由於光電及光學工業的快速發展，使得光學元件及外形越來越需要達到高精度等級的要求。這些光學元件的外形從平面、球面發展至非球面及自由曲面，那些球面及軸對稱的光學元件已無法滿足學術及工業上應用之需求。繞射光學元件(DOEs)具有厚度薄、重量輕的優點符合了這些需求，它們現在已被廣泛的應用在光通信、光計算、光耦合、LED照明燈和太陽能收集模組上。然而，由於DOEs的形狀複雜，特別是以玻璃為材料的DOEs更是難以製作。
本研究的目的是利用反應離子蝕刻製程製作玻璃DOEs。先使用SPDT刀具在金屬模具上製作出繞射結構，隨後將其壓印在玻璃平板表面所塗佈之聚合物上，而玻璃平板上之含有繞射圖案的聚合物經由RIE蝕刻後會將繞射圖案轉寫至玻璃表面上，目前採用三款不同的光學玻璃進行研究，經由研究後得到聚合物及玻璃的蝕刻率、形狀和表面粗糙度。結果顯示，雖然所得之表面粗糙度較差，但使用此製程可成功地將繞射結構轉移至光學玻璃上。

Owing to the fast development in opto-electronic and optical industry, components of high precision and customized shapes are in great demand. The optical components have evolved from planar, spherical, aspheric to free-form geometries. As a result, spherical/axial symmetrical optical components can no longer fulfill the need of academic research and industrial application. The diffractive optical elements (DOEs), having the advantages of small in thickness and light in weight, are requested to meet the requirements. They are now widely used in optical communication, optical computing, optical coupling, LED lighting and solar energy collecting module. However, due to the complexity in shape, DOEs are very difficult to produce especially when they are made of glasses. 
This research aimed to fabricate glass DOEs by RIE process. A metal mold with diffractive structure was first generated by SPDT and was subsequently used as a stamp to duplicate diffractive patterns on the polymer layer coated on the glass plate. The patterned glass plate was then RIEed to transfer the diffractive patterns onto glass. Three different optical glasses were investigated in the present study.  The etching rates of polymers/glasses and the shape/surface roughness of the obtained surface were systematically studied. The results showed that, though the surface finish was rather poor, diffractive structures could be successfully transferred to the optical glass by the proposed processes.

目錄
致謝……………………………………………………………I
中文摘要……………………………………………………………	II
英文摘要………………………………………………III
目錄……………………………………………………………V
圖目錄……………………………………………………………	VII
表目錄………………………………………………………………	X
第一章 緒論………………………………………………………1
1-1前言………………………………………………………1
1-2研究背景………………………………………………………2
1-3研究目的………………………………………………………2
第二章 文獻回顧與理論基礎………………………………………………………4
2-1壓印技術………………………………………………………4
2-2壓印材料………………………………………………………5
2-2-1 光敏性高分子材料………………………………………………5
2-2-2熱塑性高分子材料………………………………………………5
2-3光學玻璃材料之特性……………………………………………6
2-3-1光學玻璃缺陷形成之原因與影響…………………………………9
2-3-2光學玻璃之光學性質……………………………………………10
2-3-3 光學玻璃之物理與化學性質……………………………………11
2-4蝕刻原理………………………………………………………13
2-5 反應離子蝕刻(Reactive Ion Etch；RIE)………………………15
2-6繞射光學元件 ( Diffractive Optical Element; DOE )………18
第三章 實驗規劃與設備…………………………………………21
3-1實驗規劃………………………………………………………21
3-2實驗流程………………………………………………………21
3-3實驗材料………………………………………………………23
3-3-1  繞射光學元件模仁………………………………………23
3-3-2  UV膠………………………………………………………24
3-3-3 玻璃基板……………………………………………………24
3-3-4 離型劑………………………………………………………25
3-4 實驗步驟………………………………………………………26
3-5 實驗與設備………………………………………………………27
3-5-1 超音波震洗機……………………………………………………28
3-5-2 紫外光點光源機…………………………………………………28
3-5-3 反應離子蝕刻系統………………………………………………29
3-5-4表面輪廓儀(KLA-Tencor αstep-500)…………………………31
3-5-5光學顯微鏡………………………………………………………31
3-5-6 掃描式電子顯微鏡( Scanning Electron Microscope, SEM )………………………………………………………32
第四章 結果與討論………………………………………………33
4-1不同玻璃的蝕刻測試………………………………………………33
4-2 L-NBH54和BOROFLOAT蝕刻比較……………………………………38
4-3 犧牲層造成脫模的影響及困難點…………………………………54
第五章 結論………………………………………………………60
參考文獻………………………………………………………62
附錄………………………………………………………65
圖目錄
圖1-1 陣列型繞射光學元件模仁............................................................3
圖2-1 SCHOTT 光學玻璃之分類............................................................6
圖2-2 折射示意圖..................................................................................11
圖2-3 蝕刻原理示意圖 (a)物理性蝕刻 (b)化學性蝕刻.....................15
