TW504587B - Optical element, method for producing the same, and optical pickup - Google Patents

Optical element, method for producing the same, and optical pickup Download PDF

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Akira Kouchiyama
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Description

期：)87 Θ(年（月以日修正 A7 一 " - B7 —. 五、發明説明（1 ^ ~- 一 發明之背景 1 ·發明之領域 本發明係關於一種光學元件，一種製造該光學元件之方 法，及一種包含光學元件之光學讀取頭。 2 ·相關技藝之說明 最近’人們要求將光碟儲存媒質作成高密度。因此在光 碟裝置’人們冒進行研究及發展，以供縮短光源之波長， 及供加大復現光碟系統之數值孔徑（numerical aperture ’簡稱ΝΑ)。而且，人們希望在此等復現光碟系統增加資 料之轉接速率。 在縮短光源之波長及加大復現光碟系統之να時，除了光 點之大小變小外，焦深變成較淺，因而希望減低焦點伺服 誤差。而且，光碟儲存媒質之資料記錄寬度（軌道寬度）變成 較窄，因而希望減低追蹤伺服誤差。 為供增加資料轉接速率，希望使一供焦點伺服及追蹤伺 服使用之致動器之帶寬較高。因此，伺服特徵希望有二項 改進·減低餘留誤差量及升高帶寬。減低致動器之重量， 藉以可使致動器在其伺服特徵有所改進。 圖1Α為剖面圖，例示一作為相關技藝之光學元件，及圖 1B為圖1A中之光學元件之平面圖。 此光學元件ίο有一由一種光學材料所形成之基板14A。基 板14A有一凸面部份11 ,將一凸面透鏡及一平面部份12構形 位於繞凸面部份11。 熱處理一形成在平面光學材料前表面之圓形光罩層，以 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) Υί年6月 日修正/臭^綠充 A7 ----- B7 五、發明説明（2 ) --~----- 藉表面張力將其形成為透鏡形狀’然後蝕刻平面光學材料 乂便將透知形狀轉移至光學材料，藉以可形成光學元件 10 〇 ,在凸面部份11之外圓周，形成一在藉蝕刻轉移形狀時所 形成，稱為”溝槽"之凹槽19。凹槽19使凸面部份11及平面 部份12清楚分開。 在圖1A及1B中之光學元件1〇，蝕刻掉除凸面部份η外之 其他部份，以產生一種薄平面形狀。 在配合其他光學元件使用此光學元件10時，必須細心維 持一在其他合併光學元件之光徑。 圖2Α及2Β為圖1Α及1Β中之光學元件10及其透鏡座之剖面 圖。圖2Α示在藉透鏡座10Α夾緊光學元件1〇之平面部份12 之周緣時之情形。圖2Β示在藉透鏡座10Β夾緊光學元件1〇之 平面部份12之上表面時之情形。 如圖2Α及2Β中所示，必要加大平面部份12，俾將光學元 件1〇在透鏡座10Α及1〇Β安裝在圖1Α&1Β中之光學元件1〇。 而且，考慮在接合及擠出過量黏合劑時之位置偏差，必 要不僅在配合其他光學元件使用光學元件1〇時之情形加大 平面部份12。例如，在凸面部份丨丨具有凸面透鏡之有效直 徑（直徑）約200微米’及具有凸面透鏡之曲率半徑約wo 微米時，平面部份12之厚度變成約5〇微米或更少。如果假 設在接合處理之定位準確度之容限，及所擠出黏合劑量之 和約為5 0 0微米’凸面透鏡結果便位於一約5 〇微米厚度及 約500微米長度之薄板。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 今（年七月日修正/吏责 Α7
而 *，先學70件希望如圖1a及1Β中所示改進機械強产 而且，因為平面部份12薄，容易由於在厚度方向之振： 發生諧振。因此’希望使結構難以諧振。 發明之概述 由 且 一種 無臨 本發明之一項目的，為提供一種光學元件，有一 光學材料所形成之基板，具有改進之機械強度，並 界諧振。 本喬明之另一目的，為提供一種具有光學元件之光學讀 取頭。 本發月之又目的，為提供一種具有效率，並且以高準 確度製造光學元件之方法。 根據本發明之第一方面，提供一種光學元件，有一由 一種光學材料所形成之基板，其中基板有一凸面部份作 用如一凸面透鏡，一平面部份位於繞凸面部份，及一外 圓周部份位於繞平面部份，外圓周部份之厚度為大於平 面部份者。 較佳為，外圓周部份之厚度為厚於凸面部份者。 車乂佳為，基板有一第一凹槽形成在一在凸面部份與平面 部份間之邊界，以供界定凸面部份之一部位。 較佳為，基板有一第二凹槽形成在一在該平面部份與該 外圓周部份間之邊界，以供界定該平面部份之一部位。 較佳為，光學材料包含熔合之二氧化矽。 車乂佳為’外圓周部份之表面為平面或近似平面。 較佳為’在外圓周部份形成許多台階，並且在外側台階 )x 297公釐） 6- 价年（你卜修正/鬼南啼充 A7
