Lamellar gratings for reflective split-and-delay unit in XUV spectral range

Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die hochpräzise Herstellung von Silizium-Lamellengitterspiegeln für die reflektierende Split-and-Delay-Unit (SDU) im extremen Ultraviolett- und weichen Röntgenbereich (Photonenenergien von 10 eV bis ~1 keV). Um die gute Reflektivität der Spiegel zu gewährleisten, war es notwendig, eine gute Oberflächenqualität zu erhalten, um die geringe Rauheit zu bewahren und die auftretenden Verformungen zu minimieren. Es wurden zwei verschiedene Hochpräzisions-Herstellungstechniken angewandt: a) nasschemisches Ätzen und b) Diamantsägeblattschneiden. Das nasschemische Ätzen in KOH führte zu ultratiefen (1 mm und tiefer) Durchätzgittern, jedoch wurde die Siliziumoberfläche während des Ätzvorgangs durch die Ätzmaske aus SiNx-Multilayer auf SiO2 ständig angegriffen, was zu zahlreichen Defekten führte, was diese Technik für die Herstellung von Lamellengittern ungeeignet machte. Neue, qualitativ hochwertige Lamellengitterspiegel wurden mit Hilfe eines Diamantscheiben-Dicing-Verfahrens hergestellt. Die im Rahmen dieses Projekts neu entwickelten Dicing-Protokolle sorgen für eine größere Stabilität der Diamantscheibe während des Schneidevorgangs, wodurch die Verschiebung der Gitterstäbe aufgrund von Verformungen und Materialabplatzungen am Rand der Schnittfuge verringert wird. Die Oberflächenrauheit der neu hergestellten lamellaren Gitter wurde von den zuvor erreichten ~4 nm auf ~2 nm erheblich verbessert. Dank der verbesserten Probenstabilität während der Herstellung konnte auch die effektive Länge der hergestellten Lamellengitterspiegel mehr als verdoppelt werden, nämlich von 6 mm auf 13 mm. Dadurch kann die neu hergestellte SDU bei der Hälfte des Einfallswinkels der früheren Aufbauten betrieben werden. Dies verbessert das Reflexionsvermögen des Geräts erheblich, erhöht seine Präzision und erweitert die Kurzwellenlängengrenze der reflektierten Strahlung auf mindestens 600 eV, was ein großer Vorteil für weitere Untersuchungen der ultraschnellen Elektronendynamik ist, die die Elementspezifität des weichen Röntgenbereichs nutzen.