WO2016103483A1

WO2016103483A1 - チタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置、並びにチタンサファイヤ増幅器

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Publication number: WO2016103483A1
Application number: PCT/JP2014/084618
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Inventors: 俊太郎渡部; 智治中里; 貴士小野瀬
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Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2017-06-26
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Abstract

　本開示によるチタンサファイヤレーザ装置は、シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置と、光共振器と、この光共振器内の光路上に配置されたチタンサファイヤ結晶とを含み、シード光が入射する増幅発振器と、チタンサファイヤ結晶に向けてパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置と、シード光の波長の正の整数倍と光共振器内の光路長との光路長誤差を検出する誤差検出器と、パルスレーザ光がチタンサファイヤ結晶に入射する直前のタイミングで光路長誤差が０に近づくように光共振器内の光路長を変化させる光路長補正部とを備えてもよい。

Description

チタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置、並びにチタンサファイヤ増幅器

　本開示は、チタンサファイヤ結晶を用いたチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置、並びにチタンサファイヤ増幅器に関する。

　半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている（半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という）。このため、露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用のガスレーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置並びに、波長１９３ｎｍの紫外線を出力するＡｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。

　現在の露光技術としては、露光装置側の投影レンズとウエハ間の間隙を液体で満たして、当該間隙の屈折率を変えることによって、露光用光源の見かけの波長を短波長化する液浸露光が実用化されている。ＡｒＦエキシマレーザ装置を露光用光源として用いて液浸露光が行われた場合は、ウエハには水中における波長１３４ｎｍの紫外光が照射される。この技術をＡｒＦ液浸露光という。ＡｒＦ液浸露光はＡｒＦ液浸リソグラフィーとも呼ばれる。

　ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ装置の自然発振におけるスペクトル線幅は約３５０～４００ｐｍと広いため、露光装置側の投影レンズによってウエハ上に縮小投影されるレーザ光（紫外線光）の色収差が発生して解像力が低下する。そこで色収差が無視できる程度となるまでガスレーザ装置から出力されるレーザ光のスペクトル線幅を狭帯域化する必要がある。スペクトル線幅はスペクトル幅とも呼ばれる。このためガスレーザ装置のレーザ共振器内には狭帯域化素子を有する狭帯域化モジュール（Line Narrow Module）が設けられ、この狭帯域化モジュールによりスペクトル幅の狭帯域化が実現されている。なお、狭帯域化素子はエタロンやグレーティング等であってもよい。このようにスペクトル幅が狭帯域化されたレーザ装置を狭帯域化レーザ装置という。

特開２０１３－１３５０７５号公報特開２０１３－２２２１７３号公報米国特許出願公開第２０１３／０１６３０７３号明細書米国特許出願公開第２０１３／０２７９５２６号明細書

概要

　本開示による他のチタンサファイヤレーザ装置は、シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置、を含むマスタ増幅発振部と、マスタ増幅発振部から出力されたシード光を往復させる第１のマルチ光路と、この第１のマルチ光路上に設けられた第１のチタンサファイヤ結晶とを含む第１のマルチパス増幅器と、第１のマルチパス増幅器から出力されたシード光を往復させる第２のマルチ光路と、この第２のマルチ光路上に設けられた第２のチタンサファイヤ結晶とを含む第２のマルチパス増幅器とを備えてもよい。第２のマルチパス増幅器におけるシード光の往復回数を、第１のマルチパス増幅器におけるシード光の往復回数以下であってもよい。

　本開示による露光装置用レーザ装置は、シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置と、光共振器と、この光共振器内の光路上に配置されたチタンサファイヤ結晶とを含み、シード光が入射する増幅発振器と、チタンサファイヤ結晶に向けてパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置と、シード光の波長の正の整数倍と光共振器内の光路長との光路長誤差を検出する誤差検出器と、パルスレーザ光がチタンサファイヤ結晶に入射する直前のタイミングで光路長誤差が０に近づくように光共振器内の光路長を変化させる光路長補正部とを備えてもよい。

　本開示による他の露光装置用レーザ装置は、シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置、を含むマスタ増幅発振部と、マスタ増幅発振部から出力されたシード光を往復させる第１のマルチ光路と、この第１のマルチ光路上に設けられた第１のチタンサファイヤ結晶とを含む第１のマルチパス増幅器と、第１のマルチパス増幅器から出力されたシード光を往復させる第２のマルチ光路と、この第２のマルチ光路上に設けられた第２のチタンサファイヤ結晶とを含む第２のマルチパス増幅器とを備えてもよい。第２のマルチパス増幅器におけるシード光の往復回数を、第１のマルチパス増幅器におけるシード光の往復回数以下であってもよい。

　本開示によるチタンサファイヤ増幅器は、増幅発振器から出力されたパルス状のシード光を往復させると共に、前記シード光の所定の入射位置における入射ビーム像を偶数回、転写結像させるマルチパス光学システムと、このマルチパス光学システム内のマルチ光路上に設けられ、前記シード光を増幅するチタンサファイヤ結晶とを備えてもよい。

　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係る露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示す。図２は、比較例に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置の一構成例を概略的に示す。図３は、図２に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置において、光共振器内の光路長誤差を補正しなかった場合の光路長誤差の経時変化の一例を示す。図４は、図２に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置において、光共振器内の光路長誤差を補正した場合の光路長誤差の経時変化の一例を示す。図５は、チタンサファイヤ結晶における熱レンズ効果による焦点距離の変化の一例を示す。図６は、第１の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置におけるＭＯＰＯ部の一構成例を概略的に示す。図７は、図６に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置において、光共振器内の光路長誤差を補正した場合の光路長誤差の経時変化の一例を示す。図８は、図６に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置における光共振器内の光路長の制御の流れの一例を概略的に示すメインのフローチャートである。図９は、図８に示したメインのフローチャートにおけるステップＳ１０５の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。図１０は、光路長誤差の最小値の計測方法の一例を概略的に示す。図１１は、第１の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置におけるマルチパスチタンサファイヤ増幅器の一構成例を概略的に示す。図１２は、図１１に示したマルチパスチタンサファイヤ増幅器におけるマルチパス光学システムの光学的な等価図を模式的に示す。図１３は、図１１に示したマルチパスチタンサファイヤ増幅器の第１の変形例を概略的に示す。図１４は、図１１に示したマルチパスチタンサファイヤ増幅器の第２の変形例を概略的に示す。図１５は、第２の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置におけるＭＯＰＯ部の一構成例を概略的に示す。図１６は、第２の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置におけるマルチパス増幅部の一構成例を概略的に示す。図１７は、図１６に示したマルチパス増幅部の増幅特性の一例を示す。図１８は、図１６に示したマルチパス増幅部の変形例を概略的に示す。図１９は、光路長誤差検出器の一構成例を概略的に示す。図２０は、光シャッタの一構成例を概略的に示す。図２１は、制御部のハードウエア環境の一例を示す。

実施形態

＜内容＞
［１．概要］
［２．比較例］
　２．１　露光装置用レーザ装置
　　２．１．１　構成（図１）
　　２．１．２　動作
　２．２　狭帯域チタンサファイヤレーザ装置
　　２．２．１　構成（図２）
　　２．２．２　動作
　　２．２．３　課題（図３～図５）
［３．第１の実施形態］
　３．１　ＭＯＰＯ部（図６～図１０）
　　３．１．１　構成
　　３．１．２　動作
　　３．１．３　作用
　３．２　マルチパス増幅部
　　３．２．１　構成（図１１、図１２）
　　３．２．２　動作
　　３．２．３　作用
　　３．２．４　変形例
　　　３．２．４．１　第１の変形例（図１３）
　　　３．２．４．２　第２の変形例（図１４）
［４．第２の実施形態］
　４．１　ＭＯＰＯ部（図１５）
　　４．１．１　構成
　　４．１．２　作用
　４．２　マルチパス増幅部
　　４．２．１　構成（図１６）
　　４．２．２　動作及び作用（図１７）
　　４．２．３　変形例（図１８）
［５．光路長誤差検出器の構成例］（図１９）
　５．１　構成
　５．２　動作
　５．３　変形例
［６．光シャッタの構成例］（図２０）
　６．１　構成
　６．２　動作
［７．制御部のハードウエア環境］（図２１）
［８．その他］

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

［１．概要］
　本開示は、例えば、チタンサファイヤ結晶を用いたチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置に関する。

［２．比較例］
　まず、本開示の実施形態に対する比較例のチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置について説明する。

（２．１　露光装置用レーザ装置）
（２．１．１　構成）
　図１は、本開示の実施形態に対する比較例の露光装置用レーザ装置の一構成例を概略的に示している。

　露光装置用レーザ装置は、固体レーザシステム１と、増幅器２と、同期制御部３と、高反射ミラー９１，９２とを備えてもよい。

　固体レーザシステム１は、第１の固体レーザ装置１１と、第２の固体レーザ装置１２と、同期回路部１３と、固体レーザ制御部１４と、波長変換システム１５とを含んでもよい。

　第１の固体レーザ装置１１は、波長１３４２ｎｍのパルスレーザ光を出力するＮｄ：ＹＶＯ₄パルスレーザ装置で、シングル縦モードで発振するレーザ装置であってもよい。第２の固体レーザ装置１２は、波長９０４ｎｍで発振する狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０と、ＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）結晶２１と、ＢＢＯ（β－ＢａＢ₂Ｏ₄）結晶２２とを含んでもよい。

