具體研究成果

1. 微小增光分色元件之光學設計理論與技術之建立：

本研究針對微透鏡之曲率與閃耀式光柵之繞射效率與其繞射角之模擬分 析，求出一最佳化之光學設計尺寸，並整合了微透鏡與閃耀式光柵之光學特性成 為一增光分色元件。

2.灰階光罩製程技術的建立：

此精密光學增光分色元件的前段製程技術包括灰階光罩之設計與製作與光 學微影製程。本研究以AutoCAD 或 Cadence 等佈局軟體完成 GDSII file 之設計，

並交由灰階光罩製造商 Caynon Material 公司製作，本研究總共設計了三種不同 參數的灰階光罩，並且配合微影蝕刻製程在矽基板上製作出 3-D 之微型增光分 色元件，其尺寸精度高達25.0±2.0μm(微透鏡直徑)、3.0±0.3μm（光柵寬度）、

1.0±0.2μm（光柵厚度）。（成果如表5-1 所示）

3. 精密電鑄翻模技術之建立：

本研究團隊自行設計一精密電鑄槽，經由此精密電鑄過程，將 Si 基板上的 微型增光分色元件翻製成金屬鎳模，目前技術已可使模厚高達 300µm 以上，且

4. 微熱壓成型技術之建立：

本研究團隊自行研發精密壓板式熱壓成型機與創新氣體微熱壓技術。在微光 學元件的熱壓成型方面，已完成基礎製程參數之研究，並找到影響成品品質的關 鍵因子，並且成功的複製出晶片尺寸與晶圓尺寸的微透鏡與微光柵等精密光學元 件，其尺寸精度高達 25.0±1.0μm（微透鏡直徑）、3.0±0.2μm（光柵 Pitch）、

1.0±0.2μm（光柵 Thickness），且製程良率>90%。（成果如表5-1、圖5-1與圖 5-2所示）

5. 微射出成型技術之建立：

本研究團隊自行研發精密微射出成型機，最高衝擊氣壓 100psi，最高射速 4000mm/sec。主要原理是以氣壓推動衝錘，以高速行進中的衝錘撞擊射出的柱塞 桿，推動熔膠，將融膠射入模穴之內，快速充填模穴成型。在微射出製程研究方 面，已完成基礎的成型參數與融膠充填流動觀察等實驗，在產能提升方面，也建 立了完整的微光學元件、雙面微結構、一模多穴的微射出成型技術。（成果如圖 5-3所示）

6. 創新型微光學增光分色片概念之實現：

本研究利用微機電系統與微複製成型技術，製作整合微透鏡(Micro-lens)與改 良式之閃耀式光柵(Blazed Grating)等微光學元件於同一層高分子薄膜上，經過光 學量測後，週期 4µm 之光柵光學繞射效率≧41％，而週期 3µm 之光柵光學繞射 效率≧35％ (圖 5-4)。在光利用效率上已經超越傳統彩色濾光片之極限(33%)，

對於提升影像感測器之畫質與效能上有很大的幫助。

表5-1 研究成果

具體查核項目 第二年查核點要求 第二年實際成果

光阻成型- 灰階光罩製程

（子計畫一）

微透鏡尺寸：

直徑=25.0±2.0µm 焦距=162.0±5.0µm 光柵尺寸：

寬度＝3.0um±0.2µm 厚度=1.0±0.2µm

直徑=25.0±2.0µm 焦距=162.0±5.0µm

（以子畫素為8μm 為主）

光柵尺寸：

寬度=3.0um±0.2µm Thickness=1.0±0.2µm

繞射效率已提升至35%以上 製程良率≧70%

微精密電鑄成型

（子計畫一）

微透鏡部份：

直徑=25.0±2.0µm 焦距=162.0±5.0µm 光柵部分：

寬度=3.0um±0.2µm 厚度=1.0±0.2µm 電鑄厚度：1.0±0.2mm

微透鏡尺寸：

直徑=25.0±2.0µm 焦距=162.0±5.0µm 光柵尺寸：

寬度=3.0um±0.2µm Thickness=1.0±0.2µm

電鑄厚度：已成功電鑄出各種厚

Surface Roughness≦500nm 光柵部分：

Pitch=3.0±0.2µm Thickness=1.0±0.2µm 熱壓翻製後：RGB 確實定位

Diameter =25.0±1.0µm

Surface Roughness (Ra)＝460nm 光柵尺寸：

Pitch=3.0µm±0.2µm Thickness=1.0±0.2µm

熱壓光柵成品繞射效率≧35%

Surface Roughness≦500nm 光柵部分：

Pitch＝3.0µm±0.2µm Thickness=1.0±0.2µm 熱壓翻製後：RGB 確實定位 且以6~10μm 為子畫素尺

成功射出一模四穴具雙面微結構 的微增光分色片

微透鏡尺寸：

Diameter =25.0±1.0µm

Surface Roughness (Ra)＝460nm 光柵尺寸：

Pitch=3.0µm±0.2µm Thickness=1.0±0.2µm

寸。RGB 繞射效率≧30%

製程良率>70%

射出成品繞射效率量測≧35%

製程良率：複製性良好，良率超 越70%

微透鏡Ni模 塑膠微透鏡

熱壓成型

熱壓成型

塑膠光柵 光柵Ni模

圖5-1微光學元件之複製性

圖5-2 晶圓尺寸雙面微結構微熱壓成品

圖5-3 一模四穴雙面微結構微射出成品

3um閃耀式光柵繞射效率分析 Diffraction Efficiency Analysis

0

Diffration Order

Red

步驟(一)：將設計製作完成之灰階光罩(HEBS Mask)以正常之曝光、顯影程 序先於透明之玻璃基板上製作出第一道非完美的閃耀式光柵。再將此一已製作具 有光柵圖案之透明玻璃基板當作第二次微影製程之光罩使用，並以上小節所述敘 之光阻吸收能量之效果為此一方法之概念，再進行第二次之灰階微影。

步驟(二)：在進行第二次之灰階微影時，考量第一次灰階微影所製作出之頂