CN1524323A - 高重复频率准分子激光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明发明了一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器系统，可以产生波长为193nm的紫外激光输出。重复频率≥4kHz氟化氩准分子激光器系统包括一个氟化氩准分子激光谐振腔，产生重复频率≥4kHz的193nm的光子流。重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光谐振腔包括氟化镁晶体光学窗口，用来在重复频率≥4kHz的193nm的输出情况下输出重复频率≥4kHz的193nm的光子流，之所以用氟化镁晶体光学窗口输出重复频率≥4kHz的准分子193nm激光，是因为此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且42mm的晶体120nm的透射率至少为30％。

Description

高重复频率准分子激光系统
相关专利申请
本专利申请保护代理摘要号为No.SP02-030P，标题为高重复频率准分子激光系统，建档日期为2002年2月13日的美国临时专利的权利，以及引用内容的权利。发明人：M.Pell，C.M.Smith，R.W.Sparrow，P.M.Then。
本专利申请也保护系列号为60/272,814，标题为高重复频率紫外准分子激光器氟化镁光学装置，建档日期为2001年3月2号的美国临时专利的权利，以及引用内容的权利。发明人：R.W.Sparrow。
本专利申请也保护代理摘要号为No.SP01-033B，标题为制造高重复频率准分子激光光学晶体和传输λ小于200nm紫外光的氟化物晶体的方法，建档日期为2002年2月13号的美国临时专利的权利，以及引用内容的权利。发明人：S.L.Gray，M.Pell，C.M.Smith，R.W.Sparrow，P.M.Then。
发明的概述
本发明包括一种高重复频率(重复频率≥4kHz)氟化物准分子激光器，它有氟化镁激光光学装置，用来控制和传输激光器产生的紫外波段光子。氟化镁高重复频率准分子激光光学装置可以提高重复频率≥4kHz的激光系统的工作可靠性。由于氟化镁激光光学装置的可靠性，具有高重复频率的氟化镁准分子激光器可以在一段长的激光系统工作时间内(＞五百万次脉冲，更佳的是＞900百万次脉冲)在高重复频率(≥4kHz)下，产生高的光功率输出(≥10mJ)而不会引起激光光学装置的灾难性损坏以及随之而来的激光系统的灾难性故障。在一个较佳的实施例中氟化镁激光光学装置被用在重复频率为4kHz输出功率为10mJ、λ＜200nm的紫外ArF(氟化氩)准分子激光器中。
利用准分子激光器作为一种光源可以实现半导体芯片的制造，波长为～248nm的氟化氪激光器是第一种实用的准分子激光器。随着半导体芯片技术的进展，需要高能量高重复频率的激光器。一种这样的准分子激光器是发射193nm的氟化氩激光器。因为几种不同的应用都要求这种重复频率为4kHz的激光器。而在氟化氪激光器和氟化氩激光器中，选择做窗口，分光镜，输出耦合器和线性压缩棱镜的光学材料长期以来都是氟化钙。在高的重复频率比如4kHz的工作条件下，人们发现氟化钙谐振腔窗口在相对来说短的时间内【在重复频率4kHz，输出功率10mJ，193nm的ArF激光器中，少于五百万次脉冲，】将会遭到灾难性的损坏。窗口的损坏可以如有裂缝那样的严重，但是不会引起太大的波阵面扭曲和双折射的增加。而改变窗口材料将会增加激光器的运行成本，因而将会增加芯片制造商的拥有成本。
氟化钙是一种立方晶体材料，光学性质各向同性，并且在远紫外光，紫外光，可见光，和红外光波段都有良好的传输特性。若用193nm的激光照射氟化钙，这种材料会发射近紫外的光子，观察到的荧光本身又表明能量正被吸收。由于氟化钙的禁带宽度比上述的激光光子的能量大，人们推测这里有一个多光子吸收过程。并且这样推测：由多光子吸收形成的中心会吸收更多的光子，这样就会导致发热，因此材料降解退化。如果吸收中心的寿命足够长，于是在重复频率为4kHz的情况下就会发热，然而在低的重复频率下就不会观察到发热。
氟化镁是一种四方晶系材料，因此光学性质各向异性，之所以它没有被作为制作光刻激光器的首选材料，是由于制造过程中要考虑偏振的重要性。对于自捕获激子发射，氟化镁有更宽的禁带和更低的熄灭温度。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光系统，它可以产生波长为193nm的紫外激光输出。重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光系统包括一个氟化氩准分子激光谐振腔，用来产生脉冲重复频率≥4kHz 193nm的光子流脉冲，重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光谐振腔包括至少一个氟化镁晶体光学窗口用来在重复频率≥4kHz准分子激光的193nm的输出情况下，输出193nm的光子流，之所以用氟化镁晶体光学窗口输出重复频率≥4kHz的准分子193nm激光，是因为此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的准分子激光系统，产生紫外波长λ小于200nm的激光输出。此种激光系统包括一个准分子激光谐振腔，用来产生波长λ小于200nm、重复频率≥4kHz的光子流脉冲。此种准分子激光谐振腔包括至少一个氟化镁晶体光学窗口用来输出λ小于200nm的光子流，之所以用氟化镁晶体光学窗口输出重复频率≥4kHz的准分子λ小于200nm激光，是因为此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
