В контексте развития технологий производства «узор» неизменно играет ключевую, хотя и часто недооцениваемую, роль. От первых механических шаблонов до последующих фотолитографических масок и далее — к всё более распространённым цифровым методам генерации узоров — человеческий контроль над ними постоянно усиливается, а вместе с этим меняются и сами способы производства. Это изменение заключается не только в повышении точности; куда важнее то, что сама природа узора трансформируется: он постепенно превращается из фиксированного физического объекта в данные, которые можно редактировать, хранить и вызывать.

Традиционная масочная литография основана на строго детерминистической логике. Сначала осуществляется проектирование, затем — производство; после изготовления маски последующие технологические операции сводятся к повторному воспроизведению заданного рисунка. Такой подход обладает явными преимуществами в условиях промышленного производства, особенно при массовом выпуске, где стабильность и согласованность зачастую важнее гибкости.

Однако когда производственные задачи переходят в стадию научных исследований или ранней разработки, такой подход — «сначала закрепить, затем выполнить» — нередко оказывается слишком медленным. Каждое изменение в проекте требует повторного прохождения довольно полного цикла процессов.

Внедрение цифровых технологий формирования рисунков в определённой степени изменило эту взаимосвязь. Например, в случае литографии без маски на основе цифровых микрозеркальных устройств рисунок переносится не через физическую маску, а непосредственно посредством цифрового файла, управляющего процессом экспозиции. Массив микрозеркал быстро модулирует свет, преобразуя заданный проект в рисунок, проецируемый в реальном времени. Прямым следствием такого подхода является возможность в любой момент вносить изменения в рисунок и немедленно использовать его в следующем эксперименте, что существенно сокращает цикл между проектированием и верификацией.

На практике такие системы обычно интегрируются с микроскопической визуализацией и механизмом фокусировки, что позволяет установить достаточно наглядное пространственное соответствие между рисунком и поверхностью образца. Оператор не просто «вызывает проект», а «проектирует в процессе наблюдения». Например, можно непосредственно наложить новый графический элемент на существующую структуру либо внести локальные изменения непосредственно на микроскопическом изображении и сразу же осуществить экспонирование; такой интерактивный подход придаёт производственному процессу характер непрерывной обратной связи. Проектирование перестаёт быть изолированным предварительным этапом — оно становится неотъемлемой частью всего цикла.

Это изменение особенно заметно сказывается на подходе к итерациям. При разработке микрожидкостных чипов, MEMS‑устройств и других изделий параметры конструкции часто требуют многократной корректировки, чтобы приблизиться к идеальному состоянию. Если каждое изменение будет зависеть от изготовления нового маскирующего слоя, темп экспериментов существенно замедлится.

В рамках цифровой литографической системы становится возможной быстрая верификация нескольких вариантов, что придаёт проектированию всё более выраженные черты «оптимизации методом проб и ошибок». Эта возможность не гарантирует непременно лучшего результата, однако на этапе исследований она действительно открывает гораздо больше возможностей.

Если продолжить снижение масштаба с микрометрового уровня, то электронно‑лучевая литография представляет собой альтернативный цифровой подход. В отличие от оптического параллельного экспонирования, электронный луч формирует рисунок посредством сканирования, точка за точкой; при этом управление этим процессом ближе к тонкой ручной проработке. Такой метод обладает преимуществом в разрешении и позволяет создавать структуры более мелких размеров. В ходе этого процесса сам рисунок также задаётся в виде данных и преобразуется системой управления в конкретную траекторию экспонирования.

Одной из характерных проблем электронно‑лучевой литографии является эффект соседства, при котором рассеяние электронов в материале влияет на размеры и форму конечного рисунка. Этот феномен напоминает, что процесс изготовления — это не простое «выведение по чертежу», а сложный процесс, ограниченный физическими механизмами.

Соответственно, в инженерной практике обычно применяются методы коррекции дозы и другие подходы, позволяющие регулировать экспозицию в различных зонах и добиваться результатов, близких к проектным заданиям. Такой способ устранения производственных погрешностей с помощью вычислительных моделей является важной составной частью цифрового производства и отражает формирующуюся замкнутую связь между «проектированием — вычислениями — производством».

С более широкой точки зрения значение цифровых технологий проектирования заключается не только в повышении эффективности и точности, но и в том, что они переосмысливают место дизайна в процессе производства. Когда проект превращается в данные, производственный процесс приобретает возможность быть зафиксированным, сравниваемым и воспроизводимым.

