彭依濠、林耿賢、何育宇 / 工研院電光所
本研究利用數位曝光機將光阻製成精確的微結構，這些微結構可以應用在光學元件、顯示面板等，並提出完整製作流程。動態圖騰取代傳統光罩，極大提高製程靈活性，節省時間與成本。局部曝光技術省去實體光罩製作，利用不同曝光深度設定增加製造彈性，此技術使得製造的光學結構更符合設計需求，可應用於多種光學微結構。從圓形、長條、三角形到矩形的製作示範，展現了數位曝光技術在光學領域的潛力，對光學元件、顯示面板、光學通信等領域具有重要意義，推動光學產業發展。
【內文精選】
實驗設計
實務上，利用軟體給出不同的圖層如圖二，我們將整個立體結構切分成六個圖層，每個圖層搭配不同的曝光能量，由於正型光阻的特性，受到曝光的材料會在顯影時被去除，因此利用這個方法，在不需要的位置透過重複的曝光，將3D形狀較深處的光阻去除。我們根據不同的曝光深度設定不同的曝光參數，以產生具有不同高低差的曝光結果。曝光的圖案可以使用各種繪圖軟體繪製，但最後需轉存成*.gds檔案。曝光圖案需為封閉的區塊，三層曝光就需繪製3個Layer，每一次曝光一個Layer，每一個Layer可設定獨自的曝光參數。本文的做法是使用CAD軟體儲存成*.dxf檔，再使用KLayout軟體轉存成*.gds檔。
圖二、立體結構切分的多圖層
將這些圖層堆疊起來後，會成為一個立體的結構，透過這種動態圖騰的曝光方式，能夠在開發階段節省下非常多的光罩測試費用。
微結構光學量測方式
白光干涉儀(White Light Interferometer)是一種光學檢測儀器，可以針對微結構進行3D的結構量測，其優勢包括：
① 高精度測量：
白光干涉儀可以實現亞微米(Sub-micron)級別的高精度表面形貌測量。在需要非常精確的表面輪廓測量時非常有用，例如在製造業中用於檢測微小元件或高精度元件。
② 全域性：
由於使用白光光源，白光干涉儀能夠同時感測多個波長的光，使其能夠全域性地測量目標表面的形狀。這有助於處理具有不同反射特性的表面，而無需對光源或檢測器進行調整。
③ 快速掃描：
白光干涉儀可以實現快速的表面掃描，因為它能夠一次性收集多個波長的干涉圖，相較於傳統的單波長干涉儀可以更快地生成三維表面形狀。
④ 非接觸測量：
由於是光學測量技術，白光干涉儀通常是非接觸性的，不需要實際接觸被測表面，因此不會對目標材料造成損傷，適用於敏感的或脆弱的材料。
⑤ 適應多種表面：
白光干涉儀不僅能夠測量平滑表面，還可以處理粗糙或反射率變化較大的表面，擴大了其應用範圍。
確認量測手法後，就可以設計實驗DOE。使用不同的能量將光阻曝光，再顯影後會得到不同的厚度，從實驗結果可以看出曝光能量對於結構的深度有趨近線性的關係。在Dose量390處已經可以曝光到將近6 μm，非常接近全部光阻的厚度；最低使用100~130的Dose量，深度大約都是0.4 μm，有可能是光阻在低能量的敏感度較低，因此兩個能量曝光出來的深度差異不大，也有可能是深度小於1 μm，已經接近白光干涉儀的量測極限，所以誤差較大。
數位曝光機製作的光學微結構
圓形在堆疊後會成為圓柱，傳統曝光機如果進行圓形的曝光後，會成為垂直的圓柱，但利用數位曝光機的圖形定義，可以製作出如圓錐的圖形，如圖七所示。並利用白光干涉儀之高精度、全域性、快速掃描和非接觸性等特點，使其成為表面形貌測量領域的重要工具。我們將其使用在這次的微結構測試當中，主要是因為OM是將光源照射到微結構表面反射回透鏡被觀察，但因為光學焦距的問題，如果要有清楚的影像就必須對焦完整，但因為微結構僅有深度上的資訊，所以用OM看到的影像無法呈現立體的結構。使用數位曝光的方式，能夠製作出上下尺寸將近5倍的差異；而如果使用傳統曝光機要製作出這種效果，必須製作數個實體光罩，反覆進行多次的更換光罩及曝光才有可能，且如果要對圖形進行微調，僅能使用曝光能量的調整，否則就需要重新修改實體光罩，造成光罩的成本與製作光罩的時間，對於研發都是相當大的耗費 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、圓柱或圓錐形製作結果
★本文節錄自《工業材料雜誌》448期，更多資料請見下方附檔。