JP5536401B2 - レーザ装置および極端紫外光光源装置 - Google Patents

Description

この発明は、露光装置に用いられる極端紫外光光源装置用のドライバレーザであるレーザ装置およびこれを用いた極端紫外光光源装置に関する。

近年、半導体装置の微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、７０ｎｍ〜４５ｎｍの微細加工、さらには３２ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。このため、たとえば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるために、波長１３ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ）光源と縮小投影反射光学系とを組み合わせた露光装置が開発されることが期待されている。

ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（Laser Produced Plasma：レーザ励起プラズマ）光源と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（Synchrotron Radiation）光源との３種類がある。これらのうち、ＬＰＰ光源は、ＤＰＰ光源やＳＲ光源と比較してプラズマ密度を大きくできるので、黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られるという利点を有する。また、ＬＰＰ光源は、ターゲット物質を選択することによって、所望の波長帯の強い光を得ることが可能であるという利点を有する。さらに、ＬＰＰ光源は、光源の周囲に電極等の構造物がなく、ほぼ等方的な角度分布をもつ点光源であるので、極めて大きな捕集立体角の確保が可能である等の利点を有する。これらのような利点を有するＬＰＰ光源は、数十から数百ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として注目されている。

このＬＰＰ方式によるＥＵＶ光光源装置は、まず、真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザ光を照射することにより、ターゲット物質を励起させてプラズマ化する。すると、このプラズマからＥＵＶ光を含む様々な波長成分よりなる光が放射される。そこでＥＵＶ光光源装置は、所望の波長成分、たとえば１３．５ｎｍの波長成分のＥＵＶ光を選択的に反射するＥＵＶ集光ミラーを用いてＥＵＶ光を反射して集光する。集光されたＥＵＶ光は、露光装置に入力される。ＥＵＶ集光ミラーの反射面には、たとえばモリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とが交互に積層された構造を持つ多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。この多層膜は、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して高い反射率（約６０％から７０％）を示す。

ここで、特許文献１には、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光源装置用のドライバレーザであって、ＣＯ_２レーザのＭＯＰＡ（Master Oscillator and Power Amplifier）方式のドライバレーザが開示されている。このＭＯＰＡ方式のドライバレーザは、パルスレーザ光を出力するマスタオシレータ（Master Oscillator：ＭＯ）の光を３台のパワーアンプによって増幅する。

また、特許文献２には、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光源装置用のドライバレーザであって、ＭＯにＣＯ_２ガスレーザを用いたドライバレーザが開示されている。通常発振するＣＯ_２ガスレーザは、発振ラインがＰ（２０）に集中してしまう。そこで、特許文献２が開示するところのドライバレーザは、ＣＯ_２ガスレーザの共振器中に波長選択素子を挿入することで、発振ラインが集中してしまうのを防ぐ。また、特許文献２には、固体レーザとこの固体レーザからの光を１０．６μｍ付近でブロードな波長分布を持つ光に変換する２つの非線形結晶とをＭＯとして用い、このＭＯからの光をＣＯ_２ガスを増幅媒体とした増幅器で増幅する構造を備えたドライバレーザが開示されている。

さらに、特許文献３には、主に大気中のガス濃度の高精度な濃度計測を行うための中赤外（ＭＩＲ）レーザであって、中赤外領域の半導体可変波長レーザとして量子カスケードレーザを用いたＭＩＲレーザが開示されている。

米国特許出願公開第２００７／１１３１号明細書 特開２００６−１３５２９８号公報 米国特許出願公開第２００７／３０８６５号明細書

しかしながら、高出力の分子レーザであるＣＯ_２ガスレーザのＭＯとして同じＣＯ_２ガスレーザを用いることは、パルス制御装置などの制御装置を複雑化させ、また、その装置の取り扱いを困難化させるという問題がある。

一方、固体レーザからの光を非線形結晶などを用いて変換し、この変換した光をＣＯ_２ガスレーザで増幅する場合、増幅効率を向上するためには、非線形結晶から出力される光の波長をＣＯ_２ガスを増幅媒体とした増幅器の増幅領域の波長に合わせる必要がある。しかしながら、ＣＯ_２ガスなどの分子ガスを増幅媒体とした増幅器の増幅領域に合った波長光を、非線形結晶と組み合わされた固体レーザなどの異種のレーザ装置によって生成することは困難であるという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高出力が可能なＣＯ_２ガスなどの分子ガスを増幅媒体とした増幅器を用いた場合でも、この増幅器に対するマスタオシレータの取り扱いが容易で且つ高効率な増幅が可能なレーザ装置および極端紫外光光源装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるレーザ装置は、それぞれレーザ光を出力する複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザからそれぞれ出力された前記レーザ光を合波するグレーティングと、分子ガスを増幅媒体として備え、複数の増幅波長帯域それぞれに含まれる波長のレーザ光を増幅する増幅器と、前記複数の半導体レーザから出力された前記レーザ光の波長をそれぞれ検出する縦モード検出器と、前記複数の半導体レーザそれぞれから出力される前記縦レーザ光の波長がそれぞれ前記１つ以上の増幅波長帯域のいずれかに重畳されるように前記半導体レーザを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる極端紫外光光源装置は、上記したレーザ装置をドライバレーザとして用い、該レーザ装置から出力されたレーザ光をターゲット原子に照射してプラズマを生成し、該プラズマから放射された極端紫外光を出力することを特徴とする。

この発明によれば、出力するシングルまたはマルチ縦モードレーザ光の波長が分子ガスを増幅媒体とする増幅器の増幅波長帯域に一致するようにマスタオシレータが制御されるので、高出力が可能なＣＯ_２ガスなどの分子ガスを増幅媒体とした増幅器を用いた場合でも、この増幅器に対するマスタオシレータの取り扱いが容易であるとともに、マスタオシレータから出力されたシングルまたはマルチ縦モードレーザ光を高効率に増幅することができる。さらに、極端紫外光光源装置のドライバレーザとして本発明のレーザ装置を適用すれば、ドライバレーザから出力されるパルスの時間波形制御が容易となる。その結果、ターゲットにレーザ光を照射した際に発生するデブリの低減及びＥＵＶ発光効率の最適化を行うことができる。

図１は、この発明の実施の形態１による極端紫外光光源装置の構成を示すブロック図である。 図２は、この発明の実施の形態１による半導体レーザの一例を示す模式図である。 図３は、ＣＯ_２レーザの発振バンドと波長との関係を示す図である。 図４は、この発明の実施の形態１によるプリアンプおよびメインアンプの増幅領域と半導体レーザの発振縦モードとの関係を示す図である。 図５は、この発明の実施の形態２によるプリアンプおよびメインアンプの増幅領域と半導体レーザの発振縦モードとの関係を示す図である。 図６は、この発明の実施の形態２による半導体レーザの一例を示す模式図である。 図７は、この発明の実施の形態３によるプリアンプおよびメインアンプの増幅領域と半導体レーザの発振縦モードとの関係を示す図である。 図８は、この発明の実施の形態４によるプリアンプおよびメインアンプの増幅領域と半導体レーザの発振縦モードとの関係を示す図である。 図９は、この発明の実施の形態５による極端紫外光光源装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、図９に示した縦モードコントローラによる波長制御処理を示すフローチャートである。 図１１は、この発明の実施の形態６による極端紫外光光源装置の構成を示すブロック図である。 図１２は、図１１に示した縦モードコントローラによる波長制御処理を示すフローチャートである。 図１３は、この発明の実施の形態７による極端紫外光光源装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、この発明の実施の形態８による極端紫外光光源装置に用いられる半導体レーザの構成を示すブロック図である。 図１５は、この発明の実施の形態８によるプリアンプおよびメインアンプの増幅領域と半導体レーザの発振縦モードとエタロンの波長選択領域との関係を示す図である。 図１６は、この発明の実施の形態８の変形例によるプリアンプおよびメインアンプの増幅領域と半導体レーザの発振縦モードとエタロンの波長選択領域との関係を示す図である。 図１７は、図１４に示した縦モードコントローラによる波長制御処理を示す全体フローチャートである。 図１８は、図１７に示した発振波長制御処理手順を示す詳細フローチャートである。 図１９は、この発明の実施の形態９による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２０は、この発明の実施の形態９の変形例による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２１は、この発明の実施の形態９の他の変形例による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２２は、この発明の実施の形態１０による極端紫外光光源装置に用いられる再生増幅器の構成を示す模式図である。 図２３は、図２２に示した再生増幅器の動作を示すタイミングチャートである。 図２４は、図２２に示した再生増幅器の共振器長を示す模式図である。 図２５は、図２２に示した再生増幅器の小型化を維持しつつ共振器長を長くする構成を示す模式図である。 図２６は、この発明の実施の形態１１による半導体レーザに適用される分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザの概要構成を示す断面模式図である。 図２７は、この発明の実施の形態１２による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２８は、この発明の実施の形態１３による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。 図２９は、この発明の実施の形態１４による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。 図３０は、この発明の実施の形態１５による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置の構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態にかかるレーザ装置および極端紫外光光源装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザ装置を備えた極端紫外光（ＥＵＶ）光源装置の構成を示す模式図である。このＥＵＶ光源装置は、主として、ＥＵＶ光の発生源となるターゲット原子を励起させるためのレーザ光（いわゆる種レーザ光）を出力するドライバレーザと、このドライバレーザからのレーザ光を用いてＥＵＶ光を生成するＥＵＶ発生装置とを含む。ドライバレーザは、マスタオシレータである半導体レーザ６１と、２段の増幅器であるプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡよりなる多段の増幅器とを含む。プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡは、それぞれＣＯ_２ガスを含む混合ガスなどの分子ガスを増幅媒体としている。

半導体レーザ６１は、半導体デバイス１、出力結合ミラー２、リア光学モジュール３、縦モードアクチュエータ５、および、縦モードコントローラ４を含む。半導体デバイス１は、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡが持つ増幅波長帯域に対応する波長の縦モードで発振することでレーザ光を増幅する。この半導体デバイス１は、半導体レーザであり、好ましくは、量子カスケードレーザである。半導体デバイス１のフロント側（光取出側ともいう）には、出力結合ミラー２が設けられ、リア側（背面側ともいう）には、リア光学モジュール３が設けられる。半導体デバイス１を挟む出力結合ミラー２とリア光学モジュール３との間には、光共振器（以下、単に共振器という）６０１が形成される（図２参照）。この共振器６０１の共振器長は、縦モードコントローラ４が縦モードアクチュエータ５を駆動して出力結合ミラー２および／またはリア光学モジュール３を移動させることで制御される。

