一种透射光栅的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种透射光栅，包括：不透光薄膜及N个透光对称多边形孔；其中，N个透光对称多边形孔在不透光薄膜上呈斜方格子分布，且斜方格子的周期与对称多边形孔的大小之间具有预设的比例；如此，因N个透光对称多边形孔在不透光薄膜上呈斜方格子分布，完全抑制了背景噪声，提高了信噪比；且斜方格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间按照预设的比例取值，使得所述光栅完全抑制了2级、3级、4级衍射，从而消除了谐波污染，提高了分辨率，进而确保分析结果的准确性，提高了摄谱精度；并且，该光栅能够实现自支撑，因此可以消除衬底带来的损耗；另外，由于该光栅结构上只存在透光和不透光两种区域，这种二值化的结构易于加工。
【专利说明】
_种透射光栅
技术领域
[0001] 本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种透射光栅。
【背景技术】
[0002] 众所周知，几乎所有的材料甚至空气都能够吸收10纳米到121纳米的极端远紫外 光，简称极紫外光，因此在这个波段，无法采用一般的透镜光学系统控制光束，而是采用衍 射光栅和反射镜来实现极紫外光的光束控制。
[0003] 目前，极紫外分光系统主要采用衍射光栅进行分光。传统的二元光栅包含多级衍 射，通常情况下分光只需要1级衍射，但是在宽光谱情况下，高级衍射与1级衍射产生交叠， 扰乱分析结果，带来不容易消除的误差，制约摄谱精度，降低光学系统的性能。虽然正弦振 幅光栅只有〇级和+/-1级衍射，具有较好的衍射效率，但是利用已知材料和现有的加工工 艺，制作极紫外波段的正弦光栅几乎不可能。另外，虽然减小光栅周期能够抑制高级衍射， 例如光栅的周期D大于光波长λ并小于2λ时，只有〇级和+/-1级衍射，但是利用现有的加工工 艺，制作特征尺寸与极紫外波长相当的结构，十分困难;并且此类光栅有效的波长范围被限 制在了（D，D/2)之间，因此并不适用于宽光谱的分光系统。
[0004] 基于此，目前亟需一种能够抑制高级衍射的极紫外透射光栅，以解决上述技术问 题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种透射光栅，用于解决现有技 术中，极端远紫外光分光系统进行分光时，高级衍射与1级衍射产生交叠，带来误差，导致分 析结果不准确，摄谱精度降低的技术问题。
[0006] 本发明提供了 一种透射光栅，所述透射光栅包括:不透光薄膜及N个透光对称多边 形孔;其中，
[0007] 所述N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格子分布，且所述斜方格 子的周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。
[0008] 上述方案中，所述斜方格子沿X轴方向的周期为Px，所述斜方格子沿y轴方向的周 期为Py。
[0009] 上述方案中，所述对称多边形孔具体包括:对称四边形孔、对称五边形孔或对称六 边形孔。
[0010] 上述方案中，当所述对称多边形孔为对称六边形孔时，所述对称六边形孔平行于X 轴的对角线长度2a与所述Px之间的比例关系为2a = 5Px/6。
[0011] 上述方案中，所述对称六边形孔平行于X轴的边长2ai与所述Px之间的比例关系为 2ai = Px/6。
[0012] 上述方案中，所述对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度2b与所述Py之间的关系 为 2b<Py。
[0013] 上述方案中，所述透射光栅在ξ方向的的相对衍射效率I ( m )根据公式
计算得出；其中，所述m为衍射级次。
[0014] 上述方案中，所述不透光薄膜的材料具体包括：金、银、错、络、娃、氮化娃或碳化 娃。
[0015]上述方案中，所述不透光薄膜的厚度为50~300nm。
[0016]上述方案中，所述不透光薄膜的优选厚度为70~150nm。
[0017] 本发明提供了 一种透射光栅，所述透射光栅包括:不透光薄膜及N个透光对称多边 形孔;其中，所述N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格子分布，且所述斜方 格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例;如此，因 N个透光对称多边形 孔在所述不透光薄膜上呈斜方格子分布，完全抑制了背景噪声，提高了信噪比;且所述斜方 格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间按照预设的比例取值，使得所述光栅完全抑制 了 2级、3级、4级衍射，从而消除了谐波污染，提高了分辨率，进而确保分析结果的准确性，提 高了摄谱精度;并且，该光栅能够实现自支撑，因此可以消除衬底带来的损耗;另外，由于该 光栅结构上只存在透光和不透光两种区域，这种二值化的结构易于加工。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例一提供的透射光栅的局部结构示意图；
