2，集成电路的加工，精度要求最高的是基于掩膜的光刻工序，这个工序是在特定波长的光照下实现的，普通的光线会影响光刻的效果，导致沟道不规则而导致电路性能不良。
久以来，「光学薄膜制程技术」一直是光学领域中不可忽略重要基础技术，而且品质要求也越来越高，加上这五年来在资讯显示及光通讯科技快速发展之下，不论是在显示设备中分、合色元件，又或是在光通讯主、被动元件开发制程上，薄膜制程技术都是不可忽略重要技术。而在显示器技术、光通讯技术、生医光电技术…等，在全方位薄膜技术有其决定性的影响。本文专访国立中央大学光电科学研究所暨薄膜中心主任李正中博士，以多年来在光学显示器相关镀膜、各种类光学薄膜之光学特性及非光学特性研究经验与其发展技术，一同探讨光学薄膜制程技术是如何成为产业中，各个产业应用的最佳绿叶技术，求得理论及实务并重。■光学薄膜与镀膜技术的重要性
从精密及光学设备、显示器设备到日常生活中的光学薄膜应用；比方说，平时戴的眼镜、数位相机、各式家电用品，或者是钞票上的防伪技术，皆能被称之为光学薄膜技术应用之延伸。倘若没有光学薄膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是雷射技术发展速度，将无法有所进展，这也显示出光学薄膜技术研究发展重要性。
一般来说，要使用多层薄膜时，必须根据设计者需求，藉用高低折射率薄膜堆叠技术，做为各类型光学薄膜设计之用，才能达到事先预期后评估的光学特性。比方说：抗反射镜、高反射镜、分光镜、截止滤光镜、带通滤光镜、带止滤光镜等；而在电脑分析软、硬体发展健全的今日，不仅使光学薄膜在设计上变得更为便捷，且光学薄膜技术研究发展也将更为快速。
就目前设计端而言，若以合理特性范围来考量，光学薄膜制作门槛已经降低不少，技术困难点也很少出现，通常只要在合理要求范围之内，设计者不难发出适用的光学多层膜结构。不过，光学薄膜最主要关键问题，在於薄膜镀膜工艺技术的改善？这关系到要如何精准地掌控每一层薄膜厚度与折射率，才能获得预期光学性质和机械特性，甚至在制程量产化及成本降低都有其助益。另外，包括：薄膜材料开发（包括：材料测试、化学纯度、材料创新、材料型式）、先进镀膜技术开发（包括：真空镀膜机、监控技术）及薄膜的量测分析（膜层设计、厚度误差分析技巧）等，都是光学薄膜工程上所要面对到的首要课题。
不过，在光学薄膜技术应用上，由於技术本身被归纳为广泛应用性质，不容易以某一或单一产品作为载具并加以区分；因此，在光学薄膜产品技术，最终应用则是在众多光学元件上，若以光学元件各个相关应用市场来探究，更可看出主要附加价值与相关性。
■光学薄膜技术在显示器产业中的应用
对於显示器画面尺寸及影像品质及辐射量多寡的要求日渐严苛，过去显示器尺寸也从14吋、20吋、29吋、32吋，甚至更大尺寸，也从CRT萤幕发展到LCD萤幕或投影萤幕。因为超过40吋CRT显示器动辄超过100公斤、厚度也超过35吋；因此，在一般CRT显示器生产过程中，40吋以上就是一个技术瓶颈。目前要打破尺寸瓶颈技术，就是利用投影技术来达成，藉用光学技术放大显示器尺寸，使其机身厚度变薄，体积变得更为轻盈。
▲对於投影机产业而言，必须快速对应到灯源进步程度，以及更高亮度、对比度、体积更小、重量更轻…等要求。（罗清岳摄影）
揭开投影机显示技术中重要光学关键零组件，就像是光学引擎、光阀、偏光转换器等开发技术，对投影显示技术中的影像品质有著关键性影响。举例来说，在光学引擎的偏振分光稜镜便是光学引擎中，不可或缺的光学元件，其可见光波要求在420∼680nm范围（入射角范围约30°之内），才能大幅度地分开p偏振光及s偏振光，并维持p偏振光穿透率Tp＞90％以上及消光比达到Tp/Ts＞500以上，这是因为消光比越高及Tp穿透率也就越高，影像对比度才会更好，色彩一致性越高，获得较高的光能利用率。
