一种单级衍射光栅的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种单级衍射光栅，所述衍射光栅包括：不透光薄膜及N个透光孔；其中，所述N个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜上；且所述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期之间具有预设的比例；如此，不透光薄膜上分布N个透光孔，且透光孔以一定的几率密度呈准斜方格子分布，因此只有0级和+/?1级衍射，不存在高级衍射，能够消除谐波污染，提高分辨率，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】
一种单级衍射光栅
技术领域
[0001] 本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种单级衍射光栅。
【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进行光束控制，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。
[0004] 基于此，目前亟需一种能够抑制高级衍射的极紫外衍射光栅，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单级衍射光栅，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] 本发明提供一种单级衍射光栅，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及N个透光孔;其 中，
[0007] 所述N个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜上;且所 述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期之间具有预设的比例。
[0008] 上述方案中，所述准斜方格子沿X轴方向的周期为2PX，所述准斜方格子沿y轴方向 的周期为Py;且P y彡Px/2。
[0009] 上述方案中，所述2PX多λ，所述λ为极紫外光的波长。
[0010] 上述方案中，所述Py彡λ/2。
[0011] 上述方案中，所述透光孔具体包括:圆孔、椭圆孔或多边形孔。
[0012] 上述方案中，当所述透光孔为方孔时，所述方孔的边长2a与Ρχ之间的比例关系为 2a = Px/2〇
[0013] 上述方案中，所述方孔在所述不透光薄膜上分布的几率密度根据几率密度函数P (s) = (3i/px) · cos(2jts/Px)确定;其中，所述s为所述方孔的中心沿X方向偏离所述准斜方格 子的距离。
[0014] 上述方案中，|s|彡Px/4。
[0015] 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。
[0016]上述方案中，所述不透光薄膜的厚度为50~300nm。
[0017] 本发明提供了一种单级衍射光栅，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及N个透光孔； 其中，所述N个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜上;且所述 透光孔的大小与所述准斜方格子的周期之间具有预设的比例;如此，不透光薄膜上分布N个 透光孔，且透光孔以一定的几率密度呈准斜方格子分布，因此只有〇级和+/-1级衍射，不存 在高级衍射，能够消除谐波污染，提高分辨率，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单级衍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的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的ξ方向的衍射特性图；
[0026] 图9为本发明实施例五提供的透射光栅的的远场衍射特性图；
[0027] 图10为本发明实施例五提供的透射光栅的ξ方向的衍射特性图。
【具体实施方式】
[0028] 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，本发明提供了一种单级衍射光栅，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及Ν个透光孔;其中， 所述Ν个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜上;且所述透光孔 的大小与所述准斜方格子的周期之间具有预设的比例。
[0029] 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。
[0030] 实施例一
[0031 ]本实施例提供一种单级衍射光栅，如图1所示，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及Ν 个透光孔;其中，所述Ν个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜 上;且所述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期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。所述透光孔 具体可以包括：圆孔、椭圆孔或多边形孔;所述多边形孔可以包括:方孔、对称六边形孔等。 本实施例中，透光孔为方孔，斜方格子为准三角格子。