圖2-4 DOE 蝕刻至矽晶圓......................................................................16
圖2-5 石英蝕刻SEM 圖.........................................................................17
圖2-6 繞射元件與傳統元件功能之比較..............................................20
圖2-7 菲涅爾透鏡蝕刻至SiO2.............................................................20
圖3-1 玻璃基板選擇之實驗流程圖.......................................................21
圖3-2 玻璃蝕刻微結構之實驗流程圖..................................................22
圖3-3 DOE 模仁(a)上視圖(b)立體圖(c)剖面圖....................................23
圖3-4 UV 膠............................................................................................24
圖3-5 玻璃基板......................................................................................24
圖3-6 離型劑..........................................................................................25
圖3-7 不同玻璃基板蝕刻率實驗示意圖..............................................27
圖3-8 超音波震洗機..............................................................................28
圖3-9 外光點光源機Lightningcure 200 ...............................................29
圖3-10 反應離子蝕刻系統....................................................................30
圖3-11(a)化學蝕刻犧牲層(b)化學蝕刻光學玻璃(c)物理蝕刻光學玻璃
...........................................................................................................30
圖3-12 KLA-Tencor α step-500 表面輪廓儀.........................................31
圖3-13 光學顯微鏡................................................................................31
圖3-14 掃描式電子顯微鏡(HITACHI S4160 型).................................32
圖4-1 光學玻璃L-BAL35 蝕刻30min 後(a)OM 圖(b)量測區域(c) α-step...........................................................................................................35
圖4-2 光學玻璃L-NBH54 蝕刻30min 後(a)OM 圖(b)量測區域(c) α-step
...........................................................................................................36
圖4-3 光學玻璃BOROFLOAT 蝕刻30min 後(a)OM 圖(b)量測區域(c)
α-step.................................................................................................37
圖4-4 光學玻璃L-NBH54 加入氣體流量50：5 蝕刻15、30、45、60min
之α-step............................................................................................39
圖4-5 光學玻璃BOROFLOAT 加入氣體流量50：5 蝕刻15、30、45、
60min 之α-step ................................................................................40
圖4-6 蝕刻DOE 微結構流程圖............................................................43
圖4-7 光學玻璃L-NBH54 加入氣體流量50：10 蝕刻15、30、45、60min
之α-step............................................................................................44
圖4-8 光學玻璃BOROFLOAT 加入氣體流量50：10 蝕刻15、30、45、
60min 之α-step ................................................................................45
圖4-9 光學玻璃BOROFLOAT 加入氣體流量50：10 蝕刻15、30、45、
60min 之OM 圖...............................................................................46
圖4-10 L-NBH54 蝕刻率.......................................................................47
圖4-11 BOROFLOAT 蝕刻率................................................................47
圖4-12 陣列型繞射元件.........................................................................49
圖4-13 單一繞射元件.............................................................................49
圖4-14 傾角犧牲層蝕刻至光學玻璃示意圖........................................50
圖4-15 傾角犧牲層蝕刻至光學玻璃α-step 圖....................................51
圖4-16 傾角犧牲層蝕刻至光學玻璃座標圖........................................51
圖4-17 蝕刻犧牲層高度、蝕刻光學玻璃深度與蝕刻時間的關係圖53
圖4-18 犧牲層所需高度圖.....................................................................54
圖4-19 DOE 模仁之α-step 圖................................................................56
圖4-20 DOE 模仁之OM 圖...................................................................56
