JP2011191625A - 光偏向器パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロミラーを有する光偏向器の気密封止パッケージの光学透過窓において、製造コストを低下させ、かつ、パッケージを小型化できる反射防止機能構造を提供する。
【解決手段】表面側封止部材１は、放物線状凹凸構造の反射防止構造を有する光学透過窓１１を有するたとえばガラスよりなる。光偏向器２は、マイクロミラー２１、マイクロミラー２１をX軸に対して揺動させるための支持体２２、マイクロミラー２１をY軸に対して揺動させるための支持体２３及び貫通電極２４を有する。裏面側封止部材３は、貫通電極３１及びAu電極３２を有するたとえばガラスよりなる。
【選択図】図２
【解決手段】表面側封止部材１は、放物線状凹凸構造の反射防止構造を有する光学透過窓１１を有するたとえばガラスよりなる。光偏向器２は、マイクロミラー２１、マイクロミラー２１をX軸に対して揺動させるための支持体２２、マイクロミラー２１をY軸に対して揺動させるための支持体２３及び貫通電極２４を有する。裏面側封止部材３は、貫通電極３１及びAu電極３２を有するたとえばガラスよりなる。
【選択図】図２
Description
本発明は光偏向器パッケージたとえば圧電駆動方式の気密封止光偏向器パッケージに関する。
たとえば、画像表示装置の一形態としてのプロジェクタにおいては、光偏向器を用いて光源からの光ビームを偏向してスクリーンに投影してスクリーン上に画像を映し出す。このような光偏向器として半導体製造プロセス技術、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）技術を用いた装置として圧電駆動方式の光偏向器がある（参照：特許文献１）。
上述の圧電駆動方式の光偏向器においては、半導体基板の支持体の空洞部に、マイクロミラー、マイクロミラーを揺動可能に支持する弾性梁つまりトーションバー、及び支持体とトーションバーとの間に連結された圧電アクチュエータを形成する。これにより、駆動電圧が印加された圧電アクチュエータはトルクをトーションバーに伝達してトーションバーを捩り変形させることによりマイクロミラーを揺動駆動する。このような圧電駆動方式の光偏向器は小型かつ簡素な構造で大きな駆動力を得ることができる。尚、特許文献１は２次元光偏向器を開示している。
一般に、振れ角が大きいマイクロミラーを有する光偏向器においては、マイクロミラーの回転軸に沿って流入する空気がマイクロミラーの先端部から流出して気流が発達する。この結果、気流によってもたらされたゴミ等の物質がマイクロミラーに付着し易い。このようなマイクロミラーのゴミ等の物質の付着を防止するために気密封止光偏向器パッケージがある。
また、大気圧下で駆動される光偏向器においては、マイクロミラーが空気の粘性抵抗によって高周波数かつ大振幅で振動すると、マイクロミラーに振幅変動、位相変動が発生して偏向光ビームの走査時間の変動（ジッタ）の原因となる。このようなジッタを減少させるために、真空もしくは減圧した気密封止光偏向器パッケージがある。
上述の真空もしくは減圧した気密封止光偏向器パッケージにおいては、空気抵抗が小さくなるので、光偏向器の機械的なQ値が高くなり、従って、小さいエネルギーで光偏向器を駆動でき、また、マイクロミラーの振れ角を増大させたり、マイクロミラーの振れ角を小さく維持してより高い周波数で揺動させることができる。
従来の真空もしくは減圧した気密封止光偏向器パッケージとしては、金属製CANパッケージあるいはセラミックパッケージを用いたものがある。
金属製CANパッケージを用いた気密封止光偏向器パッケージにおいては、リード端子をハーメチックシールした金属製CANパッケージに光偏向器チップをはんだもしくはAuSn共晶ペーストを用いてダイボンドし、次いで、リード端子と光偏向器チップとをボンディングワイヤによって接続し、最後に、光学透過窓を溶着した金属製のキャップを金属製CANパッケージに真空雰囲気下で抵抗溶接する。
他方、セラミックパッケージを用いた気密封止光偏向器パッケージにおいては、リード端子をハーメチックシールした金属製CANパッケージに光偏向器チップをはんだもしくはAuSn共晶ペーストを用いてダイボンドし、次いで、リード端子と光偏向器チップとをボンディングワイヤによって接続し、最後に、リッド付きの光学透過窓キャップをセラミック製形状パッケージの開口部の外周に設けられた金属製リッドを下に真空雰囲気下でシーム溶接する（参照：特許文献２の図４）。
