科技部補助產學合作研究計畫成果精簡報告
新型軟性光罩微影製程技術與機台開發暨產業應用
計 畫 類 別 ： 開發型 計 畫 編 號 ： MOST 108-2622-E-006-016-CC2 執 行 期 間 ： 108年06月01日至109年05月31日 執 行 單 位 ： 國立成功大學機械工程學系（所） 計 畫 主 持 人 ： 李永春 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理：陳宥翔 碩士班研究生-兼任助理：歐逸煌 博士班研究生-兼任助理：許永昕 博士班研究生-兼任助理：簡弘量 處 理 方 式 ： 公開方式：立即公開中 華 民 國 109 年 10 月 09 日
中 文 摘 要 ： 「軟性光罩微影」(Soft Photomask Lithography) 技術是由本計畫 研究團隊於2014年左右研發完成，用於發光二極體(LED)產業中圖案 化藍寶石基板 (Patterned Sapphire Substrate, PSS) 的量產製程 ；此技術的核心是一「金屬嵌入式」的PDMS性光罩，配合UV準直光 源，執行micrometer 與sub-micrometer等級之UV曝光製程。本計劃 將舊有之金屬型軟性光罩，利用團隊這幾年所發展的「精準力學控 制之液珠壓印系統」，進一步改良成為「黑光阻嵌入式」的軟性光 罩微影技術；後者的創新製程技術更加簡單與穩定，而且光罩的成 本更低、產率更大、且可重複清洗使用，因此可以大幅提升此一技 術在半導體與光電產業上的競爭力。 另外，本計畫引入研究團隊近二年發展成功的「光點陣列斜掃描之 高精度無光罩曝光」技術與機台，用於製作大面積、小線寬、任意 複雜圖型的光阻結構，可以取代傳統半導體製程製作之矽母模，用 於翻製軟性光罩中的PDMS模仁。整合上述幾樣項關鍵技術，本計畫 建構了一新型態、完全技術自主、符合產業量產需求之黃光微影製 程技術與機台設備。 最後，本計畫將前述二項技術：「黑光阻嵌入式軟性光罩」 與「具 光罩對準功能之軟性光罩曝光機」，應用於光通訊與光電產業中新 型黃光製程。完成以下三大項的工作內容： 1.新型軟性光罩微影製程技術應用於PSS的量產製程技術開發: 本項 技術開發係因應銳捷光電公司有意應用 ”新型軟性光罩微影製程技 術” 於4” 或6” Notched PSS的量產製程，因此所投入的研發與 研發成果；後續可以授權銳捷光電公司使用。 2.大面積微透鏡陣列的製程技術開發: 本項技術開發係因應銳捷光 電公司詢問有關大面積之微透鏡陣列的製程技術，應用於手機之觸 控感測器；因此，本實驗室開始研究 ”以光阻孔洞與金屬濕蝕製程 製作大面積微透鏡陣列” 的製程技術與方法，本研究成果後續可以 授權銳捷光電公司使用。 3.應用於黃光微影製程之無光罩曝光機的系統開發: 本項技術開發 配合銳捷光電公司的發展規劃，完成無光罩曝光機的系統開發，包 括：系統架構、設備設計、細部工程、實測成果、與產業可應用性 ；將之前發展之”高精度無光罩曝光機”技術加以強化與擴充，使 其應用的範圍更廣，可有利於後續銳捷光電公司的直接應用。 中 文 關 鍵 詞 ： 黃光微影製程、軟性光罩微影技術、圖案化藍寶石基板、液珠壓印 系統、黑光阻嵌入式軟性光罩、光罩對準、無光罩曝光技術、無光 罩曝光機
英 文 摘 要 ： Soft Photomask Lithography was developed by this research team by 2014, and has been used in manufacturing patterned sapphire substrates (PSSs) in light emitting diodes (LEDs). The key element in this new type of photolithography
technology is a soft photomask prepared by embedding a layer of patterned metal film into a PDMS mold. This soft photomask can work with a UV light source for achieving photolithography UV patterning at the feature size of micrometer and sub-micrometer scales.
metal-embedded soft photomask by a new type of black photoresist embedded soft photomask. The preparation of this black photoresist embedded soft photomask is based on a new method of nano-imprinting using a liquid droplet of black photoresist. This new nano-imprinting method was recently developed by this research team. This new approach has many advantages in comparison with its earlier counterpart, such as the easiness and stability in preparing the soft
photomask, lower cost, fast production speed, and higher yield rate. Therefore, by introducing this new method to the LED-PSS industry, the company can be more competitive in business.
In the same time, the maskless lithography technology based on digital light processing (DLP) and digital mirror device (DMD) will be used in conjunction with the soft photomask lithography system. This DMD-based maskless lithography system was recently established by this research team for producing photoresist microstructures with fine
linewidth/spacing, large patterning area, arbitrary and complicated patterns, and an affordable expense. With the capability of this maskless lithography system, we are able to produce the mother molds for replicating PDMS soft molds used for soft photomask lithography. It means this research project will create a totally new photolithography
technology and its equipment and systems, and with 100% technology autonomy and intellectual property. By carrying out this research project, we can not only support Taiwan industry in advanced microfabrication but also take a leading role in related technology development.