在光学引擎中要用到大量偏振、分光及滤光元件，这些都需要仰赖光学薄膜、镀膜技术来实现，不过这些元件镀膜技术要求层级很高，导致生产困难度加大。一般来说，目前发展投影机技术，包括：LCD、DLP（MEMS）、LCOS数种发展技术。影像成形技术，则分为穿透式LCD及反射式DLP、LCOS，而在投影机系统中，便需要运用光学薄膜滤光片新的开发技术，藉以达到最佳影像品质。
对於投影机产业而言，为了因应灯源技术，以及更高亮度、对比度、体积更小、重量更轻等要求，对於其中所使用的各式光学元件都必须有相对应解决之道。而为了达到需求，这对光学薄膜技术来说，已不能单纯使用传统的整数膜堆设计来完成，非整数膜堆设计必要时也要能被大量采用。不过，对非整数膜堆技术而言，除了先天上设计的困难性之外，在实际的制镀上也有相当的困难性。另一方面，对於环境测试要求更为严格，在滤光片材料选用则应更为审慎，基板选择上也要考虑到整体滤光片应力行为…等等，这都在先前设计之初就必须被纳入考量。
■光学薄膜技术也在奈米技术上有其助力
奈米材料及技术因应科技发展速度，不断受到重视，归究其主要原因在於奈米材料应用广泛，加上以未来层面来考量。一方面是因为现有理论基础不足涵盖奈米材料完整发展；另一方面来自物理、化学、生物医药领域的冲击性与整合性，提供极为有力的助益。其中，在物理方面著重於奈米制造、材料检测技术与原子 *** 纵；而在化学方面则提供由小而大、由下而上的组装方式、各式化学方法合成奈米材料；生物领域主要提供是仿生概念及生物制造工程的奈米材料合成技术。
回过头来看光学薄膜技术制程，过去的光学薄膜技术已经进入成熟化地步，也受到广泛的应用。也曾经有专家提出，再过五年之后，以「矽」为主要材料的微米级电子电路技术将有可能面临到发展之末。然而，在光学薄膜在奈米尺度下的特性，也是因为这几年中，由於制程技术进步后，才逐渐受到业界所探讨。这是因为一旦光子元件想要在更小、更快且低耗能线路上与电子线路相互呼应，则光子的 *** 控必须在空间、速度及能量上，远比目前微小上百倍情况下才能顺利进行。因此，奈米光波导（nanophotonic waveguide）将有可能成为代替部分矽及其它半导体材料的最佳材料，则能有效开发出远比目前传输速度及密度高达50∼100倍以上；另外，在省能效益方面则高出50∼100倍通讯及运算装置。如此一来，光学薄膜技术在奈米级尺寸即将到来的催促之下，其技术研究将成为非常重要的关键因素。
目前在积体光学技术所能制造的光学元件，大都是以电光、声光调变器、光分离器、分工／解分工器…为主，倘若要做到全光式或者多元件的积体光学元件，不可或缺的便是「奈米光学薄膜元件」。这当中最受到关注的就是，结合薄膜技术及微影技术（Optical Lithography）所形成的光子晶体（photonic crystals），使其带有周期性的介电质分布结构特性，藉以提高解析度转而制作更微小特徵尺寸，才能拥有在相同单位面积上，有更高密度下可容纳更多的电晶体。
一般光子晶体依照光子能带的方向特性可分为两类，分别为讯号传递具有方向性（Uni-directional）、（Omni-directional）；在Uni-directional光子能带仅能够使某特定传播方向的光波被抑制其传播特性，而omni-directional光子能带能够使各个传播方向上的光模态皆被抑制其传播特性。因此，可藉由结构上的设计使光皆被反射，产生零能量穿透。除了光子晶体外，光学薄膜在奈米等级的尺度下，在金属薄膜上制作奈米级的周期性孔洞时，当入射光的光波长大於孔洞的周期时，入射的零阶光有和平常不一样的高穿透率，并且没有绕射现象的发生。此类光学元件主要应用金属之表面电浆特性，产生完全不同於传统光学理论的特性，才会别於光子晶体特性下的一种新型态及表面电浆元件。