出力結合ミラー２は、部分反射ミラーコートが施されたミラーである。この出力結合ミラー２は、半導体デバイス１で増幅されたレーザ光の一部を取り出す光取出窓として機能するとともに、一部のレーザ光を共振器６０１内に戻す光反射板として機能する。リア光学モジュール３は、図２に示すように、コリメートレンズ２０と、特定の波長の光を選択するようにリトロー配置されたグレーティング２１とを有する。半導体デバイス１のリア側から出力されたレーザ光は、コリメートレンズ２０によって平行化された後、コリメート光としてグレーティング２１に入射する。グレーティング２１は、入射したコリメート光のうち特定波長のレーザ光を選択的に反射する（波長選択）。グレーティング２１によって波長選択されたレーザ光は、再びコリメートレンズ２０を介して半導体デバイス１に戻される。このように、出力結合ミラー２とリア光学モジュール３（具体的にはグレーティング２１）との間に形成された共振器６０１内をレーザ光が波長選択されつつ往復することによって、所望のシングル縦モードのレーザ光が共振増幅される。共振増幅された所望のシングル縦モードのレーザ光の一部は、上述したように、光取出窓としても機能する出力結合ミラー２からプリアンプＰＡへシングル縦モードパルスレーザ光として出力される。縦モードコントローラ４は、このシングル縦モードパルスレーザ光の波長がプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域の波長と一致するように、縦モードアクチュエータ５を駆動して共振器６０１の共振器長を制御する。すなわち、縦モードコントローラ４と縦モードアクチュエータ５とは、マスタオシレータである半導体レーザ６１から出力される縦モードレーザ光の波長がプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７に含まれるように半導体レーザ６１を制御する制御部として機能する。なお、この制御部には、半導体レーザ６１における半導体デバイス１へこれを発振させる信号を生成して入力する信号生成器や、半導体レーザ６１（特に半導体デバイス１）の温度を制御する温度制御部等を含めてもよい。

半導体デバイス１から出力結合ミラー２を介して出力されたシングル縦モードパルスレーザ光は、リレー光学系Ｒ１に入射される。リレー光学系Ｒ１は、増幅媒体である混合ガスが充填されたプリアンプＰＡの増幅領域空間全体に亘って満遍なくレーザ光が通過するように、シングル縦モードパルスレーザ光を広げる。プリアンプＰＡの増幅領域空間全体にシングル縦モードパルスレーザ光を通過させることで、増幅領域空間に充填された増幅媒体を効率的に使用してレーザ光を増幅することが可能となる。この結果、プリアンプＰＡでの増幅効率を向上することが可能となる。なお、リレー光学系Ｒ１から出力されるシングル縦モードパルスレーザ光は、コリメート光である。

プリアンプＰＡから出力された増幅後のシングル縦モードパルスレーザ光（以下、増幅パルスレーザ光という）は、ＨＲ（高反射）ミラーＭ１およびＭ２それぞれで反射された後、リレー光学系Ｒ２に入力される。リレー光学系Ｒ２は、増幅媒体である混合ガスが充填されたメインアンプＭＡの増幅領域空間全体に亘って満遍なくレーザ光が通過するように、増幅パルスレーザ光をさらに広げる。これによって、プリアンプＰＡと同様に、メインアンプＭＡでの増幅パルスレーザ光の増幅効率を向上することが可能となる。なお、リレー光学系Ｒ２から出力される増幅パルスレーザ光は、コリメート光である。

その後、メインアンプＭＡから出力された増幅後の増幅パルスレーザ光は、リレー光学系Ｒ３によってコリメートされ、ＨＲミラーＭ３および軸外放物面ミラーＭ４によって高反射された後、ＥＵＶ発生装置のＥＵＶチャンバ１０内にウィンド１１を介して入射する。

軸外放物面ミラーＭ４は、ＥＵＶチャンバ１０内におけるＥＵＶ集光ミラーＭ５の中央部に設けた穴部１２を通過するように増幅パルスレーザ光を反射し、この増幅パルスレーザ光をターゲット１３上に集光する。ターゲット１３が錫（Ｓｎ）である場合、集光された増幅パルスレーザ光によってＳｎがプラズマ化する。このプラズマ化したＳｎ（プラズマ発光点Ｐ１０）からは、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。ＥＵＶ集光ミラーＭ５は、ＥＵＶ光源であるプラズマ発光点Ｐ１０の像を中間集光点Ｐ２０に転射する。すなわち、ＥＵＶ集光ミラーＭ５は、プラズマ発光点Ｐ１０から放射されたＥＵＶ光を中間集光点Ｐ２０に集光する。集光されたＥＵＶ光は、中間集光点Ｐ２０から広がりながら、図示しない露光装置へ入射する。

ここで、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域について説明する。本実施の形態１では、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡにＣＯ_２ガスを含む混合ガスを増幅媒体とした増幅器を用いる。ＣＯ_２ガスを含む混合ガスを増幅媒体として含む増幅器が発振あるいは増幅する波長帯域（増幅波長帯域）は、図３に示すように、１０．６μｍ近傍および９．６μｍ近傍の複数の回転バンド（遷移００°１−１０°０バンドおよび遷移００°１−０２°０バンド）を含む。なお、図３に示すデータは、増幅媒体の混合比をＣＯ_２：Ｎ_２：Ｈｅ＝１：１：８とし、圧力を１００（torr）とし、温度を４５０（Ｋ）としたときに得られた値である。

図４は、図３に示す回転バンドのうち、１０．６μｍ近傍の回転バンドであるバンドＰ（３０）、Ｐ（２８）、Ｐ（２６）、Ｐ（２４）、Ｐ（２２）、Ｐ（２０）、および、Ｐ（１８）の増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７それぞれの光強度スペクトルを破線で示している。縦モードコントローラ４は、上述したように、縦モードアクチュエータ５を駆動して出力結合ミラー２およびリア光学モジュール３間の距離（共振器長）を制御する。これにより、出力結合ミラー２およびリア光学モジュール３間に形成された共振器６０１の共振点が制御される。そこで、増幅波長帯域Ｓ４に示すバンドＰ（２４）（発振波長＝１０．６３２４μｍ）の増幅波長帯域幅Δλ（＝０．００１５８８μｍ）内に収まるシングル縦モードレーザ光Ｌ１が半導体デバイス１から出力されるように、縦モードコントローラ４を用いて共振器６０１の共振点が制御される。このように、波長制御が可能な可変波長レーザをマスタオシレータとして用いることで、マスタオシレータから出力される増幅パルスレーザ光の波長を増幅器の増幅波長帯域に容易に一致させることが可能となる。この場合、グレーティング２１の回転制御と共振器長の制御とによる波長選択制御を行うことによって、可変波長レーザの発振波長が制御される。特に、縦モードレーザ光Ｌ１の波長を増幅波長帯域Ｓ４の中心波長付近（１０．６３２４±０．０００７９４μｍ）に調整することによって、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＰに高出力の増幅パルスレーザ光を効率よく出力させることが可能である。

この実施の形態１では、マスタオシレータが半導体レーザ６１（半導体デバイス１）であるため、波長制御が容易である。加えて、半導体レーザ６１（半導体デバイス１）は固体デバイスであるため、取り扱いが容易である。また、マスタオシレータに半導体レーザである半導体デバイス１を用いることは、他のガスレーザや固体レーザに比して簡単な電流制御で数１００Ｋｚの高繰り返しパルス光を容易に生成することを可能にする。

なお、マスタオシレータの波長制御には、グレーティングを用いた波長選択技術に限らず、エタロンや斜入射配置のグレーティングなどを用いた波長選択技術を適用することが可能である。

また、本実施の形態ならびに後述する各実施の形態（その変形例を含む）では、半導体デバイス１が出力する縦モードレーザ光のパルス波形を制御可能であることが好ましい。これにより、プラズマ発光点Ｐ１０付近でのデブリの発生を効果的に抑制できるようにターゲット１３へ照射するパルスレーザ光の時間波形を調整することができる。この結果、ターゲット１３のプラズマへの変換効率（Conversion Efficiency：ＣＥ）を最適化することが可能となる。なお、半導体デバイス１が出力する縦モードレーザ光のパルス波形の制御は、半導体デバイス１に入力する信号の波形を制御すること、すなわち信号生成器が生成する信号の波形を切り替えることで容易に実現可能である。信号生成器における信号波形の切替えは、アナログ処理またはデジタル処理という比較的容易な構成を用いて実現できるため、デブリ発生の抑制に適した波形の信号を容易に生成することが可能である。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、半導体デバイス１を含む共振器６０１で増幅するレーザ光をシングル縦モードパルスレーザ光Ｌ１とし、このシングル縦モードパルスレーザ光Ｌ１の波長をプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７のうちの一つ（増幅波長帯域Ｓ４）に合わせた。一方、この実施の形態２では、半導体デバイスを含む共振器で増幅するレーザ光をマルチ縦モードパルスレーザ光とし、このマルチ縦モードパルスレーザ光の複数の波長をプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの複数の増幅波長帯域にそれぞれ合わせる。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

ここで、半導体デバイス１を含む共振器の共振器長をｄとし、共振器内の屈折率をｎとした場合の光路長ｎｄがｎｄ＝０．００１４ｍ＝１．４ｍｍであるとすると、縦モード間隔ＦＳＲ（Free Spectral Range）は、ＦＳＲ＝０．０４０１３μｍとなる。一方、図５に示すように、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの各増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長間隔は、略０．０２μｍである。すなわち、マルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ１１〜Ｌ１４の縦モード間隔ＦＳＲは、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの各増幅波長帯域の波長間隔の２つ分に相当する。このため、マルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ１１〜Ｌ１４の波長を、それぞれ増幅波長帯域幅Δλ（＝０．００１５８８μｍ）を持つ増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７のうちの一つおいて隣り合う増幅波長帯域Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７内にそれぞれ合せ込むことができる。図５は、マルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ１１〜Ｌ１４の波長を、モードＰ（３０），Ｐ（２６），Ｐ（２２），および，Ｐ（１８）に対応する増幅波長帯域Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，および，Ｓ７にそれぞれ合わせ込んだ場合の例を示している。

