專利名稱：微鏡及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微鏡及其制造方法。具體而言，涉及具有有著精確角度和形狀的反射面的微鏡，和通過在對硅進行各向同性的濕法刻蝕而形成的微鏡的反射面上涂覆聚合物，并使用一個具有預(yù)定的角度和形狀精度的模壓制該聚合物，來制造微鏡的方法。
背景技術(shù)：
微鏡可用于光學拾取器、光通信系統(tǒng)和光信息處理系統(tǒng)等。使用光學拾取器的光數(shù)據(jù)存儲設(shè)備將信息記錄到光盤上或從光盤上再現(xiàn)信息。與其他數(shù)據(jù)存儲設(shè)備相區(qū)別，光盤具有可分配性、便攜性、大容量、拷貝保護等優(yōu)點。
為了通過將光能集中到一個很小的點上以實現(xiàn)高記錄密度，記錄信息到光盤和從光盤再現(xiàn)信息的光數(shù)據(jù)存儲設(shè)備已經(jīng)開發(fā)為減小光源的波長和增大物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。例如，用于緊致盤(CD)的光數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，使用的光源的波長為780nm，物鏡的數(shù)值孔徑為0.45；用于數(shù)字多功能盤(DVD)的光數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，使用的光源的波長為650nm，物鏡的數(shù)值孔徑為0.6。
最近，隨著便攜式信息設(shè)備適配光盤潮流興起，微型光學拾取器處于積極開發(fā)中。傳統(tǒng)上，為了小型化光學拾取器和使用光學拾取器的光數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，通常通過減小光學元件的尺寸來減小光學系統(tǒng)的整體體積。然而，尺寸的減小有技術(shù)限制?？紤]這種限制，人們嘗試采用半導(dǎo)體制造工藝來制造光學拾取器。傳統(tǒng)上，組裝幾毫米大小的光學元件時，必須使用大量的時間，逐個地對照光軸調(diào)整光學元件，自動化率低。然而，當采用半導(dǎo)體工藝制造光學拾取器時，可以在晶片級進行制造，因此，大量生產(chǎn)成為可能。另外，這種方法有利于小型化、組裝和調(diào)整。
圖1A至圖1D為采用半導(dǎo)體工藝制造微鏡的方法的各階段的剖面圖，該方法公開在美國專利公報No.2001/0048548中。
參照圖1A，硅晶片10是通過相對于<111>方向離軸9.74°從(100)面切割硅坯料而制備得到的。硅晶片10厚度約500μm。刻蝕掩膜21和22在硅晶片10上的相反的兩側(cè)形成。
參照圖1B，使用光刻法，在硅晶片10前表面上的刻蝕掩膜21中，形成刻蝕窗口23。
參照圖1C，將具有刻蝕窗口23的硅晶片10放入保持在一合適的溫度的例如KOH或TMAH的各向同性刻蝕劑，實現(xiàn)濕法刻蝕。濕法刻蝕預(yù)定時間后，相對于硅晶片10的底面分別成45°和64.48°斜角的表面被形成。標號12表示在刻蝕結(jié)束時出現(xiàn)的四個(111)晶面中的一個面。
參照圖1D，去除刻蝕掩膜21和22后，硅晶片10被切割，以利用45°斜面11。
以上描述的微鏡可以在晶片級制造，而且，當采用的光源為長波長，或者刻蝕深度淺時，能夠獲得滿意的平面精度。然而，當刻蝕深度大于幾百微米時，難于將表面形狀精度降至λ/6之下，而這對于光學拾取器的光學元件通常是必需的，例如，運用制造微鏡的常規(guī)方法，在采用405nm的短波長的藍光光盤中，其表面形狀精度要求低于大約70nm。為了制造高精度的微鏡，應(yīng)該使用高品質(zhì)的硅晶片，其被向著精確的晶體方向切割，而且有著極低的雜質(zhì)濃度。此外，由于諸如刻蝕劑的濃度、溫度與攪動之類的刻蝕條件以及刻蝕裝置都必須精密控制，所以制造成本自然而然增加了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了具有精確鏡面的微鏡和在晶片級上制造該微鏡的方法，其中所述微鏡是通過在最初刻蝕的硅襯底的斜面上形成聚合物作為覆蓋層而獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種微鏡，其包括一硅襯底，其具有彼此面對的第一斜面和第二斜面；和一覆蓋層，其包括分別在第一斜面和第二斜面上形成的一第一鏡面和一第二鏡面，其中，覆蓋層反射光。
所述覆蓋層可以由紫外線固化聚合物、熱固聚合物或熱塑聚合物形成。