Finally, this research project combined the black-PR embedded soft photomask lithography and the maskless
lithography system to the manufacturing of a variety of 2D and 3D microstructures used in current industry. Examples include the patterned sapphire substrates used in LED, the microlens arrays used in touching sensing of mobile phones, and the randomly distributed 2D/3D microstructures for light-guiding plates used in flat-panel-display industry. 英 文 關 鍵 詞 ： Photolithography, Soft Photomask Lithography, Patterned
Sapphire Substrate, Liquid Droplet Imprinting System, Black Photoresist Embedded Soft Photomask, Mask Alignment
科技部補助產學合作研究計畫成果精簡(進度)報告
計畫名稱：
新型軟性光罩微影製程技術與機台開發暨產業應用
計畫類別：□ 先導型 ▓ 開發型 □ 技術及知識應用型
□創新營運模式產學合
作計畫
計畫編號：MOST 108-2622-E-006-016 -CC2
執行期間： 108 年 06 月 01 日 至 109 年 05 月 31 日
執行單位：國立成功大學、機械工程系
計畫主持人：李永春 教授
共同主持人：
計畫參與人員：簡弘量、許永昕 (博士班學生、兼任研究助理)
杜佩綺、陳宥翔、歐逸煌 (碩士班學生、兼任研究助理)
研究摘要（500 字以內）：
「軟性光罩微影」(Soft Photomask Lithography) 技術是由本計畫研究團隊於 2014 年左右研 發完成，用於發光二極體(LED)產業中圖案化藍寶石基板 (Patterned Sapphire Substrate, PSS) 的量 產製程；此技術的核心是一「金屬嵌入式」的 PDMS 性光罩，配合 UV 準直光源，執行 micrometer 與 sub-micrometer 等級之 UV 曝光製程。本計劃將舊有之金屬型軟性光罩，利用團隊這幾年所發 展的「精準力學控制之液珠壓印系統」，進一步改良成為「黑光阻嵌入式」的軟性光罩微影技術； 後者的創新製程技術更加簡單與穩定，而且光罩的成本更低、產率更大、且可重複清洗使用，因 此可以大幅提升此一技術在半導體與光電產業上的競爭力。 另外，本計畫引入研究團隊近二年發展成功的「光點陣列斜掃描之高精度無光罩曝光」技 術與機台，用於製作大面積、小線寬、任意複雜圖型的光阻結構，可以取代傳統半導體製程製作 之矽母模，用於翻製軟性光罩中的 PDMS 模仁。整合上述幾樣項關鍵技術，本計畫建構了一新型 態、完全技術自主、符合產業量產需求之黃光微影製程技術與機台設備。 最後，本計畫將前述二項技術：「黑光阻嵌入式軟性光罩」 與「具光罩對準功能之軟性光 罩曝光機」，應用於光通訊與光電產業中新型黃光製程。完成以下三大項的工作內容： 1. 新型軟性光罩微影製程技術應用於 PSS 的量產製程技術開發: 本項技術開發係因應銳捷光電 公司有意應用 ”新型軟性光罩微影製程技術” 於 4” 或 6” Notched PSS 的量產製程，因此所投 入的研發與研發成果；後續可以授權銳捷光電公司使用。 2. 大面積微透鏡陣列的製程技術開發: 本項技術開發係因應銳捷光電公司詢問有關大面積之微 透鏡陣列的製程技術，應用於手機之觸控感測器；因此，本實驗室開始研究 ”以光阻孔洞與金 屬濕蝕製程製作大面積微透鏡陣列” 的製程技術與方法，本研究成果後續可以授權銳捷光電公 司使用。
3. 應用於黃光微影製程之無光罩曝光機的系統開發: 本項技術開發配合銳捷光電公司的發展規 劃，完成無光罩曝光機的系統開發，包括：系統架構、設備設計、細部工程、實測成果、與產 業可應用性；將之前發展之”高精度無光罩曝光機”技術加以強化與擴充，使其應用的範圍更 廣，可有利於後續銳捷光電公司的直接應用。
人才培育成果說明：
簡弘量: 博士班學生，2020 年 10 月畢業，博士論文為「光點陣列斜掃描無光罩式微影系統開 發」(Maskless Lithography Systems Based on Point Array Scanning Method)，將任職於外商公司。 許永昕：博士班學生，預計 2022 年畢業，博士論文為「無光罩式曝光機與大面積 3D 微結構製程技術開發」，預計將爭取餐與千里馬計畫、或國外博士後之研究職位。
杜佩綺: 碩士班學生，2019 年 8 月畢業，碩士論文為「奈米壓印暨黑光阻嵌入式軟性光罩之 微奈米製程與應用」 (Nano-Imprinting and Black Photoresist Embedded Soft Mask Lithography for Micro/Nano-Fabrication)，目前任職於台積電。 陳宥翔：碩士班學生，預計 2020 年 12 月畢業，碩士論文為「黑光阻嵌入式軟性光罩微影技 術與曲面 3D 微結構製程技術開發」。 歐逸煌：碩士班學生，預計 2021 年 8 月畢業，碩士論文為「奈米壓印與曲面 3D 微結構製程 技術開發」。 學生論文與得獎紀錄： 2019 年 11 月，指導學生參加 2019 年「台灣精密工程學會」之「漢民科技論文獎」，入選三 項研究：以「高精度數位光學與光纖微透鏡陣列之滾筒模仁製程技術」(楊善、曾怡鈞) 獲得 第三名的“銅獎”，獎金 2.5 萬元。 2019 年 12 月 7、8 日，指導學生參加「中國機械工程學會第 36 屆全國學術研討會暨學生論文 發表競賽」，二名學生的碩士論文進入「學生論文競賽決賽」，並分別獲得第一與第三名： (1). 「學生論文競賽決賽-第一名」：杜珮綺、「奈米壓印暨黑光阻嵌入式軟性光罩之微奈米 製程與應用」; (2). 一名學生之碩士論文獲選「學生論文競賽決賽-佳作」：王泰毅、陳宥翔「高精度奈米壓 印微影技術與高階光電 元件之製程應用」。