面透鏡，一平面部份位於繞凸面部份，及一外圓周部 刀位万、、’义平面部份，一第一凹槽形成在一在凸面部份與平 面部份間之邊界，以供界定凸面部份之一部位，及一第二 凹槽形成在一在該平面部份與該外圓周部份間之邊界，以 供界疋孩平面部份之—部位，其中外圓周部份之厚度為大 ^平面部岛者，平面部份及外圓周部份在厚度方向均具有 平面开y狀，並且凸面部份，平面部份，及外圓周部份藉基 板整合在一單元。 根據本發明之第一方面，提供一種光學元件 光子材料所形成之基板，其中基板有一凸面部份作用如 I凸面透鏡’一平面部份位於繞凸面部份，及-外圓周部 伤位於繞平面部份，及_凹槽形成在一在凸面部份與平面 部份間之邊界’以供界定凸面部份之一部位，其中外圓周 邵份之厚度為大於凸面部份者，平面部份及外圓周部份在 厚度方向均具有平面形狀，並且凸面部份，平面部份’及 外圓周部份藉基板整合在一單元。 根據本發明之第一方自，提供一種光學元彳，有一由一 種光學材料所形成之基板，其中基板有一凸面部份作用如 一凸面透鏡，一平面部份位於繞凸面部份，一第一外圓周 部餘位於繞平面部份，—第二外圓周部份位於繞第一外圓 周部ί/7第—凹槽形成在―在凸面部份與平面部份間之 504587 竹年“月七修正/觀
訂，
裝
較佳為，在熱處理第一光罩層，以將其形成為一凸面 透鏡形狀之步驟，熱處理溫度為低於第一光罩層之碳化 溫度。 ㈢ 較佳為，在熱處理第一光罩層，以將其形成為一凸面透 鏡形狀之步驟，熱處理溫度為高於室溫或尋常溫度。 較佳為’在形成第一及第二光罩層之步驟，形成具有一 -8 - 本紙張尺度適用中規格(2i〇xl^^ "~—-一 504587 《(年U月ί/j曰修正/更玉充
開口部份之第二光罩層，錢在開口部份形成第—光罩層 。在此情況，藉一種抗蚀刻材料形成第二光罩厣。 較佳為’第二光罩層包含—由—種抗蝕刻材曰料所形成之 第三光罩層’及一疊置在第三光罩層，因而在基板覆蓋第 三光罩層之第四光罩層。在此情形’帛四光罩層係藉與第 一光罩層相同之材料所形成。 較佳為，基板係藉溶合之二氧化碎所形成，帛一及第四 光罩層係藉-種具有良好特徵供形成厚膜之透光材料所形 成，以及第二及第三光罩層係由鉑所形成。 根據本發明之第三方面，提供—種光學讀取頭，且有一 光學元件，在安裝在光學儲存媒質之記錄及/或復現裝置 時，作用如-物鏡，及-光電檢測器，供接收反射之光束 ，以供使用於記錄及/或復現至光學儲存媒質及自其記錄 及/或復現’光學元件包含一由—種光學材料所形成之基 板’基板包含-凸面部份作用如—凸面透鏡，一平面部份 位於繞凸面部份’及—外圓周部份位於繞平面部份，外圓 周部份之厚度為料平面部份者，藉以改進機械強度及增 加諧振頻率。 較佳為，外圓周部份之厚度為厚於凸面部份者。 車父佳為’外圓周部份> _ — — 表面為平面或近似平面。藉此 便谷易固持光學元件。 較佳為，在外圓周部份 j邵伤开y成許多台階，並且在外側台階 :基板之厚度為厚於在内側台階之基板者。藉以可防止重 504587 ^年L月1|日修正/見正^ A7 B7 五、發明説明（ 由一種光學材料所構成之基板，包含一凸面部份作用如 一凸面透鏡，一平面部份位於繞凸面部份，及一外圓周部 份位於繞平面部份。由於此外圓周部份之厚度為大於平面 部份者，與相同厚度比較，可增進基板之機械強度， 並可增進光學元件之機械強度及可靠性。 在根據本發明之光學元件，由於外圓周部份予以形成厚 度，故可作成平面部份薄於外圓周部份，並因此增加機械 強度。而且，因為減少薄平面部份，故也增加繞:強度， 增高在厚度方向之諧振頻率，並因此可將光學元件作 種耐諧振結構。 而且，在根據本發明之光學元件，由於減少薄平面 份’故可加大光學元件之大小。因此，可加大所擦出： 過量黏合劑之允許量，故可方便安裝在_透鏡座，並增 加一形成在透鏡座之附著部份之直徑。也可減輕在精^ 度之：求’因而可減輕在安裝此光學元件透鏡座之：確 度之1¾求·。 根據，W根據本發明之光學元件之方法，在形成凸 面部份時，可形成厚外圓周部份，而不增加或幾乎不择力 處理之步驟。而且，由於可維持光罩層之作成圖案^口 準確度’故可高度定位準確製造凸面部份及外圓周：/ 因此，位於繞凸面㈣之平面部料作❹小，^ 平面部份可作成财至光罩層之材料之解析f Η如
而且，根據用於製造根據本發明之光學元^之“ 使用一種抗敍刻材料，供外圓周部份之光罩層之材料I A7
並可更加改進機械強 圓周部份藉以可作成厚於凸面部份 度，及更加升高諧振頻率。 層，二Γ: 光罩層作為外圓周部份之掩模 :了…在厚外圓周部份具有一種多台階結構之光學 並可將結構作成—在其中相㈣份不容易阻斷光 仏，因而可形成厚外圓周部份直到接近凸面部份，並可 更加改進機械強度，及更加升高諧振頻率。 而且’根據本發明之光學讀取頭，可提供_種光學讀取 頭，有一根據以上本發明之光學元件。 附圖之簡要說明 自較佳實施例之下列說明’參照附圖，將會更清楚本發 月之此等及其他诸多目的及特色，在附圖中： 圖1A為剖面圖’例不一作為本發明之相關技藝之光學元 件，及圖1B為圖1A中之光學元件之平面圖； 圖2A及2B為圖1A&1B中之光學元件及一透鏡座之剖面
TpTt · 圖， 圖3A為一根據本發明之光學元件，其第一實施例之剖面 圖，及圖3B為圖3A中之光學元件之平面.圖； 圖4A 土 4D為一種用於製造圖3A及3B中之光學元件之方法 之解釋圖； 圖5A至5E為用於製造一根據本發明之光學元件之方法， 其第二實施例之解釋圖； 圖6A至6E為用於製造一根據本發明之光學元件之方法， 其第三實施例之解釋圖； -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) ((年t月>(日修正
