“新型工业母机”-全景3D光刻系统-泛半导体-光电子-新材料创新工具

摘要

在泛半导体、光子科技、新型显示和新材料等领域，不仅需要在类似半导体衬底微图形加工，也需要微纳结构设计与制备。

本篇简要“全景3D光刻（曝光）系统”—是用于微纳结构化以及模具制备的一种超精密全数字化光刻加工设备，其中，MiScannUV200、iGrapher和Paronama，已在高等院所和头部企业应用，为前沿科技领域开展研究和产业领域开展产品开发“新型工业母机”。

关键词

新型工业母机

全景3D光刻（曝光）系统

泛半导体、光电子、新型显示和新颖材料

1、“新型工业母机”

“工业母机”通常指机械领域金属加工的数控机床。

现逐步扩展到其他工业领域中具有基础性和不可或缺性的、为产品开发提供源头模具的加工手段。如，IC领域，光刻（Lithgraphy，也称图形化Patterning）技术是集成电路的核心技术，相关装备如直写光刻机，为IC、MEMS、LED等微电子产品制造的提供精密光掩膜，是该领域的“工业母机”。再如数控超精密光学加工车床，是玻璃光学元件和金属模具的加工的母机，为精密成型的精密元件制造的提供模板或模具。

“工业母机”的特点：

相关产业产品开发的底层技术，具有极高的加工精度，以数字化处理和数控模式运行，从数字文档直接到“模具”或工件。

●

2、产业升级牵引“微纳结构化”技术

近年来，全球硬科技产业发展迅猛，在微纳结构层面上与光、电、风相互作用，成为发现的新现象、策源新特性、开发新产品、培育新产业、打造硬科技（装备）的新赛道。

如以“微纳结构+介质特性”来调控光场传播特性，成为设计新型显示、光场成像、光电传感、相控阵器件的新途径。跨尺度的微纳结构、纳米精度是研究和开发的核心需求。

如以“微纳结构+金属/非金属材料”来调控电磁场传播行为，是设计6G天线、智能表面的新途径。“大面积+微结构+透明界面+多场耦合”成为新材料设计的新思路。

如以“表面微结构+异质界面”来调控流场分布，是打造减阻材料与辐射降温节能材料的新方式。

这里，共性需求为：大面积高精度微纳结构形貌的数字化设计与智能化制造。

微纳结构形貌与精度直接影响器件的性能，需全新加工与数据处理方式，已有技术手段与设计算法、加工尺度与运行模式，难以满足大面积复杂微纳结构加工需求。传统光刻技术适合图形化，不能加工复杂微纳结构；超精密光学加工车床加工的微结构尺度大。在这样的需求趋势下，“全数字化全景3D光刻（曝光）设备”应运而生，为设计并制备“大面积微纳结构化”（Structuring）及模具（类似光掩模）提供了基础手段。

微纳结构化与泛半导体产业

3、全景3D光刻设备与应用领域

全景3D光刻设备，是一种全数字化光场调控的多维光刻系统，具有“变换曝光算法与计算平台”、“局域数字光场调制与叠加曝光”新构架，是一种至今为止、性能先进、算力强大的新型曝光（光刻）平台。

在功能上，支持微纳结构化、图形化和偏振特性的智能计算与精密光刻，在8”~ 120”面积上，开展50nm～100微米尺度、高达500Tb实时数据处理与同步数字曝光。

在用途上，面向多应用场景的微纳结构功能化研究与开发，为泛半导体、光电子、新型显示与新材料领域的研究、设计和开发提供技术手段。

因此，全景3D光刻设备是面向多个新型产业和前沿科技领域从事微纳结构化研发的“新型工业母机。

全景3D光刻设备，填补行业空白。分三种类型：

MiScannUV200

小型系统，8”～12”

针对泛半导体、光子领域的IC、传感器和微光学等；

iGrapher1000

中型系统，32”～55”

针对新型显示、光电子、立体成像、微透镜阵列和智能表面等；

Paronama

大型系统，75”～120”

针对超大面积的柔性光电子、集成式透明电极、光学功能材料等。

下图为大型全景3D光刻（曝光）设备Paronama照片。

全景3D曝光系统Paronama

下图展示微纳结构形貌SEM，包括特殊微结构形貌、亚波长结构、大深宽比结构和复杂形貌。全景3D光刻设备的在所有性能指标上，均领先或填补空白，极具竞争力。

微纳结构形貌SEM

应用领域

泛半导体

集成电路、射频芯片、THz器件、MEMS、二维材料；

光子科技

立体成像、光子芯片、光场成像、超表面器件等；

柔性光电子

透明电极、柔性传感器、高增益光波导、THz器件；

新型显示与新材料

全息3D显示和光学功能表面材料等。

4、应用成效与趋势

全景3D光刻（曝光）设备，定位于“大面积微纳结构化”全数字化开发工具，解决以往技术手段难以实现，或加工成本难以满足需求的新材料、新器件的研发并推进工业应用。其基础性或不可或缺性，体现在不同领域具有共性的支撑作用，包括：泛半导体的铌酸锂、碳化硅微结构加工；光电子领域的集成透明电极、智能表面、新型显示领域的光场3D显示调控面板；新材料领域的表面功能材料、光学功能材料与节能材料等。

全景3D光刻系统的创新应用

成效与趋势1

在高等院所应用，实现进口替代，为开展自主可控的前沿研究、成果培育和高层次专业人才培育，提供了前所未有的先进工具与创新引擎，促进跨领域、跨学科的交叉，应用单位形成一批在国内外有影响的重大成果。例如射频器件、MEMS、电致变色器件、向量光场显示器件、液晶光子器件、二维材料和发光器件等。

随着国家对创新能力提升和高等院所的平台建设的需求，自主可控的全景3D光刻设备这类高端设备体现出支撑前沿研究和成果培育的重要作用，设备的研发市场的需求会持续扩展。

成效与趋势2

在行业头部企业应用，打破国外垄断，培育出一批原创性、引领性的新产品，并在国内外著名企业和品牌应用，提升了相关企业核心竞争力、新产品持续开发能力，推动相关产业的技术迭代。如大尺寸集成式透明电极与触控屏，立体（光场）成像材料、导光器件、光学纹理材料、星空天幕超薄照明材料等。

全景3D光刻设备是新品研发的关键工具，助力新产品的性能的独特性和先进性，从而，助力推动企业转型和产品升级，这种“工业母机”及相关产品的市场会快速增长。

5、结论

以上描述了全景3D光刻系统的先进性能、应用领域与成效。可得出结论：全景3D光刻系统，是一种功能极其强大的数字化多维曝光系统，将是下一代信息产业、新材料、高端制造、光子科技、量子科技等领域开展自主可控的创新的“新型工业母机”。

近期研究成果“大面积微纳结构功能化及立体成像应用”获江苏省科技奖一等奖（2022年度）和中国专利优秀奖（2023年），2024年2月央视2套经济半小时做了专题报道。前期成果“面向柔性光电子的微纳制造关键技术与应用”获国家科技进步二等奖（2019年度）。

感受先进产业的洪荒之力，

宣扬纳米人才的创新精神，

领略光子科技的神奇魅力，

谱写新质产业的奋进篇章。

联系方式：+86-0512-62868882转浦博士

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苏大维格是国家级专精特新企业，是国内外著名企业的优秀供应商。

建有国家地方工程研究中心，江苏省柔性光电子与制造技术重点实验室，成果荣获国家科技进步二等奖3项，江苏省科技奖一等奖5项和中国专利优秀奖7项。

（转自：苏大维格）

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