ω＝４ω、中心波長が１９３ｎｍ、スペクトル線幅が０．３ｐｍであってもよい。ＫＢＢＦ結晶３０７から出射されたレーザ光２３は、コリメータレンズ３０８で平行光化されてもよい。平行光化されたレーザ光２３は、高反射ミラー３０９に入射してもよい。高反射ミラー３０９は、周波数が２ωのレーザ光（レーザ光２３ｔ）を透過するとともに、中心周波数が４ωのレーザ光（レーザ光２３）を反射してもよい。これにより、波長変換部３００から中心周波数が４ωのレーザ光２３が出力され得る。
　ここで、ＢＢＯ結晶やＫＢＢＦ結晶などのＳＨＧ結晶に複数の縦モードを含むレーザ光を入力すると、単純な第２高調波光だけでなく、和周波や差周波もレーザ光の縦モード間隔で発生し得る。その結果、レーザ光のスペクトル形状が変化し得る。これを、図３２～図３４を用いて説明する。図３２は、増幅器２００から出力されたレーザ光２２（もしくはマスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１であってもよい）を示す。図３３は、図３２に示すレーザ光２２の入射に対してＢＢＯ結晶３０２から出力された第２高調波光（レーザ光２３ａ）を示す。図３４は、図３３に示すレーザ光２３ａの入射に対してＫＢＢＦ結晶３０７から出力された第４高調波光（レーザ光２３）を示す。なお、図３２～図３４において、横軸は、各スペクトルの中心周波数に対する差周波を示しており、縦軸は、各スペクトルの光強度を示している。
　図３２に示すように、増幅器２００（またはマスタオシレータ１００）からは、縦モード間隔Δνが１５０ＭＨｚ、縦モード数が５本、全体のスペクトル線幅を６００ＭＨｚ（＝１．２ｐｍ）のレーザ光２２が出力されたとする。その場合、図３３に示すように、ＢＢＯ結晶３０２からは、縦モード数が９本、全体のスペクトル線幅が１．２ＧＨｚ（＝０．６ｐｍ）のレーザ光２３ａが出力され得る。ただし、レーザ光２３ａの縦モード間隔Δνは、レーザ光２２と同じ１５０ＭＨｚであり得る。また、図３４に示すように、ＫＢＢＦ結晶３０７からは、縦モード数が１７本、全体のスペクトル線幅が２．４ＧＨｚ（＝０．３ｐｍ）のレーザ光２３が出力され得る。ただし、レーザ光２３の縦モード間隔Δνは、レーザ光２２および２３ａと同じ１５０ＭＨｚであり得る。
　このように、ＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７は、基本波とするレーザ光２２（またはレーザ光２１）の縦モード間隔Δνで第２高調波光または第４高調波光を発生し得る。その結果、所望するスペクトルＳＰに実質的に近似するレーザ光２０を生成し得る。
　ところで、半導体露光で要求されるスペクトル形状は、露光条件に応じて可変であってもよい。また、波長変換部３００から出力されるレーザ光２３のスペクトル（スペクトル形状）は、波長変換部３００に入力されるレーザ光２２のスペクトルに応じて変化し得る。そのため、たとえば図２３に示す光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃを光変調器１４２として備えたマスタオシレータ１４０Ｂを使用する場合、固体レーザ装置１０から所望のスペクトル形状を有するレーザ光２０を出力できるように、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃにおいて生成されるレーザ光２３ａおよび２３のスペクトルを調整することが望ましい。この強度分布は、たとえば、光音響素子１４２Ｂおよび１４２Ｃにおいてレーザ光２２または２３ａに与えられる強度変調を設定することで制御し得る。
　図３６は、図３５に示すレーザ光２２を基本波としてＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いて発生させた第４高調波光（レーザ光２３）を示す。図３８は、図３７に示すレーザ光２２を基本波としてＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いて発生させた第４高調波光（レーザ光２３）を示す。図４０は、図３９に示すレーザ光２２を基本波としてＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いて発生させた第４高調波光（レーザ光２３）を示す。なお、図３５、図３７および図３９のいずれも、基本波とするレーザ光２１の縦モード間隔Δνは１５０ＭＨｚであってよい。また、その縦モード数は５本であってもよい。図３５～図４０において、横軸は、各スペクトルの中心周波数との差周波を示しており、縦軸は、各スペクトルの光強度を示している。図３５～図４０では、最大値が１となるようにスペクトル強度が規格化されている。
３．１．４　検出部
　つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における検出部４２０について説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。
　波長変換部３００から出力されたレーザ光２３は、図３を用いて説明したように、ビームスプリッタ４１０によって分岐されてもよい。ビームスプリッタ４１０を透過したレーザ光２３は、たとえばレーザ光２０として、固体レーザ装置１０から出力されてもよい。ビームスプリッタ４１０で反射されたレーザ光２４は、検出部４２０に入射してもよい。検出部４２０は、入射したレーザ光２４のスペクトル線幅を検出し得る。ここで、図３に示す検出部４２０の例を、図面を用いて説明する。
３．１．４．１　モニタエタロンを用いた検出部
　まず、モニタエタロンを用いた検出部４２０を、図面を用いて詳細に説明する。図４１は、検出部４２０の概略構成を模式的に示す。図４１に示すように、検出部４２０は、拡散板４２１と、モニタエタロン４２２と、集光レンズ４２３と、イメージセンサ４２５（またはフォトダイオードアレイでもよい）とを備えてもよい。
　ビームスプリッタ４１０で分岐されたレーザ光２４は、まず、拡散板４２１に入射してもよい。拡散板４２１は、入射したレーザ光２４を散乱させてもよい。この散乱光は、モニタエタロン４２２に入射してもよい。このモニタエタロン４２２は、レーザ光２４を透過する基板の表面に部分反射膜がコーティングされた２枚のミラーが所定の間隔となるようにスペーサを介して張り合わされたエアギャップエタロンであってもよい。モニタエタロン４２２は、入射した散乱光のうち所定の波長の光を透過してもよい。この透過光は、集光レンズ４２３に入射してもよい。イメージセンサ４２５は、集光レンズ４２３の焦点面に配置されてもよい。集光レンズ４２３によって集光された透過光は、イメージセンサ４２５に干渉縞を発生させ得る。イメージセンサ４２５は、発生した干渉縞を検出してもよい。この干渉縞の半径の２乗は、レーザ光２４の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出した干渉縞からレーザ光２４全体のスペクトルを検出し得る。スペクトル線幅は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求めてもよいし、制御部４３０で算出してもよい。