いずれの気密封止光偏向器パッケージにおいては、入射した光ビームは光偏向器チップのマイクロミラーで反射され、光学透過窓を通って走査される。この光学透過窓の両面は、一般的に、光ビームの干渉が起こらないように、誘電体多層膜による反射防止コーティングが施されている。
しかしながら、光学透過窓の両面に誘電体多層膜による反射防止コーティングを施す場合、プロジェクタに使用する３つの波長つまり640nm（赤）、532nm（緑）及び450nm（青）を含む広波長域に亘って反射防止機能を発揮するには、各誘電体多層膜を数10層にしなければならず、従って、製造コストが高くなるという課題がある。
また、光学透過窓キャップをパッケージに溶接してシールする際に発生する熱によって誘電体多層膜構造がシフトするので、光学透過窓をシール部からある程度離す必要があり、この結果、気密封止光偏向器パッケージが大型化するという課題もある。
さらに、誘電体多層膜の光学透過窓は光ビームの入射角依存性が大きく、たとえば、垂直入射と45°入射とでは反射率が数％異なるので、予め光偏向器チップへの光ビームの入射角度を決めておく必要がある。この結果、気密封止光偏向器パッケージの汎用性が低いという課題もある。最悪、入射角度を決定した後に、光学系が変わる度に光学透過窓を設計し直さなければならない。
さらにまた、誘電体多層膜は平板上に容易に形成できるが、凹部（キャビティ）を有する光学透過窓ガラスのキャビティの底面に形成することは困難である。従って、誘電体多層膜を、平板の光偏向器ウェハにマイクロミラーの揺動空間のキャビティを有する光学透過窓ガラスをキャップとしてウェハレベルで封止する、いわゆるウェハレベルパッケージに適用することは困難であるという課題もある。このようなウェハレベルパッケージにおいては、開口部を有するスペーサと両面に誘電体多層膜の反射防止コーティングを施した平板ガラスとを積層接着して光学透過窓ガラスキャップを形成しなくてはならず、製造コストの上昇を招く。
上述の課題を解決するために、本発明に係る光偏向器パッケージは、支持体、弾性部材、支持体の空洞部に揺動可能に支持されたミラー及び揺動駆動するアクチュエータを有する光偏向器と、光偏向器を挟んでミラーの揺動空間を確保するキャビティを気密封止する第１、第２の封止部材とを具備し、第１の封止部材がキャビティに対向した反射防止機能放物線状凹凸構造の光学透過窓を有するものである。これにより、反射防止機能放物線状凹凸構造はエッチングあるいはインプリント加工等によって容易に形成できるので、製造コストが低下する。また、熱によるシフトはないので、反射防止機能放物線状凹凸構造は封止部材のシール部に近づけてパッケージが小型化する。さらに、光ビームの入射依存性が小さい。さらにまた、反射防止機能放物線状凹凸構造はキャビティ底面に形成できるので、ウェハレベルパッケージが適用できる。
また、反射防止機能放物線状凹凸構造のピッチが入射光の波長の1/2以下であり、反射防止機能放物線状凹凸構造の高さがピッチの1〜2倍である。
本発明によれば、製造コストを低減できると共に小型化できる。また、ウェハレベルパッケージに適用できるので、さらに製造コストを低減できる。
図１は本発明に係る反射防止構造の原理を説明するための図である。
図１の（Ａ）に示すように、異なる屈折率nA、nB（nB >nA）を有する物体A、Bが接触すると、物体A、Bが接触する境界面において屈折率nは急峻に変化するので、入射光Iの一部は反射光Rとして反射される。
これに対し、図１の（Ｂ）に示すように、物体A、Bの境界面を放物線状凹凸構造にすると、屈折率はnAからnBに連続的に変化するので、入射光Iの反射光Rは抑制される。具体的には、屈折率を連続的に変化させるには放物線状凹凸構造のピッチPは、
P≦λ/2
但し、λは入射光Iの波長、とし、
放物線状凹凸構造の高さHは、
H/P = 1〜2