本发明包括一种用于重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器中的氟化镁晶体光学装置，用来透射重复频率≥4kHz波长λ小于200nm的氟化物准分子紫外激光输出。此种氟化镁光学晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nmλ的透射率至少为30％。
本发明包括一种用于重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器中的氟化镁光学晶体窗口，用来透射重复频率≥4kHz、波长λ小于200nm的氟化物准分子紫外激光输出，此种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器光学晶体窗口是由氟化镁晶体组成。此种氟化镁光学晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
本发明包括一种用于重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器中的晶体光学装置，用来透射重复频率≥4kHz、波长为193nm的氟化氩准分子紫外激光输出，此种光学晶体是由氟化镁晶体组成，并且若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％。
本发明包括一种λ小于200nm的氟化物光学晶体，用来透射波长λ小于200nm的紫外激光，这种λ小于200nm的氟化物光学晶体由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.17ppm，铬小于0.08ppm，铜小于0.04ppm，钴小于0.04ppm，铝小于0.9ppm，镍小于0.04ppm，钒小于0.04ppm，铅小于0.04ppm，并且200到210nm范围内吸收系数小于0.0017cm-1。其实金属杂质较适宜的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
本发明包括一种用于重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器中的光学晶体，用来透射重复频率≥4kHz的193nm的氟化氩准分子紫外激光输出，此种光学晶体是由一种氟化镁晶体组成，并且若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％.其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.17ppm，铬小于0.08ppm，铜小于0.04ppm，钴小于0.04ppm，铝小于0.9ppm，镍小于0.04ppm，钒小于0.04ppm，铅小于0.04ppm。其实金属杂质较适宜的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
本发明包括一种用于重复频率为4kHz中心λ约为193nm的光刻准分子激光器中的氟化镁光学晶体，把它适当的取向，可使氟化镁本身固有的双折射减到最小。此种氟化镁光学晶体有利于光学装置使用寿命的延长，以及性能的提高，这样就减少了激光器的拥有成本。图1显示的是根据本发明的一种光刻准分子激光系统，它具有氟化镁晶体激光谐振腔窗口20和氟化镁晶体线性压缩模块光束扩展棱镜30。图2显示的是根据本发明的一种准分子激光谐振腔，它具有氟化镁晶体激光谐振腔窗口20。
本发明的其他特点和优势将会在下面进行详细描述。其中的一部分对本领域的熟练技术人员通过这里的描述之后将会是显而易见的，或者通过按照这里的描述，包括下面的详细描述，权利要求书以及附图实现本发明从而认识到。
不过要清楚前面的概括描述和后面的详细描述都只是本发明的一种表述，并且都是为了提供一个总的看法或者框架，从而有助于理解本发明对其提出权利要求的本质和特点。
附图也是为了更好的理解本发明，附图被加进来并组成了本说明书的一部分，附图描述了本发明的不同实施例，它和文字说明一起阐述了本发明的原理和具体操作。
附图的概述
图1显示的是本发明的实施例。
图2显示的是本发明的实施例。
图3显示的是本发明的实施例。
图4-8显示的是根据本发明的氟化镁晶体的远紫外光/紫外光特性图。
详细描述