上述两项不同类型元件，不论是光子晶体还是表面电浆元件，都需要奈米等级下进行精密微影、蚀刻技术及光学薄膜技术。因此，若以光学薄膜技术为主要发展基础，再搭配上微影制程技术，及薄膜特性分析技术等，最终目标便能达到充分了解光学薄膜在奈米尺寸等级下，各项分析特性及组成结构，以提供奈米光学薄膜技术应用在积体光学领域中地发展与应用。
▲中央大学成立的薄膜技术中心展示多项薄膜产品应用技术，薄膜应用随处可见，各式各样的薄膜都有其功用。 （罗清岳摄影）
■非主要明星产业 但其重要性不可忽略
可以这麼说：「光学薄膜技术并不是一项亮丽的技术显学」。但…却是台湾产业发展过程中不可缺少的其中一环，不仅左右产品优劣也影响产品效能。光学薄膜技术给人的感觉是「透明的」、「薄薄的」，但这当中的学问无法只用言语就能概以全数。虽然光学薄膜应用多属绿叶技术，只是个辅助性质角色。不过，一旦有了光学薄膜技术，不仅使产品功能更加显而易见，并能提升它的附加价值。
就像一般所配载的眼镜，运用了光学薄膜的镀膜技术，便能降低眼镜反射率，使它具有更高穿透率，而抗紫外线镜片及抗红外线镜片，也都是光学薄膜技术的应用。而在光通讯、显示器、照明、节能…等方面，也可以应用光学薄膜技术，例如，尖端技术基础的研究及应用，则需要较小、较为精致型元件，使产品变得更轻薄短小。换句话说，只要有运用到光学元件之处，都可以利用光学薄膜改善它的品质和技术，使产品变得更完善，并与生活息息相关。
光学薄膜的技术与理论虽然起源已久，然而随著相关科技环境迅速提升与成长，如何使光学薄膜技术得以创新，将是从事光学薄膜技术者尚须追求的目标。目前，台湾厂商专注於OEM以下阶段技术及塑胶镀膜厂商，但在光学品质可靠性上，仍必须持续提升。至於OEM以上等级的光学镀膜技术，例如：雷射镜片虽亦有厂商投入研发，只在量产上则仍不易达到。因此，台湾厂商一旦能尽早於新的光学薄膜技术开发方面大力投入，将有助於在整体光学元件市场上取得重要的契机，并建立完整光学产业结构根基。
参考资料：李正中《薄膜光学与镀膜技术》、中央大学薄膜技术研究中心、J. Mort and F. Jansen《Plasma Deposited Thin Films》、《Thin Film Processes》。
▲李正中博士表示，目前各个光电设备及光学仪器，都跟光学薄膜技术有其关连性；举凡光纤通讯、生物晶片、光显示器、人造卫星、太空遥测系统、半导体雷射、微机电系统、光资讯储存及各式光学元件…等。（罗清岳摄影）
和平号是苏联/俄罗斯的第3代空间站，亦为世界上第一个长久性空间站(设计成在轨多模块组装，站上长期有人工作)。和平号空间站的轨道倾角为51.6度，轨道高度300~400千米。自发射后除3次短期无人外，站上一直有航天员生活和工作。和平号核心舱于1986年2月20日发射，它提供基本的服务、航天员居住、生保、电力和科学研究能力。联盟-TM载人飞船为和平号接送航天员，进步-M货运飞船则为和平号运货。�和平号核心舱共有6个对接口，可同时与多个舱段对接。到1990年，苏联只为和平号核心舱增加了3个对接舱：即1987年与核心舱对接的量子-1(载有望远镜和姿态控制及生命保障设备)、1989年对接的量子-2(载有用于舱外活动的气闸舱、2个太阳电池翼、科学和生命保障设备等)、1990年对接的晶体舱(载有2个太阳电池翼、科学技术设备和一个特别的对接装置，它可与美国航天飞机对接)。俄罗斯自1995年起发射了3个舱，先后与和平号对接，这3个舱是：1995年发射的光谱号(载有太阳电池翼和科学设备)和一个对接舱(停靠在晶体号特别对接口上，用于与航天飞机对接)以及1996年4月26日发射的和平号的最后一个舱体--自然号(载有对地观测和微重力研究设备)。自此和平号在轨组装完毕。全部装成的和平号空间站全长87米,质量达123吨(如与航天飞机对接则达223吨),有效容积470立方米。
