CN100445797C

CN100445797C - 微镜阵列和制造该微镜阵列的方法

Info

Publication number: CN100445797C
Application number: CNB2005101152411A
Authority: CN
Inventors: 金海成; 孙镇昇
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: US20060098262A1; JP2006139287A; KR100580657B1; CN1773324A

Abstract

本发明公开了一种微镜阵列和制造该微镜阵列的方法。制造用在控制光学元件的光路中的微镜阵列的方法，包括：形成至少一个定位图案，其中，微镜将被设置在基板上；在定位图案中设置具有至少一个反射表面的微镜。

Description

微镜阵列和制造该微镜阵列的方法

技术领域

本发明涉及一种微镜阵列，更具体地讲，涉及一种微镜阵列和制造该微镜阵列的方法，其中，能够高精度地制造广泛用作极小光学元件的微镜。

背景技术

微镜是已经广泛用作光学拾取设备或者光学通信系统等中的光学元件。具有光学拾取器的光学信息存储设备能在光盘上记录信息和从光盘再现信息。

光学信息存储设备已经被开发为减小光源的波长并增加目镜的数值孔径(NA)，从而利用光能可得到高的记录密度。例如，用于CD的光学信息存储设备使用波长为780nm的光源和数值孔径(NA)为0.45的目镜，用于DVD的光学信息存储设备使用波长为650nm的光源和NA为0.6的目镜。

因为用户想在便携式信息设备中使用光盘，所以已经迅速地开发了超小光学拾取器。已经利用半导体工艺试验制造了光学拾取器。在传统光学拾取器制造工艺中，当组装几个毫米单位的光学元件时，调节光学元件之间的光轴用了很长时间，自动化比率降低。然而，能利用半导体工艺以晶圆级制造光学拾取器，从而能够大量生产，可制造小尺寸光学拾取器并且易于执行组装和调节。

图1A至图1E示出了利用半导体工艺制造微镜的传统方法。

参照图1A，硅碇以相对于晶面(100)与晶向[011]成9.74度的偏轴角切开，从而形成厚度为500μm的硅晶圆10。参照图1B，蚀刻掩模层11和12由SiO₂或者SiN_x形成在硅晶圆10的两侧。

参照图1C，利用光刻工艺将蚀刻窗13形成在蚀刻掩模层11的一部分上。

参照图1D，在其中形成了蚀刻窗13的硅晶圆10浸泡在保持在适当的温度的硅各向异性溶液例如KOH或者TMAH中，从而执行湿蚀刻。当湿蚀刻执行完预定量的时间时，如图1D所示，第一表面15a相对于硅晶圆10的下表面的倾斜角为大约45度，第二表面15b相对于硅晶圆10的下表面的倾斜角为大约64.48度。标号14指硅晶圆10的蚀刻区域。

参照图1E，去除蚀刻掩模层11和12并将硅晶圆10切开，从而第一表面15a和第二表面15b用作微镜。

能以晶圆级制造微镜，当使用长波长的光源或者蚀刻深度很小时，可获得表面精度。然而，在制造微镜的传统方法或者图1A至图1E所示的方法中，当蚀刻深度为几百微米时，表面成型精度不易于用用于光学拾取器的传统光学元件中需要的成型精度代替。

利用公式1得到在光学拾取器系统中满足光学标准的微镜的表面粗糙度

Rt∠λ/6 1，

其中，Rt是十点平均粗糙度，λ是用在光学拾取器系统中的光的波长。由于在蓝光光学拾取器系统中的光的波长为大约405nm，因此，镜面的精度需要表面粗糙度小于大约68nm。

利用图1A至图1E所示的蚀刻工艺制造的微镜广泛用在光学拾取器和包括光学模块的各种光学通信设备中。然而，光的波长能用在使用波长在1.3至1.5μm范围内的光的光学系统中，不易用在使用波长小于1.3μm至1.5μm的光的光学系统中。

在利用蚀刻工艺制造阵列形状的大尺寸微镜的传统方法中，使用高纯的大尺寸Si晶圆，要严格控制试验条件，蚀刻晶圆需要的时间是大约8小时至10小时，这样导致制造微镜的成本增加。

发明内容

本发明提供了一种微镜阵列和制造该微镜阵列的方法，其中，非常简单地执行定位图案和定位标记的形成工艺以及附着微镜的工艺，以大大地提高生产率。

根据本发明的一方面，提供了一种用在控制光学元件的光路中的微镜阵列，所述微镜阵列包括：基板；至少一个定位图案，形成在基板的一个表面上；微镜，设置在定位图案中，并且具有至少一个镜面。