第 圖7為一有一根據本發明 一實施例之結構圖； 之光學元件之光學讀取頭，其 圖8為一有一招播士 ^ 據本^明之光學元件之光學讀取頭，其 弟二實施例之結構圖；以及 ^圖為I根據本發明之光學元件之光學讀取頭，其 第二實施例之結構圖。 較佳實施例之說明 以下將參照附圖說明較佳實施例。 圖3A為一根據本發明之光學元件之實施例之剖面圖，及 圖3B為圖3A中之光學元件之平面圖。 此光學元件20有一由一種光學材料所形成之基板24A。 基板24A有一凸面部份21作用如一凸面透鏡，一平面部份 22位於繞凸面部份21，及一外圓周部份23位於繞平面部份 22。光學元件2〇也有一第一凹槽（或溝槽）28使平面部份22 及外圓周部份23清楚分開，及一第二凹槽（或溝槽）29使凸 面部份21及平面部份22清楚分開。 請察知，凸面部份21，平面部份22及外圓周部份23藉基 板24A整合在一單元。 在此實施例，平面部份22及外圓周部份23在厚度方向均 具有平面形狀。因之，平面部份22可稱為内平面部份，及 外圓周部份23可稱為外平面部份。 外圓周部份23之厚度為厚於平面部份22之厚度，及外圓 周部份23之表面（上表面）為平面。 •12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 504587 A7 、 B7 五、發明説明（1〇 ) 在此光學元件20，凸面部份2 1為小，輕，及在精確度高 。而且，外圓周部份23為厚於平面部份22。因此，薄平面 部份22變成較小，並且改進機械強度。而且，由於薄平面 部份22為小，故也改進撓性強度，在基板24A之厚度方向 振動之諧振頻率升高，並且因此獲得一種耐諧振之結構。 而且，由於光學元件20形成有一厚外.圓周部份23，故可 加大光學元件20之大小，同時維持機械強度。 為此原因，可增加所擠出黏合劑之容許量，因而在透鏡 座之安裝處理變成比較容易。而且，可如圖2A及2B中所示 ，增加一供安裝透鏡座之部份之直徑，並減輕在其精確度 之需求。因此，可減輕在安裝光學元件20之透鏡座之精確 度之需求。 用於製造光學元件之方法之第一實施例 其次，將說明一種用於製造光學元件之方法。 圖4A至4D為一種用於製造圖3A及3B之光學元件之方法之 解釋圖。 在圖4A中，將一光罩層25塗布至一由一種光學材料諸如 熔合之二氧化矽（熔合之二氧化矽基玻璃）所形成之基板 24。光罩層25係由一種具有良好特徵供形成厚膜光敏材料 (或光敏抗蚀劑）所形成，諸如Tokyo Ohka Kogyo Co·， Ltd.所作成之PMER P-LA900PM，或Clariant所作成之 AZ PLP-3 0或AZ PLP-40，並藉旋塗等塗布至預定厚度。掩模 層25之厚度例如約為25微米。 在圖4B中，將圖4A中之基板24上之光罩層25作成圖案， -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 504587 〒(年士月日修正
以形成一第一光罩層26及一第二光罩層27。例如藉曝光及 顯像將光罩層25作成圖案。在第一光罩層26及第二光罩層 27間《距離空間例如予以作成約5〇微米，及第一光罩層％ 之直徑例如予以作成約1〇〇微米至約25〇微米。 在04C中，圖4B中之基板24(或在基板24上之光罩層26 及27)予以熱處理，以導致光罩層26及27變形，因而其表 面積由於表面張力等而變成較小，並導致其變形至一種具 有和緩彎曲表面之凸面形狀。 藉熱處理，圖4B中之光罩層26及27變成圖4C中之光罩層 26A及27A之形狀。光罩層26A有一圓形凸面形狀種凸面 透鏡形狀）。 在圖4D中，將圖4C中之光罩層26A及27A之形狀轉移至基 板24，以形成基板24A ,並因此形成光學元件2〇。例如，使 用反應離子I虫刻（reactive i〇n etching，簡稱RIE)或其他蝕刻 ’將光罩層26A及27A之形狀轉移至基板24，並因此形成光 學元件2 0。 轉移光罩層26A之形狀’藉以形成凸面部份21，在掩模 層26A與27A之間轉移形狀，藉以形成平面部份22，及轉移 光罩層27A之形狀’藉以形成外圓周部份23。外圓周部份 之表面為平面或近似平面。凹槽29予以形成在凸面部份2i 之外圓周，同時凹槽28予以形成在平面部份22之外圓周。 凹槽28及29清楚界定凸面部份21，平面部份22，及外圓周 部份23。 供形成凸面部份2 1之姓刻，例如藉一種電漿姓刻裝置 ' 14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 504587 日修正/更正/補充
五、發明説明（12 ) ，使用一種稱為磁中和回路放電電漿（neutral loop discharge，簡稱NLD)裝置之高密度電漿源進行。供NLD 裝置，請參閱 H.Tsuboi，M.Itoh，M. Tanabe，T.Hayashi ，及T.Uchida: Jpn.J.Appl.Phys.34(1995年），2476。
