研發服務平台亮點成果獎─優等獎

使用平台：台灣半導體研究中心「半導體製造服務平台微影蝕刻模組驗證服務」

超穎透鏡是未來相機鏡頭的關鍵技術，由上千萬至上億個奈米柱狀結構所組成的超穎透鏡，可以透過光學設計來彎曲光線並聚焦圖像，這些奈米柱的高度只有頭髮直徑的五十分之一至一百分之一，所以即使鏡頭需要疊加很多片的超穎透鏡，最終也很難超過一張信用卡的厚度，因此超穎透鏡被視為縮減光學系統體積的最佳解決方案。隨著智慧型手機的功能越來越強大，各品牌也在競逐著讓手機體積更輕、更薄，在超穎透鏡橫空出世之後，未來擁有一支輕薄如紙的手機不再只是夢想。

製作超穎透鏡是透過半導體IC製程的材料與設備在毫米薄的晶圓上實現，不過其中仍有許多關鍵技術上的差異，主要是製造奈米結構時形貌與尺寸的控制，成為超穎透鏡量產的門檻。如今，國立陽明交通大學（簡稱陽明交大）光電工程學系余沛慈教授與張祐嘉助理教授合作，以「智能鄰近修正術實現高效率、大面積（直徑8毫米）超穎透鏡的製造」，成功在八吋全晶圓上製造大面積的高效率超穎透鏡，實現量產的可能性。余沛慈表示：「超穎透鏡是新興的研究領域，其原理是在很薄的半導體材料上精準地製造奈米結構，讓光線可以像通過傳統玻璃透鏡一樣聚焦，對未來手機影像和感測模組將會產生很大的影響。」

搭建跨域技術橋梁 促進光學元件製程升級

「智能鄰近修正術」(Intelligent Proximity Correction)是余沛慈團隊運用深度學習所開發的創新解析度增益技術。透過深度學習模型取代光學模擬步驟，精準預測光阻顯影後的形貌與尺寸，幫助目標圖形的光罩修正。余沛慈說明：「解析度增益技術是微影製程的重要技術，微影的過程就像是洗照片，會有一個底片（光罩），但是洗出來的照片會與設計有落差、失真，團隊所開發的智能鄰近修正術可以預測超穎透鏡每一根奈米柱的大小，藉此修正光罩上的圖形，讓微影後的成品更精準貼近原始的設計，提高微影製程的良率。」

解析度增益技術在半導體產業發展多年，不過要跨域應用到光學領域，就需要兩邊的專家將know-how串聯，搭建技術的橋梁。余沛慈與張祐嘉分別深耕於光學微影與超穎透鏡之研究，余沛慈認為，半導體製程在這十多年間發展非常快速，然而半導體的研發影響力卻沒有擴散到其他產業，因此她想著，如果將半導體技術應用於光電元件，勢必能推動光電元件發展的腳步。余沛慈與張祐嘉合作將解析度增益技術運用至超穎透鏡製程，目前研究成果已發表多篇學術論文並獲得國際期刊引用，也有多項產學合作機會。

運用國研院先進設備　創造亮眼研究成果

要預測上億個奈米柱的尺寸是非常龐大的運算，一個大面積的超穎透鏡，如果使用一般電腦24小時不停歇，可能需要1至2年才能算完；要想做超穎透鏡大面積量產研發，也需要只有企業才有的重裝備DUV光學微影機台。所幸國家實驗研究院轄下的國家高速網路與計算中心（簡稱國網中心）和台灣半導體研究中心（簡稱半導體中心），可以提供全國最先進的超級電腦與高階半導體設備供研究團隊運用，才讓此項研究得以實現。

研究團隊藉由國網中心的台灣杉一號超級電腦幫助下，全光罩修正時間從數個星期縮減到數小時；透過半導體中心的製程平台，成功在8吋玻璃基板製造出332顆大面積、直徑8毫米、每顆包含超過7000萬組奈米結構的高效率近紅外超穎透鏡（光波波長1550nm）。經實際量測聚焦效率能達到64%，極為接近理論計算值69%，是國際技術文獻中以低成本i-line微影技術實現的最高效率。

國研院銜接產學資源落差　推動學術前瞻研究

來到陽明交大任教之前，余沛慈曾在Intel公司微影相關部門工作，她深刻地體會到，在企業雖然研究領域較窄，僅限於自己的工作範圍，但企業具備的先進設備，能夠支持前瞻創意的實驗與研究；反之，在學術領域，雖然在研究主題上擁有非常大的自由與機會，在設備上卻無法媲美企業的資源，許多想法只能等待時機和資源，才能邁出第一步。此次研究也是因為有國網中心和半導體中心的開放性資源，才能將超穎光學跟微影結合在一起。

余沛慈指導的劉學澧博士生也分享，在研究過程中，深度學習模型的建立與訓練需要長時間投入，以及反覆重新蒐集資料、修正誤差提升精準度；製作元件時，蝕刻的部分也需要不斷調整參數。在過程中，半導體中心的工程師們都很樂意提供相關協助，所以劉學澧認為國研院提供的平台非常珍貴，因為它不僅有媲美業界的硬體設備，還有敬業的工程師給予專業建議，大幅縮短研發時程，給予研究團隊非常大的幫助。

余沛慈想要感謝半導體中心謝嘉民博士，同時也是此計畫的共同主持人，帶領工程師與學生每週開會討論，此研究的收穫不僅是技術上的突破，也培育了許多學生，得以透過此研究，在畢業後進入先進CMOS製程研發部門。國研院所提供的資源，對學校和產業在培育人才、研發新創上，都有極大的貢獻！