JP2007511790A - 真空にパッケージされたマイクロミラー配列素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図12B
Description
1)素子ウェーハー上にMEMS素子を組み立てる。
2)素子ウェーハー上の各々の型の周辺で密封リングを形成する。ここで、密封リングはチタンの第1の層、パラジウムの第2の層および金の第3の層から成る半田が続く窒化シリコン(下にある導線を電気的に絶縁するため)の層から成る。
3)同様に、密封リングを蓋ウェーハーの上に形成する。
4)蓋ウェーハーおよびウェーハー素子は、各々が位置整合配置され真空排気される。
5)両ウェーハーが封止されるように熱せられる。
米国特許第6,479,320号は、MEMS素子を素子ウェーハーに配置し、蓋ウェーハーにウェーハー素子を真空封止している点で注目に値する。
1)基板上にマイクロミラー配列素子およびアドレス回路を形成する;
2)マイクロミラー配列素子が保護され金属パッドが露出するように、保護層を基板の上に形成し、それをパターン化する;
3)金属的パッド上に半田球を付着する;
4)チップを単一化する;
5)セラミック基板の開口部にチップを入れフリップチップ組み立てをする;
6)ポリマーカプセルで半田接合間の空隙を充填する;
7)マイクロミラー配列素子から保護層を取り除く;そして、
8)パッケージ密閉のための基板に蓋をつける。
フリップチップ組み立てが用いられるという点で、この方法は改善しており、マイクロミラー配列素子は組み立てされる間保護されている。しかしながら、パッケージが密閉されるにもかかわらず、それが真空下でないという制限がある。チップおよびパッケージ間の接触領域がポリマーカプセルと半田球配列を含む点に留意する必要がある。この接触面は真空を維持することを目的としないため、内部を真空に保持することはこの特許は意図していない。
1)マイクロミラー、
2)マイクロミラーアドレス電極、および
3)制御回路。
図1の特定のケースにおいて、制御回路は直角データ線(101および102)、水平アドレス線(103および104)、NMOSトランジスタ(117、118、119および120)およびそれらを結ぶ電気接続から成り、制御回路は、マイクロミラーおよびそのアドレス電極間のバイアス電圧の加圧を制御するために提供される回路としての手段である。図1に示すように、制御回路は、NMOSトランジスタからできている。しかしながら、制御回路はCMOS回路、PMOS回路、バイポーラートランジスタ回路、BiCMOS回路、DMOS回路、HEMT回路、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ回路、ポリシリコン薄膜トランジスタ回路、SiGeトランジスタ回路、SiCトランジスタ回路、GaNトランジスタ回路、GaAsトランジスタ回路、InPトランジスタ回路、CdSeトランジスタ回路、有機トランジスタ回路および共役高分子トランジスタ回路を含む他方式の回路でもよいことを理解しなければならない。
1)マイクロミラー支持構造811の上部は、露出していて平面であること、
2)除去的層803は平面であること、そして、
3)マイクロミラー支持構造811の上部および除去的層803の上部は、同じレベルにある。
この明細書において、上部は、図面ページでは一番下を意味する。平坦化工程の結果は、図式的に図8Kに示される。
1)マイクロミラー配列チップ1202によって占有される第1の領域と、そして、
2)ゲッター材によって占有される第2の領域とに分けられる。
通常、第1の領域は、第2の領域より実質的に大きくなければならない。2つの領域は非封止バリアによって分離され、領域間のガス拡散は許容される。
Claims (69)
- 素子基板と、第1のパッケージ基板と、第2のパッケージ基板とで構成され、
該素子基板は、第1の表面層および第2の表面層を有し、該第1の表面層には制御回路がそして該第2の表面層にはマイクロミラーの配列素子が配置され、該電気力学的マイクロミラー素子は、マイクロミラーと、該マイクロミラーを支持する少なくとも1つの支持構造と、該マイクロミラーを駆動する少なくとも1つのアドレス電極を有し、該制御回路と該少なくとも1つのアドレス電極とを接続する該素子基板上の第1の表面層に形成された複数の電気的導電経路線体が配置され、該制御回路に電気的に接続された該素子基板の第1の表面層には第1の複数の金属電極が配置されるよう構成され、
該第1のパッケージ基板は、第1の表面層と第2の表面層を有し、該第1の表面層上には第2の複数の金属電極が配置され、該素子基板の第1の複数の金属電極と該パッケージ基板の第2の複数の金属電極とが複数の半田球で電気的に接続され、そして、マウントされた構成を有し、
該第2のパッケージ基板は、該素子基板を囲むガラスフリット接着線で該第1のパッケージ基板の第1の表面層とで接着された構造を有し、該2つのパッケージ基板と該ガラスフリット接着線によって仕切られた排気領域が構成された、