　波長変換システム１５は、高反射ミラー１６と、ビームスプリッタ１７と、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀）結晶１８とを含んでいてもよい。

　固体レーザ制御部１４は、例えば、第１の固体レーザ装置１１と第２の固体レーザ装置１２とに、図示しない制御信号でデータの送信や立ち上げや停止信号の送信ができるように構成されていてもよい。

　同期回路部１３は、第１の固体レーザ装置１１から出力された第１のパルスレーザ光と、第２の固体レーザ装置１２から出力された第２のパルスレーザ光とが波長変換システム１５のＣＬＢＯ結晶１８に略同時に入射するように構成されていてもよい。

　増幅器２は、増幅器制御部３０と、充電器３１と、トリガ補正器３２と、スイッチ３３を含むパルスパワーモジュール（ＰＰＭ）３４と、チャンバ３５と、部分反射ミラー３６と出力結合ミラー３７とを含んでいてもよい。

　チャンバ３５にはウインドウ３９ａ，３９ｂが設けられていてもよい。チャンバ３５の中には例えばＡｒガスとＦ₂ガスとＮｅガスとを含むレーザガスが入っていてもよい。チャンバ３５の中には１対の放電電極３８が配置されていてもよい。１対の放電電極３８は、ＰＰＭ３４の出力端子に接続されていてもよい。

　増幅器２において、部分反射ミラー３６と出力結合ミラー３７とを含む光共振器が構成されていてもよい。部分反射ミラー３６は例えば、波長１９３ｎｍの光を透過するＣａＦ₂結晶からなる基板に、反射率が７０～９０％の部分反射膜がコートされていてもよい。出力結合ミラー３７は例えば、波長１９３ｎｍの光を透過するＣａＦ₂結晶からなる基板に反射率が１０～２０％の部分反射膜がコートされていてもよい。

　同期制御部３には、露光装置４の露光装置制御部５から発振トリガＴｒ０が入力されてもよい。同期制御部３は、固体レーザシステム１からの波長１９３ｎｍのパルスレーザ光が増幅器２の光共振器に注入されるのと同期して１対の放電電極３８が放電するように、増幅器制御部３０を介してトリガ補正器３２に発振トリガを出力するように構成されていてもよい。

（２．１．２　動作）
　固体レーザ制御部１４は、第１の固体レーザ装置１１と第２の固体レーザ装置１２とからパルスレーザ光を出力可能となるように、第１の固体レーザ装置１１と第２の固体レーザ装置１２との運転準備をしてもよい。同期制御部３は、露光装置４の露光装置制御部５から発振トリガＴｒ０を受信すると、固体レーザシステム１の固体レーザ制御部１４を介して同期回路部１３に所定のタイミングで発振トリガを出力してもよい。同期制御部３はまた、露光装置４の露光装置制御部５から発振トリガＴｒ０を受信すると、増幅器２の増幅器制御部３０を介して、トリガ補正器３２に所定のタイミングで発振トリガを出力してもよい。

　同期回路部１３は、第１の固体レーザ装置１１と第２の固体レーザ装置１２の狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０とにそれぞれ、所定のタイミングで発振トリガを出力してもよい。第１の固体レーザ装置１１からは波長１３４２ｎｍの第１のパルスレーザ光が出力され得る。

　第２の固体レーザ装置１２において、狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０に発振トリガが入力されると、狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０から波長９０４ｎｍのパルスレーザ光が出力され得る。そして、ＬＢＯ結晶２１とＢＢＯ結晶２２とによって、波長２２６ｎｍの第４高調波光である第２のパルスレーザ光が生成され得る。第１の固体レーザ装置１１から出力された波長１３４２ｎｍの第１のパルスレーザ光と、第２の固体レーザ装置１２から出力された波長２２６ｎｍの第２のパルスレーザ光は、波長変換システム１５に入射し得る。

　波長変換システム１５では、高反射ミラー１６とビームスプリッタ１７とによってＣＬＢＯ結晶１８に第１及び第２のパルスレーザ光が略同時に入射し、ＣＬＢＯ結晶１８上で第１及び第２のパルスレーザ光が重なり得る。ＣＬＢＯ結晶１８では、波長２２６ｎｍと波長１３４２ｎｍとの和周波を取り、波長１９３ｎｍのパルスレーザ光を生成し得る。このパルスレーザ光が高反射ミラー９１，９２を介して、増幅器２の部分反射ミラー３６に入射し得る。

　このパルスレーザ光はシード光として、出力結合ミラー３７と部分反射ミラー３６を含む増幅器２の光共振器中に注入され得る。この注入に同期して、増幅器２のチャンバ３５内では１対の放電電極３８による放電で反転分布を作り得る。ここで、トリガ補正器３２は、波長１９３ｎｍの固体レーザシステム１からのパルスレーザ光が増幅器２で効率よく増幅されるようにＰＰＭ３４のスイッチ３３のタイミングを調整してもよい。その結果、増幅器２の光共振器によって増幅発振して、出力結合ミラー３７から増幅されたパルスレーザ光を出力し得る。

（２．２　狭帯域チタンサファイヤレーザ装置）
（２．２．１　構成）
　図２は、本開示の実施形態に対する比較例の狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０の一構成例を概略的に示している。

　狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０は、ＭＯＰＯ部（マスタ増幅発振部）４０と、第４の高反射ミラー１０４と、第５の高反射ミラー１０５と、第２の光アイソレータ４４Ｂと、第６の高反射ミラー１０６と、マルチパス増幅部４１とを備えてもよい。

　ＭＯＰＯ部４０は、ＭＯ（マスタオシレータ）５０と、ＰＯ（増幅発振器：パワーオシレータ）６０とを含んでいてもよい。ＭＯＰＯ部４０はまた、第１の光アイソレータ４４Ａと、第１の励起用パルスレーザ装置７０Ａと、第１の集光レンズ７２Ａと、光路長補正部４２と、光路長誤差検出器４３とを含んでいてもよい。

　ＭＯ５０は、シングル縦モードでＣＷ（連続波）発振するＣＷ発振レーザ装置であってもよい。ＭＯ５０は例えば、シングル縦モードでＣＷ発振して波長９０４ｎｍのシード光５１を出力する分布帰還型の半導体レーザであってもよい。ＭＯ５０とＰＯ６０との間の光路上には、戻り光の透過を抑制するための第１の光アイソレータ４４Ａが配置されていてもよい。

　第１の励起用パルスレーザ装置７０Ａは、Ｎｄ：ＹＬＦパルススレーザ光の第２高調波光である波長５２３ｎｍの励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａを出力するパルスレーザ装置であってもよい。

　ＰＯ６０は、光共振器と、この光共振器内の光路上に配置されたチタンサファイヤ結晶６１とを含んでもよい。チタンサファイヤ結晶６１の両端面はブリュースター角で入射するようにカットされていてもよい。ＰＯ６０には、シード光５１と励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａとが入射してもよい。ＰＯ６０の光共振器は、Ｚ型のリング型光共振器であって、出力結合ミラー６２と、第１の高反射ミラー１０１と、第２の高反射ミラー１０２と、第３の高反射ミラー１０３とを含んでもよい。

　第１の高反射ミラー１０１は、波長９０４ｎｍの光を透過する基板に、波長９０４ｎｍの光を高反射するが一部は透過する膜がコートされた構成であってもよい。光路長誤差検出器４３は、第１の高反射ミラー１０１からのシード光５１の漏れ光５２が入射するように、漏れ光５２の光路上に配置されていてもよい。

　第２の高反射ミラー１０２は、励起光となる第１のパルスレーザ光７１Ａを高透過し、波長９０４ｎｍのシード光５１を高反射するダイクロイックミラーであってもよい。

　第３の高反射ミラー１０３は、波長９０４ｎｍの光を高反射するミラーであってもよい。第３の高反射ミラー１０３は、ピエゾ素子を含むピエゾ素子付きミラーホルダ４６に固定されていてもよい。ピエゾ素子によるミラーの移動方向は、ミラー面の法線方向と略一致していてもよい。

　第１の励起用パルスレーザ装置７０Ａと第１の集光レンズ７２Ａは、励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａが第１の高反射ミラー１０１を介してチタンサファイヤ結晶６１に集光するように配置されていてもよい。

　光路長補正部４２は、ピエゾ素子付きミラーホルダ４６及び第３の高反射ミラー１０３と、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御器４５とを含んでもよい。

　ＰＩＤ制御器４５は、第３の高反射ミラー１０３の位置を制御する構成となっていてもよい。光路長誤差検出器４３の出力信号を、ＰＩＤ制御器４５に入力してもよい。

　ＰＯ６０で増幅されたシード光５１は、出力結合ミラー６２を介して出力されてもよい。第４の高反射ミラー１０４、第５の高反射ミラー１０５、第２の光アイソレータ４４Ｂ、及び第６の高反射ミラー１０６を介して、増幅されたシード光５１がマルチパス増幅部４１に入力するように、それらの光学素子が配置されていてもよい。第２の光アイソレータ４４Ｂは、戻り光の透過を抑制するために配置されていてもよい。

　マルチパス増幅部４１は、第２の励起用パルスレーザ装置７０Ｂと、第３の励起用パルスレーザ装置７０Ｃと、第２の集光レンズ７２Ｂと、第３の集光レンズ７２Ｃとを含んでいてもよい。マルチパス増幅部４１はまた、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと、第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂと、第７ないし第１０の高反射ミラー１０７～１１０とを含んでいてもよい。

