无掩模、超衍射极限加工：华维纳 LDW-P1500 激光纳米直写系统为半导体微纳加工提供新路径——国产激光直写刻写分辨率之光

国产仪器的破局：从依赖进口到自主可控

微纳加工装备长期是进口品牌占据主导的领域，一台进口激光直写或电子束设备动辄数百万元，售后响应、备件供应、工艺支持还受制于人。近年来，国家持续出台政策鼓励采购国产科学仪器、支持装备自主研发，"买国产仪器"已从号召变为越来越多科研院所和企业的实际选择。

华维纳新型激光直写系统正是这一背景下的代表性成果：在国家仪器与设备重大研发项目支持下完成从实验室到商业化的转化，定型 P、L、V 三大系列十余个型号，获得国家高新技术产品认定，并建立了我国激光直写领域的工业标准体系。在刻写分辨率这一核心指标上，实现了超越衍射极限的加工能力，被学界称为超分辨加工技术中本土自主研发的路线——可以说，在激光直写刻写分辨率这个赛道上，国产设备拿出了经得起检验的答卷。选择华维纳，不仅是选择一台设备，也是对国产仪器的一次用实际行动的支持。

一、行业痛点：掩模成本高、周期长，纳米级图形加工难

在半导体器件、微电子、MEMS、微光学等领域的研发与小批量生产环节，图形化加工长期面临几个现实问题：

l  掩模依赖带来的成本与周期压力：传统光刻工艺需要先制作掩模板，一块高精度掩模的加工费用高、交付周期长；一旦设计改版，掩模就要重新制作，对工艺开发和科研探索阶段极不友好。

l  衍射极限约束分辨率：常规光学直写受衍射极限（光斑尺寸 d=λ/2N.A）约束，难以满足百纳米以下特征尺寸的加工需求。

l  受体材料受限：传统激光直写大多只能加工有机光刻胶，面对金属薄膜、半导体相变材料等无机受体材料时往往无能为力。

l  设备灵活性不足：进口无掩模设备价格高、维护成本高，而研发场景需要的是"图形即改即写、参数随调随用"的灵活工具。

针对这些痛点，苏州华维纳纳米科技有限公司推出的 LDW-P1500 系列激光纳米直写系统（新型无掩模纳米光刻机），为刻蚀刻写相关工艺提供了一种无需掩模、可覆盖多种受体材料、具备超衍射极限加工能力的解决方案。

二、产品概述

P1500无掩模超衍射极限加工激光直写系统由华维纳自主研发，系统利用激光与材料的非线性相互作用，突破了光学衍射极限的限制，可实现纳米尺度的加工分辨率。整机主要由样品刻写系统、自动聚焦系统、功率校准系统、观测分析系统和高精度工件台等模块组成，核心部件包括 405 nm 激光器、压电陶瓷运动平台、拥有自主知识产权的主控电路板及高速脉冲调制电路、样品台及负压系统等。

设备无需掩模板，可直接读取 TIFF、BMP、JPG 等常见图片格式以及矢量 DWG 格式文件，将设计图形直接转化为激光脉冲调制信号进行刻写，做到"所见即所得"。系统可广泛用于纳米技术、微电子、半导体等领域中的各类微纳结构加工，适用于科学研究与小批量生产。

图 1 LDW-P1500 激光纳米直写系统整机实拍（洁净室环境）

三、工作原理：利用非线性相互作用实现超衍射极限加工

P1500无掩模超衍射极限加工激光直写系统 的基本工作原理是：激光（通过脉宽与功率精确调制）作用于薄膜材料，使材料局部产生性质变化——包括光学性质（折射率、透过率）、力学性质（模量、粘弹性）、热学性质（热导率、热塑性）和电学性质（电导率、迁移率）等，从而在材料表面"写"出设计的微纳图形，进而制造出相应性质的多种微纳器件。

常规光学加工的聚焦光斑尺寸受衍射极限 d=λ/2N.A 约束。华维纳技术团队利用激光与材料的非线性相互作用——只有在光斑中心能量超过材料烧蚀/改性阈值的极小区域才会发生有效加工——使实际加工区域远小于聚焦光斑本身，从而获得超越衍射极限的加工分辨率。相关研究成果已发表于国际期刊 Journal of Nanoscience and Nanotechnology（2010, 10: 7134）。

图 2 超衍射极限加工原理示意：仅光斑中心超过材料阈值的区域发生有效加工

借助这一原理，系统在钛（Ti）金属薄膜上加工出的孔洞直径可小于 50 nm；实测刻写孔洞可达 18.4 nm 量级，展现出优异的纳米尺度加工能力。

图 3 钛金属薄膜上刻写的 18.4 nm 孔洞（SEM 图）

四、核心特点

1. 405 nm 高速激光直写，大幅面灵活拼接

单帧即可实现满幅 1500 μm 的刻写范围，并可通过移动台重复或重新刻写图案，实现更大面积的图形刻写。

2. 精细网格刻写能力

刻写网格间隔可达 75 nm（可根据需求自定义调整）；配合 DE4 高阶 FPGA 开发板与自主设计的高精度信号采集与输出控制电路，压电陶瓷运动平台可在 1500×1500 μm 全行程内以 75 nm 步长扫描，获得 20000×20000 像素点的精细刻写图像。

3. 高精度运动与聚焦系统

采用德国 PI 压电陶瓷工件台，定位精度达 1 nm；X/Y 行程可达 1500×1500 μm，可实现 10 Hz 的往复刻写扫描；Z 轴实时聚焦跟踪范围 100 μm，可全程自动追踪样品表面起伏。