裝 要不然，藉一種電漿蝕刻裝置，使用一種稱為感應耦合 電漿（inductively coupled plasma，簡稱ICP)裝置之高密度電 漿源進行蝕刻。請察知供ICP裝置，請參閱J.Hopwood， Plasma Source，Sci. & Technol. 1 (1992 年）109。以及 T.Fukusawa，A.Nakamura，H.Shindo，及 Y.Horiike : Jpn.J. Appl.Phys.33(1994年），2139 o
線 根據圖4A至4D中所示之製造方法，可形成凸面部份21作 用如一凸面透鏡，及形成厚外圓周部份23。而且，由於 光罩層之作成圖案精確度可維持高，故可以高度位置準確 製造凸面部份2 1及外圓周部份23。因此，位於繞凸面部份 2 1之薄平面部份22可作成較小，並且例如平面部份可作成 較窄至光敏材料之解析度。 而且，光學元件20有厚外圓周部份23形成繞平面部份22 。使用圖4A至4D之製造方法，藉以可製造一種光學元件， 具有藉玻璃模製方法所難以形成之形狀。 例如，在圖4A至4D中之製造方法，光罩層25係藉一種具 有玻璃過渡溫度（Tg點）約45 °C至約55 °C之材料作成，諸 如 Tokyo Ohka Kogyo Co.,Ltd.所作成之 PMER P-LA900PM ，或Clariant所作成之AZ PLP-30或AZ PLP-40，並在約 110°C至約150°C之範圍予以熱處理。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） Α7 Β7 W年么月修正/更 五、發明説明（13 ) 而且，為藉熱處理使第一光罩層26能圓形變形至一產生 光學平滑表面之程度，光罩層25之材料係使成一種具有Tg 點低於熱處理溫度之材料。 而且，在基板24藉乾蝕刻或另一方法形成第一光罩層26 之形狀時，光罩層26A及27A必要在熱處理後在品質上不變 。因此，熱處理溫度使為一在其光罩層26 A及27A在品質上 不變之溫度。例如，熱處理溫度使為一低於第一光罩層26 之碳化溫度之溫度。 如果光罩層26及27在一形成光罩層26及27之基板24之 固持狀態變形，處理之復現（可復現性）變成困難。而且， 如果光罩層26及27在乾蝕刻處理變形，處理之復現變成 困難。 為此原因，光罩層25之材料使為一種具有Tg點高於儲存 溫度（室溫或尋常溫度）或處理溫度（室溫或接近尋常溫度） 之材料。 通常，Tg點為指示材料在其變成玻璃狀態，亦即一種 不具有確定結構並能流動之狀態之邊界之溫度，因而考 慮處理之穩定性，熱處理溫度宜為一溫度高於Tg點一定 之限度 。 亦即，為藉熱處理導致光罩層26變形，以便其表面積變 成較小（藉熱處理使光罩層26為一種流體狀態，並藉掩模 層26之表面張力使光罩層26變形），熱處理溫度宜於使為 高於Tg點以攝氏10度計。 例如，使熱處理溫度為一溫度高於Tg點至少約40° C，便 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 0年月日修正
可導致光罩層26在例如一小時内圓形變形，並因此可有 效率製造光學元件20。 α朵知，自相似觀點，在儲存溫度或處理溫度與丁$點間 《關係’在儲存溫度或處5里溫度與Tg點間之差，應該在攝 氏幾10度以内。
其次，將參照圖5A至5E說明光學元件之第二實施例，及 根據本發明之第二光學元件製造方法。 在圖5A中’在一由一種光學材料諸如炫合之二氧化矽（溶 合（二氧化矽基玻璃）所形成之基板34，形成一有一開口 37H之第一光罩層3 7B。此第二光罩層37B係藉一種抗蝕刻 材料所形成，並具有例如約〇·丨微米之厚度。第二掩模 層37B可例如由一種金屬材料諸如鉑所形成，或可藉一硬 掩模形成。 在圖5B中’將一光罩層35塗布至圖5 a之基板34。光罩層 35係由一種具有良好特徵供形成厚膜之材料作成，諸如
Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd·所作成之 pmER P-LA900PM， 或Clariant所作成之AZ PLP-30或AZ PLP-40，並藉旋塗等 塗布至預定厚度。光罩層35之厚度例如約為25微米。 在圖5C中，將圖5B中之基板34上之光罩層35作成圖案， 以形成一第一光罩層36，並使第二光罩層3 7B曝光。例如 藉曝光及顯像將光罩層35作成圖案。第一光罩層3 6之直徑 例如約為100微米至約250微米。 在圖5D中’圖5C中之基板34(或在基板34上之第一掩模 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
