CN1246848C - 微型光学读取头模块与其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种微型光学读取头模块与其制造方法及其取景物镜的制造方法，其是在一透明的基板上形成至少两个菲涅耳波带片，再采用厚膜光阻以特殊斜曝制程而形成与基板相互成锐夹角的一组平面镜，该组平面镜的位置分别位于该组菲涅耳波带片的上方。在该组平面镜的锐夹角外侧的平面分别沉积金属层，其中一金属层可使一平面镜成为反射镜，另一金属层可使另一平面镜成为可半穿透且半反射的分光镜。在一菲涅耳波带片相对于该基板的另一表面设置一激光头，而另一菲涅耳波带片相对于该基板的另一表面设置一光传感器。本发明可大幅降低组装的复杂性，并满足位置精确对准的要求，同时光学读取头模块的成本较低，光学读取头模块的体积微小。

Description

微型光学读取头模块与其制造方法

技术领域

本发明是关于一种微型光学读取头模块与其制造方法及其取景物镜的制造方法，特别是关于一种可读取光储存媒质的光学读取头模块。

背景技术

光学读取头模块是光驱中最关键的零件，负责产生微小光点以读取光盘(optical disk)所储存的数据。为了光驱能快速且连续地读取数据，光盘必须作高速的旋转运动，而光学读取头模块也需配合光盘的运动才能获取其上的数据信号。

现有的光学读取头模块是将激光头、光传感器及微小的光学镜片组装在一壳体内，每个元件的固定角度及相对位置均需相当精确，图1即是一现有的光学读取头模块10的示意图。由第一激光头141或第二激光头142发出光源之后，经由准直镜(collimationlens)11形成一束平行光后，再通过面镜12将平行光反射至分光镜(beam spliter)13。分光镜13会将部分平行光导向光盘95，但要先穿过取景物镜16才能聚焦在光盘95的记录槽(图未示出)。经由记录槽上的凹洞而反应出不同的光信号，而这些光信号则会由分光镜13分光后再聚焦至光传感器15。该第一激光头141可发出波长为780nm的非集束状激光，用于读取CD格式的光盘；而第二激光头142可发出波长为650nm的非集束状激光，则适用于读取DVD格式的光盘。

现有的光学读取头模块不仅元件繁多而且组装复杂，另一方面还需要占用相当的空间才能完成所有的光程。综上所言，市场上迫切需要一种更具整合性、一体性及低成本的制程来解决上述光学读取头模块所存在的问题。本发明的主要目的是提供一种微型光学读取头模块与其制造方法，其利用微机电制程将多重角度的镜面、聚焦透镜、激光头及光传感器整合至一透明基板上，可大幅降低组装的复杂性，及满足位置精确对准的要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种微型光学读取头模块与其制造方法，利用微机电制程将多重角度的镜面、聚焦透镜、激光头及光传感器整合至一透明基板上，可大幅降低组装的复杂性，并满足位置精确对准的要求。

本发明的第二目的是提供一种低成本的光学读取头模块，其使用的光学镜片以半导体制程产生，因此可同时在一透明基板上形成若干个模块。

本发明的第三目的是提供一种体积微小的光学读取头模块，因所有元件都以半导体制程整合于一透明基板上，所以能将整个体积微型化。

为达到上述目的，本发明揭示一种微型光学读取头模块与其制造方法及其取景物镜的制造方法，其是在一透明的基板上形成至少两个菲涅耳波带片(Fresnel zone plate)，再采用厚膜光阻以斜曝制程(inclined exposure process)形成与基板相互成锐夹角的一组平面镜，该组平面镜的位置分别位于该组菲涅耳波带片的上方。在该组平面镜的锐夹角外侧的平面分别沉积金属层，其中一金属层可使一平面镜成为反射镜，另一金属层可使一平面镜成为可半穿透及半反射的分光镜。有一透明的聚合材料披覆于该基板的表面，并将该组平面镜完全包覆。最后再在该聚合材料的表面形成一聚焦透镜，其位置在光传感器的上方。接着在其中一菲涅耳波带片相对于该基板的另一表面设置一激光头，而另一菲涅耳波带片相对于该基板的另一表面设置一光传感器。

该聚焦透镜是藉由三维半遮蔽光罩(3D shadow mask)而产生一平凸(plano-convex)的聚焦透镜；或是利用光阻材料的亲水与疏水特性及温度调整，从而在该透明的聚合材料上因内应力而形成聚焦透镜。