真空パッケージされた電気力学的マイクロミラーの配列素子。 - CMOS回路、NMOS回路、PMOS回路、バイポーラートランジスタ回路、BiCMOS回路、DMOS回路、HEMT回路、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ回路、ポリシリコン薄膜トランジスタ回路、SiGeトランジスタ回路、SiCトランジスタ回路、GaNトランジスタ回路、GaAsトランジスタ回路、InPトランジスタ回路、CdSeトランジスタ回路、有機トランジスタ回路および共役高分子トランジスタ回路から選ばれた制御回路を有する、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- シリコン−オン−絶縁物(SOI)、シリコン、多結晶シリコン、ガラス、プラスチック、セラミック、ゲルマニウム、SiGe、SiC、サファイア、クォーツ、GaAsおよびInPから選ばれた素子基板を有する、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記制御回路と前記少なくとも1つのマイクロミラー部分のアドレス電極とを接続する少なくとも1つの電気的導電経路線体を有し、該電気的導電経路線体が前記素子基板を貫通しかつ該貫通部が金属で埋めたビアの形である、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記基板を貫通しかつ該貫通部が金属で埋めたビアの形である少なくとも1つの電気的導電経路線体を有する、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記第1の表面層および前記第2の表面層の間が絶縁層で構成された素子基板からなる、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記マイクロミラーが金属ミラーからなる、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記マイクロミラーの反射する面が凹凸のない本質的に平らである、請求項1記載の素子。
- 前記素子基板の平面に入射する光伝播ベクトル方向に直角となる辺を有さない前記マイクロミラーで構成された、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記マイクロミラーが多角形からなる、請求項9記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記多角形が長方形および六角形からなる、請求項10記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記マイクロミラー支持構造を支持するために配列されたねじりヒンジと、前記基板上の該ねじりヒンジを支持する一対の支持構造からなる前記マイクロミラー部分を有する、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記マイクロミラー部が、前記マイクロミラーの回転を制限する、少なくとも1つの停止部材を有する、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 第1の停止部材は第1の方向での前記マイクロミラー回転を制限し、第2の停止部材は第2の方向での前記マイクロミラー回転を制限する、少なくとも1つの停止部材を有する、請求項13記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記第1のパッケージ基板が電気的絶縁性である、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記第1のパッケージ基板が、セラミック、ガラス、クォーツ、サファイア、プラスチック、誘電体コートされた半導体、誘電体コートされた金属の中から選ばれた、請求項15記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記第2のパッケージ基板が電磁放射に透明である、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- ガラス、クォーツ、サファイア、プラスチック、半導体の中から選ばれた第2のパッケージ基板からなる、請求項17記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記半導体がシリコンである、請求項18記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合剤が、ガラスフリット、溶媒およびバインダで構成されている、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合材が、400℃より低いガラス遷移温度のガラスフリットである、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット混合材が、350℃より低いガラス遷移温度のガラスフリットである、請求項21記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット混合材が、300℃より低いガラス遷移温度のガラスフリットである、請求項22記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合材が、450℃より低い軟化温度のガラスフリットである、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット混合材が、400℃より低い軟化温度のガラスフリットである、請求項24記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット混合材が、350℃より低い軟化温度のガラスフリットである、請求項25記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合材が、45〜90重量%のPbOを含むガラスフリットから成る、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記ガラスフリットによる接着線を形成するためのガラスフリット混合材が、ガラスフリットおよび前記ガラスフリットより高い融点を有する微粒子状の充填材料から成る、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 