　なお、集光レンズ４２３とイメージセンサ４２５との間に、遮光板４２４を設けてもよい。これにより、迷光を低減し、高精度に干渉縞を検出し得る。
３．１．４．２　ツェルニターナ型分光器を用いた検出部
　つぎに、ツェルニターナ型分光器を用いた検出部４２０Ａを、図面を用いて詳細に説明する。図４２は、検出部４２０Ａの概略構成を模式的に示す。図４２に示すように、検出部４２０Ａは、拡散板４２１ａと、集光レンズ４２２ａと、分光器４２３ａとを備えてもよい。分光器４２３ａは、凹面ミラー４２５ａと、グレーティング４２６ａと、凹面ミラー４２７ａと、イメージセンサ（ラインセンサ）４２８ａとを備えてもよい。
　ビームスプリッタ４１０で分岐されたレーザ光２４は、まず、拡散板４２１ａに入射してもよい。拡散板４２１ａは、入射したレーザ光２４を散乱してもよい。この散乱光は、集光レンズ４２２ａに入射してもよい。集光レンズ４２２ａの焦点面付近には、分光器４２３ａの入射スリット４２４ａが配置されてもよい。入射スリット４２４ａは、集光レンズ４２２ａの焦点面より多少手前側に位置していてもよい。集光レンズ４２２ａで集光された散乱光は、入射スリット４２４ａを介して凹面ミラー４２５ａに入射してもよい。凹面ミラー４２５ａは、入射した散乱光を平行光に変換して反射してもよい。この反射光は、グレーティング４２６ａに入射してもよい。グレーティング４２６ａは、入射した平行光を回折してもよい。この回折光は、凹面ミラー４２７ａに入射してもよい。凹面ミラー４２７ａは、入射した回折光を集光するように反射してもよい。凹面ミラー４２７ａの焦点面には、イメージセンサ４２８ａが配置されていてもよい。その場合、凹面ミラー４２７ａによって集光された反射光は、イメージセンサ４２８ａに結像され得る。イメージセンサ４２８ａは、各結像位置（チャネル）の光の強度分布を検出してもよい。反射光の結像位置は、レーザ光２４の波長と比例関係にあり得る。そのため、検出された結像位置からレーザ光２４全体のスペクトルを検出し得る。スペクトル線幅は、検出したスペクトルから図示せぬ情報処理装置によって求めてもよいし、制御部４３０で算出してもよい。
　レーザ光２４全体のスペクトル線幅は、各縦モードの光強度のピークを結んだ曲線をフィッティング等で求め、この曲線の線幅として求められてもよい。あるいは、レーザ光２４全体のスペクトル線幅は、比較的低い解像度の検出部４２０を用いてぼやけたスペクトルを検出し、このスペクトルの線幅として求められてもよい。検出部４２０は、検出したスペクトル線幅を、制御部４３０に入力してもよい。
　なお、実施の形態１では、波長変換部３００から出力されたレーザ光２３、すなわち固体レーザ装置１０の出力をサンプルし、これのスペクトル線幅を検出部４２０で検出する。ただし、これに限るものではない。たとえばマスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１または増幅器２００から出力されたレーザ光２２をサンプルし、これのスペクトル線幅を検出部４２０で検出してもよい。
３．１．５　制御部
　つぎに、図３に示す固体レーザ装置１０における制御部４３０について説明する。なお、マスタオシレータとしては、マスタオシレータ１００を引用するが、上述した他のマスタオシレータを用いてもよい。
　制御部４３０は、上述したように、検出部４２０で検出されたスペクトル線幅に基づいて、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。具体的には、制御部４３０は、検出部４２０で検出されるスペクトル線幅が所望のスペクトル線幅となるように、マスタオシレータ１００の駆動部１０１ｂに制御信号を送信してもよい。その際、制御部４３０は、マスタオシレータ１００が出力するレーザ光２１に含まれる各縦モードレーザ光Ｌ１～Ｌｎの中心周波数や縦モード間隔や光強度を制御してもよい。
　ここで、図４３を用いて、スペクトル純度Ｅ９５について説明する。図４３に示すように、スペクトルＳｐ全体の光エネルギーをＳａ、線幅Δλｃに含まれる光エネルギーをＳｂとすると、スペクトル純度Ｅ９５は、以下の式（７）で表現されるスペクトル純度Ｊが９５％となる線幅Δλｃと定義し得る。
Ｊ＝Ｓｂ／Ｓａ　　　・・・（７）
　このスペクトル純度Ｅ９５は、たとえば露光装置のレンズの解像力に影響を与える指標の１つであり得る。露光装置側で要求されるスペクトル純度Ｅ９５は、露光装置コントローラやレーザシステム１の上位コントローラなどの外部装置５０から、制御部４３０に入力されてもよい。制御部４３０は、検出部４２０によって検出されたスペクトルからスペクトル純度Ｅ９５を計算し、この算出したスペクトル純度と、要求されたスペクトル純度Ｅ９５とを比較してもよい。また、制御部４３０は、この比較結果に基づいて、パルスレーザ光２１のスペクトル純度が要求されたスペクトル純度Ｅ９５となるように、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
３．２　増幅装置
　つぎに、図２に示す増幅装置８０について、図面を用いて詳細に説明する。増幅装置８０は、パワーオシレータやパワー増幅器や再生増幅器など、種々の増幅装置であってよい。また、増幅装置８０は、１つの増幅装置であってもよいし、複数の増幅装置を含んでいてもよい。なお、固体レーザ装置としては、図３に示す固体レーザ装置１０を引用するが、他の固体レーザ装置であってもよい。
３．２．１　パワーオシレータ
　図４４は、パワーオシレータとして構成された増幅装置８０の概略構成を模式的に示す。図４４に示すように、増幅装置８０は、リアミラー８１と、チャンバ８３と、出力カプラ８８とを備えてもよい。リアミラー８１は、光共振器の一方の共振器ミラーであってもよい。チャンバ８３は、光共振器内を往復するレーザ光２０を増幅する増幅領域を備えてもよい。出力カプラ８８は、光共振器の他方の共振器ミラーであってもよい。この出力カプラ８８は、レーザ光４０の出力端であってもよい。増幅装置８０は、光共振器内を往復するレーザ光２０のビームプロファイルを調整するスリット８２をさらに備えてもよい。チャンバ８３には、ウィンドウ８４および８７が設けられてもよい。ウィンドウ８４および８７は、チャンバ８３の機密性を保持しつつ、チャンバ８３内をレーザ光２０に対して光学的に開放してもよい。このチャンバ８３内には、ガス状のゲイン媒体が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。さらに、チャンバ８３内には、一対の放電電極８５および８６が設けられてもよい。放電電極８５および８６は、レーザ光２０が通過する領域（増幅領域）を挟むように配置されていてもよい。放電電極８５および８６間には、不図示の電源からパルス状の高電圧が印加されてもよい。高電圧は、レーザ光２０が増幅領域を通過するタイミングに合わせて、放電電極８５および８６間に印可されてもよい。放電電極８５および８６間に高電圧が印加されると、放電電極８５および８６間に、活性化されたゲイン媒体を含む増幅領域が形成され得る。レーザ光２０は、この増幅領域を通過する際に増幅され得る。なお、増幅後のレーザ光２０は、レーザ光４０として出力カプラ８８から出力されてもよい。