[0019] 图2为本发明实施例二提供的透射光栅的远场衍射特性图；
[0020] 图3为本发明实施例二提供的透射光栅ξ方向的衍射特性图；
[0021] 图4为本发明实施例二提供的透射光栅以对数表示的ξ方向的衍射特性图；
[0022]图5为本发明实施例三提供的透射光栅的远场衍射特性图；
[0023] 图6为本发明实施例三提供的透射光栅ξ方向的衍射特性图；
[0024] 图7为本发明实施例四提供的透射光栅的远场衍射特性图；
[0025] 图8为本发明实施例四提供的透射光栅ξ方向的衍射特性图。
【具体实施方式】
[0026] 在极端远紫外光分光系统进行分光时，为了抑制高级衍射，减小误差，提高摄谱精 度，本发明提供了 一种透射光栅，所述透射光栅包括:不透光薄膜及Ν个透光对称多边形孔； 其中，所述Ν个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格子分布，且所述斜方格子的 周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。
[0027] 下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
[0028] 实施例一
[0029]本实施例提供一种透射光栅，如图1所示，所述透射光栅包括:不透光薄膜及Ν个透 光对称多边形孔;其中，所述Ν个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格子分布， 且所述斜方格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。其中，所述斜方 格子具体包括:正方格子、长方格子、三角格子、有心长方格子及普通的斜方格子。本实施例 中，优选地为长方格子。
[0030] 具体地，所述长方格子分布具体为:任一个对称多边形孔的对称中心与其相邻的 三个对称多边形的对称中心相连为一个长方形。所述长方格子沿X轴方向的周期为p x，即相 邻对称多边形孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为px;所述长方格子沿y轴方向的周 期为P y，即相邻对称多边形孔的对称中心之间沿y轴方向之间的距离具体为Py。
[0031] 所述N取值可以从几百到几万，一般根据不透光薄膜的尺寸和透光孔的分布周期 Px、Py的大小来确定，以ΙΟμπι X ΙΟμπι不透光薄膜和Px= 100nm，Py= 100nm来说，所述N值是 10000。这里，所述对称多边形孔具体可以包括:对称四边形孔、对称五边形孔或对称六边形 孔等，本实施例中，优选地为对称六边形孔。
[0032] 进一步地，当所述对称多边形为对称六边形孔时，为了可以消除谐波污染，提高分 辨度，所述对称六边形孔平行于X轴的对角线长度2a与所述P x之间的关系可以根据公式（1) 确定出：
[0033] 2a = 5Px/6 (1)
[0034] 所述对称六边形孔平行于X轴的边长2ai与所述Px之间的关系可以根据公式(2)确 定出：
[0035] 2ai = Px/6 (2)
[0036] 所述对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度(六边形的高度)2b与所述Py之间的关 系可以根据公式(3)确定出：
[0037] 2b^Py (3)
[0038] 这样，就确定了对称六边形孔的大小与长方格子周期之间的比例关系。
[0039] 这里，所述不透光薄膜的材料具体包括:金、银、铝、铬、硅、氮化硅或碳化硅等可以 吸收极紫外光的材料;所述不透光薄膜的厚度为50~300nm;优选厚度为70~150nm〇
[0040] 当透射光栅制作好之后，在实际应用中，可以根据夫琅禾费衍射的理论进行推导， 得出透射光栅的相对衍射效率I(m)，具体可由公式(4)得出；
[0041]
[0042]其中，在公式⑷中，所述m为衍射级次。
[0043] 本实施例提供的透射光栅，因 N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈长方 格子分布，完全抑制了背景噪声，提高了信噪比;且所述长方格子的周期与所述对称多边形 孔的大小之间按照预设的比例取值，使得所述光栅完全抑制了 2级、3级、4级衍射，从而消除 了谐波污染，提高了分辨率，进而确保分析结果的准确性，提高了摄谱精度;并且，该光栅能 够实现自支撑，因此可以消除衬底带来的损耗;另外，由于该光栅结构上只存在透光和不透 光两种区域，这种二值化的结构易于加工。
[0044] 实施例二
