WO2018138819A1 - レーザシステム - Google Patents

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貴士 小野瀬
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ギガフォトン株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a laser system.
  • the semiconductor exposure apparatus As semiconductor integrated circuits are miniaturized and highly integrated, improvement in resolving power is demanded in semiconductor exposure apparatuses.
  • the semiconductor exposure apparatus is simply referred to as “exposure apparatus”. For this reason, the wavelength of light output from the light source for exposure is being shortened.
  • a gas laser device As a light source for exposure, a gas laser device is used instead of a conventional mercury lamp.
  • a KrF excimer laser device that outputs ultraviolet light with a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser device that outputs ultraviolet light with a wavelength of 193.4 nm are used as the exposure laser device.
  • Current exposure technology includes immersion exposure that fills the gap between the projection lens on the exposure apparatus side and the wafer with liquid and changes the refractive index of the gap to shorten the apparent wavelength of the exposure light source.
  • immersion exposure is performed using an ArF excimer laser device as an exposure light source, the wafer is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 134 nm in water. This technique is called ArF immersion exposure.
  • ArF immersion exposure is also called ArF immersion lithography.
  • the spectral line width in natural oscillation of KrF and ArF excimer laser devices is as wide as about 350 to 400 pm, the chromatic aberration of laser light (ultraviolet light) projected on the wafer by the projection lens on the exposure device side is generated, resulting in high resolution. descend. Therefore, it is necessary to narrow the spectral line width of the laser light output from the gas laser device until the chromatic aberration becomes negligible. For this reason, a narrowband module (Line Narrowing Module) having a narrowband element is provided in the laser resonator of the gas laser device. With this narrowband module, the spectral linewidth is narrowed.
  • the band narrowing element may be an etalon or a grating.
  • a laser device whose spectral line width is narrowed in this way is called a narrow-band laser device.
  • an optical pulse stretcher that extends the pulse width of the laser beam is used for the laser device so that damage to the optical system of the exposure apparatus is reduced.
  • the optical pulse stretcher lowers the peak power level of each pulsed light by decomposing each pulsed light included in the laser light output from the laser device into a plurality of pulsed lights having a time difference.
  • JP 2011-176358 A Japanese Patent No. 2760159 JP-A-11-312631 JP 2012-156531 A JP-A-3-215930 JP 2012-204819 A JP 2011-192849 A
  • a laser system comprises: A. A laser device for outputting pulsed laser light; B. C. an optical pulse stretcher including a delayed optical path for extending the pulse width of the pulsed laser light; A phase optical element that is included in a delay optical path and has a function of spatially randomly shifting the phase of pulsed laser light.
  • a laser system comprises: A laser system comprising: A. A laser device for outputting pulsed laser light; B. An amplifier including an optical resonator and amplifying pulsed laser light output from the laser device; and C. A first phase optical element that is included in the optical path of the optical resonator and includes a function of spatially randomly shifting the phase of the pulsed laser light.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser system according to a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the positional relationship between the beam splitter and the first to fourth concave mirrors.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining output light from the OPS.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an OPS that decomposes pulsed laser light temporally and spatially.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an incident optical path of the extended pulse laser beam into the discharge space.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a laser system in which a random phase plate is arranged on the incident side of the amplifier.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the laser system according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the random phase plate.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the random phase plate.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration according to a first modification of the random phase plate.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration according to a second modification of the random phase plate.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of the OPS used in the laser system according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a concave mirror including a spatial random phase shift function.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration according to a first modification of the concave mirror.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a configuration according to a second modification of the concave mirror.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the OPS used in the laser system according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a beam splitter including a spatial random phase shift function.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a configuration according to a first modification of the beam splitter.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a configuration according to a second modification of the beam splitter.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a laser system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a laser system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a laser system according to the fifth embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration of an amplifier used in the laser system according to the sixth embodiment.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a modification of the window including the spatial random phase shift function.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a modification of an amplifier including a ring resonator.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration of an amplifier used in the laser system according to the seventh embodiment.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a configuration of a rear mirror including a spatial random phase shift function.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing a configuration according to a first modification of the rear mirror.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating a configuration according to a second modification of the rear mirror.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration of an amplifier used in the laser system according to the eighth embodiment.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing a configuration of an output coupling mirror including a spatial random phase shift function.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view showing a configuration according to a first modification of the output coupling mirror.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view illustrating a configuration according to a second modification of the output coupling mirror.
  • FIG. 33 is a diagram illustrating a configuration of an amplifier used in the laser system according to the ninth embodiment.
  • FIG. 34 is a cross-sectional view showing a configuration of a highly reflective mirror including a spatial random phase shift function.
  • FIG. 35 is a cross-sectional view showing a configuration according to a first modification of the high reflection mirror.
  • FIG. 36 is a cross-sectional view showing a configuration according to a second modification of the high reflection mirror.
  • FIG. 37 is a diagram illustrating a configuration of an amplifier used in the laser system according to the tenth embodiment.
  • FIG. 38 is a cross-sectional view showing a configuration of an output coupling mirror including a spatial random phase shift function.
  • FIG. 39 is a cross-sectional view showing a configuration according to a first modification of the output coupling mirror.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view illustrating a configuration according to a second modification of the output coupling mirror.
  • FIG. 41 is a diagram illustrating a modification of the ring resonator.
  • FIG. 1 schematically illustrates a configuration of a laser system 2 according to a comparative example.
  • the laser system 2 includes a solid-state laser device 3 as a master oscillator, an optical pulse stretcher (OPS) 10, a beam expander 20, and an amplifier 30.
  • OPS optical pulse stretcher
  • the solid-state laser device 3 includes a semiconductor laser, an amplifier, a nonlinear crystal, and the like (not shown).
  • the solid-state laser device 3 outputs pulsed laser light PL in a single transverse mode.
  • the pulse laser beam PL is a Gaussian beam, and has a center wavelength in a wavelength range of 193.1 nm to 193.5 nm and a spectral line width of about 0.3 pm, for example.
  • the solid-state laser device 3 may be a solid-state laser device including a titanium sapphire laser that outputs a narrow-band pulsed laser beam having a center wavelength of about 773.4 nm and a nonlinear crystal that outputs a fourth harmonic. Good.
  • the OPS 10 includes a beam splitter 11 and first to fourth concave mirrors 12a to 12d.
  • the beam splitter 11 is a partial reflection mirror.
  • the reflectance of the beam splitter 11 is preferably in the range of 40% to 70%, and more preferably about 60%.
  • the beam splitter 11 is disposed on the optical path of the pulse laser beam PL output from the solid-state laser device 3.
  • the beam splitter 11 transmits a part of the incident pulsed laser light PL and reflects the other part.
  • the first to fourth concave mirrors 12a to 12d constitute a delay optical path for extending the pulse width of the pulse laser beam PL.
  • the first to fourth concave mirrors 12a to 12d all have mirror surfaces having the same curvature radius R.
  • the first and second concave mirrors 12a and 12b are arranged so that the light reflected by the beam splitter 11 is highly reflected by the first concave mirror 12a and enters the second concave mirror 12b.
  • the light highly reflected by the second concave mirror 12b is highly reflected by the third concave mirror 12c and further highly reflected by the fourth concave mirror 12d. It arrange
  • the distance between the beam splitter 11 and the first concave mirror 12a and the distance between the fourth concave mirror 12d and the beam splitter 11 are each half the radius of curvature R, that is, R / 2. Further, the distance between the first concave mirror 12a and the second concave mirror 12b, the distance between the second concave mirror 12b and the third concave mirror 12c, and the third concave mirror 12c and the fourth concave mirror 12c. The distance from the concave mirror 12d is the same as the radius of curvature R.
  • the first to fourth concave mirrors 12a to 12d all have the same focal length F.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the positional relationship between the beam splitter 11 and the first to fourth concave mirrors 12a to 12d.
  • the first to fourth concave mirrors 12a to 12d are replaced with convex lenses 13a to 13d having a focal length of F, respectively.
  • P0 represents the position of the beam splitter 11.
  • P1 to P4 represent the positions of the first to fourth concave mirrors 12a to 12d, respectively.
  • the delay optical system constituted by the first to fourth concave mirrors 12a to 12d is a collimating optical system, when the incident light to the first concave mirror 12a is collimated light, the fourth concave mirror 12d The light emitted from the light becomes collimated light.
  • the first to fourth concave mirrors 12a to 12d are arranged such that the optical path length L OPS is equal to or greater than the temporal coherent length L C of the pulse laser beam PL.
  • ⁇ is the center wavelength of the pulse laser beam PL.
  • the beam expander 20 is disposed on the optical path of the extended pulse laser beam PT output from the OPS 10.
  • the extended pulse laser beam PT is light in which the pulse width of the pulse laser beam PL is extended by the OPS 10.
  • the beam expander 20 includes a concave lens 21 and a convex lens 22. The beam expander 20 expands the beam diameter of the extended pulse laser beam PT input from the OPS 10 and outputs it.
  • the amplifier 30 is disposed on the optical path of the extended pulse laser beam PT output from the beam expander 20.
  • the amplifier 30 is an excimer laser device that includes a laser chamber 31, a pair of discharge electrodes 32 a and 32 b, a rear mirror 33, and an output coupling mirror 34.
  • the rear mirror 33 and the output coupling mirror 34 constitute a Fabry-Perot resonator as an optical resonator.
  • the rear mirror 33 and the output coupling mirror 34 are coated with a partial reflection film that partially reflects light having a wavelength that causes laser oscillation.
  • the reflectance of the partial reflection film of the rear mirror 33 is in the range of 80% to 90%.
  • the reflectance of the partial reflection film of the output coupling mirror 34 is in the range of 20% to 40%.
  • the laser chamber 31 is filled with a laser medium such as ArF laser gas.
  • the pair of discharge electrodes 32a and 32b are disposed in the laser chamber 31 as electrodes for exciting the laser medium by discharge.
  • a pulsed high voltage is applied between a pair of discharge electrodes 32a and 32b from a power source (not shown).
  • the traveling direction of the extended pulse laser beam PT output from the beam expander 20 is referred to as the Z direction.
  • a discharge direction between the pair of discharge electrodes 32a and 32b is referred to as a V direction.
  • the V direction is orthogonal to the Z direction.
  • the direction orthogonal to the Z direction and the V direction is referred to as the H direction.
  • Windows 31 a and 31 b are provided at both ends of the laser chamber 31.
  • the windows 31a and 31b are parallel plane substrates formed of, for example, calcium fluoride (CaF 2 ).
  • the windows 31a and 31b are arranged so that the incident angle of the extended pulse laser beam PT is approximately the Brewster angle.
  • the extended pulse laser beam PT output from the beam expander 20 passes through the rear mirror 33 and the window 31a and enters the discharge space 35 between the pair of discharge electrodes 32a and 32b as seed light.
  • the width of the discharge space 35 in the V direction substantially coincides with the beam diameter expanded by the beam expander 20.
  • the solid-state laser device 3 and the amplifier 30 are controlled by a synchronization control unit (not shown).
  • the amplifier 30 is controlled by the synchronization control unit such that the amplifier 30 is discharged at the timing when the extended pulse laser beam PT enters the discharge space 35.
  • the pulsed laser light PL output from the solid-state laser device 3 enters the beam splitter 11 in the OPS 10.
  • a part of the pulsed laser light PL incident on the beam splitter 11 passes through the beam splitter 11 and is output from the OPS 10 as zero-round light PS 0 that does not go around the delay optical path.
  • the reflected light reflected by the beam splitter 11 enters the delay optical path and is highly reflected by the first concave mirror 12a and the second concave mirror 12b.
  • the light image of the reflected light from the beam splitter 11 is formed as a first-magnification first transfer image by the first and second concave mirrors 12a and 12b.
  • the second transfer image of the same magnification is formed at the position of the beam splitter 11 by the third concave mirror 12c and the fourth concave mirror 12d.
  • a part of the light that has entered the beam splitter 11 as the second transfer image is reflected by the beam splitter 11 and is output from the OPS 10 as one-round light PS 1 that has made one round of the delay optical path.
  • c is the speed of light.
  • the transmitted light that has passed through the beam splitter 11 again enters the delay optical path and is highly reflected by the first to fourth concave mirrors 12a to 12d. It enters the beam splitter 11 again.
  • the reflected light reflected by the beam splitter 11 is output from the OPS 10 as a two-round light PS 2 that has rounded the delay optical path twice.
  • the two-round light PS 2 is output with a delay time ⁇ t from the one-round light PS 1 .
  • the OPS 10 outputs pulsed light in order of the three-round light PS 3 , the four-round light PS 4 ,.
  • the light intensity of the pulsed light output from the OPS 10 decreases as the number of circulations of the delayed optical path increases.
  • the pulse laser beam PL is decomposed into a plurality of pulse beams PS 0 , PS 1 , PS 2 ,. .
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents light intensity.
  • Stretched pulse laser light PT described above, a plurality of light pulses PS n of pulsed laser beam PL is formed by decomposition by OPS10 were synthesized.
  • n 0, 1, 2,..., And n represents the number of circulations of the delay optical path.
  • the optical path length L OPS is equal to or greater than the temporal coherent length L C , the mutual coherence of the plurality of pulse lights PS n is reduced. Therefore, coherence of elongated pulse laser beam PT constituted by a plurality of light pulses PS n decreases.
  • the extended pulse laser beam PT output from the OPS 10 enters the beam expander 20, and the beam expander 20 increases the beam diameter and outputs it.
  • the extended pulse laser beam PT output from the beam expander 20 enters the amplifier 30.
  • the extended pulse laser beam PT incident on the amplifier 30 passes through the rear mirror 33 and the window 31a and enters the discharge space 35 as seed light.
  • discharge is generated by a power source (not shown) in synchronization with the incident of the extended pulse laser beam PT.
  • the extended pulse laser beam PT passes through the discharge space 35 excited by the discharge, so that stimulated emission occurs and is amplified.
  • the amplified extended pulse laser beam PT is oscillated by the optical resonator and output from the output coupling mirror 34.
  • the laser system 2 outputs the extended pulse laser beam PT having a reduced peak power level and reduced coherence compared to the pulse laser beam PL output from the solid-state laser device 3.
  • the pulse width TIS of the laser beam is defined by the following formula 1.
  • t is time.
  • I (t) is the light intensity at time t.
  • the pulse width TIS of the extended pulse laser beam PT is obtained using the following formula 1.
  • the coherence is reduced by temporally decomposing the pulsed laser light PL by the OPS 10, but the pulsed laser light is further reduced. It is possible to reduce coherence by spatially decomposing PL.
  • FIG. 4 shows a configuration of the OPS 10a that makes it possible to decompose the pulsed laser light PL temporally and spatially.
  • the OPS 10a has the same configuration as that of the OPS 10 described above except that the arrangement of the fourth concave mirror 12d is different.
  • the fourth concave mirror 12d is disposed at a position slightly rotated about the H direction as the rotation axis with respect to the position of the fourth concave mirror 12d of the OPS 10 indicated by a broken line.
  • a plurality of light pulses PS n output from OPS10a depending on the number of turns n of the delay optical path, emission angle is changed in the V direction. That is, a plurality of light pulses PS n output from OPS10a the optical path axis are different from each other.
  • a plurality of light pulses PS n output from OPS10a is spatially resolved in the V direction is incident on the beam expander 20.
  • the incident direction of the pulse laser beam PL to the OPS 10a is slightly inclined from the Z direction.
  • the plurality of light pulses PS n depending on the number of turns n of the delay optical path, passes through the optical path in the discharge space 35 is different.
  • OPS10a Because generates a plurality of pulsed light PS n of the pulsed laser beam PL temporally and spatially resolved, coherent output beam of the amplifier 30 is further reduced.
  • the discharge space 35 is not filled with the seed light at the same time in the V direction.
  • the seed light exists only for the time when the zero-round light PS 0 is incident. For this reason, there is no seed light on the optical path of the zero-round light PS 0 during the time when the round light after the first round light PS 1 is incident.
  • the upper level lifetime which is the lifetime of the atoms excited to the upper level is as short as about 2 ns. For this reason, if there is a space in the discharge space 35 that is not filled with seed light, spontaneous emission occurs in that space before stimulated emission by the seed light occurs. As a result, the output light of the amplifier 30 includes a lot of amplified (ASE) light as a result of spontaneous emission, as well as amplified light by stimulated emission.
  • ASE amplified
  • the OPS 10a configured as shown in FIG. 4 when used, there is a problem that the output light of the amplifier 30 decreases in coherence but increases in ASE light.
  • the reflectance of the optical resonator is increased, the energy in the optical resonator is increased, and the optical element may be damaged.
  • the pulse width of the extended pulse laser light PT it is conceivable to increase the pulse width of the extended pulse laser light PT.
  • the pulse width of the extended pulse laser beam PT is increased, the light intensity of the seed light is reduced, and components that do not contribute to amplification increase, so that more ASE light may be generated.
  • FIG. 6 shows a configuration of a laser system 2 a in which a random phase plate 40 is arranged on the incident side of the amplifier 30.
  • the laser system 2a has the same configuration as that of the laser system 2 according to the comparative example except that a random phase plate 40 is disposed between the OPS 10 and the beam expander 20.
  • the random phase plate 40 rotates about the axis C passing through the center of the random phase plate 40 and perpendicular to the random phase plate 40 by a rotation mechanism (not shown).
  • the axis C is parallel to the Z direction.
  • the random phase plate 40 is a two-dimensional arrangement in which a plurality of types of cells that shift the phase of laser light are randomly arranged.
  • the random phase plate 40 When the extended pulse laser beam PT emitted from the OPS 10 passes through the random phase plate 40, the phase is shifted according to the cell passing therethrough, and the spatial coherence is lowered.
  • the random phase plate 40 may generate speckle corresponding to the phase shift distribution by a plurality of cells. Therefore, it is conceivable to rotate the random phase plate 40 to change the phase shift distribution and change the speckle. For example, if the random phase plate 40 can be rotated for each pulse of the extended pulse laser beam PT, the speckle is different for each pulse, and the speckle distribution is averaged. Thereby, substantial speckles of the extended pulse laser beam PT can be reduced.