　第２の励起用パルスレーザ装置７０Ｂは、Ｎｄ：ＹＬＦパルススレーザ光の第２高調波光である波長５２３ｎｍの励起用の第２のパルスレーザ光７１Ｂを出力するパルスレーザ装置であってもよい。第３の励起用パルスレーザ装置７０Ｃは、Ｎｄ：ＹＬＦパルススレーザ光の第２高調波光である波長５２３ｎｍの励起用の第３のパルスレーザ光７１Ｃを出力するパルスレーザ装置であってもよい。

　第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａは、後述する図１１に示す実施形態のように、第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａを含んでいてもよい。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂは、後述する図１１に示す実施形態のように、第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂを含んでいてもよい。

　第１、第２及び第３の励起用パルスレーザ装置７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃは、同期回路部１３から発振トリガ入力されるように構成されていてもよい。

（２．２．２　動作）
　ＭＯ５０は、半導体レーザをシングル縦モードでＣＷ発振させて、シード光５１を出力してもよい。シード光５１は、第１の光アイソレータ４４Ａを介して、出力結合ミラー６２からＰＯ６０の光共振器に入力され得る。シード光５１がＰＯ６０の光共振器の光路上を周回することによって、第１の高反射ミラー１０１からシード光５１の漏れ光５２が出力され得る。

　この漏れ光５２が光路長誤差検出器４３に入力され、光路長誤差検出器４３から光路長誤差信号が出力され得る。光路長誤差信号は、シード光５１の波長の正の整数倍Ｌ０と実際の光共振器内の光路長Ｌとの光路長誤差ΔＬ（＝Ｌ－Ｌ０）を示す信号であってもよい。光路長誤差検出器４３は、光路長誤差信号として、例えば、電圧Ｖであって、Ｖ＝Ｋ・ΔＬを出力してもよい。Ｋは比例定数であってもよい。また、光路長とは、屈折率も考慮した光学的距離であってもよい。

　ＰＩＤ制御部４５は、光路長誤差ΔＬを示す電圧Ｖを受信して、Ｖ＝０すなわちΔＬ＝０に近づくように第３の高反射ミラー１０３の位置をＰＩＤ制御してもよい。

　次に、同期回路部１３から第１の励起用パルスレーザ装置７０Ａに発振トリガが入力されると、励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａが出力され、ＰＯ６０のチタンサファイヤ結晶６１をパルス状に励起し得る。チタンサファイヤ結晶６１には、すでに、シード光５１が注入されているので、シード光５１がパルス状に増幅され得る。その結果、この光共振器でレーザ発振して、パルス状に増幅されたシード光５１が出力結合ミラー６２から出力され得る。

　このパルス状に増幅されたシード光５１は、第４の高反射ミラー１０４と、第５の高反射ミラー１０５と、第２の光アイソレータ４４Ｂと、第６の高反射ミラー１０６とを経由してマルチパス増幅部４１に入射し得る。

　第７の高反射ミラー１０７を介して、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおいて、後述する図１１に示す第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａに、パルス状に増幅された波長９０４ｎｍのシード光５１が入射し得る。このシード光５１の入射タイミングに同期して、第２の励起用パルスレーザ装置７０Ｂから励起光として第２のパルスレーザ光７１Ｂが、後述する第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａに入射することによってシード光５１がパルス状に励起され得る。第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａでは、波長９０４ｎｍのパルスレーザ光が後述する第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａをマルチパスすることによって、シード光５１が複数回に亘って増幅され得る。

　第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａでパルス状に増幅されたシード光５１は、第８の高反射ミラー１０８と第９の高反射ミラー１０９とを経由して第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂに入力し得る。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおいて、後述する図１１に示す第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂに、パルス状に増幅された波長９０４ｎｍのシード光５１が入射し得る。このシード光５１の入射タイミングに同期して、第３の励起用パルスレーザ装置７１Ｃから励起光として第３のパルスレーザ光７１Ｃが、後述する第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂに入射することによってシード光５１がパルス状に励起され得る。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂでは、波長９０４ｎｍのパルスレーザ光が後述する第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂをマルチパスすることによって、シード光５１が複数回に亘って増幅され得る。

　第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂで増幅されたシード光５１は、第１０の高反射ミラー１１０を介してＬＢＯ結晶２１に入射し得る。

（２．２．３　課題）
（ＰＯ６０の光共振器内の光路長の制御の課題）
　図３は、図２に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０において、ＰＯ６０の光共振器内の光路長誤差ΔＬを補正しなかった場合の光路長誤差ΔＬの経時変化の一例を示す。図３にはＰＯ６０での励起開始直後からの経時変化を示す。図３の横軸は時間、縦軸は光路長誤差ΔＬを示す。

　励起開始前の状態では、チタンサファイヤ結晶６１の温度の変化が少ないために、光路長誤差ΔＬ（＝Ｌ－Ｌ０）は０に近づいている。しかしながら、６ｋＨｚで励起を開始すると、共光路長誤差ΔＬは、次第に＋側にΔＬｃ分ドリフトして変化し、励起パルス毎に最大値Ｌｍａｘと最小値Ｌｍｉｎとの値を交互に繰り返し得る。

　図４は、図２に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０において、ＰＯ６０の光共振器内の光路長誤差ΔＬを補正した場合の光路長誤差ΔＬの経時変化の一例を示す。図４にはＰＯ６０での励起開始直後からの経時変化を示す。図４の横軸は時間、縦軸は光路長誤差ΔＬを示す。

　光路長補正部４２のＰＩＤ制御部４５は、制御の発散を抑制するために、誤差信号の積分値が０に近づくように制御し得る。このため、ΔＬｃ成分を０に近づける制御はでき得るが、励起パルス毎の変動ΔΔＬ（＝ΔＬｍａｘ－ΔＬｍｉｎ）を抑制することは困難であり得た。その理由としては、光路長の変化の速度が光路長補正部４２の応答速度に追従できない場合があることが挙げられる。その結果、チタンサファイヤ結晶６１に励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａが入力する毎に光共振器内の光路長がチタンサファイヤ結晶６１の温度変化によって、屈折率が変化するため、シード光５１の波長の正の整数倍の光路長に合わせるのが困難となり得る。その結果、出力結合ミラー６２から出力されるパルス状に増幅されたシード光５１の出力タイミングやパルス波形が不安定となり得た。

（マルチパス増幅部４１の課題）
　第１及び第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂにおいて、波長９０４ｎｍでは、後述する図１１に示すチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂの利得は小さいので、利得を増やすために励起光を集光する必要があり得る。この条件で高出力化しようとすると、後述するチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂでは温度分布によって、屈折率分布が発生し、この屈折率分布から熱レンズとしての機能を果たし得る。チタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂに入射する励起光の出力が大きくなればなるほど、熱レンズ効果による焦点距離が短くなり得る。

　図５は、チタンサファイヤ結晶における熱レンズ効果による焦点距離の一例を示す。図５において横軸は励起光の入力（Ｗ）、縦軸は熱レンズ効果による焦点距離（ｍｍ）を示す。

　後述するチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂの利得を増やすためには、高出力の励起光をチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂに小さく集光する必要があり得る。例えば、集光径を１００μｍ～２００μｍにする必要があり得る。この場合、チタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂで生成する熱レンズ効果による熱レンズの焦点距離が短くなり得る。図５に示したように、励起光の入力が高くなると熱レンズ効果による焦点距離が短くなり得る。

　この熱レンズ効果による熱レンズの焦点距離が約１０ｍｍ以下になると、チタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂをマルチパスさせるための光学システムの光学素子の位置を調整しても増幅後のビーム特性の悪化が抑制できなくなり得た。特に、第１及び第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂにおいてシード光５１をマルチパスさせる回数が多くなると、この熱レンズ効果によって、ビーム特性の悪化が顕著になり得た。

［３．第１の実施形態］
　次に、本開示の第１の実施形態に係るチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置について説明する。なお、以下では上記図１及び図２に示した比較例のチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
　本実施形態における露光装置用レーザ装置の基本構成は、図１に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。

（３．１　ＭＯＰＯ部）
（３．１．１　構成）
　図６は、本開示の第１の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０の要部構成として、ＭＯＰＯ部４０Ａの一構成例を概略的に示している。

　本実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０は、図２に示した比較例の構成におけるＭＯＰＯ部４０に代えて、第１の光シャッタ５３Ａとシフト量加算器５４とを含むＭＯＰＯ部４０Ａを備えてもよい。本実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０はまた、図２に示した比較例の構成に加えて、インバータ５６と、遅延回路５７と、誤差制御部５５とをさらに備えてもよい。

　第１の光シャッタ５３Ａは、第１の高反射ミラー１０１と光路長誤差検出器４３との間の漏れ光５２の光路上に配置されていてもよい。第１の光シャッタ５３Ａは、第１のパルスレーザ光７１Ａがチタンサファイヤ結晶６１に入射している期間では閉じ、チタンサファイヤ結晶６１に入射していない期間では開けるようなシャッタ制御がなされてもよい。

　シフト量加算器５４は、光路長誤差検出器４３とＰＩＤ制御器４５との間の信号ライン上に配置されていてもよい。

　誤差制御部５５は、光路長誤差検出器４３から出力された光路長誤差信号に基づいて、シフト量加算器５４に補正値Ｖｏｆｆｓｅｔのデータを送信してもよい。

　遅延回路５７は、同期回路部１３の発振トリガを受信して、所定の遅延時間後にインバータ５６を介して、第１の光シャッタ５３Ａの開閉を制御する信号を出力してもよい。遅延回路５７には、誤差制御部５５から遅延時間を設定する遅延データＴｄが入力されてもよい。