排出管が前記パッケージ基板の間に配置された、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 排出管が前記第1パッケージ基板の前記第2表面の開口部に封着された、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記排気された領域の内部にゲッター材が配置された、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記排気された領域は、第1の部分および第2の部分およびそれらの間を仕切る非封止バリアから成っていて、前記第1部分は、前記素子基板を含み、前記第2部分は、前記ゲッター材を含み、前記非封止バリアは、前記第1部分および前記第2部分間のガス拡散がなされる、請求項31記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記排気された領域はほぼ1×10−4トール(ほぼ1.33×10−2Pa)より低い圧力からなる、請求項1記載の真空パッケージされた配列素子。
- 前記排気された領域はほぼ1×10−6トール(ほぼ1.33×10−4Pa)より低い圧力からなる、請求項33記載の真空パッケージされた配列素子。
- 請求項1に記載の真空パッケージされた配列素子から成る空間光変調器(SLM)。
- 前記素子基板の第1の表面層と第2の表面層を有する素子基板を提供する工程を有し、
該素子基板の該第1の表面層上に制御回路を形成する工程を有し、
該素子基板の該第2の表面層上に複数のマイクロミラー部を形成する工程を有し、
該複数のマイクロミラー部を形成する工程が、マイクロミラーを駆動するための複数のアドレス電極を形成する工程と、該マイクロミラーを支持するための複数の支持構造を形成する工程と、該支持構造によって支持される複数のマイクロミラーを形成する工程とで構成され、
前記少なくとも1つからなるアドレス電極に、前記制御回路を接続する、複数の電気経路線が前記素子基板に形成される工程を有し、
該制御回路と電気的に接続する、該素子基板の該第1の表面層に配置した、第1の複数の金属電極端子を形成する工程を有し、
第1の表面層および第2の表面層を有する、第1のパッケージ基板を提供する工程を有し、
該第1のパッケージ基板該第1の表面層上に、第2の複数の金属端子を形成する工程を有し、
複数の半田球を該複数の金属的端子のすべてに付着する工程を有し、
該第1の複数の金属的端子を該第2の複数の金属的端子に電気的に接続し、該素子基板を該第1のパッケージ基板にマウントする工程を有し、
第2のパッケージ基板を提供する工程を有し、
該素子基板を囲むガラスフリット接着線で封止することで、該第1のパッケージ基板の該第1の表面層に対して、該第2のパッケージ基板を付着させる工程(パッケージを密閉する工程)を有し、
該2つのパッケージ基板と該ガラスフリット接着線によって仕切られた領域を排気し、排気された領域を形成する工程(排気工程)を有する、
電気力学的マイクロミラー素子の配列素子の製造方法。 - CMOS回路、NMOS回路、PMOS回路、バイポーラートランジスタ回路、BiCMOS回路、DMOS回路、HEMT回路、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ回路、ポリシリコン薄膜トランジスタ回路、SiGeトランジスタ回路、SiCトランジスタ回路、GaNトランジスタ回路、GaAsトランジスタ回路、InPトランジスタ回路、CdSeトランジスタ回路、有機トランジスタ回路および共役高分子トランジスタ回路から選択された回路を形成することからなる制御回路形成工程からなる、請求項36記載の方法。
- 前記素子基板がシリコン−オン−絶縁物(SOI)シリコン、多結晶シリコン、ガラス、プラスチック、セラミック、ゲルマニウム、SiGe、SiC、サファイア、クォーツ、GaAs及びInPからなるグループから選択された素子基板を用いる、請求項36記載の方法。
- 少なくとも1つの前記基板の貫通部を形成する工程と、少なくとも1つの貫通部を金属化する工程とで構成された、前記制御電極と前記少なくとも1つのアドレス電極を接続する、電気的導電経路線体を形成する工程を有する、請求項36記載の方法。
- 前記素子基板として前記第1の表面層と前記第2の表面層の間に絶縁層が付加的に形成される工程を有する、請求項36記載の電気力学的マイクロミラーの配列素子の製造方法。
- マイクロミラーを形成する前記工程は、反射面に金属コーティングをする工程を有する、請求項36記載の方法。
- マイクロミラーを形成する前記工程は、反射面に多層誘電体コーティングをする工程を有する、請求項36記載の方法。
- マイクロミラー部を形成する前記工程は、除去材料の層に埋め込まれるように、マイクロミラー支持構造を複数形成する工程と、前記除去層および前記マイクロミラー支持構造の上部が実質的に平面であるように平坦化すること工程と、該平坦面上にマイクロミラー素材を付着す工程と、複数のマイクロミラーを形成するために、前記マイクロミラー素材をパターン化する工程と、そして、エッチング・プロセスによって前記の除去層を取り除く工程によりなる、請求項36記載の方法。