  • the pulse width of the pulse laser beam PL is about 20 ns
  • the pulse width of the extended pulse laser beam PT is about 200 ns. It is difficult to rotate more than the size. For this reason, the amount of change in the irradiation position of the extended pulse laser beam PT on the random phase plate 40 is smaller than the size of one cell during the time width of one pulse, and the speckle hardly changes. That is, even if the random phase plate 40 is rotated, each pulse is injected into the amplifier 30 with the speckle pattern formed by the random phase plate 40 reflected almost as it is in the beam profile. As a result, the speckle pattern is maintained in the amplified laser beam.
  • the laser system according to the first embodiment is the same as the configuration of the laser system according to the comparative example shown in FIG. 1 except that the configuration of the OPS is different.
  • substantially the same parts as those of the laser system according to the comparative example shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • FIG. 7 shows a configuration of a laser system 2b according to the first embodiment.
  • the laser system 2b includes a solid-state laser device 3, an OPS 10b, a beam expander 20, and an amplifier 30.
  • the OPS 10b includes a beam splitter 11, first to fourth concave mirrors 12a to 12d, and a random phase plate 50.
  • the laser system 2b has the same configuration as the laser system 2b according to the comparative example, except that the OPS 10b includes a random phase plate 50.
  • the random phase plate 50 is a phase optical element, and is provided individually in the delay optical path as a member different from the first to fourth concave mirrors 12a to 12d that are optical elements constituting the delay optical path.
  • the random phase plate 50 is fixedly disposed on the delay optical path between the second concave mirror 12b and the third concave mirror 12c.
  • the optical element constituting the delay optical path means an optical element for circulating the light that has been separated by the beam splitter and entered the delay optical path.
  • FIG. 8 shows the configuration of the random phase plate 50.
  • the random phase plate 50 includes a disk-shaped transparent substrate 51. On the surface of the transparent substrate 51, first cells 52a and second cells 52b having different phase shift amounts are randomly two-dimensionally arranged.
  • “random” means that the arrangement of the first cells 52 a and the second cells 52 b is aperiodic in any direction within the surface of the transparent substrate 51.
  • the first cell 52a and the second cell 52b are each square.
  • the first cell 52a and the second cell 52b are configured by forming a phase coat layer 52 having a predetermined thickness corresponding to the phase shift amount on the transparent substrate 51, as shown in FIG.
  • the thickness of the phase coat layer 52 differs between the first cell 52a and the second cell 52b.
  • the first method is a method in which films having different thicknesses are individually formed on the transparent substrate 51 using a mask or the like for the first cell 52a and the second cell 52b.
  • the second method after a film having a certain thickness is formed on the transparent substrate 51, the film is etched by etching or the like so that the first cell 52a and the second cell 52b have a predetermined thickness. Is the method.
  • the transparent substrate 51 is a material that transmits ultraviolet light with high transparency, and may be, for example, calcium fluoride (CaF 2 ) crystal or synthetic quartz glass. When the wavelength of transmitted light is about 193 nm, the material of the transparent substrate 51 is preferably a calcium fluoride crystal.
  • the material of the phase coat layer 52 is preferably a fluoride. For example, calcium fluoride (CaF 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), or gadolinium fluoride (GdF 3 ) is used. If there is no problem with durability, the material of the phase coat layer 52 may be silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the difference in thickness of the phase coat layer 52 between the first cell 52a and the second cell 52b causes a phase difference of k ⁇ between the transmitted light of the first cell 52a and the transmitted light of the second cell 52b.
  • the thickness of the phase coat layer 52 is set based on the refractive index of the phase coat layer 52, the wavelength of transmitted light, and a desired phase difference.
  • the phase coating layer 52 is not provided, and the amount of phase shift given to the pulsed laser light PL may be substantially zero.
  • the thickness of the phase coat layer 52 may be set so that the phase shift amount given to the pulsed laser light PL by the second cell 52b is approximately ⁇ .
  • the area ratio A1 / A2 is preferably in the range of 0.1 to 10. .
  • the area ratio A1 / A2 is more preferably about 1.
  • the areas of the first cell 52a and the second cell 52b are preferably determined according to the beam diameter of the pulsed laser light PL incident on the random phase plate 50.
  • each area of the first cell 52a and the second cell 52b is determined so that the total number of the first cell 52a and the second cell 52b on which the pulse laser beam PL is incident is about 10 to 10,000. It is preferable to do.
  • the beam diameter of the pulse laser beam PL is about 1 mm.
  • the upper limit of one side of the first cell 52a and the second cell 52b is 200 ⁇ m.
  • the lower limit of one side is preferably 10 ⁇ m. That is, each side of the first cell 52a and the second cell 52b is preferably in the range of 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the shape of the first cell 52a and the second cell 52b is not limited to a square, but may be a polygon such as a regular triangle or a regular hexagon. Moreover, the shape of the first cell 52a and the second cell 52b may be any shape other than a polygon. Furthermore, the first cell 52a and the second cell 52b may have different shapes and sizes.
  • the random phase plate 50 includes a function of spatially randomly shifting the phase of the laser light with the above configuration.
  • this function is referred to as a spatial random phase shift function.
  • the pulse width TIS of the extended pulse laser beam PT satisfies the following formula 2 when the optical path length of the optical resonator of the amplifier 30 is L amp. Is preferred.
  • the pulsed laser light PL output from the solid-state laser device 3 enters the beam splitter 11 in the OPS 10b. Part of the pulsed laser beam PL incident on the beam splitter 11 is transmitted through the beam splitter 11, is output from OPS10b 0 orbiting light PS 0 without orbiting the delay optical path.
  • the reflected light reflected by the beam splitter 11 enters the delay optical path, is highly reflected by the first concave mirror 12a and the second concave mirror 12b, and randomly The light enters the phase plate 50.
  • the phase of the pulse laser beam PL incident on the random phase plate 50 is spatially randomly shifted by passing through the random phase plate 50.
  • the pulse laser beam PL transmitted through the random phase plate 50 is highly reflected by the third concave mirror 12c and the fourth concave mirror 12d and is incident on the beam splitter 11 again.
  • a part of the light incident on the beam splitter 11 from the fourth concave mirror 12d is reflected by the beam splitter 11, and is output from the OPS 10b as a one-round light PS 1 that makes one round of the delay optical path.
  • the transmitted light that has passed through the beam splitter 11 enters the delay optical path again and is increased by the first concave mirror 12a and the second concave mirror 12b.
  • the light is reflected and enters the random phase plate 50.
  • the pulse laser beam PL incident on the random phase plate 50 is transmitted through the random phase plate 50, so that the phase is further spatially and randomly shifted.
  • the pulse laser beam PL transmitted through the random phase plate 50 is highly reflected by the third concave mirror 12c and the fourth concave mirror 12d and is incident on the beam splitter 11 again.
  • the n-round light PS n is pulsed light that has passed through the random phase plate 50 n times.
  • the pulsed light output from the OPS 10b has substantially the same optical path axis.
  • the OPS 10b since it is practically difficult to create the OPS 10b so that the optical path axes of the respective circulating lights completely coincide with each other, a certain amount of deviation occurs in the optical path axes of the respective circulating lights.
  • the amount of deviation of the optical path axis is usually larger than the size of the first cell 52a and the second cell 52b of the random phase plate 50. Speckle corresponding to the phase shift distribution of the random phase plate 50 is generated in the circulating light of the delay optical path, but the generated speckle distribution changes every time the random phase plate 50 passes due to the deviation of the optical path axis. It will be. For this reason, in the circulating light, the speckle distribution is averaged as the number of times n increases.
  • the pulse lights PS 0 , PS 1 , PS 2 ,... Output from the OPS 10b have different speckle distributions because the number of rotations n is different.
  • the extended pulsed laser light PT obtained by synthesizing these pulsed lights has a different speckle distribution of each pulsed light, so that substantial speckles are reduced.
  • the extended pulse laser beam PT outputted from the OPS 10b is incident on the beam expander 20, and the beam expander 20 enlarges the beam diameter and outputs it.
  • the extended pulse laser beam PT output from the beam expander 20 enters the amplifier 30.
  • the extended pulsed laser beam PT incident on the amplifier 30 passes through the rear mirror 33 and the window 31a, enters the discharge space 35 as seed light, and is amplified by causing discharge in the discharge space 35.
  • the optical path axes of the pulsed lights included in the extended pulsed laser light PT incident on the amplifier 30 substantially coincide with each other, they overlap each other in the discharge space 35. Further, as shown in the above equation 2, since the pulse width TIS of the extended pulse laser beam PT is larger than the optical path length L amp of the optical resonator, the seed light is discharged into the discharge space at any time during the discharge time of the amplifier 30. 35 is satisfied.
  • the extended pulse laser beam PT amplified by the amplifier 30 is oscillated by the optical resonator and output from the output coupling mirror 34.
  • Other operations and actions are the same as in the comparative example.
  • the random phase plate 50 is arranged on the delay optical path included in the OPS 10 b, the circulating light that circulates in the delay optical path has a phase each time it passes through the random phase plate 50. The spatial shift is random and the coherence is reduced. Further, since the circulating light changes the speckle distribution every time it passes through the random phase plate 50, the extended speckle laser light PT output from the OPS 10b is substantially reduced in speckle. Therefore, according to the first embodiment, speckle can be reduced without rotating the random phase plate 50. Further, in the first embodiment, since the rotation mechanism of the random phase plate 50 is unnecessary, there is an advantage that the laser system 2b can be easily manufactured as compared with the configuration shown in FIG.
  • each pulse light included in the extended pulse laser beam PT incident on the amplifier 30 has substantially the same optical path axis and spatially fills the discharge space 35. Therefore, FIG. 4 and FIG. Compared with the configuration shown in FIG. 5, generation of ASE light is suppressed. Further, since the pulse width TIS of the extended pulse laser beam PT is larger than the optical path length L amp of the optical resonator, and the discharge space 35 is filled with seed light at any time during the discharge time of the amplifier 30, the ASE light Generation is further suppressed.
  • the random phase plate 50 is disposed on the delay optical path between the second concave mirror 12b and the third concave mirror 12c.
  • the random phase plate 50 is not limited to the position between the second concave mirror 12b and the third concave mirror 12c, and may be disposed at any position on the delay optical path.
  • the circulating light is collimated light, and the beam diameter is large, which is preferable as the position of the random phase plate 50.
  • the random phase plate 50 is disposed on the delay optical path between the beam splitter 11 and the first concave mirror 12a in which the circulating light becomes collimated light, or between the fourth concave mirror 12d and the beam splitter 11. Is also preferable. That is, the random phase plate 50 is preferably disposed on the optical path of collimated light collimated in the delay optical path.
  • the beam expander 20 is disposed between the OPS 10b and the amplifier 30, but the discharge space 35 can be filled with seed light without using the beam expander 20.
  • the beam expander 20 may not be disposed.
  • the random phase plate 50 is configured by forming the phase coat layer 52 on the transparent substrate 51. Further, reflection suppression (AR: Anti-Reflective) is performed on the transparent substrate 51. A coat layer may be formed. By providing the AR coating layer, loss of light amount is reduced.
  • AR Anti-Reflective
  • FIG. 10 shows an example in which an AR coating layer 60 is formed on one surface of the transparent substrate 51.
  • the AR coating layer 60 is formed on the surface of the transparent substrate 51 opposite to the surface on which the phase coating layer 52 is formed.
  • the thickness of the AR coat layer 60 is ⁇ / 4.
  • the AR coating layer 60 is preferably made of magnesium fluoride (MgF 2 ) and is a single layer.
  • FIG. 11 shows an example in which the first AR coat layer 61 is formed on one surface of the transparent substrate 51 and the second AR coat layer 62 is formed on the other surface.
  • the first AR coating layer 61 is formed on the surface of the transparent substrate 51 opposite to the surface on which the phase coating layer 52 is formed.
  • the second AR coat layer 62 is formed on the surface of the transparent substrate 51 on the side where the phase coat layer 52 is formed.
  • the thicknesses of the first AR coat layer 61 and the second AR coat layer 62 are each ⁇ / 4.
  • the first AR coat layer 61 and the second AR coat layer 62 are preferably made of MgF 2 and are single layers.
  • the random phase plate 50 includes two types of cells, ie, the first cell 52a and the second cell 52b, as cells that cause a phase shift in the transmitted light, but is not limited thereto. Three or more types of cells having different phase shift amounts may be included.
  • the phase shift amount of each cell is preferably set to 0 to ⁇ , but the phase shift amount can also be set to ⁇ or more.
  • a laser system according to a second embodiment of the present disclosure will be described.
  • a phase optical element including a spatial random phase shift function a random phase plate is individually provided as a member different from the optical element constituting the OPS.
  • a spatial random phase shift function is added to the concave mirror that is an optical element constituting the OPS.
  • FIG. 12 shows a configuration of the OPS 10c used in the laser system according to the second embodiment.
  • the laser system according to the second embodiment has the same configuration as the laser system 2b according to the first embodiment, except that an OPS 10c is used instead of the OPS 10b.
  • the OPS 10c is different from the configuration of the OPS 10 according to the comparative example only in using a second concave mirror 70 including a spatial random phase shift function instead of the second concave mirror 12b.
  • the second concave mirror 70 includes a substrate 71a, a highly reflective film 71b, and a phase coat layer 72.
  • the substrate 71a is made of, for example, CaF 2 and has a surface processed into a concave shape.
  • the highly reflective film 71b is formed on the concave surface of the substrate 71a.
  • the highly reflective film 71b is, for example, a dielectric multilayer film having a thickness of several ⁇ m.
  • a dielectric multilayer film an aluminum oxide (Al 2 O 3) film and a silicon dioxide (SiO 2) film or a dielectric multilayer film of alternately laminated, magnesium fluoride (MgF 2) layer and gadolinium fluoride ( A dielectric multilayer film in which GdF 3 ) films are alternately stacked is used.
  • the phase coat layer 72 is formed on the surface of the highly reflective film 71b.
  • the material of the phase coat layer 72 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 72 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the second concave mirror 70 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function. Since the light incident on the second concave mirror 70 passes through the phase coat layer 72 twice in one reflection by the highly reflective film 71b, the thickness of the phase coat layer 72 with respect to the same phase shift amount is the phase Half of the coat layer 52 is sufficient.
  • the second embodiment is different from the operation of the laser system 2b according to the first embodiment only in that the phase of the pulse laser beam PL is spatially randomly shifted by the second concave mirror 70.
  • the circulating light that circulates in the delay optical path of the OPS 10c is incident on the second concave mirror 70, passes through the phase coat layer 72, is highly reflected by the high reflection film 71b, and then passes through the phase coat layer 72 again. As the circulating light passes through the phase coating layer 72, the phase is spatially randomly shifted. Each time the circulating light enters the second concave mirror 70 and is highly reflected, the phase is spatially randomly shifted.
  • the second concave mirror 12b includes the function of the concave mirror and the spatial random phase shift function, so that the optics included in the OPS is compared to the first embodiment.
  • the number of elements can be reduced.
  • a spatial random phase shift function is added to the second concave mirror among the first to fourth concave mirrors constituting the delay optical path, but spatial randomness is added to any concave mirror.
  • a phase shift function may be added.
  • a spatial random phase shift function may be added to the plurality of concave mirrors.
  • FIG. 14 shows a highly reflective mirror 80 that includes a spatial random phase shift function and is optically equivalent to a concave mirror.
  • the high reflection mirror 80 includes a plano-convex substrate 81 a, a high reflection film 81 b, and a phase coat layer 82.
  • the high reflection film 81b is formed on the surface of the substrate 81a on the plane side.
  • the substrate 81a on which the highly reflective film 81b is formed has optical characteristics equivalent to a concave mirror.
  • the high reflection film 81b is formed of a dielectric multilayer film similar to the high reflection film 71b.
  • the substrate 81a is made of, for example, CaF 2 .
  • the phase coat layer 82 is formed on the convex surface of the substrate 81a. Similar to the phase coat layer 72, the phase coat layer 82 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting. Therefore, the high reflection mirror 80 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function. The high reflection mirror 80 may be applied to any of the first to fourth concave mirrors that constitute the delay optical path.
  • the AR coating layer 83 may be formed on the convex surface of the substrate 81a, and the phase coating layer 82 may be formed on the surface of the AR coating layer 83.
  • the AR coat layer 83 has the same configuration as the AR coat layer 60 described above. Since the high reflection mirror 80 a includes the AR coating layer 83, the light amount loss is reduced as compared with the high reflection mirror 80.
  • the circulating light that circulates in the delay optical path passes through the phase coat layer 82 when incident on the high reflection mirrors 80 and 80a and when reflected.
  • the speckle distribution may be shifted. Thereby, there is an advantage that speckle is further reduced.
  • the mirror 70 shown in FIG. 13 is most excellent in terms of durability against the pulse laser beam PL.
  • a laser system according to a third embodiment of the present disclosure will be described.
  • a spatial random phase shift function is added to a concave mirror that is an optical element included in the OPS.
  • a spatial random phase shift function is added to a beam splitter that is one of optical elements included in the OPS.
  • FIG. 16 shows a configuration of the OPS 10d used in the laser system according to the third embodiment.
  • the laser system according to the third embodiment has the same configuration as the laser system 2b according to the first embodiment, except that an OPS 10d is used instead of the OPS 10b.
  • the OPS 10d is different from the OPS 10 according to the comparative example only in using a beam splitter 90 including a spatial random phase shift function instead of the beam splitter 11.
  • the beam splitter 90 includes a substrate 91a, a partial reflection film 91b, and a phase coat layer 92.
  • the substrate 91a is a parallel flat substrate and is formed of CaF 2 crystal or synthetic quartz glass.
  • a partial reflection film 91b is formed on one surface of the substrate 91a, and a phase coat layer 92 is formed on the other surface.
  • the partial reflection film 91b is formed on the surface of the substrate 91a opposite to the surface on which the pulse laser beam PL is incident from the solid-state laser device 3.
