CN105445834A - 一种大尺寸衍射光栅的制作方法及曝光装置 - Google Patents

Abstract

一种大尺寸衍射光栅的制作方法及曝光装置，采用小尺寸光栅拼接而成，曝光装置包括两级缩微模块和消零级位相光栅，第一级缩微模块为4F成像系统，第二级缩微模块为双远心缩微投影干涉成像系统，该第二级缩微模块具有比第一级缩微模块更大的缩微倍数，且该第一缩微模块的成像面构成该第二级缩微模块的输入面，该第二缩微模块的输出面构成曝光成像时的记录面，其中第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组，所述消零级位相光栅位于该第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组之间，当曝光光斑中的条纹位置需要调整时，将该消零级位相光栅沿着垂直于栅线方向进行平移，实现光斑中条纹位置改变。

Description

一种大尺寸衍射光栅的制作方法及曝光装置

技术领域

本发明属于大尺寸衍射光栅制作领域，尤其是涉及一种采用局部光场拼接工艺制作大尺寸衍射光栅的方法。

背景技术

大面积衍射光栅在天文物理、激光物理等领域都有不可替代的作用。衍射光栅的制备方法包括机械刻写、激光全息干涉等方法。其中机械刻写法一般只适合制作大栅线周期的光栅，制作精度和效率受到制约。激光全息干涉法通过对激光束分光、扩束和反射，在两扩束光斑相交区域，形成干涉条纹，在光刻胶上记录干涉条纹，如图1所示。经过显影、离子束刻蚀等工艺，获得衍射光栅，具有单次曝光面积相对大、效率高、成本低等优势。

但是，利用全息干涉法制备大口径衍射光栅存在如下三个问题：第一，光栅口径受到激光的相干长度制约。干涉法使用的激光束必须具有长相干长度，一般使用安装F-P标准具的Kr离子激光器413.5nm波长，才有足够长的相干长度和输出功率。第二，隔振要求苛刻。气浮平台是保证干涉条纹光路稳定记录的基本条件，全息记录对环境稳定性要求八分之一周期(＜d/8)，比如周期为d＝400nm的衍射光栅，隔振平台的长时间稳定性＜50nm。第三，光栅均匀性受到光束质量和曝光稳定性制约。由于光斑是高斯分布，为得到均匀干涉条纹记录，须将光斑扩束范围增大，取中间部分的光斑曝光。随着扩束面积增大，全息记录时间变得很长，比如20分甚至1小时。显然，隔振平台也很难满足这样长时间的严格稳定性要求。为此，干涉条纹锁定技术应运而生，通过主动检测干涉条纹的变化，用压电陶瓷驱动光路的中的一个反射镜以保持在记录面干涉条纹的稳定性，保证在曝光时间内，干涉条纹稳定性达20nm。随着衍射光栅尺寸达米级，光斑扩束更大，强度下降几个数量级，即使用干涉条纹锁定技术，也很难满足长时间稳定记录的要求。

分区域拼接是克服上述问题制作超大口径衍射光栅的一种有效策略。加拿大、美国、日本、俄罗斯等国在大面积光栅的拼接技术方面处于领先地位。1997年日本Hitachi公司用36块衍射光栅拼接出面积为900*900mm²的大光栅，并成功应用于天文仪器。俄罗斯科学院的B.G.Turukhano等人利用带有压电微调机构的闭环控制干涉光学系统、精密水平移动滑台、标准参考光栅等设备，研究了理论上可拼出无限长(沿色散方向)的大面积全息光栅的拼接方法。利用这种方法他们实现了光栅常数为1微米，长度(沿色散方向)为1150mm的大面积全息光栅。中国专利200810155639.1公开了一种基于一块参考光栅与压电微调机构的大面积光栅拼接方法，中国专利200810155640.4公开了一种基于两块参考光栅与的压电微调机构的大面积光栅拼接方法。