　光路長補正部４２は、励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａがチタンサファイヤ結晶６１に入射する直前のタイミングで光路長誤差ΔＬが０に近づくようにＰＯ６０の光共振器内の光路長を変化させてもよい。

（３．１．２　動作）
　誤差制御部５５は、遅延回路５７に遅延時間を設定する遅延データＴｄを送信して、第１の光シャッタ５３Ａの開閉タイミングを、同期回路部１３からの発振トリガに対して、遅延させてもよい。誤差制御部５５は、励起用の第１のパルスレーザ光７１Ａに同期して、パルス状に増幅されたシード光５１の漏れ光５２が光路長誤差検出器４３に検出されないように、光シャッタ５３Ａを制御してもよい。この場合、誤差制御部５５は、第１のパルスレーザ光７１Ａがチタンサファイヤ結晶６１に入射している期間では第１の光シャッタ５３Ａを閉じるように遅延回路５７を制御してもよい。誤差制御部５５はまた、第１のパルスレーザ光７１Ａがチタンサファイヤ結晶６１に入射していない期間では第１の光シャッタ５３Ａを開けるように遅延回路５７を制御してもよい。このように、光シャッタ５３Ａは、パルス状に増幅されたシード光５１が入射している期間では閉じ、パルス状に増幅されたシード光５１が入射していない期間では開ける制御がなされてもよい。

　誤差制御部５５は、光路長誤差検出器４３から光路長誤差ΔＬの経時変化のデータを読み込み、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎが０に近づくように、シフト量加算器５４に、補正値Ｖｏｆｆｓｅｔのデータを送信してもよい。これにより、光路長誤差信号である光路長誤差検出器４３からの電圧Ｖに対して、シフト量加算器５４からの補正値Ｖｏｆｆｓｅｔが加算された電圧値がＰＩＤ制御器４５に入力され得る。これらの制御を繰り返すことによって、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎが０に近づき得る。

　図７は、図６に示したＭＯＰＯ部４０Ａにおいて、ＰＯ６０の光共振器内の光路長誤差ΔＬを補正した場合の光路長誤差ΔＬの経時変化の一例を示す。本実施形態では、図７に示したように、ＰＯ６０の光共振器において、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎが０に近づいた状態で、シード光５１がパルス状に増幅され得る。

　図８は、図６に示した狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０における光共振器内の光路長の制御の流れの一例を概略的に示している。

　誤差制御部５５は、遅延データＴｄを初期遅延データＴｄ＝Ｔｄ０にセットしてもよい（ステップＳ１０１）。次に、その遅延データＴｄを遅延回路５７に送信してもよい（ステップＳ１０２）。そして、誤差制御部５５は、光路長誤差検出器４３にシード光５１の増幅光が入射しないように第１の光シャッタ５３Ａによって増幅光がカットされたか否かを判断してもよい（ステップＳ１０３）。誤差制御部５５は、増幅光がカットされていないと判断した場合（ステップＳ１０３；Ｎ）には、次に、遅延時間の再設定を行い（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０２の処理に戻ってもよい。なお、遅延時間の再設定は、Ｔｄ＝Ｔｄ＋ΔＴｄであってもよい。すなわち、再設定前の遅延データＴｄに所定の時間ΔＴｄを加算した値であってもよい。

　一方、増幅光がカットされたと判断した場合（ステップＳ１０３；Ｙ）には、次に、誤差制御部５５は、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎを計測してもよい（ステップＳ１０５）。次に、誤差制御部５５は、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎが０に近づくようにシフト量加算器５４に補正値Ｖｏｆｆｓｅｔのデータを送信してもよい（ステップＳ１０６）。次に、誤差制御部５５は、光路長の制御を中止するか否か判断してもよい（ステップＳ１０７）。誤差制御部５５は、光路長の制御を中止しない場合（ステップＳ１０７；Ｎ）には、ステップＳ１０５の処理に戻ってもよい。誤差制御部５５は、光路長の制御を中止する場合（ステップＳ１０７；Ｙ）には、処理を終了してもよい。

　図９は、ステップＳ１０５の処理の詳細を示すサブのフローチャートである。
　誤差制御部５５は、図示しないタイマの時間Ｔをリセットしてスタートさせてもよい（ステップＳ１１１）。次に、誤差制御部５５は、光路長誤差検出器４３から出力された光路長誤差ΔＬのデータを読み込んでもよい（ステップＳ１１２）。次に、誤差制御部５５は、時間Ｔのデータと光路長誤差ΔＬのデータとを記憶してもよい（ステップＳ１１３）。次に、誤差制御部５５は、Ｔ≧Ｋ、すなわち時間Ｔが所定の時間Ｋ以上であるか否か判断してもよい（ステップＳ１１４）。誤差制御部５５は、時間Ｔが所定の時間Ｋ以上ではないと判断した場合（ステップＳ１１４；Ｎ）には、ステップＳ１１２の処理に戻ってもよい。一方、時間Ｔが所定の時間Ｋ以上であると判断した場合（ステップＳ１０４；Ｙ）には、誤差制御部５５は、次に、記憶したデータを読み出し、複数の最少値ΔＬｍｉｎのデータを抽出して平均化値ΔＬｍｉｎａｖを計算してもよい（ステップＳ１１５）。

　ここで、図１０に、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎの計測方法の一例を概略的に示す。図１０において、横軸は時間、縦軸は光路長誤差ΔＬであってもよい。図１０に示したように、例えば、所定の時間Ｋ内において、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎのデータとして、ΔＬｍｉｎ（１），ΔＬｍｉｎ（２），ΔＬｍｉｎ（３），ΔＬｍｉｎ（４）が検出されてもよい。この場合、誤差制御部５５は、最少値ΔＬｍｉｎの平均化値ΔＬｍｉｎａｖを、以下のように計算してもよい。
　ΔＬｍｉｎａｖ＝｛ΔＬｍｉｎ（１）＋ΔＬｍｉｎ（２）＋ΔＬｍｉｎ（３）＋ΔＬｍｉｎ（４）｝／４

　次に、誤差制御部５５は、求められた平均化値ΔＬｍｉｎａｖを光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎとし（ステップＳ１１６）、図８のメインのフローに戻ってもよい。

（３．１．３　作用）
　本実施形態のＭＯＰＯ部４０Ａによれば、ＰＯ６０の光共振器においてシード光５１がパルス状に増幅される直前では、光路長誤差ΔＬの最少値ΔＬｍｉｎが０に近づくように制御されているため、シード光５１のパルス増幅の効率が高くなり得る。また、パルス状に増幅されたシード光５１の出力タイミングやパルス波形が安定化され得る。

（３．２　マルチパス増幅部）
（３．２．１　構成）
　図１１は、本開示の第１の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０の要部構成として、マルチパス増幅部４１内のマルチパスチタンサファイヤ増幅器の一構成例を概略的に示している。図１２は、図１１に示したマルチパスチタンサファイヤ増幅器におけるマルチパス光学システムの光学的に等価な図を模式的に示している。

　図１１には、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂとの構成をまとめて示す。

　第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａは、第１のマルチパス光学システムとして、マルチパス光学システム８０を含んでもよい。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂは、第２のマルチパス光学システムとして、マルチパス光学システム８０を含んでもよい。マルチパス光学システム８０は、入力ミラー８１と、出力ミラー８２とを含んでもよい。マルチパス光学システム８０はまた、集光レンズ８４と、ダイクロイックミラー８５と、ダイクロイックミラー８６と、集光レンズ８７と、折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂとを含んでいてもよい。

　第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａは、マルチパス光学システム８０によって形成される第１のマルチ光路７５Ａと、この第１のマルチ光路７５Ａ上に設けられた第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａとを含んでいてもよい。第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａには、ＰＯ６０で増幅されたシード光５１が、第４の高反射ミラー１０４等を経由し、入力ミラー８１を介して入力されてもよい。

　第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂは、マルチパス光学システム８０によって形成される第２のマルチ光路７５Ｂと、この第２のマルチ光路７５Ｂ上に設けられた第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂとを含んでいてもよい。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂには、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａで増幅されたシード光５１が、第８の高反射ミラー１０８と第９の高反射ミラー１０９とを経由し、入力ミラー８１を介して入力されてもよい。

　第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおいて、第２の集光レンズ７２Ｂは、ダイクロイックミラー８６を介して第２のパルスレーザ光７１Ｂが第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａに集光するように配置されてもよい。第２のパルスレーザ光７１Ｂは、第２の励起用パルスレーザ装置７０Ｂから出力された増幅用の励起光であってもよい。第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおいて、ダイクロイックミラー８５とダイクロイックミラー８６は、シード光５１が第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａを往復して通過するように配置されていてもよい。第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおいて、出力ミラー８２は、第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａを往復して通過した後のシード光５１が第８の高反射ミラー１０８に向けて出力されるように配置されていてもよい。

　第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおいて、第３の集光レンズ７２Ｃは、ダイクロイックミラー８６を介して第３のパルスレーザ光７１Ｃが第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂに集光するように配置されてもよい。第３のパルスレーザ光７１Ｃは、第３の励起用パルスレーザ装置７０Ｃから出力された増幅用の励起光であってもよい。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおいて、ダイクロイックミラー８５とダイクロイックミラー８６は、シード光５１が第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂを往復して通過するように配置されていてもよい。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおいて、出力ミラー８２は、第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ｂを往復して通過した後のシード光５１が第１０の高反射ミラー１１０に向けて出力されるように配置されていてもよい。