とする。この結果、物体Aが空気、物体Bがガラスの場合、入射光Iに対して反射光Rは可視光全域に亘って2％以下に抑制され、透過率は98％以上となる。特に、気密封止光偏向器パッケージにおいては、入射光がパッケージ内の揺動するマイクロミラーにより反射され、走査光としてパッケージ外に出射されるので、光学透過窓を2回通過する。従って、光学透過窓の反射を抑制することは極めて重要である。また、入射光としてレーザを用いた場合には、高光強度に加えて干渉性も有するので、パッケージ表面での反射光の存在は適用されたプロジェクタが形成する投影画像のノイズとして作用する。従って、光学透過窓の反射を抑制することはさらに重要である。このことから、本発明は図１の（Ｂ）に示す反射防止構造の光学透過窓を採用する。
P≦λ/2
但し、λは入射光Iの波長、とし、
放物線状凹凸構造の高さHは、
H/P = 1〜2
とする。この結果、物体Aが空気、物体Bがガラスの場合、入射光Iに対して反射光Rは可視光全域に亘って2％以下に抑制され、透過率は98％以上となる。特に、気密封止光偏向器パッケージにおいては、入射光がパッケージ内の揺動するマイクロミラーにより反射され、走査光としてパッケージ外に出射されるので、光学透過窓を2回通過する。従って、光学透過窓の反射を抑制することは極めて重要である。また、入射光としてレーザを用いた場合には、高光強度に加えて干渉性も有するので、パッケージ表面での反射光の存在は適用されたプロジェクタが形成する投影画像のノイズとして作用する。従って、光学透過窓の反射を抑制することはさらに重要である。このことから、本発明は図１の（Ｂ）に示す反射防止構造の光学透過窓を採用する。
図２は本発明に係る気密封止光偏向器パッケージの実施の形態を示す断面図である。
図２の気密封止光偏向器パッケージは、放物線状凹凸構造の反射防止構造を有する光学透過窓１１を有するたとえばガラスよりなる表面側封止部材１と、マイクロミラー２１、マイクロミラー２１を水平軸に対して揺動させるための支持体２２、マイクロミラー２１を垂直軸に対して揺動させるための支持体２３及び貫通電極２４を有する光偏向器２と、貫通電極３１及びAu電極３２を有するたとえばガラスよりなる裏面側封止部材３とにより構成されている。また、表面側封止部材１と光偏向器２との間にはAuはんだ電極４が設けられ、光偏向器２と裏面側封止部材３との間にはAuSn共晶電極５が設けられている。
光偏向器２のマイクロミラー２１のサイズはたとえばプロジェクタ用であれば、約1mm×1mmと大きく、このマイクロミラー２１の揺動空間を確保するために、表面側封止部材１には光学透過窓１１に対向したキャビティ１ａが設けられ、他方、裏面側封止部材３にはキャビティ３ａが設けられている。
放物線状凹凸構造の凹凸構造は所定の角度範囲であることが好ましい。図３に示すように、マイクロミラー２１は通常0〜±20℃の範囲内で稼動するため、最大可動角度は50℃以下と見積もれる。放物線状凹凸構造の透過率は光の入射角度φによって変化してしまうが、凹凸構造の角度θよりも小さい値の入射角度φを有する光では高い透過率で一定となる。光の入射角度は最大可動角度と同程度とみなされるために放物線状凹凸構造はその中心軸が表面側封止部材１の光学透過窓１１の表面と直交し、凹凸構造の側面が光学透過窓表面から立ち上がる角度θが60〜80℃、さらに好ましくは65〜75℃の範囲となるように設けられる。
図４は図２の気密封止光偏向器パッケージの切り出し前のウェハレベルパッケージ状態を示し、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の一部断面図を示す。
図４に示すように、図２の気密封止光偏向器パッケージはウェハレベルパッケージ状態の接合された3枚の表面側封止用ガラスウェハ１００、光偏向器シリコンウェハ２００及び裏面側封止用ガラスウェハ３００をダイシングラインＬに沿って切り出すことによって得られる。
表面側封止部材１のキャビティ１ａ及び裏面側封止部材３のキャビティ３ａは図４の表面側封止用ガラスウェハ１００及び光偏向器シリコンウェハ２００のウェハレベルで形成される。たとえば、フォトリソグラフィー法を用いてフォトレジストパターンを形成し、次いで、ウェットエッチング法あるいはドライエッチング法を用いてガラスウェハをエッチングする。この場合、表面側封止用ガラスウェハ１００のキャビティ形成は光透過性の点で重要であるので、ウェットエッチング法を用いる。他方、裏面側封止用ガラスウェハ３００のキャビティ形成は単なる封止部材であるのでどちらでもよく、また、サンドブラスト加工法を用いてもよい。
次に、図２の気密封止光偏向器パッケージの製造方法の概略を図５の断面図を参照して説明する。
