用于增强现实波导制造的纳米压印光刻技术（二）

2. 方法

为了将生产规模扩大至大批量，必须为晶圆级压印工艺提供充足的母版。为此，采用了“步进与重复”（Step-and-Repeat, S&R）母版制作技术。具体而言，先在4英寸硅片上制备单芯片硬母版（Hard Master, HM），再通过多次复制将其图案转移到200毫米或300毫米晶圆上，从而形成覆盖整个晶圆区域的全尺寸母版。

如上所述，该工艺链始于单芯片硬母版（HM）。图1所示的150毫米硅基硬母版上的结构是通过电子束光刻技术定义的：采用可变形状电子束直写设备在化学放大光刻胶上进行曝光，随后通过反应离子刻蚀（RIE）将图形转移至硅基底中。

如图1所示，该母版呈现了一幅斯图加特城堡的图像，尺寸为1.8厘米 × 1.1厘米。该图像由纳米结构构成，其中不同的颜色是通过不同尺寸和间距（pitch）的柱状结构实现的。虽然产生原始母版颜色的具体机制尚未进行详细研究，但压印后所呈现的颜色本质上属于衍射效应。

随后，这个硬母版（HM）被用于“步进与重复”（Step-and-Repeat, S&R）母版制作过程。使用如图4a所示的EVG770 S&R系统来创建一个全尺寸的300毫米母版。该系统能够在完全自动化的过程中分配光刻胶、对准结构进行压印和脱模，这对于在尽可能接近原始硬母版的质量和保真度下创建多个结构至关重要。

具体过程如图1所示，首先将结构对准目标晶圆上的指定位置，然后与一种UV固化光刻胶接触。当结构填充完成后，用紫外线照射光刻胶，使负性光刻胶固化。根据期望的母版布局，在目标晶圆的不同位置重复这一过程，从而创建包含多个芯片的S&R（晶圆级）母版。之后，这个母版便用于实际的器件生产，如图2所示。

在晶圆级加工过程中，首先需将S&R母版进行复制，以制备所谓的“工作模具”（Working Stamps, WS）。这些低成本的聚合物复制品随后用于在器件晶圆上进行压印。引入这一中间步骤（即使用WS）可显著提升生产的经济性和工艺可靠性。

首先，S&R母版通常非常珍贵，因其需具备最佳质量以确保后续复制过程的精度，因此有必要尽量降低缺陷和颗粒污染的风险。通过引入WS这一中间环节，可以制造出更具成本效益的聚合物复制品，并将其用于SmartNIL压印工艺，从而大幅提高单个晶圆级母版所能实现的压印次数。

然而，对于目标器件（如增强现实波导）而言，不仅工艺的成本效益至关重要，整个流程中的图案保真度同样关键。因此，本文对复制结构在整个工艺链中的表现进行了更深入的分析与研究。