作为美俄国际空间站合作计划的一部分，美国航天飞机与和平号空间站实施了交会和对接，在轨对接期间，进行了设备和航天员的交换。1995年2月6日发现号航天飞机与和平号在太空交会，两航天器相距仅11.3米。同年6月29日，和平号空间站与亚特兰蒂斯号航天飞机在轨首次对接成功，美俄航天员在太空相逢，联合飞行了5天。美国女航天员露西德1996年3月22日在航天飞机第3次与和平号对接后进入空间站，到1996年9月26日才返回地面，在太空度过了188天，创造了妇女太空飞行新记录。在这项合作中，航天飞机与和平号共进行了9次对接，为建造和运营国际空间站积累了经验。
1999年1月26日，俄罗斯“和平号”空间站的宇航员与美国“奋进号”航天飞机的宇航员聚集在“和平号”空间站舱内合影。
和平号空间站原设计寿命5年，到1999年它已在轨工作了12年多，除俄罗斯的航天员外，还接待了其他国家和组织的航天员，他们在和平号空间站上取得了丰硕的研究成果。但由于和平号设备老化，加之俄罗斯资金匮乏，从1999年8月28日起，和平号进入无人自动飞行状态，准备最终再入大气层焚毁，完成其历史使命。它的完成体现了前苏联当时强大的经济实力和航天业的实力。
[编辑本段]和平号空间站的辉煌生涯
20世纪70年代初到80年代中期，前苏联曾发射了两代7艘礼炮号空间站。它们采用舱段式结构，由几个不同形状和尺寸的舱段组成，所有的仪器设备只能装在舱段内和舱段外表面。这种设计思想使礼炮号空间站外形简单，容易实现，所有硬件少，造价较低，可以用质子号运载火箭一次发射入轨。它除了有投入工作迅速的优点外，不需要在轨道上对接组合或装配大型系统的复杂过程，因而风险和难度都比较小，安全性较高。但它的缺点也十分明显，规模小，不易扩展，从而大大限制了有效载荷的规模。由于所有仪器设备只能布置在舱段内，因此很难合理地布置站上的分系统和有效载荷，不同性质的载荷不能做到相互独立，不可避免地造成不期望的影响。而且由于各种载荷的安装十分紧凑，也使得出现重大故障时系统很难修理或更换。基于上述原因，前苏联又发展了第三代和平号空间站。
和平号空间站计划正式制定是在1976年。它采用组合式积木结构。空间站主体仍然是一个舱段结构。它的总长13.13米，最大直径4.2米，总重20.4吨。它由4个基本部分组成：球形增压转移舱，直径2.2米，上面装有5个直径0.8米的对接窗口，径向1个，侧部对称4个；增压工作舱，这是空间站的主体，总长为7.67米，两个柱形段的直径分别为2.9米和4.2米，不增压服务-动力舱，位于空间站尾部，除装有主发动机和推进剂外，还装有天线、探照灯、无线电通信天线等；增压转移对接器，长1.67米，直径2米，位于服务－动力舱中央，提供第6个对接通道。1986年2月20日凌晨，一枚三级质子号运载火箭将和平号空间站主体发射升空。1986年3月13日，苏联发射了联盟T－15飞船。宇航员基齐姆和索洛维耶夫驾驶飞船于15日同和平号对接，并成为新空间站的第一批乘员。他们的主要任务是对空间站进行全面检查。1987年2月5日，联盟TM－2发射，两名宇航员是罗曼年科和拉维金。1987年3月31日，苏联用质子运载火箭发射了第一个实验舱——量子1号，开始了和平号积木空间站的正式组装工作。
