日前，杭州玉之泉精密仪器有限公司正式推出“万通道3D纳米激光直写光刻机”，这一全球首发、国际领先的微纳制造利器，标志着我国在高精度高通量光刻装置领域迈上新台阶，更为高端掩膜版、光子芯片及超表面等半导体与微纳制造关键领域，提供了不可或缺的底层技术支撑。
该设备由玉之泉联合浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室共同研发。今年 4 月，浙大极端光学全国重点实验室在浙江大学杭州国际科创中心举行成果发布会，正式对外发布该项技术成果;玉之泉作为该实验室科研成果转化的核心产业化平台，深度参与了技术研发与产业化落地全流程。
1、痛点破局：从“单点作战”到“万箭齐发”
长久以来，双光子激光直写技术因具备高分辨率、低热效应、无掩膜和真三维加工能力，一直是微纳加工领域的前沿研究方向。然而，双光子激光直写技术虽然拥有极高的加工精度，却受困于“单束扫描”的物理极限。好比一位技艺精湛的工匠，试图用一支笔去描绘整座城市的地图，固然精准，却在加工效能上存在严重瓶颈，难以满足微纳制造对高精度、高效率、大面积制造及高稳定性的产业化需求。
面对这一行业痛点乃至国家高端微纳制造的战略需求，杭州玉之泉与浙大极端光学全国重点实验室科研团队联合攻关，创新性地提出“万通道快速独立调控方案”。
如玉之泉创始人、实验室副主任匡翠方教授所比喻的：
“这相当于同时用1万支笔写1万个不同的字。”——匡翠方
该设备可瞬间生成1万多个可独立控制的并行激光焦点，每个焦点能量可实现169阶以上的精细调节，真正实现了上万通道激光束的独立并行控制与协同微纳加工。
2、硬核参数：国际领先的大面积、高通量制造
为了让万束激光在进行直写光刻的过程中既能做到“写得快、写得精细”，又能保证极高的均匀性，研发团队开发了智能全局优化算法;该算法可将焦点阵列的光强均匀度提升至 95% 以上，同时有效矫正光斑畸变，显著提高了多通道间的一致性与加工精度。
研究团队提出了多种创新加工策略，包括：
1.并行重复扫描策略：通过高速重复扫描与剂量控制，实现速度与精度的同步提升;
2.阵列条带扫描策略：通过控制焦斑阵列形成条带，实现光斑在空间的均匀错位分布，单次扫描即可完成厘米级大面积二维结构加工;
光镜
电镜
阵列条带扫描浙江大学校徽
3.3D动态焦斑并行刻写策略：结合各通道动态焦斑控制，实现三维结构的多通道并行制造;
得益于上述突破，该万通道3D纳米激光直写光刻机展现出卓越的性能：
· 超高打印速率：> 2×10⁸ 体素/秒
· 极致加工精度：最小特征尺寸可达亚50纳米、最小横向周期≤500nm
· 高效加工速率：2D 面扫描速率达到 40 mm²/min(约200nm特征尺寸下)，是传统双光子直写技术加工速率的几十倍
· 大面积尺寸覆盖： 最大加工幅面通过运动台拼接，可完整覆盖 12 英寸晶圆
早在去年9月，该装置已通过中国光学学会组织的科技成果评价，专家委员会一致认为：项目在系统架构、光场调控算法与高通量加工策略方面具有显著创新性，整体性能指标达到国际领先水平。
3、全链赋能：不止于高端掩膜版
万通道并行的高精度、真三维、快速迭代解决方案一旦跑通，其应用场景将呈指数级爆发。除了作为光子掩膜版、DOE 掩膜版、MEMS 掩膜版等高端掩膜微纳制造领域外，该设备还完美契合了诸多偏定制、偏微纳三维结构、偏良率与快速迭代的工艺需求：
1.光子芯片与先进封装： 支撑定制化、小批量的高精尖芯片研发;
2.MEMS传感器与微流控器件： 可实现复杂三维微结构的快速成型;
3.精密光学元件： 满足超透镜、DOE器件等光学防伪与光通信领域的严苛要求。
4、超表面：万通道技术的优势工艺舞台
如果说“万通道”是微纳光刻利器，那么超表面(Metasurface)就是它最具优势的应用场景之一。超表面是一种二维平面光学器件，其核心原理是通过在基底上精密排列亚波长纳米结构，实现对光波相位、振幅和偏振的精确调控。为了实现对光波的连续、平滑且无像差的波前控制，这些纳米单元的排列间距必须小于工作波长，这就导致在有限的面积内需要极高的结构密度。
作为未来AR/VR、激光雷达及6G通信的核心元件，超表面需要在基底上制备数以万计甚至上亿个形状各异的纳米柱。传统设备加工一片大口径超表面往往需要数天甚至数周，这极大地限制了其商业化进程。如今，随着玉之泉与浙大科研团队联合推进万通道技术的产业化落地，这一漫长的加工周期有望被大幅压缩至数小时级别，大幅压缩超表面加工周期，为其规模化量产提供核心设备支撑。
1.AR/VR显示： 助力客户快速制备大视场角、高分辨率的超表面光波导，让轻量化的AR眼镜成为现实。
2.激光雷达： 可实现超大孔径超表面透镜的低成本量产，推动固态激光雷达的普及。
3.光子芯片： 为硅光芯片的耦合器、调制器提供了高效的制造手段，加速光互连时代的到来。
超表面纳米柱
(纳米柱高度2微米，直径约500nm，加工效率约300mm²/h)
超表面是该设备的第一个技术落地跑通，且有绝对优势的加工品类。针对其他三维结构的加工能力，正在优化过程中。
5、产学研融合：从实验室走向生产线
玉之泉联合浙大极端光学全国重点实验室的科研力量，正全力推动该万通道设备的产业化进程。从实验室的“科研利器”到生产线上的“工业母机”，玉之泉致力于为客户提供高精度、高通量、全场景兼容的微纳制造一体化解决方案。
未来，玉之泉将继续携手顶尖科研力量，加速万通道3D纳米激光直写光刻机在光子芯片、光电混合集成、高端掩膜版及超表面等前沿领域的规模化落地，以万通道并行制造技术为引擎，彻底打破高精度微纳结构的量产瓶颈，让这项国际领先的“中国智造”真正转化为推动下一代集成电路与未来产业跨越式发展的新质生产力!
审核：王峰 郭江涛 石贵明
校对：小强
