全球首台！苏大维格大型紫外 3D 直写光刻设备 iGrapher3000 投入运

7月28日消息 苏大维格科技官方宣布，大型紫外 3D 直写光刻设备 iGrapher3000下线并投入工业运行。iGrapher3000 主要用于大基板上的微纳结构形貌的 3D 光刻，是新颖材料、先进光电子器件的设计、研发和制造的全新平台，堪称为光电子产业基石性装备，为产业合作创造新机遇 。

从集成电路图形的平面光刻，迈向光电子的 “微结构形貌”的 3D 光刻，iGrapher3000 为新颖材料和功能光电子器件提供了先进手段，下图为 iGrapher3000 紫外 3D 光刻装备（110 吋幅面，2500mmx1500mm）照片和微纳结构形貌 SEM 照片。


此次安装在维业达科技有限公司黄光车间的 iGrapher3000，首个工业应用项目是大尺寸透明导电膜的深槽结构微电路模具，并将用于大面积平板成像、柔性导电器件和全息显示与 3D 显示研发和产业化应用。

面向大面积新颖材料与功能器件的需求，大型紫外 3D 光刻系统面临的挑战有：

第一，表达 “微纳结构形貌”的数据量极大，如，55 吋幅面透明电路图形数据量约 15Tb，相同尺寸平板透镜的微结构数据量 ＞150Tb；

第二，海量数据 数据的运算、压缩传输与高速率光电转换技术；

第三，三维数字光场曝光模式与作用机理；

第四，微纳结构形貌的精确光刻工艺，包括 3D 邻近效应补偿、自适应 3D 导航自聚焦模式；

第五，高速运动平台、紫外光机系统制造工艺与纳米精度控制技术。


苏大维格科技介绍，苏大维格浦东林博士带领科研人员，十多年来一直开展 3D 光刻技术、纳米光刻硬软件、数据处理算法和精密控制技术研发。经多轮迭代，攻克了 3D 光刻重大瓶颈，研制成功以 iGrapher3000 为代表的系列紫外 3D 直写光刻装备并在工业界应用。

IT之家获悉，iGrapher3000 率先在 110 吋幅面玻璃基板上实现连续面型微结构大面积平板器件，深度范围 50nm~20 微米；率先建立海量数据处理能力并转化成所设计的微纳结构形貌，涉及单文件数据量达 600Tb；率先建立支持 110 吋光刻胶板厚胶制程（2 微米~ 25 微米），用于后继印版工业化生产。


大面积 3D 光刻印版（110 吋，自主制备，厚胶制程）

iGrapher3000 先进功能：

1 3D 矢量设计数据向微结构形貌转化先进算法与软件；

2 海量数据文件实时处理 / 传输 / 同步写入快速光刻；

3 大面积衬底实时三维导航自聚焦功能；双驱动龙门构架精密控制技术；

4 三维微结构形貌曝光邻近效应补偿；

5 大面积光刻厚胶板的制备工艺。

在芯片 、光电子、显示产业和科学研究中，光刻（lithography）属于基础工艺。高端光刻设备长期被国外企业垄断。

苏大维格科技介绍，在芯片产业，光刻机有两种类型：第一种是投影光刻机（Projection Lithography），将光掩模图形缩微并光刻到硅片上，制备集成电路图形，最细线宽达 5nm，如 ASML 极紫外 EUV 投影光刻机。日本 Nikon 的 i 系列和 Canon 的 FPA 系列高精度步进投影光刻机；

第二种是直写光刻机（Direct Writing Lithography），用于 0.25 微米及以上节点的芯片光掩模版、0.18 微米节点以下的部分光掩模制备（其余节点掩模，用电子束光刻 EBL 制备，约占 25%），如美国应用材料公司 （AM）ALTA 光刻机；在显示面板行业，如瑞典 Mycronic 公司，Prexision10 激光直写光刻系统，用于 10 代线光掩模制备，Nikon 大型投影扫描光刻机（FX 系列），用于将光掩模图形扫描光刻到大尺寸基板上，形成 TFT 电路图形。因此，IC 集成电路、显示面板等领域，直写光刻机的作用是将设计数据制备到光刻胶基板上，成为光掩模，用于后道投影光刻复制。