　以上のように、実施の形態１およびその変形例によれば、マスタオシレータ１００から出力されたレーザ光２１が波長変換部３００によって波長変換され得る。それにより、色収差を抑え、且つスペックルを抑制し得る程度のスペクトル線幅を持つレーザ光２０が生成され得る。チタンサファイア結晶や半導体等の固体をレーザ発振媒体とするマスタオシレータは、一般的なガスレーザと比較して発振効率がよい場合がある。そのため、実施の形態１によれば、省エネルギー化を達成し得る。このようなレーザシステム１を半導体露光用の光源に適用した場合、露光装置におけるスループット及び解像力を向上し得る。また、チタンサファイア結晶や半導体等の固体をレーザ発振媒体とするマスタオシレータは、一般に、ガスレーザよりも小型で且つ構成がシンプルである。そのため、レーザシステム１全体の小型化および簡略化をも達成し得る。
　また、実施の形態１では、波長変換後のレーザ光２３のスペクトル線幅を検出し、この検出結果に基づいてマスタオシレータ１００をフィードバック制御し得る。この構成によれば、実際に露光に用いられるレーザ光４０のスペクトルに近いスペクトルのレーザ光２０のスペクトル線幅を検出し得る。その結果、より高精度に且つ安定してマスタオシレータ１００をフィードバック制御し得る。
　ここで、半導体露光用のレーザ光には、中心波長が１９３．５ｎｍであるレーザ光（ＡｒＦレーザ）が要求される場合がある。その場合、共振器長ＬＥＸＣを約１ｍ、スペクトル純度Ｅ９５を０．３ｐｍとし、レーザ光に含まれる縦モードの数を１７本とすることが好ましい場合が存在する。そこで、実施の形態１によるレーザシステム１を用いて縦モード数が１７本のレーザ光を生成する場合を以下に説明する。
　一般的な固体レーザが発振するレーザ光の縦モード間隔Δω（又はΔν）は、たとえば半導体レーザなどが発振するレーザ光の縦モード間隔と比較して非常に広い。そのため、所望のスペクトル線幅内に所望数の縦モードを含ませることが困難な場合がある。
　そこで、実施の形態１では、例として、マスタオシレータ１００の共振器長Ｌｓｏｌを１ｍ、レーザ光２１（基本波）の縦モード数を５本とする。また、レーザ光２１の中心波長を７７３．６ｎｍとする。ＢＢＯ結晶３０２およびＫＢＢＦ結晶３０７を用いた波長変換部３００は、増幅器２００による増幅後のレーザ光２２から、例えば縦モード数が１７本の第４高調波光（レーザ光２３）を生成し得る。このレーザ光２３の中心波長は１９３．４ｎｍであり得る。具体的には、波長変換部３００のＢＢＯ結晶３０２は、中心波長が７７３．６ｎｍ、縦モード数が５本のレーザ光２２（基本波）から、中心波長が３８６．８ｎｍ、縦モード数が９本の第２高調波光（レーザ光２３ａ）を生成し得る。ＫＢＢＦ結晶３０７は、中心波長が３８６．８ｎｍ、縦モード数が９本の第２高調波光（レーザ光２３ａ）から、中心波長が１９３．４ｎｍ、縦モード数が１７本の第４高調波光（レーザ光２３）を生成し得る。このような縦モード数が１７本のレーザ光２３によれば、色収差を抑え、且つスペックルを抑制し得る。
４．スペクトル線幅を全体フィードバック制御するレーザシステム（実施の形態２）
　つぎに、本開示の実施の形態２によるレーザシステム２を、図面を用いて詳細に説明する。図４５は、実施の形態２によるレーザシステム２の概略構成を模式的に示す。図４５に示すように、レーザシステム２は、図１に示すレーザシステム１と同様に、固体レーザ装置１０と、増幅装置８０とを備えてもよい。また、レーザシステム２は、ビームスプリッタ６１０と、検出部６２０と、制御部６３０とをさらに備えてもよい。ビームスプリッタ６１０は、増幅装置８０から出力されたレーザ光４０の光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ６１０は、レーザ光４０の光路を２つに分岐してもよい。ビームスプリッタ６１０を透過したレーザ光４０は、たとえば露光装置等へ出力されてもよい。ビームスプリッタ６１０で反射したレーザ光４０は、レーザ光４１として検出部６２０に入射してもよい。
　検出部６２０は、実施の形態１における検出部４２０と同様であってよい。この検出部６２０は、レーザ光４１全体のスペクトル線幅を検出してもよい。制御部６３０は、検出されたスペクトル線幅に基づいて、固体レーザ装置１０のマスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。その際、制御部６３０は、マスタオシレータ１００が出力するレーザ光２１に含まれる各縦モードＬ１～Ｌｎの中心周波数や縦モード間隔や光強度を制御してもよい。また、制御部６３０は、露光装置コントローラなどの外部装置５０からの要求にしたがって、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
　また、制御部６３０には、露光装置側で要求されるスペクトル純度Ｅ９５が、露光装置コントローラやレーザシステム２の上位コントローラなどの外部装置５０から入力されてもよい。制御部６３０は、検出部６２０によって検出されたスペクトルからスペクトル純度Ｅ９５を計算し、この算出したスペクトル純度と、要求されたスペクトル純度Ｅ９５とを比較してもよい。また、制御部６３０は、この比較結果に基づいて、レーザ光２１のスペクトル純度が要求されたスペクトル純度Ｅ９５となるように、マスタオシレータ１００をフィードバック制御してもよい。
　実施の形態２によれば、実際に露光に使用されるレーザ光４０のスペクトル線幅に基づいて、マスタオシレータ１００をフィードバック制御し得る。この結果、外部等からの要求をより満足し得るレーザ光４０を生成し得る。その他の構成、動作および効果は、実施の形態１またはその変形例と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
５．固体レーザ装置の変形例
　つぎに、上述した固体レーザ装置１０の他の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
５．１　低コヒーレンス化部を備えた固体レーザ装置（変形例１）