[0045] 相对于实施例一，本实施例还提供一种透射光栅，所述透射光栅包括:不透光薄膜 及N个透光对称多边形孔;其中，所述N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格 子分布，且所述斜方格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。其中，所 述斜方格子具体包括:正方格子、长方格子、三角格子、有心长方格子及普通的斜方格子。本 实施例中，优选地为长方格子。
[0046] 具体地，所述长方格子分布具体为:任一个对称多边形孔的对称中心与其相邻的 三个对称多边形的对称中心相连为一个长方形。所述长方格子沿X轴方向的周期为Ρχ，即相 邻对称多边形孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为P x;所述长方格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻对称多边形孔的对称中心之间沿y轴方向之间的具体为P y。
[0047] 本实施例中的不透光薄膜尺寸为30以111\3(^111几=60〇11111而=60〇11111，因此所述1'1值 是2500。且本实施例中的对称多边形孔为对称六边形孔。
[0048] 进一步地，当所述对称多边形为对称六边形孔时，为了可以消除谐波污染，提高分 辨度，所述对称六边形孔平行于X轴的对角线长度2a与所述P x之间的关系可以根据公式（1) 确定出：
[0049] 2a = 5Px/6 (1)
[0050] 其中，本实施例中，所述长方格子沿X轴方向的周期为Px为600nm，因此，所述对称 六边形孔平行于X轴的对角线长度根据公式（1)计算得出为500nm。
[0051] 所述对称六边形孔平行于X轴的边长2ai与所述Px之间的关系可以根据公式(2)确 定出：
[0052] 2ai = Px/6 (2)
[0053] 其中，所述对称六边形孔平行于X轴的边长根据公式(2)计算得出为100nm。
[0054] 所述对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度(六边形的高度)2b与所述Py之间的关 系可以根据公式(3)确定出：
[0055] 2b^Py (3)
[0056] 其中，所述长方格子沿y轴方向的周期为Py为600nm，本实施例根据公式(3)确定出 对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度为600nm。
[0057] 这样，就确定了对称六边形孔的大小与长方格子周期之间的比例关系。
[0058]这里，所述不透光薄膜的材料具体包括铬;所述不透光薄膜的厚度为lOOnm。
[0059] 实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的透射光栅进行照射 时，参见图2,可以看出该光栅的远场衍射特性，从图中可以明显看出，在ξ方向存在明显的0 级和+1/-1级衍射，相对于普通光栅的多级衍射，该透射光栅能够抑制有效抑制高级衍射。
[0060] 进一步地，可以根据公式(4)计算透射光栅的相对衍射效率：
[0061]
[0062] 其中，在公式(4)中，所述m为衍射级次。本实施例中，该光栅1级相对0级的衍射效 率为27.72%，大于正弦光栅25%的1级相对衍射效率。2级、3级和4级衍射效率为零(参见图 3和图4)。该光栅偶数级次衍射为零。5级和7级的相对0级的衍射效率分别为0.044349 %和 0.011544%，相对1级的衍射效率分别为0.16%和0.041647%。
[0063] 本实施例提供的透射光栅，因多个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈长方 格子分布，完全抑制了背景噪声，提高了信噪比;且所述长方格子的周期与所述对称多边形 孔的大小之间按照预设的比例取值，使得所述光栅完全抑制了 2级、3级、4级衍射，从而消除 了谐波污染，提高了分辨率，进而确保分析结果的准确性，提高了摄谱精度;并且，该光栅能 够实现自支撑，因此可以消除衬底带来的损耗;另外，由于该光栅结构上只存在透光和不透 光两种区域，这种二值化的结构易于加工。
[0064] 实施例三
[0065] 相对于实施例二，本实施例还提供一种透射光栅，所述透射光栅包括:不透光薄膜 及N个透光对称多边形孔;其中，所述N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格 子分布，且所述斜方格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。其中，所 述斜方格子具体包括:正方格子、长方格子、三角格子、有心长方格子及普通的斜方格子。本 实施例中，优选地为长方格子。