与分区域拼接方法不同，美国麻省理工学院提出了一种扫描光斑拼接曝光技术，采微小光斑(200um-2mm)获得局部高质量的光栅，然后通过扫描与拼接在两个维度将微小光栅扩展成大面积光栅。这种技术采用光栅分光获得两路开放式的干涉光路分别进行整型与调控，最后进行干涉。系统配有光束转向、诊断与对位系统、高精度外差干涉定位系统、长尺度基准光栅、声光条纹锁定系统。可获得大面400纳米周期以下的均匀衍射光栅。

该分区域拼接方法，用中等面积的扩束光斑进行全息干涉曝光拼接，拼接区域仍然存在拼缝，特别是在垂直于光栅色散方向上述方法并不适用，而且，干涉曝光仍然依赖于长相干长度的激光光源，一旦没有长相干长度的激光光源，中等光斑的光学拼接方法，将不能进行。国际上，能够制造长相干长度的激光器的主要是美国企业。

利用上述扫描光斑拼接曝光技术可制作大面积衍射光栅，但是其存在如下缺陷：

1、系统复杂昂贵

2、开放式光路易受环境干扰，所以对使用环境的稳定性要求极高。

3、开放式光路其扫描光斑存在边缘衍射效应，影响拼接质量。

其中拼接质量的提高成了业内普遍关注的技术难题。影响像素光斑干涉条纹位相对准的因素有：像素光斑栅线与扫描方向的夹角，导致相连两个光斑的干涉条纹有位相差(错位)，参见图2。干涉条纹的错位量与光斑尺寸、栅线与扫描方向的夹角以及光栅周期相关。以500nm周期的光栅，可接受条纹的错位量容许误差＜62.5nm(即1/8的周期)。

举例来说，2mm光斑，栅线与扫描方向的夹角为0.072度(360度/5000)，条纹的整体错位为ΔD＝2mm×tan(0.072)＝2513nm，对于周期为500nm光栅，则此时条纹错位量为Δd＝2513nm-n*500nm＝13nm(n为2513nm下允许的最大整数个光栅周期，此处n＝5)，这是一个可接受的条纹错位。但是，采用开放式干涉光路，两束光斑的有直边衍射效应，导致光斑边缘不清晰，尺寸不确定，直接影响拼接处的条纹精度和品质。比如，在预定目标为2mm光斑实际可能为2.1mm，此时对于500nm周期光栅，条纹的整体错位为ΔD＝2.1mm×tan(0.072)＝2639nm，其两次曝光的光斑的干涉条纹错位139nm，超出了62.5nm最大容许量。而且，在两次干涉曝光之间仍有拼缝。

理论上，在光斑两次曝光之间，通过移动工作台或光刻头，使两者之间在每两次曝光时形成一个位移补偿，使得记录面干涉条纹对准，但是，记录面工作台或者光斑的整体平移，使得拼接处的光斑边缘错位，形成如图3的效果。因此，工作台平移或光斑整体平移不可行。

因此，精确控制光斑大小和干涉条纹与扫描方向的夹角精度，是实现光栅拼接的关键因素。已有方法，很难实现上述功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的其一目的在于提供一种大尺寸衍射光栅制作方法，解决分区域拼接曝光法在垂直于光栅色散方向上的拼接困难。同时解决扫描光斑拼接曝光技术中由于开放式光路引入的干扰问题以及扫描光斑拼接曝光技术中的光斑边缘衍射引入的误差。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的曝光装置，该曝光装置基于双远心投影缩微光学干涉系统和消零级位相光栅，利用小光斑干涉平铺曝光拼接，来实现大尺寸衍射光栅的制备。

根据本发明的目的提供的一种大尺寸衍射光栅的制作方法，其采用小尺寸光栅拼接而成，所述小尺寸光栅由单个光斑曝光而成，拼接时，通过调制后曝光光斑内部条纹位置，抵消与前一光斑内部条纹之间的错位，实现光斑拼接过程中的光栅条纹对准，其中调制该后光斑内部条纹位置的方法基于两级缩微模块和消零级位相光栅实现，第一级缩微模块为4F成像系统，第二级缩微模块为双远心缩微投影干涉成像系统，该第二级缩微模块具有比第一级缩微模块更大的缩微倍数，且该第一缩微模块的成像面构成该第二级缩微模块的输入面，该第二缩微模块的输出面构成曝光成像时的记录面，其中第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组，所述消零级位相光栅位于该第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组之间，调制后曝光光斑中的条纹位置时，将该消零级位相光栅沿着垂直于栅线方向进行平移，实现曝光光斑中条纹位置的调整。

