Ion-beam polishing of fused silica substrates for imaging soft x-ray and extreme ultraviolet optics

Abstract

We have studied the surface treatment of polished fused silica by neutralized Ar ions with energy of 500-1500 eV and incidence angles of 0-90°. We found the following regularities: for samples that passed the standard procedure of deep polishing (initial effective roughness σ(eff)∼0.5 nm), the effective roughness decreases to the ultrasmooth level (i.e., σ(eff)∼0.25 nm in the range of spatial frequencies q∈[4.9×10(-2)-63] μm(-1)). The effect begins to be noticeable at the material removal of 150 nm and reaches saturation at depths of removal greater than 1 μm. For supersmooth samples (σ(eff)<0.3 nm), the effective roughness keeps the initial level at material removal down to tens of micrometers. The optimal ion energy range is 800-1300 eV (maximum smoothing effect); at higher energy some surface roughness degradation is observed. All the smoothing effects are observed at the incidence angle range θ(in)=0-35°. Increasing the ion energy above 1300 eV increases the etching rate by up to 4 μm per hour (J(ion)=0.8 mA/cm2), which allows for deep aspherization of sized substrates. The technique allows for manufacturing the optical elements for extreme ultraviolet and soft x-ray wavelength ranges with a numerical aperture of up to 0.6.

Получение Гладких Высокоточных Поверхностей Методом Механического Притира

“…Важным результатом является то, что средне-и высокочастотные шероховатости вносят примерно одинаковый вклад в эффективную шероховатость. Это позволяет ожидать, что эффективная шероховатость может быть уменьшена почти в два раза после ионной полировки, которая наиболее эффективно сглаживает высокочастотные шероховатости [33,[40][41][42].…”

Ионно-Пучковые Методики Прецизионной Обработки Оптических Поверхностей

“…В ходе исследований было обнаружено, что скорость травления в зависимости от угла падения (V etch (θ)) может изменяться в разы [24,25], что следует учитывать при расчете формирующей диафрагмы. Что касается шероховатости поверхности, минимальное значение которой важно в первую очередь для подложек многослойных зеркал МР и ЭУФ диапазонов длин волн, то зависимость от угла имеет сложную немонотонную зависимость [25].…”

“…В ходе исследований было обнаружено, что скорость травления в зависимости от угла падения (V etch (θ)) может изменяться в разы [24,25], что следует учитывать при расчете формирующей диафрагмы. Что касается шероховатости поверхности, минимальное значение которой важно в первую очередь для подложек многослойных зеркал МР и ЭУФ диапазонов длин волн, то зависимость от угла имеет сложную немонотонную зависимость [25]. Например, для плавленого кварца было показано, что при травлении нейтрализованными ионами Ar с энергией E ion = 1250 eV эффективная шероховатость остается на уровне σ eff ∼ 0.25 nm в диапазоне пространственных частот q ∈ [4.9 • 10 −2 −6.3 • 10 1 µm −1 ] при углах падения ионов θ in = 0−35 • от нормали [22], что соответствует числовой апертуре 0.6.…”

Модификация и полировка штриха голографической дифракционной решетки пучком нейтрализованных ионов Ar

“…Ранее в ряде работ, например [12][13][14], была показана возможность сглаживания (полировки) высокочастотной шероховатости пучками ускоренных ионов аргона. Оптимальные энергии ионов лежат в диапазоне 800−1000 eV.…”