所述第一和第二斜面相對于硅晶片的底面可以具有54.74°斜角。
或者，所述第一和第二斜面相對于硅晶片的底面可以分別具有45°和64.48°斜角。
所述第一和第二鏡面中的至少一個相對于硅晶片的底面可以具有45°斜角。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造微鏡的方法，其包括分別在一硅晶片的前表面和后表面上形成一第一刻蝕掩膜和一第二刻蝕掩膜；通過對所述第一刻蝕掩膜構(gòu)圖形成一刻蝕窗口，暴露硅晶片的一預(yù)定區(qū)域；通過穿過刻蝕窗口濕法刻蝕所述硅晶片，形成彼此面對的斜面；通過進行旋涂，在硅晶片上形成一聚合物層；通過將被附著到一襯底上的一模插入穿過刻蝕窗口并對聚合物層施加壓力，形成一覆蓋層，其包括彼此面對并分別對應(yīng)所述斜面的鏡面；從硅晶片上去除模；以及切割硅晶片，以形成獨立的微鏡。
所述硅晶片可以具有一(100)面，所述斜面相對于硅晶片的底面可以具有54.74°斜角，并且所述鏡面相對于硅晶片的底面可以具有45°斜角。
或者，所述硅晶片可以具有一(100)面，并且可以在<111>方向上離軸9.74°，并且所述斜面相對于硅晶片的底面可以分別具有45°和64.48°斜角。
所述聚合物層可以使用紫外線固化聚合物形成；所述模和襯底可以用透光材料形成；并且所述覆蓋層的形成可以包括，通過紫外線從上方照射在硅襯底上來固化聚合物層。
或者，所述聚合物層可以使用熱固聚合物和熱塑聚合物中的一種形成，并且所述覆蓋層的形成可以包括，通過對其加熱來固化聚合物層。
所述斜面的形成可以包括，去除第一和第二刻蝕掩膜，并且在硅晶片的后表面上設(shè)置一板；并且所述去除模的步驟可以包括，通過從硅晶片上去除所述板，將附著于所述板的聚合物層移去，從而在鏡面之間形成一孔。
根據(jù)本發(fā)明，大量微鏡在硅晶片上形成，因此，通過切割硅晶片，可以以較低的成本生產(chǎn)出大量的微鏡


參考以下附圖，詳細描述優(yōu)選實施例，將使得本發(fā)明的以上與其他特點和優(yōu)點更加明顯。附圖中圖1A至圖1D為制造微鏡的常規(guī)方法的各階段的剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的微鏡的剖面圖；圖3和圖4為采用本發(fā)明的微鏡的光學拾取器的示圖；圖5為圖2中所示微鏡的變形的剖面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的微鏡的剖面圖；
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例被用于制造微鏡的模；圖8A至圖8F為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的微鏡制造方法的各階段的剖面圖；圖9A至圖9F為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的微鏡制造方法的各階段的剖面圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中同樣的標號始終指示同樣的元件。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的微鏡的剖面圖。具有(100)面的硅襯底40是濕法刻蝕而成的，因此形成彼此面對的第一斜面41和第二斜面42，具有54.74°的斜角。標號45指示在濕法刻蝕結(jié)束時出現(xiàn)的四個(111)晶面中的一個面。覆蓋層50形成為使得第一鏡面51和第二鏡面52分別在第一斜面41和第二斜面42上形成。平面45可以覆蓋一層與覆蓋層50一樣的材料。
第一和第二鏡面51和52相對于硅襯底40的底面傾斜45°的角度。覆蓋層50可以采用紫外線(UV)固化聚合物、熱固聚合物或熱塑性聚合物來形成。
圖3和圖4為采用本發(fā)明微鏡的光學拾取器的示圖。參照圖3和圖4，光學拾取器包括板狀的光具座110，設(shè)置在光具座110上的切成方塊的(diced)安裝座122，和安裝在安裝座122上的光源125。另外，光學拾取器還包括透鏡單元130、反射鏡單元140和光學路徑分離單元150。
光通孔113在光具座110中形成，以允許來自光源125的光通過。光源125發(fā)出的光，通過光具座110中的光通孔113，入射到數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100上。然后，光從數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100反射出來，通過光通孔113，入射到第一反射鏡140a上。