所述基板可为Si基板或者玻璃基板。微镜可由Si、玻璃或者聚合物形成。

以单层或者多层涂覆的金属或者介电材料可用在镜面中，以提高反射率。

微镜可包括具有第一倾斜角的第一表面和具有第二倾斜角的第二表面。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造用在控制光学元件的光路中的微镜阵列的方法，所述方法包括：形成至少一个定位图案，其中，微镜将被设置在基板上；在定位图案中设置具有至少一个反射表面的微镜。

至少一个定位图案的形成方法可包括：在基板上涂覆光阻剂，以形成蚀刻掩模层；在蚀刻掩模层上部的上方设置具有对应于定位图案的开口部分的掩模，执行光刻工艺并使蚀刻掩模显影，使对应于定位图案的蚀刻掩模层开口，以形成蚀刻窗；通过蚀刻窗干蚀刻基板，以在基板上形成定位图案。

至少一个定位图案的形成步骤还可包括在基板上形成用来定位并且结合到基板上的光学元件例如SiOB上的定位标记。

定位标记的形成步骤可包括：通过在基板上涂覆光阻剂形成光阻剂层；在光阻剂层上方设置具有对应于定位标记的开口部分的光掩模层，并且从光掩模层的上部执行光刻工艺；通过从将要形成定位标记的部分去除光阻剂层来暴露基板的一部分；在基板和光阻剂层的暴露部分上涂覆定位标记材料层，去除光阻剂层，以形成定位标记。

在定位图案中设置微镜的步骤可包括：在定位图案中设置微镜；在定位图案的一侧方向上排列微镜；将粘合剂注入到微镜和定位图案的接触部分中。

粘合剂可为银膏、UV聚合物、UV粘合剂或者光阻剂中的至少一种。

附图说明

通过参照附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述方面和优点将会变得更加清楚，其中：

图1A至图1E示出了利用半导体工艺制造微镜的传统方法；

图2A和图2B示出了根据本发明实施例的微镜阵列的结构；

图3A至图3I示出了根据本发明另一个实施例的制造微镜阵列的方法；

图4A至图4C示出了根据本发明另一个实施例的将微镜设置在基板的定位图案上的方法；

图5和图6示出了其中微镜阵列以晶圆级与SiOB结合并形成在SiOB上的光学拾取器。

具体实施方式

图2A至图2B示出了根据本发明实施例的微镜阵列的结构。

参照图2A，微镜30以预定形状排列在基板20的定位图案上。这里，微镜30不是通过利用例如蚀刻工艺加工基板20来形成，而是通过将分离的微镜30设置在形成于基板20上的定位图案上来形成微镜30。

图2B是沿着图2A的线A-A′截取的微镜30的透视图。参照图2B，微镜30排列并设置在其中的定位图案20a形成在基板20上。微镜30包括：第一表面31a，具有相对于基板20的表面的第一倾斜角；第二表面31b，具有相对于基板20的表面的第二倾斜角。这里，第一表面31a和第二表面31b的倾斜角可基于它们的使用来调节。例如，当它们用在光学拾取器中时，第一表面31a的倾斜角为大约45度，第二表面31b的倾斜角为大约64.48度。图2B的区域B是微镜30以晶圆级结合到光学硅平台(SiOB)的区域，这些将在后面描述。

现在，将参照图3A至图3I来描述根据本发明实施例的制造微镜的方法。这里，以下将描述制造微镜的方法，包括：将微镜30设置在基板20上的工艺和形成用于将微镜30结合到光学元件例如SiOB上的定位标记。

参照图3A，制备基板20并且将光阻剂涂覆在基板20上，从而形成光阻剂层21。可形成定位图案的任何材料，例如Si或者玻璃，可用作基板20。即使在Si晶圆中，与上述现有技术中相同，在预定的表面方向上，Si碇的晶面(100)可用作普通基板。

参照图3B，光掩模22位于基板20上，其中，在位置22a处，将形成定位图案21，从掩模22的上部辐射光，从而执行光刻工艺。

参照图3C，去除光掩模22并显影，从而去除将要形成定位标记21b处的位置21a的光阻剂层21。利用溅射或者电子束蒸发来沉积金属例如Au或者Cr，从而金属被填充在将要形成定位标记21b处的位置21a的光阻剂层21中。