附图说明

本发明将依照附图来说明，其中：

图1是一现有的光学读取头模块的示意图；

图2(a)～(e)是本发明的微型光学读取头模块的制程示意图；

图3是本发明的光学读取头模块的示意图；

图4是将金属层沉积于平面镜的外侧表面的示意图；

图5(a)～(c)是本发明的微型光学读取头模块的另一制程示意图；

图6(a)～6(c)是本发明的取景物镜的制造方法的示意图；

图7(a)～7(e)是本发明的取景物镜的另一制造方法的示意图。

附图标记说明

21、51   透明基板

22、52   菲涅耳波带片

23       厚膜光阻层

241、541 第一平面镜

242、542 第二平面镜

251、551 第一金属层

252、552 第二金属层

26、56   光传感器

27、57   激光头

30       光学读取头模块

31       取景物镜

41       固定台面

42       容器

43       金属靶材

58       聚合材料

59       取景物镜

61       基材

621、622、623 特氟纶

63、63′、63″聚合材料

71       基材

72、72′光阻层

73      光罩

74      半球体

75平凸透镜、75′曲面镜、75″平凹透镜

92      光罩

93      甘油

94      曝光光线

95      光盘

具体实施方式

图2(a)～(e)是本发明的微型光学读取头模块的制程示意图。首先在透明基板21上制作出菲涅耳波带片22，以作为准直镜以及聚焦用途。其是将透明基板21用硫酸混合双氧水清洗干净后，旋涂(spin-on)上一薄光阻并且曝光显影出菲涅耳波带片的互补图形(pattern)。因玻璃成本低廉且光学特性佳，该透明基板21较常使用玻璃。再将整片透明基板21蒸镀上一约1500厚的铝层，利用铝当菲涅耳波带片22中的绕射条纹，之后再将整片透明基板21泡进装有去光阻剂的溶液中，并经由剥离(lift-off)的制程将菲涅耳波带片22形成在透明基板21上。

图2(b)是在透明基板21设有菲涅耳波带片22的表面涂布一厚膜光阻层23，该厚膜光阻层23以选用型号SU-8的厚膜光阻较好。为了能降低激光的损失，本发明的厚膜光阻层23的厚度以达到约1000μm较好。该厚膜光阻层23还必须经过烘烤才能固化，而固化后的上表面会因受热不均及水平调校等因素而不平整，所以可在上表面旋涂一甘油(glycerol)膜，将厚膜光阻层23表面不平的部分或孔隙都填平，以减少在曝光时由于表面不平整所产生的光学绕射效应。因甘油是一种透明的物质，其黏滞性以及折射率(如取1.6)都与SU-8的厚膜光阻层23相当地接近，并且不会与SU-8间发生任何化学作用，所以是用来填补间隙(gap)相当理想的物质。当然其它透明的液体也可取代甘油达到相同的曝光效果，但液体的折射率要求在1.4～1.8范围内较佳。

接着将光罩92以及附着有厚膜光阻层23的透明基板21结合在一起，并将其结合件放置至曝光光源底下，如图2(c)所示。而且上述结合件与曝光光线94的入射方向成某个特定的夹角，这种有别于现有的垂直曝光的制程，我们称之为斜曝制程。因空气的折射率为1，小于玻璃制成的光罩92的折射率1.53，因此曝光光线94的折射角将远小于入射角。该入射角是指曝光光线94与光罩92表面的法线间的夹角；曝光光线94经过光罩92表面改变光行进方向，其改变后的方向与光罩92表面的法线间的夹角为折射角。相对于空气的折射率，厚膜光阻层的折射率为1.67，因此曝光光线94的二次折射角与二次入射角大致相等。为能使厚膜光阻层23的曝照角度有更大的选择范围，而不受限于第一次的折射角，可将该结合件埋浸于甘油93内，如此使得曝光光线94在光罩92中的折射角与入射角大约相等。

若选用的厚膜光阻层23为负光阻，光罩92将曝光光线94遮住的部分会在去光阻的步骤中去除，因此在透明基板21上留下一组倾斜的第一平面镜241与第二平面镜242，且透明基板21分别与该第一平面镜241、第二平面镜242的夹角范围为19～90度，如图2(d)所示。该第一平面镜241与第二平面镜242各通过不同的菲涅耳波带片22的正上方，并分别在锐夹角的外侧表面上沉积不同的第一金属层251与第二金属层252。该第一金属层251可使第一平面镜241成为一可半穿透及半反射的分光镜，而第二金属层252会使得第二平面镜242成为一反射镜。