この半導体レーザ６１の波長合わせ込みの制御は、縦モードコントローラ４によって行われる。ここで、マルチ縦モード発振を得るため、半導体レーザ６１にはファブリペロー共振器が用いられる。そこで本実施の形態２では、図６に示すように、実施の形態１における半導体レーザ６１の共振器６０１が、ファブリペロー型の共振器６０１Ａに置き換えられる。共振器６０１Ａは、リア光学モジュール３に代えて、リア光学モジュール３０を備える。リア光学モジュール３０は、高反射のリアミラー２２を有する。ファブリペロー型の共振器６０１Ａは、このリアミラー２２と、フロント側の出力結合ミラー２との間に形成される。また、リア光学モジュール３０は、共振器６０１Ａ内に配置され、半導体デバイス１からビーム拡大しつつ出力されたレーザ光をコリメートしてリアミラー２２に入射するコリメートレンズ２０を有する。さらに、リア光学モジュール３０は、共振器６０１Ａの共振器長ｄを調整するために、リアミラー２２を光軸に沿って移動させるＰＺＴ２３を有する。このＰＺＴ２３は、圧電素子よりなり、縦モードコントローラ４によって制御される。さらにまた、リア光学モジュール３０は、リアミラー２２が取り付けられたＰＺＴ２３を保持するミラーホルダ２４を有する。

上述のように、リア光学モジュール３０は、共振器６０１Ａの共振器長ｄを変化させてマルチ縦モードを制御する。ただし、これに限定されず、共振器６０１Ａの共振器長（光路長）ｎｄを変化可能であればよい。たとえば、半導体デバイス１の近傍に設けた温度調節手段を用いて半導体デバイス１の温度制御を行うことで、半導体デバイス１の屈折率ｎを変化させて実質的な共振器長を変化させるように構成してもよい。

この実施の形態２では、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの複数の増幅波長帯域で、マルチ縦モードパルスレーザ光を同時に増幅することができる。この結果、ドライバレーザにおけるレーザ光の増幅効率をより向上することが可能となる。

（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、図７に示すように、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７全てにマルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ２１〜Ｌ２７の波長を合わせ込むことで、マルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ２１〜Ｌ２７をそれぞれ増幅する。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

この場合、実施の形態２と同様に、共振器６０１Ａの光路長ｎｄを調整し、半導体レーザ６１の縦モード間隔ＦＳＲを増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７間のそれぞれの波長間隔にほぼ一致させる。たとえば、光路長ｎｄ＝０．００２８ｍ＝２．８ｍｍであるとすると、縦モード間隔ＦＳＲ＝０．０２００６μｍとする。これにより、増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７間のそれぞれの波長間隔と半導体レーザ６１の縦モード間隔ＦＳＲとがほぼ一致するため、増幅波長帯域幅Δλの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７それぞれにマルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ２１〜Ｌ２７の波長を合わせ込むことができる。

この実施の形態３では、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの全ての増幅波長帯域に、半導体レーザ６１のマルチ縦モードパルスレーザ光の波長を一致させているため、ドライバレーザにおけるレーザ光の増幅効率をより向上することが可能となる。

（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４では、図８に示すように、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７全てに、マルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ３１〜Ｌ４３のうちの一つおいて隣り合うマルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ３１，Ｌ３３，Ｌ３５，Ｌ３７，Ｌ３９，Ｌ４１，および，Ｌ４３の波長を合わせ込むことで、マルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ３１，Ｌ３３，Ｌ３５，Ｌ３７，Ｌ３９，Ｌ４１，および，Ｌ４３をそれぞれ増幅する。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

この場合、実施の形態２と同様に、共振器６０１Ａの光路長ｎｄを調整し、半導体レーザ６１の縦モード間隔ＦＳＲを増幅波長帯域間Ｓ１〜Ｓ７間のそれぞれの波長間隔の１／２倍にほぼ一致させる。たとえば、光路長ｎｄ＝０．０５６ｍ＝５６ｍｍであるとすると、縦モード間隔ＦＳＲ＝０．０１００３μｍとする。これにより、増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７間のそれぞれの波長間隔の半分と半導体レーザ６１の縦モード間隔ＦＳＲとがほぼ一致するため、増幅波長帯域幅Δλを持つ増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内にマルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ３１〜Ｌ４３のうちの一つおいて隣り合うマルチ縦モードパルスレーザ光Ｌ３１，Ｌ３３，Ｌ３５，Ｌ３７，Ｌ３９，Ｌ４１，および，Ｌ４３の波長をそれぞれ合わせ込むことができる。

この実施の形態４では、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの全ての増幅波長帯域に半導体レーザ６１のマルチ縦モードパルスレーザ光の一部の波長を一致させているため、ドライバレーザにおけるレーザ光の増幅効率をより向上することが可能となる。

なお、実施の形態２〜４では、複数の縦モードパルスレーザ光の縦モード間隔ＦＳＲを調整して、隣接波長間隔が略等しい増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７に縦モードパルスレーザ光の波長を一致させている。しかしながら、これに限定されず、この波長合せ込みの構成は適宜変更可能である。たとえば、縦モード間隔ＦＳＲをさらに短くして隣接する増幅波長帯域間に複数の縦モードレーザ光（例えば３本またはそれ以上）を介在させてもよい。また、この波長合せ込みの構成は、例えばバンドＰ（３２）〜Ｐ（３８）など、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの他の増幅波長帯域に対しても同様に適用可能である。

なお、上述した実施の形態１〜４では、マスタオシレータとして半導体レーザを用いているが、これに限らず、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡに用いた分子ガスを増幅媒体とする増幅器（具体的にはＣＯ_２ガスまたはそれを含む混合ガスなどを増幅媒体とする増幅器）に対して異種のレーザであればよい。

（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、半導体レーザから出力される縦モードパルスレーザ光の波長を直接検出し、この縦モードパルスレーザ光の波長が増幅波長帯域の波長に一致するように、半導体レーザをフィードバック制御する。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図９は、この発明の実施の形態５による極端紫外光光源装置の構成を示す模式図である。この実施の形態５では、極端紫外光光源装置における半導体レーザ６１（図１参照）が半導体レーザ６１Ａに置き換えられる。半導体レーザ６１Ａは、半導体レーザ６１と同様の構成に加え、出力結合ミラー２とリレー光学系Ｒ１との間に位置するビームスプリッタＭ１０と、ビームスプリッタＭ１０によって反射した一部のレーザ光から縦モードパルスレーザ光の波長（以下、発振縦モード波長ともいう）を検出する発振波長縦モード検出器４０とを有する。その他の構成は、図１に示した極端紫外光光源装置と同じであり、同一の構成には同一符号を付している。なお、リア光学モジュール３には、実施の形態２〜５に示したリア光学モジュール３０が適宜用いられる。また、半導体レーザ６１Ａは、シングルまたはマルチの縦モードパルスレーザ光を出力する。

ここで、図１０に示すフローチャートを参照して、本実施の形態５による波長制御処理について説明する。図１０に示すように、極端紫外光光源装置は、まず、半導体レーザ６１Ａをたとえば数１００ｋＨｚの繰り返しパルスで発振させる（ステップＳ１０１）。この際、極端紫外光光源装置は、半導体レーザ６１Ａが所望周期（数１００ｋＨｚ）の繰り返しパルスを発振するように、予め設定された所望運転モードに従って縦モードコントローラ４から縦モードアクチュエータ５を駆動して出力結合ミラー２とリア光学モジュール３との位置を制御する。なお、この場合、大まかな共振器長ｎｄを予め設定しておくとよい。次に、極端紫外光光源装置は、発振波長縦モード検出器４０に現在の発振縦モード波長を検出させる（ステップＳ１０２）。次に、極端紫外光光源装置は、縦モードコントローラ４に、発振波長縦モード検出器４０で検出された発振縦モード波長に基づいて、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に半導体レーザ６１Ａの発振縦モード波長が重なり合っているか否かを判断させる（ステップＳ１０３）。

プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に半導体レーザ６１Ａの発振縦モード波長が重なり合っていない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、極端紫外光光源装置は、発振縦モード波長が増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に入るように、縦モードアクチュエータ５を駆動してグレーティング２１またはＰＺＴ２３もしくはその両方の位置を微調整し（ステップＳ１０７）、その後、ステップＳ１０１に帰還する。これにより、縦モードパルスレーザ光の波長（発振縦モード波長）がプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長に一致するように半導体レーザ６１Ａがフィードバック制御される。

一方、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に半導体レーザ６１Ａの発振縦モード波長が重なり合っている場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、極端紫外光光源装置は、半導体レーザ６１Ａの発振縦モード波長が増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に入っている現在の状態を維持する制御を行う（ステップＳ１０４）。次に、極端紫外光光源装置は、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡを作動させて増幅可能な状態とし（ステップＳ１０５）、続いて、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡにて増幅された縦モードパルスレーザ光をターゲット１３に照射することで、ターゲット１３に１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放射させる（ステップＳ１０６）。その後、極端紫外光光源装置は、ステップＳ１０１に帰還して上述した処理を繰り返す。以上の動作を実行することで、本実施の形態６では、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に半導体レーザ６１Ａの発振縦モード波長が重なり合った状態を維持することが可能となるため、高い効率で増幅された増幅レーザ光を安定してターゲット１３に照射することが可能となる。

（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態５では、プリアンプＰＡの増幅状態を検出し、この検出された増幅状態に基づいてプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域の波長に半導体レーザから出力された縦モードレーザ光の波長が一致するように、半導体レーザをフィードバック制御する。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図１１は、この発明の実施の形態６による極端紫外光光源装置の構成を示す模式図である。本実施の形態６では、極端紫外光光源装置における半導体レーザ６１／６１Ａ（図１／図９参照）が半導体レーザ６１Ｂに置き換えられる。また、極端紫外光光源装置は、プリンアンプＰＡの入力側および出力側にそれぞれ位置するブームスプリッタＭ１１およびＭ１２と、ビームスプリッタＭ１１によって反射した一部のレーザ光からプリアンプＰＡに入力されるレーザ光の出力を検出する増幅出力検出器４１と、ビームスプリッタＭ１２によって反射した一部のレーザ光からプリアンプＰＡから出力されるレーザ光の出力を検出する増幅出力検出器４２とを有する。その他の構成は、図１に示した極端紫外光光源装置と同じであり、同一の構成には同一符号を付している。なお、リア光学モジュール３は、実施の形態２〜５に示したリア光学モジュール３０が適宜用いられる。また、半導体レーザ６１Ｂは、シングルまたはマルチの縦モードパルスレーザ光を出力する。

