SmartPrint UV采用DMD数字微镜投影，实现无需实体掩模的光刻加工。本文介绍其技术原理、物镜参数、CCD对准、典型工艺及配置差异，展示在二维材料、MEMS、微流控和光电器件研发中的应用。
SmartPrint UV无掩模光刻机-科研半导体光刻应用中的研发“加速器”和工艺“探索器”！
一．当光刻不再需要掩模版
科研及半导体实验室里有一个常见说法：成本压力不仅来自光刻胶和硬盘，也来自每改一次设计就得重新制作的掩模版。一张标准掩模版动辄千元，周期两三周，当研发节奏越来越快，这种“每改一笔就得等半个月”的模式已经成为创新的主要限制因素。
Smart Print UV 是昊量光电推出的一款基于 DMD（Digital Micro-mirror Device，数字微镜器件）投影技术的无掩模光刻系统。它用一块 DMD 芯片替代传统硬掩模，直接把 CAD 设计投影到光刻胶上——想写什么就写什么，从设计到曝光完成可以缩短到几秒钟。
但“无掩模”只是它直观的一项优势。真正让研究人员重视的，是它在微纳加工中那些“看不见的地方”：对准的灵活度、对非标基底的兼容性、对随机分布材料的定制化能力。下面这组来自真实实验的光刻效果图，能说明很多问题。
何为DMD无掩模光刻？
DMD无掩模光刻是光学无掩模光刻技术的一种，该技术使用数字DMD代替传统的掩模，借助于DMD对常规掩膜予以取代而展开光刻成像，借助DMD对光源展开反射式调制，把涉及的虚拟数字掩膜移至硅晶圆基片，进而进行曝光。
DMD无掩模光刻系统本质上是一种高精度加工平台，如图1和图2所示，主要包括投影光源部分、DMD光调制部分、投影物镜和位移平台部分。
图1：DMD单个工作单元图示
图2： 投影拼接式扫描曝光
图3展示了Microlight3D 用 Smart Print UV 加工的典型效果图，覆盖了微电子、光电子学、二维材料、太阳能、MEMS 等多个方向。这些不是渲染图，而是显微镜下的真实样品实拍。
图3 Smart Print UV 典型光刻效果图
这组九宫格显微实拍图，集中呈现了 Smart Print UV 在无掩模光刻场景下的图形化能力——从常规微电子线条到柔性非标基底，再到形状随机的二维材料薄片，均能通过同一套数字化流程完成高精度加工。
微米级电路与功能结构
首排图像展示了设备在标准微纳图案上的基础表现。左图为典型电路/电极掩模图案，灰色基底上的白色线路边缘整齐、连续性好，5 µm 比例尺标示出其微米级加工精度；中图呈现规则的矩形与圆形阵列，这类网格结构常用于传感器、天线及其他功能器件的畴区定义；右图则通过反射与透射双模态光学元件，验证了设备在光学结构加工上的可靠性。
柔性与复杂几何图形
第二排进一步体现了对非传统基底和复杂线型的适应能力。左图是 500 µm 尺度下的微加热器蛇形回路，此类结构常用于二维材料应变工程，需在柔性聚丙烯等易变形基底上实现；中图 50 µm 曲线电极的线宽均匀、走向自然，说明即便在微小尺度下，设备的投影成像仍能保持优良图形保真度。传统接触式曝光在柔性或粗糙表面往往因贴合不良而失效，而 Smart Print UV 的非接触式投影则规避了这一难题。
二维材料器件的“量体裁衣”
第三排能直观说明该技术的独特价值：左图及中图显示了 BN、石墨烯、MoS₂ 等机械剥离二维材料的彩色显微形貌，不同颜色对应不同材料薄片的堆叠与边界；右图则给出了 MoS₂ 范德华结太阳能电池的电极接触结构（含 Au、SiO₂/Si、Ni/Au 等层次）。关键之处在于，每一片机械剥离的二维材料形状、尺寸与位置都不可复现，无法用固定掩模版批量套刻。Smart Print UV 借助 ccd 实时成像，先在屏幕上“看见”薄片，再将 CAD 设计的电极图形直接拖放对准至目标位置，随后完成数字化曝光。这种“看一眼、套一次”的定制加工模式，真正实现了针对单个晶片的随形电极制备，是传统掩模光刻难以企及的。