[0032]具体地，当Ν个透光孔呈准三角格子分布时，所述准三角格子沿X轴方向的周期为 2ΡΧ，即相邻孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为2ΡΧ;所述准三角格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻孔的对称中心之间沿y轴方向之间的距离具体为Py。且Py彡Px/2。
[0033]所述N取值可以从几百到几万，一般由不透光薄膜的尺寸和透光孔的分布周期 2Px、Py的大小确定，以ΙΟμπι X ΙΟμπι不透光薄膜和Px = 100nm，Py= 100nm来说，所述N值是 10000。这里，所述孔具体可以包括：圆孔、椭圆孔、方孔或其他多边形孔，优选地为正方形 孔，简称方孔。
[0034] 进一步地，当所述孔为方孔时，为了可以消除谐波污染，提高分辨度，所述正方形 孔的边长2a与Px之间的比例关系可以根据公式(1)确定：
[0035] 2a = Px/2 (1)
[0036] 其中，所述准三角格子沿X轴方向的周期为2PX，与极紫外光的波长λ之间的关系可 以由公式(2)确定：
[0037] 2Ρχ^λ (2)
[0038] 所述准三角格子沿y轴方向的周期为Py，与极紫外光的波长λ之间的关系可以由公 式(3)确定：
[0039] Py彡λ/2 (3)
[0040] 且所述方孔在不透光薄膜上分布的位置可以根据公式(4)确定：
[0041] p(s) = (π/Ρχ) · cos(2jts/Px) (4)
[0042] 其中，所述P(s)为方孔在不透光薄膜上分布的几率密度函数，所述s为所述正方形 孔的中心沿X方向偏离所述三角格子的距离。
[0043] 进一步地，所述s的取值范围可以由公式(5)确定：
[0044] s | ^Px/4 (5)
[0045] 这样，就确定了正方形孔分布的位置、及正方形孔的大小与准三角格子周期之间 的比例关系。
[0046] 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
[0047] 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(P，q)，具体可由公式(6)得出：
[0049] 其中，在公式⑻中，所述Ιο为衍射图样中心处的强度，所述1〇=1;所述k为波矢，所 述让=231八;所述口 = |/^，所述9 = 11/^，（|，11)代表衍射屏上的位置，2为光栅到衍射屏的距 离;所述Nx为X方向孔的个数;所述N y为y方向孔的个数。
[0050] 本实施例提供的透射光栅，不透光薄膜上分布N个透光方孔，且方孔以一定的几率 密度呈准三角格子分布，因此只有〇级和+/-1级衍射，不存在高级衍射，能够消除谐波污染， 提高分辨率，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。
[0051 ] 实施例二
[0052]本实施例提供一种单级衍射光栅，如图1所示，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及N 个透光孔;其中，所述N个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜 上;且所述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期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。所述透光孔 具体可以包括：圆孔、椭圆孔或多边形孔;所述多边形孔可以包括:方孔、对称六边形孔等。 本实施例中，透光孔为方孔，斜方格子为准三角格子。
[0053] 具体地，当N个透光孔呈准三角格子分布时，所述准三角格子沿X轴方向的周期为 2PX，即相邻孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为2P X;所述准三角格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻孔的对称中心之间沿y轴方向之间的距离具体为Py。且Py彡Px/2。
[0054] 所述N取值可以从几百到几万，一般由不透光薄膜的尺寸和周期2Px、Py的大小确 定，以ΙΟμπι X ΙΟμπι不透光薄膜和Px = 200nm，Py = 200nm来说，所述N值是2500。这里，所述孔具 体可以包括:圆孔、椭圆孔、方孔或者其他多边形孔，优选地为正方形孔，简称方孔。
[0055] 进一步地，当所述孔为方孔时，为了可以消除谐波污染，提高分辨度，所述正方形 孔的边长2a与Px之间的比例关系可以根据公式(1)确定：
[0056] 2a = Px/2 (1)
[0057] 其中，本实施例中，所述准三角格子沿X轴方向的周期2PX为400nm，沿y轴方向的周 期Py为200nm，因此，正方形孔的边长2a为100nm。
[0058] 其中，所述准三角格子沿X轴方向的周期为2PX极紫外光的波长λ之间的关系可以 由公式(2)确定：
[0059] 2Ρχ^λ (2)
[0060] 所述准三角格子沿y轴方向的周期为Py极紫外光的波长λ之间的关系可以由公式 (3)确定：
[0061] Py彡λ/2 (3)
[0062] 且所述方孔在不透光薄膜上分布的位置可以根据公式(4)确定：
[0063] p(s) = (π/Ρχ) · cos(2jts/Px) (4)
[0064] 其中，所述p(s)为方孔在不透光薄膜上分布的几率密度函数，所述s为所述正方形 孔的中心沿X方向偏离所述三角格子的距离。
