01 从二维到三维，激光直写应用前景广阔

激光直写（Laser Direct Writing, LDW）是制作衍射光学元件的主要技术之一，它利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后便在抗蚀层表面形成要求的浮雕轮廓。这一技术最早可追溯至20世纪80年代，经过数十年的发展，激光直写已从最初的二维图形制作拓展到三维微纳结构制造，并在电子、光学、生物医疗等领域展现出广阔的应用前景。

据市场研究预测，全球激光直写设备市场规模预计将从2024年的约12亿美元增长至2033年的28亿美元，期间年均复合增长率达到10.3%。

图源自：market research intellect官网

02 无需掩膜版，更具灵活性

与传统掩膜光刻不同，激光直写无需物理掩膜版，刻写方式更为灵活，具有巨大的应用潜力。

传统的光刻技术，就像是用模板印染T恤，需要预先制作一块昂贵且固定的“掩模版”（Mask），再通过光照将掩模版上的图形复制到晶圆上。这个过程不仅成本高、周期长，而且掩模版一旦制成，图形便无法修改，缺乏灵活性。

图源自：ASML官网

激光直写则直接利用计算机控制激光束能量及平台的移动，在材料表面甚至内部灵活地“绘制”出任意所需的图案，大大提高了加工的自由度。具体来说，激光直写通过将激光束聚焦在材料的一小块区域，利用激光与材料的相互作用(如光致变色、光聚合、光致烧蚀、光致相变等)，在材料上直接写入图案。通过改变激光的波长、功率密度和脉冲时间等参数，可以实现对不同材料的加工，获得纳米级到微米级的超高分辨率。

图源自：半导体全解，侵删

激光直写技术具备以下几项优势：

l 高灵活性：设计图形可随时通过软件修改，大大缩短了研发和打样周期。

l 低成本：省去了昂贵的掩模版制作费用，尤其适合小批量、定制化的生产需求。

l 高精度：能够制造亚微米甚至纳米级别的精细结构。

l 材料普适性：可应用于玻璃、硅、聚合物等多种材料。

03 精密运动平台：影响激光直写精度的核心因素

一台高性能激光直写设备背后，是多个精密系统的完美协同。

超快激光光源产生高重复频率、超短脉冲激光；光束传输与整形系统完成激光的准直、扩束、能量调节、偏振控制以及最终精确聚焦。精密移动平台则用于承载与定位样品，其定位精度、稳定性及动态性能是决定加工分辨率与复杂度的关键因素，直接关系到激光直写加工的精度和质量。运动平台需要实现：

l 纳米级定位精度（XY平面）以及垂直控制（Z轴）

l 多轴同步协调运动

l 高速运动下的稳定性

双光子聚合激光直写技术成功制备的高纵深比微纳结构及阵列，图源自：Chinese Optics Letters第23卷第3期，侵删

定位精度决定了图形线条的位置准确度，能运动的最小步进量影响套刻对准的精度，如果平台精度不足，可能导致多层图形套刻时出现偏差，严重影响器件性能。

运动平台动态性能会影响激光直写的效率和质量，平台刚性不足，在高速运动或启停过程中如果存在抖动、爬行或速度波动，将直接反映在加工图案上，造成宽度不一致，甚至图形失真。

除此之外，各轴串扰可能导致线条边缘粗糙。

04 地心科技激光直写解决方案

针对激光直写技术对于运动控制的严苛要求，无锡地心科技依托自主研发、生产的精密运动平台产品线，为行业提供了多样的解决方案。

国内某微纳加工领域龙头企业原有的运动平台精度和动态性能不足，导致产品良率迟迟无法提升，难以满足日益增长的市场需求，亟需更先进更精准的运动平台进行替换。在深入了解客户痛点和工艺需求后，地心科技的工程团队迅速响应，为其量身定制了一套基于ART130XY直线电机机械台和SMH-V系列直驱升降台的集成解决方案。

ART130XY直线电机平台采用地心科技自研无铁芯直线电机直接驱动，配合高分辨率光栅反馈，实现了高速与高精度的统一。该系列平台具有结构紧凑、刚性高的特点，非常适合作为激光直写系统的XY运动平台，确保大面积直写时的精度和效率。

SMH-V系列升降台采用高承载和高刚性设计，用于控制焦平面位置或工件高度，其精度直接影响激光聚焦质量和加工深度一致性。

集成后，平台的XY轴定位精度可达±0.3 μm，重复定位精度可达±0.1 μm，直线度和平面度可达±2μm，在位稳定性可达±15 nm；

平台的Z轴定位精度可达±0.6 μm，重复定位精度可达±0.25 μm，直线度和平面度可达±2μm，在位稳定性可达±30 nm；

实际应用结果表明，该系统在保持亚微米级图案精度的同时，大幅提高了生产效率和良品率，帮助客户满足了高端制造的严苛要求。

总结：

激光直写作为面向未来的先进制造技术，正在推动电子信息、先进材料、生物医疗等领域的创新发展。而精密运动平台作为激光直写装备不可或缺的“隐形支柱”，其性能的提升直接关系到这一技术能否充分发挥潜能。

为此，地心科技将继续秉持创新理念，不断推出更加精密、智能的运动控制解决方案，为激光直写等先进制造领域提供核心支撑，助力中国精密制造迈向新的高度。