[0066] 具体地，所述长方格子分布具体为:任一个对称多边形孔的对称中心与其相邻的 三个对称多边形的对称中心相连为一个长方形。所述长方格子沿X轴方向的周期为Ρχ，即相 邻对称多边形孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为P x;所述长方格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻对称多边形孔的对称中心之间沿y轴方向之间的具体为P y。
[0067] 本实施例中的不透光薄膜尺寸为3(^111\3(^111，？\ = 30〇11111，？丫 = 30〇11111，因此所述1'1值 是10000。且本实施例中的对称多边形孔为对称六边形孔。
[0068] 进一步地，当所述对称多边形为对称六边形孔时，为了可以消除谐波污染，提高分 辨度，所述对称六边形孔平行于X轴的对角线长度2a与所述P x之间的关系可以根据公式（1) 确定出：
[0069] 2a = 5Px/6 (1)
[0070] 其中，本实施例中，所述长方格子沿X轴方向的周期为Px为300nm，因此，所述对称 六边形孔平行于X轴的对角线长度根据公式（1)计算得出为250nm。
[0071] 所述对称六边形孔平行于X轴的边长2ai与所述Px之间的关系可以根据公式(2)确 定出：
[0072] 2ai = Px/6 (2)
[0073] 其中，所述对称六边形孔平行于X轴的边长根据公式(2)计算得出为50nm。
[0074] 所述对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度(六边形的高度)2b与所述Py之间的关 系可以根据公式(3)确定出：
[0075] 2b^Py (3)
[0076] 其中，所述长方格子沿y轴方向的周期为Py为300nm，本实施例根据公式(3)确定出 对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度为200nm。
[0077] 这样，就确定了对称六边形孔的大小与长方格子周期之间的比例关系。
[0078]这里，所述不透光薄膜的材料具体包括金属硅;所述不透光薄膜的厚度为150nm。
[0079] 实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的透射光栅进行照射 时，参见图5,可以看出该光栅的远场衍射特性，从图中可以明显看出，在ξ方向存在明显的0 级和+1/-1级衍射，相对于普通光栅的多级衍射，该透射光栅能够抑制有效抑制高级衍射。
[0080] 进一步地，可以根据公式(4)计算透射光栅的相对衍射效率：
[0081]
[0082]其中，在公式(4)中，所述m为衍射级次。本实施例中，该光栅1级相对0级的衍射效 率为27.72%，大于正弦光栅25%的1级相对衍射效率。2级、3级和4级衍射效率为零(参见图 6)。该光栅偶数级次衍射为零。5级和7级的相对0级、相对1级的衍射非常小。
[0083] 本实施例提供的透射光栅，因多个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈长方 格子分布，完全抑制了背景噪声，提高了信噪比;且所述长方格子的周期与所述对称多边形 孔的大小之间按照预设的比例取值，使得所述光栅完全抑制了 2级、3级、4级衍射，从而消除 了谐波污染，提高了分辨率，进而确保分析结果的准确性，提高了摄谱精度;并且，该光栅能 够实现自支撑，因此可以消除衬底带来的损耗;另外，由于该光栅结构上只存在透光和不透 光两种区域，这种二值化的结构易于加工。
[0084] 实施例四
[0085] 相对于实施例二，本实施例还提供一种透射光栅，所述透射光栅包括:不透光薄膜 及N个透光对称多边形孔;其中，所述N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格 子分布，且所述斜方格子的周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。其中，所 述斜方格子具体包括:正方格子、长方格子、三角格子、有心长方格子及普通的斜方格子。本 实施例中，优选地为长方格子。
[0086] 具体地，所述长方格子分布具体为:任一个对称多边形孔的对称中心与其相邻的 三个对称多边形的对称中心相连为一个长方形。所述长方格子沿X轴方向的周期为Ρχ，即相 邻对称多边形孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为p x;所述长方格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻对称多边形孔的对称中心之间沿y轴方向之间的具体为P y。
[0087] 本实施例中的不透光薄膜尺寸为180μηιΧ 180μηι，Ρχ= 1200nm，Py= 1200nm，因此所 述N值是22500。
[0088] 进一步地，当所述对称多边形为对称六边形孔时，为了可以消除谐波污染，提高分 辨度，所述对称六边形孔平行于X轴的对角线长度2a与所述P x之间的关系可以根据公式（1) 确定出：
