CN106094084A - 极紫外多层膜反射式单级衍射光栅 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，应用于入射光波波长为极紫外波段的情况，所述光栅自下而上包括衬底、钼硅多层周期薄膜、硅薄膜和金属薄膜，其中，在所述金属薄膜中形成有单级衍射光栅图形，所述单级衍射光栅图形由多个反光栅线构成，所述反光栅线由多个指定边长的六边形组成。本发明提供的衍射光栅能够克服光谱级次叠加现象的出现，从而避免了高级次衍射峰在解谱过程中对±1级衍射峰的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种极紫外多层膜反射式单级衍射光栅。
背景技术
衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生分散的一种光学元件，通常分为透射式衍射光栅和反射式衍射光栅。根据衍射光栅公式可知，上述衍射光栅都有多级衍射的特性，在实际应用时往往只有衍射的±1级和0级是真正需要的，其余的高级衍射会对所测光谱造成污染，即高级衍射谱可能会叠加到一级衍射谱上，出现光谱级次叠加的现象，这种光谱级次叠加也会在后续解谱中带来不确定性，即在解谱中不能分辨出所需波长的衍射峰，从而限制了衍射光栅在光谱学中的应用。
发明内容
为了解决上述光谱级次叠加问题，尤其是在极紫外波段时的光谱级次叠加问题，本发明提供一种极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，能够克服光谱级次叠加现象的出现，从而避免高级次衍射峰在解谱过程中对±1级衍射峰的干扰。
本发明提供一种极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，应用于入射光波波长为极紫外波段的情况，所述光栅自下而上包括衬底、钼硅多层周期薄膜、硅薄膜和金属薄膜，其中，在所述金属薄膜中形成有单级衍射光栅图形，所述单级衍射光栅图形由多个反光栅线构成，所述反光栅线由多个指定边长的六边形组成。
本发明实施例提供的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，与现有技术相比，其能够消除衍射结果中除±1级和0级衍射峰以外的其他高级次衍射峰，克服光谱级次叠加现象的出现，从而避免了高级次衍射峰在解谱过程中对±1级衍射峰的干扰。
附图说明
图1为本发明极紫外多层膜反射式单级衍射光栅的剖面示意图；
图2为本发明极紫外多层膜反射式单级衍射光栅的正面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供一种极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，应用于入射光波波长为极紫外波段的情况，所述光栅自下而上包括衬底、钼硅多层周期薄膜、硅薄膜和金属薄膜，其中，在所述金属薄膜中形成有单级衍射光栅图形，所述单级衍射光栅图形由多个反光栅线构成，所述反光栅线由多个指定边长的六边形组成。
本发明实施例提供的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，与现有技术相比，其能够消除衍射结果中除±1级和0级衍射峰以外的其他高级次衍射峰，克服光谱级次叠加现象的出现，从而避免了高级次衍射峰在解谱过程中对±1级衍射峰的干扰。
其中，所述极紫外波段为13.5±0.2nm。
进一步地，所述衬底的厚度为200μm-7mm，所述衬底由低热膨胀系数材料制作，所述低热膨胀系数材料为微晶玻璃，陶瓷或者熔石英。
其中，所述钼硅多层周期薄膜的周期数为40，每个周期由厚度为2.7nm的钼薄膜和厚度为4.2nm的硅薄膜组成。
其中，所述硅薄膜的厚度为7nm。
其中，所述金属薄膜的金属材料为金、铂金、镍或者铬，所述金属薄膜的厚度为50-100nm。
如图2所示，所述多个反光栅线中相邻反光栅线的中心线之间的距离为Px＝2*(a+a1)，其中a1为所述六边形上边线边长的一半，a为所述六边形的中心到最右边内角的距离；所述反光栅线中相邻两个六边形的中心之间的距离为Py＝2b1，b1为所述六边形的中心与上边线之间的垂直距离。
优选地，a1＝0.28a，b1＝a+a1。
