CN110187424B - 皮米光梳、皮米光梳的制造装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种皮米光梳、皮米光梳的制造装置和制造方法，皮米光梳是一种特殊的、相邻栅线的槽宽连续可变的光栅，其特点是每个栅槽的宽度与相邻栅槽相比，相差一个固定差值，例如Δd，这个差值Δd可以从皮米到纳米量级。本发明皮米光梳将为皮米测量提供了一个基准。皮米光梳会产生一个不同于传统光栅的衍射光场分布，由此会带来新的衍射效应，实现新的衍射光学功能，提供皮米光刻、皮米测量、皮米成像等工具，因此，皮米光梳会在半导体光刻、生命科学、光与物质在皮米尺度相互作用等多个领域中发挥重要作用。

Description

皮米光梳、皮米光梳的制造装置和制造方法

技术领域

本发明涉及一种特殊的光栅，特别是一种皮米光梳、皮米光梳的制造装置和制造方法，皮米光梳可以作为皮米测量的一种手段，应用于皮米光刻、皮米测量、皮米显微成像等多个方面。

背景技术

皮米尺度的测量是目前科学技术的前沿。先进的半导体光刻技术已经可以加工出几个纳米的节点，这就需要更高精度的测量技术对其进行标定，也就是需要几十或几百皮米的光学技术进行测量，因此，发展先进的皮米尺度光学测量技术是当今解决皮米测量的关键。

据我们所知，由于皮米尺度太小，现在并没有可以溯源的大移动范围的皮米测量基准。如果采用激光干涉仪，由于激光干涉仪有内在误差源，例如，激光波长波动，电子噪声，光学非线性等，又有环境因素的影响，例如，空气扰动，材料热膨胀，光学热漂移等，导致激光干涉仪在皮米尺度测量的可靠性下降。假设电子信号细分倍数过高，测量信号会对噪声(包括电子噪声、光学不稳定以及环境干扰噪声)特别敏感，使得激光干涉仪用于皮米测量的方差过大，也就是可靠性变差。如果采用法布里波罗腔的结构进行皮米测量，或许可以得到皮米量级信号，但是难以应用到大的测量范围，即无法满足半导体光刻所需的大范围高精度测量的需求。如果采用激光引力波测量的类似激光干涉技术，可以得到单点的高精度测量，但这种单点的高精度测量很难解决半导体光刻的大范围测量需求。

我们知道，美国麻省理工学院在研制大尺寸光栅激光直写装置(Nanoruler)的过程中,采用棱镜法测量了双光束干涉激光场，光栅干涉场测量的精度达到了皮米量级(在先技术1：Chen C G.Beam alignment and image metrology for scanning beaminterference lithography:fabricating gratings with nanometer phase accuracy，美国麻省理工学院博士论文,2003)。上海光机所利用高精度二维移动平台，也实现了光栅场测量精度达到了皮米量级(在先技术2：Applied Optics 57,4777-4784(2018))；采用扫描光栅技术，得到了长程(60mm)激光干涉场的皮米测量结果(在先技术3，Applied Optics58,2929-2935(2019)).

不论采用在先技术1,2,或3，都可以得到皮米测量精度的光栅场，这个光栅场的周期是几百纳米量级。特别是在先技术3，对于发展大范围的精密测量技术无疑是非常重要的，其中所有栅槽的宽度假设是均匀一致的，为几百纳米的数量级，但从单个槽形来看，并不能提供皮米量级的测量基准。

我们可以直观理解到，虽然在先技术1，2，或3均提供皮米精度的周期测量，但并不能提供不同光栅之间的差值。如果能够得到两个高密度光栅之间的皮米尺度的差值，就有可能发展出新型的皮米尺度光学测量技术。

发明内容

基于在先技术1，2，3的结果，本发明提供一种皮米光梳、皮米光梳的制造装置和制造方法，皮米光梳将为皮米测量提供了一个基准。皮米光梳会产生一个不同于传统光栅的衍射光场分布，由此会带来新的衍射效应，实现新的衍射光学功能，提供皮米光刻、皮米测量、皮米成像等工具，因此，皮米光梳会在半导体光刻、生命科学、光与物质在皮米尺度相互作用等多个领域中发挥重要作用。