Различные варианты проектов могут быть быстро проверены, а их результаты — систематически накапливаться. Такая возможность накопления позволяет опыту выйти за пределы отдельного индивида и распространяться и совершенствоваться в более широком масштабе.

В практической деятельности внедрение такого «дизайн‑мышления» постепенно становится очевидным. Например, в исследованиях микро‑ и наноструктур учёные часто изменяют геометрические параметры, чтобы наблюдать за изменениями свойств; при разработке устройств на основе новых материалов даже незначительные различия в структуре электродов могут приводить к измеримым электрическим эффектам; в области микрооптики реализация непрерывных структур с помощью управления уровнем серого также является примером прямого перехода от проектирования к производству. Общим для этих процессов является то, что они опираются на многократные эксперименты и поэтапную корректировку, а цифровые инструменты играют в них роль средства сокращения пути.

В таких условиях некоторые устройства начинают охватывать различные масштабы и сферы применения. Например, на микромасштабном уровне для быстрой валидации рисунков используется безмасочная литография, тогда как при требовании ещё более высокого разрешения для изготовления тонких структур применяется электронно‑лучевая литография. Такое плавное переключение от быстрого прототипирования к высокоточной обработке превращает производственный процесс из однозначного пути в своего рода набор комбинируемых технологических цепочек. На практике различные технологии зачастую не находятся в отношениях замещения — их выбирают и совмещают в зависимости от конкретных задач.

Продуктовая линейка компании «ZEPTOOLS» в данном направлении выстроена именно в русле подхода, основанного на «координации множественных путей». С одной стороны, благодаря системам безмасочного фотолитографирования удается снизить порог входа в процесс изготовления микроструктур, что позволяет большему числу лабораторий в сжатые сроки проводить проверку проектных решений.

С другой стороны, оборудование для электронно‑лучевой литографии обеспечивает более высокое разрешение обработки, что позволяет удовлетворять потребности передовых исследований в создании структур на наноуровне. Такая интеграция не делает акцент на отдельных показателях производительности, а скорее ориентируется на взаимосвязь и согласованность различных инструментов.

Возвращаясь к формулировке «от пикселей до нано», её можно трактовать как способ соединения двух миров. Пиксели принадлежат цифровому миру — они дискретны и поддаются редактированию. Нано‑размеры относятся к физическому миру — они конкретны и обладают жёсткими ограничениями. Ценность технологии цифрового проектирования заключается в том, что она устанавливает стабильное отображение, позволяя с минимальными затратами преобразовывать проект в реальную структуру. В этом процессе производство постепенно приобретает программируемый характер, а дизайн перестаёт быть лишь отправной точкой — он становится переменной, постоянно включённой в цикл.

Эти изменения, возможно, ещё находятся в стадии формирования, но их тенденцию уже можно наблюдать. По мере того как всё больше производственных процессов переводится в цифровой формат, моделируется и интегрируется в итеративные системы, сама траектория технологического прогресса также может корректироваться. В определённом смысле производство перестаёт быть лишь «изготовлением чего‑то» и постепенно превращается в вопрос о том, как лучше воплощать дизайн. И в этом переходе роль цифровых инструментов для создания узоров будет становиться всё более фундаментальной — и одновременно всё более ключевой.

Справочные материалы 
1. Коннолли, Питер; Жэнь Симин; Маккарти, Онгус; Май, Ханнинг; Вилла, Федерика; Уодди, Эндрю; Тагизаде, Мохаммад; Този, Альберто; Дзаппа, Франко; Хендерсон, Роберт; Буллер, Джеральд. (2020). Дифракционные микролинзы с высоким коэффициентом концентрации, интегрированные с массивами детекторов на основе CMOS‑самосрабатывающих лавинных диодов, для повышения коэффициента заполнения. Applied Optics. 59. С. 4488–4498. doi: 10.1364/AO.388993. 
2. Тянь, Вэйчэн. (2023). Прогресс исследований в области лазерной литографии. Журнал физики: Серия конференций. 2608. 012016. 10.1088/1742-6596/2608/1/012016. 
3. Чжэн, Ци и Чжоу, Цзиньюнь, а также Чэнь, Цимин, Лэй, Лян, Вэнь, Куньхуа и Ху, Имин. (2019). Быстрое прототипирование решётки Дамманна в маск-лесс литографии на основе DMD. IEEE Photonics Journal. Т. 11. С. 1–1. 
4. Руй, Д., Чжан, Л., Вэй, Ю., и Су, Ю. (2025). Метод коррекции наложения при высокоразрешающей передовой литографии для повышения производственных характеристик интегральных схем. Nanoscale Advances, 7(20), 6563–6574.