  • the partial reflection film 91b is a dielectric multilayer film, and the number of films is set so that the reflectance is about 60%.
  • the dielectric multilayer film or a dielectric multilayer film by laminating a the Al 2 O 3 film and the SiO 2 film alternately, the dielectric multilayer film formed by alternately laminating and MgF 2 film and GdF 3 film used.
  • the phase coat layer 92 is formed on the surface of the substrate 91a on which the pulse laser beam PL is incident from the solid-state laser device 3.
  • the material of the phase coat layer 92 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 92 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the beam splitter 90 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function.
  • the third embodiment is different from the operation of the laser system 2b according to the first embodiment only in that the phase of the pulsed laser light PL is spatially randomly shifted by the beam splitter 90.
  • the pulsed laser light PL output from the solid-state laser device 3 enters the beam splitter 90 in the OPS 10d.
  • the pulsed laser light PL incident on the beam splitter 90 passes through the phase coat layer 92 and the substrate 91a, and enters the partial reflection film 91b.
  • Part of the pulsed laser beam PL incident on the partially reflective layer 91b is transmitted through the partially reflective layer 91b, it is outputted from the OPS10d 0 orbiting light PS 0.
  • the zero-round light PS 0 passes through the phase coat layer 92, so that the phase is spatially randomly shifted.
  • the reflected light reflected by the partial reflection film 91b is transmitted through the substrate 91a and the phase coat layer 92 and output, and the first to fourth concave mirrors 12a ⁇ It enters the delay optical path constituted by 12d.
  • the light that has circulated in the delay optical path enters the beam splitter 90 again from the fourth concave mirror 12d.
  • Some of the light incident on the beam splitter 90 is reflected by the partial reflection film 91b, it is outputted from OPS10d as one round light PS 1.
  • the transmitted light that has passed through the partial reflection film 91b passes through the phase coat layer 92 again and goes around the delay optical path. Each time the circulating light in the delay optical path passes through the beam splitter 90, the phase is spatially randomly shifted.
  • the beam splitter 90 since the beam splitter 90 includes a beam splitting function and a spatial random phase shift function, the number of optical elements included in the OPS compared to the first embodiment. Can be reduced.
  • the phase of the zero-round light PS 0 is also spatially randomly shifted, so that the extended pulse laser light PT output from the OPS can be further increased than in the first and second embodiments. As the coherence is lowered, the substantial speckle is reduced.
  • the beam splitter 90 is configured by forming the partial reflection film 91b on one surface of the substrate 91a and forming the phase coat layer 92 on the other surface. Furthermore, an AR coating layer may be formed on the substrate 91a. In the beam splitter 90a shown in FIG. 18, an AR coating layer 93 is formed on the surface of the substrate 91a opposite to the surface on which the partial reflection film 91b is formed. The phase coat layer 92 is formed on the surface of the AR coat layer 93. The AR coat layer 93 has the same configuration as the AR coat layer 60 described above.
  • a partial reflection film 91b is formed on the surface of the substrate 91a on which the pulse laser beam PL is incident from the solid-state laser device 3, and the AR coating is provided on the surface opposite to the partial reflection film 91b.
  • a layer 93 is formed.
  • the phase coat layer 92 is formed on the surface of the partial reflection film 91b.
  • the beam splitters 90 a and 90 b include the AR coating layer 93, the light loss is reduced more than the beam splitter 90.
  • the phase coat layer 92 is provided on the substrate 91a on the incident side where the pulsed laser light PL is incident from the solid-state laser device 3, but on the opposite side to the incident side. It may be provided. Further, the partial reflection film 91b may be formed on any surface of the substrate 91a.
  • the beam splitter 90b shown in FIG. 19 is most excellent in terms of durability against the pulsed laser light PL.
  • phase optical element is provided in the delay optical path included in the OPS.
  • a random phase plate is provided as the phase optical element in the optical path of the optical resonator included in the amplifier.
  • FIG. 20 shows a configuration of a laser system 2c according to the fourth embodiment.
  • the laser system 2c includes a solid-state laser device 3, an OPS 10, a beam expander 20, and an amplifier 30a.
  • the laser system 2c has the same configuration as the laser system 2 according to the comparative example except for the configuration of the amplifier 30a.
  • the amplifier 30a includes a random phase plate 50 having the same configuration as that of the first embodiment in the optical path of the optical resonator.
  • the random phase plate 50 is a member different from the rear mirror 33, the output coupling mirror 34, and the windows 31a and 31b which are optical elements constituting the amplifier 30a.
  • the random phase plate 50 is individually provided in the optical path of the Fabry-Perot resonator formed by the rear mirror 33 and the output coupling mirror 34. Specifically, the random phase plate 50 is disposed on the optical path between the rear mirror 33 and the laser chamber 31.
  • the optical element constituting the amplifier means an optical element included in the laser chamber and the optical resonator.
  • the extended pulse laser beam PT output from the OPS 10 is expanded in beam diameter by the beam expander 20 and enters the amplifier 30a as seed light.
  • the extended pulse laser beam PT that has entered the amplifier 30 a passes through the rear mirror 33 and enters the random phase plate 50.
  • the phase of the extended pulse laser beam PT is spatially randomly shifted by passing through the random phase plate 50.
  • the extended pulse laser beam PT that has passed through the random phase plate 50 is amplified by passing through the discharge space 35 through the window 31a.
  • the amplified extended pulse laser beam PT enters the output coupling mirror 34 through the window 31b.
  • the transmitted light that has passed through the output coupling mirror 34 is output to the exposure apparatus.
  • the reflected light reflected by the output coupling mirror 34 is amplified by passing through the discharge space 35 again through the window 31b.
  • the amplified extended pulse laser beam PT passes through the random phase plate 50 again through the window 31a, so that the phase is further spatially randomly shifted.
  • the extended pulse laser beam PT that has passed through the random phase plate 50 is reflected by the rear mirror 33 and passes through the random phase plate 50, whereby the phase is further spatially randomly shifted.
  • the random phase plate 50 is disposed in the optical path of the optical resonator included in the amplifier 30a, the light traveling back and forth through the optical resonator passes through the random phase plate 50. Every time the phase is randomly shifted spatially, the coherence decreases. In addition, since this reciprocating light changes the speckle distribution every time it passes through the random phase plate 50, the pulsed laser light output from the amplifier 30a is substantially reduced in speckle.
  • the laser system 2c uses the OPS 10 according to the comparative example.
  • any one of the OPSs 10b to 10d including the phase optical elements described in the first to third embodiments is used. May be used.
  • the phase optical element included in the amplifier is referred to as a first phase optical element
  • the phase optical element included in the OPS is referred to as a second phase optical element. Called.
  • the random phase plate 50 is disposed between the rear mirror 33 and the laser chamber 31. Instead, the random phase plate 50 is connected between the output coupling mirror 34 and the laser chamber 31. You may arrange
  • the beam expander 20 is disposed between the OPS 10 and the amplifier 30a.
  • the discharge space 35 can be filled with seed light without using the beam expander 20.
  • the beam expander 20 may not be disposed.
  • an amplifier 30a including a Fabry-Perot resonator is used as an optical resonator.
  • an amplifier including a ring resonator is used as an optical resonator.
  • FIG. 21 shows a configuration of a laser system 2d according to the fifth embodiment.
  • the laser system 2d includes a solid-state laser device 3, an OPS 10, a beam expander 20, an amplifier 30b, and a high reflection mirror 100.
  • the laser system 2d has the same configuration as the laser system 2c according to the fourth embodiment except that the configuration of the amplifier 30b and the high reflection mirror 100 are included.
  • the high reflection mirror 100 causes the extended pulse laser beam PT output from the beam expander 20 to be highly reflected and incident on the amplifier 30b.
  • the amplifier 30b includes a laser chamber 31, an output coupling mirror 110, high reflection mirrors 120 to 122, and a random phase plate 50.
  • the high reflection mirrors 120 to 122 are plane mirrors.
  • the output coupling mirror 110 and the high reflection mirrors 120 to 122 constitute a ring resonator. This ring resonator forms two optical paths that intersect in the discharge space 35 of the laser chamber 31. Further, the optical path formed by the ring resonator is substantially parallel in the HZ plane perpendicular to the discharge direction.
  • the reflectance of the output coupling mirror 110 is in the range of 20% to 40%.
  • the random phase plate 50 has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the random phase plate 50 is a member different from the output coupling mirror 110, the high reflection mirrors 120 to 122, and the windows 31a and 31b, which are optical elements constituting the amplifier 30b.
  • the random phase plate 50 is individually provided in the optical path of the ring resonator constituted by the output coupling mirror 110 and the high reflection mirrors 120 to 122.
  • the random phase plate 50 is arranged between the laser chamber 31 and the high reflection mirrors 121 and 122 so that two optical paths intersecting in the discharge space 35 pass through. .
  • the expanded pulse laser beam PT output from the OPS 10 is expanded in beam diameter by the beam expander 20 and is incident on the output coupling mirror 110 of the amplifier 30 b via the high reflection mirror 100.
  • a portion of the extended pulse laser beam PT that has entered the output coupling mirror 110 passes through the output coupling mirror 110 and is then highly reflected by the high reflection mirror 120.
  • the extended pulse laser beam PT highly reflected by the high reflection mirror 120 enters the discharge space 35 through the window 31b.
  • the extended pulse laser beam PT incident on the discharge space 35 travels along the optical path inclined with respect to the Z direction, which is the longitudinal direction of the discharge electrodes 32a and 32b, and is amplified.
  • the amplified extended pulse laser beam PT is output from the laser chamber 31 through the window 31 a and is incident on the random phase plate 50.
  • the phase of the extended pulse laser beam PT is spatially randomly shifted by passing through the random phase plate 50.
  • the extended pulse laser beam PT that has passed through the random phase plate 50 is highly reflected by the high reflection mirrors 121 and 122 and enters the random phase plate 50 again.
  • the phase of the extended pulse laser beam PT is further spatially randomly shifted by passing through the random phase plate 50.
  • the extended pulse laser beam PT that has passed through the random phase plate 50 enters the discharge space 35 through the window 31a.
  • the extended pulse laser beam PT incident on the discharge space 35 travels along an optical path substantially parallel to the Z direction and is amplified.
  • the amplified extended pulse laser beam PT is output from the laser chamber 31 through the window 31 b and is incident on the output coupling mirror 110.
  • the transmitted light that has passed through the output coupling mirror 110 is output to the exposure apparatus.
  • the reflected light reflected by the output coupling mirror 110 goes around the optical path of the ring resonator again.
  • the random phase plate 50 is disposed in the optical path of the ring resonator included in the amplifier 30b, the light circulating around the ring resonator passes through the random phase plate 50. Every time the phase is randomly shifted spatially, the coherence decreases. In addition, the speckle distribution of this circulating light changes every time it passes through the random phase plate 50, so that the substantial speckle of the pulsed laser light output from the amplifier 30b is reduced.
  • the random phase plate 50 is arranged so that two intersecting optical paths in the discharge space 35 pass, but the random phase plate 50 is arranged so that only one optical path passes. Also good. Further, in the fifth embodiment, the random phase plate 50 is disposed between the laser chamber 31 and the high reflection mirrors 121 and 122. However, the random phase plate 50 includes the laser chamber 31, the output coupling mirror 110, and the high reflection mirror 120. You may arrange
  • the fifth embodiment can be modified similarly to the fourth embodiment.
  • any of the OPSs 10b to 10d described in the first to third embodiments may be used in place of the OPS 10. If the discharge space 35 can be filled with seed light without using the beam expander 20, the beam expander 20 need not be arranged.
  • a laser system according to a sixth embodiment of the present disclosure will be described.
  • a phase optical element including a spatial random phase shift function a random phase plate is provided in the amplifier as an individual member.
  • a spatial random phase shift function is added to a window of a laser chamber that is an optical element included in an amplifier.
  • FIG. 22 shows a configuration of an amplifier 30c used in the laser system according to the sixth embodiment.
  • the laser system according to the sixth embodiment has the same configuration as the laser system 2c according to the fourth embodiment except that an amplifier 30c is used instead of the amplifier 30a.
  • the amplifier 30 c includes a window 130 in which a phase coat layer 132 is formed on the rear side of the laser chamber 31.
  • the configuration of the amplifier 30c other than the window 130 is the same as that of the amplifier 30 according to the comparative example.
  • the window 130 includes a substrate 131a and a phase coat layer 132.
  • Substrate 131a is, for example, a parallel plane substrate formed by CaF 2.
  • the phase coat layer 132 is formed on the surface of the substrate 131a opposite to the laser chamber 31.
  • the material of the phase coat layer 132 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 132 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the window 130 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function.
  • the extended pulse laser beam PT that has entered the amplifier 30c as seed light passes through the window 130 when reciprocating the optical resonator formed by the rear mirror 33 and the output coupling mirror 34. Each time it passes, the phase shifts randomly in space. Other operations are the same as those in the fourth embodiment.
  • the window 130 provided in the laser chamber 31 includes a spatial random phase shift function, the number of optical elements included in the amplifier is reduced as compared with the fourth embodiment. can do.
  • the phase coat layer 132 is provided on the surface of the substrate 131a opposite to the laser chamber 31, so that metal dust emitted from the discharge electrodes 32a and 32b adheres to it. Damage caused by is suppressed.
  • the spatial random phase shift function is added to the rear side window, but the spatial random phase shift function may be added to the front side window. In this case, it is preferable to form a phase coat layer on the surface of the front side window opposite to the laser chamber.
  • a spatial random phase shift function may be added to both the front-side window and the rear-side window.
  • FIG. 23 shows a modification of the window 130 including the phase coat layer 132.
  • Window 130 includes a protective coat layer 131b.
  • the protective coat layer 131b is formed on the surface of the substrate 131a opposite to the laser chamber 31.
  • the phase coat layer 132 is formed on the surface of the protective coat layer 131b.
  • the protective coat layer 131b is preferably made of a fluoride, for example, magnesium fluoride (MgF 2 ) or gadolinium fluoride (GdF 3 ). Damage to the substrate 131a is suppressed by forming the protective coat layer 131b.
  • a protective coat layer may be formed.
  • FIG. 24 shows an example in which a window 130 including a phase coat layer 132 is provided on the rear side of the laser chamber 31 in an amplifier 30d including a ring resonator.
  • This amplifier 30d is used in place of the amplifier 30b included in the laser system 2d according to the fifth embodiment.
  • the amplifier 30d can be modified in the same manner as the amplifier 30c according to the sixth embodiment.
  • a laser system according to a seventh embodiment of the present disclosure will be described.
  • a spatial random phase shift function is added to the window of the laser chamber.
  • a spatial random phase shift function is added to the rear mirror among the rear mirror and the output coupling mirror constituting the Fabry-Perot resonator as an optical resonator.
  • FIG. 25 shows a configuration of an amplifier 30e used in the laser system according to the seventh embodiment.
  • the laser system according to the seventh embodiment has the same configuration as the laser system 2c according to the fourth embodiment except that an amplifier 30e is used instead of the amplifier 30a.
  • the amplifier 30e includes a rear mirror 140 on which a phase coat layer 142 is formed.
  • the amplifier 30e has the same configuration as the amplifier 30 according to the comparative example, except for the configuration of the rear mirror 140.
  • the rear mirror 140 includes a substrate 141a, a partial reflection film 141b, and a phase coat layer 142.
  • Substrate 131a is, for example, a parallel plane substrate formed by CaF 2.
  • the partial reflection film 141b is formed on the surface of the substrate 141a on the laser chamber 31 side.
  • the phase coat layer 142 is formed on the surface of the partial reflection film 141b.
  • the material of the phase coat layer 142 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 142 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the rear mirror 140 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function.
  • the extended pulse laser beam PT incident on the amplifier 30e as the seed light is reciprocated by the rear mirror 140 when reciprocating the optical resonator constituted by the rear mirror 140 and the output coupling mirror 34. Each time it is reflected, the phase is spatially randomly shifted. Other operations are the same as those in the fourth embodiment.
  • the rear mirror 140 which is an optical element included in the optical resonator, includes a spatial random phase shift function
  • the optical element included in the amplifier is compared with the fourth embodiment. The number can be reduced.
  • the rear mirror 140a shown in FIG. 27 is configured by forming the phase coat layer 142 on the surface of the substrate 141a on the laser chamber 31 side and forming the partial reflection film 141b on the other surface.
  • the rear mirror 140b shown in FIG. 28 has an AR coating layer 143 formed between the substrate 141a and the phase coating layer 142 in addition to the configuration of the rear mirror 140a shown in FIG.
  • the AR coat layer 143 has the same configuration as the AR coat layer 60 described above.
  • the rear mirror 140 is superior in terms of durability against laser light.
  • the rear mirrors 140a and 140b have a distance corresponding to the thickness of the substrate 141a between the partial reflection film 141b and the phase coat layer 142, the spatial random phase shift function is superior to the rear mirror 140.
  • the rear mirror 140b includes the AR coating layer 143, so that the light loss is reduced more than the rear mirror 140a.
  • a laser system according to an eighth embodiment of the present disclosure will be described.
  • a spatial random phase shift function is added to the rear mirror, but in the eighth embodiment, a spatial random phase shift function is added to the output coupling mirror.
  • FIG. 29 shows a configuration of an amplifier 30f used in the laser system according to the eighth embodiment.
  • the laser system according to the eighth embodiment has the same configuration as the laser system 2c according to the fourth embodiment except that an amplifier 30f is used instead of the amplifier 30a.
  • the amplifier 30f includes an output coupling mirror 150 on which a phase coat layer 152 is formed.
  • the amplifier 30 f has the same configuration as that of the amplifier 30 according to the comparative example, except for the configuration of the output coupling mirror 150.
  • the output coupling mirror 150 includes a substrate 151a, a partial reflection film 151b, a phase coat layer 152, and an AR coat layer 153.
  • Substrate 151a is, for example, a parallel plane substrate formed by CaF 2.
  • the partial reflection film 151b is formed on the surface of the substrate 151a on the laser chamber 31 side.