本发明的技术解决方案如下：

一种皮米光梳，其特点在于该光梳的周期为d，相邻栅线的宽度具有皮米尺度的差别Δd，Δd的取值范围从皮米到纳米量级。

也就是栅槽的宽度在相邻栅线之间是具有皮米精度连续调制的，分布在不同的栅线上，就像连续变化宽度的梳子放在不同的栅线上，和光学频率梳的概念类似，因此，叫做皮米光梳。

所述的皮米光梳的制造装置，包括干涉光场产生模块、干涉光场调整模块、光栅栅距测量模块等组成，其特点在于：

所述的干涉光场产生模块是激光全息曝光装置，所述的干涉光场调制模块是激光全息曝光装置的可调谐部分，所述的光栅栅距测量模块由干涉相干测量器件、激光干涉仪、计算机组成。

所述的皮米光梳的制造装置，包括干涉光场产生模块、干涉光场调整模块、光栅栅距测量模块等组成，其特点在于：

所述的干涉光场产生模块是激光直写装置，所述的干涉光场调制模块是激光直写装置的可调部分，所述的光栅栅距测量模块由干涉相干测量器件、激光干涉仪、计算机等组成。

采用激光全息的二次曝光方法制造皮米光梳的方法，其特点在于该方法，包括下列步骤：

1)制备皮米光梳基片：将待曝光基片置于所述的光栅基座上，利用所述的光栅栅距测量模块的测量并通过激光全息曝光装置的可调谐部分调整左光束和右光束之间的夹角，使所述的左光束和右光束形成的光栅的周期为d，进行第一次曝光写出周期为d的光栅，曝光后，调整所述的左光束或右光束，使所述的左光束和右光束形成的光栅的周期为d+Δd，其中Δd为皮米量级；

2)在第二次曝光之前，调整第二次曝光的曝光量，就可能得到不同栅槽宽度的皮米光梳，即具有下列不同的槽宽与周期的比值f1/f2的皮米光梳：

2.1)如果两次曝光量相等或接近，会出现栅槽或栅线接近相等的情况，例如，f1＝f2＝0.5情况下，就会出现栅线宽度连续增加或减少，从Δd，2Δd，3Δd，···等，在达到最大值，例如，d/2之后，又逐步减少，变为···3Δd，2Δd，Δd等，完成一个皮米光梳的周期；

2.2)如果两次曝光量都较大，出现曝光过度的情况，此时，f1，f2均较大，就会出现一个周期d内只有一个栅槽的情况，随着周期的增加，栅槽宽度逐渐减少，从某个周期开始，一个周期开始出现两个栅槽：其中一个较小，另一个较大，然后，随着周期d的进一步增加，开始较小的栅线宽度会逐渐增大，每过一个周期，栅线增大Δd；开始较大的栅线宽度会逐渐变小，每过一个周期，栅线减少Δd；在特定某个周期d内，出现一个周期内两个栅槽基本相等的情况，也就是会出现倍频的情况；随着周期的进一步增加，一个会逐渐增大，每增加一个周期，增大Δd，一个会逐渐减少，其中逐渐增大的一个会占据一个周期内的绝大部分，另外一个逐渐减少的，每增加一个周期，减少Δd，直至减少到完全消失；

2.3)二次曝光不足时，出现f1，f2均较小情况，此时，所述的皮米光梳的每个周期内可能只有一个栅槽，每个栅槽和邻域栅槽都相差Δd，如果从最大栅槽计算，随着光栅周期的增加，栅槽单调减少，直至减少到完全消失；

3)进行第二次曝光，第二次曝光后，得到周期为d+Δd的光栅，二次曝光的组合得到皮米光梳的曝光基片，简称为皮米光梳基片；

4)将所述的皮米光梳基片通过显影、定影、烘干后得到皮米光梳。

采用激光直写技术的二次曝光方法制造皮米光梳的方法，其特点在于，包括下列步骤：

1)制备皮米光梳基片：

将待曝光基片置于所述的光栅基座上，利用所述的光栅栅距测量模块的测量并通过激光直写装置的可调部分，产生周期为d的光栅场，进行第一次曝光写出周期为d的光栅，曝光后，调整所述干涉光场调整模块和测量模块，形成光栅的周期为d+Δd；