主光電探測器115和監(jiān)視光電探測器119置于光具座110的一側(cè)。監(jiān)視光電探測器119直接接收光源125發(fā)出的光的一部分，產(chǎn)生一監(jiān)視信號，該信號指示光源125發(fā)出的光量。主光電探測器115接收從數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100反射出來的光，探測一數(shù)據(jù)再現(xiàn)信號(即射頻(RF)信號)和至少一個誤差信號(例如，聚焦誤差信號、尋軌誤差信號和/或方位調(diào)整誤差信號)，用于伺服驅(qū)動。
透鏡單元130收集發(fā)自光源125的光，并在數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100上形成一個光點。透鏡單元130可以是折射透鏡、衍射透鏡或GRIN透鏡。
反射鏡單元140包括第一反射鏡140a，其置于光具座110的一端，以將來自光源125的光反射通過光通孔113并入射到數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100上；和第二反射鏡140b，其置于光具座110的相反的一端，用于將已經(jīng)順序地由數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100和第一反射鏡140a反射的光反射到主光電探測器115上。根據(jù)第一實施例，包括第一和第二反射鏡140a和140b的反射鏡單元140可以用微鏡替代。
光學路徑分離單元150將從光源發(fā)出、入射到數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100的光的路徑與從數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100反射的光的路徑路分離。例如，光學路徑分離單元1 50可以包括例如全息光學元件(HOE)或衍射光學元件(DOE)的光學元件。具體而言，通過傳送發(fā)自光源125的光直接至數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100，和衍射從數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100反射出來的光，光學路徑分離單元150將光路分離。從而，從數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100反射出來、被光學路徑分離單元150衍射的光，與向數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)100行進的光成斜角地入射到第一反射鏡140a，并順序被第一和第二反射鏡140a和140b反射到主光電探測器115。
圖5為圖2中微鏡的變形的剖面圖。以下將省略對圖2中已示出的相同元件的詳細描述。參照圖5，位于第一鏡面51和第二鏡面52之間的硅襯底40的底面覆蓋了覆蓋層50。底面的覆蓋層50是在使用旋涂法形成第一鏡面51和第二鏡面52時形成的。當微鏡用于光學拾取器中時，底面的覆蓋層50可以保護光學拾取器不受外界的灰塵沾污。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的微鏡的剖面圖。硅襯底240被相對于<111>方向離軸9.74°從(100)面切割，并被濕法刻蝕，從而形成彼此相對并分別具有45°和64.48°斜角的第一斜面241和第二斜面242。標號245指示在濕法刻蝕結(jié)束時出現(xiàn)的四個(111)晶面中的一個面。覆蓋層250形成為使得第一鏡面251和第二鏡面252分別在第一斜面241和第二斜面242上形成。平面245可以覆蓋與覆蓋層250一樣的材料。
第一和第二鏡面251和252相對于硅襯底240的底面分別傾斜45°和64.48°的角度。覆蓋層250可以采用UV固化的聚合物、熱固聚合物或熱塑性聚合物來形成。
以下，將參照附圖描述以晶片級大量制造微鏡的方法的實施例。
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例用于制造微鏡的模。模360布置并附著在襯底350上。每個模360都具有斜面，其斜角與制造在相反側(cè)的微鏡的鏡面的一樣。斜角可以為45°或45°和64.48°。襯底350和模360可以使用玻璃、硅、硬金屬(hard metal)、金屬等形成。
