可变形镜的制造方法

专利名称：可变形镜的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可变形镜的制造方法，所述可变形镜装在光学拾取装置上。
背景技术：
通常，压縮盘(CD)或数字多用盘(DVD)可以在市场上作为光学记 录介质记录诸如图像和声音的信息。而且，近些年来，新一代DVD正在商 品化，其使用具有短波长的紫色激光束实现较高密度记录。为了使用这样的 光盘，需要光盘设备作为驱动装置。所述光盘设备驱动光盘旋转并使激光束 射到光盘的记录表面，由此记录或擦除信息，且根据记录表面的反射光而重 现所述信息。进而，为了实现这样的功能，光盘设备装有光学拾取装置以作 为发射激光束的一组单元，使激光束射向光盘的记录表面而形成束斑、并接 收来自光盘记录表面的反射光。这里，光学拾取装置，特别是根据其满足的标准，适用于高数值孔 径(NA)的新一代DVD，当光盘厚度变化显著时，所产生的球面像差的 影响会变得明显，这样可能不会得到小束斑。因此，重现信号的跳动会 恶化，且记录峰值功率降低，从而导致记录和重现质量的下降。此外，由于光盘的翘曲等因素而导致激光束的光轴相对于记录表面 微弱倾斜。这样，激光束的光路被弯曲从而产生彗形像差，其使得激光 束难以聚焦成合适的斑直径，结果，记录和重现质量恶化。记录和重现 质量的恶化还有其他因素，包括例如光学透镜或分光器等光学系统的导 致像散差的定位精度，所述光学透镜或分光器是光学拾取装置的元件。为了防止上述情况，提供一种可变形镜，可以矫正诸如球面像差等波像 差(wave aberration)。例如，如图4所述，在光学系统中使用可变形镜1 的光学拾取装置由半导体激光器12、准直透镜13、分光器14、可变形镜l、 四分之一波片15、物镜16、聚光透镜17、光电检测器18等制成。从半导体
激光器12发出的激光束由准直透镜13转变为平行光束，该平行光束通过分光器14，在经由四分之一波片15改变其偏振状态之后，被可变形镜1反射， 并且由物镜16聚焦在光盘D的记录表面上。进而，从光盘D的记录表面反 射的激光束通过物镜16，被可变形镜1反射，再通过四分之一波片15，随 后由分光器14反射，再由聚光透镜17聚光并最后引导至光电检测器18。可变形镜1具有所谓凸镜(rise up mirror)的功能，其向光盘D反射激 光束并以平行于光盘D的方式反射由光盘D反射的反射光。可变形镜1的 另一功能是，当需要微调激光束的反射角时改变其反射面，以矫正波像差。 这样，根据从光电检测器18获得的信号，当需要矫正波像差时，设置于光 学拾取装置中的控制部分发送信号给可变形镜1，以改变反射面的形状，从 而矫正该像差。对于可变形镜1，有一种类型采用了由压电材料制成的压电元件的特征 (例如JP-A-2004-109769和JP-A-2004-226457)。这种可变形镜1 一般由支撑基板、被支撑柱支撑且与支撑基板相对的镜基板、以及夹在支撑基板和镜 基板之间的压电元件组成。镜基板的外表面设置有反射膜以作为激光束的反 射面。当对压电元件施加预定电压以形成电场时，压电元件在支撑基板和镜 基板之间膨胀或收縮，镜基板随着此膨胀或收縮弹性变形，反射膜，即，反 射面，随着镜基板的变形而变形。在此环境下，并没有建立起适于大规模制造这种可变形镜的方法。 例如，在目前的条件下，为了同时制造大量可变形镜，有一种方法包括 下列步骤在晶圆上形成可变形镜的单个部分，并且切割该晶圆以将其 分成单个可变形镜。