2)在第二次曝光前，调整第二次曝光的曝光量，就可能得到不同栅槽宽度的皮米光梳，即具有下列不同的槽宽与周期的比值f1/f2的皮米光梳：

2.1)如果两次曝光量相等或接近，会出现栅槽或栅线接近相等的情况，例如，f1＝f2＝0.5情况下，就会出现栅线宽度连续增加或减少，从Δd，2Δd，3Δd，···等，在达到最大值，例如，d/2之后，又逐步减少，变为···3Δd，2Δd，Δd等，完成一个皮米光梳的周期；

2.2)如果两次曝光量都较大，出现曝光过度的情况，此时，f1，f2均较大，就会出现一个周期d内只有一个栅槽的情况，随着周期的增加，栅槽宽度逐渐减少，从某个周期开始，一个周期开始出现两个栅槽：其中一个较小，另一个较大，然后，随着周期d的进一步增加，开始较小的栅线宽度会逐渐增大，每过一个周期，栅线增大Δd；开始较大的栅线宽度会逐渐变小，每过一个周期，栅线减少Δd；在特定某个周期d内，出现一个周期内两个栅槽基本相等的情况，也就是会出现倍频的情况；随着周期的进一步增加，一个会逐渐增大，每增加一个周期，增大Δd，一个会逐渐减少，其中逐渐增大的一个会占据一个周期内的绝大部分，另外一个逐渐减少的，每增加一个周期，减少Δd，直至减少到完全消失；

2.3)二次曝光不足时，出现f1，f2均较小情况，此时，所述的皮米光梳的每个周期内可能只有一个栅槽，每个栅槽和邻域栅槽都相差Δd，如果从最大栅槽计算，随着光栅周期的增加，栅槽单调减少，直至减少到完全消失；

3)进行第二次曝光，第二次曝光后，得到周期为d+Δd的光栅，二次曝光的组合得到皮米光梳的曝光基片，简称为皮米光梳基片；

4)将所述的皮米光梳基片通过显影、定影、烘干后得到皮米光梳。

本发明的技术效果：

本发明皮米光梳将为皮米测量提供一个基准。皮米光梳会产生一个不同于传统光栅的衍射光场分布，由此会带来新的衍射效应，实现新的衍射光学功能，提供皮米光刻、皮米测量、皮米成像等工具，因此，皮米光梳会在半导体光刻、生命科学、光与物质在皮米尺度相互作用等多个领域中发挥重要作用。

附图说明

图1是皮米光栅二次全息曝光法产生示意图。101是全息纪录系统的左光束，102是右光束，103是左光束101与右光束102相干干涉形成的光栅场。104是全息干涉光栅场周期的精确测量装置。105是第一次曝光干涉场的示意图，106是第二次曝光干涉场的示意图。107是光栅周期略有差别的二次曝光形成的皮米光梳。

图2是皮米光梳107实施例1：连续变化开口比栅槽，随着每增加距离d，栅槽的宽度增加或减少为Δd。一种可能是，前半周期(N·d/2)，栅槽宽度随着周期增加而连续增加；后半周期，栅槽宽度随着周期增加而连续减少。

图3是皮米光梳107实施例1的局部栅距变化过程：开口比均为(f1＝f2＝)0.5不同周期光栅105，106的二次曝光，形成连续变化开口的皮米光梳107，，其周期为N·d，其整体皮米光梳的分布如图2所示。

图4是皮米光梳107实施例2：通过光栅105，106的二次曝光，形成皮米光梳107的光场分布。如果二次曝光的f1和f2均较大，则会形成一个较宽的槽形，如411，412，随着光栅周期的进一步增加，产生一个较小的槽形421，这个周期内同时有另一个栅槽出现413。随后，随着光栅周期的增加，会出现一种周期内有两个槽形42M和41M的情况，其中42M和41M几乎相等，也就是倍频效应。最后，随着周期的增加，出现的42N2槽形宽度进一步增大到42N1，达到最大值d-Δd。同时，与42N1和42N2相邻的41N2的宽度也为最小值Δd，这也是一种可能的皮米光梳的分布。