　まず、固体レーザ装置１０の変形例１を、図面を用いて詳細に説明する。図４６は、固体レーザ装置１０の変形例１による固体レーザ装置１０Ａの概略構成を模式的に示す。
　図４６に示すように、固体レーザ装置１０Ａは、図３に示した固体レーザ装置１０と同様の構成に加え、低コヒーレンス化部５００をさらに備えてもよい。低コヒーレンス化部５００は、波長変換部３００の後段に配置されていてもよい。低コヒーレンス化部５００は、入射したレーザ光２３のコヒーレンシーを低下させてもよい。これにより、スペックルを発生させ難いレーザ光２５が生成され得る。
５．１．１　光学パルスストレッチを用いた低コヒーレンス化部
　ここで、光学パルスストレッチを用いた低コヒーレンス化部５００について、図面を用いて詳細に説明する。図４７は、図４６に示す低コヒーレンス化部５００の概略構成を模式的に示す。
　図４７に示すように、低コヒーレンス化部５００は、ビームスプリッタ５０１と、凹面高反射ミラー５０２～５０５とを備えてもよい。ビームスプリッタ５０１は、レーザ光２３の一部を反射し、他の一部を透過してもよい。凹面高反射ミラー５０２～５０５は、ビームスプリッタ５０１で反射されたレーザ光２３の光学像を再びビームスプリッタ５０１に転写結像する光路を形成してもよい。ビームスプリッタ５０１に入射したレーザ光２３ｓの光路は、ビームスプリッタ５０１を透過したレーザ光２３ｆの光路と一致し得る。この結果、入射したレーザ光２３の一部を遅延させ得る。これにより、レーザ光２３ｓおよび２３ｆを含むレーザ光２５のコヒーレンシーを低下させ得る。
　上述のように、固体レーザ装置１０Ａに低コヒーレンス化部５００を備えることで、コヒーレンシーが低化されたレーザ光２０を出力し得る。それにより、半導体露光の際にスペックルの発生を抑制し得る。なお、低コヒーレンス化部５００は、光学パルスストレッチに限らず、他の光学素子を用いて構成されてもよい。たとえばランダム位相板を用いることで、レーザ光のコヒーレンシーを低下させ得る。
　また、低コヒーレンス化部５００は、波長変換部３００の前段に設けられてもよい。その場合、反射によるエネルギーロスが比較的小さい短い波長の段階でレーザ光のコヒーレンシーを低下させ得る。なお、波長変換部３００と低コヒーレンス化部５００との配置順序は、上述の順序に限定されない。
　ここで、低コヒーレンス化部５００を、増幅器２００と波長変換部３００との間の光路上に配置した場合について説明する。たとえば、マスタオシレータ１００から出力されるレーザ光２１の波長をλｓｏｌｉｄ＿ｍｏとし、レーザ光２１のスペクトル幅をΔλｓｏｌｉｄ＿ｍｏとし、増幅器２００の高反射ミラー２０２及び出力カプラ２０４が形成する共振器の光路長をＬｒｅｓｏとし、低コヒーレンス部５００の光路長をＬｏｐｓとする。この場合、低コヒーレンス化後のレーザ光２５のコヒーレント長Ｌｃｏｈは、次式（８）の関係を満たしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
５．２　ＬＢＯ結晶およびＴＨＧ結晶を用いた波長変換部を備えた固体レーザ装置（変形例２）
　つぎに、固体レーザ装置１０の変形例２を、図面を用いて詳細に説明する。図４８は、固体レーザ装置１０の変形例２による固体レーザ装置１０Ｂの概略構成を模式的に示す。
　図４８に示すように、固体レーザ装置１０Ｂは、図３に示すマスタオシレータ１００および波長変換部３００の変わりに、マスタオシレータ１００Ｂおよび波長変換部３００Ｂを有していてもよい。その他の構成については、図３に示すものと同様であってもよい。
　マスタオシレータ１００Ｂは、例えば、チタンサファイア結晶をレーザ結晶とする固体レーザまたは半導体レーザであってもよい。マスタオシレータ１００Ｂは、例えば波長が７４５．３ｎｍのマルチ縦モードレーザ光（基本波）を出力してもよい。なお、マルチ縦モードレーザ光を生成する機構としては、種々の機構を適用可能である。
　波長変換部３００Ｂは、ＬＢＯ結晶３１２とＴＨＧ結晶３１７とを備えてもよい。マスタオシレータ１００Ｂは、中心波長が７４５．３ｎｍのレーザ光２１Ｂを出力してもよい。増幅部２００は、レーザ光２１Ｂを増幅してレーザ光２２Ｂを出力してもよい。ＬＢＯ結晶３１２は、増幅後のレーザ光２２Ｂ（波長＝７４５．３ｎｍ）の第２高調波光（波長＝４９６．８ｎｍ）をレーザ光２３ｂとして出力してもよい。ＴＨＧ結晶３１７は、第３高調波光を発生し得る非線形光学結晶であってもよい。ＴＨＧ結晶３１７は、レーザ光２３ｂを基本波として、これの第３高調波光（波長＝２４８．４ｎｍ）をレーザ光２３Ｂとして出力してもよい。このレーザ光２３Ｂは、レーザ光２０として固体レーザ装置１０Ｂから出力されてもよい。
　以上のように、種々の非線形光学結晶を波長変換部に用いることで、ＡｒＦレーザに限らず、ＫｒＦレーザやその他のレーザに適用可能なマルチ縦モードレーザ光を生成し得る。なお、非線形光学結晶としては、上述したＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶の他、たとえばＣＬＢＯ結晶など、種々の非線形光学結晶を用いることが可能である。
６．増幅装置にパワー増幅器を用いたレーザシステム（実施の形態３）
　つぎに、本開示の実施の形態３によるレーザシステム３を、図面を用いて詳細に説明する。図４９は、実施の形態３によるレーザシステム３の概略構成を模式的に示す。図５０は、図４９に示す増幅装置９０の光路に沿う他の断面構成を模式的に示す。
　図４９に示すように、実施の形態３では、図２に示すパワーオシレータ型の増幅装置８０の代わりに、パワー増幅器である増幅装置９０を用いてもよい。また、レーザシステム３は、増幅装置９０から出力されたレーザ光４０を遮断するシャッタ９８をさらに備えてもよい。
　図４９および図５０に示すように、増幅装置９０は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと、出力カプラ９１と、チャンバ９２とを備えてもよい。高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とは、チャンバ９２内の増幅領域を複数回通過するマルチパスを形成してもよい。出力カプラ９１は、部分反射ミラーであってもよい。チャンバ９２は、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路上に配置されてもよい。なお、増幅装置９０は、内部を進行するレーザ光のビームプロファイルを調整する不図示のスリットをさらに備えていてもよい。チャンバ９２内には、増幅領域を満たすようガス状のゲイン媒体が封入されていてもよい。ゲイン媒体は、例えばＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含んでいてもよい。