[0089] 2a = 5Px/6 (1)
[0090] 其中，本实施例中，所述长方格子沿X轴方向的周期为Px为1200nm，因此，所述对称 六边形孔平行于X轴的对角线长度根据公式(1)计算得出为lOOOnm。
[0091] 所述对称六边形孔平行于X轴的边长2ai与所述Px之间的关系可以根据公式(2)确 定出：
[0092] 2ai = Px/6 (2)
[0093] 其中，所述对称六边形孔平行于X轴的边长根据公式(2)计算得出为200nm。
[0094] 所述对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度(六边形的高度)2b与所述Py之间的关 系可以根据公式(3)确定出：
[0095] 2b^Py (3)
[0096] 其中，所述长方格子沿y轴方向的周期为Py为1200nm，本实施例根据公式(3)确定 出对称六边形孔平行于y轴的对称轴长度为l〇〇〇nm。
[0097] 这样，就确定了对称六边形孔的大小与长方格子周期之间的比例关系。
[0098]这里，所述不透光薄膜的材料具体包括金属银;所述不透光薄膜的厚度为210nm。
[0099]实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的透射光栅进行照射 时，参见图7,可以看出该光栅的远场衍射特性，从图中可以明显看出，在ξ方向存在明显的0 级和+1/-1级衍射，相对于普通光栅的多级衍射，该透射光栅能够抑制有效抑制高级衍射。
[0100] 进一步地，可以根据公式(4)计算透射光栅的相对衍射效率：
[0101]
[0102] 其中，在公式(4)中，所述m为衍射级次。本实施例中，该光栅1级相对0级的衍射效 率为27.72%，大于正弦光栅25%的1级相对衍射效率。2级、3级和4级衍射效率为零(参见图 8)。该光栅偶数级次衍射为零。5级和7级的相对0级、相对1级的衍射非常小。
[0103] 本实施例提供的透射光栅，因多个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈长方 格子分布，完全抑制了背景噪声，提高了信噪比;且所述长方格子的周期与所述对称多边形 孔的大小之间按照预设的比例取值，使得所述光栅完全抑制了 2级、3级、4级衍射，从而消除 了谐波污染，提高了分辨率，进而确保分析结果的准确性，提高了摄谱精度;并且，该光栅能 够实现自支撑，因此可以消除衬底带来的损耗;另外，由于该光栅结构上只存在透光和不透 光两种区域，这种二值化的结构易于加工。
[0104] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种透射光栅，其特征在于，所述透射光栅包括:不透光薄膜及N个透光对称多边形 孔;其中， 所述N个透光对称多边形孔在所述不透光薄膜上呈斜方格子分布，且所述斜方格子的 周期与所述对称多边形孔的大小之间具有预设的比例。2. 如权利要求1所述的透射光栅，其特征在于，所述斜方格子沿X轴方向的周期为Px，所 述斜方格子沿y轴方向的周期为Py。3. 如权利要求2所述的透射光栅，其特征在于，所述对称多边形孔具体包括:对称四边 形孔、对称五边形孔或对称六边形孔。4. 如权利要求3所述的透射光栅，其特征在于，当所述对称多边形孔为对称六边形孔 时，所述对称六边形孔平行于X轴的对角线长度2a与所述Px之间的比例关系为2a = 5Px/6。5. 如权利要求4所述的透射光栅，其特征在于，所述对称六边形孔平行于X轴的边长2ai 与所述Ρχ之间的比例关系为2ai = Px/6。6. 如权利要求5所述的透射光栅，其特征在于，所述对称六边形孔平行于y轴的对称轴 长度化与所述Py之间的关系为化《Py。7. 如权利要求5所述的透射光栅，其特征在于，所述透射光栅在ξ方向的的相对衍射效 率Km)根据公式计算得出；其中，所述m为 衍射级次。8. 如权利要求1所述的透射光栅，其特征在于，所述不透光薄膜的材料具体包括：金、 银、侣、铭、娃、氮化娃或碳化娃。9. 如权利要求8所述的透射光栅，其特征在于，所述不透光薄膜的厚度为50~300nm。10. 如权利要求9所述的透射光栅，其特征在于，所述不透光薄膜的优选厚度为70~ 150nm〇
【文档编号】G02B5/18GK106094086SQ201610624132
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月2日 公开号201610624132.0, CN 106094086 A, CN 106094086A, CN 201610624132, CN-A-106094086, CN106094086 A, CN106094086A, CN201610624132, CN201610624132.0
【发明人】史丽娜, 刘子维, 浦探超, 李海亮, 牛洁斌, 谢常青, 刘明
【申请人】中国科学院微电子研究所