图5是皮米光梳107实施例3：如果二次曝光的f1和f2均较小，则会形成一个511，512，513等不同宽度的栅槽，随着周期的增加，511，512，513的槽形宽度逐渐减少，以至于一定周期之后，栅槽会完全消失，导致有一部分区域完全没有光栅。最后，也会出现523，522，521等栅槽，随着周期的增加，523，522，521的槽形宽度逐渐增加。

具体实施方式

先请参见图2，图2是本发明皮米光梳实施例1示意图，由图可见，本发明皮米光梳，其特点在于该光梳的周期为d，相邻栅线的宽度具有皮米尺度的差别Δd，Δd的取值范围从皮米到纳米量级。所述的皮米光梳是一种特殊的、槽形宽度在相邻栅线连续变化的光栅。

这种光栅的每个栅槽宽度与相邻栅槽相比较，增加或减少一个固定差值，例如：Δd，也就是如果某个栅线的槽宽为X_n，则下一个栅线的槽宽X_(n+1)就会为：

X_(n+1)＝X_n+Δd (1)

或者

X_(n+1)＝X_n-Δd (2)

再下一个栅线的宽度X_(n+2)则为:

X_(n+2)＝X_n+2Δd (3)

X_(n+2)＝X_n-2Δd (4)

依此类推，如果跨越了N的栅线，则为

X_(n+N)＝X_n+N·Δd (5)

X_(n+N)＝X_n-N·2Δd (6)

由于光栅的重复性，这样的结构就像不同宽度的梳子放在相邻的栅线上，因此，假设光栅的周期为d,如果栅线的数目大于N>d/Δd，则这个皮米光梳场会重复出现，这个叫做皮米光梳的周期，其单个皮米周期的一种情况如图2所示。

所述的皮米光梳的制造装置之一，包括干涉光场产生模块、干涉光场调整模块、光栅栅距测量模块等组成，其特点在于：

所述的干涉光场产生模块是激光全息曝光装置，所述的干涉光场调制模块是激光全息曝光装置的可调谐部分，所述的光栅栅距测量模块由干涉相干测量器件、激光干涉仪、计算机等组成。

所述的皮米光梳的制造装置之二，包括干涉光场产生模块、干涉光场调整模块、光栅栅距测量模块三部分组成，其特点在于：

所述的干涉光场产生模块是激光直写装置，所述的干涉光场调制模块是激光直写装置的可调部分，所述的光栅栅距测量模块由干涉相干测量器件、激光干涉仪、计算机等组成。

第二部分是高密度光栅场的测量装置，其测量精度必须要达到皮米精度。这个皮米精度光栅场测量装置又有至少两种测量手段，第一种是采用棱镜法的干涉场测量技术，如在线技术1，2所示。第二种是采用扫描光栅的高密度光栅干涉场测量技术，如在线技术3所示。第三部分是高密度光栅干涉场的调节装置，如果采用第一种传统的激光全息装置，通过调整激光全息的双光束之间的夹角，就可以实现高密度光栅干涉场周期的调节，通过第二部分高密度光栅场的测量结果，反馈修正双光束之间的夹角，就可以得到干涉场周期从纳米到皮米的精细调节。

利用所述的皮米光梳的制造装置之一制造皮米光梳的方法，其特点在于该方法采用激光全息的二次曝光方法，包括下列步骤：

1)制备皮米光梳基片：将待曝光基片置于所述的光栅基座上，利用所述的光栅栅距测量模块的测量并通过激光全息曝光装置的可调谐部分调整左光束101和右光束102之间的夹角(参见图1)，使所述的左光束101和右光束102形成的光栅的周期为d，进行第一次曝光写出周期为d的光栅，曝光后，调整所述的左光束101或右光束102，使所述的左光束101和右光束102形成的光栅的周期为d+Δd，其中Δd为皮米量级；