　上記の構成において、例えば固体レーザ装置１０から出力されたレーザ光２０は、高反射ミラー３１およびビームスプリッタ３３を含む光学システム３０Ａを介して増幅装置９０に入射してもよい。入射したレーザ光２０は、まず、高反射ミラー９１ａおよび９１ｂで反射された後、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２内に入射してもよい。チャンバ９２内に入射したレーザ光２０は、電圧が印加された２つの放電電極９４および９５間の増幅領域を通過する際に増幅されてもよい。増幅後のレーザ光２０は、ウィンドウ９６を介してチャンバ９２から出射してもよい。出射したレーザ光２０は、高反射ミラー９７ａおよび９７ｂで反射されることで、ウィンドウ９６を介して再びチャンバ９２内に入射してもよい。その後、レーザ光２０は、チャンバ９２内の増幅領域を通過する際に再び増幅されてもよい。増幅後のレーザ光２０は、ウィンドウ９３を介してチャンバ９２から出射してもよい。
　このようにチャンバ９２内の増幅領域を２回通過したレーザ光２０は、その後、その一部が出力カプラ９１を介してレーザ光４０として出力されてもよい。また、出力カプラ９１で反射された残りのレーザ光は、再度、高反射ミラー９１ａ、９１ｂ、９７ａおよび９７ｂと出力カプラ９１とが形成する光路を進行して増幅されてもよい。
　実施の形態３によれば、増幅装置９０においてレーザ光２０をマルチパス増幅することが可能となり得る。そのため、より高強度のレーザ光４０を生成し得る。また、実施の形態３においては、増幅装置９０の出力段に配置したシャッタ９８を用いてレーザ光４０の出力を遮断し得る。このシャッタ９８は、例えば不図示の制御機構による駆動制御のもとで、レーザ光４０の光路を開放／遮断してもよい。その他の構成、動作および効果は、実施の形態１、２またはその変形例と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　以上説明したように、上述の実施の形態およびその変形例によれば、マスタオシレータから出力されたレーザ光を波長変換することにより、色収差を抑え、且つスペックルも抑制できる程度のスペクトル線幅を有するレーザ光を生成し得る。固体レーザや半導体レーザなどの固体をレーザ発振媒体とするマスタオシレータは、一般的なガスレーザよりも発振効率が良い。また、その構成は、簡単で且つ小型である。そのため、上述のマスタオシレータをＭＯＰＯやＭＯＰＡに適用することにより、消費電力を低減して省エネルギー化を図り得るレーザシステムを実現し得る。
　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。例えば上述の実施の形態および変形例を適宜組み合わせることは、本開示の範疇に含まれるものである。
　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 (21)

  1. 　出力するレーザ光のスペクトル線幅を変更可能であり、少なくとも１つの縦モードを含む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に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅器と、
    　前記増幅器に対して下流側の光路上に配置された波長変換部と、
    　前記レーザ光のスペクトルを検出する検出部と、
    　前記検出部の検出結果に基づいて前記マスタオシレータから出力される前記レーザ光のスペクトル線幅を制御する制御部と、
    　を備える固体レーザ装置。
  2. 　前記マスタオシレータは、
    　光共振器と、
    　前記光共振器中に配置されたゲイン媒体と、
    　前記光共振器中に配置され、前記スペクトル線幅を変更可能な狭帯域化部と、
    　前記狭帯域化部を駆動する駆動部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記駆動部を制御することで前記スペクトル線幅を制御する、請求項１記載の固体レーザ装置。
  3. 　前記ゲイン媒体は、チタンサファイア結晶を含む、請求項２記載の固体レーザ装置。
  4. 　前記狭帯域化部は、複屈折フィルタ、エタロン、および回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項２記載の固体レーザ装置。
  5. 　前記狭帯域化部は、前記レーザ光の入射面および出射面の少なくとも一方に反射膜がコーティングされたエタロンを備え、
    　前記エタロンは、前記レーザ光の光路と異なる方向に移動可能に配置され、
    　前記反射膜の反射率は、前記入射面または前記出射面の位置に依存して変化し、
    　前記制御部は、前記駆動部を介して前記エタロンの前記レーザ光の光路に対する位置を制御する、
    　請求項２記載の固体レーザ装置。
  6. 　前記マスタオシレータは、
    　少なくとも１つの縦モードを含むシード光を出力するシードレーザと、
    　前記シードレーザに対して下流側の光路上に配置された光変調器と、
    　前記光変調器を駆動する駆動部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記駆動部を制御することで前記スペクトル線幅を制御する、請求項１記載の固体レーザ装置。
  7. 　前記光変調器は、電気光学素子を含む、請求項６記載の固体レーザ装置。
  8. 　前記光変調器は、光音響素子を含む、請求項６記載の固体レーザ装置。
  9. 　前記マスタオシレータは、
    　少なくとも１つの縦モードを含むシード光をそれぞれ出力する複数のシードレーザと、
    　前記複数のシードレーザから出力されたシード光の光路を実質的に一致させる光路調節器と、
    　前記シードレーザを制御するシードレーザ制御部と、
    　を含み、
    　前記複数のシードレーザのうち少なくとも１つは、他のシードレーザと異なる中心波長の縦モードを含むシード光を出力し、
    　前記制御部は、前記シードレーザ制御部を制御することで前記スペクトル線幅を制御する、請求項１記載の固体レーザ装置。
  10. 　前記シードレーザ制御部は、前記シードレーザの出力強度を制御する、請求項９記載の固体レーザ装置。
  11. 　前記シードレーザ制御部は、前記シードレーザの発振波長を制御する、請求項９記載の固体レーザ装置。
  12. 　前記シードレーザは、半導体レーザである、請求項９記載の固体レーザ装置。
  13. 　前記増幅器は、ゲイン媒体としてチタンサファイア結晶を含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
  14. 　前記増幅器は、光共振器と、該光共振器中に配置されたゲイン媒体とを含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