層36)予以熱處理，以使第一光罩層36變形，因而其表面 積因為表面張力而變成較小，並使其變形至一種具有和緩 彎曲表面之凸面形狀。 由於熱處理，圖5C之光罩層36變成圖5D之光罩層36八之 形狀。光罩層36A具有一種圓形凸面形狀（凸面透鏡形狀）。 在圖5E中’將圖5D之光罩層3 6 A之形狀轉移至基板3斗， 以形成一基板34A，及形成一光學元件30。 例如，使用RIE或其他蝕刻，將光罩層36A之形狀轉移至 基板34，並形成光學元件30。光罩層37]8係由不蝕刻或難 以蚀刻，或在蝕刻以形成凸面部份3丨時蝕刻速率小之材料 所形成。而且’例如在蝕刻以形成凸面部份3丨時，使用一 種NLD裝置或一種ICP裝置。 轉移光罩層36A之形狀，藉以形成凸面部份31，轉移掩 模層36A與37B間之形狀，藉以形成一平面部份32，及藉掩 梃層37B掩蔽一外圓周部份33 ,並且不蝕刻。外圓周部份 33之表面為平面或近似平面。 在凸面部份31之一外圓周形成一凹槽39。此凹槽39清楚 界定凸面部份31及平面部份32之邊界。 根據圖5A至5E中所示之製造方法，可形成凸面部份31作 用如一凸面透鏡，並形成厚外圓周部份33。而且，由於光 罩層35之作成圖案之精確度可維持高，故可度高位置準確 形成凸面部份3 1及外圓周部份3 3。因此，可將位於繞凸面 部份之薄平面部份3 2作成較小，並且例如可將平面部份 3 2作成較窄至光敏材料之解析度。 -18 - 本紙張尺歧财國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公^7 9 (年έ収丨ej修正，A7
曰、 一…| /予反邛成大於在凸面部份 (厚没’因而光學元件30可在機械強度更加改進，並在 振動之諸振頻率在基板34A之厚度方向更加升高，並且因 此使難以諧振。 叩且’在光學it件3G，繞平面部份32形成厚外圓周部份 33，並使用圖认至5£中之製造方法，彳製造一種光學元件 ，具有一種藉一玻璃才莫製方法所難以製造之形狀。 請察知，可藉一種卸除方法形成圖5A中之第二光罩層 37B此成形處理必要使用一種供光敏抗蝕劑之脫除劑， 因而如果光罩層35為一種有機材料，諸如一種光敏材料， 宜於在光罩層35及36之成形處理前，S己置第二光罩層37B 之成形處理。 而且，第二光罩層37B不宜在處理圖5E之基板34A予以處 理，因而圖5E之處理’利用化學反應之尺圧較離子銑削為 佳。 例如在圖5A土 5E中之製造方法，使用一種具有玻璃過渡 溫度（Tg點）約之45。〇至約55t之材料，諸如T〇ky〇 〇hka Kogyo Co.，Ltd·所作成之PMER p_LA9〇〇pN/utclariant所製造 之AZ PLP-30或AZ PLP-40，作成光罩層25 ,並在約n(rcs 約15 0 C之範圍予以熱處理。 而且’為導致第一光罩層36變形至圓形，至產生光學平 滑表面之程度，光罩層35之材料予以作成一種具有Tg點低 於熱處理溫度之材料。 而且，在基板34藉乾蝕刻或另一處理形成第一光罩層36 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公奢) A7 B7 五、發明説明（17 ) 之形狀時，光罩層3 6 A必要在熱處理後在品質上不變。因 此，熱處理溫度予以作成光罩層36A在其在品質上不變之 溫度。例如，熱處理溫度予以作成一低於第一光罩層3 6之 碳化溫度之溫度。 如果光罩層36在形成光罩層36及37B之基板34之固持狀 態變形，處理之可復現性（reproducibility)變成困難。而且 ，如果光罩層36及37B在乾蝕刻處理變形，處理之復現變成 困難。 為此原因，光罩層35之材料予以作成具有Tg點高於儲存 溫度（室溫或尋常溫度）或處理溫度（接近室溫溫度或接近 尋常溫度）之材料。 自處理之穩定性之觀點，熱處理溫度希望為溫度高於Tg 點一定之限度。 亦即，為藉熱處理導致光罩層36變形，因而其表面積變 成較小（藉熱處理使光罩層36為一種流體狀態，及藉光罩層 36之表面張力使光罩層36變形），宜於使熱處理溫度為高於 T g點以攝氏10度計。 例如，使熱處理溫度為一溫度高於Tg點至少約40°C，可 在例如一小時内導致光罩層36圓形變形，並因此可有效率 製造光學元件30。 請察知，自相似觀點，在儲存溫度或處理溫度與Tg點間 之關係，在儲存溫度或處理溫度與Tg點間之差，應該在攝 氏幾10度以内。 光學元件之第三實施例及光學元件之製造方法 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） K牟i月}丨曰修正/矣具g 五、發明説明（18 ) 其次，將參照圖6A至6E，說明光學元件之第三實施例， 及如根據本發明第三實施例之光學元件之製造方法。 在圖6A中，在一由一種光學材料，諸如熔合之二氧化矽 (熔合之二氧化矽基玻璃）所形成之基板44，形成一有一開口 47H之第三光罩層47B。 此第三光罩層47B係由一種抗蝕刻 材料所形成。其厚度例如約為0.1微米。第三光罩層57B可 例如由一種金屬材料諸如鉑形成，或可由一硬掩模形成。 在圖6B中，將一光罩層45塗布至圖6A之基板44。光罩層 45係由一種具有良好特徵供形成厚膜光敏材料（或光敏抗 I虫劑）所形成，諸如Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.所作成之 PMER P-LA900PM，或 Clariant所作成之AZ PLP-30 或 AZ PLP-40，並藉旋塗等塗布至預定厚度。光罩層45之厚度例 如約為25微米。請察知，光罩層45係以與光罩層35相同材 料作成。 在圖6C中，將圖6B之基板44上之光罩層45作成圖案，以 形成一第一光罩層46及一第二光罩層47C。 第二光罩層47C有第三光罩層47B及一疊置俾覆蓋此第三 光罩層47B之第四光罩層47。 第四光罩層47予以配置較第三光罩層47B靠近光罩層46。 例如藉曝光及顯像將光罩層45作成圖案。