　集光レンズ８４の焦点距離ｆ１と集光レンズ８７の焦点距離ｆ２は、略同じ所定の焦点距離ｆであってもよい。図１２に示したように、集光レンズ８４と集光レンズ８７は、略同じ所定の焦点距離ｆであって、両レンズ間の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように配置されていてもよい。第１及び第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂはそれぞれ、集光レンズ８４と集光レンズ８７との略中間点の光路上に配置されていてもよい。

　ダイクロイックミラー８５は、集光レンズ８４と第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂとの間の光路上であって、略４５度でシード光５１が反射されるように配置されていてもよい。ダイクロイックミラー８５の表面には、励起光を高透過し、シード光５１を高反射する膜がコートされていてもよい。

　ダイクロイックミラー８６は、集光レンズ８７と第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂとの間の光路上であって、略４５度でシード光５１が反射されるように配置されていてもよい。ダイクロイックミラー８６の表面には、励起光を高透過し、シード光５１を高反射する膜がコートされていてもよい。

　入力ミラー８１は、シード光５１が集光レンズ８４の略中心を通過するように配置されていてもよい。折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂは、一対の折り返しミラーを構成し、集光レンズ８７を介して入射したシード光５１を集光レンズ８７へと折り返すように配置されていてもよい。集光レンズ８７から折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂを経て再度、集光レンズ８７に至るまでの光路の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように、折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂが配置されていてもよい。

（３．２．２　動作）
　マルチパス光学システム８０に入力されたシード光５１は、入力ミラー８１によって反射され、集光レンズ８４の前側焦点位置を通過して集光レンズ８４の略中央に入射し得る。図１２に示したように、シード光５１の入射ビーム像Ｉｍ０が形成される入射ビーム位置Ｐ０は、集光レンズ８４の前側焦点位置と略同一であってもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８５を介して、第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８６と集光レンズ８７とを介して、所定の入射位置である折り返しミラー８８Ａによって反射され、第１の転写位置Ｐ１を通過して、折り返しミラー８８Ｂによって反射され、再び集光レンズ８７に入射し得る。第１の転写位置Ｐ１には、図１２に示したように、入射ビーム像Ｉｍ０の第１の転写像Ｉｍ１が転写結像されてもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８６を介して、再び第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって、さらに増幅され得る。この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８５と集光レンズ８４とを介して、出力ミラー８２によって反射され、第２の転写位置Ｐ２を通過して、出力され得る。第２の転写位置Ｐ２には、図１２に示したように、入射ビーム像Ｉｍ０の第２の転写像Ｉｍ２が転写結像されてもよい。

　以上のように、マルチパス光学システム８０では、第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂにシード光５１を往復して通過させ得る。この際、入射ビーム像Ｉｍ０の第１の転写像Ｉｍ１を第１の転写位置Ｐ１に転写結像させ得る。さらに、入射ビーム像Ｉｍ０の第２の転写像Ｉｍ２を第２の転写位置Ｐ２に転写結像させ得る。

　ここで、第１の転写像Ｉｍ１と第２の転写像Ｉｍ２とのビームプロファイルを比較すると、第１の転写像Ｉｍ１のビームプロファイルは悪化し、第２の転写像Ｉｍ２のビームプロファイルの悪化は抑制され得る。

（３．２．３　作用）
　以上のように本実施形態のマルチパス増幅部４１によれば、マルチパス光学システム８０によって、入射ビーム像Ｉｍ０を偶数回、転写結像させながら、シード光５１を第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂで往復させて増幅させ得る。これにより、熱レンズ効果による増幅光のビームの歪みが抑制され得る。

（３．２．４　変形例）
　上記説明では、集光レンズ８４の焦点距離ｆ１と集光レンズ８７の焦点距離ｆ２とが略同じ所定の焦点距離ｆの場合の実施形態を示したが、この例に限定されることなく、焦点距離ｆ１，ｆ２が互いに異なってもよい。この場合であっても、入射ビーム像Ｉｍ０を複数回、転写結像させながら複数回往復させるマルチパス光学システムを構成すればよい。集光レンズ８４の焦点距離ｆ１と集光レンズ８７の焦点距離ｆ２とが互いに異なる場合は、例えば図１２に示すように、集光レンズ８４と集光レンズ８７は、集光レンズ８４の後側焦点位置と、集光レンズ８７の前側焦点位置とが略一致するように配置されてもよい。ここで、集光レンズ８４と集光レンズ８７との間の光路長は略両集光レンズの焦点距離の和（ｆ１＋ｆ２）となり得る。また、集光レンズ８７から折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂを経て再度、集光レンズ８７に至るまでの光路の光路長が集光レンズ８７の焦点距離ｆ２の略２倍となるように、折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂが配置されていてもよい。

　また、第１及び第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂにおいて、シード光５１の往復数は図１１に示した１往復に限定されることなく、入射ビーム像Ｉｍ０を複数回、転写結像させながら複数回往復させるマルチパス光学システムであってもよい。また、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂとで、シード光５１の往復数を互いに異ならせた構成であってもよい。また、第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおけるシード光５１の往復回数は、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおけるシード光５１の往復回数以下であってもよい。

　以下、上記実施形態の変形例として、シード光５１を３往復させる例を示す。なお、以下の変形例では上記図１１及び図１２に示したマルチパス光学システム８０の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（３．２．４．１　第１の変形例）
　図１３は、図１１に示したマルチパスチタンサファイヤ増幅器の第１の変形例を示している。図１３には、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂとの構成をまとめて示す。

（構成）
　第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａは、第１のマルチパス光学システムとして、上記図１１及び図１２に示したマルチパス光学システム８０に代えて、マルチパス光学システム８０Ａを含んでもよい。第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂは、第２のマルチパス光学システムとして、上記図１１及び図１２に示したマルチパス光学システム８０に代えて、マルチパス光学システム８０Ａを含んでもよい。

　マルチパス光学システム８０Ａは、折り返しミラー８３Ａ，８３Ｂと、折り返しミラー８３Ｃ，８３Ｄと、折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂと、折り返しミラー８８Ｃ，８８Ｄと、折り返しミラー８８Ｅ，８８Ｆとを含んでいてもよい。

　折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂは、一対の折り返しミラーを構成し、集光レンズ８７を介して入射したシード光５１を集光レンズ８７へと折り返すように配置されていてもよい。集光レンズ８７から折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂを経て再度、集光レンズ８７に至るまでの光路の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように、折り返しミラー８８Ａ，８８Ｂが配置されていてもよい。

　折り返しミラー８３Ａ，８３Ｂは、一対の折り返しミラーを構成し、集光レンズ８４を介して入射したシード光５１を集光レンズ８４へと折り返すように配置されていてもよい。集光レンズ８４から折り返しミラー８３Ａ，８３Ｂを経て再度、集光レンズ８４に至るまでの光路の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように、折り返しミラー８３Ａ，８３Ｂが配置されていてもよい。

　折り返しミラー８８Ｃ，８８Ｄは、一対の折り返しミラーを構成し、集光レンズ８７を介して入射したシード光５１を集光レンズ８７へと折り返すように配置されていてもよい。集光レンズ８７から折り返しミラー８８Ｃ，８８Ｄを経て再度、集光レンズ８７に至るまでの光路の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように、折り返しミラー８８Ｃ，８８Ｄが配置されていてもよい。

　折り返しミラー８３Ｃ，８３Ｄは、一対の折り返しミラーを構成し、集光レンズ８４を介して入射したシード光５１を集光レンズ８４へと折り返すように配置されていてもよい。集光レンズ８４から折り返しミラー８３Ｃ，８３Ｄを経て再度、集光レンズ８４に至るまでの光路の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように、折り返しミラー８３Ｃ，８３Ｄが配置されていてもよい。

　折り返しミラー８８Ｅ，８８Ｆは、一対の折り返しミラーを構成し、集光レンズ８７を介して入射したシード光５１を集光レンズ８７へと折り返すように配置されていてもよい。集光レンズ８７から折り返しミラー８８Ｅ，８８Ｆを経て再度、集光レンズ８７に至るまでの光路の光路長が所定の焦点距離ｆの略２倍となるように、折り返しミラー８８Ｅ，８８Ｆが配置されていてもよい。