  15. 　前記波長変換部は、前記マスタオシレータから出力された前記レーザ光を当該レーザ光の高次高調波光に変換する少なくとも１つの非線形光学結晶を含む、請求項１記載の固体レーザ装置。
  16. 　前記少なくとも１つの非線形光学結晶は、ＢＢＯ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶のうち少なくとも１つを含む、請求項１５記載の固体レーザ装置。
  17. 　請求項１～１６のいずれか一つに記載の固体レーザ装置と、
    　前記固体レーザ装置に対して下流側の光路上に配置された少なくとも１つの増幅装置と、
    　を備える、レーザシステム。
  18. 　前記検出部は、前記少なくとも１つの増幅装置に対して下流側の光路上に配置されている、請求項１７記載のレーザシステム。
  19. 　前記増幅装置は、ゲイン媒体を含む、請求項１７記載のレーザシステム。
  20. 　前記増幅装置は、前記ゲイン媒体としてＫｒガス、Ａｒガス、Ｆ２ガス、Ｎｅガス、およびＸｅガスのうち少なくとも１つを含む、請求項１９記載のレーザシステム。
  21. 　前記増幅装置は、光共振器と、該光共振器中に配置されたゲイン媒体とを含む、請求項１７記載のレーザシステム。
PCT/JP2011/061754 2010-05-24 2011-05-23 固体レーザ装置およびレーザシステム WO2011148895A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012517254A JP5914329B2 (ja) 2010-05-24 2011-05-23 固体レーザ装置およびレーザシステム
US13/671,657 US8625645B2 (en) 2010-05-24 2012-11-08 Solid-state laser apparatus and laser system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010118845 2010-05-24
JP2010-118845 2010-05-24

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/671,657 Continuation US8625645B2 (en) 2010-05-24 2012-11-08 Solid-state laser apparatus and laser system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011148895A1 true WO2011148895A1 (ja) 2011-12-01

Family

ID=45003885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/061754 WO2011148895A1 (ja) 2010-05-24 2011-05-23 固体レーザ装置およびレーザシステム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8625645B2 (ja)
JP (1) JP5914329B2 (ja)
WO (1) WO2011148895A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015149478A (ja) * 2014-02-05 2015-08-20 ▲ホア▼▲ウェイ▼技術有限公司 光学レーザー装置及び当該装置においてレーザー発振モードを生成する方法
WO2016142996A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 ギガフォトン株式会社 固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置
JP2018010123A (ja) * 2016-07-13 2018-01-18 株式会社ディスコ 波長変換装置
KR20190087855A (ko) * 2018-01-17 2019-07-25 국방과학연구소 광 출력 장치 및 그 방법.
JP2021114622A (ja) * 2017-01-16 2021-08-05 サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー エキシマ光源におけるスペックルの低減
JPWO2020084685A1 (ja) * 2018-10-23 2021-09-09 ギガフォトン株式会社 レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8873596B2 (en) 2011-07-22 2014-10-28 Kla-Tencor Corporation Laser with high quality, stable output beam, and long life high conversion efficiency non-linear crystal
JP2013178462A (ja) * 2012-02-08 2013-09-09 Gigaphoton Inc 波長変換器、波長変換装置、固体レーザ装置およびレーザシステム
US9042006B2 (en) 2012-09-11 2015-05-26 Kla-Tencor Corporation Solid state illumination source and inspection system
US8929406B2 (en) 2013-01-24 2015-01-06 Kla-Tencor Corporation 193NM laser and inspection system
US9529182B2 (en) 2013-02-13 2016-12-27 KLA—Tencor Corporation 193nm laser and inspection system
US9608399B2 (en) 2013-03-18 2017-03-28 Kla-Tencor Corporation 193 nm laser and an inspection system using a 193 nm laser
GB2517187B (en) 2013-08-14 2016-09-14 Duvas Tech Ltd Multipass spectroscopic absorption cell
US9804101B2 (en) 2014-03-20 2017-10-31 Kla-Tencor Corporation System and method for reducing the bandwidth of a laser and an inspection system and method using a laser