  • the phase coat layer 152 is formed on the surface of the partial reflection film 151b.
  • the material of the phase coat layer 152 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 152 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the output coupling mirror 150 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function.
  • the AR coating layer 153 is formed on the surface of the substrate 151a opposite to the laser chamber 31.
  • the AR coat layer 153 has the same configuration as the AR coat layer 60 described above.
  • the extended pulsed laser light PT that has entered the amplifier 30f as seed light travels back and forth through the optical resonator constituted by the rear mirror 33 and the output coupling mirror 150. Each time it is reflected at 150, the phase is spatially randomly shifted. Other operations are the same as those in the fourth embodiment.
  • the output coupling mirror 150 which is an optical element included in the optical resonator, includes a La-spatial random phase shift function, it is included in the amplifier as compared with the fourth embodiment.
  • the number of optical elements can be reduced.
  • the output coupling mirror 150a shown in FIG. 31 is configured by forming a phase coat layer 152 on the surface of the substrate 151a on the laser chamber 31 side and forming a partial reflection film 151b on the other surface.
  • the output coupling mirror 150b shown in FIG. 32 has an AR coating layer 153 formed between the substrate 151a and the phase coating layer 152 in addition to the configuration of the output coupling mirror 150a shown in FIG.
  • the output coupling mirror 150 is superior in terms of durability against laser light.
  • the output coupling mirrors 150 a and 150 b have a distance corresponding to the thickness of the substrate 151 a between the partial reflection film 151 b and the phase coat layer 152, the spatial random phase shift function is superior to the output coupling mirror 150.
  • the output coupling mirror 150b includes the AR coating layer 153, the loss of light amount is reduced as compared with the output coupling mirror 150a.
  • the seventh embodiment is superior in terms of durability. This is because the rear mirror has a lower energy load of the laser beam than the output coupling mirror and extends the life of the rear mirror.
  • a spatial random phase shift function is added to the rear mirror, and in the eighth embodiment, a spatial random phase shift function is added to the output coupling mirror. And a spatial random phase shift function may be added to both.
  • a laser system according to a ninth embodiment of the present disclosure will be described.
  • a spatial random phase shift function is added to the optical element included in the Fabry-Perot resonator.
  • a high optical element included in the ring resonator is used.
  • a spatial random phase shift function is added to the reflecting mirror.
  • FIG. 33 shows a configuration of an amplifier 30g used in the laser system according to the ninth embodiment.
  • the laser system according to the ninth embodiment has the same configuration as the laser system 2d according to the fifth embodiment, except that an amplifier 30g is used instead of the amplifier 30b.
  • the amplifier 30g includes a high reflection mirror 160 on which a phase coat layer 162 is formed in a ring resonator.
  • the amplifier 30g has the same configuration as the amplifier 30b according to the fifth embodiment except for the configuration of the high reflection mirror 160.
  • the high reflection mirror 160 includes a substrate 161a, a high reflection film 161b, and a phase coat layer 162.
  • the substrate 161a is a parallel plane substrate made of, for example, CaF 2 .
  • the high reflection film 161b is formed on the surface of the substrate 161a on the incident side of the extended pulse laser beam PT.
  • the phase coat layer 162 is formed on the surface of the highly reflective film 161b.
  • the material of the phase coat layer 162 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 162 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the high reflection mirror 160 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function.
  • the extended pulse laser beam PT that has entered the amplifier 30g as seed light passes through the output coupling mirror 110 and is reflected by the high reflection mirror 160.
  • the extended pulse laser beam PT goes around the ring resonator including the high reflection mirror 160, the phase is spatially randomly shifted every time it is reflected by the high reflection mirror 160.
  • Other operations are the same as those in the fifth embodiment.
  • the high reflection mirror 160 which is an optical element included in the ring resonator, includes a spatial random phase shift function
  • the optical element included in the amplifier is compared with the fifth embodiment. The number of elements can be reduced.
  • the high reflection mirror 160a shown in FIG. 35 is configured by forming a phase coat layer 162 on the surface of the substrate 161a on the incident side of the extended pulse laser beam PT and forming a high reflection film 161b on the other surface.
  • a high reflection mirror 160b shown in FIG. 36 is obtained by forming an AR coat layer 163 between the substrate 161a and the phase coat layer 162 in addition to the configuration of the high reflection mirror 160a shown in FIG.
  • the AR coat layer 163 has the same configuration as the AR coat layer 60 described above.
  • the high reflection mirror 160 When comparing the high reflection mirrors 160, 160a, and 160b shown in FIGS. 34 to 36, the high reflection mirror 160 is superior in terms of durability against laser light. However, since the high reflection mirrors 160 a and 160 b have a distance corresponding to the thickness of the substrate 161 a between the high reflection film 161 b and the phase coat layer 162, the spatial random phase shift function is superior to the high reflection mirror 160. Further, since the high reflection mirror 160b includes the AR coating layer 163, the loss of light amount is reduced as compared with the high reflection mirror 160a.
  • a spatial random phase shift function is added to the high reflection mirror 160 on which the extension pulse laser beam PT first enters.
  • a spatial random phase shift function may be added to any high reflection mirror.
  • the high reflection mirror 160 to which the extended pulse laser beam PT first enters has the lowest energy density of the laser beam and the energy load is small, it is preferable to add a spatial random phase shift function to the high reflection mirror 160.
  • a spatial random phase shift function may be added to a plurality of high reflection mirrors.
  • a spatial random phase shift function is added to a high reflection mirror as an optical element included in a ring resonator.
  • a spatial random phase shift function is added to an output coupling mirror as an optical element included in a ring resonator.
  • FIG. 37 shows a configuration of an amplifier 30h used in the laser system according to the tenth embodiment.
  • the laser system according to the tenth embodiment has the same configuration as the laser system 2d according to the fifth embodiment except that an amplifier 30h is used instead of the amplifier 30b.
  • the amplifier 30h includes an output coupling mirror 170 in which a phase coat layer 172 is formed in a ring resonator.
  • the amplifier 30h has the same configuration as the amplifier 30b according to the fifth embodiment except for the configuration of the output coupling mirror 170.
  • the output coupling mirror 170 includes a substrate 171a, a partial reflection film 171b, and a phase coat layer 172.
  • Substrate 171a is, for example, a parallel plane substrate formed by CaF 2.
  • the partial reflection film 171b is formed on the surface of the substrate 161a on the laser chamber 31 side.
  • the phase coat layer 172 is formed on the surface of the partial reflection film 171b.
  • the material of the phase coat layer 172 is the same as the material of the phase coat layer 52 according to the first embodiment.
  • the phase coat layer 172 constitutes a plurality of cells having different phase shift amounts depending on the thickness setting, similarly to the phase coat layer 52 according to the first embodiment. Therefore, the output coupling mirror 170 also serves as a phase optical element including a spatial random phase shift function.
  • the extended pulse laser beam PT that has entered the amplifier 30 h as the seed beam circulates in the ring resonator including the output coupling mirror 170. Each time this circulating light passes through the output coupling mirror 170 or is reflected by the output coupling mirror 170, the phase is spatially randomly shifted. Other operations are the same as those in the fifth embodiment.
  • the output coupling mirror 170 which is an optical element included in the ring resonator, includes a spatial random phase shift function, the optical included in the amplifier compared to the fifth embodiment. The number of elements can be reduced.
  • the output coupling mirror 170a shown in FIG. 39 is configured by forming a phase coat layer 172 on the surface of the substrate 171a on the laser chamber 31 side and forming a partial reflection film 171b on the other surface.
  • the output coupling mirror 170b shown in FIG. 40 is obtained by forming an AR coating layer 173 between the substrate 171a and the phase coating layer 172 in addition to the configuration of the output coupling mirror 170a shown in FIG.
  • the AR coat layer 173 has the same configuration as the AR coat layer 60 described above.
  • An amplifier 30i shown in FIG. 41 has the same configuration as the amplifier 30b according to the fifth embodiment, except that the ring resonator includes an output coupling mirror 110, a high reflection mirror 120, and a high reflection prism 180. is there.
  • the amplifier 30i is provided with a high reflection prism 180 in place of the high reflection mirrors 121 and 122 included in the amplifier 30b shown in FIG.
  • the high reflection mirror 120 has an optical path of light reflected by the high reflection mirror 120 substantially parallel to the Z direction, which is the longitudinal direction of the discharge electrodes 32a and 32b.
  • the high reflection prism 180 bends the optical path of incident light and emits it along an optical path substantially parallel to the Z direction. Therefore, in this modification, the two optical paths in the discharge space 35 of the laser chamber 31 are substantially parallel.
  • the optical path formed by the ring resonator is substantially rectangular and is substantially parallel to the VZ plane parallel to the discharge direction.
  • the solid-state laser device 3 as a master oscillator is used.
  • the master oscillator is not limited to the solid-state laser device, and may be other laser devices such as an excimer laser device. Good.
