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高线密度X射线透射光栅是X射线光栅谱仪的核心色散元件，其制作工艺繁复冗长，制作难度大，是制约我国等离子体诊断和太空探测等领域发展的核心光学元件。本文针对X射线透射光栅在X射线光栅谱仪中的应用，把电子束光刻和X射线光刻技术相结合，在深入研究电子束光刻和X射线光刻工艺技术的基础上，研制成功了线密度分别为2000线/毫米、3333线/毫米和5000线/毫米的X射线透射光栅；并对新型的量子点阵列X射线透射光栅进行了探索性研究，研制成功了250线/毫米和1000线/毫米两种量子点阵列X射线透射光栅。本文完成的主要工作有：
1.针对X射线透射光栅的特殊结构，提出了采用电子束光刻和X射线光刻相结合制作高线密X射线透射光栅的技术路线：首先利用电子束光刻制备母光栅掩模，然后利用X射线光刻进行复制。该方法充分利用了电子束光刻高分辨率、任意图形发生能力和X射线光刻高效率、高高宽比、侧壁陡直等优点。
2.研究了聚酰亚胺镂空薄膜的制备技术，该薄膜既是透射光栅的衬底，又是母光栅X射线掩模的支撑薄膜：在电子束光刻制备掩模的过程中，不仅考虑了纳米尺度图形的X射线掩模的几何校正，而且考虑了电子束曝光中的邻近效应对图形的影响，采用几何校正和合适的剂量，利用电子束光刻和微电镀的方法制备了基于聚酰亚胺镂空薄膜的系列母光栅掩模，线密度分别为2000线/毫米、3333线/毫米和5000线/毫米，金栅线宽度分别为300nm、175nm和105nm。
3.在X射线曝光中，研究了X射线经过不同光学元件后光谱的变化，通过加入氮化硅滤片改善了X射线的光谱，并通过基于傅里叶变换的光束传播法程序计算了X射线在掩模和抗蚀剂之间的传播，得到了抗蚀剂曝光光强的分布强烈依赖曝光间隙的结论。
4.在实验上研究了X射线光刻中曝光间隙对百纳米级图形的影响：采用HSQ抗蚀剂，在较大间隙和较低曝光剂量的条件下，得到了12nm线宽的孤立线图形；在较小间隙和合适的曝光剂量条件下，获得了纳米尺度的高高宽比结构；利用X射线在掩模吸收体栅线两侧形成的高强度衍射峰，利用300nm周期的光栅掩模，得到了37nm线宽、150nm周期的光栅图形，即光栅周期减小一倍。
5.设计了X射线曝光的卡具，利用高强度钕铁硼永磁体将掩模和衬底紧压在一起，获得了稳定的、较小的曝光间隙，采用X射线光刻和微电镀的方法完成了2000线/毫米、3333线/毫米和5000线/毫米X射线透射光栅的复制，并采用光学曝光结合微电镀的方法制作了厚金吸收体。
6.系列高线密度光栅的测试结果表明，采用电子束光刻和X射线光刻相结合的方法制作的X射线透射光栅占空比比较理想，侧壁陡直，衍射效率的测量值比较符合矩形截面模型，充分展示了该技术路线的优势。
7.采用相同的工艺路线，研制了两种类型的量子点阵列X射线透射光栅。其中，一种类型的线密度为250线/毫米，另一种类型的线密度为1000线/毫米。测试结果表明，两种类型的量子点阵列透射光栅都有效抑制、甚至完全消除了高级衍射峰，达到了预期的设计效果。