172nm紫外光刻：光学器件高效制造的新机遇！

随着光学器件向微型化、集成化方向快速发展，传统光刻技术在高精度加工、复杂结构成型及柔性器件兼容性等方面逐渐面临瓶颈。172nm紫外光刻技术凭借其短波长、高能量特性以及工艺创新，为光学器件制造提供了全新的技术范式。本文将从技术原理、工艺革新、应用场景及挑战等方面，探讨该技术如何实现更高效的光学器件制造。

一、技术原理与核心优势

172nm紫外光属于真空紫外（VUV）波段，其光子能量高达7.23eV，能够直接裂解有机材料的化学键（如C-C、C-H键），从而实现无掩模直接刻蚀。相较于传统193nm或248nm光源，172nm技术无需依赖光刻胶的化学反应机制，可直接对聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等聚合物进行图案化，显著简化工艺流程。

该技术的核心优势体现在以下三方面：

高分辨率与灵活性：通过优化光学系统设计，172nm光刻可实现亚微米级（最小0.35μm）的加工精度，并支持任意图案的直接编程写入，满足微纳光学元件（如衍射光栅、光子晶体）的高精度需求。

低温工艺兼容性：冷光源设计使工作温度控制在40°C以下，避免高温对柔性基底（如PET、PI）的损伤，为柔性光电器件（如柔性波导、可穿戴光学传感器）的制造奠定基础。

工艺简化与成本优化：省去传统光刻的涂胶、显影等环节，缩短工艺周期。例如，在微流控芯片模具制造中，工艺周期从12小时缩短至4小时，良率提升至95%。

二、光学器件制造中的关键创新

1. 微纳光学结构的精密加工

172nm光刻的高能量光子能够穿透厚层光敏树脂（如500μm），单次曝光即可完成三维微结构的固化，较传统UV-LED效率提升4倍。这种特性在微透镜阵列、光波导耦合器等光学元件的快速成型中具有显著优势。此外，其高深宽比加工能力（可达20:1）和侧壁垂直度误差控制（小于0.5°），为高精度衍射元件提供了新路径。

2. 集成光子器件的制造突破

在集成光子芯片领域，172nm技术通过无掩模编程功能，支持复杂光路结构的快速迭代。例如，中科院开发的超分辨光刻装备在365nm波长下实现22nm线宽，结合172nm多重曝光技术，有望进一步突破至10nm以下，满足硅基光子器件的高密度集成需求。

3. 表面功能化与清洁

172nm紫外光可通过激发氧自由基实现原子级表面清洁，提升材料亲水性。该技术在光学透镜镀膜前处理、光纤端面清洁等环节中，可将污染物分解至ppb级别，确保光学界面的高洁净度，从而降低器件光损耗。

三、应用场景拓展

1. 微纳光学元件制造

在AR/VR设备的波导片制造中，172nm技术可精准加工纳米级光栅结构，提升光耦合效率。例如，采用该技术制备的衍射光栅，其光效率较传统工艺提升30%以上。

2. 柔性光电器件开发

结合低温工艺特性，172nm光刻可兼容柔性基底，推动柔性显示、光学传感等器件的创新。例如，在柔性有机光电探测器制造中，通过直接刻蚀PI基底形成微结构，器件响应速度提升至8μs，响应度达41A/W。

3. 光学封装与集成

在芯片级光学封装中，172nm光源可固化底部填充胶并优化键合界面，减少界面反射损失。某工业级设备单次曝光深度达500μm，固化效率较传统方法提升4倍，助力高速光通信模块的规模化生产。

四、技术挑战与未来方向

尽管172nm光刻技术优势显著，但其规模化应用仍需突破以下瓶颈：

光源稳定性与寿命：现有准分子灯寿命约2000小时，需通过阴极材料优化和气体配比延长至3000小时以上。

光学系统损耗控制：高能紫外光易被常规透镜吸收，需开发低损耗氟化钙（CaF₂）反射镜，目前国产化率不足20%。

产业链协同不足：光刻胶、光源、设备厂商需深度协同。

未来，随着宽禁带半导体材料（如GaN、SiC）与智能控制算法的融合，172nm技术有望在光子集成电路、量子光学器件等领域实现突破。预计到2028年，全球172nm光刻设备市场规模将突破50亿美元，中国凭借全产业链自主创新，或将成为该领域的主导力量。

结语

172nm紫外光刻技术通过高能量光子与工艺创新，为光学器件制造提供了高精度、低损伤的解决方案。其在微纳结构加工、柔性器件兼容性及表面处理等方面的突破，不仅提升了制造效率，更推动了光学系统向更高集成度、更低成本方向演进。随着国产核心设备与材料的持续突破，这一技术将成为光学产业升级的关键引擎，为光通信、量子计算等前沿领域注入新动能。