圖4-21 DOE 壓印於犧牲層上之α-step 圖............................................57
圖4-22 DOE 壓印於犧牲層產生缺陷....................................................58
圖4-23 壓印失敗後經RIE 蝕刻之α-step 圖........................................59
表目錄
表1-1 微光學元件各種應用....................................................................1
表2-1 主要光學玻璃型號區分.................................................................7
表2-2 繞射光學元件與傳統光學元件之比較......................................19
表3-1 光學玻璃成分表..........................................................................25
表3-2 實驗參數設定...............................................................................26
表3-3 紫外光點光源機..........................................................................28
表4-1 不同玻璃的蝕刻參數...................................................................34
表4-2 L-NBH54 和BOROFLOAT 蝕刻參數1 .....................................38
表4-3 L-NBH54 和BOROFLOAT 蝕刻參數2 .....................................41
表4-4 L-NBH54 及BOROFLOAT 蝕刻深度表...................................48

【1】	http://www.scribd.com/doc/2579839/ch13
【2】	C. M. Waits, A. Modafe and R. Ghodssi “Investigation of gray-scale technology for large area 3D silicon MEMS structures ,“J. Micromech. Microeng. 13 pp. 170–7 , 2003
【3】	B. Morgan, C. M. Waits, J. Krizmanic and R. Ghodssi  “Development of a deep silicon phase Fresnel lens using gray-scale lithography and deep reactive ion etching,” J. Microelectromech. Syst. 13 pp. 113–20, 2004
【4】	C. M. Waits, B .Morgan, M. Kastantin and R. Ghodssi  “Microfabriction of 3D silicon MEMS structures using gray-scale lithography and deep reactive ion etching,” Sensors Actuators 119 pp. 245–53 , 2005
【5】	K. Totsu, K. Fujishiro, S. Tanaka and M. Esashi “Gray-scale lithography using mask-less exposure system” 13th Int. Conf. on Solid-State Sensors pp .1441–1444 , 2005
【6】	T. Bourounia , T. Masuzawa and H. Fujita “The MEMSNAS process: microloading effect for micromachining 3D structures of nearly all shapes “J. Microelectromech. Syst. 13 pp.190–199 , 2004
【7】	X. Zhang, X. N. Jiang and C. Sun “Micro-stereolithography of polymeric and ceramic microstructures,” Sensors Actuators 77 pp. 149–156 , 1999
【8】	Y. Chen, L. Li and A. Y. Yi,” Fabrication of precision 3D microstructures by use of a combination of ultraprecision diamond turning and reactive ion etching process,” J. Micromech. Microeng. 17 pp. 883-890, 2007.
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【10】	泉谷徹郎，“光學玻璃”，復漢出版社高正雄譯，pp.19-27，2001年。
【11】	王興邦，“玻璃微熱壓之成形特性研究”，國立交通大學碩士論文，2003年。
【12】	謝仲岳、趙崇禮，“光學玻璃表面處理及抗沾黏膜層設計對其界面化學反應影響之研究”，淡江大學機械與機電工程學系研究所碩士論文，2009。
【13】	王承遇、陳敏、陳建華，“玻璃製造工藝”，化學工業出版社，2006年7月。
【14】	J.E.Shelby, “Introduction to Glass Science and Technology”, Two Edition,Shelby Chapter 10 Optical Properties,2007。
【15】	許阿娟、朱嘉雯、林佳芬、陳志隆，“光學系統設計進階篇第四章光學材料” ，2002年。
【16】	E .L. Bourhis, “Glass Mechanics and Technology”, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008。
【17】	SCHOTT, “Chemical Properties of Optical Glass”, Technical Information,2004。
【18】	SUMITA,Glass Data Version 6.01, “Optical Data Book”, 01.Aug.2007。
【19】	廖仁誠、趙崇禮，“以反應離子蝕刻製作鑽石微結構之研究,” 淡江大學機械與機電工程學系研究所碩士論文，2009。
【20】	P. W. Leech,” Reactive ion etching of quartz and silica-based glasses in CF4/CHF3 plasmas” Vacuum 55 pp.191-196, 1999
【21】	X. Li, T. Abe and M. Esashi ,” Deep reactive ion etching of Pyrex glass using SF6 plasma,” Sensors and Actuators  pp.139-145, 2001
【22】	R. Steingruber , M. Ferstl, W. Pilz, ”Micro-optical elements fabricated by electron-beam lithography and dry etching technique using top conductive coatings” Microelectronic Engineering pp.57–58 pp.285–289 2001
【23】	林永凉、趙崇禮，“精密鑽石車削複合光學元件之研究,” 淡江大學機械與機電工程學系研究所碩士論文，2009。
【24】	趙偉忠，“繞射光學元件概論與基礎＂，經濟部工業局88年度工業技術人才培訓計畫講義。
【25】	黃中岑，“光纖材料之靜力疲勞可靠度分析,”國立中央大學機械工程研究所碩士論文，2001。