在此方法中，需要制备将成为支撑基板和镜基板的 不同的晶圆，且支撑柱和压电元件夹在所述晶圆的将成为单个可变形镜 的区域之中。然后，该两个晶圆与支撑柱、以及该两个晶圆与压电元件 分别相互接合。之后，用盘形划片机(dicing saw)将晶圆沿着单个可变 形镜的区域边界切割晶圆，使其分成单个可变形镜。然后，在每个可变 形镜的镜基板的外表面形成反射膜。因此，至少可同时得到多个可变形 镜。然而，根据这种方法，由于在将成为镜基板的晶圆与支撑柱间的接 合部和在该晶圆与压电元件间的接合部内会产生局部残留应力，晶圆会
发生扭曲。如果晶圆最后形成为镜基板，这个扭曲会在残留在镜基板外 表面形成的反射膜中，此时就得不到合适的反射面。这样，所得的可变 形镜的产率(合格率)会下降，因此，此方法不适于大规模生产。另外，当用划片机切割晶圆时，晶圆，特别是作为镜基板的晶圆在很多情况下可能因碎裂(chipped)或断裂(broken)而损坏。这是因为 由于要求镜基板(即，其晶圆)随着压电元件的膨胀和收縮而弹性变形 以起到上述可变形镜的作用，导致晶圆首先又薄又脆。这样就降低了所 获得的可变形镜的产率，因此这个方法仍不适于大规模生产。如果预先从晶圆上切除将成为每个可变形镜的镜基板，且使用芯片 级(chip level)的镜基板与晶圆级(wafer level)的支撑基板相对，来制 造将成为每个可变形镜的部分，那么在用划片机切割(作为支撑基板的) 晶圆时，对镜基板的损坏会降低很多。但在此情况下，作为元件的芯片 级镜基板的数量会增加，且其组织和处理都不胜其荷，进而限制了可变 形镜的制造效率，因此这个方法仍不适于大规模生产。发明内容鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种可变形镜的制造方法，其 适于大规模生产。为达到上述目的，根据本发明的第一方面的可变形镜的制造方法，其中每个可变形镜包括支撑基板；镜基板，所述镜基板与支撑基板相对且由支 撑柱支撑并在表面具有反射膜；以及压电元件，所述压电元件夹在支撑基板 和镜基板之间；当施加电场时，压电元件膨胀或收縮以使镜基板和反射膜变 形；所述制造方法包括如下特征第一晶圆的沟槽形成步骤，沿着第一晶圆 的表面的将要成为可变形镜的区域之间的边界形成第一沟槽，所述第一晶圆 将要作为所述支撑基板；形成第二晶圆沟槽步骤，沿着第二晶圆的表面的将 要成为可变形镜的区域之间的边界形成第二沟槽，所述第二晶圆将要成为镜 基板；接合步骤，设置第一晶圆与第二晶圆，使支撑柱和压电元件夹在第一 晶圆与第二晶圆的上述区域之间，且形成所述第二沟槽的表面朝内，以至少 将第一晶圆与支撑柱、第一晶圆与压电元件、第二晶圆与支撑柱相互接合； 第二晶圆分割步骤，通过对第二晶圆外表面进行平坦化处理(flattening process)直到至少抵达第二沟槽而将第二晶圆分割成镜基板；第一晶圆分割 步骤，通过沿着第一沟槽折断第一晶圆，将第一晶圆分割成支撑基板；以及 反射膜形成步骤，在通过所述分割步骤得到的每个镜基板的外表面上形成反 射膜。根据此结构，反射膜在镜基板平坦的外表面上形成。因此，反射膜 的反射面也是平的，因此可以同时得到许多具有良好质量的可变形镜。在根据本发明的第二方面的制造方法中，优选该平坦化处理为抛光 处理或蚀刻处理。在根据本发明的第三方面的制造方法中，优选将薄金属层设置在第 一晶圆和支撑柱之间的接合部分、以及第一晶圆和压电元件之间的接合 部分，所述第一晶圆与所述支撑柱以及所述第一晶圆与所述压电元件在 受热时相互挤压，从而相互接合。