2)在第二次曝光之前，调整第二次曝光的曝光量，就可能得到不同栅槽宽度的皮米光梳，即具有下列不同的槽宽与周期的比值f1/f2的皮米光梳：

2.1)如果两次曝光量相等或接近，会出现栅槽或栅线接近相等的情况，例如，f1＝f2＝0.5情况下，就会出现栅线宽度连续增加或减少，从Δd，2Δd，3Δd，···等，在达到最大值，例如，d/2之后，又逐步减少，变为···3Δd，2Δd，Δd等，完成一个皮米光梳的周期；

2.2)如果两次曝光量都较大，出现曝光过度的情况，此时，f1，f2均较大，就会出现一个周期d内只有一个栅槽的情况，随着周期的增加，栅槽宽度逐渐减少，从某个周期开始，一个周期开始出现两个栅槽：其中一个较小，另一个较大，然后，随着周期d的进一步增加，开始较小的栅线宽度会逐渐增大，每过一个周期，栅线增大Δd；开始较大的栅线宽度会逐渐变小，每过一个周期，栅线减少Δd；在特定某个周期d内，出现一个周期内两个栅槽基本相等的情况，也就是会出现倍频的情况；随着周期的进一步增加，一个会逐渐增大，每增加一个周期，增大Δd，一个会逐渐减少，其中逐渐增大的一个会占据一个周期内的绝大部分，另外一个逐渐减少的，每增加一个周期，减少Δd，直至减少到完全消失；

2.3)二次曝光不足时，出现f1，f2均较小情况，此时，所述的皮米光梳的每个周期内可能只有一个栅槽，每个栅槽和邻域栅槽都相差Δd，如果从最大栅槽计算，随着光栅周期的增加，栅槽单调减少，直至减少到完全消失；

3)进行第二次曝光，第二次曝光后，得到周期为d+Δd的光栅，二次曝光的组合得到皮米光梳的曝光基片，简称为皮米光梳基片；

4)将所述的皮米光梳基片通过显影、定影、烘干后得到皮米光梳107。

利用所述的皮米光梳的制造装置之二制造皮米光梳的方法，其特征在于采用激光直写技术的二次曝光方法，包括下列步骤：

1)制备皮米光梳基片：

将待曝光基片置于所述的光栅基座上，利用所述的光栅栅距测量模块的测量并通过激光直写装置的可调部分，产生周期为d的光栅场，进行第一次曝光写出周期为d的光栅，曝光后，调整所述干涉光场调整模块和测量模块，形成光栅的周期为d+Δd；

2)在第二次曝光前，调整第二次曝光的曝光量，就可能得到不同栅槽宽度的皮米光梳，即具有下列不同的槽宽与周期的比值f1/f2的皮米光梳：

2.1)如果两次曝光量相等或接近，会出现栅槽或栅线接近相等的情况，例如，f1＝f2＝0.5情况下，就会出现栅线宽度连续增加或减少，从Δd，2Δd，3Δd，···等，在达到最大值，例如，d/2之后，又逐步减少，变为···3Δd，2Δd，Δd等，完成一个皮米光梳的周期；

2.2)如果两次曝光量都较大，出现曝光过度的情况，此时，f1，f2均较大，就会出现一个周期d内只有一个栅槽的情况，随着周期的增加，栅槽宽度逐渐减少，从某个周期开始，一个周期开始出现两个栅槽：其中一个较小，另一个较大，然后，随着周期d的进一步增加，开始较小的栅线宽度会逐渐增大，每过一个周期，栅线增大Δd；开始较大的栅线宽度会逐渐变小，每过一个周期，栅线减少Δd；在特定某个周期d内，出现一个周期内两个栅槽基本相等的情况，也就是会出现倍频的情况；随着周期的进一步增加，一个会逐渐增大，每增加一个周期，增大Δd，一个会逐渐减少，其中逐渐增大的一个会占据一个周期内的绝大部分，另外一个逐渐减少的，每增加一个周期，减少Δd，直至减少到完全消失；

2.3)二次曝光不足时，出现f1，f2均较小情况，此时，所述的皮米光梳的每个周期内可能只有一个栅槽，每个栅槽和邻域栅槽都相差Δd，如果从最大栅槽计算，随着光栅周期的增加，栅槽单调减少，直至减少到完全消失；