（動作）
　マルチパス光学システム８０Ａに入力されたシード光５１は、入力ミラー８１によって反射され、所定の入射位置である集光レンズ８４の前側焦点位置を通過して集光レンズ８４の略中央に入射し得る。ここで、図１２の実施形態と同様に、シード光５１の入射ビーム像Ｉｍ０が形成される入射ビーム位置Ｐ０は、集光レンズ８４の前側焦点位置と略同一であってもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８５を介して、第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８６と集光レンズ８７とを介して、折り返しミラー８８Ａによって反射され、第１の転写位置Ｐ１を通過して、折り返しミラー８８Ｂによって反射され、再び集光レンズ８７に入射し得る。第１の転写位置Ｐ１には、入射ビーム像Ｉｍ０の第１の転写像Ｉｍ１が転写結像されてもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８６を介して、再び第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって、さらに増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８５と集光レンズ８４とを介して、折り返しミラー８３Ａによって反射され、第２の転写位置Ｐ２を通過して、折り返しミラー８３Ｂによって反射され、再び集光レンズ８４に入射し得る。第２の転写位置Ｐ２には、入射ビーム像Ｉｍ０の第２の転写像Ｉｍ２が転写結像されてもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８５を介して、再び第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって、さらに増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８６と集光レンズ８７とを介して、折り返しミラー８８Ｃによって反射され、第３の転写位置Ｐ３を通過して、折り返しミラー８８Ｄによって反射され、再び集光レンズ８７に入射し得る。第３の転写位置Ｐ３には、入射ビーム像Ｉｍ０の第３の転写像Ｉｍ３が転写結像されてもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８６を介して、再び第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって、さらに増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８５と集光レンズ８４とを介して、折り返しミラー８３Ｃによって反射され、第４の転写位置Ｐ４を通過して、折り返しミラー８３Ｄによって反射され、再び集光レンズ８４に入射し得る。第４の転写位置Ｐ４には、入射ビーム像Ｉｍ０の第４の転写像Ｉｍ４が転写結像されてもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８５を介して、再び第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって、さらに増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８６と集光レンズ８７とを介して、折り返しミラー８８Ｅによって反射され、第５の転写位置Ｐ５を通過して、折り返しミラー８８Ｆによって反射され、再び集光レンズ８７に入射し得る。第５の転写位置Ｐ５には、入射ビーム像Ｉｍ０の第５の転写像Ｉｍ５が転写結像されてもよい。そして、このシード光５１は、ダイクロイックミラー８６を介して、再び第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂを通過することによって、さらに増幅され得る。

　この増幅されたシード光５１は、ダイクロイックミラー８５と集光レンズ８４とを介して、出力ミラー８２によって反射され、第６の転写位置Ｐ６を通過して、出力され得る。第６の転写位置Ｐ６には、入射ビーム像Ｉｍ０の第６の転写像Ｉｍ６が転写結像されてもよい。

　以上のように、マルチパス光学システム８０Ａでは、第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂにシード光５１を往復して通過させ得る。この際、入射ビーム像Ｉｍ０を合計６回、第１～第６の転写像として転写結像させ得る。ここで、第１～第６の転写像のうち、第１、第３、及び第５の転写像のビームプロファイルは悪化し、第２、第４、及び第６の転写像のビームプロファイルの悪化は抑制され得る。

（作用）
　以上のように、マルチパス光学システム８０Ａによって、入射ビーム像Ｉｍ０を偶数回、転写結像させながら、シード光５１を第１又は第２の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａ，７４Ｂで往復させて増幅させ得る。これにより、熱レンズ効果による増幅光のビームの歪みが抑制され得る。

（３．２．４．２　第２の変形例）
　図１４は、図１１に示したマルチパスチタンサファイヤ増幅器の第２の変形例を示している。図１４には、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂとの構成をまとめて示す。

　第１及び第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂはそれぞれ、上記図１３に示したマルチパス光学システム８０Ａに代えて、マルチパス光学システム８０Ｂを含んでもよい。マルチパス光学システム８０Ｂは、分散プリズム８９Ａ，８９Ｂを含んでもよい。

　波長９０４ｎｍの波長域では、利得が小さいために、ＡＳＥ(Amplified Spontaneous Emission: 自然放射増幅光)が発生しやすい。ＡＳＥ抑制のために、図１４に示したように、第１及び第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂのそれぞれにおいて、光路中に分散プリズム８９Ａ，８９Ｂを挿入してもよい。また、分散プリズム８９Ａ，８９Ｂのうち、いずれか１つだけを挿入してもよい。分散プリズム８９Ａは、折り返しミラー８３Ａ，８３Ｃと集光レンズ８４との間に配置されていてもよい。分散プリズム８９Ｂは、折り返しミラー８８Ｃ，８８Ｅと集光レンズ８７との間に配置されていてもよい。

［４．第２の実施形態］
　次に、本開示の第２の実施形態に係るチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置について説明する。なお、以下では上記比較例、又は上記第１の実施形態に係るチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
　本実施形態における露光装置用レーザ装置の基本構成は、図１に示した露光装置用レーザ装置と略同様であってもよい。

（４．１　ＭＯＰＯ部）
（４．１．１　構成）
　図１５は、本開示の第２の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０の要部構成として、ＭＯＰＯ部４０Ｂの一構成例を概略的に示している。

　本実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０は、図６に示した上記第１の実施形態の構成におけるＭＯＰＯ部４０Ａに代えて、バンドパスフィルタ５８を含むＭＯＰＯ部４０Ｂを備えてもよい。本実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０はまた、図６に示した上記第１の実施形態の構成に加えて、第２の光シャッタ５３Ｂをさらに備えてもよい。

　バンドパスフィルタ５８は、ＰＯ６０の光共振器内の光路上に配置されていてもよい。バンドパスフィルタ５８は、シード光５１の波長である波長９０４ｎｍ付近の波長域の光を選択的に透過してもよい。

　第２の光シャッタ５３Ｂは、ＰＯ６０とマルチパス増幅部４１との間の光路上に配置されていてもよい。遅延回路５７は、同期回路部１３の発振トリガを受信して、所定の遅延時間後に第２の光シャッタ５３Ｂの開閉を制御する信号を出力してもよい。

（４．１．２　作用）
　本実施形態のＭＯＰＯ部４０Ｂによれば、ＰＯ６０の光共振器内の光路上にバンドパスフィルタ５８を配置したことで、シード光５１以外の波長成分が発振することを抑制し得る。波長９０４ｎｍの波長域では、利得が小さいのでシード光５１以外の波長成分のレーザ光が発振しやすい。そこで、シード光５１の波長域を高透過するバンドパスフィルタ５８を配置することによって、シード光５１以外の波長成分が発振することを抑制し得る。その結果、弱いＣＷ発振のシード光５１でもＰＯ６０で半導体レーザと同じ波長のレーザ光を増幅発振させ得る。

　また、本実施形態の狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０によれば、ＰＯ６０とマルチパス増幅部４１との間に第２の光シャッタ５３Ｂを配置したことで、第２の光シャッタ５３Ｂを透過した後のパルス状に増幅されたシード光５１のパルス幅の変化とパルスの立ち上がり時間の揺らぎとが抑制され得る。ＰＯ６０への注入同期法では、光共振器内の光路長のわずかな誤差で立ち上がり時間とパルス波形とが多少変化し得る。すなわち、第２の光シャッタ５３Ｂに入射するシード光５１のパルスが多少変化したとしても、第２の光シャッタ５３Ｂによってこのパルスをトリミングすることによって、第２の光シャッタ５３Ｂから出射されるシード光５１のパルスの立ち上がり時間とパルス波形とが安定化し得る。また、ＰＯ６０のチタンサファイヤ結晶６１の熱レンズに合わせて光共振器を設計すると光共振器内の光路長が長くなり得る。そのため、高速で動作する第２の光シャッタ５３Ｂを導入し、所定のタイミングで開閉を行って、パルス状に増幅されたシード光５１をトリミングすることによって、パルス幅の変化とパルスの立ち上がり時間の揺らぎが抑制され得る。狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０からの最終的な出力はマルチパス増幅部４１で決まるため、第２の光シャッタ５３Ｂによるトリミングによる損失の影響は小さくなり得る。

（４．２　マルチパス増幅部）
（４．２．１　構成）
　図１６は、本開示の第２の実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０の要部構成として、マルチパス増幅部４１Ａの一構成例を概略的に示している。

　本実施形態に係る狭帯域チタンサファイヤレーザ装置２０は、図２に示した比較例の構成におけるマルチパス増幅部４１に代えて、第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃを含むマルチパス増幅部４１Ａを備えてもよい。第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃは、第３の他のチタンサファイヤ結晶を含んでもよい。第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃは、図１１に示した第１及び第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂの構成と略同様に、第３の他のチタンサファイヤ結晶に対してシード光５１を往復して通過させるように構成されていてもよい。

　マルチパス増幅部４１Ａはまた、第４の励起用パルスレーザ装置７０Ｄと、第４の集光レンズ７２Ｄと、第１１の高反射ミラー１１１と、第１２の高反射ミラー１１２とをさらに含んでいてもよい。第４の励起用パルスレーザ装置７０Ｄは、励起用の第４のパルスレーザ光７１Ｄを出力するパルスレーザ装置であってもよい。

　第１、第２及び第３の励起用パルスレーザ装置７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ、並びに第４の励起用パルスレーザ装置７０Ｄには、同期回路部１３から発振トリガ入力されるように構成されていてもよい。

（４．２．２　動作及び作用）
　マルチパス増幅部４１Ａにおいて、第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂで増幅されたシード光５１は、第１０の高反射ミラー１１０及び第１１の高反射ミラー１１１を経由して第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃに入力し得る。第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃにおいて、第３の他のチタンサファイヤ結晶に、パルス状に増幅された波長９０４ｎｍのシード光５１が入射し得る。このシード光５１の入射タイミングに同期して、第４の励起用パルスレーザ装置７０Ｄから励起光として第４のパルスレーザ光７１Ｄが、第３の他のチタンサファイヤ結晶に入射することによってシード光５１がパルス状に励起され得る。第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃでは、波長９０４ｎｍのパルスレーザ光が第３の他のチタンサファイヤ結晶をマルチパスすることによって、シード光５１が複数回に亘って増幅され得る。

　第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃで増幅されたシード光５１は、第１２の高反射ミラー１１２を介してＬＢＯ結晶２１に入射し得る。