[0065] 进一步地，所述s的取值范围可以由公式(5)确定：
[0066] s | ^Px/4 (5)
[0067] 这样，就确定了正方形孔分布的位置、及正方形孔的大小与准三角格子周期之间 的比例关系。
[0068]这里，所述不透光薄膜的材料具体包括:金属铬;所述不透光薄膜的厚度为100nm。
[0069]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(P，q)，具体可由公式(6)得出：
[0071]其中，在公式⑻中，所述Ιο为衍射图样中心处的强度，所述1〇=1;所述k为波矢，所 述让=231八;所述口 = |/^，所述9 = 11/^，（|，11)代表衍射屏上的位置，2为光栅到衍射屏的距 离;所述Nx为x方向孔的个数;Ny为y方向孔的个数。
[0072] 实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的衍射光栅进行照射 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，该衍射光栅能够抑制有效抑制2级及以上 的尚级衍射。
[0073] 本实施例中，参见图3该光栅1级相对0级的衍射效率为25%，与正弦光栅的衍射特 性完全相同；参见图4,该衍射光栅只存在0级和+1/-1级衍射。
[0074]本实施例提供的衍射光栅，不透光薄膜上分布Ν个透光方孔，且方孔以一定的几率 密度呈准三角格子分布，因此只有〇级和+/-1级衍射，不存在高级衍射，能够消除谐波污染， 提高分辨率，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。
[0075] 实施例三
[0076] 本实施例提供一种单级衍射光栅，如图1所示，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及Ν 个透光孔;其中，所述Ν个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜 上;且所述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期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。所述透光孔 具体可以包括：圆孔、椭圆孔或多边形孔;所述多边形孔可以包括:方孔、对称六边形孔等。 本实施例中，透光孔为方孔，斜方格子为准三角格子。
[0077]具体地，当Ν个透光孔呈准三角格子分布时，所述准三角格子沿X轴方向的周期为 2ΡΧ，即相邻孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为2ΡΧ;所述准三角格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻孔的对称中心之间沿y轴方向之间的距离具体为Py。且Py彡Px/2。
[0078] 所述N取值可以从几百到几万，一般由不透光薄膜的尺寸和周期2Px、Py的大小确 定，以25μηι X 20μηι不透光薄膜和Px = 250nm，Py = 200nm来说，所述_直是10000。这里，所述孔 具体可以包括：圆孔、椭圆孔、方孔或者其他多边形孔，优选地为对称四边形孔，即正方形 孔，简称方孔。
[0079] 进一步地，当所述孔为方孔时，为了可以消除谐波污染，提高分辨度，所述正方形 孔的边长2a与Px之间的比例关系可以根据公式(1)确定：
[0080] 2a = Px/2 (1)
[0081 ]其中，本实施例中，所述准三角格子沿X轴方向的周期2PX为500nm，沿y轴方向的周 期Py为200nm，因此，正方形孔的边长2a为125nm。
[0082] 其中，所述准三角格子沿X轴方向的周期为2PX，与极紫外光的波长λ之间的关系可 以由公式(2)确定：
[0083] 2Ρχ^λ (2)
[0084] 所述准三角格子沿y轴方向的周期为Py，与极紫外光的波长λ之间的关系可以由公 式(3)确定：
[0085] Py彡λ/2 (3)
[0086] 且所述方孔在不透光薄膜上分布的位置可以根据公式(4)确定：
[0087] p(s) = (π/Ρχ) · cos(2jts/Px) (4)
[0088] 其中，所述p(s)为方孔在不透光薄膜上分布的几率密度函数，所述s为所述正方形 孔的中心沿X方向偏离所述三角格子的距离。
[0089] 进一步地，所述s的取值范围可以由公式(5)确定：
[0090] s | ^Px/4 (5)
[0091] 这样，就确定了正方形孔分布的位置、及正方形孔的大小与准三角格子周期之间 的比例关系。
[0092] 这里，所述不透光薄膜的材料具体包括:氮化硅;所述不透光薄膜的厚度为150nm。
[0093] 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(P，q)，具体可由公式(6)得出：
[0095] 其中，在公式⑻中，所述Ιο为衍射图样中心处的强度，所述1〇=1;所述k为波矢，所 述让=231八;所述口 = |/^，所述9 = 11/^，（|，11)代表衍射屏上的位置，2为光栅到衍射屏的距 离;所述Nx为X方向孔的个数;所述N y为y方向孔的个数。
[0096] 实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的衍射光栅进行照射 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，该衍射光栅能够抑制有效抑制2级及以上 的尚级衍射。