3)进行第二次曝光，第二次曝光后，得到周期为d+Δd的光栅，二次曝光的组合得到皮米光梳的曝光基片，简称为皮米光梳基片；

4)将所述的皮米光梳基片通过显影、定影、烘干后得到皮米光梳107。

皮米光梳的曝光场可以由传统的激光全息二次曝光系统而获得，如图1所示。第一次全息曝光前，先测出激光全息干涉场的条纹周期，例如光栅的周期为d,进行第一次曝光，调整全息曝光系统的所述的左光束101和右光束102，在光刻胶上纪录第一次全息曝光的干涉场103，曝光后，调整全息曝光系统的左光束101或右光束102，得到第二次全息干涉场的条纹周期为d+Δd,其中Δd可以从皮米到纳米范围。通过二次曝光技术，就在光刻胶上纪录了栅线邻域相差为Δd的光栅分布，这样就得到了栅线相邻连续变化的周期分布，即皮米光梳。

全息干涉系统的光栅周期精确测量装置104采用在先技术3。这个过程如下：首先做出一个载波光栅，这个载波光栅就是利用双光束的激光干涉场，在涂有光刻胶的基片上曝光出一个光栅，通过显影、定影、烘干后，得到一个和干涉场周期完全一样的光栅，这个光栅叫做载波光栅。其次，利用这个载波光栅，将双光束曝光场的左光束101或右光束102的零级或-1级衍射光合并，形成干涉信号。在这个干涉信号的衍射方向上放置一个探测器，就可以探测这个干涉信号的强度。当载波光栅和探测器一起移动时，就可以准确测到激光干涉场的周期分布。由于移动平台始终被激光干涉仪同步测量，通过激光干涉仪测到的位置信息，就可以得到干涉信号的条纹个数和具体位置。由于通过激光干涉仪可以得到载波光栅高精度的位置信息，通过双光束干涉场的条纹分布的计算，就可以得到双光束干涉场周期的皮米精度分布。通过这个载波光栅技术，就可以测量得到干涉曝光场光栅周期的精确值。

通过精确调整激光全息干涉的夹角分布，就可以得到不同具有皮米精度周期的光栅。采用二次曝光技术，就可以得到皮米光梳107的光场分布。

皮米光梳也可以由激光直写系统二次曝光技术而获得。

我们知道，采用激光直写系统不太可能一次激光直写出皮米光梳的光场。这里有两个原因，一个是目前激光干涉仪的测量与反馈控制系统不太可能提供皮米量级的定位精度，特别是在较大的尺度范围，例如，毫米或几百毫米的范围；二是激光光束的尺寸和强度的控制技术，也很难做出连续可调的皮米精度光场。

本发明利用激光直写系统制造出皮米光梳的步骤如下：

1)先通过激光直写系统写出光栅周期为d的光栅，采用在先技术1或2，精确测出光栅周期；第一次曝光后，得到精确的光栅周期为d的掩模版；

2)调整激光直写系统移动平台的步距，使其可以写出光栅周期为d+Δd的光栅，此时，进行第二次曝光，二次曝光后，经过显影、定影、烘干等步骤，就可以得到皮米光梳的光场分布。

对于光栅周期d＝1000nm的光栅，假设栅线间固定差值Δd＝100pm,则相邻栅线间的槽形宽度连续增量或减量为100pm，当连续增加或减少N＝10000个栅线后，也就是经过10mm光栅之后，栅线增减分布会重复出现，此时皮米光梳的周期为10mm。

皮米光梳有多种表现形式：

实施例1

假设皮米光梳是由两次全息曝光而产生，采用全息双光束曝光的制造过程如图1所示，第一次曝光的光栅105周期为d,第二次曝光的光栅周期为d+Δd，如果二次曝光和显影过程的匹配，导致二次曝光光栅的开口比均为f1＝f2＝0.5(这里开口比的定义为栅槽与周期的比值)，则会产生如图2所示的连续变化栅距的皮米光梳，其在一个完整的皮米光梳周期N·d的变化过程如图2所示。