集成电路的 2D 图形

上述两类光刻机均属于 “平面图形”光刻机，用于薄光刻胶制程。无论直写光刻还是投影光刻，都是集成电路和光电子产业的关键装备。直写光刻属于源头型关键环节，称为 Pattern Generator。

苏大维格科技表示，本次投入运行 iGrapher3000， “3D 形貌“光刻属于厚胶工艺，主要用于光电子材料和器件的制备，作用是将设计数据制备到厚光刻胶基板上，成为具有三维形貌的纳米印版，用于后道压印复制。下图为用于 3D 显示的微结构形貌 SEM 照片。


光电子器件的 3D 微结构 SEM 照片
iGrapher3000 强大 3D 光刻功能：以三维导航飞行扫描模式曝光，一次扫描曝光形成三维微纳结构形貌；支持多格式 2D、3D 模型数据文件，支持数百 Tb 数据量的光刻，写入速度大于 3Gbps；具有数据处理 / 传输 / 写入同步的快速光刻功能；幅面：110 英寸；光刻深度范围：50 纳米~ 20 微米 @深度分辨率 10nm，横向线宽 ＞0.5 微米 @数字分辨率 100nm@355 纳米紫外波长，最快扫描速率 1m/s。

理论上，微纳结构形貌具有 5 维度可控变量，支持各种光场和电磁长调控材料与器件设计与制备。下图为 iGrapher3000 在大面积衬底上制备的各种用途的微纳结构形貌的 SEM 照片。


作为对比，用于芯片极紫外投影光刻机（EUV），追求极细线宽（已达 5nm），难度在于极端的精度控制和高产率（极紫外光源、运动平台和套刻精度），芯片的投影光刻，用光掩模图形缩微复制，不涉及海量数据处理等问题；用于光掩模的直写光刻设备（LDW），将规则电路图形转化为光掩模，形成显示 TFT 光掩模。与集成电路的薄胶光刻工艺不同，用于微纳结构形貌的 3D 光刻，追求形貌与相对排列精度（根据用途不同），难度在于海量数据处理与传输（数百 Tb）、大面积的结构功能设计与先进算法、3D 光刻与 3D 邻近效应补偿等保真度工艺等，深度范围：50nm~20 微米，精度范围：1nm~100nm。可见，3D 光刻机在功能与用途上，与以往 2D 光刻机有明显的不同。

苏大维格科技称，iGrapher3000 为新颖光电子材料与功能器件的研究和产业创新，开辟了新通道。主要用于大尺寸光电子器件、超构表面材料、功能光电子器件等在内的微纳形貌和深结构的制备，包括大尺寸透明电路图形、高精度柔性触控传感器、高亮投影屏、全息 3D 显示、MiniLED 电路背板、高光效匀光板、虚实融合光子器件、大口径透明电磁屏蔽材料等。

iGrapher3000 也可用于平板显示产业和柔性电子产业的光掩模制备，并为高精度大口径薄膜透镜的设计制备提供了战略研发资源。

下图为大尺寸柔性导电材料、大尺寸光场调控器件和大型 miniLED 背光的微电路背板。


大尺寸柔性触控屏的微电路 3D 光刻制备


miniLED 高光效匀光板、大口径投影屏的 3D 光刻制备


大尺寸 miniLED 背板与透明立体显示屏的 3D 光刻制备

官方介绍，苏大维格光刻仪器事业部在光刻技术与设备领域研制了多种用于 MEMS 芯片的光刻设备 MiScan200（8”~12”）、微纳光学的 MicroLab（4”~8”）和超表面、裸眼 3D 显示、光电子器件研究的纳米光刻设备 NanoCrystal（8”~32”）。这些新型光刻设备在企业和高等院所广泛应用，解决了我国多个领域研究中的问题，为新型光电子器件、新材料、MEMS 芯片和传感器件的研发提供了自主可控的先进手段。

2020 年 1 月 10 日，在国家科技奖励大会上，苏大维格承担的 “面向柔性光电子的微纳制造关键技术与应用”成果，荣获国家科技进步奖二等奖。