  • the plurality of cells having different phase shift amounts are configured by forming phase coat layers having different thicknesses on the substrate. Since the phase shift amount depends on the thickness and refractive index of the medium through which the laser beam passes, it is possible to configure multiple cells with different phase shift amounts by changing the refractive index of the substrate for each cell region. It is.
  • the refractive index of the substrate may be set for each cell region by doping the substrate with ions or the like. In this case, the phase shift amount can be set by the concentration of the dopant.
  • germanium dioxide (GeO 2 ), fluorine (F), neodymium (Nd), aluminum (Al), cerium (Ce), or the like can be used.
  • phase shift layer a layer that gives a phase shift to the laser light.
  • the phase shift layer includes a phase coat layer whose thickness is set according to the phase shift amount as described above, and a substrate whose refractive index is set according to the phase shift amount.

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Abstract

レーザシステムであって、以下を備える：Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；Ｂ．パルスレーザ光のパルス幅を伸長するための遅延光路を含む光学パルスストレッチャ；及び、Ｃ．遅延光路内に含まれ、パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む位相光学素子。位相光学素子は、パルスレーザ光の位相をシフトさせる位相シフト量が異なり、配列がいずれの方向にも非周期である複数種のセルを含む。

Description

レーザシステム
　本開示は、レーザシステムに関する。
　半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、半導体露光装置においては解像力の向上が要請されている。半導体露光装置を以下、単に「露光装置」という。このため露光用光源から出力される光の短波長化が進められている。露光用光源には、従来の水銀ランプに代わってガスレーザ装置が用いられている。現在、露光用レーザ装置としては、波長２４８ｎｍの紫外線を出力するＫｒＦエキシマレーザ装置ならびに、波長１９３．４ｎｍ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上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。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 Narrowing Module）が設けられている。この狭帯域化モジュールによりスペクトル線幅の狭帯域化が実現されている。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線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。
　また、レーザ装置には、露光装置の光学系に与えるダメージが小さくなるように、レーザ光のパルス幅を伸長する光学パルスストレッチャが用いられる。光学パルスストレッチャは、レーザ装置から出力されるレーザ光に含まれる各パルス光を、時間差を有する複数のパルス光に分解することにより、各パルス光のピークパワーレベルを下げる。
特開２０１１－１７６３５８号公報 特許第２７６０１５９号公報 特開平１１－３１２６３１号公報 特開２０１２－１５６５３１号公報 特開平３－２１５９３０号公報 特開２０１２－２０４８１９号公報 特開２０１１－１９２８４９号公報
概要
　本開示の１つの観点に係るレーザシステムは、以下を備える：
　　Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
　　Ｂ．パルスレーザ光のパルス幅を伸長するための遅延光路を含む光学パルスストレッチャ；及び
　　Ｃ．遅延光路内に含まれ、パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む位相光学素子。
　本開示の他の１つの観点に係るレーザシステムは、以下を備える：
　レーザシステムであって、以下を備える：
　　Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
　　Ｂ．光共振器を含み、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を増幅する増幅器；及び
　　Ｃ．光共振器の光路内に含まれ、パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む第１の位相光学素子。
　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、比較例に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図２は、ビームスプリッタ及び第１～第４の凹面ミラーの位置関係を説明する図である。 図３は、ＯＰＳからの出力光について説明する図である。 図４は、パルスレーザ光を時間的及び空間的に分解するＯＰＳの構成を示す図である。 図５は、伸長パルスレーザ光の放電空間内への入射光路を説明する図である。 図６は、増幅器の入射側にランダム位相板を配置したレーザシステムの構成を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係るレーザシステムの構成を示す図である。 図８は、ランダム位相板の構成を示す斜視図である。 図９は、ランダム位相板の構成を示す断面図である。 図１０は、ランダム位相板の第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図１１は、ランダム位相板の第２の変形例に係る構成を示す断面図である。 図１２は、第２の実施形態に係るレーザシステムに用いられるＯＰＳの構成を示す図である。 図１３は、空間的ランダム位相シフト機能を含む凹面ミラーの構成を示す断面図である。 図１４は、凹面ミラーの第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図１５は、凹面ミラーの第２の変形例に係る構成を示す断面図である。 図１６は、第３の実施形態に係るレーザシステムに用いられるＯＰＳの構成を示す図である。 図１７は、空間的ランダム位相シフト機能を含むビームスプリッタの構成を示す断面図である。 図１８は、ビームスプリッタの第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図１９は、ビームスプリッタの第２の変形例に係る構成を示す断面図である。 図２０は、第４の実施形態に係るレーザシステムの構成を示す図である。 図２１は、第５の実施形態に係るレーザシステムの構成を示す図である。 図２２は、第６の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器の構成を示す図である。 図２３は、空間的ランダム位相シフト機能を含むウィンドウの変形例を示す断面図である。 図２４は、リング共振器を含む増幅器の変形例を示す図である。 図２５は、第７の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器の構成を示す図である。 図２６は、空間的ランダム位相シフト機能を含むリアミラーの構成を示す断面図である。 図２７は、リアミラーの第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図２８は、リアミラーの第２の変形例に係る構成を示す断面図である。 図２９は、第８の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器の構成を示す図である。 図３０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む出力結合ミラーの構成を示す断面図である。 図３１は、出力結合ミラーの第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図３２は、出力結合ミラーの第２の変形例に係る構成を示す断面図である。 図３３は、第９の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器の構成を示す図である。 図３４は、空間的ランダム位相シフト機能を含む高反射ミラーの構成を示す断面図である。 図３５は、高反射ミラーの第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図３６は、高反射ミラーの第２の変形例に係る構成を示す断面図である。 図３７は、第１０の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器の構成を示す図である。 図３８は、空間的ランダム位相シフト機能を含む出力結合ミラーの構成を示す断面図である。 図３９は、出力結合ミラーの第１の変形例に係る構成を示す断面図である。 図４０は、出力結合ミラーの第２の変形例に係る構成を示す断面図である 図４１は、リング共振器の変形例を示す図である。
実施形態
　＜内容＞
　１．比較例
　　１．１　構成
　　１．２　動作
　　１．３　パルス幅の定義
　　１．４　課題
　　　１．４．１　空間分解による可干渉性の低下
　　　１．４．２　ランダム位相板による可干渉性の低下
　２．第１の実施形態
　　２．１　構成
　　２．２　動作
　　２．３　効果
　　２．４　変形例
　３．第２の実施形態
　　３．１　構成
　　３．２　動作
　　３．３　効果
　　３．４　変形例
　４．第３の実施形態
　　４．１　構成
　　４．２　動作
　　４．３　効果
　　４．４　変形例
　５．第４の実施形態
　　５．１　構成
　　５．２　動作
　　５．３　効果
　　５．４　変形例
　６．第５の実施形態
　　６．１　構成
　　６．２　動作
　　６．３　効果
　　６．４　変形例
　７．第６の実施形態
　　７．１　構成
　　７．２　動作
　　７．３　効果
　　７．４　変形例
　８．第７の実施形態
　　８．１　構成
　　８．２　動作
　　８．３　効果
　　８．４　変形例
　９．第８の実施形態
　　９．１　構成
　　９．２　動作
　　９．３　効果
　　９．４　変形例
　１０．第９の実施形態
　　１０．１　構成
　　１０．２　動作
　　１０．３　効果
　　１０．４　変形例
　１１．第１０の実施形態
　　１１．１　構成
　　１１．２　動作
　　１１．３　効果
　　１１．４　変形例
　１２．リング共振器の変形例
　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．比較例
　　１．１　構成
　図１は、比較例に係るレーザシステム２の構成を概略的に示す。図１において、レーザシステム２は、マスターオシレータとしての固体レーザ装置３と、光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ：Optical Pulse Stretcher）１０と、ビームエキスパンダ２０と、増幅器３０と、を含む。
　固体レーザ装置３は、図示しない半導体レーザ、増幅器、非線形結晶等を含んで構成されている。固体レーザ装置３は、シングル横モードで、パルスレーザ光ＰＬを出力する。パルスレーザ光ＰＬは、ガウシアンビームであって、例えば、中心波長が１９３．１ｎｍ～１９３．５ｎｍの波長範囲内であり、かつスペクトル線幅が約０．３ｐｍである。固体レーザ装置３は、中心波長が約７７３．４ｎｍの狭帯域化されたパルスレーザ光を出力するチタンサファイアレーザと、４倍高調波を出力する非線形結晶と、を含む固体レーザ装置であってもよい。
　ＯＰＳ１０は、ビームスプリッタ１１と、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄと、を含む。ビームスプリッタ１１は、部分反射ミラーである。ビームスプリッタ１１の反射率は、４０％～７０％の範囲内であることが好ましく、約６０％であることがより好ましい。ビームスプリッタ１１は、固体レーザ装置３から出力されるパルスレーザ光ＰＬの光路上に配置されている。ビームスプリッタ１１は、入射したパルスレーザ光ＰＬの一部を透過させるとともに、他の一部を反射させる。
　第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄは、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅を伸長するための遅延光路を構成している。第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄは、全て同じ曲率半径Ｒの鏡面を有する。第１及び第２の凹面ミラー１２ａ，１２ｂは、ビームスプリッタ１１で反射された光が、第１の凹面ミラー１２ａで高反射され、第２の凹面ミラー１２ｂに入射するように配置されている。第３及び第４の凹面ミラー１２ｃ，１２ｄは、第２の凹面ミラー１２ｂで高反射された光が、第３の凹面ミラー１２ｃで高反射され、さらに第４の凹面ミラー１２ｄで高反射され、再びビームスプリッタ１１に入射するように配置されている。
　ビームスプリッタ１１と第１の凹面ミラー１２ａとの間の距離、及び第４の凹面ミラー１２ｄとビームスプリッタ１１との間の距離は、それぞれ曲率半径Ｒの半分、すなわち、Ｒ／２である。また、第１の凹面ミラー１２ａと第２の凹面ミラー１２ｂとの間の距離、第２の凹面ミラー１２ｂと第３の凹面ミラー１２ｃとの間の距離、及び第３の凹面ミラー１２ｃと第４の凹面ミラー１２ｄとの間の距離は、それぞれ曲率半径Ｒと同じである。
　第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄは、全て同じ焦点距離Ｆを有する。焦点距離Ｆは、曲率半径Ｒの半分、すなわち、Ｆ＝Ｒ／２である。したがって、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄにより構成される遅延光路の光路長ＬOPSは、焦点距離Ｆの８倍である。すなわち、ＯＰＳ１０は、ＬOPS＝８Ｆの関係を有する。
　図２は、ビームスプリッタ１１及び第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄの位置関係を説明する図である。図２では、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄを、それぞれ焦点距離がＦである凸レンズ１３ａ～１３ｄに置き換えて示している。Ｐ０は、ビームスプリッタ１１の位置を表している。Ｐ１～Ｐ４は、それぞれ第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄの位置を表している。
　第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄにより構成される遅延光学系は、コリメート光学系であるので、第１の凹面ミラー１２ａへの入射光がコリメート光である場合、第４の凹面ミラー１２ｄからの射出光はコリメート光となる。
　また、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄは、光路長ＬOPSが、パルスレーザ光ＰＬの時間的コヒーレント長ＬC以上となるように配置されている。時間的コヒーレント長ＬCは、ＬC＝λ2／Δλの関係式に基づいて算出される。ここで、λは、パルスレーザ光ＰＬの中心波長である。Δλは、パルスレーザ光ＰＬのスペクトル線幅である。例えば、λ＝１９３．３５ｎｍ、Δλ＝０．３ｐｍの場合には、ＬC＝０．１２５ｍとなる。
　ビームエキスパンダ２０は、ＯＰＳ１０から出力される伸長パルスレーザ光ＰＴの光路上に配置されている。伸長パルスレーザ光ＰＴは、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅がＯＰＳ１０により伸長された光である。ビームエキスパンダ２０は、凹レンズ２１と凸レンズ２２とを含む。ビームエキスパンダ２０は、ＯＰＳ１０から入力された伸長パルスレーザ光ＰＴを、そのビーム径を拡大して出力する。
　増幅器３０は、ビームエキスパンダ２０から出力される伸長パルスレーザ光ＰＴの光路上に配置されている。増幅器３０は、レーザチャンバ３１と、一対の放電電極３２ａ及び３２ｂと、リアミラー３３と、出力結合ミラー３４と、を含むエキシマレーザ装置である。リアミラー３３及び出力結合ミラー３４は、光共振器としてのファブリペロ共振器を構成している。リアミラー３３及び出力結合ミラー３４には、レーザ発振する波長の光を部分反射する部分反射膜がコートされている。リアミラー３３の部分反射膜の反射率は、８０％～９０％の範囲内である。出力結合ミラー３４の部分反射膜の反射率は、２０％～４０％の範囲内である。
　レーザチャンバ３１内には、ＡｒＦレーザガス等のレーザ媒質が充填されている。一対の放電電極３２ａ及び３２ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ３１内に配置されている。一対の放電電極３２ａ及び３２ｂの間には、図示しない電源からパルス状の高電圧が印加される。
　以下、ビームエキスパンダ２０から出力される伸長パルスレーザ光ＰＴの進行方向を、Ｚ方向と言う。一対の放電電極３２ａ及び３２ｂの間の放電方向をＶ方向と言う。Ｖ方向はＺ方向に直交する。Ｚ方向とＶ方向とに直交する方向をＨ方向と言う。
　レーザチャンバ３１の両端には、ウィンドウ３１ａ及び３１ｂが設けられている。ウィンドウ３１ａ及び３１ｂは、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）により形成された平行平面基板である。ウィンドウ３１ａ及び３１ｂは、伸長パルスレーザ光ＰＴの入射角がほぼブルースター角となるように配置されている。ビームエキスパンダ２０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３及びウィンドウ３１ａを通過して一対の放電電極３２ａ及び３２ｂの間の放電空間３５に、シード光として入射する。放電空間３５のＶ方向に関する幅は、ビームエキスパンダ２０により拡大されたビーム径とほぼ一致している。
　固体レーザ装置３と増幅器３０とは、図示しない同期制御部によって制御される。増幅器３０は、伸長パルスレーザ光ＰＴが放電空間３５に入射したタイミングで放電するように、同期制御部によって制御される。
　　１．２　動作
　次に、比較例に係るレーザシステム２の動作について説明する。まず、固体レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光ＰＬは、ＯＰＳ１０内のビームスプリッタ１１に入射する。ビームスプリッタ１１に入射したパルスレーザ光ＰＬのうち一部は、ビームスプリッタ１１を透過し、遅延光路を周回していない０周回光ＰＳ0としてＯＰＳ１０から出力される。
　ビームスプリッタ１１に入射したパルスレーザ光ＰＬのうち、ビームスプリッタ１１により反射された反射光は、遅延光路に進入し、第１の凹面ミラー１２ａと第２の凹面ミラー１２ｂとにより高反射される。ビームスプリッタ１１における反射光の光像は、第１及び第２の凹面ミラー１２ａ，１２ｂにより、等倍の第１の転写像として結像される。そして、第３の凹面ミラー１２ｃと第４の凹面ミラー１２ｄとによって、等倍の第２の転写像が、ビームスプリッタ１１の位置に結像する。
　第２の転写像としてビームスプリッタ１１に入射した光の一部は、ビームスプリッタ１１により反射され、遅延光路を１回周回した１周回光ＰＳ1としてＯＰＳ１０から出力される。この１周回光ＰＳ1は、０周回光ＰＳ0から遅延時間Δｔだけ遅れて出力される。このΔｔは、Δｔ＝ＬOPS／ｃと表される。ここで、ｃは光速である。
　第２の転写像としてビームスプリッタ１１に入射した光のうち、ビームスプリッタ１１を透過した透過光は、再び遅延光路に進入し、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄにより高反射されて、再びビームスプリッタ１１に入射する。ビームスプリッタ１１により反射された反射光は、遅延光路を２回周回した２周回光ＰＳ2としてＯＰＳ１０から出力される。この２周回光ＰＳ2は、１周回光ＰＳ1から遅延時間Δｔだけ遅れて出力される。
　この後、光の遅延光路の周回が繰り返されることにより、ＯＰＳ１０からは、３周回光ＰＳ3、４周回光ＰＳ4、・・・と、順にパルス光が出力される。ＯＰＳ１０から出力されるパルス光は、遅延光路の周回数が多くなるほど光強度が低下する。
　図３に示すように、パルスレーザ光ＰＬがＯＰＳ１０に入射した結果、パルスレーザ光ＰＬは、時間差を有する複数のパルス光ＰＳ0，ＰＳ1，ＰＳ2，・・・に分解されて出力される。図３において、横軸は時間を表し、縦軸は光強度を表している。前述の伸長パルスレーザ光ＰＴは、パルスレーザ光ＰＬがＯＰＳ１０により分解されてなる複数のパルス光ＰＳnが合成されたものである。ここで、ｎ＝０，１，２，・・・であり、ｎは遅延光路の周回数を表す。
　光路長ＬOPSが時間的コヒーレント長ＬC以上であるので、複数のパルス光ＰＳnの相互の可干渉性（coherence）が低下する。したがって、複数のパルス光ＰＳnで構成される伸長パルスレーザ光ＰＴの可干渉性が低下する。
　ＯＰＳ１０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ビームエキスパンダ２０に入射し、ビームエキスパンダ２０によりビーム径が拡大されて出力される。ビームエキスパンダ２０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、増幅器３０に入射する。増幅器３０に入射された伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３及びウィンドウ３１ａを通過して放電空間３５にシード光として入射する。
　放電空間３５には、伸長パルスレーザ光ＰＴが入射するのに同期して、図示しない電源により放電が生じる。伸長パルスレーザ光ＰＴが、放電によって励起された放電空間３５を通過することによって、誘導放出が生じ、増幅される。そして、増幅された伸長パルスレーザ光ＰＴは、光共振器によって発振して、出力結合ミラー３４から出力される。
　この結果、レーザシステム２からは、固体レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光ＰＬに比べて、ピークパワーレベルが低下し、かつ可干渉性が低下した伸長パルスレーザ光ＰＴが出力される。
　　１．３　パルス幅の定義
　レーザ光のパルス幅ＴＩＳは、下式１により定義される。ここで、ｔは時間である。Ｉ（ｔ）は、時間ｔにおける光強度である。伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅ＴＩＳは、下式１を用いて求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　　１．４　課題
　次に、比較例に係るレーザシステム２の課題について説明する。レーザシステム２から露光装置に供給されるレーザ光は、可干渉性が低いほど好ましいため、さらなる可干渉性の低下が求められている。
　　　１．４．１　空間分解による可干渉性の低下
　比較例に係るレーザシステム２では、ＯＰＳ１０によりパルスレーザ光ＰＬを時間的に分解することにより可干渉性を低下させているが、さらにパルスレーザ光ＰＬを空間的に分解することにより可干渉性を低下させることが可能である。
　図４は、パルスレーザ光ＰＬを時間的及び空間的に分解することを可能とするＯＰＳ１０ａの構成を示す。ＯＰＳ１０ａは、第４の凹面ミラー１２ｄの配置が異なること以外は、前述のＯＰＳ１０の構成と同一である。