始めに、図５の（Ａ）を参照すると、予め、マイクロミラー２１、支持体２２、２３、貫通電極２４、Au電極２５、２６が形成された光偏向器シリコンウェハ２００を準備する。また、予め、キャビティ３ａ、貫通電極３１、Au電極３２、AuSn電極３３が形成された裏面側封止用ガラスウェハ３００を準備する。尚、Au電極２５、２６、３２及びAuSn電極３３の下層には図示しない下地のバリア金属層が形成されている。
次に、図５の（Ｂ）を参照すると、真空容器中において、光偏向器シリコンウェハ２００を裏面側封止用ガラスウェハ３００上に加熱圧着し、AuSn共晶接合によってウェハ接合する。つまり、真空容器中において、鉛フリーはんだ工程と同様に、台形熱処理プロファイルを実行する。たとえば、室温から310℃まで一定速度で昇温し、310℃で数秒から数10秒間保持した後に、一定速度で降温して室温とする。これにより、光偏向器シリコンウェハ２００のAu電極２５と裏面側封止用ガラスウェハ３００のAuSn電極３３とが共晶接合して新たなAuSn共晶電極５を形成する。尚、加熱圧着を真空容器中で実行すると、AuSn共晶電極５にボイドが発生しにくい。
次に、図５の（Ｃ）を参照すると、予め、キャビティ１ａ、光学透過窓１１及びAu電極１２が形成された表面側封止用ガラスウェハ１００を準備する。尚、Au電極１２の下層には図示しない下地のバリア金属層が形成されている。また、Au電極１２上には図示しない鉛フリーはんだボールが印刷されている。
次に、図５の（Ｄ）を参照すると、真空容器中において、表面側封止用ガラスウェハ１００を光偏向器シリコンウェハ２００上に載置し、鉛フリーはんだ接合によりウェハ接合する。この鉛フリーはんだの接合温度は上述のAuSn共晶接合温度310℃より低く、たとえば260℃とされるので、AuSn共晶電極５が再溶融することはない。また、真空容器の圧力は、光偏向器の機械的Ｑ値が過剰に大きくなってマイクロミラーの制御が困難にならない程度に設定され、従って、余り大きくなく、5000〜50000Pa程度の減圧圧力とされる。但し、鉛フリーはんだ接合前には、残留吸着ガス等の影響を抑えるために、10-4Pa程度の高真空にし、封止用ガラスウェハ１００、３００及び光偏向器シリコンウェハ２００を200〜300℃程度に加熱して99.9999％の高純度窒素雰囲気でアニールする。これにより、用途によっては、ゲッター材を使用することなく、封止時の圧力レベルを数年間保持することができる。
最後に、図５の（Ｅ）を参照すると、封止用ガラスウェハ１００、３００及び光偏向器シリコンウェハ２００をチップ毎にダイシングすることにより図２の気密封止光偏向器パッケージが得られることになる。
このようにして得られた図２の気密封止光偏向器パッケージは貫通電極２４、３１を介してAu電極３２を備えているので、ハンダリフロー工程によって各種のプリント回路基板に容易に表面実装することができる。
次に、図５の表面側封止用ガラスウェハ１００の製造方法の詳細を説明する。
表面側封止用ガラスウェハ１００の光学透過窓１１の製造方法は、図６、図７に示すガラスエッチング法による第１の方法と、図８に示す樹脂を金型でインプリント加工する第２の方法とがある。
図６、図７に示すガラスエッチング法による第１の方法を説明する。図６、図７においては、表面側封止用ガラスウェハ１００には、既にキャビティ１ａが形成されており、その部分のガラスを図示している。
始めに、図６の（Ａ）を参照すると、シリコンウェハ５０１上に電子線描画露光用のレジストを塗布し、電子線直接描画露光／現像工程によって微細なレジストパターン５０２を形成する。
次に、図６の（Ｂ）を参照すると、レジストパターン５０２をマスクとしてシリコンウェハ５０１をドライエッチング法によりエッチングする。次いで、レジストパターン５０２を除去して洗浄し、図６の（Ｃ）に示すごとく、シリコンよりなるマスタ金型５０３を得る。
次に、図６の（Ｄ）を参照すると、マスタ金型５０３のパターンを紫外線透過性の透明樹脂フィルム５０４上に熱ナノインプリント加工により転写する。次いで、マスタ金型５０３を取除いて、図６の（Ｅ）に示す透明レプリカ金型５０５を得る。
次に、図７の（Ａ）を参照すると、表面側封止用ガラスウェハ１００のキャビティ１ａが形成された領域にレジスト層５０６を塗布し、レジスト層５０６上に透明レプリカ金型５０５を押し当てながら紫外線を照射してUVナノインプリント加工を行う。次いで、透明レプリカ金型５０５を除去すると、図７の（Ｂ）に示すレジストパターン５０７を得る。