　ここで、パルス状に増幅された波長９０４ｎｍのシード光５１をさらに増幅するためのマルチパス増幅部４１Ａは、この波長での増幅利得が小さい。チタンサファイヤ結晶での熱レンズの焦点距離が結晶長に対して十分長くなるように、マルチパス増幅部４１Ａのマルチパルス数とマルチパスチタンサファイヤ増幅器の数の最適化が必要となる。

　本実施形態のマルチパス増幅部４１Ａでは、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおけるマルチパス数は３往復にしてもよい。また、第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおけるマルチパス数は２往復にしてもよい。また、第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃにおけるマルチパス数は１往復にしてもよい。

　ところで、上述の図５に示したように、励起光の入力が高くなるとチタンサファイヤ結晶における熱レンズ効果による焦点距離が短くなり得る。この熱レンズ効果による熱レンズの焦点距離が約１０ｍｍ以下になると、チタンサファイヤ結晶をマルチパスさせるための光学システムの光学素子、例えば図１１に示した集光レンズ８４，８７を光路軸方向に位置調整しても増幅後のビーム特性の悪化を抑制できなくなり得る。特に、往復数が多くなると、このチタンサファイヤ結晶における熱レンズ効果によって、ビーム特性の悪化が顕著になり得る。

　図１７は、図１６に示したマルチパス増幅部４１Ａの増幅特性の一例を示している。
　図１７の上段には、第１、第２及び第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃにおけるシード光５１のトータルの往復数とシード光５１の増幅光のパルスエネルギとの関係とを示す。図１７の上段に示したように、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａにおいては、ＰＯ６０から出力されたパルスエネルギの小さなシード光５１の第１の増幅光を３往復させることによって、利得が飽和するまで増幅し、第２の増幅光として出力し得る。

　第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂにおいては、シード光５１の第２の増幅光を２往復させることによって、利得が飽和するまで増幅し、第３の増幅光として出力し得る。

　第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃにおいては、シード光５１の第３の増幅光を１往復させることによって、利得が飽和するまで増幅し、第４の増幅光として出力し得る。

　図１７の下段には、第１、第２及び第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃにおけるシード光５１のトータルの往復数とシード光５１の増幅光のＭ²の関係を示す。ここで、Ｍ²はレーザビーム特性の集光性能を意味してもよい。Ｍ²＝１がシングル横モードのレーザビームの集光性能を示してもよい。Ｍ²が１より大きくなればなるほど、レーザ光の集光性能が悪化していることを意味してもよい。

　第１、第２及び第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃにおいては、奇数回のマルチパスにおいてはＭ²が大きくなり、偶数回のマルチパスをさせることによって、Ｍ²が改善し得る。偶数回のマルチパスをさせることは、すなわちチタンサファイヤ結晶を往復するようなマルチパスであり得る。第１、第２及び第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃのそれぞれの励起光のエネルギは、飽和する利得を順番に大きくするために、励起光の入力の関係が以下の関係となるようにしてもよい。
　（第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａへの励起光入力）＜（第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂへの励起光入力）＜（第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃへの励起光入力）

　励起光の入力が大きくなればなるほど、図１７の下段に示したように、１往復後の増幅光のＭ²は、大きくなり得る。

　以上のように、利得の飽和とＭ²の増加の関係から、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａは３往復、第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂは２往復、第３のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｃは１往復としてもよい。これにより、増幅効率の向上と、Ｍ²の増加を抑制し得る。

（４．２．３　変形例）
　図１８は、本実施形態の変形例に係るマルチパス増幅部４１Ｂの一構成例を概略的に示している。図１８に示したマルチパス増幅部４１Ｂのように、分散プリズム５９を、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂとの間の光路上に配置してもよい。この分散プリズム５９によって、第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａの第１の他のチタンサファイヤ結晶７４Ａで発生したＡＳＥ光が、第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂに入射するのを抑制し得る。

（その他）
　図１８の変形例では、分散プリズム５９を第１のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ａと第２のマルチパスチタンサファイヤ増幅器７３Ｂとの間の光路上に配置し得る。これに対して、必要に応じて、シード光５１のその他の光路中に分散プリズム５９を配置してもよい。その結果、波長９０４ｎｍ付近以外の波長のＡＳＥは抑制され、熱レンズ効果による増幅されたパルスレーザ光のビーム特性の悪化が抑制され得る。

［５．光路長誤差検出器の構成例］
　次に、図１９を参照して、光路長誤差検出器４３の具体的な構成例を説明する。なお、以下では上記比較例、上記第１又は第２の実施形態に係るチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（５．１　構成）
　光路長誤差検出器４３は、Ｈaｎｓｃｈ－Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ法による検出器であってもよい。Ｈaｎｓｃｈ－Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ法は、光共振器からのシード光５１の漏れ光５２の偏光特性を計測することによって、シード光５１の波長の正の整数倍と光共振器内の光路長との光路長誤差ΔＬを検出する方法であってもよい。

　光路長誤差検出器４３は、λ／２板９１と、λ／４板９２と、偏光子９３と、高反射ミラー９４と、第１の光センサ９５Ａと、第２の光センサ９５Ｂと、減算器９６とを含んでいてもよい。

（５．２　動作）
　漏れ光５２の偏光状態を解析するために、λ／２板９１とλ／４板９２とを透過させ、偏光子９３によって、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分を分離して、それぞれの偏光成分の光強度をそれぞれ、第１の光センサ９５Ａと第２の光センサ９５Ｂとで検出し得る。

　第１の光センサ９５Ａと第２の光センサ９５Ｂとの光強度の信号を減算器９６で減算し、減算器９６の値が０のときはシード光５１の波長の正の整数倍と光共振器内の光路長とが一致し得る。光路長誤差ΔＬに応じて、減算器９６から減算された電圧値を出力してもよい。この減算器９６から出力された電圧値を誤差制御部５５が読み込むことによって、光路長誤差ΔＬの状態が計測され得る。

（５．３　変形例）
　図１９の構成例では、光路長誤差ΔＬを計測する方法としてＨaｎｓｃｈ－Ｃｏｕｉｌｌａｕｄ法を示したが、この方法に限定されることなく、Ｐｏｕｎｄ－Ｄｅｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ法や位相敏感検波法等を用いてもよい。

［６．光シャッタの構成例］
　次に、図２０を参照して、上記した第１の光シャッタ５３Ａ及び第２の光シャッタ５３Ｂとして適用可能な光シャッタ３１０の具体的な構成例を説明する。なお、以下では上記比較例、上記第１又は第２の実施形態に係るチタンサファイヤレーザ装置、及び露光装置用レーザ装置の構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

（６．１　構成）
　図２０は、光シャッタ３１０の一構成例を示している。光シャッタ３１０は、ポッケルスセル３９４と、偏光子３９６とを含んでいてもよい。ポッケルスセル３９４は、高電圧電源３９３と、第１の電極３９５ａと、第２の電極３９５ｂと、電気光学結晶３９５ｃとを含んでいてもよい。第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとは対向配置され、それらの間に電気光学結晶３９５ｃが配置されていてもよい。高電圧電源３９３は、透過率設定部３１１、及び同期回路３１２によって制御されてもよい。

（６．２　動作）
　高電圧電源３９３は、透過率設定部３１１又は同期回路３１２から、光シャッタ３１０の制御信号を受信してもよい。高電圧電源３９３は、光シャッタ３１０の制御信号として光シャッタ３１０を開状態にする開信号を受信した場合に、０Ｖではない所定の高電圧を生成し、その電圧を第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に印加してもよい。高電圧電源３９３は、光シャッタ３１０の制御信号として光シャッタ３１０を閉状態にする閉信号を受信した場合に、第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に印加する電圧を０Ｖにしてもよい。

　ポッケルスセル３９４は、第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に所定の高電圧を印加したときに、λ／２板と等価な機能となってもよい。第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に所定の高電圧が印加されていないときは、紙面に対して、垂直な直線偏光方向の光は、そのままの偏光状態で、電気光学結晶３９５ｃを透過し、偏光子３９６によって反射され得る。図２０においては、紙面に対して垂直な方向に直線偏光した光はレーザ光路上に描画された黒丸で示し得る。ここで、所定の高電圧を印加すると、位相がλ／２ずれて、紙面に対して垂直な方向の直線偏光が、紙面を含む方向の直線偏光に変換され得る。図２０においては、紙面を含む方向に直線偏光した光はレーザ光路上に描画された光路に垂直な矢印で示し得る。この光は、偏光子３９６を透過し得る。以上のように、光シャッタ３１０は、電気光学結晶３９５ｃに高電圧を印加している期間、光が透過し得る。

　ポッケルスセル３９４は、１ｎｓ程度の応答性を有するので、高速の光シャッタとして使用可能である。また、光シャッタ３１０として、例えばＡＯ（音響光学）素子を使用してもよい。この場合は、数１００ｎｓ程度の応答性を有するので使用可能である。また、透過率設定部３１１からの制御に応じて、第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に印加する電圧を変えることで、透過率を変化させることもできる。

　なお、図２０の光シャッタ３１０の構成に対して、上流側の光路に、偏光子とλ／２板とをさらに追加して光アイソレータとして機能させてもよい。なお、図２０において左側が上流側、右側が下流側であってもよい。その場合、光アイソレータは、ポッケルスセル３９４の第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に所定の高電圧を印加したときには、上流側と下流側の双方からの光を高透過し得る。すなわち、光アイソレータは開状態になり得る。第１の電極３９５ａと第２の電極３９５ｂとの間に所定の高電圧を印加しないときには、上流側と下流側の双方からの光の透過を抑制し得る。すなわち、光アイソレータは閉状態になり得る。