　図４において、第４の凹面ミラー１２ｄは、破線で示すＯＰＳ１０の第４の凹面ミラー１２ｄの位置に対して、Ｈ方向を回転軸として僅かに回転させた位置に配置されている。この構成により、ＯＰＳ１０ａから出力される複数のパルス光ＰＳnは、遅延光路の周回数ｎに応じて、出射角がＶ方向に変化する。すなわち、ＯＰＳ１０ａから出力される複数のパルス光ＰＳnは、光路軸が互いに異なる。この結果、ＯＰＳ１０ａから出力される複数のパルス光ＰＳnは、Ｖ方向に空間的に分解されてビームエキスパンダ２０に入射する。なお、図４では、パルスレーザ光ＰＬのＯＰＳ１０ａへの入射方向を、Ｚ方向から僅かに傾けている。
　図５は、ビームエキスパンダ２０から出力された複数のパルス光ＰＳnが、シード光として増幅器３０の放電空間３５に入射する光路を示す。このように、複数のパルス光ＰＳnは、遅延光路の周回数ｎに応じて、放電空間３５内の通過光路が異なる。ＯＰＳ１０ａは、パルスレーザ光ＰＬを時間的及び空間的に分解した複数のパルス光ＰＳnを生成するので、増幅器３０の出力光の可干渉性がさらに低下する。
　しかしながら、上記のようにパルスレーザ光ＰＬを時間的及び空間的に分解すると、放電空間３５は、Ｖ方向に関して時間的に同時にシード光で満たされることはない。例えば、放電空間３５中の０周回光ＰＳ0が入射する空間は、０周回光ＰＳ0が入射する時間しかシード光が存在しない。このため、１周回光ＰＳ1以降の周回光が入射する時間には、０周回光ＰＳ0の光路上には、シード光は存在しない。
　エキシマレーザである増幅器３０では、上準位に励起された原子の寿命である上準位寿命が、２ｎｓ程度と短い。このため、放電空間３５中にシード光で満たされない空間が存在すると、その空間では、シード光による誘導放出が生じる前に、自然放出が生じてしまう。この結果、増幅器３０の出力光には、誘導放出による増幅光以外に、自然放出による増幅（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）光がノイズとして多く含まれることになる。
　したがって、図４に示すように構成されたＯＰＳ１０ａを用いると、増幅器３０の出力光は、可干渉性が低下するが、ＡＳＥ光が増加するという問題がある。このＡＳＥ光の発生を抑制するためには、増幅器３０の光共振器の反射率を高め、光共振器内にシード光をより多く存在させることが考えられる。しかし、光共振器の反射率を高めると、光共振器内のエネルギーが高くなり、光学素子が損傷する可能性がある。
　また、ＡＳＥ光の発生を抑制するためには、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅を長くすることが考えられる。しかし、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅を長くすると、シード光の光強度が低下し、増幅に寄与しない成分が増加するため、ＡＳＥ光がより多く発生する可能性がある。
　　　１．４．２　ランダム位相板による可干渉性の低下
　また、パルスレーザ光ＰＬの可干渉性を低下させるために、ランダム位相板を用いることが可能である。図６は、増幅器３０の入射側にランダム位相板４０を配置したレーザシステム２ａの構成を示す。レーザシステム２ａは、ＯＰＳ１０とビームエキスパンダ２０との間にランダム位相板４０が配置されていること以外は、比較例に係るレーザシステム２の構成と同一である。
　ランダム位相板４０は、図示しない回転機構により、ランダム位相板４０の中心を通り、ランダム位相板４０に垂直な軸Ｃを回転中心として回転する。軸Ｃは、Ｚ方向に平行である。ランダム位相板４０は、レーザ光の位相をシフトさせる複数種のセルがランダムに２次元配置されたものである。
　ＯＰＳ１０から射出された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ランダム位相板４０を通過することにより、通過するセルに応じて位相がシフトされ、空間的な可干渉性が低下する。ただし、ランダム位相板４０は、複数のセルによる位相シフト分布に対応したスペックルを発生させる可能性がある。そこで、ランダム位相板４０を回転させることにより、位相シフト分布を変化させ、スペックルを変化させることが考えられる。例えば、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルスごとにランダム位相板４０を回転させることが可能であれば、スペックルがパルスごとに異なり、スペックルの分布が平均化される。これにより、伸長パルスレーザ光ＰＴの実質的なスペックルを低減することができる。
　しかし、パルスごとにランダム位相板４０を回転させたとしても、各パルスのビームプロファイルには、スペックルが発生してしまう。このため、各パルスのスペックルを低減するには、１パルスのパルス幅の間に、ランダム位相板４０を１セルのサイズよりも大きく回転させる必要がある。
　しかしながら、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅は２０ｎｓ程度、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅は２００ｎｓ程度と非常に短いため、１パルスの時間幅の間に、回転機構によってランダム位相板４０を１セルのサイズよりも大きく回転させることは困難である。このため、伸長パルスレーザ光ＰＴのランダム位相板４０における照射位置の変化量は、１パルスの時間幅の間では、１セルのサイズよりも小さく、スペックルが殆ど変化しない。すなわち、ランダム位相板４０を回転させたとしても、各パルスは、ビームプロファイルにランダム位相板４０によるスペックルパターンがほぼそのまま反映されて増幅器３０に注入される。この結果、増幅後のレーザ光にはスペックルパターンが維持される。
　したがって、パルスごとにランダム位相板４０を回転させることによりスペックルをある程度低減することは可能であるが、露光装置におけるウエハの露光パルス数が少ない場合には、スペックルが十分に低減されないという課題がある。
　２．第１の実施形態
　次に、本開示の第１の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第１の実施形態に係るレーザシステムは、ＯＰＳの構成が異なること以外は、図１に示した比較例に係るレーザシステムの構成と同一である。以下では、図１に示した比較例に係るレーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
　　２．１　構成
　図７は、第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂの構成を示す。レーザシステム２ｂは、固体レーザ装置３と、ＯＰＳ１０ｂと、ビームエキスパンダ２０と、増幅器３０と、を含む。ＯＰＳ１０ｂは、ビームスプリッタ１１と、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄと、ランダム位相板５０と、を含む。レーザシステム２ｂは、ＯＰＳ１０ｂがランダム位相板５０を含むこと以外は、比較例に係るレーザシステム２ｂと同一の構成である。
　ランダム位相板５０は、位相光学素子であり、遅延光路を構成する光学素子である第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄとは別の部材として、遅延光路内に個別に設けられている。本実施形態では、ランダム位相板５０は、第２の凹面ミラー１２ｂと第３の凹面ミラー１２ｃとの間の遅延光路上に固定配置されている。なお、遅延光路を構成する光学素子とは、ビームスプリッタにより分離され遅延光路に進入した光を周回させるための光学素子を意味する。
　図８は、ランダム位相板５０の構成を示す。ランダム位相板５０は、円盤状の透明基板５１を含む。透明基板５１の表面には、位相シフト量が異なる第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとが、ランダムに２次元配列されている。ここで、ランダムとは、第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの配列が、透明基板５１の表面内におけるいずれの方向にも非周期的であることを意味する。第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂは、それぞれ正方形である。
　第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂは、図９に示すように、透明基板５１上に、位相シフト量に応じた所定の厚みの位相コート層５２を形成することにより構成されている。第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとは、位相コート層５２の厚みが異なっている。なお、透明基板５１上に位相シフト量に応じた所定の厚みの位相コート層５２を形成する方法には、少なくとも２つの方法がある。第１の方法は、第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとについて、透明基板５１上に、マスク等を用いて厚みの異なる膜をそれぞれ個別に成膜する方法である。第２の方法は、透明基板５１上に一定の厚みの膜を成膜した後、第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとについて、所定の厚みとなるように、エッチング等で膜を削る方法である。
　透明基板５１は、紫外線を高透過させる材料であって、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）結晶や合成石英ガラスであってもよい。透過光の波長が約１９３ｎｍである場合には、透明基板５１の材料は、フッ化カルシウム結晶であることが好ましい。また、位相コート層５２の材料は、フッ化物であることが好ましく、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、又はフッ化ガドリニウム（ＧｄＦ3）が用いられる。なお、耐久性が問題ない場合には、位相コート層５２の材料は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）であってもよい。
　第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとの位相コート層５２の厚みの差は、第１のセル５２ａの透過光と第２のセル５２ｂの透過光とに、ｋπの位相差を生じさせる値である。ここで、ｋは、ｋ＝１，２，３，・・・のいずれかの値である。位相コート層５２の厚みは、位相コート層５２の屈折率、透過光の波長、所望とする位相差に基づいて設定される。なお、第１のセル５２ａは、位相コート層５２を設けず、パルスレーザ光ＰＬに与える位相シフト量をほぼ０としてもよい。この場合、第２のセル５２ｂがパルスレーザ光ＰＬに与える位相シフト量がほぼπとなるように位相コート層５２の厚みを設定してもよい。
　透明基板５１上において、第１のセル５２ａが占める面積をＡ１、第２のセル５２ｂが占める面積をＡ２とすると、面積比Ａ１／Ａ２は、０．１～１０の範囲内であることが好ましい。面積比Ａ１／Ａ２は、ほぼ１であることがより好ましい。
　第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの各面積は、ランダム位相板５０に入射するパルスレーザ光ＰＬのビーム径に応じて決定することが好ましい。例えば、パルスレーザ光ＰＬが入射する第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとの総数が、約１０～１００００個となるように第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの各面積を決定することが好ましい。パルスレーザ光ＰＬのビーム径は、約１ｍｍである。
　第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂは、一辺の上限が２００μｍであることが好ましい。また、第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂは、サイズが小さすぎると回折が生じるので、一辺の下限が１０μｍであることが好ましい。すなわち、第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの各一辺は、１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。なお、第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの形状は、正方形に限られず、正三角形や正六角形等の多角形であってもよい。また、第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの形状は、多角形以外のどのような形状であってもよい。さらに、第１のセル５２ａと第２のセル５２ｂとで、形状や大きさが異なっていてもよい。
　ランダム位相板５０は、以上の構成により、レーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む。以下、この機能を、空間的ランダム位相シフト機能と称する。
　また、増幅器３０からのＡＳＥ光の発生を抑制するために、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅ＴＩＳは、増幅器３０の光共振器の光路長をＬampとした場合に、下式２を満たすことが好ましい。なお、光共振器の光路長Ｌampは、リアミラー３３と出力結合ミラー３４との間の距離である共振器長Ｌaの２倍である。すなわち、Ｌamp＝２Ｌaである。
　ＴＩＳ≧Ｌamp／ｃ　・・・（２）
　　２．２　動作
　次に、第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂの動作について説明する。まず、固体レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光ＰＬは、ＯＰＳ１０ｂ内のビームスプリッタ１１に入射する。ビームスプリッタ１１に入射したパルスレーザ光ＰＬのうち一部は、ビームスプリッタ１１を透過し、遅延光路を周回していない０周回光ＰＳ0としてＯＰＳ１０ｂから出力される。
　ビームスプリッタ１１に入射したパルスレーザ光ＰＬのうち、ビームスプリッタ１１により反射された反射光は、遅延光路に進入し、第１の凹面ミラー１２ａと第２の凹面ミラー１２ｂとにより高反射され、ランダム位相板５０に入射する。ランダム位相板５０に入射したパルスレーザ光ＰＬは、ランダム位相板５０を透過することによって位相が空間的にランダムにシフトする。ランダム位相板５０を透過したパルスレーザ光ＰＬは、第３の凹面ミラー１２ｃと第４の凹面ミラー１２ｄとによって高反射され、再びビームスプリッタ１１に入射する。
　第４の凹面ミラー１２ｄからビームスプリッタ１１に入射した光の一部は、ビームスプリッタ１１により反射され、遅延光路を１回周回した１周回光ＰＳ1としてＯＰＳ１０ｂから出力される。第４の凹面ミラー１２ｄからビームスプリッタ１１に入射した光のうち、ビームスプリッタ１１を透過した透過光は、再び遅延光路に進入し、第１の凹面ミラー１２ａと第２の凹面ミラー１２ｂとにより高反射され、ランダム位相板５０に入射する。ランダム位相板５０に入射したパルスレーザ光ＰＬは、ランダム位相板５０を透過することによって位相がさらに空間的にランダムにシフトする。ランダム位相板５０を透過したパルスレーザ光ＰＬは、第３の凹面ミラー１２ｃと第４の凹面ミラー１２ｄとによって高反射され、再びビームスプリッタ１１に入射する。
　第４の凹面ミラー１２ｄからビームスプリッタ１１に入射した光の一部は、ビームスプリッタ１１により反射され、遅延光路を２回周回した２周回光ＰＳ2としてＯＰＳ１０ｂから出力される。この後、光の遅延光路の周回が繰り返されることにより、ＯＰＳ１０ｂからは、３周回光ＰＳ3、４周回光ＰＳ4、・・・と、順にパルス光が出力される。ｎ周回光ＰＳnは、ランダム位相板５０をｎ回通過したパルス光である。ＯＰＳ１０ｂから出力されるパルス光は、光路軸がほぼ一致する。
　しかし、ＯＰＳ１０ｂは、各周回光の光路軸が完全に一致するように作成することは現実的には困難であるので、各周回光の光路軸にはある程度のズレが生じる。この光路軸のズレ量は、通常、ランダム位相板５０の第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂのサイズより大きくなる。遅延光路の周回光には、ランダム位相板５０の位相シフト分布に対応したスペックルが発生するが、光路軸のズレにより、発生するスペックルの分布がランダム位相板５０を通過するたびに変化することとなる。このため、周回光は、周回数ｎが大きくなるほど、スペックルの分布が平均化される。
　ＯＰＳ１０ｂから出力されるパルス光ＰＳ0，ＰＳ1，ＰＳ2，・・・は、それぞれ周回数ｎが異なるので、スペックルの分布が異なる。これらのパルス光が合成されてなる伸長パルスレーザ光ＰＴは、各パルス光のスペックルの分布が異なるので、実質的なスペックルが低減する。
　ＯＰＳ１０ｂから出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ビームエキスパンダ２０に入射し、ビームエキスパンダ２０によりビーム径が拡大されて出力される。ビームエキスパンダ２０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、増幅器３０に入射する。増幅器３０に入射された伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３及びウィンドウ３１ａを通過して放電空間３５にシード光として入射し、放電空間３５で放電が生じることにより増幅される。
　増幅器３０に入射する伸長パルスレーザ光ＰＴに含まれる各パルス光は、光路軸がほぼ一致しているので、放電空間３５内において互いに重なり合う。また、上式２に示すように、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅ＴＩＳが光共振器の光路長Ｌampよりも大きいので、増幅器３０の放電時間中はいずれの時間においてもシード光が放電空間３５を満たす。
　そして、増幅器３０により増幅された伸長パルスレーザ光ＰＴは、光共振器によって発振して、出力結合ミラー３４から出力される。その他の動作及び作用については、比較例と同様である。
　　２．３　効果
　第１の実施形態では、ＯＰＳ１０ｂに含まれる遅延光路上にランダム位相板５０を配置しているので、遅延光路を周回する周回光は、ランダム位相板５０を通過するたびに位相が空間的にランダムにシフトし、可干渉性が低下する。また、周回光は、ランダム位相板５０を通過するたびにスペックルの分布が変化するので、ＯＰＳ１０ｂから出力される伸長パルスレーザ光ＰＴは、実質的なスペックルが低減する。したがって、第１の実施形態によれば、ランダム位相板５０を回転させることなく、スペックルを低減することができる。また、第１の実施形態では、ランダム位相板５０の回転機構が不要であるので、図６に示した構成に比べてレーザシステム２ｂの製造が容易であるという利点がある。
　また、第１の実施形態では、増幅器３０に入射する伸長パルスレーザ光ＰＴに含まれる各パルス光は、光路軸がほぼ一致しており、放電空間３５を空間的に満たすので、図４及び図５に示した構成に比べて、ＡＳＥ光の発生が抑制される。さらに、伸長パルスレーザ光ＰＴのパルス幅ＴＩＳが光共振器の光路長Ｌampよりも大きく、増幅器３０の放電時間中はいずれの時間においても放電空間３５がシード光で満たされるので、ＡＳＥ光の発生をさらに抑制される。
　　２．４　変形例
　以下、第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂの変形例について説明する。第１の実施形態では、ランダム位相板５０を、第２の凹面ミラー１２ｂと第３の凹面ミラー１２ｃとの間の遅延光路上に配置している。ランダム位相板５０は、第２の凹面ミラー１２ｂと第３の凹面ミラー１２ｃとの間に限られず、遅延光路上であればいずれの位置に配置してもよい。
　なお、図２に示したように、第２の凹面ミラー１２ｂと第３の凹面ミラー１２ｃとの間は、周回光がコリメート光であり、ビーム径が大きいので、ランダム位相板５０の位置として好ましい。また、周回光がコリメート光となるビームスプリッタ１１と第１の凹面ミラー１２ａとの間や、第４の凹面ミラー１２ｄとビームスプリッタ１１との間の遅延光路上にランダム位相板５０を配置することも好ましい。すなわち、ランダム位相板５０は、遅延光路内においてコリメートされたコリメート光の光路上に配置されていることが好ましい。
　また、第１の実施形態では、ＯＰＳ１０ｂと増幅器３０との間にビームエキスパンダ２０を配置しているが、ビームエキスパンダ２０を用いなくても放電空間３５をシード光で満たすことが可能な場合は、ビームエキスパンダ２０を配置しなくてもよい。
　また、第１の実施形態では、ランダム位相板５０を、透明基板５１上に位相コート層５２を形成することにより構成しているが、さらに、透明基板５１上に反射抑制（ＡＲ：Anti Reflective）コート層を形成してもよい。ＡＲコート層を設けることにより、光量のロスが低減される。
　図１０は、透明基板５１の一方の表面にＡＲコート層６０を形成した例を示す。ＡＲコート層６０は、透明基板５１において位相コート層５２が形成される面とは反対側の面に形成されている。ＡＲコート層６０の厚みは、λ／４である。ＡＲコート層６０は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）により形成され、かつ単層であることが好ましい。
　図１１は、透明基板５１の一方の表面に第１のＡＲコート層６１を形成し、他方の表面に第２のＡＲコート層６２を形成した例を示す。第１のＡＲコート層６１は、透明基板５１において位相コート層５２が形成される面とは反対側の面に形成されている。第２のＡＲコート層６２は、透明基板５１において位相コート層５２が形成される側の面に形成されている。第１のＡＲコート層６１及び第２のＡＲコート層６２の厚みは、それぞれλ／４である。第１のＡＲコート層６１及び第２のＡＲコート層６２は、ＭｇＦ2により形成され、かつ単層であることが好ましい。
　また、第１の実施形態では、ランダム位相板５０は、透過光に位相シフトを生じさせるセルとして、第１のセル５２ａ及び第２のセル５２ｂの２種のセルを含むが、これに限られず、位相シフト量が異なる３種以上のセルを含んでもよい。ランダム位相板が３種以上のセルを含む場合には、各セルの位相シフト量は、０～πで設定することが好ましいが、位相シフト量をπ以上とすることも可能である。
　３．第２の実施形態
　次に、本開示の第２の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第１の実施形態では、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子として、ランダム位相板が、ＯＰＳを構成する光学素子とは別の部材として個別に設けられている。第２の実施形態では、ＯＰＳを構成する光学素子である凹面ミラーに、空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　３．１　構成
　図１２は、第２の実施形態に係るレーザシステムに用いられるＯＰＳ１０ｃの構成を示す。第２の実施形態に係るレーザシステムは、ＯＰＳ１０ｂに代えてＯＰＳ１０ｃを用いること以外、第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂと同一の構成である。
　ＯＰＳ１０ｃは、第２の凹面ミラー１２ｂに代えて、空間的ランダム位相シフト機能を含む第２の凹面ミラー７０を用いることのみが、比較例に係るＯＰＳ１０の構成と異なる。図１３に示すように、第２の凹面ミラー７０は、基板７１ａと、高反射膜７１ｂと、位相コート層７２と、を含む。基板７１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成されており、凹面状に加工された表面を有する。
　高反射膜７１ｂは、基板７１ａの凹面状の表面に形成されている。高反射膜７１ｂは、例えば、厚みが数μｍの誘電体多層膜である。この誘電体多層膜としては、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜と二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜とを交互に積層した誘電体多層膜や、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜とフッ化ガドリニウム（ＧｄＦ3）膜とを交互に積層した誘電体多層膜が用いられる。