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器系统。此种高重复频率氟化氩激光系统，用来产生波长为193nm的紫外激光输出会用到至少一个高品质的准分子激光氟化镁晶体光学装置，用来透射和控制重复频率至少为4kHz的193nm的光子脉冲。此种有氟化镁晶体光学装置的氟化氩激光系统可以在高重复频率(≥4kHz)下产生高的激光功率输出(≥10mJ)，并且系统的工作时间大于五百万次脉冲，这是由于氟化镁晶体光学装置可以抵抗高重复频率193nm激光脉冲带来的损坏，从而避免系统灾难性的故障。重复频率≥4kHz的氟化氩准分子系统包括一个氟化氩准分子激光谐振腔，用来产生脉冲重复频率≥4kHz的193nm光子流。此准分子激光谐振腔包括至少一个氟化镁晶体光学窗口用来在重复频率≥4kHz准分子激光的193nm的输出情况下输出重复频率≥4kHz的193nm光子流，之所以用氟化镁晶体光学窗口输出重复频率≥4kHz的准分子193nm激光，是因为此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将会有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且没有曝光的此种42mm氟化镁晶体测到的120nm透射率至少为30％。没曝光的42mm氟化镁晶体120nmλ的测到的透射率至少为30％是氟化镁晶体曝光于193nm准分子激光脉冲之前测试的120nm透射率结果。氟化镁晶体120nm的透射率测试结果是使得至少30％的120nm光线射进晶体的第一光学面并通过42mm长的晶体(42mm晶体路径长度透射)传播并从相对的第二光学面透射出来。较佳的42mm氟化镁光学晶体120nm透射率的测试结果为至少35％，更好的是至少40％，最好的是至少45％。图1-2显示的是重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光系统的实施例。
在图1里，氟化氩准分子激光谐振腔22包括两个氟化镁光学晶体窗口20用来输出谐振腔22产生的重复频率至少为4kHz的193nm光子流。准分子谐振腔产生重复频率≥4kHz的准分子193nm激光输出24并从氟化镁晶体谐振腔窗口20输出，氟化镁晶体谐振腔窗口20若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。氟化镁晶体谐振腔窗口20具有120nm透射率至少为30％的42nm晶体。在图2里，氟化氩准分子激光谐振腔22包括两个相对的氟化镁晶体窗口，窗口的42mm晶体120nm的透射率至少为30％，并且若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。在图3里氟化氩准分子激光谐振腔22包括两个相对的氟化镁晶体窗口，窗口有120nm透射率至少为30％的42mm晶体，并且若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。
较佳的，氟化镁晶体光学窗口20各种金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。较佳的，氟化镁晶体光学窗口20是高纯度的，杂质含量很低，并且晶体的生长方向为c轴方向，也就是说氟化镁晶体是由一个定向为c轴方向的晶种生长而来的。较佳的，氟化镁晶体光学窗口20有一个低的铅杂质含量并且在200到210范围内吸收系数小于0.0017cm-1，有这样的内部透射吸收，所以测试吸收系数时要通过至少1cm的整块晶体，最好通过至少4cm的整块晶体。更佳的，氟化镁晶体光学窗口20在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1，最好在205nm的吸收系数小于0.0017cm-1。
在本发明的一个实施例中，重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光系统包括一个氟化镁晶体光学棱镜。此氟化镁晶体光学棱镜位于准分子激光谐振腔外部，重复频率≥4kHz的193nm准分子激光输出将通过这个棱镜。这个氟化镁晶体光学棱镜，若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且42mm晶体120nm的透射率至少为30％，较佳的该42mm氟化镁光学晶体120nm的透射率为至少35％，更好的是至少40％，最好的是至少45％。图1显示的实施例中有三块氟化镁晶体光学棱镜30，它们透射并控制激光谐振腔22产生并从氟化镁晶体光学窗口20输出的193nm光子。氟化镁晶体光学棱镜30是重复频率≥4kHz的准分子激光器的氟化镁晶体线性压缩模块光束扩展棱镜，若曝光于能流密度≥40mj/cm2/的193nm激光下五百万次脉冲，它有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体120nm的透射率至少为30％。较佳的，氟化镁晶体光学棱镜30在200到210范围内吸收系数小于0.0017cm-1，更好的在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1，最好在205nm的吸收系数小于0.0017cm-1。
较佳的，重复频率≥4kHz的准分子193nm激光输出是在193nm光线基本上平行于氟化镁晶体c轴的情况下，在基本上平行于氟化镁光学晶体棱镜的c轴方向通过棱镜30透射的。较佳的，氟化镁晶体棱镜30的晶体生长方向为c轴方向，也就是说氟化镁晶体是由一个定向为c轴方向晶种生长而来的。较佳的，氟化镁晶体光学棱镜30各种金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