这里开口比f1与f2的大小，与二次曝光量、显影程度等相关。可以通过设置曝光量，显影量的关系，来预先标定f1与f2的具体数字。

一个完整皮米光梳周期分布在N个栅线上，最小槽形的宽度为Δd，其邻近的槽形宽度为2Δd，第三个槽形的宽度为3Δd，局部栅线变化过程如图3所示，以后每增加一个光栅周期，其槽形宽度增加为Δd；到达槽形宽度最大值d/2以后，会随之而缩小，邻近的槽形宽度为d/2-Δd；以后每增加一个光栅周期，其槽形宽度减少量为Δd，直至减少到Δd。在一个皮米光梳周期N·d之后，会重复这个过程。

实施例2

皮米光梳也可能出现两次曝光导致的f1,和f2均较大的情况，如图4所示，此时，有可能出现一个周期仅有一个槽形分布，例如,411,412,等，也有可能出现两个分布，例如，42M与41M出现在一个周期，这说明，在f1,和f2均较大的情况下，有可能出现皮米光梳的倍频效应。最后，可能出现42N2,42N1槽形宽度逐渐增大的情况。

实施例3

皮米光梳也有可能出现f1,和f2均较小的情况，如图5所示。例如，f1<f2<0.5，此时，有可能出现一个周期内仅有一个槽形，例如，511，512,513等，其宽度逐渐缩小。甚至中间有段区域没有光栅；最后，也有可能出现一个周期内出现523，522，521等槽形，其宽度逐渐增大。

当然，对于其它情况的f1与f2分布，还有出现更多情况的可能。

由于我们可以精确测量第一次、第二次曝光的周期，达到皮米量级，通过二次曝光技术和改变第二次曝光时的周期，通过设定这两次曝光时光栅周期的差值，就可以得到皮米光梳精确的槽形分布，其中每个槽形的宽度相对邻近周期的槽形，它们之间的差值可以精确控制在皮米量级，因此，有可能出现图3，4，5等多种情况。

本发明皮米光梳是一个新型的光栅器件，由于邻近周期的栅线宽度可以精确控制在皮米变化的量级，因此，本发明皮米光梳将为皮米测量提供一个基准。皮米光梳会产生一个不同于传统光栅的衍射光场分布，由此会带来新的衍射效应，实现新的衍射光学功能，提供皮米光刻、皮米测量、皮米成像等工具，因此，皮米光梳会在半导体光刻、生命科学、光与物质在皮米尺度相互作用等多个领域中发挥重要作用。

Claims (2)

1.一种皮米光梳的制造装置制造皮米光梳的方法，该皮米光梳的制造装置，包括干涉光场产生模块、干涉光场调整模块和光栅栅距测量模块；所述的干涉光场产生模块是激光全息曝光装置，所述的干涉光场调制模块是激光全息曝光装置的可调谐部分，所述的光栅栅距测量模块由干涉相干测量器件、激光干涉仪、计算机组成；其特征在于该方法采用激光全息的二次曝光方法，包括下列步骤：

1)制备皮米光梳基片：将待曝光基片置于光栅基座上，利用所述的光栅栅距测量模块的测量并通过激光全息曝光装置的可调谐部分调整左光束(101)和右光束(102)之间的夹角，使所述的左光束(101)和右光束(102)形成的光栅的周期为d，进行第一次曝光写出周期为d的光栅，曝光后，调整所述的左光束(101)或右光束(102)，使所述的左光束(101)和右光束(102)形成的光栅的周期为d+Δd，其中Δd为皮米量级；

2)在第二次曝光之前，调整第二次曝光的曝光量，就可能得到不同栅槽宽度的皮米光梳，即具有下列不同的槽宽与周期的比值f1/f2的皮米光梳基片：

2.1)如果两次曝光量相等或接近，会出现栅槽或栅线接近相等的情况，例如，f1＝f2＝0.5情况下，就会出现栅线宽度连续增加或减少，从Δd，2Δd，3Δd，···等，在达到最大值，例如，d/2之后，又逐步减少，变为···3Δd，2Δd，Δd等，完成一个皮米光梳的周期；