　位相コート層７２は、高反射膜７１ｂの表面に形成されている。位相コート層７２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層７２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、第２の凹面ミラー７０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。なお、第２の凹面ミラー７０に入射する光は、高反射膜７１ｂによる一回の反射において位相コート層７２を２回通過するので、同一の位相シフト量に対する位相コート層７２の厚みは、位相コート層５２の半分でよい。
　　３．２　動作
　次に、第２の実施形態に係るレーザシステムの動作について説明する。第２の実施形態は、第２の凹面ミラー７０によってパルスレーザ光ＰＬの位相が空間的にランダムにシフトする点のみが第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂの動作と異なる。
　ＯＰＳ１０ｃの遅延光路を周回する周回光は、第２の凹面ミラー７０に入射して位相コート層７２を通過し、高反射膜７１ｂにより高反射された後、位相コート層７２を再び通過する。周回光は、位相コート層７２を通過することにより、位相が空間的にランダムにシフトする。周回光は、第２の凹面ミラー７０に入射して高反射されるたびに、位相が空間的にランダムにシフトする。
　　３．３　効果
　第２の実施形態では、第２の凹面ミラー１２ｂが、凹面ミラーの機能と、空間的ランダム位相シフト機能とを含むので、第１の実施形態に比べて、ＯＰＳに含まれる光学素子の数を削減することができる。
　　３．４　変形例
　以下、第２の実施形態に係るレーザシステムの変形例について説明する。第２の実施形態では、遅延光路を構成する第１～第４の凹面ミラーのうち、第２の凹面ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加しているが、いずれの凹面ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。また、複数の凹面ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。
　次に、空間的ランダム位相シフト機能を含む凹面ミラーの変形例について説明する。図１４は、空間的ランダム位相シフト機能を含み、凹面ミラーと光学的に等価な高反射ミラー８０を示す。高反射ミラー８０は、平凸状の基板８１ａと、高反射膜８１ｂと、位相コート層８２とにより構成されている。高反射膜８１ｂは、基板８１ａの平面側の表面に形成されている。高反射膜８１ｂが形成された基板８１ａは、凹面ミラーと等価な光学特性を有する。高反射膜８１ｂは、高反射膜７１ｂと同様の誘電体多層膜によって形成されている。基板８１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成されている。
　位相コート層８２は、基板８１ａの凸状の表面に形成されている。位相コート層８２は、位相コート層７２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、高反射ミラー８０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。この高反射ミラー８０は、遅延光路を構成する第１～第４の凹面ミラーのいずれに適用してもよい。
　また、図１５に示す高反射ミラー８０ａのように、基板８１ａの凸状の表面にＡＲコート層８３を形成し、ＡＲコート層８３の表面に位相コート層８２を形成してもよい。ＡＲコート層８３は、前述のＡＲコート層６０と同様の構成である。高反射ミラー８０ａは、ＡＲコート層８３を含むことにより、高反射ミラー８０よりも光量のロスが低減される。
　図１４及び図１５に示す高反射ミラー８０，８０ａの場合には、遅延光路を周回する周回光は、高反射ミラー８０，８０ａへの入射時と反射時とで位相コート層８２を通過する位置がずれることにより、スペックルの分布がずれる可能性がある。これにより、さらにスペックルが低減されるという利点がある。
　なお、図１３～図１５に示されるミラー７０，８０，８０ａを比較すると、パルスレーザ光ＰＬに対する耐久性の面では、図１３に示されるミラー７０が最も優れる。
　４．第３の実施形態
　次に、本開示の第３の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第２の実施形態では、ＯＰＳに含まれる光学素子である凹面ミラーに、空間的ランダム位相シフト機能を付加している。第３の実施形態では、ＯＰＳに含まれる光学素子の１つであるビームスプリッタに空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　４．１　構成
　図１６は、第３の実施形態に係るレーザシステムに用いられるＯＰＳ１０ｄの構成を示す。第３の実施形態に係るレーザシステムは、ＯＰＳ１０ｂに代えてＯＰＳ１０ｄを用いること以外、第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂと同一の構成である。
　ＯＰＳ１０ｄは、ビームスプリッタ１１に代えて、空間的ランダム位相シフト機能を含むビームスプリッタ９０を用いることのみが、比較例に係るＯＰＳ１０の構成と異なる。図１７に示すように、ビームスプリッタ９０は、基板９１ａと、部分反射膜９１ｂと、位相コート層９２と、を含む。基板９１ａは、平行平面基板であって、ＣａＦ2結晶や合成石英ガラスにより形成されている。基板９１ａの一方の面に部分反射膜９１ｂが形成されており、他方の面に位相コート層９２が形成されている。
　部分反射膜９１ｂは、基板９１ａにおいて、固体レーザ装置３からパルスレーザ光ＰＬが入射する面とは反対側の面に形成されている。部分反射膜９１ｂは、誘電体多層膜であって、反射率が約６０％となるように、膜数が設定されている。この誘電体多層膜としては、Ａｌ2Ｏ3膜とＳｉＯ2膜とを交互に積層した誘電体多層膜や、ＭｇＦ2膜とＧｄＦ3膜とを交互に積層した誘電体多層膜が用いられる。
　位相コート層９２は、基板９１ａにおいて、固体レーザ装置３からパルスレーザ光ＰＬが入射する面に形成されている。位相コート層９２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層９２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、ビームスプリッタ９０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。
　　４．２　動作
　次に、第３の実施形態に係るレーザシステムの動作について説明する。第３の実施形態は、ビームスプリッタ９０によってパルスレーザ光ＰＬの位相が空間的にランダムにシフトする点のみが第１の実施形態に係るレーザシステム２ｂの動作と異なる。
　まず、固体レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光ＰＬは、ＯＰＳ１０ｄ内のビームスプリッタ９０に入射する。ビームスプリッタ９０に入射したパルスレーザ光ＰＬは、位相コート層９２及び基板９１ａを透過し、部分反射膜９１ｂに入射する。部分反射膜９１ｂに入射したパルスレーザ光ＰＬのうち一部は、部分反射膜９１ｂを透過し、０周回光ＰＳ0としてＯＰＳ１０ｄから出力される。本実施形態では、０周回光ＰＳ0は、位相コート層９２を通過しているので、位相が空間的にランダムにシフトする。
　部分反射膜９１ｂに入射したパルスレーザ光ＰＬのうち、部分反射膜９１ｂにより反射された反射光は、基板９１ａ及び位相コート層９２を透過して出力され、第１～第４の凹面ミラー１２ａ～１２ｄにより構成される遅延光路に進入する。遅延光路を周回した光は、第４の凹面ミラー１２ｄから再びビームスプリッタ９０に入射する。ビームスプリッタ９０に入射した光の一部は、部分反射膜９１ｂにより反射され、１周回光ＰＳ1としてＯＰＳ１０ｄから出力される。
　部分反射膜９１ｂを透過した透過光は、再び位相コート層９２を透過して、遅延光路を周回する。遅延光路の周回光は、ビームスプリッタ９０を透過するたびに、位相が空間的にランダムにシフトする。
　　４．３　効果
　第３の実施形態では、ビームスプリッタ９０が、ビーム分割の機能と、空間的ランダム位相シフト機能とを含むので、第１の実施形態に比べて、ＯＰＳに含まれる光学素子の数を削減することができる。
　また、第３の実施形態では、０周回光ＰＳ0も位相が空間的にランダムにシフトされるので、第１及び第２の実施形態よりもさらにＯＰＳから出力される伸長パルスレーザ光ＰＴの可干渉性が低下するとともに、実質的なスペックルが低減する。
　　４．４　変形例
　第３の実施形態では、ビームスプリッタ９０を、基板９１ａの一方の面に部分反射膜９１ｂを形成し、他方の面に位相コート層９２を形成することにより構成しているが、さらに、基板９１ａ上にＡＲコート層を形成してもよい。図１８に示すビームスプリッタ９０ａは、基板９１ａの部分反射膜９１ｂが形成された面とは反対側の面にＡＲコート層９３が形成されている。位相コート層９２は、ＡＲコート層９３の表面に形成されている。ＡＲコート層９３は、前述のＡＲコート層６０と同様の構成である。
　図１９に示すビームスプリッタ９０ｂは、基板９１ａにおいて、固体レーザ装置３からパルスレーザ光ＰＬが入射する面に部分反射膜９１ｂが形成されており、部分反射膜９１ｂとは反対側の面にＡＲコート層９３が形成されている。位相コート層９２は、部分反射膜９１ｂの表面に形成されている。
　ビームスプリッタ９０ａ，９０ｂは、ＡＲコート層９３を含むことにより、ビームスプリッタ９０よりも光量のロスが低減される。
　また、第３の実施形態及び各変形例では、位相コート層９２を、基板９１ａにおいて、固体レーザ装置３からパルスレーザ光ＰＬが入射する入射側に設けているが、入射側とは反対側に設けてもよい。さらに、部分反射膜９１ｂについても、基板９１ａのいずれの面に形成してもよい。
　なお、図１７～図１９に示されるビームスプリッタ９０，９０ａ，９０ｂを比較すると、パルスレーザ光ＰＬに対する耐久性の面では、図１９に示されるビームスプリッタ９０ｂが最も優れる。
　５．第４の実施形態
　本開示の第４の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第１～３の実施形態では、位相光学素子をＯＰＳに含まれる遅延光路内に設けている。第４の実施形態では、位相光学素子として、ランダム位相板を、増幅器に含まれる光共振器の光路内に設ける。
　　５．１　構成
　図２０は、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃの構成を示す。レーザシステム２ｃは、固体レーザ装置３と、ＯＰＳ１０と、ビームエキスパンダ２０と、増幅器３０ａと、を含む。レーザシステム２ｃは、増幅器３０ａの構成以外は、比較例に係るレーザシステム２と同一の構成である。
　増幅器３０ａは、光共振器の光路内に、第１の実施形態と同様の構成のランダム位相板５０を含む。ランダム位相板５０は、増幅器３０ａを構成する光学素子であるリアミラー３３、出力結合ミラー３４、及びウィンドウ３１ａ，３１ｂとは別の部材である。また、ランダム位相板５０は、リアミラー３３と出力結合ミラー３４により構成されるファブリペロ共振器の光路内に個別に設けられている。具体的には、ランダム位相板５０は、リアミラー３３とレーザチャンバ３１との間の光路上に配置されている。なお、増幅器を構成する光学素子とは、レーザチャンバ及び光共振器に含まれる光学素子を意味する。
　　５．２　動作
　次に、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃの動作について説明する。ＯＰＳ１０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ビームエキスパンダ２０によりビーム径が拡大され、シード光として増幅器３０ａに入射する。増幅器３０ａに入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３を透過してランダム位相板５０に入射する。伸長パルスレーザ光ＰＴは、ランダム位相板５０を通過することにより位相が空間的にランダムにシフトする。ランダム位相板５０を通過した伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ａを介して放電空間３５を通過することにより増幅される。
　増幅された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ｂを介して出力結合ミラー３４に入射する。出力結合ミラー３４に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴのうち、出力結合ミラー３４を透過した透過光は、露光装置へ出力される。出力結合ミラー３４に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴのうち、出力結合ミラー３４により反射された反射光は、ウィンドウ３１ｂを介して再び放電空間３５を通過することにより増幅される。
　増幅された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ａを介して再びランダム位相板５０を通過することにより、位相がさらに空間的にランダムにシフトする。ランダム位相板５０を通過した伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３により反射され、ランダム位相板５０を通過することにより、位相がさらに空間的にランダムにシフトする。
　以上の動作を繰り返すことにより、増幅発振し、出力結合ミラー３４から増幅された複数のパルスレーザ光が出力され、露光装置に入射する。
　　５．３　効果
　第４の実施形態では、増幅器３０ａに含まれる光共振器の光路内にランダム位相板５０を配置しているので、光共振器を往復する光は、ランダム位相板５０を通過するたびに位相が空間的にランダムにシフトし、可干渉性が低下する。また、この往復光は、ランダム位相板５０を通過するたびにスペックルの分布が変化するので、増幅器３０ａから出力されるパルスレーザ光は、実質的なスペックルが低減する。
　　５．４　変形例
　以下、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃの変形例について説明する。第４の実施形態では、レーザシステム２ｃは、比較例に係るＯＰＳ１０を用いているが、ＯＰＳ１０に代えて、第１～第３の実施形態において説明した位相光学素子を含むＯＰＳ１０ｂ～１０ｄのいずれかを用いてもよい。このように増幅器とＯＰＳとに位相光学素子が含まれる場合には、増幅器に含まれる位相光学素子を第１の位相光学素子と称し、ＯＰＳに含まれる位相光学素子を第２の位相光学素子と称する。
　また、第４の実施形態では、ランダム位相板５０をリアミラー３３とレーザチャンバ３１との間に配置しているが、これに代えて、ランダム位相板５０を出力結合ミラー３４とレーザチャンバ３１との間に配置してもよい。
　また、第１の実施形態では、ＯＰＳ１０と増幅器３０ａとの間にビームエキスパンダ２０を配置しているが、ビームエキスパンダ２０を用いなくても放電空間３５をシード光で満たすことが可能な場合は、ビームエキスパンダ２０を配置しなくてもよい。
　６．第５の実施形態
　本開示の第５の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第４の実施形態では、光共振器としてファブリペロ共振器を含む増幅器３０ａを用いている。第５の実施形態では、光共振器としてリング共振器を含む増幅器を用いる。
　　６．１　構成
　図２１は、第５の実施形態に係るレーザシステム２ｄの構成を示す。レーザシステム２ｄは、固体レーザ装置３と、ＯＰＳ１０と、ビームエキスパンダ２０と、増幅器３０ｂと、高反射ミラー１００と、を含む。レーザシステム２ｄは、増幅器３０ｂの構成と、高反射ミラー１００を含むこと以外は、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃと同一の構成である。高反射ミラー１００は、ビームエキスパンダ２０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴを高反射して増幅器３０ｂに入射させる。
　増幅器３０ｂは、レーザチャンバ３１と、出力結合ミラー１１０と、高反射ミラー１２０～１２２と、ランダム位相板５０と、を含む。高反射ミラー１２０～１２２は、平面ミラーである。出力結合ミラー１１０と高反射ミラー１２０～１２２とは、リング共振器を構成している。このリング共振器は、レーザチャンバ３１の放電空間３５内において交差する２つの光路を形成している。また、リング共振器により形成される光路は、放電方向に垂直なＨＺ面内にほぼ平行である。なお、出力結合ミラー１１０の反射率は、２０％～４０％の範囲内である。
　ランダム位相板５０は、第１の実施形態と同様の構成である。ランダム位相板５０は、増幅器３０ｂを構成する光学素子である出力結合ミラー１１０、高反射ミラー１２０～１２２、及びウィンドウ３１ａ，３１ｂとは別の部材である。また、ランダム位相板５０は、出力結合ミラー１１０と高反射ミラー１２０～１２２とにより構成されるリング共振器の光路内に個別に設けられている。具体的には、ランダム位相板５０は、レーザチャンバ３１と、高反射ミラー１２１，１２２との間であって、かつ、放電空間３５内で交差する２つの光路が通過するように配置されている。
　　６．２　動作
　次に、第５の実施形態に係るレーザシステム２ｄの動作について説明する。ＯＰＳ１０から出力された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ビームエキスパンダ２０によりビーム径が拡大され、高反射ミラー１００を介して増幅器３０ｂの出力結合ミラー１１０に入射する。出力結合ミラー１１０に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴの一部は、出力結合ミラー１１０を透過した後、高反射ミラー１２０により高反射される。高反射ミラー１２０により高反射された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ｂを介して放電空間３５に入射する。
　放電空間３５に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、放電電極３２ａ，３２ｂの長手方向であるＺ方向に対して傾斜した光路に沿って進行し、増幅される。増幅された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ａを介してレーザチャンバ３１から出力され、ランダム位相板５０に入射する。伸長パルスレーザ光ＰＴは、ランダム位相板５０を通過することにより位相が空間的にランダムにシフトする。
　ランダム位相板５０を通過した伸長パルスレーザ光ＰＴは、高反射ミラー１２１及び１２２により高反射され、再びランダム位相板５０に入射する。伸長パルスレーザ光ＰＴは、ランダム位相板５０を通過することにより位相がさらに空間的にランダムにシフトする。ランダム位相板５０を通過した伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ａを介して放電空間３５に入射する。放電空間３５に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、ほぼＺ方向に平行な光路に沿って進行し、増幅される。増幅された伸長パルスレーザ光ＰＴは、ウィンドウ３１ｂを介してレーザチャンバ３１から出力され、出力結合ミラー１１０に入射する。
　出力結合ミラー１１０に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴのうち、出力結合ミラー１１０を透過した透過光は、露光装置へ出力される。出力結合ミラー１１０に入射した伸長パルスレーザ光ＰＴのうち、出力結合ミラー１１０により反射された反射光は、再びリング共振器の光路を周回する。以上の動作を繰り返すことにより、増幅発振し、出力結合ミラー１１０から増幅された複数のパルスレーザ光が出力され、露光装置に入射する。
　　６．３　効果
　第５の実施形態では、増幅器３０ｂに含まれるリング共振器の光路内にランダム位相板５０を配置しているので、リング共振器を周回する光は、ランダム位相板５０を通過するたびに位相が空間的にランダムにシフトし、可干渉性が低下する。また、この周回光は、ランダム位相板５０を通過するたびにスペックルの分布が変化するので、増幅器３０ｂから出力されるパルスレーザ光は、実質的なスペックルが低減する。
　　６．４　変形例
　以下、第５の実施形態に係るレーザシステム２ｄの変形例について説明する。第５の実施形態では、放電空間３５内において交差する２つの光路が通過するようにランダム位相板５０を配置しているが、一方の光路のみが通過するようにランダム位相板５０を配置してもよい。また、第５の実施形態では、ランダム位相板５０を、レーザチャンバ３１と高反射ミラー１２１，１２２との間に配置しているが、レーザチャンバ３１と出力結合ミラー１１０及び高反射ミラー１２０との間に配置してもよい。
　さらに、第５の実施形態においても第４の実施形態と同様の変形が可能である。例えば、ＯＰＳ１０に代えて、第１～第３の実施形態において説明したＯＰＳ１０ｂ～１０ｄのいずれかを用いてもよい。また、ビームエキスパンダ２０を用いなくても放電空間３５をシード光で満たすことが可能な場合は、ビームエキスパンダ２０を配置しなくてもよい。
　７．第６の実施形態
　次に、本開示の第６の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第４及び第５の実施形態では、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子として、ランダム位相板が、個別の部材として増幅器内に設けられている。第６の実施形態では、増幅器に含まれる光学素子であるレーザチャンバのウィンドウに、空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　７．１　構成
　図２２は、第６の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器３０ｃの構成を示す。第６の実施形態に係るレーザシステムは、増幅器３０ａに代えて増幅器３０ｃを用いること以外、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃと同一の構成である。
　増幅器３０ｃは、レーザチャンバ３１のリア側に、位相コート層１３２が形成されたウィンドウ１３０を含む。増幅器３０ｃは、ウィンドウ１３０以外の構成は、比較例に係る増幅器３０と同一の構成である。ウィンドウ１３０は、基板１３１ａと位相コート層１３２とを含む。基板１３１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成された平行平面基板である。
　位相コート層１３２は、基板１３１ａのレーザチャンバ３１とは反対側の面に形成されている。位相コート層１３２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層１３２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、ウィンドウ１３０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。
　　７．２　動作
　第６の実施形態では、シード光として増幅器３０ｃに入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３と出力結合ミラー３４とにより構成された光共振器を往復する際に、ウィンドウ１３０を通過するたびに位相が空間的にランダムにシフトする。その他の動作は、第４の実施形態と同様である。
　　７．３　効果
　第６の実施形態では、レーザチャンバ３１に設けられたウィンドウ１３０が空間的ランダム位相シフト機能を含むので、第４の実施形態に比べて、増幅器に含まれる光学素子の数を削減することができる。また、第６の実施形態では、位相コート層１３２は、基板１３１ａのレーザチャンバ３１とは反対側の面に設けられているので、放電電極３２ａ，３２ｂから放出される金属ダストが付着すること等による損傷を抑制される。
　　７．４　変形例
　以下、第６の実施形態に係るレーザシステムの変形例について説明する。第６の実施形態では、リア側のウィンドウに空間的ランダム位相シフト機能を付加しているが、フロント側のウィンドウに空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。この場合、フロント側のウィンドウのレーザチャンバとは反対側の面に位相コート層を形成することが好ましい。また、フロント側のウィンドウとリア側のウィンドウとの両方に空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。
