2. 方法

為了將生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大至大批量，必須為晶圓級壓印工藝提供充足的母版。為此，采用了“步進(jìn)與重復(fù)”（Step-and-Repeat, S&R）母版制作技術(shù)。具體而言，先在4英寸硅片上制備單芯片硬母版（Hard Master, HM），再通過多次復(fù)制將其圖案轉(zhuǎn)移到200毫米或300毫米晶圓上，從而形成覆蓋整個晶圓區(qū)域的全尺寸母版。

如上所述，該工藝鏈?zhǔn)加趩涡酒材赴妫℉M）。圖1所示的150毫米硅基硬母版上的結(jié)構(gòu)是通過電子束光刻技術(shù)定義的：采用可變形狀電子束直寫設(shè)備在化學(xué)放大光刻膠上進(jìn)行曝光，隨后通過反應(yīng)離子刻蝕（RIE）將圖形轉(zhuǎn)移至硅基底中。

如圖1所示，該母版呈現(xiàn)了一幅斯圖加特城堡的圖像，尺寸為1.8厘米 × 1.1厘米。該圖像由納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中不同的顏色是通過不同尺寸和間距（pitch）的柱狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的。雖然產(chǎn)生原始母版顏色的具體機(jī)制尚未進(jìn)行詳細(xì)研究，但壓印后所呈現(xiàn)的顏色本質(zhì)上屬于衍射效應(yīng)。

隨后，這個硬母版（HM）被用于“步進(jìn)與重復(fù)”（Step-and-Repeat, S&R）母版制作過程。使用如圖4a所示的EVG770 S&R系統(tǒng)來創(chuàng)建一個全尺寸的300毫米母版。該系統(tǒng)能夠在完全自動化的過程中分配光刻膠、對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓印和脫模，這對于在盡可能接近原始硬母版的質(zhì)量和保真度下創(chuàng)建多個結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

具體過程如圖1所示，首先將結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)目標(biāo)晶圓上的指定位置，然后與一種UV固化光刻膠接觸。當(dāng)結(jié)構(gòu)填充完成后，用紫外線照射光刻膠，使負(fù)性光刻膠固化。根據(jù)期望的母版布局，在目標(biāo)晶圓的不同位置重復(fù)這一過程，從而創(chuàng)建包含多個芯片的S&R（晶圓級）母版。之后，這個母版便用于實際的器件生產(chǎn)，如圖2所示。

在晶圓級加工過程中，首先需將S&R母版進(jìn)行復(fù)制，以制備所謂的“工作模具”（Working Stamps, WS）。這些低成本的聚合物復(fù)制品隨后用于在器件晶圓上進(jìn)行壓印。引入這一中間步驟（即使用WS）可顯著提升生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和工藝可靠性。

首先，S&R母版通常非常珍貴，因其需具備最佳質(zhì)量以確保后續(xù)復(fù)制過程的精度，因此有必要盡量降低缺陷和顆粒污染的風(fēng)險。通過引入WS這一中間環(huán)節(jié)，可以制造出更具成本效益的聚合物復(fù)制品，并將其用于SmartNIL壓印工藝，從而大幅提高單個晶圓級母版所能實現(xiàn)的壓印次數(shù)。

然而，對于目標(biāo)器件（如增強(qiáng)現(xiàn)實波導(dǎo)）而言，不僅工藝的成本效益至關(guān)重要，整個流程中的圖案保真度同樣關(guān)鍵。因此，本文對復(fù)制結(jié)構(gòu)在整個工藝鏈中的表現(xiàn)進(jìn)行了更深入的分析與研究。