为了避免曝光光线94到达透明基板21后产生一对称角度的反射光，可在透明基板21的表面涂布一层抗反射层，如型号CK6020L的光阻材料。该抗反射层可吸收斜曝时任何从透明基板21表面反射的光线。此外，还可使用偏光镜来消除部分反射光，只要将偏光镜置于曝光光线94前就可以消除特定振幅方向的光波，剩余的曝光光线94将不易自透明基板21的表面产生反射。

接着利用单层自装配(Self-Assembly Monolayer；SAM)制程分别将激光头27及光传感器26固定于透明基板21的下表面，如图2(e)所示。激光头27的位置是设在其中一菲涅耳波带片22的正下方，而光传感器26的位置则设在另一菲涅耳波带片22的正下方。所谓的单层自装配技术，就是利用特定金属与硫醇间强大的键结力所产生的结合作用，例如：金。因此，会先在激光头27及光传感器26的表面形成金层，而在透明基板21的下表面的特定位置附着硫醇物质。通过金与硫醇二者强大的键结力，使得激光头27及光传感器26能一次大量地且自动黏着到正确的位置。该技术不仅省去重复装配的动作，而且能自动对准固定位置，是一种相当有效率的方法。

最后再将一取景物镜31与图2(e)中完成的元件结合在一起而成为一光学读取头模块30，如图3所示。由激光头27发出光源之后，经由菲涅耳波带片22形成一束平行光后，再藉由第二金属层252及第二平面镜242将平行光反射至第一金属层251及第一平面镜241。而第一金属层251及第一平面镜241会将部分平行光先穿过取景物镜31，并聚焦在光盘95的记录槽(图未示出)。该部分聚焦光经由记录槽上的凹洞而反应出不同的光信号，而这些光信号则会由第一金属层251及第一平面镜241分光后，再被菲涅耳波带片22聚焦至光传感器26。

图4是将金属层沉积于平面镜的外侧表面的示意图。本发明可利用蒸镀或溅镀的制程沉积第一金属层251与第二金属层252，例如可先将透明基板21置于固定台面41上，并以电子枪轰击(bombard)存于容器42内的金属靶材43。该金属靶材43表面的原子会脱离出来，并附着于第二平面镜242的表面。同时因第一平面镜241被遮住，所以金属靶材43的原子无法沉积其上。又，调整第一平面镜241及第二平面镜241相对于金属靶材43至适当角度，就可以将内侧的菲涅耳波带片22遮蔽而防止金属靶材43的沉积。当需要蒸镀或溅镀第一金属层251时，同样要将第二金属层252的表面遮住以防止重复沉积。

结合图2(a)～(d)及图5(a)～(c)是本发明的微型光学读取头模块的另一实施例的制程示意图，图5(a)～(c)是接续图2(d)的后续制程示意图。在透明基板51上覆盖一层透明的聚合材料58，该聚合材料58将第一平面镜541及第二平面镜542埋住。并利用加热或光线曝照使聚合材料58固化，同时第一金属层551、第二金属层552及菲涅耳波带片52也会受到最好的保护。

图5(b)是在聚合材料58的上表面形成一可聚焦的取景物镜59，该取景物镜59是位于第一平面镜541的上方。最后，利用单层自装配技术分别将激光头57及光传感器56固定于透明基板51的下表面，如图5(c)所示。该光传感器56的位置是在取景物镜59的下方，如此激光头57发出的光源会透过第一平面镜541及第一金属层551分光至光传感器56与取景物镜59。当然，在同一透明基板51可分别设置两个激光头57及对应的两个光传感器56，其中一组激光头57及光传感器56可读取CD格式的光盘，而另一组则可以读取DVD格式的光盘。另外，在取景物镜59下方与聚合材料58之间可设置一微致动器(图未示出)，通过微致动器的动作可改变取景物镜59的聚焦位置，从而达到变焦的目的。

图6(a)～6(c)是取景物镜的制造方法的示意图。首先在一基材61上形成同圆心的环状特氟纶621、622及623，然后涂布一层透明的聚合材料63。利用特氟纶的疏水性高于基材61的特性，将聚合材料63适当加热，由于内应力的效应会使得聚合材料63向圆心聚集而形成一拱形的聚合材料63′。该聚合材料63′不会残留在特氟纶621的表面上，而是停留在亲水性较好的基材61表面，如图6(b)所示。当然，若再提高聚合材料的加热温度，就会如箭头方向向内继续聚拢而形成半球的聚合材料63″，如图6(c)所示。本发明可依照所需要的曲率将聚合材料加热而聚集至适当的位置，并利用光线曝照使已聚集的聚合材料完全固化，如此就可形成一作为取景物镜的平凸透镜。