在第一光罩層46 與第二光罩層47C間之距離例如約為50微米，而第一光罩層 46之直徑例如約為100微米至約250微米。 在圖6D中，圖6C之基板44(或在基板44上之第一及第二 光罩層46及47C)予以熱處理，以使光罩層46變形，因而其 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 504587 Μ年上月修正/兎正充 A7 B7 五、發明説明（19 ) 表面積藉表面張力變成較小，並使其變形至一具有和緩彎 曲表面之凸面形狀。 藉熱處理，圖6C中之光罩層46及47變成圖6D中之光罩層 46 A及47 A之形狀。光罩層46 A具有一種圓形凸面形狀（凸面 透鏡形狀）。 在圖6E中，將圖6D之光罩層46A及47A之形狀轉移至基板 44，以形成一基板44A，並因此形成一光學元件40。例如 ，使用RIE或其他蝕刻將光罩層46A及47A之形狀轉移至基 板44，並因此形成光學元件40。光罩層47B係由不蝕刻或 難以蝕刻，或在蝕刻以形成凸面部份41時蝕刻速率小之材 料所形成。而且，例如在蝕刻以形成凸面部份4 1，使用一 種NLD裝置或一種ICP裝置。 轉移光罩層46A之形狀，藉以形成凸面部份41，同時在 光罩層46 A及47 A之間轉移形狀，藉以形成一平面部份42。 一外圓周部份4 3有一在内側之第一外圓周部份4 3 A，及 一在外側之第二外圓周部份43B。第一外圓周部份43 A之厚 度為小於第二外圓周部份43B者，並因此形成台階（二台 階）。而且，第二外圓周部份43B由光罩層47B予以掩蔽，並 且不蝕刻。第一及第二外圓周部份43A及43B之表面為平面 或近似平面。 在平面部份42之内圓周形成一凹槽49，同時在平面部份 42之外圓周形成一凹槽48。凹槽48及49清楚界定凸面部份 41，平面部份42，及外圓周部份43。 根據圖6A至6E中所示之製造方法，可形成凸面部份41作 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 504587 彳(年‘月>j日修正/更士六浦^ A7 五、發明説明（2〇 ) 用如一凸面透鏡，及形成厚外圓周部份43。而且，由於掩 模層45之作成圖案之精確度可維持高，故可高度定位準確 形成凸面部份4 1及外圓周部份43。由於此，可將位於繞凸 面部份41之薄平面部份42作成小，並且可例如將平面部份 42作成窄至光敏材料之解析度。 而且’由於可將外圓周部份43(第二外圓周部份43B)作 成厚於凸面部份41，故可更加改進光學元件40之機械強度 ’及更加升高在厚度方向之振動之諧振頻率，並因此可使 光學元件40為一難以諧振之結構。 由於圖6E中之光學元件40有第一外圓周部份43 A接近凸 面部份41形成薄於第二外圓周部份43B，其有一種難以阻 斷光徑之結構，並有一種可防止所謂重疊之結構。 而且’由於此種結構，與圖5E中之光學元件30比較，可 形成外圓周部份較靠近凸面部份，並因此可更加改進機械 強度，及更加升高諧振頻率。 而且，在光學元件40 ’繞平面部份42形成較厚部份43， 並且使用圖6A至6E中之製造方法，藉以可製造光學元件 ’具有一種藉玻璃模製方法所難以製造之形狀。 光學讀取頭 圖7為一根據本發明，具有光學元件之光學讀取頭，其 第一實施例之結構圖。 此須取頭1有一雷射二極管4，一準直透鏡5，一分束哭3 ，一 1/4波長板（一λ/4板）9，一聚光透鏡6，一光電檢測器 8，及光學元件20。此光學元件20也可予以構形如一滑塊 -23- 504587 ?(年匕月>丨曰修正/史立7^充 A7 B7 五、發明説明（21 ) ，附著至一臂或構形為藉一雙軸致動器在焦點方向及追蹤 方向移動。 雷射二極管4響應驅動信號SL，而輸出一由線性極化光 所構成之雷射束，並供給輸出之雷射束至準直透鏡5。 準直透鏡5使來自雷射二極管4之雷射束為平行光，並將 其供給至分束器3。 分束器3自準直透鏡5傳遞雷射束，並經由1/4波長板9供 給雷射束至光學元件20之凸面部份21。 光學元件20之凸面部份21作用如一物鏡，使雷射束自1/4 波長板9及分束器3聚光，並將其供給至一光碟80之軌道。 因此，來自雷射二極管4之雷射束聚焦在光碟80之一記錄表 面。 而且，光學元件20接收在光碟80所反射之雷射束，並使 其經由1/4波長板9回至分束器3。 分束器3接收來自光學元件20之雷射束，並導向至聚光 透鏡6。 聚光透鏡6使來自分束器3雷射束聚光，並供給聚光之雷 射束至光電檢測器8。 光電檢測器8在一接收部份接收來自聚光透鏡6之雷射束 ， 並產生一輸出信號SA。光電檢測器8例如藉一四分光電 檢測器予以構形，其產生信號供計算一追蹤誤差信號，一 焦點誤差信號，一 RF信號，或其他信號。 在圖7中之光學讀取頭，使用光學元件20，藉以可較之 一使用圖1A及1B中之光學元件10之光學讀取頭升高諧振頻 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） Α7 Β7 綱587 #年t月日修正/从續^ 、發明説明~" 率’並因此可藉高轉接速率記錄及/或復現資料。而且， 使用光學元件2〇，藉以可改進光學讀取頭之機械強度及可 靠性。 ^ 圖8為一根據本發明，具有光學元件3〇之光學讀取頭， 其第二實施例之結構圖。 