优选的，所述的曝光过程可以采用光斑平铺重复曝光方法制作，该多重平铺曝光方法为：

根据目标光斑的尺寸，按照多重平铺曝光的重迭次数确定实际光斑尺寸，

将该实际光斑在横向和纵向上进行n×n次重迭曝光，重迭区域构成目标光斑，其中n为自然数。

优选的，所述实际光斑尺寸等于n倍的目标光斑尺寸。

优选的，所述曝光是在光刻胶上进行，在前光斑曝光后，在所述光刻胶上形成干涉条纹的潜潜像，实时检测该前光斑中形成的潜潜像，并与后光斑中的条纹位置进行比较，根据该比较结果，调整在后光斑中的条纹位置，使其与在前光斑形成的潜潜像中的条纹对准。

优选的，实施该实时检测前光斑中潜像步骤时，采用一包括CCD的检测模块进行，所述检测模块，通过一半透半反镜设置在与消零级位相光栅视场光阑、记录面的相互共轭面上。

优选的，实时检测在前光斑形成的潜像步骤时，首先标定消零级位相光栅的平移量与曝光时CCD面上的返回的干涉条纹放大像位置的对应关系，并预存在一中央处理器中，前一次曝光后，在光刻胶内形成干涉条纹的潜像，平移记录面，同时用检测照明光同轴照射光刻胶干板，光刻胶内的干涉条纹潜像产生的两束衍射光，经第二缩微光路返回到CCD成像面上，CCD实时检测到放大的干涉条纹潜像位置信号，并反馈到所述中央处理器中，与预存的位置信号进行比较，当两者的误差超过容差时，就将误差信号转成消零级位相光栅平移的驱动信号，对消零级位相光栅的平移量实时校正。

优选的，所述容差不超过曝光光斑中光栅周期的1/8。

根据本发明另一目的提出的一种实施如上所述的大尺寸衍射光栅制作方法的曝光装置，该曝光装置的主光路上包括扩束光源模块、第一级缩微模块、第二级缩微模块和消零级位相光栅，其中第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组，消零级位相光栅设置在该第一级缩微模块的第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组之间，该消零级位相光栅上连接有能够驱动它在光栅所处平面内移动的驱动装置。

优选的，所述扩束光源模块包括激光光源、扩束准直系统和空间光调制器。

优选的，在所述第二缩微模块的输入面上，通过一半透半反镜在与视场光阑、记录面相互共轭面上设有一个包括CCD的检测模块。

与现有技术相比，本发明的进步之处在于：

1)本发明通过两级缩微投影光学系统和消除零级光的位相光栅将两路干涉光路设置在透镜系统所占据的稳定空间内，极大的排除了环境干扰，增强了系统稳定性。

2)通过光斑尺寸、位相光栅与扫描方向的夹角匹配和位相光栅的位置平移，实现了衍射光栅的干涉条纹的精确和高效对准。

3)通过多次重迭平铺曝光，消除了光斑高斯分布和拼缝，提升了干涉条纹占空比的均匀性。

4)通过共焦CCD系统对干涉条纹潜像位置的实时检测，为位相光栅的平移提供精确的位置驱动信号，实时校正了干涉条纹曝光的对准误差，提升了衍射光栅的均匀性和拼接对准。

5)通过纳秒级别的脉冲紫外波长的光斑平铺曝光，实现了衍射光栅制备的高效率和可靠性

该方法为大尺寸衍射光栅尤其是米级衍射光栅的制备，提供了极为有效的系统方法和技术。大尺寸衍射光栅的制备，不再依赖大面积隔振平台、长相干长度和高功率激光光源以及干涉条纹锁定技术，对高品质衍射光学元件制备具有重大价值。

同时，通过位相光栅在轴向方向的平移可以实现连续变周期的衍射光栅的制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是双光束干涉曝光的示意图，