在一种较佳的实施例中，氟化镁晶体激光谐振腔20有垂直于氟化镁的c轴方向的平坦的平面窗口面。如图1-2所示，谐振腔窗口20的平坦平面窗口面26基本上垂直于氟化镁晶体的c轴结晶方向，而193nm的准分子激光基本上平行于晶体的c轴方向。在另一种较佳实施例中，氟化镁晶体激光谐振腔窗口20有不垂直于氟化镁晶体的c轴方向的平坦的平面窗口面。如图3所示，谐振腔窗口20的平坦平面窗口面28不垂直于氟化镁晶体的c轴结晶方向，而输出的193nm的准分子激光基本上平行于晶体的c轴方向，在一特别优先选用的实施例中，取向不垂直的平坦平面窗口面28与晶体的c轴方向约成56度角(56°±2°)。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光系统，产生紫外波长λ小于200nm的激光输出。此种激光系统包括一个准分子激光谐振腔22，用来产生λ小于200nm的重复频率≥4kHz的光子流脉冲。此种准分子激光谐振腔包括至少一个氟化镁晶体光学窗口20用来在重复频率≥4kHz准分子激光的λ＜200nm的输出情况下，输出重复频率≥4kHz的λ小于200nm的准分子激光。若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，这种氟化镁晶体光学窗口20有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。较佳的，42mm氟化镁光学晶体120nm透射率为至少35％，更好的是至少40％，在一种较佳的实施例中，λ的中心约为193nm。较佳的，氟化镁晶体光学窗口20的各种金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。较佳的，氟化镁晶体光学窗口20在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。较佳的，测量203到207nm范围内的吸收系数时要通过至少1cm的晶体，更好的是通过至少4cm的晶体。氟化镁晶体光学窗口20在205nm的吸收系数最好小于0.0017cm-1。
较佳的，产生紫外波长λ小于200nm。重复频率≥4kHz的激光输出的氟化物准分子激光系统包括一个氟化镁晶体光学棱镜30。此氟化镁晶体光学棱镜30位于准分子激光谐振腔22外部，重复频率≥4kHz的193nm准分子激光输出将通过这个棱镜传输。若曝光于能流密度≥40mj/cm2的193nm激光下五百万次脉冲，这个氟化镁晶体光学棱镜30有255nm的小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且棱镜的42mm晶体120nm的透射率至少为30％，较佳的，氟化镁晶体光学棱镜具有42mm晶体的120nm的透射率为至少35％，更好的是至少40％，较佳的，氟化镁晶体光学棱镜30在200到210nm范围内吸收系数小于0.0017cm-1，测试时通过至少1cm的晶体，更好的是通过至少4cm的晶体。较佳的，氟化镁晶体光学棱镜30在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。更好的是在205nm处的吸收系数小于0.0017cm-1。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光光学晶体，用来透射波长λ小于200nm的紫外激光输出，这种λ小于200nm的氟化物准分子激光晶体由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，较佳的，λ的中心约为193nm.较佳的42mm氟化镁光学晶体120nm的透射率为至少35％，更好的是至少40％，最好的是至少45％。较佳的其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。较佳的，重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光光学晶体的生长方向为c轴方向，也就是说氟化镁晶体是由一个c轴方向晶种生长而来的。在一种实施例中，重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光光学晶体有垂直与氟化镁晶体c轴的平坦的窗口平面，而输出的波长小于200nm的光线基本上平行于晶体的c轴，在另一种实施例中，重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光氟化镁光学晶体有不与氟化镁晶体的c轴垂直的平坦的窗口平面，而输出的波长小于200nm的光线基本上平行于晶体的c轴，较佳的，重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光氟化镁光学晶体在200到210nm范围内吸收系数小于0.0017cm-1，测试时通过至少1cm的晶体，更好的是通过至少4cm的晶体。更佳的，重复频率≥4kHz的氟化镁激光光学棱镜在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。更好的是在205nm处的吸收系数小于0.0017cm-1。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器晶体光学窗口，用来透射重复频率≥4kHz、λ小于200nm的氟化物准分子紫外激光输出，此种光学晶体窗口是由氟化镁晶体组成。