2.2)如果两次曝光量都较大，出现曝光过度的情况，此时，f1，f2均较大，就会出现一个周期d内只有一个栅槽的情况，随着周期的增加，栅槽宽度逐渐减少，从某个周期开始，一个周期开始出现两个栅槽：其中一个较小，另一个较大，然后，随着周期d的进一步增加，开始较小的栅线宽度会逐渐增大，每过一个周期，栅线增大Δd；开始较大的栅线宽度会逐渐变小，每过一个周期，栅线减少Δd；在特定某个周期d内，出现一个周期内两个栅槽基本相等的情况，也就是会出现倍频的情况；随着周期的进一步增加，一个会逐渐增大，每增加一个周期，增大Δd，一个会逐渐减少，其中逐渐增大的一个会占据一个周期内的绝大部分，另外一个逐渐减少的，每增加一个周期，减少Δd，直至减少到完全消失；

2.3)二次曝光不足时，出现f1，f2均较小情况，此时，所述的皮米光梳的每个周期内可能只有一个栅槽，每个栅槽和邻域栅槽都相差Δd，如果从最大栅槽计算，随着光栅周期的增加，栅槽单调减少，直至减少到完全消失；

3)进行第二次曝光，第二次曝光后，得到周期为d+Δd的光栅，二次曝光的组合得到皮米光梳的曝光基片，简称为皮米光梳基片；

4)将所述的皮米光梳基片通过显影、定影、烘干后得到皮米光梳。

2.一种皮米光梳的制造装置制造皮米光梳的方法，该皮米光梳的制造装置包括干涉光场产生模块、干涉光场调整模块、光栅栅距测量模块；所述的干涉光场产生模块是激光直写装置，所述的干涉光场调制模块是激光直写装置的可调部分，所述的光栅栅距测量模块由干涉相干测量器件、激光干涉仪、计算机组成；其特征在于采用激光直写技术的二次曝光方法，包括下列步骤：

1)制备皮米光梳基片：

将待曝光基片置于光栅基座上，利用所述的光栅栅距测量模块的测量并通过激光直写装置的可调部分，产生周期为d的光栅场，进行第一次曝光写出周期为d的光栅，曝光后，调整所述干涉光场调整模块和测量模块，形成光栅的周期为d+Δd；

2)在第二次曝光前，调整第二次曝光的曝光量，就可能得到不同栅槽宽度的皮米光梳，即具有下列不同的槽宽与周期的比值f1/f2的皮米光梳基片：

2.1)如果两次曝光量相等或接近，会出现栅槽或栅线接近相等的情况，例如，f1＝f2＝0.5情况下，就会出现栅线宽度连续增加或减少，从Δd，2Δd，3Δd，···等，在达到最大值，例如，d/2之后，又逐步减少，变为···3Δd，2Δd，Δd等，完成一个皮米光梳的周期；

2.2)如果两次曝光量都较大，出现曝光过度的情况，此时，f1，f2均较大，就会出现一个周期d内只有一个栅槽的情况，随着周期的增加，栅槽宽度逐渐减少，从某个周期开始，一个周期开始出现两个栅槽：其中一个较小，另一个较大，然后，随着周期d的进一步增加，开始较小的栅线宽度会逐渐增大，每过一个周期，栅线增大Δd；开始较大的栅线宽度会逐渐变小，每过一个周期，栅线减少Δd；在特定某个周期d内，出现一个周期内两个栅槽基本相等的情况，也就是会出现倍频的情况；随着周期的进一步增加，一个会逐渐增大，每增加一个周期，增大Δd，一个会逐渐减少，其中逐渐增大的一个会占据一个周期内的绝大部分，另外一个逐渐减少的，每增加一个周期，减少Δd，直至减少到完全消失；

2.3)二次曝光不足时，出现f1，f2均较小情况，此时，所述的皮米光梳的每个周期内可能只有一个栅槽，每个栅槽和邻域栅槽都相差Δd，如果从最大栅槽计算，随着光栅周期的增加，栅槽单调减少，直至减少到完全消失；

3)进行第二次曝光，第二次曝光后，得到周期为d+Δd的光栅，二次曝光的组合得到皮米光梳的曝光基片，简称为皮米光梳基片；

4)将所述的皮米光梳基片通过显影、定影、烘干后得到皮米光梳。

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