次に、図７の（Ｂ）において、レジストパターン５０７をマスクとして表面側封止用ガラスウェハ１００をドライエッチング法たとえば高周波結合プラズマ反応性イオンエッチング（ICP-RIE）法によりエッチングし、次いで、レジストパターン５０７を除去すると、図７の（Ｃ）に示すごとく、表面側封止用ガラスウェハ１００の一方側に放物線状凹凸構造の反射防止構造の光学透過窓１１が得られる。
上述の工程を表面側封止用ガラスウェハ１００の他方側に行うと、図７の（Ｄ）に示すごとく、表面側封止用ガラスウェハ１００の他方側にも放物線状凹凸構造の反射防止構造の光学透過窓１１が得られる。
図６、図７の製造方法は、マスタ金型を用いたナノインプリント加工法によるものであるが、微細レジストパターンを電子線描画露光法で直接フォトリソグラフィを行うことも可能である。
図８に示す樹脂を金型でインプリント加工する第２の方法を説明する。図８において、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）までの工程を経た後に、図８の（Ａ）の工程に入る。
図８の（Ａ）を参照すると、紫外線硬化性の透明樹脂層７０１を表面側封止用ガラスウェハ１００上に塗布し、透明樹脂層７０１上に透明レプリカ金型５０５を押し当てながら紫外線を照射してUVナノインプリント加工を行う。この透明樹脂層７０１の屈折率はガラスの屈折率と同程度である。たとえば、透明樹脂層７０１はシリコーン樹脂よりなる。透明樹脂層７０１の代りにスピンオングラスのようなガラス材料でもよい。また、紫外線照射の代りに加熱してもよい。次いで、透明レプリカ金型５０５を除去すると、図８の（Ｂ）に示すごとく、表面側封止用ガラスウェハ１００の一方側に透明樹脂による放物線状凹凸構造の反射防止構造の光学透過窓１１が得られる。光学透過窓１１を構成しない領域の透明樹脂層７０１は溶剤洗浄によって除去される。
上述の工程を表面側封止用ガラスウェハ１００の他方側に行うと、図８の（Ｃ）に示すごとく、表面側封止用ガラスウェハ１００の他方側にも透明樹脂による放物線状凹凸構造の反射防止構造の光学透過窓１１が得られる。
このようにして、表面側封止用ガラスウェハ１００のキャビティ１ａに対向する両面に放物線状凹凸構造の反射防止構造の光学透過窓１１が形成される。上述のインプリント加工でピッチ、高さともにばらつきが±3％以下の凹凸構造が得られた。ばらつきが大きいと効果が十分に出ない、もしくは窓面内でばらつく恐れがあるが、この程度のばらつきは問題とならない。
図５の気密封止光偏向器パッケージの製造方法の詳細を説明する前に、図２の光偏向器２を、図２の光偏向器２の平面図である図９を用いて説明する（参照：特許文献１の図１）。
図９に示すように、マイクロミラー２１は支持体２２の空洞部に設けられ、トーションバー２２ａ、２２ｂによって支持体２２に揺動可能に支持されている。支持体２２とトーションバー２２ａ、２２ｂとの間には、トーションバー２２ａ、２２ｂにトルクを伝達するための圧電アクチュエータ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆが設けられている。これにより、マイクロミラー２１はＸ−Ｘ軸に対して揺動駆動される。
また、支持体２２は支持体２３の空洞部に設けられ、トーションバー２３ａ、２３ｂによって支持体２３に揺動可能に支持されている。支持体２３とトーションバー２３ａ、２３ｂとの間には、トーションバー２３ａ、２３ｂにトルクを伝達するための圧電アクチュエータ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆが設けられている。これにより、マイクロミラー２１はＹ−Ｙ軸に対して揺動駆動される。
次に、図５の気密封止光偏向器パッケージの製造方法の詳細を図１０〜図１６を参照して説明する。尚、図１０〜図１４は光偏向器シリコンウェハ２００の製造工程を示し、図１５は光偏向器シリコンウェハ２００と裏面側封止用ガラスウェハ３００とのAuSn共晶による接合工程を示し、図１６は光偏向器シリコンウェハ２００と表面側封止用ガラスウェハ１００とのPbフリーはんだによる接合工程を示す。
始めに、図１０の（Ａ）を参照すると、厚さ約525μmの単結晶シリコン基板（ウェハ）９０１を準備する。この単結晶シリコン基板９０１には、予め、ポリシリコン埋込み電極ビア９０２が形成されている。