此种氟化镁光学晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。在一种实施例中，λ的中心约为193nm，在另外一种实施例中，λ的中心为157nm。较佳的，此种重复频率≥4kHz的氟化镁光学晶体窗口的42mm晶体120nm的透射率至少为35％，更好的是至少40％。较佳的，此种重复频率≥4kHz的氟化镁光学晶体窗口在200到210nm范围内吸收系数小于0.0017cm-1，测试时通过至少1cm的晶体，更好的是通过至少4cm的晶体。更佳的，氟化镁光学晶体窗口在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。更好的是在205nm处的吸收系数小于0.0017cm-1。较佳的，氟化镁光学晶体窗口的金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器光学晶体，用来透射重复频率≥4kHz波长为193nm的氟化氩准分子紫外激光输出，此种光学晶体是由氟化镁晶体组成。此种氟化镁光学晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％。更佳的，此种氟化镁200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。测试时通过至少1cm的晶体，更好的是通过至少4cm的晶体。较佳的，此种氟化镁在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。更好的是在205nm处的吸收系数小于0.0017cm-1。较佳的，此种氟化镁晶体的金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
本发明包括一种λ小于200nm的氟化物光学晶体，用来透射波长λ小于200nm的紫外激光，这种λ小于200nm的氟化物光学晶体由一种氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.17ppm，铬小于0.08ppm，铜小于0.04ppm，钴小于0.04ppm，铝小于0.9ppm，镍小于0.04ppm，钒小于0.04ppm，铅小于0.04ppm，并且在200到210nm范围内吸收系数小于0.0017cm-1。其实金属杂质较适宜的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。较佳的，氟化镁晶体在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。更好的是在205nm处的吸收系数小于0.0017cm-1。
本发明包括一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器光学晶体，用来透射重复频率≥4kHz，波长193nm的氟化氩准分子紫外激光输出，这种氟化物光学晶体由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且此种42mm氟化镁晶体120nm的透射率至少为30％，其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.17ppm，铬小于0.08ppm，铜小于0.04ppm，钴小于0.04ppm，铝小于0.9ppm，镍小于0.04ppm，钒小于0.04ppm，铅小于0.04ppm。其实金属杂质较适宜的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。较佳的，此种氟化镁光学晶体在200到210nm范围内吸收系数小于0.0017cm-1，测试时通过至少1cm的晶体，更好的是通过至少4cm的晶体。较佳的，氟化镁晶体在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。更好的是在205nm处的吸收系数小于0.0017cm-1。
氟化镁晶体所含杂质的化学分析(重量比ppm)
    4
    Ag     ＜0.02
    Al     0.6448
    As     ＜0.1
    Au     ＜0.02
    Ba     0.1811
    Be     ＜0.02
    Bi     ＜0.02
    Ca     ＜1
    Cd     ＜0.02
    Ce     ＜0.02
    Co     ＜0.02
    Cr     0.0536
    Cs     ＜0.02
    Cu     ＜0.02
    Dy     ＜0.02
    Er     ＜0.02
    Eu     ＜0.02
    Fe     0.1429
    Ga     ＜0.1
    Gd     ＜0.02
    Ge     ＜0.1
    Hf     ＜0.02
    Hg     ＜0.02
    Ho     ＜0.02
    In     ＜0.02
    Ir     ＜0.02
    K     ＜0.1
    La     ＜0.02
    Li     ＜0.02
    Lu     ＜0.02
    Mn     0.0171
    Mo     ＜0.02