这些图有一个共同点：每一片二维材料的形状、位置、大小都不一样，无法用统一掩模版加工。Smart Print UV 的做法是用 CCD 相机看到薄片后，在屏幕上把 CAD 图层直接拖到薄片位置上方，进一步完成对准与曝光。这种“量体裁衣”式的加工方式，是传统掩模技术难以实现的。
二．DMD 技术原理：一块芯片如何替代掩模板
Smart Print UV 的核心是一块 DMD 芯片。这块芯片上密密麻麻地排列着数百万颗微小镜面，每一颗都可以独立旋转。当某些镜面转向“开”的方向时，385 nm 紫外 LED 光源就会被反射到光刻胶上；转向“关”的方向时，光就会被挤掉。通过控制每一颗微镜的开关状态，就能把任何 CAD 图案“投影”到基底上。
四档物镜：分辨率与速度的自由切换
| 物镜 | 单次曝光面积 | 可实现特征尺寸 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 1× | 110×110 mm² | 15 µm | 大面积快速原型 |
| 2.5× | 40×22 mm² | 6 µm | 中等分辨率通用加工 |
| 5× | 21×12 mm² | 3 µm | 精细微纳结构 |
| 10× | 10.6×5.9 mm² | 1.5 µm | 高分辨率微纳图案 |
表1 四档物镜参数对照表（单激光切换仅需 2 秒）
实时对准：CCD + CAD图层叠加
Smart Print UV 集成了一颗反馈相机和 590 nm 辅助照明源。用户在屏幕上能同时看到两个层：底层是相机拍到的真实样品图像，上层是半透明的 CAD 设计图层。只要用鼠标拖动 CAD 图层与样品对齐，点击曝光即可。Advanced 版本的对准精度达到 1 µm，能够满足多层套刻的需求。
这种方式对二维材料器件研究者来说是有帮助的。每一片机械剥离的 MoS₂ 或石墨烯薄片的形状和位置都是随机的，传统掩模对准几乎无法完成，而在 Smart Print UV 上只是“看着薄片画电极”那么简单。
三．应用实战：从实验室到论文的完整闭环
3.1 二维材料电极定制：“量体裁衣”式加工
Smart Print UV 在二维材料器件研究中的应用是它技术能力的具体体现。以西班牙研究人员 A. Castellanos-Gomez 团队为例，他们在 GaSe、MoS₂ 等机械剥离薄片上用 Smart Print UV 定义接触电极，相关成果发表在 Nano Letters 2020 和 Nano Energy 2021 上。
他们的做法是：先把剥离好的二维材料薄片转移到 SiO₂/Si 基底上，用 CCD 相机找到薄片位置，然后在 CAD 中绕着薄片边界画出电极图案，定位曝光后先显影、洗胶、镀金属、再剥离，就得到了与薄片良好套合的电极。整个过程不需要任何物理掩模版。
3.2 微加热器与应变工程：柔性基底上的精密加工
同样是 A. Castellanos-Gomez 团队的工作，他们在聚丙烯（Polypropylene）柔性基底上用 Smart Print UV 制作了蛇形微加热器致动器。这类结构通过电流加热产生变形，对二维材料施加可调的应变。研究结果显示，该装置能够在 8 Hz 调制频率下产生达 0.64% 的双轴应变，空间漂移仅 0.03 µm/°C，说明加工精度非常可观。
传统掩模光刻机在柔性基底上面临的核心难题是工作距离太短——接触式曝光会压坏或折损基底。Smart Print UV 的物镜工作距离可达 3 cm，非接触投影有助于解决了这个痛点。
3.3 太阳能电池与光电器件：多层套刻的真实战场
E. Antolin 团队（西班牙马德里理工大太阳能研究所）用 Smart Print UV 制作了 GaInP 太阳能电池结构和 MoS₂ 范德华同质结太阳能电池。后者在 SiO₂/Si 基底上实现了 1.02 V 的开路电压，有源层厚度仅 120 nm，相关结果发表在 Nano Energy 2021, 79, 105427。