图7(a)～7(e)是取景物镜的另一制造方法的示意图。本发明先在玻璃材质的光罩73上形成一半透明的半球体74聚合物，并利用曝光光线94在半球体74表面有不同的透光度，因此使得基材71上的光阻层72受到不同的曝光剂量。该一光阻层72是一正光阻，所以完全曝光的部分会被去除，只留下一半球状的平凸透镜75。当然，若将曝光光线94的照射角度改为非垂直于光罩73′的方向，并以金属层遮住光罩73′上三维半球体74的右半部全部图案，同时基材71上采负光阻的光阻层72′，则曝光后会得到一非对称的曲面镜75′，如图7(c)～7(d)所示。若将该光阻层72′设于基材71下方，曝光光线94从基板71折射至光阻层72′以进行曝光，则待未完全曝光的部分去除后，就可形成一平凹透镜75″，如图7(e)所示。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种微型光学读取头模块，包含：

一透明基板，具有第一表面及第二表面；

至少两个菲涅耳波带片，设于该透明基板的第一表面；

第一平面镜，与该透明基板的第一表面以一锐夹角相互接合，且位于该至少两个菲涅耳波带片中一者的上方；

第一金属层，设于该第一平面镜相对于该锐夹角的另一面，用于半穿透及半反射光线；

第二平面镜，与该透明基板的第一表面以一锐夹角相互接合，且位于该至少两个菲涅耳波带片中一者的上方；

第二金属层，设于该第二平面镜相对于该锐夹角的另一面，用于反射光线；

一激光头，设于该透明基板的第二表面上相对于该第二平面镜的位置；

一光传感器，设于该透明基板的第二表面上相对于该第一平面镜的位置。

2.如权利要求1所述的微型光学读取头模块，其特征在于另包含一取景物镜，设于所述第一金属层的上方。

3.如权利要求1所述的微型光学读取头模块，其特征在于另包含：一用于包覆该第一平面镜及第二平面镜的聚合材料；及设于该聚合材料的表面上相对于该光传感器的位置的一取景物镜。

4.如权利要求1所述的微型光学读取头模块，其特征在于另包含一设于该透明基板的第一表面的抗反射层。

5.如权利要求1所述的微型光学读取头模块，其特征在于所述菲涅耳波带片是作为准直镜及聚焦用。

6.如权利要求1所述的微型光学读取头模块，其特征在于另包含一与该取景物镜结合的微致动器，其可改变该取景物镜的聚焦位置。

7.一种微型光学读取头模块的制造方法，包含下列步骤：

提供一透明基板；

在该透明基板的一表面形成至少两个菲涅耳波带片；

在该透明基板及该菲涅耳波带片上涂布一厚膜光阻层；

将一光罩置于该厚膜光阻层的表面，且以非垂直于曝光光线的方式进行曝光及显影；

进行去光阻，从而产生倾斜设于该透明基板的第一平面镜和第二平面镜；

在该第一平面镜的表面沉积一层可半穿透及半反射光线的金属层；

在该第二平面镜的表面沉积一层可反射光线的金属层；

将一激光头及一光传感器设于该透明基板的另一表面。

8.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于所述激光头及光传感器是利用单层自装配制程与该透明基板结合，该自装配制程是利用特定金属与硫醇之间强大的键结力而产生结合作用。

9.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于另包含将一抗反射层涂布于该透明基板的步骤。

10.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于另包含在曝光前将该光罩及该厚膜光阻层浸埋在折射率与该厚膜光阻层相近的液体内的步骤。

11.如权利要求10所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于所述液体的折射率是在1.4至1.8的范围内。

12.如权利要求10所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于所述液体是甘油。

13.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于所述透明基板分别和该第一平面镜、该第二平面镜的夹角范围为19-90度。

14.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于另包含利用一偏光镜去除特定光线的步骤。

15.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于另包下列步骤：

利用一透明的聚合材料包覆该第一平面镜及第二平面镜；

在该聚合材料的表面形成一取景物镜；

将一激光头及一光传感器设于该透明基板的另一表面。

16.如权利要求7所述的微型光学读取头模块的制造方法，其特征在于另包含用一油膜填补该厚膜光阻层的表面孔隙的步骤。

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