ここで、図１２に示すフローチャートを参照して、本実施の形態６による波長制御処理について説明する。図１２に示すように、極端紫外光光源装置は、まず、半導体レーザ６１Ｂをたとえば数１００ＫＨｚの繰り返しパルスで発振させる（ステップＳ２０１）。この際、極端紫外光光源装置は、半導体レーザ６１Ｂが所望周期（数１００ｋＨｚ）の繰り返しパルスを発振するように、予め設定された所望運転モードに基づいて縦モードコントローラ４から縦モードアクチュエータ５を駆動して出力結合ミラー２と光学モジュール３との位置を制御する。なお、この場合、大まかな共振器長ｎｄを予め設定しておくとよい。次に、極端紫外光光源装置は、プリアンプＰＡを作動させて増幅可能な状態とし（ステップＳ２０２）、続いて、増幅出力検出器４１および４２にプリアンプＰＡの入力エネルギーＰ１および出力エネルギーＰ２をそれぞれ検出させる（ステップＳ２０３）。その後、極端紫外光光源装置は、縦モードコントローラ４にプリアンプＰＡのゲイン（Ｐ２／Ｐ１）が所望の値Ｇ以上であるか否かを判断させる（ステップＳ２０４）。

ここで、プリアンプＰＡのゲイン（Ｐ２／Ｐ１）が所望の値Ｇ以上でない場合とは、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７と半導体レーザ６１Ｂの発振縦モード波長との重なりが悪い状態である。そこで、プリアンプＰＡのゲイン（Ｐ２／Ｐ１）が所望の値Ｇ以上でない場合（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、極端紫外光光源装置は、半導体レーザ６１Ｂの発振縦モード波長がプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に入るように、すなわちプリアンプＰＡのゲインが所望の値Ｇ以上の大きな値（最大値）となるように、縦モードアクチュエータ５を駆動してグレーティング２１またはＰＺＴ２３もしくはその両方の位置を微調整し（ステップＳ２０５）、その後、ステップＳ２０１に帰還する。これにより、縦モードパルスレーザ光の波長（発振縦モード波長）がプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長に一致するように半導体レーザ６１Ｂがフィードバック制御される。

一方、プリアンプＰＡのゲイン（Ｐ２／Ｐ１）が所望の値Ｇ以上である場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７と半導体レーザ６１Ｂの発振縦モード波長との重なりが良い状態であるため、極端紫外光光源装置は、半導体レーザ６１Ｂの発振縦モード波長が増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に入っている現在の状態を維持する制御を行う（ステップＳ２０６）。次に、極端紫外光光源装置は、メインアンプＭＡを作動させて増幅可能な状態とし（ステップＳ２０７）、続いて、増幅された縦モードパルスレーザ光をターゲット１３に照射することで、ターゲット１３に１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放射させる（ステップＳ２０８）。その後、極端紫外光光源装置は、ステップＳ２０１に帰還して上述した処理を繰り返す。以上の動作を実行することで、本実施の形態６では、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に半導体レーザ６１Ｂの発振縦モード波長が重なり合った状態を維持することが可能となるため、高い効率で増幅された増幅レーザ光を安定してターゲット１３に照射することが可能となる。

（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７による極端紫外光光源装置は、図１３に示すように、プリアンプとしてスラブレーザＰＡ１０を用いている。また、極端紫外光光源装置は、スラブレーザＰＡ１０から半導体レーザ６１へ戻り光が入射することを防止する光アイソレータ５１と、高次横モードをカットする空間フィルタ５２とを備えている。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図１３において、縦モードコントローラ４によって波長制御された半導体レーザ６１からの縦モードパルスレーザ光は、順次、光アイソレータ５１および空間フィルタ５２を介してプリアンプとしてのスラブレーザＰＡ１０に入力され、スラブレーザＰＡ１０にて増幅される。光アイソレータ５１には、たとえばファラデーローテータ、または、ＳＦ_２ガスによる可飽和吸収体のガスセルなどが用いられる。空間フィルタ５２は、集光レンズ５２ａとピンホール５２ｃとコリメートレンズ５２ｂとを備える。集光レンズ５２ａは、光アイソレータ５１を介して入射した縦モードパルスレーザ光を集光する。ピンホール５２ｃは、集光レンズ５２ａによって集光された縦モードパルスレーザ光に含まれる高次横モードをカットし、シングルまたは低次横モードのレーザ光のみを通過させる。コリメートレンズ５２ｂは、ピンホール５２ｃを通過したレーザ光をコリメートする。空間フィルタ５２から出力されたレーザ光は、スラブレーザＰＡ１０の入力ウィンドに入射する。スラブレーザＰＡ１０は、平板上の増幅領域が対向するミラーＭ２１およびＭ２２によって挟まれた構成を備える。したがって、スラブレーザＰＡ１０に入射したレーザ光は、ミラーＭ２１およびＭ２２間を往復してスラブレーザＰＡ１０の増幅領域を複数回通過することによって、マルチパス増幅される。また、マルチパス増幅されたレーザ光は、スラブレーザＰＡ１０の出力ウィンド（光取出窓ともいう）を介してＨＲ（半反射）ミラーＭ１へ出力される。

ＨＲミラーＭ１およびＭ２で反射した増幅後のレーザ光は、メインアンプＭＡの増幅領域空間全体に亘って満遍なくレーザ光が通過するようにリレー光学系Ｒ１２によって広げられる。メインアンプＭＡによってさらに増幅されたレーザ光は、リレー光学系Ｒ３によってコリメートされる。その後、コリメートされたレーザ光は、ＨＲミラーＭ３および軸外放物面ミラーＭ４を介してターゲット１３に照射される。

この実施の形態７によるドライバレーザは、空間フィルタ５２によって高次横モードがカットされたレーザ光を出力することができる。また、スラブレーザＰＡ１０の自励発振による戻り光やメインアンプＭＡまたはプリアンプＰＡからの光の一部がターゲット１３で反射することによる戻り光の一部を空間フィルタ５２によってカットすることができる。さらに、光アイソレータ５１によって空間フィルタ５２を通過した戻り光が半導体レーザ６１へ入射することを防止することができる。この結果、集光性の良いパルスレーザ光を出力することが可能になるとともに、安定したパルス増幅が可能になる。

（実施の形態８）
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。上述した実施の形態１〜７による半導体レーザ６１／６１Ａ／６１Ｂは、発振縦モードの波長間隔が増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長間隔に略一致するような複数の発振縦モードのレーザ光を出力する。そこで、ターゲット１３にＳｎを用いる場合、屈折率ｎを考慮した実質的な共振器長（光路長）ｎｄを、１．４ｍｍ、２．８ｍｍ等と、極めて短くする必要がある。このため、半導体レーザ６１が極めて小型になってしまう。なお、ｄは、出力結合ミラー２とリア光学モジュール３（具体的にはリア光学モジュール３内のリアミラー２２またはグレーティング２１）と間の距離で定まる共振器長であり、ｎは共振器中の屈折率である。そこで、この実施の形態８では、共振器長ｄを大きな値に設定する。これにより、半導体レーザを製造し易い程度の大きさとすることができる。以下に示す具体例では、共振器長ｄを最低限必要な共振器長の約５０倍の長さとする。この場合、屈折率ｎを考慮した実質的な共振器長（光路長）ｎｄは７０ｍｍとなる。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図１４は、この発明の実施の形態８による極端紫外光光源装置に用いられる半導体レーザ６１Ｃの構成を示す模式図である。この半導体レーザ６１Ｃは、図２に示したリア光学モジュール３に代えてリア光学モジュール５３を備えるとともに、出力結合ミラー２のフロント側に図６に示したＰＺＴ２３およびミラーホルダ２４に相当するＰＺＴ５４およびミラーホルダ５５を備える。リア光学モジュール５３は、リア光学モジュール３の構成に加え、グレーティング２１とコリメートレンズ２０との間に位置するエタロン５０を含む。共振器は、出力結合ミラー２とグレーティング２１との間で形成される。この共振器から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタＭ５０に入射される。ビームスプリッタＭ５０は、入射した一部のレーザ光を反射するとともに、残りのレーザ光を透過してプリアンプＰＡへ出力する。

すなわち、半導体デバイス１で生成された光は、コリメートレンズ２０に入射して平行化されることで、コリメート光に変換される。このコリメート光のうち、エタロン５０によって選択される波長のレーザ光のみがエタロン５０を透過して、リトロー配置されたグレーティング２１に入射する。グレーティング２１に入射したコリメート光は、入射角度と同じ角度で回折する。ここで、リトロー配置とは、入射角度と回折角度とが同じとなる波長の光のみを選択的に共振器へ戻すことが可能な方式である。このグレーティング２１によって波長選択された回折光は、再びエタロン５０に入射して波長選択された後、コリメートレンズ２０を介して集光されて、半導体デバイス１の一方の端に入射し、半導体デバイス１の増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７を通過することで増幅される。その後、半導体デバイス１で増幅された光は、半導体デバイス１の他方の端から出射する。出射した光の一部は、出力結合ミラー２を透過した後、出力レーザ光としてビームスプリッタＭ５０から出力される。一方、出力結合ミラー２で反射した反射光は、再び半導体デバイス１の増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７を通過することで増幅されるとともに、上述した過程を繰り返すことで波長選択される。

なお、共振器アクチュエータ５ａは、ＰＺＴ５４を駆動することで共振器長を変化させる。エタロンアクチュエータ５ｂは、たとえば、エタロン５０を回転駆動してエタロン５０の共振間隔を変化させることで、選択波長を変化させる。グレーティングアクチュエータ５ｃは、グレーティング２１を回転駆動することによって選択波長帯域を変化する。スペクトル検出器５６は、ビームスプリッタＭ５０によって反射した一部のレーザ光のスペクトルを検出する。

ここで、図１５を参照して、半導体レーザ６１Ｃの共振器から出力されるマルチ縦モードパルスレーザ光について説明する。この実施の形態８では、出力結合ミラー２とグレーティング２１との間の共振器長ｄが、実施の形態２〜７に比して大きい。このため、共振器の縦モード間隔ＦＳＲであるＬ_ＦＳＲが波長軸上でプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の各波長間隔に比して短くなり、結果、同じ波長帯域中に多くの縦モードＬＬが現れる。

一方、グレーティング２１による波長選択領域Ｅ１の帯域幅Δλｓは、次式（１）で表される。
Δλｓ＝λ／（２tanβ）・θ …（１）
ここで、グレーティングの溝本数ｍ＝２０本／ｍｍ、回折角度β＝６．０８°となるようにグレーティング２１を設置し、このグレーディング２１に波長λ＝１０．６μｍのレーザ光が広がり角度θ＝２．５mradで入射した場合を想定する。この場合、図１５に示した波長選択領域Ｅ１の帯域幅Δλｓは、０．１２０μｍ（≒０．０２０６μｍ×６）となる。すなわち、グレーティング２１による波長選択領域Ｅ１の帯域幅Δλｓが、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７のみを選択する幅となる。