图2是现有技术中采用拼接工艺形成的干涉条纹错位示意图，

图3是现有技术中通过平台整体平移进行条纹对位的效果示意图，

图4是本发明用于实现小光斑干涉曝光扫面拼接技术的曝光装置，

图5是采用本发明的方法拼接得到的干涉条纹对位效果示意图，

图6是本发明中重迭曝光形成的效果示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有的大尺寸衍射光栅制作工艺的主要难点在于，在进行小尺寸光斑的拼接过程中，由于无可避免的工艺误差，使得上下两幅光斑图形拼接出现条纹的错位，当条纹之间的错位达到或超过1/8光栅周期时，将导致整个大尺寸衍射光栅出现工作异常，在高精密光学应用领域，往往会形成无法挽回的损失。

因此，本发明针对该条纹错位问题，提出了一种基于两级缩微模块和消零级位相光栅，通过消零级位相光栅形成的曝光光斑本身会受到消零级位相光栅的调制，利用这一特性可以实现仅对光斑内部的干涉条纹进行移动而不用移动光斑位置，就可以使上下两个光斑之间的条纹形成对准，从而克服现有的技术难题，达到用小光斑干涉曝光扫描拼接，来实现大尺寸衍射光栅制备的工艺方法。具体地，该第一级缩微模块为4F成像系统，第二级缩微模块为双远心缩微投影成像系统，第二级缩微模块具有比第一级缩微模块更大的缩微倍数，且该第一缩微模块的成像面构成该第二级缩微模块的输入面，其中第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组，该消零级位相光栅设置于该第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组之间，调制后曝光光斑中的条纹位置时，在该消零级位相光栅所处平面内，将该消零级位相光栅沿着垂直于栅线方向进行平移，实现改变光斑中条纹位置。

下面将结合附图对本申请的技术方案做详细说明。

请参见图4，图4是本发明用于实现小光斑干涉曝光扫面拼接技术的曝光装置。该曝光装置的主光路上包括扩束光源模块10、第一级缩微模块20、第二级缩微模块40和消零级位相光栅301，其中扩束光源模块10包括激光光源101、扩束准直系统102和空间光调制器103；第一级缩微模块20包括第一傅立叶变化透镜或透镜组201与第二傅立叶变化透镜或透镜组202，消零级位相光栅301设置在该第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组201与第二傅立叶变化透镜或透镜组202之间，该消零级位相光栅301上连接有能够驱动它在光栅所处平面内移动的驱动装置。第二缩微模块40为双远心缩微投影成像系统，包括镜筒透镜或镜筒透镜组401(tubelens)，缩微物镜402，在该第二缩微模块40的输入面或者该第一缩微模块20的输出面上设有视场光阑302，该视场光阑302决定了光斑的边缘形状和大小。进一步地，在第二缩微模块40的输入面上，通过一半反半透镜R2在与视场光阑302平面、记录面相互共轭面上安装一个检测模块60，该检测模块60主要包括一个CCD和一些必要的光学透镜，其作用是通过光学可逆原理，将形成在曝光面上的图像反馈到CCD上，从而检测出曝光图形中的条纹位置和条纹变化情况。进一步地，在微缩物镜402的输入面上，通过一半反半透镜R3设置一与主光轴共轴地调焦检测模块50，该调焦模块50发出的光线通过微缩物镜402聚焦在曝光面上，调节微缩物镜402的工作距离，当获得最佳的图像分辨效果时，调焦完成。另外，该曝光装置还包括放置待曝光物体的载物平台70、控制整个装置中各个驱动装置的机械控制装置80，以及对图形以及各参数进行调节的中央处理器90。此外，在获知本发明主旨的情况下，对于本领域技术人员来说，在主光路中增加一些适当的反射、折射镜，使得光路的排列更加紧凑、空间利用更加合理，应当是简单的变化，并不因此而超出本发明所欲保护的范围。比如图示中使用的反射镜R1，可以使得扩束光源模块10内部排列更紧凑。此外，对于外部的驱动装置和对应的机械控制装置，亦是本领域技术人员根据本发明的记载可以准确的还原出具体的结构以及和各个光学元件的连接关系，因此不在本文中做详细描述。