[0097] 本实施例中，参见图6,该光栅1级相对0级的衍射效率为25%，与正弦光栅的衍射 特性完全相同；该衍射光栅只存在〇级和+1/-1级衍射。
[0098]本实施例提供的衍射光栅，不透光薄膜上分布Ν个透光方孔，且方孔以一定的几率 密度呈准三角格子的周期分布，因此只有〇级和+/-1级衍射，不存在高级衍射，能够消除谐 波污染，提高分辨率，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。
[0099] 实施例四
[0100] 本实施例提供一种单级衍射光栅，如图1所示，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及Ν 个透光孔;其中，所述Ν个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜 上;且所述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期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。所述透光孔 具体可以包括：圆孔、椭圆孔或多边形孔;所述多边形孔可以包括:方孔、对称六边形孔等。 本实施例中，透光孔为方孔，斜方格子为准三角格子。
[0101] 具体地，当Ν个透光孔呈准三角格子分布时，所述准三角格子沿X轴方向的周期为 2ΡΧ，即相邻孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为2Ρ Χ;所述准三角格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻孔的对称中心之间沿y轴方向之间的距离具体为Py。且Py彡Px/2。
[0102] 所述N取值可以从几百到几万，一般由不透光薄膜的尺寸和周期2Px、Py大小确定， 以30μηιΧ 20μηι不透光薄膜和?\ = 300]1111而=200111]1来说，所述1'1值是10000。这里，所述孔具体 可以包括:圆孔、椭圆孔、方孔或者其他多边形孔，优选地为正方形孔，简称方孔。
[0103] 进一步地，当所述孔为方孔时，为了可以消除谐波污染，提高分辨度，所述正方形 孔的边长2a与Ρχ之间的比例关系可以根据公式(1)确定：
[0104] 2a = Px/2 (1)
[0105] 其中，本实施例中，所述准三角格子沿X轴方向的周期2PX为600nm，沿y轴方向的周 期Py为200nm，因此，正方形孔的边长2a为150nm。
[0106] 其中，所述准三角格子沿X轴方向的周期为2PX，与极紫外光的波长λ之间的关系可 以由公式(2)确定：
[0107] 2Ρχ^λ (2)
[0108] 所述准三角格子沿y轴方向的周期为Py，与极紫外光的波长λ之间的关系可以由公 式(3)确定：
[0109] Py彡λ/2 (3)
[0110] 且所述方孔在不透光薄膜上分布的位置可以根据公式(4)确定：
[0111] p(s) = (3i/Px) * cos(23is/Px) (4)
[0112] 其中，所述p(s)为方孔在不透光薄膜上分布的几率密度函数，所述s为所述正方形 孔的中心沿X方向偏离所述三角格子的距离。
[0113] 进一步地，所述s的值可以由公式(5)确定：
[0114] s | ^ΞΡχ/4 (5)
[0115] 这样，就确定了正方形孔分布的位置、及正方形孔的大小与准三角格子周期之间 的比例关系。
[0116] 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70nm。
[0117] 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(P，q)，具体可由公式(6)得出：
[0119] 其中，在公式(6)中，所述Ιο为衍射图样中心处的强度，所述1〇=1;所述k为波矢，所 述k = 2π/λ为波矢，所述λ为极紫光波长;所述ρ = ξ/ζ，所述q = η/ζ，（ ξ，η)代表衍射屏上的位 置，ζ为光栅到衍射屏的距离;所述Νχ为X方向孔的个数;所述Ny为y方向孔的个数。
[0120] 实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的衍射光栅进行照射 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，该衍射光栅能够有效抑制2级及以上的高 级衍射。
[0121] 本实施例中，参见图8,该光栅1级相对0级的衍射效率为25%，与正弦光栅的衍射 特性完全相同；该衍射光栅只存在〇级和+1/-1级衍射。
[0122] 本实施例提供的衍射光栅，不透光薄膜上分布Ν个透光方孔，且方孔以一定的几率 密度呈准三角格子分布，因此只有0级和+/-1级衍射，不存在高级衍射，能够消除谐波污染， 提高分辨率，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。
[0123] 实施例五
[0124] 本实施例提供一种单级衍射光栅，如图1所示，所述衍射光栅包括:不透光薄膜及N 个透光孔;其中，所述N个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜 上;且所述透光孔的大小与所述准斜方格子的周期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。所述透光孔 具体可以包括：圆孔、椭圆孔或多边形孔;所述多边形孔可以包括:方孔、对称六边形孔等。 本实施例中，透光孔为方孔，斜方格子为准三角格子。