圖8A至圖8F為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的制造微鏡的方法的各階段的剖面圖。參照圖8A，通過相對于<111>方向離軸9.74°從(100)面切割一硅坯料，制備硅晶片300。硅晶片300厚度約500μm?？涛g掩膜301和302在硅晶片300上相反的兩側(cè)上形成?？涛g掩膜301和302可以使用氧化硅或氮化硅形成。
參照圖8B，使用光刻法，在硅晶片300前表面上的刻蝕掩膜301中，形成矩形形狀的刻蝕窗口310。
參照圖8C，通過將具有刻蝕窗口310的硅晶片300放入保持在一合適溫度的例如KOH或TMAH的各向同性刻蝕劑中，實現(xiàn)濕法刻蝕。濕法刻蝕預(yù)定時間后，穿過刻蝕窗口310形成與硅晶片300的底面分別成45°和64.48°斜角的斜面311和312。雖然圖中沒有示出，從前面看到的平面是在濕法刻蝕結(jié)束時出現(xiàn)的四個(111)晶面中的一個。
參照圖8D，覆蓋層320在硅晶片300上形成。覆蓋層320可以用聚合物，比如UV固化聚合物，旋涂而成。
參照圖8E，帶有大量模360的硅襯底350與硅晶片300對準，使得，每個模360對應(yīng)硅晶片300上的一個刻蝕區(qū)，而且當模360插入對應(yīng)的刻蝕區(qū)時，被施以壓力。這里，模360的斜面角度與斜面311和312的一樣。隨后，紫外線從上面照射，從而固化了UV固化聚合物。
參照圖8F，帶有模360的硅襯底350從硅晶片300上移去。接下來，刻蝕掩膜302被移去。于是，分別具有斜角45°和64.48°的兩個鏡面321和322，分別在斜面311和312上形成。從而，大量的具有彼此面對的鏡面321和322的微鏡在硅晶片300上形成。當硅晶片300被切割時，可以產(chǎn)生大量微鏡。根據(jù)切割位置，一或兩個平面(圖2中所示45)可能出現(xiàn)在鏡面321和322之間，或兩個鏡面321和322可能被獨立地彼此分開。另外，可以在帶有微鏡的硅晶片300被粘接到具有光學元件的硅晶片上之后進行切割，從而產(chǎn)生單獨的光學元件。
圖9A至圖9F為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的制造微鏡的方法的各階段的剖面圖。參照圖9A，通過沿(100)面切割一硅坯料，制備硅晶片400。硅晶片400厚度約500μm?？涛g掩膜401和402在硅晶片400的相反兩側(cè)形成?？涛g掩膜401和402可以使用氧化硅或氮化硅形成。
參照圖9B，使用光刻法，在硅晶片400前表面上的刻蝕掩膜401內(nèi)，形成矩形刻蝕窗口410。
參照圖9C，將具有刻蝕窗口410的硅晶片400放入保持在一合適溫度的例如KOH或TMAH的各向同性刻蝕劑中，實現(xiàn)濕法刻蝕。濕法刻蝕預(yù)定時間后，與硅晶片400的底面成54.74°斜角的斜面411和412形成。雖然圖中沒有顯示，從前面看到的平面是在濕法刻蝕結(jié)束時出現(xiàn)的四個(111)晶面中的一個面。接下來，去除刻蝕掩膜401和402。
參照圖9D，板470放置在硅晶片400的后表面上。覆蓋層420在硅晶片400上形成。覆蓋層420可以用聚合物，比如熱固聚合物，旋涂而成。該熱固聚合物可以是酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂。
參照圖9E，帶有大量模360的硅襯底350與硅晶片400對準，使得每個模360對應(yīng)硅晶片400上的一個刻蝕區(qū)，而且當模360插入對應(yīng)的刻蝕區(qū)時，被施以壓力。這里，模360可以在斜面411和412的每一個上形成一個45°斜角的平面。隨后，覆蓋層420被加熱，從而固化。
參照圖9F，帶有模360的硅襯底350和板470從硅晶片400上移去。于是，具有45°斜角的兩個鏡面421和422，分別在斜面411和412上形成，并且在鏡面421和422之間形成了孔“h”。結(jié)果，大量的具有彼此面對的鏡面421和422的微鏡在硅晶片400上形成。當硅晶片400被切割時，可以產(chǎn)生大量微鏡。
在本發(fā)明的第四實施例中，使用了熱固聚合物，但是本發(fā)明并不限制于此。例如，代替熱固聚合物，熱塑聚合物的粉末可以應(yīng)用在硅晶片上并然后被熱處理以制造微鏡。當采用熱固聚合物或熱塑聚合物時，可以不使用透明的模和襯底。