中期量子专业实验舱共有5个，分别是天文物理舱、服务舱、晶体舱、光学舱和自然舱，用于天文观测、对地观测、材料实验与加工、生物医学实验等。量子1号发射后于4月12日同和平号硬对接成功。其余各舱分别于1989年11月26日、1990年5月31日、1995年5月20日、1996年4月23日发射，它们与和平号对接后，组装工作全部完成。完整的和平号空间站全长达87米，质量达123吨，有效容积470立方米。它作为世界上第一个长期载人空间站，自诞生之日起，共在轨道上运行了15载，大大超过了5年的设计寿命。它绕地球飞行8万多圈，行程35亿公里，进行了2.2万次科学实验，完成了23项国际科学考察计划。共有31艘联盟号载人飞船、62艘进步号货运飞船与其实现对接，还9次与美国航天飞机对接和联合飞行。宇航员从这座“人造天宫”进行了78次太空行走，舱外活动的总时间达359小时12分钟。先后有28个长期考察组和16个短期考察组在上面从事考察活动，共有12个国家的135名宇航员在空间站上工作。宇航员在空间站上进行了大量生命科学实验、空间材料学和医学实验，取得极为宝贵的成果和数据。拍摄了许多恒星、行星的照片，进行了基本粒子和宇宙射线的探测，大大扩展了人类对宇宙的认识，还探索了从太空预报地震、火山爆发、水灾及其他自然灾害的可能性。
中期和平号空间站创下了多个世界第一：它是在太空工作时间最长、超期服役时间最长、工作效率最高、接待各国宇航员最多的太空站，俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续在太空飞行438天的最高纪录。此外，和平号空间站还在试验人造月亮、空间商业化等方面进行了许多有益的探索，获得了大量数据及具有重大实用价值的成果，为开发利用太空和人类在太空长期生活积累了丰富的经验。在医学领域，研究了在太空使用的药物处方、宇航员飞行后的体力恢复方法。在生物学领域，研究了蛋白质晶体生长、高效蛋白质精制、特殊细胞分离、特种药品制备等。在材料和空间加工领域，进行了600多种材料实验，制造了半导体、玻璃、合金特35种材料。在对地观测方面，发现了10个地点可能有稀有金属矿藏，117个地点可能有油脉存在。在天文观测方面也做出了许多重大发现。此外，还开发了大量空间新技术。
中期近几年，和平号一直在与自己的工作寿命相抗争。空间站的中央计算机、蓄电池等电子设备严重老化；空间站外表伤痕累累；太阳能电池供电已不正常；空间站内部化学腐蚀严重。据统计，15年来和平号共发生了约1500次故障，其中近100处故障一直未能排除。和平号用遍体鳞伤来形容毫不过分，它日渐显露出工作寿命即将终结的迹象，再无回天之力。2001年1月5日，俄政府总理卡西亚诺夫签署了结束和平号空间站工作的政府命令，准备结束它辉煌的历史使命。
中期2001年3月20日，和平号空间站飞过了距地220公里的太空轨道。俄罗斯地面飞行控制中心的专家在对和平号的轨道参数、飞行姿态等信息进行综合分析之后，接连发出了两个制动信号，启动了与和平号对接的进步M1-5号货运飞船的发动机。在发动机的反推制动下，和平号的飞行速度陡然下降，巨大的空间站开始快速向下飘落，并逐渐进入了预定的坠落轨道。在和平号绕地球飞行的最后两圈内，地面专家发出了最后一个制动信号。刹那间，重达137吨的庞然大物脱离地球轨道，向着南太平洋轰然坠落……这便是俄罗斯航天专家为和平号精心设计的大结局。
和平号是载人空间站研制与运行的一个重要里程碑。人类在和平号计划中所掌握的太空舱建造、发射、对接技术，载人航天及太空行走技术，太空生命保障技术，航天医学、生物工程学、天体物理学、天文学知识，以及商业航天开发经验，都正在或将在国际空间站计划及未来的太空城和月球、火星基地规划中发挥不可替代的作用。和平号已经大大地超额完成了任务，它的光辉业绩将永载史册。
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