    Na     ＜0.1
    Nb     0.0317
    Nd     ＜0.02
    Ni     ＜0.02
    Os     ＜0.02
    P     ＜0.1
    Pb     0.0151
    Pd     ＜0.02
    Pr     ＜0.02
    Pt     ＜0.02
    Rb     ＜0.02
    Re     ＜0.02
    Rh     ＜0.02
    Ru     ＜0.02
    Sb     ＜0.02
    Sc     ＜0.02
    Se     ＜0.02
    Sm     ＜0.02
    Sn     ＜0.02
    Sr     0.0193
    Ta     0.4234
    Tb     ＜0.02
    Te     ＜0.02
    Th     ＜0.02
    Ti     ＜0.1
    Tl     ＜0.02
    Tm     ＜0.02
    U     ＜0.02
    V     ＜0.02
    W     ＜0.02
    Y     ＜0.02
    Yb     ＜0.02
    Zn     0.0969
    Zr     ＜0.1
较佳的，铅的杂质含量重量比≤0.015ppm，铝的杂质含量重量比≤0.65ppm，铁的杂质含量重量比≤0.143ppm。
实现本发明的各种变型和改进对本领域的熟练技术人员将会是很容易的，但是这些变型将不会离开本发明的精神实质和范畴。这样，从这种意义上说本发明包括附带权利要求书提供的范畴内的本发明的各种变型和改进以及它们的等价物。

Claims (50)

1.一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光系统，用来产生波长为193nm的紫外激光输出，所述的激光系统包括：氟化氩准分子激光谐振腔，所述的准分子激光谐振腔用来产生重复频率≥4kHz的193nm光子流，所述的氟化氩准分子激光谐振腔包括至少一个氟化镁晶体光学窗口，用来在重复频率≥4kHz的准分子激光193nm的输出情况下，所述的193nm光子流，所述的氟化镁晶体光学窗口若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体120nm的透射率至少为30％。
2.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，42mm晶体的120nm透射率至少为35％。
3.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，42mm晶体的120nm透射率至少为40％。
4.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口铁的杂质含量重量比为小于0.15ppm。
5.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口铬的杂质含量重量比为小于0.06ppm。
6.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口铜的杂质含量重量比为小于0.02ppm。
7.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口钴的杂质含量重量比为小于0.02ppm。
8.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口铝的杂质含量重量比为小于0.7ppm。
9.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口镍的杂质含量重量比为小于0.02ppm。
10.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口钒的杂质含量重量比为小于0.02ppm。
11.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，氟化镁晶体光学窗口铅的杂质含量重量比为小于0.02ppm。
12.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述激光系统包括一种氟化镁晶体光学棱镜，该氟化镁晶体光学棱镜处于所述准分子激光器谐振腔外部，其中重复频率≥4kHz的193nm准分子激光输出通过所述氟化镁晶体光学棱镜透射，此种氟化镁晶体光学棱镜在曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲时，将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体的120nm的透射率至少为30％。
13.如权利要求1所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
14.如权利要求12所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学棱镜在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1.