根據(jù)本發(fā)明，微鏡具有在經(jīng)刻蝕的硅襯底的斜面上具有有著預(yù)定斜角的鏡面的覆蓋層。由于鏡面的表面形狀精度因模的精度而提高，本發(fā)明可以用于使用高精度微鏡的光學拾取器。另外，根據(jù)本發(fā)明，通過在晶片級制造微鏡，大量的微鏡能夠以低成本生產(chǎn)。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認識到，在本發(fā)明形式和細節(jié)上，可以進行多種變化，而不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范疇。
權(quán)利要求
1.一種微鏡，其包括一硅襯底，其具有彼此面對的第一斜面和第二斜面；和一覆蓋層，其包括分別在第一斜面和第二斜面上形成的一第一鏡面和一第二鏡面，其中，所述覆蓋層反射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微鏡，其中，所述覆蓋層是由選自紫外線固化聚合物、熱固聚合物和熱塑聚合物組成的組的一種形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微鏡，其中，所述第一和第二斜面相對于所述硅晶片的底面具有54.74°斜角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微鏡，其中，所述第一和第二斜面相對于所述硅晶片的底面分別具有45°和64.48°斜角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微鏡，其中，所述第一和第二鏡面中的至少一個相對于所述硅晶片的底面具有45°斜角。
6.一種制造微鏡的方法，其包括分別在一硅晶片的前表面和后表面上形成一第一刻蝕掩膜和一第二刻蝕掩膜；通過對所述第一刻蝕掩膜構(gòu)圖，形成一刻蝕窗口，暴露所述硅晶片的一預(yù)定區(qū)域；通過穿過所述刻蝕窗口濕法刻蝕所述硅晶片，形成彼此面對的斜面；通過進行旋涂，在所述硅晶片上形成一聚合物層；通過將被附著到一襯底上的一模插入穿過所述刻蝕窗口并對所述聚合物層施加壓力，形成一覆蓋層，其包括彼此面對并分別對應(yīng)所述斜面的鏡面；從所述硅晶片上去除所述模；以及切割所述硅晶片，以形成獨立的微鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述硅晶片具有一(100)面，所述斜面相對于所述硅晶片的底面具有54.74°斜角，并且所述鏡面相對于所述硅晶片的底面具有45°斜角。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述硅晶片具有一(100)面，并且在<111>方向上離軸9.74°，并且所述斜面相對于所述硅晶片的底面分別具有45°和64.48°斜角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述模具有分別與所述斜面相配的斜度，并且所述鏡面相對于所述硅晶片的底面分別具有45°和64.48°斜角。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述聚合物層是使用紫外線固化聚合物形成的；所述模和所述襯底是用透光材料形成；并且所述覆蓋層的形成包括，通過紫外線從上方照射在所述硅襯底上來固化所述聚合物層。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述聚合物層是使用熱固聚合物和熱塑聚合物中的一種形成的，并且所述覆蓋層的形成包括通過對其加熱來固化所述聚合物層。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述斜面的形成包括去除所述第一和第二刻蝕掩膜，并且在所述硅晶片的后表面上設(shè)置一板；并且所述去除模的步驟包括通過從所述硅晶片上去除所述板，將附著于所述板的所述聚合物層移去，從而在所述鏡面之間形成一孔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微鏡和一種制造微鏡的方法。該微鏡包括具有彼此面對的第一斜面和第二斜面的一硅襯底，和包括分別形成在第一斜面和第二斜面上的第一鏡面和第二鏡面的一覆蓋層，其中，覆蓋層反射光。
文檔編號G03F7/00GK1758073SQ200510079409
公開日2006年4月12日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日
發(fā)明者李明馥, 孫鎮(zhèn)升, 趙恩亨, 金海成 申請人:三星電機株式會社