Conception et développement d’une source EUV accordable pour la caractérisation de miroirs multicouches – TPLUS

A part le rayonnement synchrotron ou le laser à électrons libres, qui sont disponibles auprès des grands instruments, il n’y a à présent pas de source accordable de rayonnement extrême ultra-violet (EUV). Cependant l’utilisation de ce rayonnement se développe rapidement, principalement à cause de la mise en place de la lithographie EUV dédiée à la prochaine génération de composants électroniques, à la recherche en imagerie solaire à partir des télescopes spatiaux et aussi au développement des sources atto-seconde. Les seules sources de laboratoire commercialement disponibles sont basées sur l’émission de raies discrètes à partir de plasmas (décharge dans un gaz, résonance électronique, cyclotron). Néanmoins une source EUV accordable et quasi-monochromatique serait très intéressante pour caractériser les composants optiques et les détecteurs dans ce domaine spectral.
L’interaction d’électrons relativistes ou non avec un solide apparaît comme une technique très prometteuse pour réaliser une telle source. Deux phénomènes ont donné lieu à des études poussées : le rayonnement de transition (RT) et paramétrique (RP). Le RT a lieu quand les électrons traversent l’interface entre deux matériaux. Des sources basées sur le RT utilisant des multicouches périodiques comme structure rayonnante ont été proposées et leur faisabilité démontrée expérimentalement. Le PR est émis quand des électrons traversent un milieu périodique (cristal, miroir multicouche) proche des conditions de Bragg. Là aussi, des sources de rayons X basées sur ce mécanisme ont été proposées, construites et testées avec succès. Leur principal désavantage est la nécessité d’un faisceau d’électrons relativistes délivré par des accélérateurs coûteux (LINAC, storage ring, betatron).
Le projet TPLUS (Tunable Parametric Laboratory UV Source) d’une source accordable nécessite des électrons non relativistes produits par un canon de 100 kV générant le PR dans un multicouche nanométrique. Les caractéristiques principales d’une telle source ont été étudiées par une équipe française dans le cas de particules relativistes et plus récemment par une collaboration russo-américaine dans le cas des particules non relativistes. Leur calcul démontre que le PR à ? = 36.4 nm (E = 34 eV) est émis lors de l’irradiation d’une multicouche Sc/Al par des électrons de 100 keV. Il est possible d’obtenir un rendement d’environ 10-5 photon par electron. Avec un canon fournissant 1 mA, la théorie estime une intensité de 109 photons/s/eV/sr (7.108 photons/s/sr pour une bande pasante 0.7 eV à 34 eV); cette valeur est plus petite que les 1015 photons/s/sr des deux raies He I and He délivrées par un plasma d’hélium avec la technique ECR. Néanmoins, cette source He émet seulement quelques raies intenses.
A notre connaissance, aucune source similaire à celle décrite dans notre projet a été construite et caractérisée. Néanmoins diverses équipes de recherche institutionnelles (en particulier en Russie) et privées aux Etats-Unis (Intel Corp., Adelphi Technology) ont montré beaucoup d’intérêt pour ce type de source à travers plusieurs publications et communications à des conférences (compte-rendus de RREPS-07 par exemple).
L’objectif principal de ce projet est de concevoir une source EUV accordable de laboratoire, de la construire, de mesurer ses performances et finalement d’obtenir un prototype pré-industriel. Cette source sera utilisée dans le futur pour caractériser les optiques EUV à leur longueur d’onde d’application et permettra de mesurer la réflectance de miroirs dans tout le domaine EUV. En effet, les données de l’étude PXRMS (Physics of X-Ray Multilayer Structures) montrent que de nombreuses multicouches sont conçues pour des applications s’étendant sur tout le domaine EUV. Il est donc important de disposer d’une source accordable de laboratoire pour être indépendant des temps de faisceau alloués par les centres synchrotron et aussi pour réparer de manière avancée les expériences sur synchrotron.