また、エタロン５０の縦モード間隔ＦＳＲであるＥ_ＦＳＲは、次式（２）で表される。
Ｅ_ＦＳＲ＝λ＾２／（２ｎl） …（２）
なお、ｎはエタロン５０の光路間の屈折率であり、lはエタロン５０のミラー間隔である。ここで、エタロン５０に、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の各波長間隔と略等しい波長間隔（＝０．０２００６μｍ）の波長選択領域Ｅ２１〜Ｅ２７を形成させるためには、エタロン５０の光路間の屈折率ｎとエタロン５０のミラー間隔ｌとの積ｎｌを２．８ｍｍとすればよい。

また、上述した共振器の縦モード間隔Ｌ_ＦＳＲは、次式（３）で表される。
Ｌ_ＦＳＲ＝λ＾２／（２ｎｄ） …（３）
なお、ｎは共振器間の屈折率であり、ｄは共振器長である。したがって、共振器長ｄは、次式（４）に示すように、エタロンＦＳＲであるＥ_ＦＳＲを共振器の縦モード間隔ＦＳＲであるＬ_ＦＳＲの整数倍に略一致させる値に設定される。ただし、以下の式（４）において、ｍは整数である。
Ｅ_ＦＳＲ＝ｍ・Ｌ_ＦＳＲ …（４）

以上の式（１）〜式（４）に基づいて、グレーティング２１、エタロン５０、およびレーザの共振器長ｄをアレンジすることで、図１５に示すようなマルチ縦モードパルス光ＬＬ１〜ＬＬ７を共振増幅することが可能となる。ここで、共振器から発振される縦モードの本数は、増幅される必要最小限の７本のみである。このため、半導体デバイス１に注入したエネルギーを、増幅される縦モードのレーザ光に効率良く変換することが可能である。

なお、エタロン５０の縦モード間隔ＦＳＲであるＥ_ＦＳＲを図１５に示したＥ_ＦＳＲの２倍（＝０．０４０１３μｍ）、具体的にはエタロン５０の光路間隔ｎｌを１．４ｍｍとすると、図１６に示すように、エタロン５０の波長選択領域の本数が半分（波長選択領域Ｅ２１，Ｅ２３，Ｅ２５およびＥ２７）に減り、これらが一つおきの増幅波長帯域Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５およびＳ７に合せ込まれる。この結果、４つのマルチ縦モードパルス光ＬＬ１，ＬＬ３，ＬＬ５およびＬＬ７のみを増幅することが可能となる。なお、式（４）に示すように、エタロン５０の縦モード間隔ＦＳＲであるＥ_ＦＳＲは、共振器の縦モード間隔ＦＳＲであるＬ_ＦＳＲの整数倍と略一致するように設定される。

ここで、図１７および図１８に示すフローチャートを参照して、本実施の形態８による波長制御処理について説明する。図１７は、この実施の形態８による波長制御処理手順の全体を示すフローチャートである。この実施の形態８では、図１０に示した波長制御処理と同様な処理が行われるが、ステップＳ１０４およびＳ１０７の処理に代えて、半導体レーザ６１Ｃの複数の発振波長を増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７内に合せ込む制御（発振波長制御処理）が行われる（ステップＳ１０４ａおよびＳ１０７ａ）。

図１８は、図１７に示した発振波長制御処理（ステップＳ１０４ａ／Ｓ１０７ａ）の手順を示すフローチャートである。なお、発振波長制御処理は、縦モードコントローラ４が制御する処理であるため、以下では縦モードコントローラ４に着目して説明する。図１８に示すように、縦モードコントローラ４は、まずスペクトル検出器５６が検出したスペクトルをもとに、各増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７で発振する発振波長λ１、λ２、…λｎの値の平均値λav（＝（λ１、λ２、…λｎ）／ｎ）を算出する（ステップＳ３０１）。さらに、縦モードコントローラ４は、平均値λavと目標平均値λavtとの差Δλav（＝λav−λavt）を算出する（ステップＳ３０２）。その後、縦モードコントローラ４は、グレーティングアクチュエータ５ｃを駆動してグレーティング２１を回転することで、グレーティング２１による選択波長をΔλav変化させる（ステップＳ３０３）。

その後、縦モードコントローラ４は、発振波長λ１、λ２、…λｎと増幅領域波長λg１、λg２、…λgｎとの差の平均値Δλｍlavを算出する（ステップＳ３０４）。すなわち、縦モードコントローラ４は、各発振波長と各増幅領域波長との差をΔλｍlｎ＝（λｎ−λgｎ）として、平均値Δλｍlav＝（Δλｍl１＋Δλｍl２＋…＋Δλｍlｎ）／ｎを算出する。その後、縦モードコントローラ４は、エタロンアクチュエータ５ｂを駆動してエタロン５０を回転することで、エタロン５０の選択波長をΔλｍlav変化させる（ステップＳ３０５）。

さらに、縦モードコントローラ４は、検出されたスペクトルをもとにパルスエネルギーＰｅを求める処理をスペクトル検出器５６に実行させ（ステップＳ３０６）、このパルスエネルギーＰｅが大きくなるように、共振器アクチュエータ５ａよりＰＺＴ５４を駆動して出力結合ミラー２の位置を変化させることで共振器長ｄを微調整する（ステップＳ３０７）。その後、縦モードコントローラ４は、新たに検出されたスペクトルより得られたパルスエネルギーＰｅが所定のエネルギー値Ｐｔ以上か否かを判断し（ステップＳ３０８）、所定のエネルギー値Ｐｔ以上でない場合（ステップＳ３０８，Ｎｏ）、ステップＳ３０６に移行して、再度、共振器長ｄを変化させる制御を行う。一方、所定のエネルギー値Ｐｔ以上である場合（ステップＳ３０８，Ｙｅｓ）、縦モードコントローラ４は、本処理を終了して、ステップＳ１０４ａまたはステップＳ１０７ａにリターンする。

なお、上述したスペクトル検出器５６は、たとえば、グレーティング型の分光器、エタロン分光器、または、干渉計などによって実現される。また、本実施の形態８では、出力結合ミラー２が取り付けられたＰＺＴ５４を共振器アクチュエータ５ａが駆動することで共振器長ｄを微調整する。ただし、これに限らず、半導体デバイス１の温度制御を行って増幅領域中の光路の屈折率ｎを制御することで、実質的な共振器長を微調整してもよい。すなわち、共振器アクチュエータ５ａは、実質的な共振器長を伸縮させる制御を行うことができればよい。さらにエタロンアクチュエータ５ｂは、たとえばエタロン５０の設置角度を制御してもよいし、エタロン５０のミラー間隔またはミラー間の光路長をＰＺＴなどで機械的に制御してもよいし、または、温度制御によってエタロン５０のミラー間の光路長を制御してもよい。一方、グレーティングアクチュエータ５ｃは、グレーティング２１の入射（＝回折）角度を変化させるための回転ステージにグレーティング２１を設置することによって実現できる。

また、上述した実施の形態８では、グレーティング２１の波長選択領域Ｅ１が固定されている場合を例に挙げた。ただし、これに限定されず、グレーティング２１の波長選択領域を広範囲とし、この波長選択領域内に含まれる増幅波長帯域を適宜エタロン５０によって選択してもよい。この場合、エタロン５０によって選択された本数分（好ましくは３〜７本）の縦モードパルスレーザ光が出力される。

（実施の形態９）
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。上述した実施の形態２〜８による半導体レーザ６１／６１Ａ／６１Ｂ／６１Ｃは、半導体デバイス１と出力結合ミラー２とリア光学モジュール３／５３とを備え、これらよりなる共振器がマルチ縦モード発振するように構成されていた。これに対し、この実施の形態９では、マルチ縦モード発振する半導体レーザの代わりに、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域のいずれかに含まれる波長のレーザ光をそれぞれシングル縦モードで発振する複数の半導体レーザからの光を合波し、これによる合波光を出力するレーザ装置を用いる。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図１９は、この発明の実施の形態９の極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置６０の構成を示す模式図である。この半導体レーザ６１は、上述したプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７のいずれかに含まれる波長のレーザ光をそれぞれシングル縦モードで発振する複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎ（以下、説明上、区別す必要が無い場合の半導体レーザの符号を６１とする）と、各半導体レーザ６１から出力されたレーザ光を合波する合波部６３とを有する。各半導体レーザ６１と合波部６３との間には、導波路６２−１〜６２−ｎ（以下、説明上、区別する必要が無い場合の導波路の符号を６２とする）が設けられる。合波部６３の他端には、出力導波路６４が設けられる。なお、半導体レーザ６１と導波路６２と合波部６３と出力導波路６４とは、例えば１つの半導体基板上に作り込まれてもよい。

各半導体レーザ６１の発振波長は、それぞれプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長にほぼ合わせられる。しかしながら、温度変化などによって各半導体レーザ６１における増幅領域の屈折率ｎが変化し、これによって各半導体レーザ６１の発振波長が変化する。そこで、各半導体レーザ６１に搭載されている図示しない縦モードコントローラ４は、それぞれの半導体レーザ６１の発振波長を温度調整によって制御してもよい。この際、半導体レーザ６１−１〜６１−ｎそれぞれが独立して上述したフィードバック制御を行うように構成してもよい。

（変形例９−１）
図２０は、この発明の実施の形態９の変形例９−１による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置６０Ａの構成を示す模式図である。この変形例９−１によるレーザ装置６０Ａが図１９に示したレーザ装置６０と異なる点は、合波部６３の機能を果たす光学素子として合波用グレーティング６５を使用している点である。

グレーティングによる分光では、入射角度αと回折角度βとの間に次の式（５）が成立する。なお、以下の式（５）において、ｍは次数、λは波長、ａは格子間距離である。
ｍλ＝ａ(sinα±sinβ) …（５）

図２０において、複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎは、各々プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７のいずれかに含まれる波長のレーザ光をシングル縦モードで発振する。各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎから出力されたレーザ光は、それぞれ、合波用グレーティング６５へ入射角度α_１、α_２、・・・、α_ｎで入力される。合波用グレーティング６５は、各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎから入力されたレーザ光をすべて回折角度βで出力する。これにより、複数の半導体レーザ６１から出力されたレーザ光が合波される。

そこで、式（５）から以下に示すｎ個の式（５−１）〜式（５−ｎ）が成立するような入射角度α_１、α_２、・・・、α_ｎと回折角度βとが設定される。
ｍλ_１＝ａ(sinα_１±sinβ) …（５−１）
ｍλ_２＝ａ(sinα_２±sinβ) …（５−２）
・
・
・
ｍλ_ｎ＝ａ(sinα_ｎ±sinβ) …（５−ｎ）
ここで、各半導体レーザ６１の発振波長λ_１、λ_２・・・λ_ｎは、図３に示したようなプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの発振ラインの波長のいずれでもよい。