这类器件的制作通常需要多步套刻：先定义底电极、再定义顶电极、随后定义接触窗口。每一步都需要与上一步的结构精确对齐。F. Godel 团队（法国）的实验九宫格中的图案就展示了这种多步套刻的能力：上半部分是电阻赨上的电极定义，下半部分是方形和圆形的结节定义，精度和对齐都清晰可见。
四．光刻工艺全解析：Smart Print UV 如何改变流程
Smart Print UV 不仅优化了曝光这一核心环节，更在整体上精简了光刻工艺流程。以下为典型完整工艺示例：
1）基底清洗与表面处理。硅片或玻璃基底依次经丙酮、异丙醇（IPA）超声清洗，去除有机污染物；柔性基底（如 PI、PP）可采用氧等离子体（O₂ Plasma）处理，以提升表面能与光刻胶附着力。
2）旋涂光刻胶。Smart Print UV 兼容多种商用光刻胶，包括 AZ 1500 系列（正胶）、SU-8（负胶，可实现数百微米级厚胶结构）及氨基光刻胶等。以 AZ 1512 HS 为例，4000 rpm 旋涂 40 秒，可获得约 1.2 µm 的均匀胶膜。
3）软烘（Soft Bake）。于热板 95°C 烘烤 60 秒，去除光刻胶中的残留溶剂。该步骤可在普通实验室热板上完成，无需专用设备。
4）Smart Print UV 数字化曝光（核心步骤）。启动 Phaos 软件，导入 CAD/DXF/BMP 设计文件，选定物镜倍率与曝光剂量。通过 CCD 预览界面实时观测基底，将虚拟图层精准拖放至目标位置后执行曝光。以 AZ 1512 HS 为例，10× 物镜下推荐剂量约为 250–350 mJ/cm²，单次曝光仅需数秒至数十秒。
5）曝光后烘焙（PEB，可选但推荐）。对于 AZ 系列正胶，建议在 95–110°C 热板进行 60 秒 PEB，以促进酸催化反应，显著提升图形对比度与线宽控制精度。
6）显影与硬烘（Development & Hard Bake）。正胶使用 AZ 300MIF（或 AZ 726 MIF）显影 40–60 秒；SU-8 等负胶则使用 PGMEA 显影。显影后经去离子水冲洗、氮气吹干，并于 100–120°C 进行硬烘 2–5 分钟，以增强胶膜强度与耐刻蚀性。
7）后续加工（镀膜 / 剥离 / 刻蚀）。根据应用需要选择后续工艺：电极制作采用先镀金属、后去胶剥离（lift-off）；微流控芯片以 SU-8 显影后作为模具，直接浇注翻模 PDMS；需刻蚀的图形化样品可利用核心对准功能后进行反应性离子刻蚀（RIE）。
8）去胶与清理。用氨水或专用去胶液清除剩余光刻胶，完成整个工艺。从 CAD 设计到成品器件，整个流程可在一天内完成。
五．Smart Print UV的使用非常方便
Smart Print UV 的真正价值不仅在参数表上，更在日常使用中那些“不用”带来的便利：
不用制作掩模版。CAD 改一笔就曝光一次，每次修改节省 2000–10000 元的掩模制作费用和 2–3 周的等待时间。对于年产数百次曝光的研发实验室，这等于每年节省十万级的掩模成本。
不用手动对准显微镜。传统掩模对准需要在显微镜下用手轮慢慢调节载物台，而 Smart Print UV 的 CCD 预览界面可以用鼠标直接拖动 CAD 图层与样品对齐。对二维材料薄片这类随机分布的样品，效率提升显著。
不用担心基底翘曲或过厚。物镜工作距离可达 3 cm，能够从容处理翘曲的柔性聚丙烯、厚重的芯片套件、甚至光学镜片这类非标基底。竞品机型的工作距离通常仅数毫米，在非标基底上几乎无法使用。
不用为删除设计而废弃掩模。数字化设计意味着每一版图案都可以多次修改、存档、回溯。实验室中常见的“这版图案改了三次”的情况，在 Smart Print UV 上只是多存了几个 CAD 文件而已。
不用单独隔间，桌面即可运行。整机尺寸仅 52×52×69 cm，重量约 50 kg，普通实验台面即可放置。不需要外部气源、水冷或真空系统，接入 100–240V 常规电源即可工作。
不用复杂培训，上手较快。Phaos 软件界面直观，导入 CAD 文件后几步操作即可完成曝光。新用户通常半天理论讲解 + 一天实操练习即可独立操作。配套的自动剂量测试功能能够快速找到适合的曝光参数。