技術研發成果說明：
1. 新型的液珠壓印機台與壓印方法: 本研究發展一種新型態的紫外光 (UV) 固化奈米壓印技術與壓印系統，其核心技術與關鍵突破 點有三：(1) 以鳩尾環固定之 PDMS 壓印模具、(2) 可控制接觸壓力分佈的壓印機制、(3) 光阻液 滴由中心向外擴散的壓印方式。根據此一奈米壓印技術與機台，本文成功於 4” 基板上製作出微米 尺度與奈米尺度之大面積的微結構，並有效控制其殘留層的厚度；另外，本研究繼續翻轉與延伸 此一奈米壓印技術，使其可以應用於製作出良率更高、接近無缺陷的黑光阻嵌入式軟性光罩，之 後應用於發光二極體 (Light Emitting Diode, LED) 產業中圖案化藍寶石基板 (Pattern Sapphire Substrate, PSS) 的製程應用。在壓印機台的設計架構中，本論文使用上、下二軸獨立運動控制之施力機構，搭配 UV 光源、 曲面可撓性壓印模具、鳩尾環固定之平面 PDMS 模仁，因此可以透過圓形軸對稱擴散的施壓方式， 將 UV 光阻劑的液滴驅趕至基板表面與軟性光罩結構當中；由於軟性 PDMS 模仁能夠完整地貼覆 於基板上，因此可以提升大面積製程的可行性，並改善傳統硬式光罩高成本與低良率等製程問題。 此一設 計概念先以有限元素法 (Finite Element Method) 進行力學分析，再藉由壓力感測器 (Pressure Sensing System) 的實驗量測加以驗證，以找出曲面模仁最佳設計方法。
本文成功使用奈米壓印技術於四吋基板上製作週期 3 um、線寬 2 um、高度 2.3 um 之柱狀結 構，並以水溶式 PVA 複合 PDMS 軟性模仁於四吋基板上製作出週期 300 nm、線寬 150 nm、深度 176 nm 之洞狀結構；此外，也成功製作出五吋黑光阻嵌入式軟性光罩，並配合一平行紫外光源於 四吋基板上製作出週期 3 um、線寬 2 um、深度 2.5 um 之柱狀結構，充分實現本文所發展之奈米壓 印系統於製作奈微米尺寸結構與黑光阻軟性光罩之可行性與應用潛力。 圖(一)、新型液珠壓印的壓印方法 圖(二)、新型液珠壓印的壓印機設計
圖(三)、新型液珠壓印的壓印成果 2. 黑光阻嵌入式的軟性光罩微影製程: 本計畫所完成之「黑光阻嵌入式」軟性光罩，其基本架構如圖(四)所示，其中，以製作圖案化 藍寶石 (PSS) 的軟性光罩為例，其 PDMS 光罩中的孔洞將被填滿黑光阻，以取代金屬層成為 UV 的擋光層。計畫的重點是找出一種最佳的「黑光阻嵌入式軟性光罩」的製作方法，如圖(五)所示， 利用 PDMS 模具對黑光阻的奈米壓印技術來完成。其中，首先讓 PDMS 軟性光罩微微地有一點曲 面突出，並與一黑光阻液滴接觸，而黑光阻液滴則是滴在一高度疏水性或抗沾黏的基板上；接著控 制壓印的壓力分佈與 PDMS 的軟模變形，以完成 PDMS 軟模對黑光阻液的壓印製程，再加熱或 UV 固化之後，與高疏水性或抗沾黏的基板分離，即可以得到圖(四)的「黑光阻嵌入式」軟性光罩。其 中，PDMS 軟性光罩在與黑光阻壓印前，其表面會先經過氧電漿 (O2 Plasma) 的處理，以增加與黑 光阻的鍵結能力；而高疏水性的基板表面，也會讓固化後的黑光阻留在 PDMS 模仁的凹洞中，並擔 任光罩吸光與擋光的功能。 圖(五)、以「黑光阻液珠壓印法」製作「黑光阻嵌入式軟性光罩」。 圖(四)、「黑光阻嵌入式」軟性 光罩的結構與應用。
本計畫提出之新型「黑光阻嵌入式」軟性光罩，在實際工程應用上具有以下幾個重大的優勢： 軟性光罩製程大幅度簡化，不需要大型或貴重機台，也無須真空製程； 軟性光罩製作的時間短，產速高，產量大；軟性光罩製作成本可以大幅降低； 軟性光罩的缺陷數可以顯著降低，甚至為零；UV 曝光時只需要控制環境 particle 污染的缺陷 即可，有可能達到一般非接觸式曝光機的水準； 如果可以找到合適的材質塗佈於黑光阻光罩表面，形成一抗沾黏與保護層，則光罩的使用壽 命可以大幅度提高，並可以再清洗與重複使用，可以大幅降低黃光製程的生產成本； 可以繼續使用原本的曝光機台，並仍然具有原來金屬型軟性光罩的所有優點。 圖(六)、本計畫以「黑光阻液珠壓印法」製作完成之「黑光阻嵌入式軟性光罩」。 圖(七)、本計畫以「黑光阻嵌入式軟性光罩」完成之 PSS 與其光阻結構。 3. 點陣列掃描式無光罩曝光機: 本研究建構一套利用紫外光點陣列掃描的曝光系統以取代以光罩(photomask)為基礎的黃光微 影技術，無論是二值光罩式(binary)或是多灰階光罩式(grayscale)的微影製程都可以透過本研究的曝 光系統來完成。無光罩式曝光系統的優勢在於曝光圖形的設計與製作完全數位化，少了實體光罩 的製作成本與時間，讓曝光變得快速且彈性，使無光罩式曝光系統擁有極大的靈活性。
本研究之無光罩曝光系統的主要架構是由數位光調製技術裝置(Digital Light Process, DLP)、雙 光學投影鏡頭、及自行研製的微透鏡與空間濾波器陣列(Micro-Lens and Spatial Filter Array, MLSFA) 來完成。在本文中不僅完成紫外光點陣列斜掃描式系統的硬體建置，也包含 2D 與 3D 曝光圖形的
