Широкополосные пропускающее решетки глубокого ультрафиолета

Широкополосная и эффективная пропускающая решетка (ПР) глубокого ультрафиолета (ГУФ) была разработана для приложений, использующих гармоники высокого порядка, таких как спектроскопия, расщепление и контроль светового пучка. Эта решетка, изготовленная с помощью литографии электронным пучком и сухого травления, обеспечивает компактность конструкции и простоту юстировки спектрометра ГУФ. Кроме того, параметры решетки легко настраиваются в зависимости от требований заказчика, включая количество штрихов, рабочую длину волны и коэффициент заполнения.

Источники глубокого ультрафиолета вызывают неподдельный интерес во многих областях науки и высоких технологий. Гармоники высокого порядка являются настольными источниками для аттофизики, измерения динамики электронов внутри оболочки и экспериментов по фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР), а рентгеновские лазеры на свободных электронах (РЛСЭ) открывают дверь в новые познания о материалах. Лазеры мягкого рентгеновского излучения полезны для понимания механизма повреждения поверхности материала. В области высоких технологий постоянные стремительные инновации лазерных плазменных источников света (ПИС) позволили реализоваться литографии ГУФ в качестве промышленного инструмента.

Основными оптическими компонентами этих систем являются зеркала, тонкопленочные фильтры, отражающие решетки и детекторы, а также существует множество коммерчески доступных как стандартных, так и индивидуальных моделей. Однако на сегодняшний день количество публикаций, демонстрирующих работу ПР, очень мало, хоть они так же являются основными компонентами для работы в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.

Узкополосное излучение ГУФ – один из важнейших инструментов как в науке, так и в промышленности. Энергетическое разрешение экспериментов по фотоэлектронной спектроскопии ограничено шириной полосы источников света, а для передовых исследований требуется ширина в несколько десятков мэВ. Для литографии и инструмента контроля ГУФ полоса плазменного источника света сужается примерно на 2% за счет использования комбинаций многослойных зеркал из Mo/Si. Во многих областях материаловедения монохроматоры на основе отражающих решеток используются для получения узкополосного ГУФ пучка. ПР имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными отражающими решетками и многослойными зеркалами:

1) Только ПР может сделать излучение ГУФ монохромным, причем с очень простой оптической настройкой.

2) ПР имеет широкополосное пропускание и неизменную эффективность на всей её площади. 

3) С использованием ПР можно построить гораздо более компактный и простой юстировочный спектрометр.

В данной статье представлены 2 типа ПР для получения узкополосного ГУФ излучения. Первый тип сделан из двухслойных полос Ta/SiN и оптимизирован для дифракции длин волн в области окна прозрачности воды. Другой сделан из однослойных полос SiN и оптимизирован для работы до 13,5 нм. Рисунки 1 (a) и 1 (b) показывают рассчитанную дифракционную эффективность 1-го порядка обособленной ПР ГУФ, оптимизированной для окна прозрачности воды и для 13,5 нм соответственно. Параметры этих ПР представлены в таблице 1. Обе ПР изготавливаются с использованием электронной литографии и комбинации сухого/влажного травления. Также существует возможность простой настройки параметров, таких как количество штрихов, рабочая длина волны и соотношение стержень/пространство.

Рисунок 1. Разработанные ПР ГУФ для  а) двухслойного Ta/SiN и б) однослойного Sin

Таблица 1. Параметры Ta/SiN и Sin ПР

На первом этапе изготовления решетки SiN (100 нм) наносится на обе стороны подложки Si путем химического осаждения из газовой фазы при низком давлении. Затем на нанесенный слой Ta толщиной 100 нм наносится фоторезист для электронно-лучевой литографии (рисунок 2 (а)). После электронно-лучевой литографии Ta подвергается сухому травлению (рисунок 2 (б)). На заключительном этапе двухслойную решетку Ti/SiN разделяют на отдельные фрагменты 10х10 мм. Для однослойной решетки SiN основные процессы изготовления почти такие же, как и для ПР Ta/SiN: осаждение SiN, литография электронным пучком, сухое травление, формование и нарезка.

Рисунок 2. Процессы изготовления ПР Ta/SiN. (а) напыление, (б) электронная литография и травление Ta, (в) формирование окна и (г) травление SiN.

Преимущества данного способа заключаются в следующем: 1) легкая настройка параметров решетки, таких как соотношение полоса/щель и толщина полосы в зависимости от требований; 2) вертикальность кромки составляет 88-90 градусов, что превосходит иные методы, такие как процессы импринтинга и процессы подъема и 3) малый размер будет полезен для создания компактного спектрометра.

СЭМ-изображение изготовленной ПР Ta/SiN и ее внешней вид показаны на рисунках 3 (a) и (b) соответственно. Ожидается, что ПР с высокой резкостью и низкой шероховатостью обеспечит идеальную дифракционную эффективность. Эти новые оптические компоненты ГУФ будут использоваться в спектроскопии, микроскопии и в промышленных областях.

Рисунок 3. (а) Изображение СЭМ и (б) внешний вид ПР Ta/Sin

© NTT AT

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции NTT AT на территории РФ