该光刻具体步骤如下，如附图4所示，激光光源101发出的激光束经过扩束准直系统102形成光斑扩束照射到空间光调制器103上，经过空间光调制器103调制后的空间调制光斑入射到第一级缩微光路20上，该第一级缩微光路20的缩微倍数比如选择在5倍左右，空间调制光斑被成像在第一级缩微光路20的系统像面上，消零级位相光栅301置于第一级缩微光路30的第一透镜或透镜组201的后面。消零级位相光栅301只有正负一级衍射光，经过第一级缩微光路20的成像面和第二级缩微光路40(其缩微倍数5-100倍)，在记录面上形成大角度干涉的空间调制光斑，逐光斑扫描(平移)曝光，可形成大尺寸衍射光栅。

在附图中，干涉条纹最小周期＝λ/(2NA)，这里，NA是缩微物镜402的数值孔径，如波长λ＝355nm，NA＝0.5，理论最小周期355nm；NA＝0.85，理论最小周期208nm。轴向改变消零级位相光栅位置，可以连续改变记录面上的干涉条纹的周期。一般地，记录面干涉条纹周期可用D＝d/(2M)来计算，这里，M为第二级缩微光路40的缩微倍数，d为消零级位相光栅301周期。例如M＝50倍，d＝50um，则记录面的干涉条纹周期D＝500nm。M＝20倍，d＝10um，则记录面干涉条纹周期D＝250nm。

下面，对本发明中调节前后曝光图形的条纹对位方法进行详细说明：

为不失一般性，设曝光图形中的衍射光栅周期为Λ，消零级位相光栅栅线与扫描方向的夹角精度为Φ，曝光图形的光斑尺寸P，前后光斑进行拼接时，在后光斑的平移尺寸为L(任意设定)。

在前光斑曝光完成之后，将消零级位相光栅在其所处平面内，沿着垂直于该消零级位相光栅的栅线方向平移一位移p，进行在后光斑的曝光，此时消零级位相光栅的平移不影响在后光斑的成像位置(光斑位置不受消零级位相光栅平移影响)，仅影响光斑内部的干涉条纹的位相。两次曝光的干涉条纹错位r＝L*sinΦ-mΛ。取P＝200um，M＝20，Φ＝0.21度，m＝1。两次曝光之间的光斑平移L＝1/2P＝100um，导致干涉条纹错位r＝-133nm，如果消零级位相光栅平移p＝-2*M*r＝-5.32um，可消除干涉条纹的错位误差，参见图5。消零级位相光栅的平移精度为±10nm(该精度取决于现有的工业控制下所能达到的最小误差)，在扫描平铺拼接时，在记录面上消零级位相光栅平移误差导致的干涉条纹对准误差根据缩微倍数仅为0.5nm。

上述的前后两个光斑之间的位移L为1/2的光斑尺寸，在实际应用中，取上述位移值的目的是可以实现2x2次的平铺重迭曝光。由于激光光斑的光强为高斯分布，光斑边缘与中心光强相差较大，因此，在光斑拼接处有明显拼缝，同时，光斑中心与边缘的光强不同，中间和边缘处的干涉条纹的占空比不一致，导致衍射效率不一致。为消除拼缝和干涉条纹占空比的不一致，本发明提出，用多重平铺曝光方式，首先根据目标光斑的尺寸，按照多重平铺曝光的重迭层数确定实际光斑尺寸，比如目标光斑的尺寸为200um，如果采用2x2次曝光，则实际曝光得到的光斑尺寸为400um，如果采用3x3次曝光，则实际单次曝光得到的光斑尺寸为600um。然后将该实际光斑在横向和纵向上进行n×n次重迭曝光，重迭区域构成目标光斑，其中n为自然数。如2x2次平铺重迭曝光。将光斑扩大一倍，m＝2，则光斑尺寸为400um，以L＝200um平移步距，夹角0.14度，扫描重迭曝光，在完成第一条扫描带曝光后，光斑横向平移200um，再在扫描方向每平移200um步距平铺曝光。这样，每个区域重迭4次曝光，消除了光斑的高斯分布的不均匀性。

