01 從二維到三維，激光直寫應用前景廣闊

激光直寫（Laser Direct Writing, LDW）是制作衍射光學元件的主要技術(shù)之一，它利用強度可變的激光束對基片表面的抗蝕材料實施變劑量曝光，顯影后便在抗蝕層表面形成要求的浮雕輪廓。這一技術(shù)最早可追溯至20世紀80年代，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，激光直寫已從最初的二維圖形制作拓展到三維微納結(jié)構(gòu)制造，并在電子、光學、生物醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

據(jù)市場研究預測，全球激光直寫設(shè)備市場規(guī)模預計將從2024年的約12億美元增長至2033年的28億美元，期間年均復合增長率達到10.3%。

圖源自：market research intellect

02 無需掩膜版，更具靈活性

與傳統(tǒng)掩膜光刻不同，激光直寫無需物理掩膜版，刻寫方式更為靈活，具有巨大的應用潛力。

傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，就像是用模板印染T恤，需要預先制作一塊昂貴且固定的“掩模版”（Mask），再通過光照將掩模版上的圖形復制到晶圓上。這個過程不僅成本高、周期長，而且掩模版一旦制成，圖形便無法修改，缺乏靈活性。

圖源自：ASML

激光直寫則直接利用計算機控制激光束能量及平臺的移動，在材料表面甚至內(nèi)部靈活地“繪制”出任意所需的圖案，大大提高了加工的自由度。具體來說，激光直寫通過將激光束聚焦在材料的一小塊區(qū)域，利用激光與材料的相互作用(如光致變色、光聚合、光致燒蝕、光致相變等)，在材料上直接寫入圖案。通過改變激光的波長、功率密度和脈沖時間等參數(shù)，可以實現(xiàn)對不同材料的加工，獲得納米級到微米級的超高分辨率。

圖源自：半導體全解，侵刪

激光直寫技術(shù)具備以下幾項優(yōu)勢：

l 高靈活性：設(shè)計圖形可隨時通過軟件修改，大大縮短了研發(fā)和打樣周期。

l 低成本：省去了昂貴的掩模版制作費用，尤其適合小批量、定制化的生產(chǎn)需求。

l 高精度：能夠制造亞微米甚至納米級別的精細結(jié)構(gòu)。

l 材料普適性：可應用于玻璃、硅、聚合物等多種材料。

03 精密運動平臺：影響激光直寫精度的核心因素

一臺高性能激光直寫設(shè)備背后，是多個精密系統(tǒng)的精密協(xié)同。

超快激光光源產(chǎn)生高重復頻率、超短脈沖激光；光束傳輸與整形系統(tǒng)完成激光的準直、擴束、能量調(diào)節(jié)、偏振控制以及最終精確聚焦。精密移動平臺則用于承載與定位樣品，其定位精度、穩(wěn)定性及動態(tài)性能是決定加工分辨率與復雜度的關(guān)鍵因素，直接關(guān)系到激光直寫加工的精度和質(zhì)量。運動平臺需要實現(xiàn)：

l 納米級定位精度（XY平面）以及垂直控制（Z軸）

l 多軸同步協(xié)調(diào)運動

l 高速運動下的穩(wěn)定性

雙光子聚合激光直寫技術(shù)成功制備的高縱深比微納結(jié)構(gòu)及陣列，圖源自：Chinese Optics Letters第23卷第3期，侵刪

定位精度決定了圖形線條的位置準確度，能運動的最小步進量影響套刻對準的精度，如果平臺精度不足，可能導致多層圖形套刻時出現(xiàn)偏差，嚴重影響器件性能。

運動平臺動態(tài)性能會影響激光直寫的效率和質(zhì)量，平臺剛性不足，在高速運動或啟停過程中如果存在抖動、爬行或速度波動，將直接反映在加工圖案上，造成寬度不一致，甚至圖形失真。

除此之外，各軸串擾可能導致線條邊緣粗糙。

04 地心科技激光直寫解決方案

針對激光直寫技術(shù)對于運動控制的嚴苛要求，無錫地心科技依托自主研發(fā)、生產(chǎn)的精密運動平臺產(chǎn)品線，為行業(yè)提供了多樣的解決方案。

國內(nèi)某微納加工領(lǐng)域優(yōu)良企業(yè)原有的運動平臺精度和動態(tài)性能不足，導致產(chǎn)品良率遲遲無法提升，難以滿足日益增長的市場需求，亟需更優(yōu)良更精準的運動平臺進行替換。在深入了解客戶痛點和工藝需求后，地心科技的工程團隊迅速響應，為其量身定制了一套基于ART130XY直線電機機械臺和SMH-V系列直驅(qū)升降臺的集成解決方案。

ART130XY直線電機平臺采用地心科技自研無鐵芯直線電機直接驅(qū)動，配合高分辨率光柵反饋，實現(xiàn)了高速與高精度的統(tǒng)一。該系列平臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛性高的特點，非常適合作為激光直寫系統(tǒng)的XY運動平臺，確保大面積直寫時的精度和效率。

SMH-V系列升降臺采用高承載和高剛性設(shè)計，用于控制焦平面位置或工件高度，其精度直接影響激光聚焦質(zhì)量和加工深度一致性。

集成后，平臺的XY軸定位精度可達±0.3 μm，重復定位精度可達±0.1 μm，直線度和平面度可達±2μm，在位穩(wěn)定性可達±15 nm；

平臺的Z軸定位精度可達±0.6 μm，重復定位精度可達±0.25 μm，直線度和平面度可達±2μm，在位穩(wěn)定性可達±30 nm；

實際應用結(jié)果表明，該系統(tǒng)在保持亞微米級圖案精度的同時，大幅提高了生產(chǎn)效率和良品率，幫助客戶滿足了制造的嚴苛要求。

總結(jié)：

激光直寫作為面向未來的優(yōu)良制造技術(shù)，正在推動電子信息、優(yōu)良材料、生物醫(yī)療等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。而精密運動平臺作為激光直寫裝備的“隱形支柱”，其性能的提升直接關(guān)系到這一技術(shù)能否充分發(fā)揮潛能。

為此，地心科技將繼續(xù)秉持創(chuàng)新理念，不斷推出更加精密、智能的運動控制解決方案，為激光直寫等優(yōu)良制造領(lǐng)域提供核心支撐，助力中國精密制造邁向新的高度。