4. 全自动聚焦与高速追焦

样品刻写前，系统可自动完成样品形貌起伏扫描，为刻写过程中的聚焦跟踪提供匹配数据，有效提高刻写精度与一致性。

5. 实时图像监控与反射率检测

系统配备 CMOS 实时监视模块与反射率检测分析模块，可对刻写过程进行实时监控，并对刻写后的图形进行观察与测量，监控图像数据可导出用于分析存档。

6. 数据输入灵活，"所想即所得"

支持标量格式与矢量 DWG 格式输入，可直接读取 TIFF、BMP、JPG 等常见图片，用户可使用各类常用绘图软件设计图形，灵活调整刻写内容。

7. 多规格物镜可选

大数值孔径物镜刻写线条精细，适用于精细刻写；小数值孔径物镜工作距离远、焦深大、视场大，适用于快速大面积刻写。用户可根据加工需求灵活更换。

8. 高稳定性整机设计

一体式大理石防震基座、真空吸附载物台、气浮防振平台、模块化光路设计、人体工学防气流扰动外壳，刻写、聚焦、监视互不干扰，各操作环节均有锁定与防震设计，保障高倍图像清晰稳定。

五、受体材料与典型应用

受体材料覆盖面广：系统打破了传统激光直写只能使用有机光刻胶的限制，除各类有机光刻胶外，还可在半导体相变材料、金属材料等多种受体材料上直接加工；对基板材料无特殊要求，可在普通玻璃板、石英玻璃板、硅片、镍板、蓝宝石衬底外延片、碳化硅衬底外延片等多种材料上进行激光直写。

典型应用方向：

l  灰度掩模 / 灰度光刻（灰度控制可达 3000 级以上）

l  掩模板加工与修复

l  微透镜阵列、菲涅尔透镜等光学微器件制备

l  微纳电路、柔性电路制备

l  微流控芯片制造

l  金属光栅、结构色制备

l  图案化二维材料、超表面等前沿科研方向

六、刻写实例

图 4 刻写示例：(a) 层次分明的灰阶条；(b) 连续可调灰阶；(c) 透镜阵列灰度掩模；(d) 高分辨浮雕透射像；(e) 高分辨浮雕反射像

图 5 由灰度光栅掩模转移到光刻胶上的均匀立体化图案（灰度掩模加工应用）

图 6 微透镜阵列灰度掩模及其制备的均一微透镜阵列、焦点成像效果

图 7 微纳电路图形刻写结果（SEM 图）

图 8 光栅结构刻写结果（SEM 图，展示了良好的均匀性与无缺陷特征）

七、控制软件：图形化操作，参数灵活可调

设备搭载华维纳自主研发的 LDW-SC 控制软件（软件著作权所有），采用图形化操作界面，几乎每一项操作均可通过随附计算机完成。软件集成了 S 曲线去噪、PID 追踪、平面模拟、路径生成等核心算法，支持自检、自动聚焦、平面校正、实时监控图像导出等功能；用户可根据样品制备的实际需求，方便地设定激光功率、脉宽、扫描速度、网格间距等各项刻写参数。

图 9 LDW-SC 控制软件操作界面

八、主要技术参数（LDW-P 系列）

注：以上参数来源于公开技术资料，因产品配置不同可能存在差异，最终以双方确认的技术协议为准。

九、安装条件与服务保障

安装使用条件：电源 220 V、功率 ≤ 1 kW；压缩空气 5～7 bar（需过滤水、颗粒及油质）；工作环境温度 21±1 ℃、湿度 45%～60%；可在 ISO Class 5 洁净车间（或万级以上无尘室）中使用。

服务保障：

l  负责设备安装、调试及操作培训

l  仪器自验收合格之日起提供一年保修，保修期内免费修理；保修期外继续提供维修服务及备件供应

l  保修期内质量故障 24 小时内给出解决方案响应，必要时 48 小时内派维修人员到现场

l  提供工艺开发技术咨询和研发支持

l  可根据客户的深度需求进一步改进设备和增加功能，支持定制化设计与制造

十、关于华维纳

苏州华维纳纳米科技有限公司 2011 年成立于苏州工业园区，是一家专注于无掩模纳米光刻机及配套材料研发生产的高科技公司，拥有自有核心知识产权。公司由归国人员和专家学者创立，曾获得苏州工业园区、苏州市、江苏省等各级人才与科技项目支持，2015 年通过高新技术企业认证，研发产品获得高新技术产品称号。公司拥有近二十项知识产权成果，涵盖核心发明zhuan利、商标注册权、软件著作权以及激光直写光刻设备工业标准等，构建了完整的知识产权保护体系。目前已定型的设备包括 HWN-LDW-P 系列、HWN-LDW-L 系列、HWN-LDW-V 系列，已服务于前沿科学研究和新工艺开发。

十一、获取资料

如果您的团队正在面临掩模成本高、打样周期长、纳米级图形加工难、受体材料受限等问题，欢迎与我们取得联系。我们可提供详细技术资料与设备演示，帮助您评估激光直写方案在具体工艺中的适用性。

本文撰写：北京世润科学仪器有限公司（华维纳品牌代理）

审稿及批准：苏州华维纳纳米科技有限公司

日期：2026-10-18

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北京世润科学仪器有限公司

苏州华维纳纳米科技有限公司

声明：本文内容基于厂商公开技术资料整理，所述技术参数与功能因产品配置不同可能存在差异，最终以正式技术协议为准。如有转稿，请提前沟通。