衍射光栅被广泛应用于精密测量、激光脉冲压缩及光谱分析等领域。干涉光刻技术作为一种无需掩膜曝光的先进光刻方法，在制造衍射光栅方面表现出了高效率和高灵活度的优势。该技术面临一个核心难题：光栅尺寸受限于曝光系统的光束口径，而扩大光学元件口径在实际操作中面临诸多挑战。为了解决这个问题，研究者们提出了一种基于光学曝光拼接的方法，通过移动单次曝光区域来实现光栅尺度的拓展。
这一方法的实现依赖于稳定且精准的外部参考，以实现全局对准。基于外部参考光栅的方法是高精度、高稳定性的对准方案。目前在参考光栅曝光拼接领域，仍缺乏在平面两个正交方向上的全局对准方法。针对这一空白，清华大学深圳国际研究生院的李星辉团队提出了创新的基于参考光栅全局对准的干涉光刻拼接曝光方法与系统。这一研究为衍射光栅制造中的口径扩展提供了新的思路和方向。
研究团队构建了拼接曝光加工系统，其结构如图1所示。曝光区域通过双光束干涉产生干涉条纹，而这些条纹的连续性和精确性对于光栅制造至关重要。在拼接过程中，团队强调了对拼接误差的监测和补偿。他们使用两块参考光栅来监测x和y两个方向的移动拼接误差，以完成曝光光刻的面积拓展。当两束曝光光束经过参考光栅衍射后，它们产生的衍射光会发生干涉，形成参考条纹。这些条纹会放大拼接误差至宏观尺度，从而便于观察和调整。在这一系统中，一块参考光栅与基底分离，另一块则与基底相连并随其移动。
加工流程如图2所示，团队通过移动光束位置或基底来实现曝光区域的调整。特别是在换行拼接时，需要重新记录参考光栅的初始状态，以确保整个过程的连贯性和准确性。该团队还基于上述加工系统和方法进行了33区域的拼接光栅加工实验。他们对两个样品进行了对比实验，其中一个样品在加工过程中进行了拼接误差的补偿。通过菲索干涉仪的测量，结果显示补偿后的样品干涉条纹连续性更好。除了干涉仪的测量外，团队还使用了原子力显微镜（AFM）对样品进行测量，以进一步验证加工质量。测量结果证实各区域的槽型具有较好的一致性。
为了探究接缝两侧区域的相位连续性和接缝情况，研究团队还使用了超景深显微镜对样品进行观察。观察结果显示拼接接缝处的条纹与参考线高度重合，证明了相位连续性。该研究团队指出，虽然他们在保障光栅栅线相位一致性方面取得了重要进展，但对接缝物理尺寸的控制仍将是未来工作的重点。相关研究成果以论文形式在《微系统与纳米工程》发表，清华大学深圳国际研究生院的李星辉副教授为通讯作者。该论文得到了自然科学和深圳市高等院校稳定支持计划的资助。
