近日，极端光学技术与仪器全国重点实验室的重要成果“万通道3D纳米激光直写光刻装置”通过了中国光学学会组织的科技成果评价会。与会专家委员会一致认为，该项目在系统架构、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。

双光子激光直写技术因具备高分辨率、低热效应、无掩模和三维加工能力，一直是微纳加工领域的前沿方向，广泛应用于芯片制造、生物医疗、光存储、微流控和精密传感等领域。然而，传统的单通道激光直写在加工速度上存在瓶颈，难以满足高精度、大面积制造的产业化需求。

为突破这一难题，浙江大学匡翠方教授团队研发出具有自主知识产权的“万通道3D纳米激光直写光刻装置”，实现了在多通道光场调控与高速纳米加工技术上的重大突破。

该团队创新性地提出了数字微镜协同微透镜阵列的光场调控方案，可在系统中生成1万多个（137×77）可独立控制的激光焦点。每个焦点能量可实现169阶以上的精细调节，从而实现真正意义上的多通道独立控制。得益于此，装置实现了2.39×10⁸ voxels/s的超高打印速率，加工速度和精度均处于国际领先水平。

针对多焦点间光强不均、像差等技术难题，团队开发了智能全局优化算法，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。此外，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：通过控制焦斑阵列倾斜角，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；

3. 并行灰度体曝光策略：结合通道灰度控制，实现三维结构的多通道并行制造；

得益于以上创新，该装置的加工精度可达亚30 nm，加工速率可达42.7 mm²/min，最大刻写尺寸覆盖12 inch硅片，为大面积微纳结构的高通量、高精度制造提供了新途径。

万通道3D纳米激光直写装置加工的12寸晶圆

专家们认为，该装置的成功研制，为我国在超分辨光刻、光子芯片制造、高端掩模版加工等领域提供了关键技术支撑，标志着我国在高精度微纳制造装备领域迈上了新的台阶。

文章来源：极端光学技术与仪器全国重点实验室、光电资讯