下面通过一个具体的例子对本发明进一步详细说明。入射光波长为13.5nm的极紫外波段，本发明实施例提供的极紫外反射式单级衍射光栅的衬底以石英为材料制作，其中，石英的粗糙度小于0.5nm；石英衬底上的钼硅多层周期薄膜的周期数为40，每个周期为6.9nm，其中包括钼厚度为2.7nm,硅厚度为4.2nm；在所述钼硅多层周期薄膜上分布有一层7nm厚度的硅薄膜；在所述硅薄膜上分别有一层厚度为70nm的铬薄膜；在所述铬薄膜分布由一系列周期排列的反光栅线组成的单级衍射光栅图形，其中，每个反光栅线由多个六边形周期排列所形成，所述单级衍射光栅图形的区域为反光图形区域，即露出7nm厚度的硅薄膜的区域。
经过膜拟计算得到所述反光栅线的宽度和分布位置的设计参数，这样的参数可以有效抑制高级衍射，得到只有零级和正负一级衍射峰的衍射图形。具体的设计参数如下：单个六边形的参数为a1为28nm，a为100nm,b1＝128nm，其中a1为所述六边形上边线边长的一半，a为所述六边形的中心到最右边内角的距离，b1为所述六边形的中心与上边线之间的垂直距离，因此，所述多个反光栅线中相邻反光栅线的中心线之间的距离为Px＝2*(a+a1)＝256nm，Py＝256nm，即Py＝Px。假设入射极紫外光的光源面积为1mm×1mm，光栅图形区为了能够大于光源面积进行有效反射，X方向应该至少有1000000nm/256nm＝3096个周期，同样Y方向也需要3096个周期，其中，所述反光栅线的线条方向取为Y方向，垂直于所述反光栅线的线条方向取X方向。由此可知，所述单级衍射光栅图形应该至少有1000000nm/256nm＝3096个反光栅线，Y方向上每个反光栅线也需要由3096个六边形组成。
下面详细上述极紫外反射式单级衍射光栅器件的制作方法，需要说明的是，制作方法为本领域公知技术，并不限于下述方法。
首先，在抛光好的石英衬底上磁控溅射钼硅多层周期薄膜，所述钼硅多层周期薄膜的周期数为40，每个周期为6.9nm，其中包括钼厚度为2.7nm,硅厚度为4.2nm；
在所述钼硅多层周期薄膜上溅射依次一层7nm硅薄膜和一层70nm铬薄膜；
在铬薄膜上旋涂一层正性电子束光刻胶后经过热处理，利用电子束曝光制作出设计好的六边形周期排布光刻胶图形；
以光刻胶图形为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉露出来的铬薄膜，形成六边形反光图形区；
去除电子束光刻胶后，形成上述极紫外反射式单级衍射光栅。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，应用于入射光波波长为极紫外波段的情况，其特征在于，所述光栅自下而上包括衬底、钼硅多层周期薄膜、硅薄膜和金属薄膜，其中，在所述金属薄膜中形成有单级衍射光栅图形，所述单级衍射光栅图形由多个反光栅线构成，所述反光栅线由多个指定边长的六边形组成。
2.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述极紫外波段为13.5±0.2nm。
3.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述衬底的厚度为200μm-7mm。
4.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述衬底由低热膨胀系数材料制作，所述低热膨胀系数材料为微晶玻璃，陶瓷或者熔石英。
5.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述钼硅多层周期薄膜的周期数为40，每个周期由厚度为2.7nm的钼薄膜和厚度为4.2nm的硅薄膜组成。
6.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述硅薄膜的厚度为7nm。
7.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述金属薄膜的金属材料为金、铂金、镍或者铬，所述金属薄膜的厚度为50-100nm。
8.根据权利要求1所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，所述多个反光栅线中相邻反光栅线的中心线之间的距离为Px＝2*(a+a1)，其中a1为所述六边形上边线边长的一半，a为所述六边形的中心到最右边内角的距离；所述反光栅线中相邻两个六边形的中心之间的距离为Py＝2b1，b1为所述六边形的中心与上边线之间的垂直距离。
9.根据权利要求8所述的极紫外多层膜反射式单级衍射光栅，其特征在于，a1＝0.28a，b1＝a+a1。
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