参照图3D，利用提取工艺去除光阻剂以将基板20和光阻剂层21分离，所以，定位标记21b形成在基板20的预定位置。

同样，在后续工艺中，形成将被结合到SiOB的定位标记21b。现在，将描述形成在其上设置了微镜30的定位图案20a的工艺。

参照图3E，使用旋转涂覆，将光阻剂涂覆在基板20和定位标记21b上，从而形成蚀刻掩模层23。

参照图3F和图2B，具有对应于每个定位图案20a的开口部分24a的光掩模24位于蚀刻掩模层23上方，从而执行光刻工艺，其中，所述微镜30位于每个定位图案20a上。通过开口部分24a暴露对应于每个定位图案20a的蚀刻掩模层23的一部分。

参照图3G，当完成显影过程时，去除蚀刻掩模层23的一部分并且形成蚀刻窗23b。

参照图3H，在通过蚀刻窗23b开口的基板20的一部分上执行干蚀刻。因此，在基板20上形成在其上设置微镜30的定位图案20a。当去除蚀刻掩模层23时，定位图案20a和定位标记21b形成在基板20上。在这种情况下，根据微镜30的尺寸来确定每个定位图案20a的深度，微镜30位于定位图案20a上并且在后续的工艺中用来定位并与SiOB结合。因此，将微镜30的尺寸调节为几微米至几十微米。

参照图3I，微镜30位于形成在基板20上的定位图案20a上。微镜30具有侧表面，即，具有第一倾斜角的第一表面31a和具有第二倾斜角的第二表面31b。微镜30的底表面的尺寸小于定位图案20a的尺寸。可通过采用硅、例如BK7或耐热玻璃等玻璃、聚合物利用机械处理来控制微镜30的形状和尺寸，而容易地形成微镜30，以具有期望的倾斜角。为了提高反射表面的反射率，单层或者多层涂覆的金属或者介电材料用在第一表面31a和第二表面31b上。当微镜30用在光学元件，例如SiOB中时，第一表面31a的倾斜角为45度，第二表面31b的倾斜角为64.48度。同样，可制造根据本发明实施例的微镜阵列。

图4A至图4C示出了根据本发明另一个实施例的将微镜30设置在基板20的定位图案20a上的方法。

参照图4A，微镜30位于形成在基板20中的多个定位图案20a上，以在定位图案20a中定位。定位图案20a的宽度可大于微镜30。根据本发明，定位图案20a的宽度和长度形成为比微镜30的下表面大大约15微米。

参照图4B，根据第一表面31a和第二表面31b的方向，微镜30位于定位图案20a上。图4B的顶侧和右侧设置为标准定位表面，从而从微镜30的左方和下方施加力。

参照图4C，微镜30准确地结合到定位图案20a的定位表面的顶侧和右侧。由于在后续的工艺中执行微镜30的阵列和晶圆结合的工艺，所以微镜30应该固定在定位图案20中，其中，SiBO以阵列形状形成在晶圆中。结果，银膏、UV聚合物、UV粘合剂或者光阻剂可用作粘合剂。例如，利用光学纤维可将少量的粘合剂注入到微镜30的一侧或者两侧。然后，UV射线辐射到粘合剂上，或者在热板或者传统的炉子中加热粘合剂，以去除粘合剂的溶剂成分。因此，微镜30结合到定位图案20a。仅使用少量的粘合剂，可使微镜30容易地结合到定位图案20a。

图5和图6示出了光学拾取器的结构，其中，微镜阵列以晶圆级与SiOB结合并且形成在SiOB上。光学拾取器以这样一种方式构造，即，利用定位标记和阳极结合或者共晶结合，使图2A中所示的微镜阵列以晶圆级定位，其中，形成了SiOB阵列。结合到单位SiOB光学元件的微镜对应于图2B的区域B。

参照图5和图6，光学拾取器包括：光学平台40；安装单元43，形成在光学平台40上，并且具有光源；透镜单元41；微镜30；光路分离单元42a。通光孔42b形成在光学平台40中，其中，来自安装单元43的光源的光穿过通光孔42b。主光电检测器44和监测光电检测器45形成在光学平台40中。

微镜30包括第一表面31a和第二表面31b，其中，第一表面31a位于光学平台40的一侧，并且在第一表面31a上，从安装单元43的光源发出的光被通光孔42b反射并入射到信息存储介质中；在第二表面31b上，从第一表面31a透射的反射光入射到主光电检测器44中。

主光电检测器44接收从信息存储介质反射的光，并且检测信息再现信号例如RF信号和误差信号例如用在伺服驱动中的聚焦误差信号、跟踪误差信号或者倾斜误差信号。监测光电检测器45接收从安装单元43的光源发射的光的一部分，并且产生利用光的数量的监测信号。

光路分离单元42a使从安装单元43的光源发出并且入射到信息存储介质中的光的光路和从信息存储介质反射的光的光路彼此分离。光路分离单元42a可使用衍射光学元件，例如全息光学元件(HEO)或者衍射光学元件(DOE)。