演算法開發完成。本系統中使用波長 405 nm 之紫外光源，透過數位微反射鏡裝置 (Digital Micromirror Device, DMD) 控制每顆在試片表面上光點的開關及劑量；光束經由光學成像系統濾波 並成像 2D 光點陣列於試片表面。陣列大小為 12492，涵蓋面積約為 1410.5 mm2，待曝光的光 阻試片則由 XYZ 平台控制試片移動。利用演算後的圖檔輸入至控制板，DMD 晶片搭配位移平台 控制在不同的位置上產生預期的圖案。最後，二維圖形結果的部分以厚度2 μm 的正光阻 S1813 來 完成大面積 50100 mm2之電路圖形，最小線寬約10 μm 左右，另外，厚度 4 的負光阻 AZ P2070 則用於完成對角線 6.2 吋大面積之 20 μm 直徑圓柱形(pillar)導光板結構。最後，本論文並提出以此 無光罩式曝光系統製作三維結構圖形，其曝光結果部份有五種，(1). 以正光阻 AZ P4562 完成 6060 mm2面積之方狀楔形(ramp)導光板結構，其結構高度 4 μm，特徵尺寸 90 μm；(2). 250μm 週期的同 心圓弦波狀(sine wave)，其面積為 10 mm2，結構高度6 μm；(3). 菲涅耳透鏡(Fresnel lens)狀，其直
徑為 2 mm，結構高度 4 μm；(4). 螺旋(helicoid)狀，其直徑為 1 mm，結構高度 4 μm；及(5). 八卦 圖(Bagua)狀，其直徑為 2 mm，結構高度 4 μm 等。由上述的任意結構之曝光結果驗證本研究的無 光罩曝光系統於 2D 及 3D 等曝光之能力。
圖(九)、本計畫所建立之點陣列掃描式無光罩曝光機的光學引擎與系統架構。
圖(十二)、本計畫之點陣列掃描式無光罩曝光機的光阻曝光與顯影之實驗結果。 4. 大面積微透鏡陣列的製程技術開發: 此一部分之研究式以光阻孔洞與金屬濕蝕製程製作大面積微透鏡陣列。蝕刻技術主要分為兩 種：以氧電漿搭配不同氣體轟擊稱為乾蝕刻，其具備非等向性蝕刻之特色；另一種為利用化學液 體咬蝕稱為濕蝕刻，為等向性蝕刻。本實驗選用 99.9%之純銅為基板塗佈 AZ-P4620 光阻，完成光 阻結構定義後曝光、顯影，再以光阻做為遮罩進行濕蝕刻。其中可利用光阻開孔大小、蝕刻時間 與初始蝕刻液容量控制蝕刻形貌，其優點包含：模具製作快速、成本低、大面積均勻度一致。 實驗步驟主要分為三部分：光阻結構定義、銅基板化學濕蝕刻與軟模翻製及壓印。 光阻結構定義流程步驟為：(a).將正光阻 AZ-P46020 以 3000rpm 之轉速塗佈於潔淨純銅基板; (b). 以加熱盤加熱至 115°C 軟烤 150 秒; (c).將設計好的孔洞玻璃光罩接觸式貼附於銅基板上，以 13.75 (mW/cm2)功率之混光汞燈曝光開孔; (d).以 2.38%之顯影液四甲基氫氧化銨(TMAH)顯影 5 分鐘帶 走曝後分解之光阻。 以光阻作為遮罩蝕刻流步驟為: (a).倒入 230ml 蝕刻液於培養皿中，加熱盤升溫至 115°C 加熱 蝕刻液 25 分鐘，使蝕刻溶液溫度維持於 60°C; (b).將銅基板貼附於不與蝕刻液反應之壓克力板上， 除保護純銅背板，亦增大浮力; (c).將 PC 板以倒蓋方式輕放至蝕刻液體表面，依照不同蝕刻形貌需 求調整蝕刻時間; (d).取出 PC 立即浸泡至去離子水中清洗，再以氮氣吹乾。 以 PDMS 翻製軟模及壓印流程步驟如下：(a).在銅模具上放置鳩尾環，內部倒入熱固型 PDMS-1001 加熱翻模; (b).旋塗 PVA 在 PDMS 上，作為 PDMS 互相翻印之分離層，除有良好的脫 模效果，亦大幅改善原始蝕刻孔洞之粗糙度; (c).重複(a)和(b)製作凹結構軟模具; (d).使用實驗室開 發之拉伸機臺做持溫持壓之壓印，使 PDMS 固化; (e).完成壓印於玻璃上之高分子微透鏡陣列。 實驗量測結果如表(一)，為實驗中在不同階段由雷射掃描共軛交光譜顯微鏡所測量之孔洞形貌 變化。
表(一)、製程中不同階段之形貌比較表
Copper PDMS(I) PDMS(II) PDMS(III)
3D Profile Cross section Aperture (um) 111 110 110 109 Depth (um) 46 45 43 40 Roughness Ra(um) 0.26 0.027 0.017 0.12 未來改進方向： 1. 蝕刻製程；(a).無法精細地調控蝕刻形貌，並非所有曲度皆能製作，未來可分析不同實驗變因 之權重，蒐集大量資料建立蝕刻形貌變化之數學模型，盡可能地掌握形貌變化趨勢。(b).大面 積孔洞蝕刻數目眾多，不易一一測量，孔徑與蝕刻深度之均勻性、真圓度等需開發一套完善 的影像處理程式分析。(c).濕蝕刻易受環境因素影響，打造更完善更穩定的蝕刻環境也將是未 來目標。
2. 翻模製程：(a).本實驗成功利用 PVA 改善原始銅模具之粗糙度，但 PVA 的厚度堆疊影響原始 蝕刻形貌。未來可望發展提高模具表面能之方式提升 PVA 於孔洞較高處之附著能力，並改善 PVA 之烘乾方式，加速 PVA 烘乾時間減少 PVA 沉澱機率，降低 PVA 厚度對形貌之影響。(b). 在軟模製作的製程中，由於軟模材料採用硬式熱固型高分子 PDMS，其易受高溫影響產生收 縮，不利於大面積微透鏡陣列後續對位等製程，未來可嘗試以不同翻模材料取代 PDMS。
技術特點說明：
(1) 軟性光罩微影技術與其工業應用 本實驗室自 2010 年開始，發展更簡單、更快速、與更低成本的"軟性光罩微影技術"，同樣應 用於 LED 產業中的圖案化藍寶石基板的製程，特別是下一個世代、大面積的 4"、6"、甚至 8" PSS 的製程。由於技術相當成熟，除了獲得國內知名 LED 大廠的協助測試與合作開發之外，更獲得設 備廠商的支援，開發出第一代的 PSS 自動化商用機台。 本計畫所要發展之新型的黑光阻嵌入式軟性光罩微影技術，除了可以應用於原本之 LED 產業中的圖案化藍寶石基板 (Patterned Sapphire Substrate, PSS) 的量產製程，也希望能進一步擴展其功 能與應用，並突破傳統由半導體製程技術取得矽模具時，其模具圖形僅能是重複性地由 20x20 mm2 大小的圖形連續拼接而成的限制，因為這會限制軟性光罩微影技術的應用範圍。 因此，本計畫將引入「無光罩曝光」(Maskless Lithography) 技術，此一技術目前已經可以針 對各型的光阻劑，達到 10μm/10μm之最小線寬/線距的 UV 曝光與顯影，且曝光面積可達 300x300 mm2 (12” Wafer Size)；因為是無光罩式的曝光，曝光圖型由電腦產生，因此可為任意的大面積複 雜圖型。本計畫將結合此一「無光罩曝光」技術與「光阻嵌入式軟性光罩微影」，由無光罩式曝光 機先製作大面積的光阻結構，在翻製 PDMS 的軟性光罩模仁、最後以黑光阻液滴壓印的方式，完 成黑成光阻嵌入式軟性光罩；如此即可釜底抽薪，一舉解決矽模具的取得與圖形限制問題，大幅 度提升軟性光罩微影的使用便利性與技術自主性，並擴大其適用範圍到更多的產品與產業領域。 (2) 無光罩曝光機台與微影技術開發 (Maskless Lithography & System Development)