（変形例９−２）
また、上述した変形例９−１では、複数の半導体レーザ６１を合波用グレーティング６５における回折面上の一点を中心とした円に沿って円弧状に配置する場合を例に挙げた。ただし、これに限定されず、図２１に示すように、それぞれのレーザ光の出力方向が同一方向に揃うように複数の半導体レーザ６１を横並びに配置してもよい。図２１は、この発明の実施の形態９の他の変形例９−２による極端紫外光光源装置に用いられる半導体レーザ６０Ｂの構成を示す模式図である。図２１に示すように、この半導体レーザ６０Ｂは、複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎと、球面凹面ミラー６６と、合波用グレーティング６５と、球面凹面ミラー６７と、赤外用光ファイバ６９とを有する。複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎ（６１）は、レーザ光の出力方向が同一方向に揃うように並列に配置されている。球面凹面ミラー６６は、各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎから出力されたレーザ光を平行化しつつコリメート光として反射する。合波用グレーティング６５は、球面凹面ミラー６６からの複数のコリメート光を回折する。球面凹面ミラー６７は、合波用グレーティング６５によって回折されたコリメート光を集光するように反射する。赤外用光ファイバ６９は、球面凹面ミラー６７によって集光されたレーザ光を光ファイバスリーブ６８で受光し、これをプリアンプＰＡへ導波する。なお、各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎから出力されたレーザ光は、広がりつつ球面凹面ミラー６６に入射する。すなわち、各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎが球面凹面ミラー６６に形成するスポットは、点ではなく、ある程度の面積を持った領域となる。したがって、球面凹面ミラー６６で反射したｎ個のレーザ光は、ある程度の広がりを持ったコリメート光として、合波用グレーティング６５の回折面における重複する領域にそれぞれ入射し、合波用グレーティング６５によって回折される。この際、合波用グレーティング６５に入射するｎ個のレーザ光（コリメート光）と合波用グレーティング６５で回折されたレーザ光（回折光）とが上述した式（５−１）〜式（５−ｎ）を成立させるような入射角度α_１、α_２、・・・、α_ｎと回折角度βとの関係を持つように、半導体レーザ６１と球面凹面ミラー６６と合波用グレーティング６５とがアレンジされる。このように、合波用グレーティング６５による各レーザ光の回折角度βを同じとすることで、球面凹面ミラー６６で反射された半導体レーザ６１−１〜６１−ｎからのレーザ光を合波用グレーティング６６において広がりを持ったコリメート光に合波することが可能となる。

球面凹面ミラー６７によって反射された合波用グレーティング６５からのコリメート光（レーザ光）は、球面凹面ミラー６７によって集光するように反射される。球面凹面ミラー６７の焦点Ｆには、光ファイバスリーブ６８が配置されている。このため、焦点Ｆに集光されたレーザ光は、光ファイバスリーブ６８を介して赤外用光ファイバ６９内に導波される。この赤外用光ファイバ６９内に導波されたレーザ光は、プリアンプＰＡに出力される。なお、赤外用光ファイバ６９に代えてリレー光学系を用いてもよい。

この実施の形態９では、個別の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎが、それぞれプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長に一致する波長のレーザ光を出力する。このため、レーザ光の波長をプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の波長に精度良く一致させることを簡易な構成で実現することができる。この結果、ドライバレーザにおける増幅効率をさらに高めることが可能となる。

（実施の形態１０）
つぎに、この発明の実施の形態１０について説明する。上述した実施の形態１〜９では、半導体レーザ６１／６１Ａ／６１Ｂ／６１Ｃから出力されたレーザ光をそのままプリアンプＰＡへ出力するようにしていた。これに対し、この実施の形態１０では、半導体レーザとプリアンプＰＡとの間に半導体レーザから出力されたレーザ光を増幅する再生増幅器を配置する。なお、以下の説明では、半導体レーザ６１を用いた場合を例に挙げるが、他の半導体レーザ６１Ａ／６１Ｂ／６１Ｃを用いてもよい。また、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図２２は、この発明の実施の形態１０による極端紫外光光源装置に用いられる再生増幅器１００の構成を示す模式図である。この再生増幅器１００は、上述したように、半導体レーザ６１とプリアンプＰＡとの間、たとえば図１に示した半導体レーザ６１とリレー光学系Ｒ１との間に設けられ、半導体レーザ６１から出力されたレーザ光を増幅してプリアンプＰＡへ出力する。

図２２に示すように、再生増幅器１００は、一対の共振器ミラー１０１および１０２間に、共振器ミラー１０１側から順に、ＥＯポッケルスセル１１１、偏光ビームスプリッタ１０３、ＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡ、ＥＯポッケルスセル１１２、および、λ／４板１１３が配置された構成を備える。半導体レーザ６１から出力されたレーザ光のうちの所定の偏光成分（本例ではＳ偏光成分）は、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射することで、シードパルス光ＳＡとして再生増幅器１００に入力する。再生増幅器１００に入力されたシードパルス光ＳＡは、共振器ミラー１０１および１０２間を往復する際に増幅され、その後、偏光ビームスプリッタ１０３によってプリアンプＰＡへ増幅パルス光ＳＢとして出力される。

ここで、図２３に示すタイミングチャートを参照して、再生増幅器１００の動作について説明する。まず、タイミングｔ０でシードパルス光ＳＡとして偏光ビームスプリッタ１０３に入射した半導体レーザ６１からのパルス状のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０３で反射することで再生増幅器１００の共振器内に導入される。ここで、半導体レーザ６１から出力されたレーザ光は、Ｓ偏光である。共振器内に導入されたレーザ光は、ＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を通過することで増幅され、電圧が印加されていない状態のＥＯポッケルスセル１１２を位相変化なく透過した後、λ／４板１１３を透過することで円偏光のレーザ光に変換される。円偏光に変換されたレーザ光は、共振器ミラー１０２で高反射し、再びλ／４板１１３に入射する。λ／４板１１３は、入射した円偏光のレーザ光をＰ偏光のレーザ光に変換する。Ｐ偏光に変換されたレーザ光は、電圧が印加されていない状態のＥＯポッケルスセル１１２を位相変化なく通過した後、再度ＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を通過することで増幅される。増幅されたＰ偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、電圧が印加されていない状態のＥＯポッケルスセル１１１を位相変化なく透過した後、共振器ミラー１０１で高反射する。そして、高反射したＰ偏光のレーザ光は、再びＥＯポッケルスセル１１１を位相変化なく透過し、偏光ビームスプリッタ１０３を透過した後、再びＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を通過することによって増幅される。

その後、タイミングｔ１でＥＯポッケルスセル１１２に電圧が印加される。電圧が印加されたＥＯポッケルスセル１１２は、通過するレーザ光の位相をλ／４変化させる。したがって、電圧が印加された状態のＥＯポッケルスセル１１２を通過したレーザ光は、円偏光のレーザ光に変換される。この円偏光のレーザ光は、続いてλ／４板１１３を透過することによってＳ偏光のレーザ光に変換される。そして、Ｓ偏光に変換されたレーザ光は、共振器ミラー１０２によって反射した後、再びλ／４板１１３を透過することによって円偏光のレーザ光に変換される。さらに、円偏光に変換されたレーザ光は、電圧が印加された状態のＥＯポッケルスセル１１２を透過することによって再びＰ偏光に変換される。続いて、Ｐ偏光のレーザ光は、ＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を通過することによって増幅される。続いて、増幅されたＰ偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、電圧が印加されていない状態のＥＯポッケルスセル１１１を位相変化なく透過し、Ｐ偏光の状態で共振器ミラー１０１によって反射される。その後、反射されたＰ偏光のレーザ光は、電圧が印加されていない状態のＥＯポッケルスセル１１１を再び位相変化なく透過し、Ｐ偏光の状態のまま偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。このように、レーザ光は、ＥＯポッケルスセル１１２に電圧が印加された状態で共振器ミラー１０１および１０２間を往復することで増幅される。

その後、増幅された増幅パルス光ＰＡを外部出力するタイミングｔ２で、ＥＯポッケルスセル１１１に電圧が印加される。Ｐ偏光のレーザ光は、この電圧が印加されたＥＯポッケルスセル１１１を透過することによって、位相がλ／４がずれて円偏光のレーザ光に変換される。さらに、この円偏光のレーザ光は、共振器ミラー１０１で反射され、再び電圧が印加された状態のポッケルスセル１１１を透過することによってＳ偏光のレーザ光に変換される。このＳ偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０３で高反射され、外部のプリアンプＰＡ側に増幅パルス光ＳＢとして出力される。

以上のような再生増幅器１００を用いることで、半導体レーザ６１のような光出力が小さいパルスレーザ光を増幅してプリアンプＰＡへ出力することが可能となるため、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡにおいて効率の良いパルス増幅を行うことができる。

ここで、シードパルス光ＳＡの時間幅をＴsemとすると、再生増幅器１００の共振器長Ｌ（図２４参照）は、次の式（６）を満足することが好ましい。なお、式（６）において、Ｃは光速である。
２Ｌ／Ｃ≧Ｔsem …（６）

この式（６）を満足する共振器長Ｌとすることで、縦モードが再生増幅器１００の共振器長に依って発生することを防止できる。すなわち、再生増幅器１００の共振器における共振の際に光が干渉し合うことに起因した、パルス波形の***等によるパルス波形の変形や不安定化を防止することができる。この結果、シードパルス光ＳＡを、波形を維持した状態で安定して増幅することが可能となる。なお、本実施の形態１０では、再生増幅器１００の共振器長Ｌを調整する制御を不要とせず、縦モード（光の干渉）の発生防止を安定して制御することが可能である。また、複数波長のシードパルス光ＳＡを再生増幅器１００に入射させる場合であって式（６）が満たされていない場合、すべてのシードパルス光ＳＡを増幅するためには、再生増幅器１００の共振器長に依存して発生する縦モードレーザ光の波長と複数のシードパルス光ＳＡの波長とを一致させる必要がある。これは、これらの波長が一致しない場合、すべてのシードパルス光ＳＡを増幅することができず、この結果、増幅効率が低下してしまうためである。ところが、式（６）を満足させることで、再生増幅器１００の共振器長に依存して発生する縦モードレーザ光の波長と複数のシードパルス光ＳＡの波長とを一致させずとも、すべてのシードパルス光ＳＡを増幅することが可能となる。この結果、高い増幅効率を得ることができる。さらに、再生増幅器１００の共振器長Ｌによって設定された時間幅Ｔsem以下のパルス幅であれば、半導体レーザ６１の電流パルスの波形を制御することによって、シードパルス光ＳＡのパルス幅を自由に調整することができる。これにより、パルス幅が調整されたシードパルス光ＳＡを、再生増幅器１００を用いて安定して増幅することが可能となる。