在根据本发明的第四方面的制造方法中，优选将薄金属层设置在第 二晶圆和支撑柱之间的接合部分、以及第二晶圆和压电元件之间的接合 部分，所述第二晶圆与所述支撑柱以及所述第二晶圆与所述压电元件在 加热时相互挤压，从而相互接合。在根据本发明的第五方面的制造方法中，优选将第一晶圆设置为使 所述第一晶圆的形成第一沟槽的表面朝内。根据本发明的可变形镜的制造方法，可以同时得到许多具有良好质 量的可变形镜，且该方法足以适应大规模生产。


图1A和图1B是根据本发明的实施例的制造方法制造的可变形镜的截面图。图2是可变形镜的分解立体图，以示出其主要结构； 图3A 图3E是可变形镜的截面图，以示出根据本发明实施例的可变形 镜的制造方法的过程；图4是采用可变形镜的光学拾取装置的主要结构的平面图。
具体实施方式
下文将参考

本发明的实施例。图1A和图1B是根据本发明实施例的制造方法制造的可变形镜的截面图。图1A示出未驱动状态，而图IB 示出驱动状态。图2是可变形镜的分解立体图，以示出其主要结构，且图3A 图3E是可变形镜的截面图，以示出根据本发明的实施例可变形镜的制造方 法的过程。首先说明本实施例中的可变形镜1。如图1A和图2所示，本实 施例中的可变形镜1包括基本为方形的支撑基板2，与支撑基板2相对的、 比支撑基板2略小的基本为方形的镜基板3，在预定位置夹在支撑基板2与 镜基板3之间的多个压电元件4和多个支撑柱5。本实施例的可变形镜1包 括如图2所示的设在镜基板3的4个角和基本设置在其四条边中间的支撑柱 5，设置在位于四条边上的支撑柱5内预定位置的压电元件4。换句话说，压 电元件4和支撑柱5以从镜基板3的中心向外呈十字形的顺序设置。支撑基板2是用以支撑单个元件的基底。玻璃可以用作支撑基板2 的材料。然而，只要具有绝缘性能，也可使用例如陶瓷等的其他材料。 支撑基板2具有由硅(Si)制成的薄膜部分，其形成在支撑基板2的朝 向镜基板3的表面(即，内表面)中设置压电元件4和支撑柱5的位置 (图2中阴影部分)上。特别是，将同样由Si制成的布线图案(未示出) 由位于设置有压电元件4的位置上的Si薄膜部分引到支撑基板2的边缘 附近。注意，Si薄膜部分和Si布线图案通过光刻(photolithography)等 形成。镜基板3是可以弹性变形的板材。可以使用Si作为其材料之一。然 而，只要可以弹性变形，也可使用例如玻璃等材料。该镜基板3具有反 射膜6，该反射膜6的作用是作为反射面，其在镜基板3的与朝向支撑基 板2的表面(内表面)相反的整个表面(外表面)上形成。反射膜6是 由铝(Al)等制造的金属膜，通过气相沉积或溅射等形成。压电元件4由当施加电场时可以膨胀或收縮的压电材料制成规则的 立方体形状。可以使用PZT(Pb(Zr,Ti)03，锆钛酸铅作为其材料。当然也 可使用除PZT以外的其他压电陶瓷，或例如聚偏氟乙烯等压电聚合物。 注意压电元件4可以为圆柱体形状或矩形柱体形状。通过夹在支撑基板2的内表面的Si薄膜部分与每个压电元件4之间 的薄金属层部分(未示出)，每个压电元件4接合到Si薄膜部分上。可