次に、図１０の（Ｂ）を参照すると、単結晶シリコン基板９０１を熱酸化して裏面及び表面に厚さ約0.5μmの酸化シリコン層９０３、９０４を形成する。
次に、図１０の（Ｃ）を参照すると、酸化シリコン層９０４上にスパッタリング法、電子ビーム（EB）蒸着法等により厚さ約50nmのTi及び厚さ約150nmのPtを順次成膜し、これにより、下部電極層９０５を形成する。次いで、下部電極層９０５上に反応性アーク放電イオンプレーティング法により厚さ約3μmのチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）よりなる圧電体層９０６を成膜する。反応性アーク放電イオンプレーティング法については特許文献３、４、５を参照されたし。次いで、圧電体層９０６上にスパッタリング法、EB蒸着法等により厚さ約150nmのPtよりなる上部電極層９０７を成膜する。
次に、図１１の（Ａ）を参照すると、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法を用いて上部電極層９０７及び圧電体層９０６のパターニングを行う。次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法を用いて下部電極層９０５のパターニングを行う。これにより、図９の支持体２２、２３、トーションバー２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ及び圧電アクチュエータ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆを形成する。
次に、図１１の（Ｂ）を参照すると、全体にプラズマCVD法により酸化シリコン層９０８を形成する。
次に、図１１の（Ｃ）を参照すると、フォトリソグラフィ及びドライエッチング法を用いて酸化シリコン層９０８に下部電極層９０５、上部電極層９０７及びポリシリコン埋込み電極ビア９０２に対するコンタクトホール９０８ａを形成する。
次に、図１２の（Ａ）を参照すると、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストパターンを形成し、次いで、スパッタリング法を用いてAlSi（10％Si）を全面に形成し、リフトオフ法によりAlSi配線９０９を形成する。これにより、下部電極層９０５、上部電極層９０７を周辺のパッドへ電気的に接続する。
次に、図１２の（Ｂ）を参照すると、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストパターンを形成し、次いで、スパッタリング法を用いてTi及びAgを全面に順次形成し、リフトオフ法によりマイクロミラー２１としての反射層９１０を形成する。
次に、図１２の（Ｃ）を参照すると、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストパターンを形成し、次いで、スパッタリング法を用いてNi及びAuを全面に順次形成し、リフトオフ法により表面側封止用ガラスウェハ１００との接合用のAu電極２６を形成する。尚、NiはAu電極２６の下地のバリア金属層として作用する。
次に、図１３の（Ａ）を参照すると、表面側封止用ガラスウェハ１００の表面側を樹脂よりなるサポート基板９１１に接着層により貼り付ける。つまり、仮接着する。
次に、図１３の（Ｂ）を参照すると、表面側封止用ガラスウェハ１００をサポート基板９１１で保持したまま、表面側封止用ガラスウェハ１００の裏面を研削加工してポリシリコン埋込み電極ビア９０２を露出させる。次いで、表面側封止用ガラスウェハ１００の裏面を化学的機械的研磨（CMP）法により平坦化する。
次に、図１３の（Ｃ）を参照すると、表面側封止用ガラスウェハ１００の裏面全体にスパッタリング法もしくはプラズマCVD法により酸化シリコン層９１２を形成する。
次に、図１４の（Ａ）を参照すると、酸化シリコン層９１２に対してフォトリソグラフィ及びドライエッチング法を用いて、貫通電極２４としてのポリシリコン埋込み電極９０２用の開口９１２ａ及びシリコン加工用の開口９１２ｂを形成する。
次に、図１４の（Ｂ）を参照すると、フォトリソグラフィ法によりフォトレジストパターンを形成し、次いで、スパッタリング法を用いてNi及びAuを全面に順次形成し、リフトオフ法により裏面側封止用ガラスウェハ３００との接合用のAu電極２５を形成する。尚、NiはAu電極２５の下地のバリア金属層として作用する。