WO2015174819A2 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Mimos Berhad Method for producing narrow spectral linewidths
US9419407B2 (en) 2014-09-25 2016-08-16 Kla-Tencor Corporation Laser assembly and inspection system using monolithic bandwidth narrowing apparatus
US9748729B2 (en) 2014-10-03 2017-08-29 Kla-Tencor Corporation 183NM laser and inspection system
JP6266813B2 (ja) * 2015-10-16 2018-01-24 Ｊｘ金属株式会社 光変調素子および電界センサ
US10921553B2 (en) 2015-11-13 2021-02-16 Duvas Technologies Limited Optical alignment apparatuses and methods for optics used in absorption cell spectrometers
US10175555B2 (en) 2017-01-03 2019-01-08 KLA—Tencor Corporation 183 nm CW laser and inspection system
US20210351560A1 (en) * 2018-09-27 2021-11-11 Outsight A LASER DEVICE FOR LASER DETECTION AND RANGING (LiDAR)
KR102613795B1 (ko) 2020-12-17 2023-12-14 재단법인 구미전자정보기술원 선폭이 조절된 광을 이용한 오브젝트 스캔 방법 및 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11298083A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Komatsu Ltd 注入同期型狭帯域レーザ
JP2002223018A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ波長の制御システム、及び、レーザ波長の制御方法
JP2002299734A (ja) * 2001-04-04 2002-10-11 Mitsubishi Cable Ind Ltd 光利得等化器、光増幅装置、および光通信システム
JP2003195372A (ja) * 2001-12-26 2003-07-09 Komatsu Ltd 紫外線レーザ装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3594384B2 (ja) 1995-12-08 2004-11-24 ソニー株式会社 半導体露光装置、投影露光装置及び回路パターン製造方法
US7468998B2 (en) * 2005-03-25 2008-12-23 Pavilion Integration Corporation Radio frequency modulation of variable degree and automatic power control using external photodiode sensor for low-noise lasers of various wavelengths
WO2007099847A1 (ja) * 2006-03-03 2007-09-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 照明光源及びレーザ投射装置
US7599413B2 (en) * 2006-05-19 2009-10-06 Pavilion Integration Corp. Self-contained module for injecting signal into slave laser without any modifications or adaptations to it
US20080261382A1 (en) * 2007-04-19 2008-10-23 Andrei Starodoumov Wafer dicing using a fiber mopa
JP4858499B2 (ja) 2008-07-01 2012-01-18 ソニー株式会社 レーザ光源装置及びこれを用いたレーザ照射装置
US7993012B2 (en) * 2008-09-30 2011-08-09 Microvision, Inc. Laser display system with optical feedback configured to reduce speckle artifacts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11298083A (ja) * 1998-04-15 1999-10-29 Komatsu Ltd 注入同期型狭帯域レーザ
JP2002223018A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ波長の制御システム、及び、レーザ波長の制御方法
JP2002299734A (ja) * 2001-04-04 2002-10-11 Mitsubishi Cable Ind Ltd 光利得等化器、光増幅装置、および光通信システム
JP2003195372A (ja) * 2001-12-26 2003-07-09 Komatsu Ltd 紫外線レーザ装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9373935B2 (en) 2014-02-05 2016-06-21 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical lasing device and method for generating a lasing mode in such device
JP2015149478A (ja) * 2014-02-05 2015-08-20 ▲ホア▼▲ウェイ▼技術有限公司 光学レーザー装置及び当該装置においてレーザー発振モードを生成する方法
WO2016142996A1 (ja) * 2015-03-06 2016-09-15 ギガフォトン株式会社 固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置