15.一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光系统，用来产生波长λ小于200nm的紫外激光输出，所述的激光系统包括：
准分子激光谐振腔，所述的准分子激光谐振腔用来产生重复频率≥4kHz的波长λ小于200nm的紫外光子流，所述的准分子激光谐振腔包括至少一个氟化镁晶体光学窗口，用来在重复频率≥4kHz准分子激光λ小于200nm的输出情况下，输出所述λ小于200nm的光子流，所述的氟化镁晶体光学窗口若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体的120nm透射率至少为30％，并且在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
16.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，λ中心位于约193nm。
17.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的42mm晶体的120nm透射率至少为35％。
18.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的42mm晶体的120nm透射率至少为40％。
19.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的铁的杂质含量重量比小于0.15ppm。
20.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的铬的杂质含量重量比小于0.06ppm。
21.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的铜的杂质含量重量比小于0.02ppm。
22.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的钴的杂质含量重量比小于0.02ppm。
23.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的铝的杂质含量重量比小于0.7ppm。
24.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的镍的杂质含量重量比小于0.02ppm。
25.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的钒的杂质含量重量比小于0.02ppm。
26.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口的铅的杂质含量重量比小于0.02ppm。
27.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的激光系统包括氟化镁晶体光学棱镜，所述的氟化镁晶体光学棱镜位于所述的准分子激光谐振腔外部，其中所述的重复频率≥4kHz、λ小于200nm准分子激光输出要经过所述氟化镁晶体光学棱镜传输，并且所述氟化镁晶体光学棱镜若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体的120nm透射率至少为30％。
28.如权利要求15所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学窗口在203到207nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
29.如权利要求27所述的激光系统，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学棱镜在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
30.一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器晶体光学装置，用来透射重复频率≥4kHz、波长λ小于200nm氟化物准分子紫外激光输出，所述的激光晶体光学装置由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且42mm晶体的120nm透射率至少为30％。
31.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，λ中心集中于约193nm。
32.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的42mm晶体120nm的透射率至少为35％。
33.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体铁的杂质含量重量比小于0.15ppm。
34.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体铬的杂质含量重量比小于0.06ppm。
35.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体铜的杂质含量重量比小于0.02ppm。
36.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体钴的杂质含量重量比小于0.02ppm。
37.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体铝的杂质含量重量比小于0.7ppm。
38.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体镍的杂质含量重量比小于0.02ppm。
39.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体钒的杂质含量重量比小于0.02ppm。
40.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体铅的杂质含量重量比小于0.02ppm。
41.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学装置有一个与所述氟化镁晶体c轴方向垂直的平坦的平面。
42.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体光学装置有一个与所述氟化镁晶体c轴方向不垂直的平面。
43.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体具有c轴方向的结晶生长方向。
44.如权利要求30所述的重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光晶体光学装置，其特征在于，所述的氟化镁晶体在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
45.一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器晶体光学窗口，用来透射重复频率≥4kHz、波长λ小于200nm的氟化物准分子紫外激光输出，所述的激光器晶体光学窗口由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体120nm的透射率至少为30％，并且晶体在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
46.一种重复频率≥4kHz的氟化物准分子激光器晶体光学装置，用来透射重复频率≥4kHz、波长193nm准分子紫外激光输出，所述的激光器晶体光学装置由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm晶体120nm的透射率至少为30％。
47.一种λ小于200nm的氟化物晶体，用来透射波长λ小于200nm的紫外激光，所述的λ小于200nm的氟化物晶体由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收，并且42mm的晶体120nm的透射率至少为30％。其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.17ppm，铬小于0.08ppm，铜小于0.04ppm，钴小于0.04ppm，铝小于0.9ppm，镍小于0.04ppm，钒小于0.04ppm，铅小于0.04ppm，并且在200到210nm范围内的吸收系数小于0.0017cm-1。
48.如权利要求47所述的λ小于200nm的氟化物光学晶体，其特征在于，所述的氟化镁晶体的金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
49.一种重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器晶体，用来透射重复频率≥4kHz、波长193nm的氟化氩准分子紫外激光输出，所述的激光器晶体由氟化镁晶体组成，此种氟化镁晶体若曝光于能流密度≥40mj/cm2/脉冲的193nm激光下五百万次脉冲，它将具有小于0.08Abs/42mm的255nm感生吸收。并且42mm晶体120nmλ透射率至少为30％。其中各种金属杂质含量重量比为：铁小于0.17ppm，铬小于0.08ppm，铜小于0.04ppm，钴小于0.04ppm，铝小于0.9ppm，镍小于0.04ppm，钒小于0.04ppm，铅小于0.04ppm。
50.如权利要求47所述的重复频率≥4kHz的氟化氩准分子激光器晶体，其特征在于，所述的氟化镁晶体的金属杂质的含量重量比为：铁小于0.15ppm，铬小于0.06ppm，铜小于0.02ppm，钴小于0.02ppm，铝小于0.7ppm，镍小于0.02ppm，钒小于0.02ppm，铅小于0.02ppm。
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