次に、図１４の（Ｃ）を参照すると、酸化シリコン層９１２に対応する領域に高周波結合プラズマ反応性イオンエッチング（ICP-RIE）法用マスク、つまり、フォトリソグラフィ法により酸化シリコン層９１２表面に厚膜レジスト層（図示せず）を形成し、この厚膜レジスト層をエッチングマスクとしてICP-RIE装置において単結晶シリコン基板９０１を深堀ドライエッチング除去する。
尚、ICP-RIE法は、単結晶シリコンを異方性エッチングするのに適したエッチング法であり、従って、単結晶シリコン基板９０１を垂直にエッチングできる。
このようにして、光偏向器シリコンウェハ２００が完成する。
次に、図１５の（Ａ）を参照すると、真空容器中において、サポート基板９１１を仮接着したまま、光偏向器シリコンウェハ２００を裏面側封止用ガラスウェハ３００に加熱圧着する。つまり、AuSn共晶接合させる。この結果、図１５の（Ｂ）に示すごとく、AuSn共晶電極５が光偏向器シリコンウェハ２００と裏面側封止用ガラスウェハ３００との間に形成される。
次に、図１５の（Ｂ）を参照すると、光偏向器シリコンウェハ２００のサポート基板９１１の接着層に紫外線を照射して粘着力を弱め、この結果、図１５の（Ｃ）に示すごとく、サポート基板９１１が剥離する。
次に、図１６の（Ａ）を参照すると、AuSn共晶接合された光偏向器シリコンウェハ２００及び裏面側封止用ガラスウェハ３００を洗浄後、上述したように、真空容器内で表面側封止用ガラスウェハ１００とPbフリーはんだ接合する。その際、高純度窒素ガスにて真空容器内の圧力を50000Paに調整する。尚、表面側封止用ガラスウェハ１００、Au電極１２上にはPbフリーはんだボール１３が印刷されている。この結果、図１６の（Ｂ）に示すごとく、光偏向器シリコンウェハ２００は封止用ガラスウェハ１００、３００によって減圧封止される。最後に、ダイシングによって図２に示すようなチップレベルの光偏向器パッケージが得られる。
上述の実施の形態においては、光偏向器ウェハとして単結晶シリコンウェハを用いているが、SOI（Silicon On Insulator）ウェハを用いることもできる。この場合には、図１７に示すごとく、裏面側封止部材３’は平板であり、裏面側封止部材３’にキャビティを形成する必要がない。
本発明に係る減圧封止した光偏向器パッケージにおいて、水平Ｘ−Ｘ軸駆動用の圧電アクチュエータ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆにマイクロミラー２１の共振周波数25kHzかつ20Vのピーク間電圧VPPの正弦波駆動信号を印加し、垂直Ｙ−Ｙ軸駆動用の圧電アクチュエータ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆに非共振周波数60Hzかつ20Vのピーク間電圧VPPの正弦波駆動信号を印加したところ、水平Ｘ−Ｘ軸で±9°、垂直Ｙ−Ｙ軸で±7°のマイクロミラー２１の振れ角が得られ、また、そのときのジッタは±0.1％であった。これに対し、減圧しない光偏向器パッケージにおいては、同一駆動条件で、水平Ｘ−Ｘ軸で±6°、垂直Ｙ−Ｙ軸で±5°のマイクロミラーの振れ角が得られ、また、そのときのジッタは±1％であった。従って、減圧封止による振れ角の増大及びジッタの抑制が確認できた。
また、反射防止機能がないガラス（従来例１）、誘電体多層膜による反射防止機能を施したガラス（従来例２）及び放物線状凹凸構造による反射防止機能を施したガラス（本発明）で封止された光偏向器パッケージに対して３つの波長つまり640nm（赤）、532nm（緑）及び450nm（青）のレーザ光源を用いて投影画像の評価を行った。この結果、従来例１においては、反射グレアが大きくて画像輝度は小さかったのに対し、従来例１及び本発明においては、反射グレアが小さくて画像輝度は大きかった。また、入射レーザのパッケージに対する入射角が大きくなると、つまり、斜め入射となると、従来例２においては、反射グレアが増大して画像輝度が低下し、さらに、色分離した画像ノイズが観測されたのに対し、本発明においては、どの入射角でも、垂直入射時と同様に反射グレアが小さくて画像輝度が大きく、さらに、色分離した画像ノイズも少なかった。さらにまた、上述のように複数の波長の光源を使用した場合でも、例えば凹凸構造は最も短波長である青の波長の半分以下である２００ｎｍ以下のピッチで設けられていればよい。これにより、赤、青、緑三色ともに対応することが可能となる。
