自支撑闪耀透射光栅集中了透射光栅分光作用的优点和反射式闪耀光栅非零级次闪耀的特点,在激光惯性约束核聚变、天文物理、量子电子学、光电子学等领域有着广泛的应用潜力。自支撑闪耀透射光栅目前主要采用的制作工艺分为单晶硅各向异性湿法刻蚀工艺和深反应离子刻蚀工艺,前者因加强筋底部展宽导致光栅有效面积较小,后者因光栅侧壁表面较粗糙导致光散射消耗较大,制备的光栅总体效率不高。因此为了提高自支撑闪耀透射光栅的制备质量,进而增加光栅衍射效率,急需开发新的制作技术。本课题的目的是开发同时满足大有效面积和侧壁光滑要求的自支撑闪耀透射光栅制作新工艺,设计并制作出原型光栅。论文的主要内容包括:(1)基于标量衍射理论对自支撑闪耀透射光栅的参数进行了分析设计,详细地介绍了基于严格耦合波方法求解光栅衍射效率的步骤,并通过MATLAB编程对光栅衍射效率进行了模拟计算。求解步骤分为四步:第一,将求解区域分成三个区域,依次为入射区域、光栅区域以及透射区域;第二,通过傅里叶级数展开获得各区域电磁场的表达式;第三,将光栅区域内介电常数和真空磁导率的傅里叶级数表达式代入麦克斯韦方程组推导出耦合波方程组;第四,联立电磁场边界条件并结合耦合波方程组求解各个衍射级次的振幅及衍射效率。模拟结果表明在周期为1μm、占宽比为0.2、入射角为4.5°、槽深为10μm时闪耀透射光栅有较高的衍射效率且对偏振不敏感,衍射效率高达45%,达到预期设计的要求。(2)对单晶硅金属催化刻蚀工艺进行了系统的研究,包括刻蚀液的选择、催化金属类型的选择以及以光栅侧壁垂直度和粗糙度为目标的工艺优化。通过理论分析及对比实验,当催化金属为金、硅片类型为(100)、刻蚀液HF:H2O2:H2O的摩尔比为4.8:0.1:50时,制备得到的光栅侧壁的粗糙度RMS约为0.8nm以及光栅线条的垂直度约为89°,达到了闪耀透射光栅对粗糙度和垂直度的要求。(3)开发了一种全新的增大光刻胶光栅掩模占宽比的方法一热压法,对热压法增大光刻胶光栅掩模占宽比工艺进行了系统的研究,包括详细地介绍了热压工艺步骤以及分析了温度、载荷、受压垫片对热压后光栅掩模的影响。热压工艺步骤分为六步:第一,将光栅样品放置于热台;第二,加盖PDMS并预热;第三,玻璃棒滚压PDMS;第四,加盖薄纸片及玻璃基片;第五,施加载荷并加热;第六,去掉薄纸片及玻璃基片并掀开PDMS。通过实验和理论分析,当温度为170℃、施加载荷为400kPa、采用优化后PDMS时,热压后的光刻胶光栅占宽比显著增大,接近初始样品的两倍,线条表面平整且粗细均匀,满足实验时对光刻胶掩模的要求。(4)对周期为1μm的自支撑闪耀透射光栅的整套制作工艺进行了详细地研究,包括光栅样品单元及自支撑结构掩模的制作、金属光栅掩模的制作、背面衬底的去除、金属催化刻蚀和干燥。得到了周期为1μm的自支撑闪耀透射光栅样品,自支撑闪耀透射光栅样品由四个5mm×5mm的方框组成,光栅线条高度为10μm,光栅侧壁光滑,粗糙度约为0.8nm,加强筋底部无展宽,有效面积高达70%。由实验结果可得,与传统的制作工艺相比,基于全息光刻-金属催化刻蚀工艺制作得到的光栅侧壁光滑、有效面积更高,为各类X射线光源的精确诊断奠定了坚实的基础。