CN107210576A (zh) * 2015-03-06 2017-09-26 极光先进雷射株式会社 固体激光系统和曝光装置用激光装置
US20170338619A1 (en) * 2015-03-06 2017-11-23 Gigaphoton Inc. Solid-state laser system and laser apparatus used for exposure apparatus
JPWO2016142996A1 (ja) * 2015-03-06 2017-12-28 ギガフォトン株式会社 固体レーザシステム、及び露光装置用レーザ装置
US9929529B2 (en) 2015-03-06 2018-03-27 Gigaphoton Inc. Solid-state laser system and laser apparatus used for exposure apparatus
CN107210576B (zh) * 2015-03-06 2019-08-16 极光先进雷射株式会社 固体激光系统和曝光装置用激光装置
JP2018010123A (ja) * 2016-07-13 2018-01-18 株式会社ディスコ 波長変換装置
JP2021114622A (ja) * 2017-01-16 2021-08-05 サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー エキシマ光源におけるスペックルの低減
JP7104828B2 (ja) 2017-01-16 2022-07-21 サイマー リミテッド ライアビリティ カンパニー エキシマ光源におけるスペックルの低減
KR20190087855A (ko) * 2018-01-17 2019-07-25 국방과학연구소 광 출력 장치 및 그 방법.
KR102012846B1 (ko) * 2018-01-17 2019-08-21 국방과학연구소 광 출력 장치 및 그 방법.
JPWO2020084685A1 (ja) * 2018-10-23 2021-09-09 ギガフォトン株式会社 レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法
JP7170055B2 (ja) 2018-10-23 2022-11-11 ギガフォトン株式会社 レーザシステム、及び電子デバイスの製造方法
US11804697B2 (en) 2018-10-23 2023-10-31 Gigaphoton Inc. Laser system and electronic device manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011148895A1 (ja) 2013-07-25
JP5914329B2 (ja) 2016-05-11
US8625645B2 (en) 2014-01-07
US20130064259A1 (en) 2013-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5914329B2 (ja) 固体レーザ装置およびレーザシステム
US20200292805A1 (en) Optical measurement for illuminating a sample with filtered light and measuring fluorescence from the sample
US8804778B2 (en) Laser apparatus and extreme ultraviolet light source apparatus
US10418775B2 (en) External cavity tunable laser with dual beam outputs
EP2264841B1 (en) Mode locking methods and apparatus
JP5558839B2 (ja) 角度走査及び分散手順を用いて波長掃引レーザを利用するための方法、構成及び装置
JP5637669B2 (ja) パルス幅変換装置および光増幅システム
US7724789B2 (en) Method and apparatus for optical mode multiplexing of multimode lasers and arrays
US7426223B2 (en) Coherent light source and optical device
WO2015140901A1 (ja) レーザシステム
JP2004193545A (ja) スペクトル依存性空間フィルタリングによるレーザの同調方法およびレーザ
EP3079009B1 (en) Multi-wavelength laser device
TWI790390B (zh) 雷射光源及具有雷射光源之雷射投影器
JP2006019603A (ja) コヒーレント光源および光学装置
JP2020534571A (ja) 広帯域出力を有する調整可能光源
JP5410344B2 (ja) レーザ装置
WO2013128780A1 (ja) レーザ装置
WO2003012544A1 (en) Broad-band variable-wavelength laser beam generator
US20100272135A1 (en) Self-Seeded Wavelength Conversion
WO2023112308A1 (ja) レーザシステム、パルスレーザ光の生成方法、及び電子デバイスの製造方法
JP3176682B2 (ja) 波長可変レーザー装置
JP5524381B2 (ja) パルス幅変換装置および光増幅システム
Henriksson et al. Tandem PPKTP and ZGP OPO for mid-infrared generation
JP2016500482A (ja) エキシマーレーザーの複合キャビティー
WO2023218782A1 (ja) 光源装置及び制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11786594

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012517254

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 01.03.2013)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11786594

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1