此光學讀取頭1Α有光學元件30，代替圖7中所示之光學 讀取頭1所使用之光學元件2〇。構形之其餘部份為與光學 讀取頭1者相同。 圖9為一根據本發明，具有光學元件4〇之光學讀取頭， 其第三實施例之結構圖。 此光學讀取頭1Β有光學元件40 ,代替圖7中所示之光學 讀取頭1所使用之光學元件2〇。構形之其餘部份為與光學 讀取頭1者相同。 在本發明之實施例，例如使用溶合之二氧化碎（溶合之 一氧化矽基破璃）作為光學基板，藉以可製造光學元件及具 有折射率約為1.46 ’ ΝΑ約為0.85(在形成二組透鏡時），並具 有谐振頻率升高至約4〇〇 kHz至約700 kHz之光學讀取頭。 清祭知’光學元件之相關技藝之諧振頻率約為1〇〇 kHz至約 250kHz 〇 例如’在作為圖1A中所示相關技藝之光學元件1 〇，在凸 面部份11之曲率半徑心為15〇微米，^，為2〇〇微米，^為 1200微米，及^為3〇微米時，藉一種電腦模擬獲得諧振頻率 227 kHz。而且，例如在圖3八中所示本發明實施例之光學元 件20 ’在凸面部份21之曲率半徑&2為ι5〇微米，…為2〇〇微 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 χ 297公釐) 裝 訂
k 504587 Μ年心W日苎/ 五、發明説明（23 ) 米，q>3為400微米，[2為12〇〇微米，。為3〇微米，及q為8〇微 米時’藉一種電腦模擬獲得諧振頻率63〇 kHz。 可利用藉本發明之製造方法所製造之光學元件，及使用 光學元件作為物鏡之光學讀取頭，供在光碟裝置及不僅使 用光碟而且也使用各種不同其他種類之儲存媒質，諸如CD 光碟（CD) ’數位多用途光碟（digital versatile disc，簡稱 DVD),迷你光碟（mini disc，簡稱MD)，或磁性光碟 (magnetic optical disc，簡稱MO disc)之磁性光碟裝置記錄 及/或復現。 請察知以上諸實施例僅為本發明之實例。本發明不限於 以上實施例。 件符號說明 1 讀取頭 10B 透鏡座 1A 光學讀取頭 10C 透鏡座 1B 光學讀取頭 10D 透鏡座 3 分束器 10E 透鏡座 4 .雷射二極管 11 凸面部份 5 準直透鏡 12 平面部份 6 聚光透鏡 14A 基板 8 光電檢測器 19 凹槽 9 1/4波長板 20 光學元件 10 光學元件 21 凸面部份 10A 透鏡座 22 平面部份 -26-
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 504587 T(牛厶月vI曰修正/ 五、發明説明（24 ) 23 外圓周部份 43 外圓周部份 24 基板 43A 第一外圓周部份 24A 基板 43B 第二外圓周部份 25 光罩層 44 基板 26 第一光罩層 44A 基板 27 第二光罩層 45 光罩層 27A 光罩層 46 第一光罩層 28 凹槽 46A 光罩層 29 凹槽 47 第四光罩層 30 光學元件 47A 光罩層 31 凸面部份 47B 第三光罩層 32 平面部份 47C 第二光罩層 33 外圓周部份 47H 開口 34 基板 48 凹槽 34A 基板 49 凹槽 35 光罩層 57B 第三光罩層 36 第一光罩層 80 光碟 36A 光罩層 Ri 曲率半徑 37B 第二光罩層 r2 曲率半徑 37H 開口 SL 驅動信號 39 凹槽 SA 輸出信號 40 光學元件 41 凸面部份 42 平面部份 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 504587 A8 B8 C8 D8 年t月vj日修正/更正 六、申請專利範圍 一種光學元件，有一由一種光學材料所形成之基板， 該基板包含： 一凸面部份，作用如一凸面透鏡； 一平面部份，位於繞該凸面部份；以及 一外圓周部份，位於繞該平面部份，其中 該外圓周部份之厚度為大於該平面部份者， 從而改進機械強度、，並增加諧振頻率。 2·如申請專利範圍第1項之光學元件，其中該外圓周部份之 厚度為大於該凸面部份者。 3·如申請專利範圍第1項之光學元件，其中該基板包含一第 一凹槽，形成在一在該凸面部份與該平面部份間之邊界 ’供界定該凸面部份之一部位。 4·如申請專利範圍第3項之光學元件，其中該基板包含一第 二凹槽，形成在一在該平面部份與該外圓周部份間之邊 界’供界定該平面部份之一部位。 5·如申請專利範圍第1項之光學元件，其中該光學材料包含 熔合之二氧化矽。 6·如申請專利範圍第1項之光學元件，其中該外圓周部份之 表面為平面或近似平面，並且藉以容易固持。 7.如申請專利範圍第1項之光學元件，其中在該外圓周部份 形成許多台階，在外側台階之該基板之厚度為厚於在内 側步驟之該基板者，並且藉以防止重疊。 8· 種光學元件，有一由一種光學材料所形成之基板， 遠基板包含： -28- :297公釐） A B c D 504587 々、申請專利範圍 一凸面部份，作用如一凸面透鏡； 一平面部份，位於繞該凸面部份； 一外圓周部份，位於繞該平面部份； 一第一凹槽，形成在一在該凸面部份與該平面部份間 之邊界，供界定該凸面部份之一部位；以及 一第二凹槽，形成在一在該平面部份與該外圓周部份 間之邊界，供界定該平面部份之一部位，其中 該外圓周部份之厚度為大於該平面部份者； 該平面部份及該外圓周部份在厚度方向均包含平面形 狀；以及 該凸面部份，該平面部份，及該外圓周部份藉該基板 整合在一單元。 9. 一種光學元件，有一由一種光學材料所形成之基板， 該基板包含： 一凸面部份，作用如一凸面透鏡； 一平面部份，位於繞該凸面部份； 一外圓周部份位於繞該平面部份；以及 一凹槽，形成在一在該凸面部份與該平面部份間之邊 界，供界定該凸面部份之一部位，其中 該外圓周部份之厚度為大於該凸面部份者； 該平面部份及該外圓周部份在厚度方向均包含平面形 狀；以及 該凸面部份，該平面部份，及該外圓周部份藉該基板 整合在一單元。 -29 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