本實驗室自自 2014 年開始發展以數位光學 (Digital Light Processing, DLP) 為基礎之「無光罩 UV 曝光機台與微影技術」，最近 3 年開始進入成熟期，目前在無光罩曝光與機台開發的研究領 域，申請人已成功整合成大、台大、台科大三個大學的學術資源，形成一個完整的研究團隊；不 論是學術界、產學研發單位、或產業界，本研究團隊應該是國內唯一有能力自行設計、開發、與 製作無光罩曝光機台的研究團隊，且可實際應用與產業生產；目前已將無光罩曝光技術由 2D 擴 充到 3D 的微結構製程，支援國內的半導體與光電大廠。
在學術發表上，申請人在此一領域已發表 4 篇 SCI 論文，包括 Optics and Lasers in Engineering 與 Optics and Laser Technology 等屬於 SCI 之 Q1 等級的國際期刊，同時已獲證 3 項國內外的發明 專利，多次應邀擔任國際會議的 Plenary and Keynote Speaker；並 2 度 (2019、2020) 代表台灣科 技部，參加世界最大的工業展-德國漢諾威工業展(HANNOVER MESSE)，展現台灣在無光罩曝光 機技術與設備的研發實力與成果，大幅度提升台灣在此一領域的國際學術地位。
(3). 奈米壓印與轉印技術 (Nano-Imprinting and Contact Printing)
申請人自 2004 年開始，在奈米國家型計畫的補助下發展奈米壓印與轉印技術，過去十多年 來，連續獲得科技部數期之奈米國家型計畫、奈米橋接計畫、奈米應用主軸計畫的補助，建立了 國內最先進、最領先、也最完整的奈米壓印與轉印技術的研究團隊；除了發表多篇 SCI 論文、國 內外專利、奈米科技專書的 Book Chapter，並自行設計研發奈米壓印的機台設備，建立完整、可 行、與技術自主的奈米壓印技術，符合產業的量產需求。 在此一基礎上，本研究計畫在奈米壓印與轉印技術的研究中，最大的突破是結合過去十餘年 的研究成果與實戰經驗，提出一種新的奈米壓印機台設計與壓印方法，稱之為 「液珠擴散式壓印 法 」 ， 並 以 實 驗 驗 證 此 一 機 台 設 計 與 壓 印 方 法 的 可 行 性 與 優 越 性 ； 研 究 成 果 發 表 於 J.
Micromechanics and Microengineering，並獲得多國的專利。此一「液珠擴散式壓印法」在奈米壓
印技術上的重大突破包括：省去光阻塗佈過程、節省光阻用量、兼顧平面與曲面的奈米壓印、壓 印成功率高、機台架構簡單，後續的研究持續進行中。由於此一技術具有非常深厚的後續發展潛 力與應用價值，目前已經吸引多家公司陸續簽訂與壓印技術相關的產學合作。
可利用之產業及可開發之產品：
(1). 核心技術 : 高精度無光罩 UV 曝光機設備開發與產業應用：應用於大面積與複雜圖形之 2D 與 3D 的 微結構製程； 先進奈米壓印、奈米轉印、與連續滾印設備開發與產業應用: 應用於微/奈米尺度結構之生產與製造； 軟性光罩微影技術: 提供一種更簡便與快速的黃光微影製程技術與方法，特別適用於曲面 的微結構製程； (2). 技術優勢 : 台灣唯一具備自主開發高精度無光罩曝光機的研發單位，可依顧客需求，客製化各種功能 之機台與應用，並可提供打樣、小批量生產、或代工之業務； 在奈米壓印與轉印技術上，無論是設備開發、產品應用實績、與專利佈局上均領先全國， 且與多家國內大廠技術合作開發中； 在軟性光罩微影技術方面，除了可自行設計與開發微影機台，並可量產所需之軟性光罩， 提供業界 Total Solution； (3). 解決問題 : 在微/奈米製程技術方面：解決現有產業界中有關微/奈米結構製程技術與產品開發中的難 題與瓶頸，在兼顧產業需求、產品規格、成本考量、可量產性、技術自主、後續發展、… 等多重因數，提出各種解決的方法與技術，並經由實際的機台建構、實驗測試、參數優化、 與試量產性評估後，提供業界所需要的解決方案。 (4). 產品或服務 : 客製化無光罩曝光機台之開發：包含整體機台與關鍵元組件的設計開發、軟硬體的系統整 合與測試、產品端或生產線上的問題解決； 特殊需求或客製化奈米壓印機台之開發與產品測試：例如 3D 微/奈米結構製程、曲面微/ 奈米結構之製作； 大面積微奈米結構製程的打樣、測試、與產品功能驗證：例如導光板模具的製造技術與產 業代工服務； (5). 應用場域 : 光電產業：應用於 AR 與 VR 之近場光學繞射與導光元件的設計與製程技術開發 平面顯示與背光模組產業：新型高階導光板製程所需之金屬模具的開發與製作 半導體產業：高階 3D IC 封裝所需之無光罩曝光與奈米壓印成形技術 光通訊產業：3” 晶圓 (GaAs 或 InP) 與 100 nm 線寬等級之高頻 DFB 雷射的光柵製程 印刷電路板產業：軟性電路板之特殊 3D 微通道的製程技術
處理方式：
立即公開
(依規定，精簡報告係可供科技部立即公開之資料，並以 4 至 10 頁為原則，如有
圖片或照片請以附加檔案上傳，如因涉及專利、技術移轉案或其他智慧財產權、
影響公序良俗或政治社會安定等，而不宜對外公開者，請勿將其列入精簡報告)
中 華 民 國 109 年 08 月 31 日
計畫查核點自評表（請逐年填列）