［７．制御部のハードウエア環境］
　当業者は、汎用コンピュータ又はプログラマブルコントローラにプログラムモジュール又はソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャーなどを含む。

　図２１は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図２１の例示的なハードウエア環境１００は、処理ユニット１０００と、ストレージユニット１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とを含んでもよいが、ハードウエア環境１００の構成は、これに限定されない。

　処理ユニット１０００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００１と、メモリ１００２と、タイマ１００３と、画像処理ユニット（ＧＰＵ）１００４とを含んでもよい。メモリ１００２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。ＣＰＵ１００１は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、ＣＰＵ１００１として使用されてもよい。

　図２１におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。

　動作において、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５にデータを書き込んでもよい。ＣＰＵ１００１は、ストレージユニット１００５から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１によって実行されるプログラム及びＣＰＵ１００１の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ１００３は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に計測結果を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、ストレージユニット１００５から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。

　パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、同期制御部３、露光装置制御部５、同期回路部１３、増幅器制御部３０、充電器３１、シフト量加算器５４、及び誤差制御部５５等の、処理ユニット１０００と通信可能なパラレルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらパラレルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、遅延回路５７、及び誤差制御部５５等の、処理ユニット１０００と通信可能な複数のシリアルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれら複数のシリアルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して、各種センサ、例えば光路長誤差検出器４３等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行ってもよい。

　ユーザインターフェイス１０１０は、操作者が処理ユニット１０００にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット１０００によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。

　例示的なハードウエア環境１００は、本開示における固体レーザ制御部１４等の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、固体レーザ制御部１４と、同期制御部３と、増幅器制御部３０とを統括制御する図示しない露光装置レーザ用制御部等は、イーサネット（登録商標）やインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。

［８．その他］
　上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

　本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書、及び添付の特許請求の範囲に記載される不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims

　シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置と、
　光共振器と、この光共振器内の光路上に配置されたチタンサファイヤ結晶とを含み、前記シード光が入射する増幅発振器と、
　前記チタンサファイヤ結晶に向けてパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置と、
　前記シード光の波長の正の整数倍と前記光共振器内の光路長との光路長誤差を検出する誤差検出器と、
　前記パルスレーザ光が前記チタンサファイヤ結晶に入射する直前のタイミングで前記光路長誤差が０に近づくように前記光共振器内の光路長を変化させる光路長補正部と
　を備えるチタンサファイヤレーザ装置。
　前記誤差検出器は、前記光共振器からの前記シード光の漏れ光の光路上に設けられている
　請求項１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記パルスレーザ光の出力タイミングを制御する発振トリガを前記パルスレーザ装置に出力する同期回路と、
　前記光共振器と前記誤差検出器との間における前記漏れ光の光路上に配置された光シャッタと、
　前記発振トリガに基づいて、前記光シャッタを、前記増幅発振器によってパルス状に増幅された前記シード光が前記光シャッタに入射している期間では閉じ、前記パルス状に増幅されたシード光が前記光シャッタに入射していない期間では開ける制御を行う光シャッタ制御部と
　をさらに備える
　請求項２に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記光共振器内の光路上に配置され、前記シード光を選択的に透過するバンドパスフィルタ
　をさらに備える
　請求項１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記シード光の波長は略９０４ｎｍである
　請求項１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記光共振器は、リング型の光共振器である
　請求項１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記増幅発振器から出力された前記シード光を往復させる第１のマルチパス光学システムと、この第１のマルチパス光学システム内の第１のマルチ光路上に設けられた第１の他のチタンサファイヤ結晶とを含む第１のマルチパス増幅器
　をさらに備える
　請求項１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１のマルチパス増幅器から出力された前記シード光を往復させる第２のマルチパス光学システムと、この第２のマルチパス光学システム内の第２のマルチ光路上に設けられた第２の他のチタンサファイヤ結晶とを含む第２のマルチパス増幅器
　をさらに備え、
　前記第２のマルチパス増幅器における前記シード光の往復回数は、前記第１のマルチパス増幅器における前記シード光の往復回数以下である
　請求項７に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１のマルチパス増幅器と前記第２のマルチパス増幅器との間の光路上に配置された分散プリズム
　をさらに備える
　請求項８に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１のマルチパス光学システムは、前記シード光の光路上の所定の入射位置における入射ビーム像を偶数回、前記シード光の光路上に転写結像させる
　請求項７に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１のマルチパス光学システムは、第１の集光レンズと第２の集光レンズとを含み、
　前記第１及び第２の集光レンズ間の光路長は、前記第１の集光レンズの焦点距離と前記第２の集光レンズの焦点距離との略和であり、
　前記第１の他のチタンサファイヤ結晶は、前記第１及び第２の集光レンズ間において前記第１の集光レンズの略後側焦点位置に設けられている
　請求項７に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１の集光レンズの焦点距離と前記第２の集光レンズの焦点距離とが略同一である
　請求項１１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１のマルチパス光学システムは、前記第１及び第２の集光レンズのうちのいずれか一方の集光レンズを通過した前記シード光の光路上に配置され、前記シード光の光路を前記一方の集光レンズに向けて折り返す一対の折り返しミラーを含み、
　前記一方の集光レンズから前記一対の折り返しミラーを経て、再度、前記一方の集光レンズに至るまでの光路の光路長が前記一方の集光レンズの焦点距離の略２倍である
　請求項１１に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　前記第１の集光レンズの焦点距離と前記第２の集光レンズの焦点距離とが略同一である
　請求項１３に記載のチタンサファイヤレーザ装置。
　シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置、を含むマスタ増幅発振部と、
　前記マスタ増幅発振部から出力された前記シード光を往復させる第１のマルチパス光学システムと、この第１のマルチパス光学システム内の第１のマルチ光路上に設けられた第１のチタンサファイヤ結晶とを含む第１のマルチパス増幅器と、
　前記第１のマルチパス増幅器から出力された前記シード光を往復させる第２のマルチパス光学システムと、この第２のマルチパス光学システム内の第２のマルチ光路上に設けられた第２のチタンサファイヤ結晶とを含む第２のマルチパス増幅器と
　を備え、
　前記第２のマルチパス増幅器における前記シード光の往復回数は、前記第１のマルチパス増幅器における前記シード光の往復回数以下である
　チタンサファイヤレーザ装置。
　シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置と、
　光共振器と、この光共振器内の光路上に配置されたチタンサファイヤ結晶とを含み、前記シード光が入射する増幅発振器と、
　前記チタンサファイヤ結晶に向けてパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置と、
　前記シード光の波長の正の整数倍と前記光共振器内の光路長との光路長誤差を検出する誤差検出器と、
　前記パルスレーザ光が前記チタンサファイヤ結晶に入射する直前のタイミングで前記光路長誤差が０に近づくように前記光共振器内の光路長を変化させる光路長補正部と
　を備える露光装置用レーザ装置。
　シングル縦モードでＣＷ発振してシード光を出力するＣＷ発振レーザ装置、を含むマスタ増幅発振部と、
　前記マスタ増幅発振部から出力された前記シード光を往復させる第１のマルチパス光学システムと、この第１のマルチパス光学システム内の第１のマルチ光路上に設けられた第１のチタンサファイヤ結晶とを含む第１のマルチパス増幅器と、
　前記第１のマルチパス増幅器から出力された前記シード光を往復させる第２のマルチパス光学システムと、この第２のマルチパス光学システム内の第２のマルチ光路上に設けられた第２のチタンサファイヤ結晶とを含む第２のマルチパス増幅器と
　を備え、
　前記第２のマルチパス増幅器における前記シード光の往復回数は、前記第１のマルチパス増幅器における前記シード光の往復回数以下である
　露光装置用レーザ装置。
　増幅発振器から出力されたパルス状のシード光を往復させると共に、前記シード光の光路上の所定の入射位置における入射ビーム像を偶数回、前記シード光の光路上に転写結像させるマルチパス光学システムと、
　このマルチパス光学システム内のマルチ光路上に設けられ、前記シード光を増幅するチタンサファイヤ結晶と
　を備えるチタンサファイヤ増幅器。
　前記マルチパス光学システムは、第１の集光レンズと第２の集光レンズとを含み、
　前記第１及び第２の集光レンズ間の光路長は、前記第１の集光レンズの焦点距離と前記第２の集光レンズの焦点距離との略和であり、
　前記チタンサファイヤ結晶は、前記第１及び第２の集光レンズ間において前記第１の集光レンズの略後側焦点位置に設けられている
　請求項１８に記載のチタンサファイヤ増幅器。
　前記第１の集光レンズの焦点距離と前記第２の集光レンズの焦点距離とが略同一である
　請求項１９に記載のチタンサファイヤ増幅器。
　前記マルチパス光学システムは、前記第１及び第２の集光レンズのうちのいずれか一方の集光レンズを通過した前記シード光の光路上に配置され、前記シード光の光路を前記一方の集光レンズに向けて折り返す一対の折り返しミラーを含み、
　前記一方の集光レンズから前記一対の折り返しミラーを経て、再度、前記一方の集光レンズに至るまでの光路の光路長が前記一方の集光レンズの焦点距離の略２倍である
　請求項２０に記載のチタンサファイヤ増幅器。