以使用Au (金)作为该薄金属层部分的材料之一，且薄金属层部分通过 气相沉积或溅射等形成在支撑基板2的内表面的Si薄膜部分上。然而， 除了AU，薄金属层部分还可由Pt (铂)等制成。在此实施例中，在加热时，将支撑基板2和每个压电元件4相互挤压，使位于它们之间的薄金 属层部分的金属(Au)原子扩散到支撑基板2的内表面的Si薄膜部分中 和压电元件4(PZT)中。因此，支撑基板2和每个压电元件4在扩散结 中可靠接合。用同样的方法，镜基板3凭借薄金属层部分(未示出)与每个压电 元件4通过扩散结而接合。所述薄金属层部分通过气相沉积或溅射等形 成在镜基板3的内表面上。因此，在本实施例中，在支撑基板2的内表面上的Si薄膜部分与每 个压电元件4通过薄金属层电连接，使其作为对每个压电元件4施加电 场的独立电极。另一方面，由Si制成的镜基板3与每个压电元件4通过 薄金属层电连接，使其作为对每个压电元件4施加电场的共用电极。虽然，在本实施例中使用薄金属层作为一种将支撑基板2与每个压 电元件4、镜基板3与每个压电元件4在扩散结中接合的粘结剂，但也可 以使用导电粘结剂将其接合。另外还可以使用环氧类等非导电性粘结剂 将其接合，但是在这种情况下，必须在支撑基板2的内表面上的Si薄膜 部分的Si布线图案与压电元件4之间、以及由Si制成的镜基板与压电元 件4之间通过额外的引线接合等方式进行电连接。虽然，在本实施例中是由镜基板3与压电元件4相互接合的，但也 可以使用例如从两边引出电极的层压电元件作为叠的压电元件4。这样， 如果支撑基板2的内表面上的Si薄膜部分被分成两部分，从而可以使每 个Si薄膜部分与层叠的压电元件的每个电极连接，并可以对每个压电元 件4施加电场。这样，就足以在镜基板3和压电元件4之间形成简单的 接触状态而不用将其相互接合。支撑柱5支撑镜基板3。在本实施例中的支撑柱5由与压电元件4 相同的材料制成，且使用与上述压电元件4相同的方法与支撑基板2和 镜基板3接合。虽然在本实施例中，支撑柱5与支撑基板2是分别形成 的，但它也可以与支撑基板2整体形成。
对于具有上述结构的可变形镜1，如图1A所示，在未驱动状态，艮口，未对每个压电元件4施加电压的状态下，镜基板3的反射膜6的反射面 是平的。另一方面，如图1B所示，当对压电元件4施加预定电压而形成 驱动电场时，每个压电元件4在支撑基板2和镜基板3之间膨胀。伴随 着该膨胀，镜基板3被向上挤压而使其弹性变形成凸形，反射膜6的反 射面随着镜基板3的变形而变形。因此，在光学拾取装置的光学系统中 使用上述可变形镜1就可以矫正激光束的波像差。下面，将解释上述可变形镜的制造方法。首先，如图3A所示，制备 作为支撑基板2的晶圆20 (后面称为"第一晶圆")和作为镜基板3的 晶圆30 (后面称为"第二晶圆")。在第一晶圆20表面，沿着将成为单个可变形镜1的区域间的边界形 成沟槽21 (后面称为"第一沟槽")。例如，如果将成为单个可变形镜 1的区域对于第一晶圆20像栅格一样整齐设置，则形成的第一沟槽21 就像栅格一样。第一沟槽21以恒定的深度形成，其深度不会导致第一晶 圆20在在后面进行的其与压电元件4和支撑柱5的接合步骤中、或第二 晶圆30的分割步骤中突然破裂。例如，如果第一晶圆20是由厚度为lmm 的玻璃制成，优选形成第一沟槽21的部分应该保留约1/3至1/2的材料 厚度。第一沟槽21可以使用划片机、化学蚀刻、喷砂等方式形成。注意， 在本实施例中，在形成第一沟槽21的表面的将要成为上述单个可变形镜 1的区域内设置Si薄膜部分、Si布线图案和薄金属层部分，构成可变形 镜1的结构。另一方面，在第二晶圆20表面，沿着将成为单个可变形镜1的区域 间的边界形成沟槽31 (后面称为"第二沟槽")，与在第一晶圆20上形 成的第一沟槽21相对应。例如，如果将成为单独可变形镜1的区域对于 第二晶圆30像栅格一样整齐设置，则形成的第二沟槽31也像栅格一样。 