（変形例１０−１）
たとえば、シードパルス光ＳＡの時間幅Ｔsemが２０ｎｓである場合、式（６）を満足する共振器長Ｌは、約３ｍ以上となる。

この共振器長Ｌが長くなることによる再生増幅器１００の大型化を防ぐ方法としては、たとえば図２５に示す再生増幅器１００Ａのように、ＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を挟み込む一対の高反射ミラー１２１および１２２を設けることが有効である。この一対の反射ミラー１２１および１２２を設けることで、レーザ光にＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を往復させることが可能となるため、小型のＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡを用いたとしても、式（６）を満足させる共振器長Ｌを得ることができる。この結果、再生増幅器１００の小型化が図れるとともに、時間あたりの増幅率を高めることが可能となる。

なお、図２５では、高反射ミラー１２１および１２２を用いて、レーザ光にＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を１往復させている。ただし、これに限らず、レーザ光にＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を複数回往復させてもよい。また、図２５では、レーザ光にＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域を３回通過させている。ただし、これに限らず、自励発振や寄生発振が発生しない条件であれば、さらなるマルチパス化を図ることで増幅効率を高めることができる。

さらに、ＣＯ_２レーザ増幅部ＥＡの増幅領域以外に複数の反射ミラーを設置し、この反射ミラーを用いて、式（６）を満足する共振器長Ｌを得てもよい。

（実施の形態１１）
つぎに、この発明の実施の形態１１について説明する。この実施の形態１１では、マスタオシレータとしての半導体レーザに、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed feedback）の半導体レーザを適用している。

図２６は、マスタオシレータとしての半導体レーザに適用される分布帰還型の半導体レーザ６１Ｄの構成を示す断面模式図である。この半導体レーザ６１Ｄは、レーザ光を生成する活性層７０と、活性層７０で生成されたレーザ光の波長を選択するグレーティング７１とを備える。グレーティング７１は、活性層７０の近く（活性層７０の下または上）に作り込まれる。グレーティング７１による反射率が最大になる波長は、一般に次の式（７）で表現される。
λ＝λｂ±δλ …（７）
ここで、λｂ＝２ｎΛ／ｍはブラッグ反射する波長、Λはグレーティングの周期、ｍは回折次数である。また、グレーティング７１によって選択される波長幅（以下、選択波長幅という）は、２δλとなる。この選択波長幅２δλは、グレーティング７１の溝深さや半導体レーザ６１Ｄの共振器長等によって決定される値である。そこで、このグレーティング７１の選択波長幅２δλに半導体レーザ６１Ｄの縦モードが１本だけ含まれるようにグレーティング７１をアレンジすることで、半導体レーザ６１Ａをシングル縦モードで発振させることが可能となる。このシングル縦モードの発振波長およびシングル縦モードの制御は、図４に示すプリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の１つに発振波長が安定するように、半導体レーザ６１Ｄ（特に活性層７１）の温度をペルチェ素子７２等によって制御することで実現可能である。これにより、シングル縦モードのレーザ光を増幅が可能となる。

また、このグレーティング７１の選択波長幅２δλが図１５に示すような波長選択幅Ｅ１となるように活性層７０の上または下にグレーティング７１を作り込み、かつ、半導体レーザ６１Ｄの縦モード間の波長間隔Ｌ_ＦＳＲを０．０２０６μｍとすることによって、半導体レーザ６１Ｄをマルチ縦モード発振させることができる。この結果、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの７つ（複数）の増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７それぞれに対応したレーザ光を同時に発振させることが可能となる。この場合の縦モード制御は、半導体レーザ６１Ｄの温度をペルチェ素子７２等で高精度に調整することによって実現可能である。この方式のメリットは、コンパクトで、高出力で、発振レーザ光のスペクトルを容易に安定化できる点にある。これは、図１４に示す実施の形態８のように、外部共振器中にエタロンやグレーティングを配置する必要がないためである。

この実施の形態１１では、分布帰還型（ＤＦＢ）の半導体レーザ６１Ｄを用いているので、プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７の増幅波長帯域幅Δλに対して、十分狭くて光強度の高いレーザ光を出力すること可能である。したがって、マスタオシレータとして最適な半導体レーザ６１Ｄを実現することができる。

（実施の形態１２）
つぎに、この発明の実施の形態１２について説明する。上述した実施の形態９の変形例９−１によるレーザ装置６０Ａでは、合波するレーザ光の出力端に半導体レーザ６１の出力端を用いた。このため、変形例９−１では、半導体レーザ６１−１〜６１ｎ（６１）を円弧状に配置する必要があった。これに対し、この実施の形態１２では、合波するレーザ光の出力端に、半導体レーザ光６１−１〜６１−ｎ（６１）それぞれに取り付けた光ファイバ（ピグテール）の出力端を用いる。これにより、この実施の形態１２では、半導体レーザ６１を円弧状に配置する必要がなくなる。この結果、レーザ装置を小型化することが可能となる。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図２７は、この実施の形態１２による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置８０の構成を示す模式図である。このレーザ装置８０は、図２０に示すレーザ装置６０Ａと同様に、複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎ（６１）と合波用グレーティング６５とを有する。また、レーザ装置８０は、レーザ装置６０Ａの構成に加え、各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎ（６１）からのレーザ光を導波するピグテール８１−１〜８１−ｎ（以下、説明上、区別する必要が無い場合のピグテールの符号を８１とする）を備える。

各ピグテール８１−１〜８１−ｎの一方の端は、半導体レーザ６１−１〜６１−ｎの出力端にそれぞれ取り付けられる。各半導体レーザ６１から出力されたレーザ光は、ピグテール８１の一方の端に入射し、ピグテール内を伝播した後、ピグテール８１−１〜８１−ｎの他方の端である出力端８２−１〜８２−ｎ（以下、説明上、区別する必要が無い場合の出力端の符号を８２とする）からそれぞれ出力される。

ピグテール８１−１〜８１−ｎ（８１）の出力端８２−１〜８２−ｎ（８１）は、合波用グレーティング６５における回折面上の一点を中心とした円に沿って円弧状に配置される。この際、各々プリアンプＰＡおよびメインアンプＭＡの増幅波長帯域Ｓ１〜Ｓ７のいずれかに含まれる波長のレーザ光をシングル縦モードで発振する複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎからのレーザ光がそれぞれ入射角度α_１、α_２、・・・、α_ｎで合波用グレーティング６５に入力するように、出力端８２−１〜８２−ｎが固定される。すなわち、出力端８２は、上述した式（５−１）〜式（５−ｎ）を成立させるように、合波用グレーティング６５に対して固定される。この結果、合波用グレーティング６５は、ピグテール８１の出力端８２より入力されたレーザ光をすべて回折角度βで出力する。これにより、複数の半導体レーザ６１から出力されたレーザ光が合波される。

ここで、ピグテール８１の出力端８２の大きさ（例えば径）は、半導体レーザ６１のそれの大きさと比較して十分に小さい。このため、レーザ光の出力端である複数のピグテール８１の出力端８２を合波用グレーティング６５に近接して配置することが可能である。また、光ファイバであるピグテール８１は歪曲させることが可能である。このため、半導体レーザ８１の配置を自由に設定することが可能である。これらのことから、この実施の形態１２では、レーザ装置８０の設計自由度が増し、これにより、レーザ装置８０を小型化することが可能となる。

また、本実施の形態１４では、半導体レーザ６１からのレーザ光の出力端にピグテール８１の出力端８２を用いているため、この出力端８２の径を小さくすることで、合波波面の空間的コヒーレンスの品位を高めることが可能となる。さらに、本実施の形態１４では、上述の実施の形態と同様に、赤外用光ファイバ６９に入射させるレーザ光が合波光である。このため、赤外用光ファイバ６９から出力されるレーザ光の波長ごとの強度をモニタすることで、レーザ光が正確に合波されているか否かを容易に検出することができる。その他の構成、動作および効果は、上述した実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

（実施の形態１３）
つぎに、この発明の実施の形態１３について説明する。この実施の形態１３は、上述した実施の形態１２による構成において、合波用グレーティング６５をリトロー配置またはこれに近づけた状態にアレンジする。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図２８は、この実施の形態１３による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置８０Ａの構成を示す模式図である。このレーザ装置８０Ａは、図２７に示すレーザ装置８０と同様の構成において、合波用グレーティング６５がリトロー配置またはこれに近づけた状態にアレンジされている。

このように、合波用グレーティング６５をリトロー配置またはこれに近い状態にアレンジすることで、入射するレーザ光に対する波長分散をより大きくすることが可能となる。このため、ピグテール８１の出力端８２を合波用グレーティング６５により近接して配置することが可能となり、結果、レーザ装置８０Ａをより小型化することが可能となる。その他の構成、動作および効果は、上述した実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

（実施の形態１４）
つぎに、この発明の実施の形態１４について説明する。上述した実施の形態９の変形例９−２によるレーザ装置６０Ｂでは、合波するレーザ光の出力端に半導体レーザ６１の出力端を用いた。このため、変形例９−２では、半導体レーザ６１−１〜６１ｎ（６１）をそれぞれのレーザ光の出力方向が同一方向に揃うように横並びに配置する必要があった。これに対し、この実施の形態１４では、合波するレーザ光の出力端にピグテールの出力端を用いる。これにより、この実施の形態１４では、半導体レーザ６１をそれぞれのレーザ光の出力方向が同一方向に揃うように横並びに配置する必要がなくなる。この結果、レーザ装置を小型化することが可能となる。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図２９は、この実施の形態１４による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置８０Ｂの構成を示す模式図である。このレーザ装置８０Ｂは、図２１に示すレーザ装置６０Ｂと同様に、複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎ（６１）と合波用グレーティング６５と球面凹面ミラー６６および６７と光ファイバスリーブ６８を備えた赤外用光ファイバ６９とを有する。また、レーザ装置８０Ｂは、レーザ装置６０Ｂの構成に加え、各半導体レーザ６１−１〜６１−ｎ（６１）からのレーザ光を導波するピグテール８１−１〜８１−ｎ（８１）を備える。

なお、本例では、レーザ光の出力端（具体的にはピグテール８２）から球面凹面ミラー６６までの距離をｆ１とし、球面凹面ミラー６７から光ファイバスリーブ６８までの距離をｆ２としている。ただし、これに限らず、ｆ１はピグテール８１の出力端８２から出力されたレーザ光を球面凹面ミラー６６がコリメートして反射する距離、ｆ２は合波用グレーティング６５からのコリメート光を球面凹面ミラー６７が光ファイバスリーブ６８に集光する距離であれば、変形例９−２を含む上記実施の形態と同様、種々変形することができる。