尚、本発明は気密封止型以外の光偏向器パッケージにも適当できる。
１：表面側封止部材
１１：光学透過窓
１２：Au電極
１３：Pbフリーはんだボール
１ａ：キャビティ
２：光偏向器
２１：マイクロミラー
２２：支持体
２２ａ、２２ｂ：トーションバー
２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ：圧電アクチュエータ
２３：支持体
２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ：圧電アクチュエータ
２４：貫通電極
２５：Au電極
２６：Au電極
３：裏面側封止部材
３ａ：キャビティ
３１：貫通電極
３２：Au電極
３３：AuSn電極
４：Auはんだ電極
５：AuSn共晶電極
１００：表面側封止用ガラスウェハ
２００：光偏向器シリコンウェハ
３００：裏面側封止用ガラスウェハ
５０１：シリコンウェハ
５０２：レジストパターン
５０３：マスタ金型
５０４：透明樹脂フィルム
５０５：透明レプリカ金型
５０６：レジスト層
５０７：レジストパターン
７０１：透明樹脂層
９０１：単結晶シリコン基板
９０２：ポリシリコン埋込み電極ビア
９０５：下部電極層
９０７：上部電極層
９０８：酸化シリコン層
９０９：AlSi配線
９１１：サポート基板
９１２：酸化シリコン層
１１：光学透過窓
１２：Au電極
１３：Pbフリーはんだボール
１ａ：キャビティ
２：光偏向器
２１：マイクロミラー
２２：支持体
２２ａ、２２ｂ：トーションバー
２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ：圧電アクチュエータ
２３：支持体
２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ：圧電アクチュエータ
２４：貫通電極
２５：Au電極
２６：Au電極
３：裏面側封止部材
３ａ：キャビティ
３１：貫通電極
３２：Au電極
３３：AuSn電極
４：Auはんだ電極
５：AuSn共晶電極
１００：表面側封止用ガラスウェハ
２００：光偏向器シリコンウェハ
３００：裏面側封止用ガラスウェハ
５０１：シリコンウェハ
５０２：レジストパターン
５０３：マスタ金型
５０４：透明樹脂フィルム
５０５：透明レプリカ金型
５０６：レジスト層
５０７：レジストパターン
７０１：透明樹脂層
９０１：単結晶シリコン基板
９０２：ポリシリコン埋込み電極ビア
９０５：下部電極層
９０７：上部電極層
９０８：酸化シリコン層
９０９：AlSi配線
９１１：サポート基板
９１２：酸化シリコン層
Claims (7)
- 支持体、弾性部材、該弾性部材によって前記支持体の空洞部に揺動可能に支持されたミラー及び前記弾性部材を介して前記ミラーを揺動駆動するアクチュエータを有する光偏向器と、
該光偏向器を挟んで前記ミラーの揺動空間を確保するキャビティを気密封止する第１、第２の封止部材と
を具備し、
前記第１の封止部材が前記キャビティに対向した反射防止機能放物線状凹凸構造の光学透過窓を有する光偏向器パッケージ。 - 前記反射防止機能放物線状凹凸構造のピッチが入射光の波長の1/2以下であり、前記反射防止機能放物線状凹凸構造の高さが前記ピッチの1〜2倍である請求項２に記載の光偏向器パッケージ。
- 前記反射防止機能放物線状凹凸構造の中心軸が前記第１の封止部材の前記光学透過窓表面と直交しており、かつ角度が60〜80℃である請求項１に記載の光偏向器パッケージ。
- 前記反射防止機能放物線状凹凸構造が前記第１の封止部材の両面に形成された透明樹脂あるいはガラスをインプリント加工することによって得られたものである請求項１に記載の光偏向器パッケージ。
- 前記各第１、第２の封止部材が前記キャビティを形成する第１、第２のキャビティを有する請求項１に記載の光偏向器パッケージ。
- 前記第１の封止部材が前記キャビティを有する請求項１に記載の光偏向器パッケージ。
- 前記第１、第２の封止部材がガラスである請求項１に記載の光偏向器アセンブリ。
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