[0125] 具体地，当N个透光孔呈准三角格子分布时，所述准三角格子沿X轴方向的周期为 2PX，即相邻孔的对称中心沿X轴方向之间的距离具体为2P X;所述准三角格子沿y轴方向的周 期为Py，即相邻孔的对称中心之间沿y轴方向之间的距离具体为Py。且Py彡Px/2。
[0126] 所述N取值可以从几百到几万，一般由不透光薄膜的尺寸和周期2Px、Py的大小确 定，以35μηι X 25μηι不透光薄膜和Px = 350nm，Py = 250nm来说，所述_直是10000。这里，所述孔 具体可以包括:圆孔、椭圆孔、方孔或者其他多边形孔，优选地为正方形孔，简称方孔。
[0127] 进一步地，当所述孔为方孔时，为了可以消除谐波污染，提高分辨度，所述正方形 孔的边长2a与Px之间的比例关系可以根据公式(1)确定：
[0128] 2a = Px/2 (1)
[0129] 其中，本实施例中，所述准三角格子沿X轴方向的周期2PX为700nm，沿y轴方向的周 期Py为250nm，因此，正方形孔的边长2a为175nm。
[0130] 其中，所述准三角格子沿X轴方向的周期为2PX，与极紫外光的波长λ之间的关系可 以由公式(2)确定：
[0131] 2Ρχ^λ (2)
[0132] 所述准三角格子沿y轴方向的周期为Py，与极紫外光的波长λ之间的关系可以由公 式(3)确定：
[0133] Py彡λ/2 (3)
[0134] 且所述方孔在不透光薄膜上分布的位置可以根据公式(4)确定：
[0135] p(s) = (jt/Px) * cos(23is/Px) (4)
[0136] 其中，所述p(s)为方孔在不透光薄膜上分布的几率密度函数，所述s为所述正方形 孔的中心沿X方向偏离所述三角格子的距离。
[0137] 进一步地，所述s的取值范围可以由公式(5)确定：
[0138] s | ^ΞΡχ/4 (5)
[0139] 这样，就确定了正方形孔分布的位置、及正方形孔的大小与准三角格子周期之间 的比例关系。
[0140]这里，所述不透光薄膜的材料具体包括:金;所述不透光薄膜的厚度为250nm。
[0141]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(P，q)，具体可由公式(6)得出：
[0143] 其中，在公式⑻中，所述Ιο为衍射图样中心处的强度，所述IQ=1;所述k为波矢，所 述让=231八 ;所述口 = |/^，所述9 = 11/^，（|，11)代表衍射屏上的位置，2为光栅到衍射屏的距 离;所述Nx为X方向孔的个数;所述N y为y方向孔的个数。
[0144] 实际应用中，利用波长为13.5nm的极紫外光对本实施例中的衍射光栅进行照射 时，参见图9,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，该衍射光栅能够抑制有效抑制2级及以上 的尚级衍射。
[0145] 本实施例中，参见图10,该光栅1级相对0级的衍射效率为25%，与正弦光栅的衍射 特性完全相同；该衍射光栅只存在〇级和+1/-1级衍射。
[0146] 本实施例提供的衍射光栅，不透光薄膜上分布Ν个透光方孔，且方孔以一定的几率 密度呈准三角格子分布，因此只有〇级和+/-1级衍射，不存在高级衍射，能够消除谐波污染， 提高分辨率，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。
[0147] 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. 一种单级衍射光栅，其特征在于，所述衍射光栅包括：不透光薄膜及N个透光孔；其 中， 所述N个透光孔以预设的几率密度、呈准斜方格子分布在所述不透光薄膜上;且所述透 光孔的大小与所述准斜方格子的周期之间具有预设的比例。2. 如权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，所述准斜方格子沿X轴方向的周期为2PX， 所述准斜方格子沿y轴方向的周期为Py;且Py彡Px/2。3. 如权利要求2所述的衍射光栅，其特征在于，所述2PX多λ，所述λ为极紫外光的波长。4. 如权利要求3所述的衍射光栅，其特征在于，所述Ρ^λ/2。5. 如权利要求2所述的衍射光栅，其特征在于，所述透光孔具体包括:圆孔、椭圆孔或多 边形孔。6. 如权利要求5所述的衍射光栅，其特征在于，当所述透光孔为方孔时，所述方孔的边 长2a与Ρχ之间的比例关系为2a = Ρχ/2。7. 如权利要求6所述的衍射光栅，其特征在于，所述方孔在所述不透光薄膜上分布的几 率密度根据几率密度函数P(s) = (3i/Px) · cos(2jts/Px)确定;其中，所述s为所述方孔的中心 沿X方向偏离所述准斜方格子的距离。8. 如权利要求7所述的衍射光栅，其特征在于，| s | <Px/4。9. 如权利要求1所述的衍射光栅，其特征在于，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。10. 如权利要求9所述的衍射光栅，其特征在于，所述不透光薄膜的厚度为50~300nm。
【文档编号】G02B5/18GK106094087SQ201610625575
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月2日 公开号201610625575.1, CN 106094087 A, CN 106094087A, CN 201610625575, CN-A-106094087, CN106094087 A, CN106094087A, CN201610625575, CN201610625575.1
【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