Dispozitiv nou măsoară forma absolută a oglinzilor curbe cu o precizie de 2 nanometri, fără a le atinge
Cercetătorii de la Institutul Național de Știință și Tehnologie Industrială Avansată (AIST) au dezvoltat un dispozitiv care măsoară profilul absolut al suprafeței elementelor optice curbe cu precizie ridicată, fără a le atinge. Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Precision Engineering.
Oglinzile curbe de înaltă precizie sunt utilizate pentru colectarea luminii și controlul frontului de undă în sisteme de litografie în ultraviolet extrem (EUV), instalații de radiație sincrotronă, telescoape astronomice și detectoare de unde gravitaționale. Precizia profilului suprafeței lor afectează semnificativ performanța acestor dispozitive.
Importanța măsurării absolute a suprafeței
În timpul procesului de fabricație, este esențial să se determine nu doar topografia fină a suprafeței, ci și profilul absolut al acesteia, incluzând informații precum raza de curbură. Aceste măsurători sunt apoi utilizate pentru corectarea profilului suprafeței. Cu toate acestea, măsurarea profilului suprafeței oglinzilor curbe cu o precizie de ordinul câtorva nanometri, fără a deteriora suprafața, a reprezentat o provocare.
Lumina reflectată dezvăluie forma suprafeței
Sistemul dezvoltat măsoară panta suprafeței (unghiul local) în fiecare poziție de pe o suprafață curbă, pe un interval unghiular larg, prin analiza direcției luminii reflectate. Deoarece unghiul local corespunde variațiilor profilului suprafeței, profilul absolut poate fi calculat determinând modul în care aceste unghiuri variază de-a lungul suprafeței.
Pentru măsurarea cu precizie înaltă a direcției luminii reflectate, cercetătorii au integrat un dispozitiv de măsurare unghiulară de înaltă precizie (SelfA), care corectează automat erorile scalei unghiulare. Sistemul permite măsurarea fără contact a profilului absolut al suprafeței oglinzilor curbe, cu o precizie de 2 nanometri.
Cerințe stricte pentru lungimi de undă scurte
Lumina cu lungimi de undă scurte, cum ar fi ultravioletul extrem și razele X, este utilizată pentru fabricarea de structuri microscopice în dispozitive semiconductoare și pentru observarea structurilor la scară nanometrică în materiale pentru baterii și biomolecule. În ultimii ani, sistemele de litografie EUV și instalațiile moderne de radiație sincrotronă care utilizează această lumină au primit o atenție semnificativă.
Deoarece lumina cu lungimi de undă scurte este dificil de transmis, iar lentilele nu pot fi utilizate pentru focalizarea sau controlul frontului de undă, se folosesc oglinzi curbe mari, cu diametre de câteva sute de milimetri. Profilul suprafeței unei oglinzi afectează semnificativ precizia structurilor microscopice produse în timpul fabricației și precizia observațiilor.
În special, suprafețele elementelor optice de înaltă precizie utilizate în sistemele de litografie EUV și în instalațiile sincrotron trebuie să fie extrem de netede, iar profilul lor general trebuie să corespundă specificațiilor de proiectare cu o precizie extrem de ridicată.
Măsurarea formei fără atingerea suprafeței
În timpul fabricației, este crucial să se măsoare cât de mult deviază profilul final al suprafeței de la proiectare și să se corecteze pe baza acestor rezultate. Aceasta necesită măsurarea precisă a profilului absolut al suprafeței oglinzilor curbe, incluzând informații geometrice precum raza de curbură.
Deoarece elementelor optice de înaltă performanță li se aplică uneori acoperiri funcționale, cum ar fi straturi multiple, metodele de măsurare nu trebuie să atingă sau să deterioreze suprafața. Interferometria, o metodă de măsurare fără contact utilizată pe scară largă în trecut, implică comparații cu o suprafață sau un front de undă de referință, ceea ce face dificilă evaluarea profilului absolut al suprafeței.
Prin urmare, a existat o cerere puternică pentru o tehnologie care să poată măsura profilul absolut al suprafeței oglinzilor curbe fără contact, cu o precizie de ordinul câtorva nanometri. Noua tehnologie este așteptată să sprijine fabricarea, dezvoltarea și evaluarea componentelor optice avansate pentru sisteme optice de înaltă performanță.
