2013年微纳光学制造行业技术水平及技术特点解析

    内容摘要：从行业发展趋势来看，更大幅面、微结构上更小尺寸、无接缝的激光直写制造技术是未来行业发展的方向。

    1、现有技术水平与特点

    微纳光学制造技术以LIGA 工艺为基础，主要经过光刻、电铸制模和微纳米压印三个主要工艺步骤。

    （1）光刻

    光刻是半导体技术中晶圆制造的关键工艺，通过表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去，在晶圆表面留下带有微图形结构的薄膜。光刻技术传递图形的尺寸限度缩小到亚微米级，已从常规光学技术发展到应用电子束、X 射线、微离子束、激光等新技术；成为一种精密的微细加工技术。

    微纳光学制造技术采用光刻技术在激光原版上形成具有微纳尺寸的细微结构，即可展现出各类光学效果。

    （2）电铸

    电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法，主要用来精确复制微细、复杂和某些难于用其他方法加工的特殊形状模具及工件等。以预先按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，在电解作用下，原模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。

    微纳光学制造技术采用电铸工艺将激光原版复制成工作版，即制作工业化生产所需的模具。

    （3）微纳米压印

微纳光学产品制造采用微纳米压印技术。将电铸制成的金属模具安装到微纳米压印设备上，通过热压或者冷压方式在薄膜材料表面压制形成微纳结构。微纳米结构包括浅纹结构和深纹压印；微纳米压印设备包括平压平和卷对卷压印。卷

对卷压印技术为微纳光学薄膜提供了高效率、低成本的制造手段。

2、行业核心技术水平与发展趋势

微纳光学制造行业的核心技术主要是制造手段，即核心设备的研发与制造能力。激光直写设备是行业内的关键装备，广泛用于镭射制版、精密电路掩膜、新材料（OVD）、光电显示器件（PDP、OLED）和传感器（MOMES）等高技术领域，激光直写设备的技术水平代表了微纳光学制造行业的技术水平。

在单光束激光直写设备研制方面，德国海德堡公司单光束直写设备分辨率大于1um，美国Anvik 公司投影式高速激光刻蚀设备分辨率为5-8um，244nm 波长，成为IT 精密掩膜制造的重要设备。国内企业多数还集中在普通激光加工领域，30 um 分辨率。

在双光束干涉光刻设备的研制方面，英国Spatial Imaging 公司研制的系统非高速运行，美国ITW 公司的iScan 仅实现了低分辨率（100dpi，A4 幅面）激光图像原版高速制造。在国内， HoloMakerIII（150mm*150mm）成为国内微纳光学制造业的关键设备；我国企业研制的宽幅紫外DPSSL 高速干涉设备，实现了40 寸大幅面下5080dpi 高分辨率微结构图形（400nm 线对）的快速（500mm/s）极限制造，运行效率比传统激光直写提高数十倍以上，是行业内最好的指标。

在光刻设备技术方面，数码激光图像干涉光刻目前面临的主要问题是，运行速度慢，仅在平面上实现了亚微米光刻，同时由于器件制造上的困难，限制了向大幅面发展的进度。从行业发展趋势来看，更大幅面、微结构上更小尺寸、无接缝的激光直写制造技术是未来行业发展的方向。