第二沟槽31以恒定的深度形成，第二沟槽31的深度不会导致第二晶圆 30在后面进行的其与压电元件4和支撑柱5的接合步骤中突然破裂。例 如，如果第二晶圆30是由厚度为200pm的Si制成，优选形成第二沟槽 31的部分保留约2/5至3/5的材料厚度。第二沟槽31可以由划片机、化 学蚀刻、喷砂等方式形成。如果第二晶圆30由Si制成，优选使用反应 离子蚀刻(RIE)形成第二沟槽31。注意，在本实施例中，在形成第二 沟槽31的表面上还具有形成在作为上述单个可变形镜1的区域内的薄金 属层部分，其中，上述单个可变形镜1的区域构成可变形镜1的结构。下面，如图3B所示，设置第一晶圆20和第二晶圆30，使形成第一 沟槽21的第一晶圆20的表面与形成第二沟槽31的第二晶圆30的表面 彼此相对，同时第一沟槽21和第二沟槽31相互对应。换句话说，设置 形成有第一沟槽21的第一晶圆20的表面和形成有第二沟槽31的第二晶 圆30的表面使它们面向内而相对，在此状态下，将要成为单个可变形镜 l的区域也彼此相对。此处，支撑柱5和压电元件4夹在第一晶圆20和 第二晶圆30之间的形成单个可变形镜1的部分之中。然后，第一晶圆20 与支撑柱5、第一晶圆20与压电元件4、第二晶圆30与支撑柱5、第二 晶圆30与压电元件4分别接合。在本实施例中，在加热时，第一晶圆2t) 与支撑柱5、第一晶圆20与压电元件4、第二晶圆30与支撑柱5、第二 晶圆30与压电元件4相互挤压，使得第一晶圆20与支撑柱5、第一晶圆 20与压电元件4、第二晶圆30与支撑柱5、第二晶圆30与压电元件4在扩散结中可靠接合。用这种方法，当第一晶圆20、第二晶圆30、压电元件4和支撑柱5 相互接合之后，在第二晶圆30与支撑柱5、第二晶圆30与压电元件4 之间会产生局部残余应力。该残余应力会主要在第二晶圆30中产生扭曲， 从而使第二晶圆30在很多情况下呈小波动状态。图3B显示其放大后的 状态。如果第二晶圆30在最终成为镜基板3时保持扭曲，在其外表面形 成的反射膜6也会保持扭曲，因而就不能得到合适的平坦的反射面。因 此，在本实施例中，可以通过如下步骤消除这样的扭曲。如图3C所示，对第二晶圆30的外表面的整个区域进行平坦化处理， 通过表面抛光直到抵达第二沟槽31，该平坦化处理可以为抛光处理或蚀 刻处理。在前面的处理中，用平板砂轮挤压第二晶圆30的外表面的整个 区域，并使其外表面被抛光。在后面的处理中，通过化学/物理处理对第 二晶圆30的外表面的整个区域进行蚀刻。因此，第二晶圆30被分割成 与将成为单个可变形镜1的区域对应的镜基板3，且每个镜基板3的外表 面都是平坦的，没有任何扭曲。
然后，如图3D所示，此时通过例如给第一晶圆20施加弯曲力，使 第一晶圆20沿着第一沟槽21被分割。因此，第一晶圆20被分割成与将 成为单个可变形镜1的区域对应的支撑基板2，这样就分割出了单个可变 形镜1。然后，如图3E所示，在每个镜基板3的外表面形成反射膜6。因此 而同时得到多个可变形镜1。虽然在本实施例中，每个镜基板3上的反射 膜6的形成是在第一晶圆20分割以后进行的，但其也可在第一晶圆20 被分割前进行。如上得到的可变形镜1具有形成在镜基板3的外表面平面上的反射 膜6，因此反射膜6的反射面也是平的。这样，根据本实施例的制造方法， 就可以同时得到许多具有良好质量的可变形镜1。所以，本实施例的制造 方法足以适于大规模生产。本发明并不局限于上述实施例，而可以在不偏离其精神的本发明的 范围内有各种变化。例如，只要将作为单个可变形镜1的区域相对，形 成有第一晶圆20的第一沟槽21的表面可以表面朝外。这样，Si薄膜部 分、Si布线图案和薄金属层形成在第一晶圆20的与形成第一沟槽21的 表面相对的表面上。本发明在制造可变形镜方面是特别有用的。