通过至少2x2以上的平铺重迭曝光，叠加曝光后的干涉条纹宽度有一定程度(＜20nm)的展宽。统计上，随着重迭次数增加，消除了光斑拼缝，同时，干涉条纹的占空比的一致性得到提升。参见图6。

在一种具体应用中，本发明提出，用纳秒级的脉冲紫外波长光斑曝光，波长355nm或者248um，或者193nm。脉宽1ns-50ns，曝光期间，设工作台扫描平移速度200mm/s，则曝光期间平移模糊量为10nm，工作台平移方向与栅线方向基本平行，这样模糊量仅产生小于1.5nm展宽，可忽略不计。这样，通过消零级位相光栅的平移和纳秒级别时间曝光，有效解决了记录面上的干涉条纹的纳米精度的对准，干涉条纹的对准误差远小于1/8干涉条纹周期。

在每次干涉曝光时，由于机械精度、环境振动等影响，记录平台和光斑移动均有误差。通过预先检测光斑干涉条纹实际误差，平移消零级位相光栅来校正光斑整体平移误差。在图1所示的光路图中，在与消零级位相光栅平面、记录面相互共轭面上安装了实时监测CCD，用来检测从记录面返回的干涉条纹的放大像，对干涉条纹对准的进行校正和标定。步骤如下，首先标定消零级位相光栅的平移量与曝光时CCD面上的返回的干涉条纹放大像位置的对应关系，并预存在计算机中。第一次曝光后，在光刻胶内形成干涉条纹的潜像，平移工作平台，同时用检测照明光(比如绿波长(532nm))同轴照射光刻胶干板，光刻胶内的干涉条纹潜像产生的两束衍射光，经双远心光路返回到CCD成像面上，CCD实时检测到放大的干涉条纹潜像位置信号，并反馈到控制系统中，与预存的位置信号进行比较，如两者的误差超过容差(1/8的光栅周期)，就将误差信号转成消零级位相光栅平移的驱动信号，对消零级位相光栅的平移量实时校正。这样，两次曝光的干涉条纹就能在误差范围内快速实现对准。

实施例一：确定光斑尺寸P＝200um，Λ＝500nm周期，2x2次重迭平铺干涉曝光，平移量L＝100um，则精确调整夹角Φ＝0.14度，m＝，则干涉条纹对准r＝L*sinΦ-mΛ＝0。设曝光频率为2000Hz，1mx0.4m衍射光栅的光刻时间＜6小时。

同样设光斑尺寸P＝400um，2x2次重迭平铺干涉曝光，平移量L＝200um，精确调整夹角Φ＝0.072度，曝光频率为1KHz，1mx0.4m衍射光栅的光刻时间为＜3小时。

实施例二：确定扫描方向与消零级位相光栅的夹角Φ＝0.2度，Λ＝400nm周期，2x2次重迭平铺干涉曝光，则扫描的平移量L＝114.6um，光斑尺寸P＝229.2um，r＝L*sinΦ-mΛ＝0，实现干涉条纹对准。

实施例三：确定扫描方向与消零级位相光栅的夹角Φ＝0.2度，光斑尺寸250um，平移量为125um，M＝20，则消零级位相光栅平移量1.45um，r＝L*sinΦ-mΛ＝0，实现干涉条纹对准。