一、本表為本計畫重要審查資訊，本表之期程可視產學合作計畫執行情況予以設定。(例如按月別、 季別、半年別等均可)。 重要工作項目 查核內容概述（力求量化表示） 廠商參與情形概述 上半年 下半年 上半年 下半年 A分項工作 發展新型「黑光阻嵌入式」軟性光罩的新型壓印製程，配合計劃配合廠(銳捷科技公司) 應用於LED產業中的圖案化藍寶石 (PSS) 的量產製程中； A1工作項目: 新型壓印機制的有 限元素分析模擬與 實驗驗證 A1-1: 建立數值模型， 得到各種厚度變化下 的接觸壓力分佈 A1-2: 完成I-Scan 的接 觸壓力量測，並能吻合有 限元素分析模擬結果 A1-1:共同參與、 分享資料 A1-2:共同參 與、分享資料 A2工作項目: 新型壓印機台的設 計、開發、製作、 測試，與最佳的控 制參數 A2-1: 完成新型壓印機 台的設計圖，機體與重 要組件完成發包 A2-2: 完成新型壓印機 台的製作與測試，由實驗 測試決定最佳的控制參 數 A2-1:參與機台設 計，提供量產建 議 A2-2:參與機台 測試，學習機台 操作，提供修正 建議 A3工作項目: 完成4”、6” PSS的 「黑光阻嵌入式軟 性光罩」與光罩品 質驗證 A3-1: 完成4”、6” PSS 的矽母模製備與PDMS 軟模的翻製 A3-2: 完成4”、6” PSS 「黑光阻嵌入式軟性光 罩」的製作與光罩品質 的檢測驗證報告 A3-1:同步建立 4”、6” PSS的矽母 模的PDMS翻製 能力 A3-2: 同步參 與光罩製作與 品質檢測 B分項工作 提升光點陣列斜掃描之無光罩曝光的最小線寬/線距為 5μm/5μm，曝光面積可達 200x200 mm2 B1工作項目: 開發「微透鏡陣列 與孔洞式空間濾波 器」 NA B1-1: 完成5μm精度之 「微透鏡陣列與孔洞式 空間濾波器」與光阻結構 的無光罩曝光測試驗證 NA B1-1: 參與機台 設計，提供量產 建議 二、本產學合作計畫預估後續發展情形概述： 新型軟性光罩微影製程技術應用於 PSS 的量產製程技術開發: 本項技術開發係因應銳捷光電 公司有意應用 ”新型軟性光罩微影製程技術” 於 4” 或 6” Notched PSS 的量產製程，因此所投 入的研發與研發成果；後續可以授權銳捷光電公司使用。 大面積微透鏡陣列的製程技術開發:因應銳捷光電公司詢問有關大面積之微透鏡陣列的製程技 術，應用於手機之觸控感測器；因此，本實驗室開始研究 ”以光阻孔洞與金屬濕蝕製程製作 大面積微透鏡陣列” 的製程技術與方法，本研究成果後續可以授權銳捷光電公司使用。 應用於黃光微影製程之無光罩曝光機的系統開發: 本項技術開發配合銳捷光電公司的發展規 劃，完成無光罩曝光機的系統開發，包括：系統架構、設備設計、細部工程、實測成果、與 產業可應用性，使其應用的範圍更廣，可有利於後續銳捷光電公司的直接應用。 表 CM03A 共 頁 第 頁本產學合作計畫研發成 果 及 績 效 達 成 情 形 自 評 表
成果項目
本產學合作計畫預估研究成果及績效指標 （作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形 技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項 專利 國內 預估 2 件 提出申請 1 件，獲得 1 件 國外 預估 2 件 提出申請 1 件，獲得 1 件 人才培育 博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 碩士 3 人，畢業任職於業界 1 人 碩士 3 人，畢業任職於業界 1 人 其他 人，畢業任職於業界 人 其他 人，畢業任職於業界 人 論文著作 國內 期刊論文 件 發表期刊論文 件 研討會論文 2 件 發表研討會論文 3 件 SCI論文 件 發表SCI論文 件 專書 件 完成專書 件 技術報告 1 件 完成技術報告 1 件 國外 期刊論文 件 發表期刊論文 件 學術論文 件 發表學術論文 件 研討會論文 2 件 發表研討會論文 3 件SCI/ SSCI論文 2 件 發表SCI/ SSCI論文 3 件
專書 件 完成專書 件 技術報告 件 完成技術報告 件 其他協助產業發展 之具體績效 新公司或衍生公司 家 設 立 新 公 司 或 衍 生 公 司 ( 名 稱)：
計畫產出成果簡 述：請以文字敘述 計畫非量化產出之 技術應用具體效 益。（限600字以內） 本計畫所建立核心技術包括: (a).高精度無光罩 UV 曝光機設備開發與產業應 用；(b). 先進奈米壓印、奈米轉印、與連續滾印設備開發與產業應用；(c).軟性 光罩微影技術: 提供一種更簡便與快速的黃光微影製程技術與方法，特別適用 於曲面的微結構製程。在微/奈米製程技術方面：解決現有產業界中有關微/奈 米結構製程技術與產品開發中的難題與瓶頸，提出各種解決的方法與技術，並 經由實際的機台建構、實驗測試、參數優化、與試量產性評估後，提供業界所 需要的解決方案。 本計畫可以提供之產品或服務 : (a). 客製化無光罩曝光機台之開發：包含整體 機台與關鍵元組件的設計開發、軟硬體的系統整合與測試、產品端或生產線上 的問題解決；(b). 特殊需求或客製化奈米壓印機台之開發與產品測試：例如 3D 微/奈米結構製程、曲面微/奈米結構之製作；(c).大面積微奈米結構製程的打樣、 測試、與產品功能驗證：例如導光板模具的製造技術與產業代工服務； 可以應用之場域 : (a). 光電產業：應用於 AR 與 VR 之近場光學繞射與導光元 件的設計與製程技術開發; (b). 平面顯示與背光模組產業：新型高階導光板製程 所需之金屬模具的開發與製作; (c). 半導體產業：高階 3D IC 封裝所需之無光罩 曝光與奈米壓印成形技術; (d). 光通訊產業：3” 晶圓 (GaAs 或 InP) 與 100 nm 線寬等級之高頻 DFB 雷射的光柵製; (e). 5G 通訊產業：以表面聲波元件為基礎 之高頻元件(震盪器與濾波器)之製程; (f). 印刷電路板產業：軟性電路板之特殊 3D 微通道的製程技術。 請就研究內容與原 計畫相符程度、達 成預期目標情況作 一綜合評估 ▓達成目標 □未達成目標（請說明，以 100 字為限） □實驗失敗 □因故實驗中斷 □其他原因 說明： 本研究具有政策應 用參考價值 ▓否 □是，建議提供機關 (勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關) 本研究具影響公共 利益之重大發現 ▓否 □是 說明：(以 150 字為限) 表 CM03A-1