- 前記除去層材がフォトレジスト高分子、シリコン酸化物、窒化シリコン、シリコン・オキシ窒化物およびアモルファスシリコンから選択された材料からなる、請求項36記載の方法。
- 前記平坦化する工程はケミカルメカニカルポリシング(CMP)プロセスからなる、請求項44記載の方法。
- 前記マイクロミラーがその状態を偏向していない状態または偏向した状態のとき、該マイクロミラーの反射面の少なくとも1つの辺が前記素子基板の平面上の入射光線伝播ベクトル方向に対し60度以上120度未満となるように、複数のマイクロミラーが各々のマイクロミラーにパターン化され、前記の少なくとも1つの辺が光吸収材料の層で覆う工程を有する、請求項36記載の電気力学的マイクロミラーの配列素子の製造方法。
- 前記の各々のマイクロミラーが多角形であるようにパターン化された、請求項36記載の方法。
- 前記多角形が長方形および六角形からなる選択された多角形である、請求項47記載の電気力学的マイクロミラーの配列素子の製造方法。
- 前記の各々のマイクロミラーを支えるためのねじりヒンジを形成する工程は、ねじりヒンジを支えるための、複数の支持構造を形成すること、そして、複数のねじりヒンジを形成することからなる、請求項36記載の方法。
- 前記の各々のマイクロミラーの回転を制限する少なくとも1つの停止部材を形成することからなる、請求項36記載の方法。
- 少なくとも1つの停止部材を形成する前記工程が、第1の方向において、前記の各々のマイクロミラーの回転を制限する第1の停止部材を形成し、前記第1の方向とは反対方向において、前記の各々のマイクロミラーの回転を制限する、第2の停止部材を形成することからなる、請求項50記載の方法。
- 前記第1のパッケージ基板が電気的絶縁性である、請求項36記載の方法。
- 前記第1のパッケージ基板が、セラミック、ガラス、クォーツ、サファイア、プラスチック、誘電体コートされた半導体、誘電体コートされた金属の中から選ばれた、請求項52記載の方法。
- 前記第2のパッケージ基板が電磁放射に透明である、請求項36記載の方法。
- ガラス、クォーツ、サファイア、プラスチック、半導体の中から選ばれた第2のパッケージ基板からなる、請求項54記載の方法。
- 前記半導体がシリコンである、請求項55記載の方法。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合剤が、ガラスフリット、溶媒およびバインダで構成されている、請求項36記載の方法。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合材が、400℃より低いガラス遷移温度のガラスフリットである、請求項36記載の方法。
- 前記ガラスフリット混合材が、350℃より低いガラス遷移温度のガラスフリットである、請求項58記載の方法。
- 前記ガラスフリット混合材が、300℃より低いガラス遷移温度のガラスフリットである、請求項59記載の方法。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合材が、450℃より低い軟化温度のガラスフリットである、請求項36記載の方法。
- 前記ガラスフリット混合材が、400℃より低い軟化温度のガラスフリットである、請求項61記載の方法。
- 前記ガラスフリット混合材が、350℃より低い軟化温度のガラスフリットである、請求項62記載の方法。
- 前記ガラスフリット接着線を形成するために使われるガラスフリット混合材が、45〜90重量%のPbOを含むガラスフリットから成る、請求項36記載の方法。
- 前記ガラスフリットによる接着線を形成するためのガラスフリット混合材が、ガラスフリットおよび前記ガラスフリットより高い融点を有する微粒子状の充填材料から成る、請求項36記載の方法。
- 排出管を提供する工程と、
前記排出管の一部が、前記パッケージ基板およびガラスフリット接着線によって仕切られた領域の内部にあるように、前記排出管を配置する工程と、
該ガラスフリット接着線で該パッケージ基板を付着する工程と、
前記パッケージを密閉する工程の後、該排出管によって前記パッケージから排気する工程と、
前記排出管を封止する工程からなる、請求項36記載の方法。 - 排出管を提供する工程と、
前記第1のパッケージ基板の前記第2の表面層にある開口部を前期排気管で封止する工程と、
前記パッケージを密閉する工程の後、該排出管によって前記パッケージから排気する工程と、
前記排出管を封止する工程からなる、請求項36記載の方法。 - ゲッター材を提供する工程と、
前記パッケージを封止する工程の前に、前記パッケージ基板およびガラスフリット接着線によって仕切られた領域の内部に、前記ゲッター材を配置する工程と、
前記排気工程の後、前記ゲッターを活性にする工程を付加的に含む、請求項36記載の方法。 - 前記パッケージ基板およびガラスフリット接着線によって仕切られた領域の内部に、前記素子基板を含んでいる第1の領域を提供する工程と、
前記パッケージ基板およびガラスフリット接着線によって仕切られた領域内部に、第2の領域を提供する工程と、
前記第1の領域および前記第2の領域の間の非封止障壁を提供すること工程と、
ゲッター材を提供する工程と、
前記パッケージを封止する工程の前に前記第2の領域に前記ゲッター材を配置する工程と、
前記排出工程の後、前記ゲッターを活性にする工程を付加的に含む、請求項36記載の方法。
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