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周期性的纳米级线、点、孔等结构在许多方面都有重要的应用价值。例如探究下一代的计算技术及高密度数据存储技术的量子点阵、磁点阵。周期性的表面结构已经被用来进行半导体外延生长。模板表面结构的共聚物导向自组装及胶体自组装生长成二维或三维晶体。
如果用光学系统制作小于50nm周期的高分辨率图形，则系统将非常复杂和昂贵。用高相干性的EUV(Extreme Ultra Violet，即13.4nm波长的软X射线)光波进行干涉光刻制作纳米结构是一个非常有优势的技术。基于反射式的Lloyd镜具有非常高的极限分辨率，最高可达λ/2，但是必须使用高时间相干性的单色光。由于同步辐射波荡器发出的光具有相对较宽的波段，这就限制了所能制作的光栅周期的数目，因此这也限制了Lloyd镜干涉仪的应用。基于透射型分束光栅的干涉光刻是消色差的，因此克服了Lloyd镜干涉仪受到时间相干性限制的缺陷。基于透射型分束光栅的干涉光刻具有实际焦深无限大、工艺简单且成本低、消色差且对装置对准不敏感、能制作大面积图形等优点。运用一级衍射光或二级衍射光进行干涉光刻，可以分别得到周期减为母光栅周期一半或四分之一的干涉图样。
软X射线干涉光刻(XIL)技术实际应用中的一个重要难题是如何提高分束光栅的衍射效率，进而减少曝光时间，提高空间分辨率。为此，本文基于严格的矢量耦合波方法，结合纳米级光栅的实际制作工艺，对影响衍射效率的各个因素(光栅材料、厚度、占空比、梯形浮雕底角大小等)进行了详尽的分析。结果显示，浮雕的位相作用对光栅衍射起重要影响，其中非金属材料Si3N4比金属材料Cr、Au的位相作用更明显。据此优化得到了用Si(或Si3N4)做衬底的Si3N4、Cr、Au光栅，其一级衍射效率及总吸收率(或仅一级衍射效率)优于现在用于干涉光刻的Cr、Si3N4复合光栅。
考虑到光栅的实际制作工艺，通过与丹麦科技大学Shi Peixiong研究组与中科院北京微电子研究所谢常青研究组合作，优化设计并成功制作了国内首个面积为1.5mm×1.5mm、刻线周期为100nm的大面积金属型透射光栅。该光栅Cr浮雕厚度为50nm，Gap/period为0.6，衬底Si3N4厚度为100nm。利用其一级衍射光和二级衍射光进行干涉光刻将可以经济高效地制作周期为50nm和25nm的大面积周期结构。同时，在合肥国家同步辐射实验室，对该光栅性能进行了初步测试，推算得出该光栅的一级和二级衍射效率分别为4.41％和0.49％，与理论设计值比较符合。实验结果与理论模拟结果的对比表明该光栅侧壁陡直，Gap/period的控制也与设计值符合。此项工作为上海光源软X射线干涉光刻实验站后续分束掩模光栅的设计与制作奠定了一定的基础与经验。