现在，将描述光学拾取器的操作。从安装单元43的光源发射的光从微镜30的第一表面31a反射，并且穿过通光孔42b入射到存储介质，例如，CD中。从信息存储介质反射的光穿过通光孔42b入射到微镜30的第一表面31a。从第一表面31a反射的光入射到第二表面31b，并且被主光电检测器44接收。因此，微镜30应该被精确地结合到SiOB，以精确地控制光路。在根据本发明实施例的微镜阵列中，根据定位表面来形成定位图案20a，定位图案20a能满足光学元件，例如光学拾取器的精度需求。

根据本发明，可得到以下的优点。第一，通常，使用湿蚀刻来制造微镜的所需的蚀刻时间较长，使得生产率很低。然而，根据本发明，可非常简单地完成形成定位图案和定位标记的过程，并且可非常简单地完成附着分离的微镜的过程，以生产率大大提高。第二，当使用半导体工艺来制造传统的微镜时，不能满足光学元件使用具有低表面精度镜面的波长的要求。然而，根据本发明，可控制单位微镜的精度，以使微镜能用在蓝光光盘系统等中。第三，具有预定表面方向的Si基板用来制造传统的微镜。然而，根据本发明，可使用在其上形成定位图案的任何基板，使得制造微镜的成本大大降低。

尽管已经参照本发明的优选实施例部分地示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上作各种改变。

Claims

1、一种用在控制光学元件的光路中的微镜阵列，所述微镜阵列包括：

基板；

至少一个定位图案，形成在所述基板的一个表面上；

微镜，位于所述定位图案中，并且具有至少一个镜面，

其中，所述微镜与所述基板分开形成，

其中，所述微镜在所述定位图案的一侧的方向上排列，并且将粘合剂注入到所述微镜和所述定位图案的接触部分中。

2、如权利要求1所述的微镜阵列，其中，所述基板为Si基板或者玻璃基板。

3、如权利要求1所述的微镜阵列，其中，所述微镜由Si、玻璃或者聚合物形成。

4、如权利要求1所述的微镜阵列，其中，以单层或者多层涂覆的金属或者介电材料用在所述镜面中，以提高反射率。

5、如权利要求1所述的微镜阵列，其中，所述微镜包括具有第一倾斜角的第一表面和具有第二倾斜角的第二表面。

6、一种制造用在控制光学元件的光路中的微镜的方法，所述方法包括：

形成至少一个定位图案，其中，微镜将被设置在基板上；

将具有至少一个反射表面的所述微镜设置在所述定位图案中，

其中，所述微镜与所述基板分开形成，

其中，在所述定位图案的一侧方向上排列所述微镜，并且将粘合剂注入到所述微镜和所述定位图案的接触部分中。

7、如权利要求6所述的方法，其中，至少一个定位图案的形成包括：

在所述基板上涂覆光阻剂，以形成蚀刻掩模层；

在所述蚀刻掩模层的上部的上方设置具有对应于所述定位图案的开口部分的光掩模，执行光刻工艺并使所述蚀刻掩模层显影，使对应于所述定位图案的所述蚀刻掩模层开口，以形成蚀刻窗；

通过所述蚀刻窗干蚀刻所述基板，以在所述基板上形成定位图案。

8、如权利要求6所述的方法，其中，至少一个定位图案的形成还包括在所述基板上形成用来定位并且结合到SiOB上的定位标记。

9、如权利要求8所述的方法，其中，所述定位标记的形成步骤包括：

通过在所述基板上涂覆光阻剂形成光阻剂层；

在所述光阻剂层上方设置具有对应于所述定位图案的开口部分的光掩模层，从所述光掩模层上部执行光刻工艺；

通过从将要形成所述定位图案的部分去除所述光阻剂层来暴露所述基板的一部分；

在所述基板和所述光阻剂层的暴露部分上涂覆定位标记材料层，并且去除所述光阻剂层，以形成所述定位标记。

10、如权利要求6所述的方法，其中，所述粘合剂为银膏、UV聚合物、UV粘合剂和光阻剂中的至少一种。

11、如权利要求6所述的方法，其中，所述基板为Si基板或者玻璃基板。

12、如权利要求6所述的方法，其中，所述微镜由Si、玻璃或者聚合物形成。

13、如权利要求6所述的方法，其中，以单层或者多层涂覆的金属或者介电材料用在镜面中，以提高反射率。

14、如权利要求6所述的方法，其中，所述微镜包括具有第一倾斜角的第一表面和具有第二倾斜角的第二表面。