权利要求
1. 一种可变形镜的制造方法，每个可变形镜包括 支撑基板；镜基板，所述镜基板与支撑基板相对且由支撑柱支撑，并且所述镜基板 的表面具有反射膜；以及压电元件，所述压电元件夹在所述支撑基板与所述镜基板之间，当施加 电场时，所述压电元件膨胀或收縮使所述镜基板和所述反射膜变形；以及所述制造方法包括第一晶圆的沟槽形成步骤，沿着第一晶圆的表面的将要成为可变形镜的 区域之间的边界形成第一沟槽，所述第一晶圆将要成为所述支撑基板；第二晶圆的沟槽形成步骤，沿着第二晶圆的表面的将要成为可变形镜的 区域之间的边界形成第二沟槽，所述第二晶圆将要成为所述镜基板；接合步骤，将所述第一晶圆和所述第二晶圆设置为使所述支撑柱和所述 压电元件夹在所述第一晶圆与所述第二晶圆的上述区域之间，且形成所述第 二沟槽的表面朝内，以至少将所述第一晶圆与所述支撑柱相互接合、所述第 一晶圆与所述压电元件相互接合、所述第二晶圆与所述支撑柱相互接合；第二晶圆分割步骤，通过对所述第二晶圆的外表面进行平坦化处理直到 至少抵达第二沟槽，将所述第二晶圆分割成镜基板；第一晶圆分割步骤，通过沿着所述第一沟槽折断所述第一晶圆，将所述 第一晶圆分割成所述支撑基板；以及反射膜形成步骤，在通过所述分割步骤得到的每个镜基板的外表面上形 成反射膜。
2. 如权利要求1所述的可变形镜的制造方法，其特征在于，所述平坦 化处理是抛光处理或蚀刻处理。
3. 如权利要求1或2所述的可变形镜的制造方法，其特征在于，将 薄金属层设置在所述第一晶圆与所述支撑柱之间的接合部分处、以及所 述第一晶圆与所述压电元件之间的接合部分处，所述第一晶圆与所述支 撑柱以及所述第一晶圆与所述压电元件在受热时相互挤压，从而相互接
4. 如权利要求1或2所述的可变形镜的制造方法，其特征在于，将 薄金属层设置在所述第二晶圆与所述支撑柱之间的接合部分处、以及所 述第二晶圆与所述压电元件之间的接合部分处，所述第二晶圆与所述支 撑柱以及所述第二晶圆与所述压电元件在受热时相互挤压，从而相互接 合。
5. 如权利要求1或2所述的可变形镜的制造方法，其特征在于，将 所述第一晶圆设置为使所述第一晶圆的形成所述第一沟槽的表面朝内。
全文摘要
一种适于大规模生产的可变形镜的制造方法，包括如下步骤沿着将要成为可变形镜的区域间的边界、在作为支撑基板(2)的第一晶圆(20)和作为镜基板(3)的第二晶圆(30)的表面上形成第一沟槽和第二沟槽；设置第一与第二晶圆，使支撑柱(5)和压电元件(4)夹在第一晶圆与第二晶圆的上述区域之间，且形成所述第二沟槽的表面朝内，以使其接合；通过对第二晶圆外表面的平坦化处理直到至少抵达第二沟槽，将第二晶圆分割成镜基板；通过沿着第一沟槽折断第一晶圆，将第一晶圆分割成支撑基板；以及在分割步骤得到的每个镜基板的外表面形成反射膜(6)。根据本发明的可变形镜的制造方法，可以同时得到许多具有良好质量的可变形镜，且该方法足以适应大规模生产。
文档编号H01L41/08GK101122677SQ20071014138
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者前田重雄, 杉山进, 田中克彦, 石井明 申请人:船井电机株式会社