参数优势
| 对比维度 | 传统掩模光刻 | 电子束直写 (EBL) | Smart Print UV |
|---|---|---|---|
| 掩模成本 | 每版 2000–10k 元 | 无 | 无 |
| 设计修改周期 | 2–3 周（重制掩模） | 即时 | 即时 |
| 分辨率 | 几十 nm 至 µm 级 | 几 nm | 1.5 µm |
| 柔性/厚基底 | 困难（接触式易损坏） | 部分支持 | 良好（3cm 工作距离） |
| 设备成本 | 数百万至千万级 | 千万级 | 百万级以内 |
| 适用性 | 仅限确定图案 | 仅限研究原型 | 研发原型 + 小批量 |
| 运行环境 | 需漂白台/消毒间 | 需真空室 | 普通实验台 |
表2 三种光刻方式在研发场景下的综合对比
Smart Print UV 并不是要取代大规模量产光刻线，而是精准定位在“研发加速器”这个小生态位。它用 1.5 µm 的分辨率、可观的成本和较低的使用门槛，把“想法→实物”的转化周期压缩至小时级。
选型建议：Standard vs Advanced
| 配置项 | Standard 版 | Advanced 版 |
|---|---|---|
| 可实现特征尺寸 | 1.5 µm | 1.5 µm |
| 对准精度 | 2 µm | 1 µm |
| 曝光面积上限 | 70×70 mm² | 110×110 mm² |
| 写入速度 | 77 mm²/min | 220 mm²/min |
| 支持基底尺寸 | Up to 4” | Up to 5”×5” |
| 适用场景 | 教学、单一材料体系验证 | 多项目并行、固态套刻、更大面积 |
表3 两款型号核心参数对照
多样品夹具：支持玻璃载片、4英寸硅片、5英寸方形基底，可根据实际样品定制。
物镜套件：1× 适合大面积快速曝光，10× 适合高分辨率微纳结构，两者配合使用覆盖大多数场景。
Phaos 软件：标配自动剂量测试、多层套刻、步进拼接等功能，同时支持新手和熟练用户。
平台联动：如果涉及微流控设计，可与在线平台联动，快速导出 DXF 文件直接打印。
六．总结
当你的实验室里有了 Smart Print UV，想法到 CAD、CAD 到光刻胶、光刻胶到器件，整个闭环可以压缩到三个小时以内。不再有掩模版的等待、不再有对准的痛苦、不再有柔性基底的无奈。你只需要做的，是打开电脑、画好图、点击曝光。
这样的研发节奏，才是微纳加工该有的样子。
上海昊量光电有限公司作为无掩模光刻机和激光直写光刻机的专业制造商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于SmartPrint UV有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。
如果您对无掩模光刻机有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/details-392.html
欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。
欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
昊量光电凭借强大的本地化销售网络与专业技术支持团队，长期服务于国内数以万计工业及科研客户，涵盖半导体、生物医疗、量子科技、精密制造、生物显微、物联传感、材料加工、光通讯等前沿领域。
昊量光电拥有的专家级的软硬件开发团队及丰富的行业应用经验，可提供：
✅ 全天候售后技术支持——快速响应，确保设备稳定运行；
✅ 定制化解决方案——从售前咨询到安装，培训，系统集成等，满足多样化需求；
✅ 客户高度认可——服务案例覆盖众多头部企业及高端科研机构，客户满意度持续居前列。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
展示全部 