上述例子中，消零级位相光栅的移动将根据实际检测的误差做微校正，这样，整个拼接曝光的效率大大提升。

在使用超过500um光斑时，投影光学中的物镜需专门设计加工，保证数值孔径NA高于0.5，同时，透镜直径大于20mm，焦距小于20mm，以保证曝光的视场尺寸。

实施例四：由于从记录面返回的干涉条纹周期为数十微米尺度，CCD像元尺寸一般在5um水平。为提高CCD对干涉条纹的检测精度，在CCD面紧贴放置一片与消零级位相光栅相同频率的检测光栅，当返回的干涉条纹与检测光栅重合时，产生莫尔条纹放大，检测莫尔条纹位置，就可精确检测干涉条纹的位置，从而，为干涉曝光提供更精确的位置校正。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大尺寸衍射光栅的制作方法，其采用小尺寸光栅拼接而成，其特征在于：所述小尺寸光栅由单个光斑曝光而成，拼接时，通过调制后曝光光斑内部条纹位置，抵消与前一光斑内部条纹之间的错位，实现光斑拼接过程中的光栅条纹对准，其中调制该后光斑内部条纹位置的方法基于两级缩微模块和消零级位相光栅实现，第一级缩微模块为4F成像系统，第二级缩微模块为双远心缩微投影干涉成像系统，该第二级缩微模块具有比第一级缩微模块更大的缩微倍数，且该第一缩微模块的成像面构成该第二级缩微模块的输入面，该第二缩微模块的输出面构成曝光成像时的记录面，其中第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组，所述消零级位相光栅位于该第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组之间，调制后曝光光斑中的条纹位置时，将该消零级位相光栅沿着垂直于栅线方向进行平移，实现曝光光斑中条纹位置的调整。

2.如权利要求1所述的大尺寸衍射光栅的制作方法，其特征在于：所述的曝光过程可以采用光斑平铺重复曝光方法制作，该多重平铺曝光方法为：

根据目标光斑的尺寸，按照多重平铺曝光的重迭次数确定实际光斑尺寸，

将该实际光斑在横向和纵向上进行n×n次重迭曝光，重迭区域构成目标光斑，其中n为自然数。

3.如权利要求2所述的大尺寸衍射光栅的制作方法，其特征在于：所述实际光斑尺寸等于n倍的目标光斑尺寸。

4.如权利要求1所述的大尺寸衍射光栅的制作方法，其特征在于：所述曝光是在光刻胶上进行，在前光斑曝光后，在所述光刻胶上形成干涉条纹的潜像，实时检测该前光斑中形成的潜像，并与后光斑中的条纹位置进行比较，根据该比较结果，调整在后光斑中的条纹位置，使其与在前光斑形成的潜潜像中的条纹对准。

5.如权利要求4所述的大尺寸衍射光栅的制作方法，其特征在于：实施该实时检测前光斑中潜像步骤时，采用一包括CCD的检测模块进行，所述检测模块，通过一半透半反镜设置在与视场光阑、记录面的相互共轭面上。

6.如权利要求5所述的大尺寸衍射光栅的制作方法，其特征在于：实时检测在前光斑形成的潜像步骤时，首先标定消零级位相光栅的平移量与曝光时CCD面上的返回的干涉条纹放大像位置的对应关系，并预存在一中央处理器中，前一次曝光后，在光刻胶内形成干涉条纹的潜像，平移记录面，同时用检测照明光同轴照射光刻胶干板，光刻胶内的干涉条纹潜像产生的两束衍射光，经第二缩微光路返回到CCD成像面上，CCD实时检测到放大的干涉条纹潜像位置信号，并反馈到所述中央处理器中，与预存的位置信号进行比较，当两者的误差超过容差时，就将误差信号转成消零级位相光栅平移的驱动信号，对消零级位相光栅的平移量实时校正。

7.如权利要求6所述的大尺寸衍射光栅的制作方法，其特征在于：所述容差不超过曝光光斑中光栅周期的1/8。

8.一种实施如权利要求1-7任意所述的大尺寸衍射光栅制作方法的曝光装置，其特征在于：该曝光装置的主光路上包括扩束光源模块、第一级缩微模块、第二级缩微模块和消零级位相光栅，其中第一级缩微模块包括第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组，消零级位相光栅设置在该第一级缩微模块的第一傅立叶变化透镜或透镜组与第二傅立叶变化透镜或透镜组之间，该消零级位相光栅上连接有能够驱动它在光栅所处平面内移动的驱动装置。

9.如权利要求8所述的曝光装置，其特征在于：所述扩束光源模块包括激光光源、扩束准直系统和空间光调制器。

10.如权利要求8所述的曝光装置，其特征在于：在所述第二缩微模块的输入面上，通过一半透半反镜在与视场光阑、记录面相互共轭面上设有一个包括CCD的检测模块。