合 作 企 業 派 員 參 與 計 畫 作 為 出 資 比 之 稽 核 管 考
（本計畫如合作企業派員作為出資比，須填寫本表，無者，免填）一、 請具體說明，該派員參與計畫實際投入工作時間、參與實驗、工作內容及與計畫
執行之相關性
二、 各項目均請詳盡填寫，如篇幅不敷使用，可另紙繕附
三、合 作 企 業 派 員 姓 名 ：
洪 文 慶 、 汪 之 勝 、 陳 松 璟
派 員 姓 名 職稱、學歷、專長 投 入 工 作時間 工作內容及與計畫執行之相關性 洪文慶 經營管理中心技術顧問 清華大學化研所博士 微機電及半導體製程技術 整合 12 月 代表銳捷科技股份有限公司參與本計畫，負 責與計畫主持人協調溝通，共同規劃雙方的 合作架構與計劃執行細節，同時監督計劃的 執行進度與研究成果。隨時與計畫主持人共 同檢討計劃執行之現況，並調整計劃的研究 方向與重點。 汪之勝 研發中心工程師 湖北大學機械系學士 黃光及蝕刻製程技術開發 12 月 負責執行本計劃中有關「黑光阻光罩軟性微 影技術」應用於「圖案化藍寶石基板」(PSS) 的製程開發，特別在：藍寶石基板基板清 洗、ICP 乾蝕刻製程、PSS 的 AOI 檢測…等 方面，以銳捷公司的既有資源，支持計劃之 進行。 陳松璟 研發中心工程師 銘傳大學資訊工程系學士 黃光及蝕刻製程技術開發 12 月 負責執行本計劃中有關「軟性光罩微影機 台」的光學對位技術與機台開發，以及後續 應 用 應 用 於 「 垂 直 共 振 腔 面 射 型 雷 射 」 （VCSEL）的黃光微影製程技術開發。計畫主持人：
（請簽名）
表 C038A 共 頁 第 頁108年度專題研究計畫成果彙整表
計畫主持人：李永春 計畫編號：108-2622-E-006-016-CC2 計畫名稱：新型軟性光罩微影製程技術與機台開發暨產業應用 成果項目 量化 單位 質化 （說明：各成果項目請附佐證資料或細 項說明，如期刊名稱、年份、卷期、起 訖頁數、證號...等） 國 內 學術性論文 期刊論文 0 篇 研討會論文 3 1. 杜珮綺、朱致瑋、李永春，”奈米壓 印暨黑光阻嵌入式軟性光罩之微奈米製 程與應用”、 中國機械工程學會第三十 六屆全國學術研討會，台北、臺灣師範 大學，2019年12月7~8日。 2. 王泰毅、李永春、蔡嵩玟，”高精度 奈米壓印微影技術與高階光電元件之製 程應用”、 中國機械工程學會第三十六 屆全國學術研討會，台北、臺灣師範大 學，2019年12月7~8日。 3. 楊善、李永春、曾怡鈞，”高精度數 位光學與光纖微透鏡陣列之滾筒模仁製 程技術”、 中國機械工程學會第三十六 屆全國學術研討會，台北、臺灣師範大 學，2019年12月7~8日。 專書 0 本 專書論文 0 章 技術報告 1 篇 成大機械系李永春實驗室與銳捷科技股 份有限公司聯合執行科技部產學合作計 畫 結案報告 其他 0 篇 國 外 學術性論文 期刊論文 3 篇1. Hung-Laing Chien, Yi-Hsien Chiu, and Yung-Chun Lee*, “Maskless lithography based on oblique scanning of point array with digital distortion correction,” accepted on July 21, 2020, by Optics and Lasers in Engineering 132, p. 106313. (SCI IF=4.273, 15/97 in Optics)
2. Shan Yang and Yung-Chun Lee*, “Ultraviolet beam lithography system for digital fabrication of roller molds,” accepted on July 15, 2020, by IEEE-ASME Trans. Mechatronics. (SCI IF=5.673, 7/130 in Engineering, Mechanical)
3. Pei-Chi Tu and Yung-Chun Lee*, May 2020, “Droplet Spreading Nanoimprinting Method for
Micro/Nano-Fabrication,” J. Micromech. Microeng. 30(8),
p.085003. (SCI IF=1.739, 33/64 in Instruments and Instrumentation)
研討會論文 3
1. (Invited Speaker) Hung-Laing Chien, Yong-Sin Syu, and Yung-Chun Lee, “Digital light processing and grayscale lithography for three-dimensional micro-fabrication,” SCON World Congress on Optics, Photonics and Laser Technologies, Singapore, Feb. 17~18, 2020
2. (Invited Plenary Speaker) Yung-Chun Lee, “Nano-imprinting and contact printing lithography for large-area micro/nano-fabrication in industry,” the International Conference and Expo. on
Nanotechnology & Nanomaterial's (Nano 2019), Osaka, Japan, Nov. 14~15, 2019.