    A8 B8 C8 D8 月 >丨 申請專利範圍 10·—種光學元件，有一由一種光學材料所形成之基板， 該基板包含： 一凸面部份，作用如一凸面透鏡； 一平面部份，位於繞該凸面部份； 一第一外圓周部份，位於繞該平面部份； 一第二外圓周部份，位於繞該第一外圓周部份； 一第二凹槽’形成在一在該凸面部份與該平面部份間 之邊界，供界定該凸面部份之一部位；以及 一第四凹槽’形成在一在該平面部份與該第一外圓周 部份間之邊界，供界定該平面部份之一部位，其中 該第一及第二外圓周部份之厚度為大於該平面部份者 ’以及該第二外圓周部份之厚度為大於該第一外圓周部 份者； 該平面部份以及該第一及第二外圓周部份在厚度方向 均包含平面形狀，以及 該凸面部份，該平面部份，及該第一及第二外圓周部 份藉該基板整合在一單元。 11 · 一種用於製造光學元件之方法，包含下列步驟： 在一由一種光學材料所形成之基板，形成—第_光罩 層及一圍繞該第一光罩層之第二光罩層； 熱處理該第一光罩層，以將其形成為一種凸面透鏡形 狀；以及 蝕刻該基板，以將該第一光罩層之該凸面透鏡形狀轉 移至該基板。 / -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X297公釐)' '^ ------ 504587
    A8 B8 C8 π 修丨De —--- 六 、申請專利範圍 12 ·如申請專利範圍第丨丨項用於製造光學元件之方法，其中 形成該第一及第二光罩層之步騾，包含將一在該基板由 一種光敏材料所形成之光罩層作成圖案，以形成该第一 及第二光罩層。 13 ·如申請專利範圍第11項用於製造光學元件之方法’其中 在熱處理該第一光罩層，以將其形成/種凸面透鏡形狀 之步騾，熱處理溫度為高於該第/光罩層之玻璃過渡溫 度。 14·如申請專利範圍第丨丨項用於製造光學元件之方法’其 中在熱處理該第一光罩層，以將其形成一種凸面透鏡 形狀之步騾，熱處理溫度為低於該第一光罩層之碳化 溫度。 15.如申請專利範圍第丨丨項用於製造光學元件之方法，其中 在熱處理該第一光罩層，以將其形成一種凸面透鏡形狀 之步驟，熱處理溫度為高於室溫或尋常溫度。 16·如申請專利範圍第η項用於製造光學元件之方法，其中 形成該第一及第二光罩層之步騾包含形成該第二光罩 層有一開口部份，在該開口部份形成該第一光罩層；以 及 藉一種抗姓刻材料形成該第二光罩層。 17·如申請專利範圍第丨丨項用於製造光學元件之方法，其中 該第二光罩層包含 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 气（年&肝丨日修正/更 六、申請專利範園 :第第刻材科所形成… ^ 宜置在孩第三并苕& 蓋該第三光罩層；以及 俾在該基板覆 該第四光罩層係由與該第 成。 4 <相同材料所形 18.如申請專利範園第_用於製造光學 该基板係由緣合之二氧切所形成，^中 該第一光罩層係由一種具有良好 光材料所形成，以及 政仏形成厚膜之透 該第二光罩層係由鉑所形成。 A如=專：範園第17項用於製造光學元件之方法，其中 ^罘一光罩層係由鉑所形成，以及 20 光層係由一種具有良好特徵供形成厚膜之透 一種光學讀取頭，包含： 士一光學元件，在安裝在光學儲存媒質之記錄及/或復現 I置時’作用如一物鏡；以及 光％檢測器，供接收反射之光，以供使用於記錄及/ 或復現至光學諸存媒質，及自其記錄及/或復現， 光學兀件包含一由一種光學材料所形成之基板， #亥基板包含 一凸面部份，作用如一凸面透鏡， 一平面部份，位於繞凸面部份，以及 一外圓周部份，位於繞平面部份， -32- 504587 A B c D 彳（牟厶月>丨曰修正充 「、申請專利範圍 外圓周部份之厚度為厚於平面部份者，藉以改進機械 強度及增加諧振頻率。 2 1.如申請專利範圍第20項之光學讀取頭，其中該外圓周部 份之厚度為大於該凸面部份者，並藉以改進該光學元件 之機械強度，及增加該光學元件之諧振頻率。 22.如申請專利範圍第20項之光學讀取頭，其中該外圓周部 份之表面為平面或近似平面，並藉以容易固持該光學元 件。 2 3 .如申請專利範圍第20項之光學讀取頭，其中在該外圓周 部份形成許多台階，在外侧台階之該基板之厚度為大於 在内侧台階之該基板者，並藉以防止重疊。 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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