各ピグテール８１−１〜８１−ｎの一方の端は、上記した実施の形態１２と同様に、半導体レーザ６１−１〜６１−ｎの出力端にそれぞれ取り付けられる。したがって、各半導体レーザ６１から出力されたレーザ光は、ピグテール８１の一方の端に入射し、ピグテール８１内を伝播した後、ピグテール８１−１〜８１−ｎの他方の端である出力端８２−１〜８２−ｎ（８２）からそれぞれ出力される。

出力端８２−１〜８２−ｎ（８１）は、球面凹面ミラー６６から距離ｆ１離れた位置に横並びに配置される。ここで、上述したように、出力端８２の大きさ（例えば径）は、半導体レーザ６１のそれの大きさと比較して十分に小さい。このため、レーザ光の出力端である複数のピグテール８１の出力端８２同士をより近接して配置することが可能である。これにより、全ての出力端８２から出力されるレーザ光の束の径を小さくすることが可能となる。このように、レーザ光の束の径を小さくすることで、球面凹面ミラー６６の大きさ（特に反射面）を小さくすることが可能となるため、レーザ装置８０Ｂをより小型化することが可能となる。

また、球面凹面ミラー６６の大きさの縮小化に伴って、距離ｆ１を短くすることが可能になり、この結果、各レーザ光のスポット径が小さくなる。これにより、合波用グレーティング６５の大きさ（特に回折面）および球面凹面ミラー６７の大きさ（特に反射面）を小さくできるとともに、距離ｆ２を短くすることが可能となるため、レーザ装置８０Ｂの更なる小型化が図れる。

さらに、上述したように、ピグテール８１は歪曲させることが可能である。このため、半導体レーザ６１の配置を自由に設定することが可能である。これらのことから、この実施の形態１２では、レーザ装置８０の設計自由度が増し、これにより、レーザ装置８０Ｂを小型化することが可能となる。

合波用グレーティング６５には、変形例９−２と同様、複数の半導体レーザ６１−１〜６１−ｎからのレーザ光がそれぞれ入射角度α_１、α_２、・・・、α_ｎで入力される。すなわち、ピグテール８１の出力端８２および球面凹面ミラー６６は、上述した式（５−１）〜式（５−ｎ）を成立させるように、合波用グレーティング６５に対して固定される。この結果、合波用グレーティング６５は、入力されたレーザ光をすべて回折角度βで出力する。これにより、複数の半導体レーザ６１から出力されたレーザ光が合波される。

以上のように、本実施の形態１４では、変形例９−２と同様、合波用グレーティング６５に入射するレーザ光がコリメート光であるため、合波長グレーティング６５による回折の精度を高めることが可能となる。

また、本実施の形態１４では、半導体レーザ６１からのレーザ光の出力端にピグテール８１の出力端８２を用いているため、この出力端８２の径を小さくすることで、合波波面の空間的コヒーレンスの品位を高めることが可能となる。さらに、本実施の形態１４では、上述の実施の形態と同様に、赤外用光ファイバ６９に入射させるレーザ光が合波光である。このため、赤外用光ファイバ６９から出力されるレーザ光の波長ごとの強度をモニタすることで、レーザ光が正確に合波されているか否かを容易に検出することができる。その他の構成、動作および効果は、上述した実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

（実施の形態１５）
つぎに、この発明の実施の形態１５について説明する。図３０は、この実施の形態１５による極端紫外光光源装置に用いられるレーザ装置８０Ｃの構成を示す模式図である。上述した実施の形態１４によるレーザ装置８０Ｂでは、図２９に示すように、合波用グレーティング６５からの合波光を球面凹面ミラー６７を用いて集光していた。これに対し、この実施の形態１５によるレーザ装置８０Ｃは、図３０と図２９とを比較すると明らかなように、合波用グレーティングに、レーザ光を集光可能な凹面型の合波用グレーティング８５を用いる。これにより、合波光を集光するための球面凹面ミラー６７を省略することができるため、レーザ装置８０Ｃをより小型化することが可能となる。

その他の構成、動作および効果は、上述した実施の形態と同様であるため、同様の構成に対しては同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

なお、上述した実施の形態１〜１５では、プリアンプＰＡとメインアンプＭＡとをそれぞれ１台とした。ただし、これに限定されず、それぞれ複数段直列に設置してもよい。

また、上述した実施の形態１〜９，１１〜１５では、レーザ装置の一例としてパルスレーザ装置を挙げた。ただし、これに限定されず、ＣＷレーザ光を出力するＣＷレーザ装置を適用することも可能である。

１ 半導体デバイス
２ 出力結合ミラー
３，３０，５３ リア光学モジュール
４ 縦モードコントローラ
５ 縦モードアクチュエータ
５ａ 共振器アクチュエータ
５ｂ エタロンアクチュエータ
５ｃ グレーティングアクチュエータ
１０ ＥＵＶチャンバ
１２ 穴部
１３ ターゲット
２０ コリメートレンズ
２１ グレーティング
２２ リアミラー
２３，５４ ＰＺＴ
２４，５５ ミラーホルダ
４０ 発振波長縦モード検出器
４１，４２ 増幅出力検出器
５０ エタロン
５１ 光アイソレータ
５２ 空間フィルタ
５２ａ 集光レンズ
５２ｂ コリメートレンズ
５６ スペクトル検出器
６０，６０Ａ，６０Ｂ，８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ レーザ装置
６１，６１−１〜６１−ｎ，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ 半導体レーザ
６２，６２−１〜６２−ｎ 導波路
６３ 合波部
６４ 出力導波路
６５，８５ 合波用グレーティング
６６，６７ 球面凹面ミラー
６８ 光ファイバスリーブ
６９ 赤外用光ファイバ
７０ 活性層
７１ グレーティング
７２ ペルチェ素子
８１，８１−１〜８１−ｎ ピグテール
８２，８２−１〜８２−ｎ 出力端
１００，１００Ａ 再生増幅器
１０１，１０２ 共振器ミラー
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１１１，１１２ ＥＯポッケルスセル
１１３ λ／４板
ＰＡ プリアンプ
ＭＡ メインアンプ
ＰＡ１０ スラブレーザ
Ｒ１〜Ｒ３，Ｒ１２ リレー光学系
Ｍ１〜Ｍ３ ＨＲミラー
Ｍ４ 軸外放物面ミラー
Ｍ５ ＥＵＶ集光ミラー
Ｍ１０，Ｍ５０ ビームスプリッタ
Ｍ２１，Ｍ２２ ミラー
ＥＡ ＣＯ_２レーザ増幅部
ＳＡ シードパルス光
ＳＢ 増幅パルス光

Claims (18)

1. それぞれレーザ光を出力する複数の半導体レーザと、
   前記複数の半導体レーザからそれぞれ出力された前記レーザ光を合波するグレーティングと、
   分子ガスを増幅媒体として備え、複数の増幅波長帯域それぞれに含まれる波長のレーザ光を増幅する増幅器と、
   前記複数の半導体レーザから出力された前記レーザ光の波長をそれぞれ検出する縦モード検出器と、
   前記複数の半導体レーザそれぞれから出力される前記縦レーザ光の波長がそれぞれ前記１つ以上の増幅波長帯域のいずれかに重畳されるように前記半導体レーザを制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とするレーザ装置。
2. 前記複数の半導体レーザにおける少なくとも１つの第１半導体レーザは、第１縦モードと第２縦モードとを含む前記レーザ光を出力し、
   前記制御部は、前記第１縦モードと前記第２縦モードとの中心波長間隔が前記複数の増幅波長帯域の中心波長間隔の整数倍となるように、前記第１半導体レーザを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記半導体レーザは、量子カスケードレーザであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
4. 前記レーザ光は、パルス光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ装置。
5. 前記マスタオシレータと前記分子ガスを増幅媒体とする増幅器との間に再生増幅器を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ装置。
6. 前記分子ガスを増幅媒体とする増幅器は、１段以上のＣＯ_２ガスレーザであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のレーザ装置。
7. 前記制御部は、各半導体レーザが出力する前記レーザ光の時間波形を制御可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のレーザ装置。
8. 前記制御部は、各半導体レーザの共振器長または温度を制御することで前記レーザ光の波長を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のレーザ装置。
9. 各半導体レーザは、
   １つ以上の縦モードのうち、前記複数の増幅波長帯域を全体に亘ってカバーする波長帯域に含まれる縦モードを選択する第１の波長選択手段と、
   前記複数の増幅波長帯域のいずれかに対応する波長の縦モードを個別に選択する第２の波長選択手段と、
   を備え、
   前記第１および第２の波長選択手段は、前記共振器内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置。
10. 各半導体レーザは、分布帰還型の半導体レーザであり、
    前記制御部は、前記共振器の共振器長または温度を制御することで前記レーザ光の波長を制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のレーザ装置。
11. 各半導体レーザは、マルチ縦モード発振することで複数の縦モードを含む前記レーザ光を出力する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のレーザ装置。
12. 前記制御部は、前記複数の半導体レーザそれぞれに設けられ、
    各制御部は、各半導体レーザから出力される前記複数の縦モードのうちの少なくとも１つの縦モードの波長が前記増幅波長帯域のいずれかと一致するように該半導体レーザを制御することを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
13. 前記複数の半導体レーザから出力された前記レーザ光をそれぞれ導波する複数の光ファイバを備え、
    前記合波部は、前記複数の光ファイバそれぞれの出力端から出力された前記レーザ光を合波することを特徴とする請求項１２に記載のレーザ装置。
14. 前記出力端は、前記複数のレーザ光が所定の位置で重畳するように配置され、
    前記グレーティングは、前記複数のレーザ光の回折角が一致するように前記所定の位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ装置。
15. 前記グレーティングは、前記複数のレーザ光に対してリトロー配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ装置。
16. 前記複数の光ファイバの出力端から出力された前記複数のレーザ光をそれぞれコリメート光として反射するとともに、該複数のコリメート光を所定の位置で重畳させる凹面レンズを備え、
    前記グレーティングは、前記複数のコリメート光の回折角が一致するように前記所定の位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のレーザ装置。
17. 前記グレーティングは、前記複数のコリメート光を集光するように回折する凹面型のグレーティングであることを特徴とする請求項１６に記載のレーザ装置。
18. 請求項１〜１７のいずれか一つに記載のレーザ装置をドライバレーザとして用い、該レーザ装置から出力されたレーザ光をターゲット原子に照射してプラズマを生成し、該プラズマから放射された極端紫外光を出力することを特徴とする極端紫外光光源装置。

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