　図２３は、位相コート層１３２を含むウィンドウ１３０の変形例を示す。ウィンドウ１３０は、保護コート層１３１ｂを含む。この保護コート層１３１ｂは、基板１３１ａのレーザチャンバ３１とは反対側の面に形成されている。位相コート層１３２は、保護コート層１３１ｂの表面上に形成されている。保護コート層１３１ｂは、フッ化物で形成されていることが好ましく、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）やフッ化ガドリニウム（ＧｄＦ3）で形成する。基板１３１ａは、保護コート層１３１ｂを形成することにより損傷が抑制される。なお、フロント側のウィンドウに空間的ランダム位相シフト機能を付加する場合についても同様に、保護コート層を形成してもよい。
　図２４は、リング共振器を含む増幅器３０ｄにおいて、レーザチャンバ３１のリア側に、位相コート層１３２を含むウィンドウ１３０を設けた例を示す。この増幅器３０ｄは、第５の実施形態に係るレーザシステム２ｄに含まれる増幅器３０ｂに代えて用いられる。なお、増幅器３０ｄは、第６の実施形態に係る増幅器３０ｃと同様の変形が可能である。
　８．第７の実施形態
　次に、本開示の第７の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第６の実施形態では、レーザチャンバのウィンドウに、空間的ランダム位相シフト機能を付加している。第７の実施形態では、光共振器としてのファブリペロ共振器を構成するリアミラーと出力結合ミラーのうちリアミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　８．１　構成
　図２５は、第７の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器３０ｅの構成を示す。第７の実施形態に係るレーザシステムは、増幅器３０ａに代えて増幅器３０ｅを用いること以外、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃと同一の構成である。
　増幅器３０ｅは、位相コート層１４２が形成されたリアミラー１４０を含む。増幅器３０ｅは、リアミラー１４０の構成以外、比較例に係る増幅器３０と同一の構成である。
　図２６に示すように、リアミラー１４０は、基板１４１ａと、部分反射膜１４１ｂと、位相コート層１４２とを含む。基板１３１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成された平行平面基板である。部分反射膜１４１ｂは、基板１４１ａのレーザチャンバ３１側の面に形成されている。位相コート層１４２は、部分反射膜１４１ｂの表面に形成されている。位相コート層１４２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層１４２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、リアミラー１４０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。
　　８．２　動作
　第７の実施形態では、シード光として増幅器３０ｅに入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー１４０と出力結合ミラー３４とにより構成される光共振器を往復する際に、リアミラー１４０で反射されるたびに位相が空間的にランダムにシフトする。その他の動作は、第４の実施形態と同様である。
　　８．３　効果
　第７の実施形態では、光共振器に含まれる光学素子であるリアミラー１４０が空間的ランダム位相シフト機能を含むので、第４の実施形態に比べて、増幅器に含まれる光学素子の数を削減することができる。
　　８．４　変形例
　以下、第７の実施形態に係るリアミラー１４０の変形例について説明する。図２７に示すリアミラー１４０ａは、基板１４１ａのレーザチャンバ３１側の面に位相コート層１４２を形成し、他方の面に部分反射膜１４１ｂを形成することにより構成されている。図２８に示すリアミラー１４０ｂは、図２７に示すリアミラー１４０ａの構成に加えて、基板１４１ａと位相コート層１４２との間にＡＲコート層１４３を形成したものである。ＡＲコート層１４３は、前述のＡＲコート層６０と同様の構成である
　図２６～図２８に示されるリアミラー１４０，１４０ａ，１４０ｂを比較すると、レーザ光に対する耐久性の面では、リアミラー１４０が優れる。しかし、リアミラー１４０ａ，１４０ｂは、部分反射膜１４１ｂと位相コート層１４２との間に、基板１４１ａの厚み分の距離があるので、空間的ランダム位相シフト機能がリアミラー１４０よりも優れる。さらに、リアミラー１４０ｂは、ＡＲコート層１４３を含むことにより、リアミラー１４０ａよりも光量のロスが低減される。
　９．第８の実施形態
　次に、本開示の第８の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第７の実施形態では、リアミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加しているが、第８の実施形態では、出力結合ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　９．１　構成
　図２９は、第８の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器３０ｆの構成を示す。第８の実施形態に係るレーザシステムは、増幅器３０ａに代えて増幅器３０ｆを用いること以外、第４の実施形態に係るレーザシステム２ｃと同一の構成である。
　増幅器３０ｆは、位相コート層１５２が形成された出力結合ミラー１５０を含む。増幅器３０ｆは、出力結合ミラー１５０の構成以外、比較例に係る増幅器３０と同一の構成である。
　図３０に示すように、出力結合ミラー１５０は、基板１５１ａと、部分反射膜１５１ｂと、位相コート層１５２と、ＡＲコート層１５３と、を含む。基板１５１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成された平行平面基板である。部分反射膜１５１ｂは、基板１５１ａのレーザチャンバ３１側の面に形成されている。位相コート層１５２は、部分反射膜１５１ｂの表面に形成されている。位相コート層１５２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層１５２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、出力結合ミラー１５０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。
　ＡＲコート層１５３は、基板１５１ａのレーザチャンバ３１とは反対側の面に形成されている。ＡＲコート層１５３は、前述のＡＲコート層６０と同様の構成である。
　　９．２　動作
　第８の実施形態では、シード光として増幅器３０ｆに入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、リアミラー３３と出力結合ミラー１５０とにより構成される光共振器を往復する際に、出力結合ミラー１５０で反射されるたびに位相が空間的にランダムにシフトする。その他の動作は、第４の実施形態と同様である。
　　９．３　効果
　第７の実施形態では、光共振器に含まれる光学素子である出力結合ミラー１５０がラ空間的ランダム位相シフト機能を含むので、第４の実施形態に比べて、増幅器に含まれる光学素子の数を削減することができる。
　　９．４　変形例
　以下、第９の実施形態に係る出力結合ミラーの変形例について説明する。図３１に示す出力結合ミラー１５０ａは、基板１５１ａのレーザチャンバ３１側の面に位相コート層１５２を形成し、他方の面に部分反射膜１５１ｂを形成することにより構成されている。図３２に示す出力結合ミラー１５０ｂは、図３１に示す出力結合ミラー１５０ａの構成に加えて、基板１５１ａと位相コート層１５２との間にＡＲコート層１５３を形成したものである。
　図３０～図３２に示される出力結合ミラー１５０，１５０ａ，１５０ｂを比較すると、レーザ光に対する耐久性の面では、出力結合ミラー１５０が優れる。しかし、出力結合ミラー１５０ａ，１５０ｂは、部分反射膜１５１ｂと位相コート層１５２との間に、基板１５１ａの厚み分の距離があるので、空間的ランダム位相シフト機能が出力結合ミラー１５０よりも優れる。さらに、出力結合ミラー１５０ｂは、ＡＲコート層１５３を含むことにより、出力結合ミラー１５０ａよりも光量のロスが低減される。
　第７の実施形態と第８の実施形態とを比較すると、耐久性の面では、第７の実施形態のほうが優れる。これは、リアミラーのほうが出力結合ミラーよりもレーザ光のエネルギ負荷が低く、リアミラーの寿命が延びるためである。
　また、第７の実施形態では、リアミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加し、第８の実施形態では、出力結合ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加しているが、リアミラーと出力結合ミラーとの両方に空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。
　１０．第９の実施形態
　次に、本開示の第９の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第７及び第８の実施形態では、ファブリペロ共振器に含まれる光学素子に空間的ランダム位相シフト機能を付加しているが、第９の実施形態では、リング共振器に含まれる光学素子としての高反射ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　１０．１　構成
　図３３は、第９の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器３０ｇの構成を示す。第９の実施形態に係るレーザシステムは、増幅器３０ｂに代えて増幅器３０ｇを用いること以外、第５の実施形態に係るレーザシステム２ｄと同一の構成である。
　増幅器３０ｇは、位相コート層１６２が形成された高反射ミラー１６０を、リング共振器内に含む。増幅器３０ｇは、高反射ミラー１６０の構成以外、第５の実施形態に係る増幅器３０ｂと同一の構成である。
　図３４に示すように、高反射ミラー１６０は、基板１６１ａと、高反射膜１６１ｂと、位相コート層１６２と、を含む。基板１６１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成された平行平面基板である。高反射膜１６１ｂは、基板１６１ａの伸長パルスレーザ光ＰＴの入射側の面に形成されている。位相コート層１６２は、高反射膜１６１ｂの表面に形成されている。位相コート層１６２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層１６２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、高反射ミラー１６０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。
　　１０．２　動作
　第９の実施形態では、シード光として増幅器３０ｇに入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、出力結合ミラー１１０を透過し、高反射ミラー１６０により反射される。伸長パルスレーザ光ＰＴは、高反射ミラー１６０を含むリング共振器を周回する際に、高反射ミラー１６０で反射されるたびに位相が空間的にランダムにシフトする。その他の動作は、第５の実施形態と同様である。
　　１０．３　効果
　第９の実施形態では、リング共振器に含まれる光学素子である高反射ミラー１６０が空間的ランダム位相シフト機能を含むので、第５の実施形態に比べて、増幅器に含まれる光学素子の数を削減することができる。
　　１０．４　変形例
　以下、第９の実施形態に係る高反射ミラー１６０の変形例について説明する。図３５に示す高反射ミラー１６０ａは、基板１６１ａの伸長パルスレーザ光ＰＴの入射側の面に位相コート層１６２を形成し、他方の面に高反射膜１６１ｂを形成することにより構成されている。図３６に示す高反射ミラー１６０ｂは、図３５に示す高反射ミラー１６０ａの構成に加えて、基板１６１ａと位相コート層１６２との間にＡＲコート層１６３を形成したものである。ＡＲコート層１６３は、前述のＡＲコート層６０と同様の構成である。
　図３４～図３６に示される高反射ミラー１６０，１６０ａ，１６０ｂを比較すると、レーザ光に対する耐久性の面では、高反射ミラー１６０が優れる。しかし、高反射ミラー１６０ａ，１６０ｂは、高反射膜１６１ｂと位相コート層１６２との間に、基板１６１ａの厚み分の距離があるので、空間的ランダム位相シフト機能が高反射ミラー１６０よりも優れる。さらに、高反射ミラー１６０ｂは、ＡＲコート層１６３を含むことにより、高反射ミラー１６０ａよりも光量のロスが低減される。
　また、第９の実施形態では、リング共振器に含まれる３つの高反射ミラーのうち、最初に伸長パルスレーザ光ＰＴが入射する高反射ミラー１６０に空間的ランダム位相シフト機能を付加しているが、いずれの高反射ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。しかし、最初に伸長パルスレーザ光ＰＴが入射する高反射ミラー１６０が最もレーザ光のエネルギ密度が小さく、エネルギ負荷が小さいため、高反射ミラー１６０に空間的ランダム位相シフト機能を付加することが好ましい。また、複数の高反射ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加してもよい。
　１１．第１０の実施形態
　次に、本開示の第１０の実施形態に係るレーザシステムについて説明する。第９の実施形態では、リング共振器に含まれる光学素子としての高反射ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加している。第１０の実施形態では、リング共振器に含まれる光学素子としての出力結合ミラーに空間的ランダム位相シフト機能を付加する。
　　１１．１　構成
　図３７は、第１０の実施形態に係るレーザシステムに用いられる増幅器３０ｈの構成を示す。第１０の実施形態に係るレーザシステムは、増幅器３０ｂに代えて増幅器３０ｈを用いること以外、第５の実施形態に係るレーザシステム２ｄと同一の構成である。
　増幅器３０ｈは、位相コート層１７２が形成された出力結合ミラー１７０を、リング共振器内に含む。増幅器３０ｈは、出力結合ミラー１７０の構成以外、第５の実施形態に係る増幅器３０ｂと同一の構成である。
　図３８に示すように、出力結合ミラー１７０は、基板１７１ａと、部分反射膜１７１ｂと、位相コート層１７２と、を含む。基板１７１ａは、例えば、ＣａＦ2により形成された平行平面基板である。部分反射膜１７１ｂは、基板１６１ａのレーザチャンバ３１側の面に形成されている。位相コート層１７２は、部分反射膜１７１ｂの表面に形成されている。位相コート層１７２の材料は、第１の実施形態に係る位相コート層５２の材料と同様である。
　位相コート層１７２は、第１の実施形態に係る位相コート層５２と同様に、厚みの設定により、位相シフト量が異なる複数のセルを構成している。したがって、出力結合ミラー１７０は、空間的ランダム位相シフト機能を含む位相光学素子を兼ねている。
　　１１．２　動作
　第１０の実施形態では、シード光として増幅器３０ｈに入射した伸長パルスレーザ光ＰＴは、出力結合ミラー１７０を含むリング共振器を周回する。この周回光は、出力結合ミラー１７０を透過し、または出力結合ミラー１７０により反射されるたびに、位相が空間的にランダムにシフトする。その他の動作は、第５の実施形態と同様である。
　　１１．３　効果
　第１０の実施形態では、リング共振器に含まれる光学素子である出力結合ミラー１７０が空間的ランダム位相シフト機能を含むので、第５の実施形態に比べて、増幅器に含まれる光学素子の数を削減することができる。
　　１１．４　変形例
　以下、第１０の実施形態に係る出力結合ミラー１７０の変形例について説明する。図３９に示す出力結合ミラー１７０ａは、基板１７１ａのレーザチャンバ３１側の面に位相コート層１７２を形成し、他方の面に部分反射膜１７１ｂを形成することにより構成されている。図４０に示す出力結合ミラー１７０ｂは、図３９に示す出力結合ミラー１７０ａの構成に加えて、基板１７１ａと位相コート層１７２との間にＡＲコート層１７３を形成したものである。ＡＲコート層１７３は、前述のＡＲコート層６０と同様の構成である。
　１２．リング共振器の変形例
　次に、第５の実施形態に係る増幅器３０ｂ等に含まれるリング共振器の変形例について説明する。図４１に示す増幅器３０ｉは、リング共振器として、出力結合ミラー１１０と、高反射ミラー１２０と、高反射プリズム１８０とを含むこと以外は、第５の実施形態に係る増幅器３０ｂと同様の構成である。
　増幅器３０ｉは、図２１に示される増幅器３０ｂに含まれる高反射ミラー１２１，１２２に代えて、高反射プリズム１８０を設けたものである。本変形例では、高反射ミラー１２０は、高反射ミラー１２０による反射光の光路は、放電電極３２ａ，３２ｂの長手方向であるＺ方向にほぼ平行である。高反射プリズム１８０には、Ｚ方向にほぼ平行な光路に沿って光が入射する。高反射プリズム１８０は、入射した光の光路を屈曲させ、Ｚ方向にほぼ平行な光路に沿って射出する。したがって、本変形例では、レーザチャンバ３１の放電空間３５内における２つの光路はほぼ平行である。また、リング共振器により形成される光路は、ほぼ長方形であって、放電方向に平行なＶＺ面にほぼ平行である。
　なお、上記各実施形態に係るレーザシステムでは、マスターオシレータとしての固体レーザ装置３を用いているが、マスターオシレータは、固体レーザ装置に限られず、エキシマレーザ装置等、その他のレーザ装置であってもよい。
　また、上記各実施形態では、位相シフト量が異なる複数のセルは、基板上に厚みの異なる位相コート層を形成することにより構成されている。位相シフト量は、レーザ光が通過する媒質の厚みと屈折率とに依存するので、セルの領域ごとに基板の屈折率を変えることにより、位相シフト量が異なる複数のセルを構成することも可能である。例えば、基板にイオン等をドープすることにより、基板の屈折率をセルの領域ごとに設定してもよい。この場合、位相シフト量は、ドーパントの濃度により設定可能である。このドーパントとして、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）、フッ素（Ｆ）、ネオジム（Ｎｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、セリウム（Ｃｅ）等を用いることが可能である。
　このように、レーザ光に対して位相シフトを与える層を、位相シフト層と称する。この位相シフト層には、上記のように位相シフト量に応じて厚みが設定された位相コート層と、位相シフト量に応じて屈折率が設定された基板とが含まれる。
　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各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修飾句「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 (20)

  1. 　レーザシステムであって、以下を備える：
    　　Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
    　　Ｂ．前記パルスレーザ光のパルス幅を伸長するための遅延光路を含む光学パルスストレッチャ；及び
    　　Ｃ．前記遅延光路内に含まれ、前記パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む位相光学素子。
  2. 　請求項１に記載のレーザシステムであって、
    　前記位相光学素子は、前記パルスレーザ光の位相をシフトさせる位相シフト量が異なり、配列がいずれの方向にも非周期である複数種のセルを含む。
  3. 　請求項１に記載のレーザシステムであって、
    　前記位相光学素子は、前記遅延光路を構成する光学素子とは別の部材として、前記遅延光路内に個別に設けられたランダム位相板である。
  4. 　請求項３に記載のレーザシステムであって、
    　前記位相光学素子は、前記遅延光路内においてコリメートされたコリメート光の光路上に配置されている。
  5. 　請求項１に記載のレーザシステムであって、
    　前記光学パルスストレッチャは、複数の凹面ミラーを含み、
    　前記複数の凹面ミラーのうちの少なくとも１つが前記位相光学素子を兼ねている。
  6. 　請求項５に記載のレーザシステムであって、
    　前記位相光学素子を兼ねた凹面ミラーは、凹面ミラーと光学的に等価な高反射ミラーにより構成されており、
    　前記高反射ミラーは、平凸状の基板と、高反射膜と、位相シフト層とを含み、
    　高反射膜は、前記基板の平面側の表面に形成されており、
    　前記位相シフト層は、前記基板の凸状の表面に形成されており、前記パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる。
  7. 　請求項１に記載のレーザシステムであって、
    　前記光学パルスストレッチャは、ビームスプリッタを含み、
    　前記ビームスプリッタが前記位相光学素子を兼ねている。
  8. 　請求項１に記載のレーザシステムであって、以下をさらに備える：
    　　Ｄ．前記光学パルスストレッチャから出力される伸長パルスレーザ光を増幅する増幅器。
  9. 　レーザシステムであって、以下を備える：
    　　Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
    　　Ｂ．光共振器を含み、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光を増幅する増幅器；及び
    　　Ｃ．前記光共振器の光路内に含まれ、前記パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む第１の位相光学素子。
  10. 　請求項９に記載のレーザシステムであって、
    　前記第１の位相光学素子は、前記パルスレーザ光の位相をシフトさせる位相シフト量が異なり、配列がいずれの方向にも非周期である複数種のセルを含む。
  11. 　請求項９に記載のレーザシステムであって、
    　前記第１の位相光学素子は、前記増幅器を構成する光学素子とは別の部材として、前記光共振器の光路内に個別に設けられたランダム位相板である。
  12. 　請求項１１に記載のレーザシステムであって、
    　前記増幅器は、一対の放電空電極を含み、
    　前記光共振器は、前記一対の放電電極の間の放電空間内を通過する２つの光路を形成するリング共振器であり、
    　前記ランダム位相板は、前記２つの光路が通過するように配置されている。
  13. 　請求項９に記載のレーザシステムであって、
    　前記光共振器は、ファブリペロ共振器及びリング共振器のうちのいずれか１つである。
  14. 　請求項９に記載のレーザシステムであって、
    　前記増幅器は、複数のウィンドウが設けられたレーザチャンバを含み、
    　前記複数のウィンドウのうちの少なくとも１つが前記第１の位相光学素子を兼ねている。
  15. 　請求項１４に記載のレーザシステムであって、
    　前記第１の位相光学素子を兼ねたウィンドウは、前記パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる位相シフト層を含み、
    　前記位相シフト層は、前記ウィンドウの前記レーザチャンバとは反対側の面に形成されている。
  16. 　請求項９に記載のレーザシステムであって、
    　前記光共振器は、リアミラーと出力結合ミラーとにより構成されたファブリペロ共振器であり、
    　前記リアミラー及び前記出力結合ミラーのうちの少なくとも１つが前記第１の位相光学素子を兼ねている。
  17. 　　請求項９に記載のレーザシステムであって、
    　前記光共振器は、複数の高反射ミラーと出力結合ミラーとにより構成されたリング共振器であり、
    　前記複数の高反射ミラー及び前記出力結合ミラーのうちの少なくとも１つが前記第１の位相光学素子を兼ねている。
  18. 　請求項１７に記載のレーザシステムであって、
    　前記複数の高反射ミラーのうち、最初に前記パルスレーザ光が入射する高反射ミラーが前記第１の位相光学素子を兼ねている。
  19. 　請求項９に記載のレーザシステムであって、以下をさらに備える：
    　　Ｄ．前記レーザ装置と前記増幅器との間に配置され、前記パルスレーザ光のパルス幅を伸長するための遅延光路を含み、前記パルスレーザ光のパルス幅を伸長して前記増幅器に入射させる光学パルスストレッチャ。
  20. 　請求項１９に記載のレーザシステムであって、以下をさらに備える：
    　　Ｅ．前記遅延光路内に含まれ、前記パルスレーザ光の位相を空間的にランダムにシフトさせる機能を含む第２の位相光学素子。
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