3. Yung-Chun Lee, “Nano-imprinting lithography for nano-fabrication in industry,” 9th World Congress & Expo. on Nanotechnology and Materials Science, Osaka, Japan, Oct. 14~16, 2019. 專書 0 本 專書論文 0 章 技術報告 0 篇 其他 0 篇 參 與 計 畫 人 力 本國籍 大專生 0 人次 碩士生 3 杜珮綺 歐逸煌 陳宥翔 博士生 2 許永昕 簡弘量 博士級研究人員 0 專任人員 0 非本國籍 大專生 0 碩士生 0 博士生 0 博士級研究人員 0 專任人員 0 其他成果 （無法以量化表達之成果如辦理學術活動 2019年11月，指導學生參加2019年「台灣精密工程學會」 之「漢民科技論文獎」，入選三項研究：以「高精度數位
、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國 際影響力及其他協助產業技術發展之具體 效益事項等，請以文字敘述填列。） 光學與光纖微透鏡陣列之滾筒模仁製程技術」(楊善、曾 怡鈞) 獲得第三名的“銅獎”，獎金2.5萬元。 2019年12月7、8日，指導學生參加「中國機械工程學會第 36屆全國學術研討會暨學生論文發表競賽」，二名學生的 碩士論文進入「學生論文競賽決賽」，並分別獲得第一與 第三名： (1). 「學生論文競賽決賽-第一名」：杜珮綺、「奈米壓 印暨黑光阻嵌入式軟性光罩之微奈米製程與應用」; (2). 「學生論文競賽決賽-第三名」：張承燊、「以壓電 感測器與人工智慧為基礎之超音波觸控感測器」; (3). 一名學生之碩士論文獲選「學生論文競賽決賽-佳作 」：王泰毅、「高精度奈米壓印微影技術與高階光電 元 件之製程應用」。
2019年10月，特邀演講人(Invited Speaker) 9th World Congress & Expo on Nanotechnology and Materials Science, Osaka, Japan, 2019/10/14~16.
2019年11月，大會演講人(Plenary Speaker), International conference and Expo on
Nanotechnology & Nanomaterial's, Osaka, Japan, 2019/11/14~15.
2020年02月，特邀演講人(Invited Speaker), SCON World Congress on Optics, Photonics and Laser Technologies, Singapore, 2020/02/17~18.
2020年，「產學合作成果特優獎」(連續第二次獲獎)，成 功大學108年度產學合作成果特優教師 (全校每年僅二位 教師獲選，每次獲獎為期3年)。
本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表
成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標 （作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形 技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項 專利 國內 預估 2 件 提出申請 2 件，獲得 1 件 國外 預估 2 件 提出申請 2 件，獲得 1 件 人才培育 博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 博士 2 人，畢業任職於業界 1 人 碩士 2 人，畢業任職於業界 2 人 碩士 2 人，畢業任職於業界 2 人 其他 0 人，畢業任職於業界 0 人 其他 0 人，畢業任職於業界 0 人 論文著作 國內 期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件 研討會論文 3 件 發表研討會論文 2 件 SCI論文 2 件 發表SCI論文 2 件 專書 0 件 完成專書 0 件 技術報告 1 件 完成技術報告 1 件 國外 期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件 學術論文 2 件 發表學術論文 2 件 研討會論文 2 件 發表研討會論文 3 件 SCI/SSCI論文 2 件 發表SCI/SSCI論文 2 件 專書 0 件 完成專書 0 件 技術報告 0 件 完成技術報告 0 件 其他協助產業發展 之具體績效 新公司或衍生公司 0 家 設立新公司或衍生公司(名稱)： 計畫產出成果簡述 ：請以文字敘述計 畫非量化產出之技 術應用具體效益。 （限600字以內） 最後，本計畫將前述二項技術：「黑光阻嵌入式軟性光罩」 與「具光罩對準功能 之軟性光罩曝光機」，應用於光通訊與光電產業中新型黃光製程。完成以下三大 項的工作內容： 1.新型軟性光罩微影製程技術應用於PSS的量產製程技術開發: 本項技術開發係因 應銳捷光電公司有意應用 ”新型軟性光罩微影製程技術” 於4” 或6” Notched PSS的量產製程，因此所投入的研發與研發成果；後續可以授權銳捷光電公司使用 。 2.大面積微透鏡陣列的製程技術開發: 本項技術開發係因應銳捷光電公司詢問有 關大面積之微透鏡陣列的製程技術，應用於手機之觸控感測器；因此，本實驗室 開始研究 ”以光阻孔洞與金屬濕蝕製程製作大面積微透鏡陣列” 的製程技術與 方法，本研究成果後續可以授權銳捷光電公司使用。 3.應用於黃光微影製程之無光罩曝光機的系統開發: 本項技術開發配合銳捷光電 公司的發展規劃，完成無光罩曝光機的系統開發，包括：系統架構、設備設計、 細部工程、實測成果、與產業可應用性；將之前發展之”高精度無光罩曝光機 ”技術加以強化與擴充，使其應用的範圍更廣，可有利於後續銳捷光電公司的直 接應用。請就研究內容與原 計畫相符程度、達 成預期目標情況作 一綜合評估 ■達成目標 □未達成目標（請說明，以100字為限） □實驗失敗 □因故實驗中斷 □其他原因 說明： 本研究具有政策應 用參考價值 ■否 □是，建議提供機關 （勾選「是」者，請列舉建議可提供施政參考之業務主管機關） 本研究具影響公共 利益之重大發現 □否 □是 說明：（以150字為限）
