JP2016071145A - Ｍｅｍｓミラー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の影の影響を緩和しつつ、小型化を図ることができるＭＥＭＳミラー装置を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳミラー装置は各構造部１００、２００を有するウェハレベルパッケージとして構成されている。第１構造部１００は、マトリクス反射部１１１を有する基部１１０と、基部１１０に第１接合材１４０にて固定された第１壁部１２０と、第１壁部１２０のうち基部１１０とは反対側に第２接合材１５０にて固定されると共に第１空間部１２１にマトリクス反射部１１１を封止する板状の第１透明部材１３０と、を備える。第２構造部２００は、第１透明部材１３０のうち第１壁部１２０とは反対側に配置されていると共に第１透明部材１３０に第３接合材２３０にて固定された第２壁部２１０と、第２壁部２１０のうち第１透明部材１３０とは反対側に第４接合材２４０にて固定された板状の第２透明部材２２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＭＥＭＳミラーがマトリクス状に配置されて構成されたＭＥＭＳミラー装置に関する。

従来より、光学素子として構成された半導体チップを備えた半導体装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、半導体チップは容器状のパッケージに収容されており、パッケージの開口端に板状の透明部材が固定されることで半導体チップが封止された構造が提案されている。

特開２０１０−２７３０８７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、半導体チップをパッケージに封止しているためサイズが大きく、また、透明部材、透明接着剤が半導体チップに直接接合されているため、透明部材上への異物付着の際、半導体チップに対する異物の影の影響が大きくなる。さらに、透明部材が半導体チップに対して平行に配置されているため、入射光が透明部材表面で反射して、ゴーストとなって画像に現れてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、異物の影の影響を緩和しつつ、小型化を図ることができるＭＥＭＳミラー装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数のＭＥＭＳミラー（１１２）がマトリクス状に配置されたマトリクス反射部（１１１）を有する基部（１１０）と、マトリクス反射部（１１１）の周囲を囲むように基部（１１０）に第１接合材（１４０）にて固定された第１壁部（１２０）と、第１壁部（１２０）のうち基部（１１０）とは反対側に第２接合材（１５０）にて固定されると共に第１壁部（１２０）の中空部分である第１空間部（１２１）にマトリクス反射部（１１１）を封止する板状の第１透明部材（１３０）と、を備えた第１構造部（１００）を有する。

また、第１透明部材（１３０）のうち第１壁部（１２０）とは反対側に配置されていると共に第１透明部材（１３０）に第３接合材（２３０）にて固定された第２壁部（２１０）と、第２壁部（２１０）のうち第１透明部材（１３０）とは反対側に第４接合材（２４０）にて固定された板状の第２透明部材（２２０）と、を備えた第２構造部（２００）を有する。

さらに、これら第１構造部（１００）及び第２構造部（２００）の積層構造はウェハレベルパッケージとして構成されている。

そして、マトリクス反射部（１１１）は、外部から第２透明部材（２２０）、第２壁部（２１０）の中空部分である第２空間部（２１１）、第１透明部材（１３０）、及び第１空間部（１２１）を介して入射した光を複数のＭＥＭＳミラー（１１２）で必要な方向に選択的に反射させるようになっていることを特徴とする。

これによると、第２構造部（２００）が第１構造部（１００）の上に積層されているので、第２構造部（２００）によって第１透明部材（１３０）に異物が付着しないようにすることができる。したがって、マトリクス反射部（１１１）に対する異物の影の影響を緩和することができる。また、第２構造部（２００）は第１透明部材（１３０）の範囲に積層されているので、容器状のパッケージが不要となる。したがって、ＭＥＭＳミラー装置の小型化を図ることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳミラー装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳミラー装置の断面図である。 本発明の第４実施形態に係るＭＥＭＳミラー装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るＭＥＭＳミラー装置（Micro Electro Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）は、例えばプロジェクタや車両のヘッドライトシステムに適用されるものである。

図１に示されるように、ＭＥＭＳミラー装置は、第１構造部１００及び第２構造部２００が積層されたウェハレベルパッケージとして構成されている。

第１構造部１００は、光を反射させる機能を有するものである。第１構造部１００は、基部１１０、第１壁部１２０、及び第１透明部材１３０を備えて構成されている。

基部１１０は、シリコン基板等の半導体基板を母体として構成されている。基部１１０は、ＭＥＭＳ技術によって形成されたマトリクス反射部１１１を有している。マトリクス反射部１１１は、複数のＭＥＭＳミラー１１２がマトリクス状に配置されて構成されている。

ＭＥＭＳミラー１１２は、光を反射するミラー部１１３を有する微少構造体である。ミラー部１１３は電気的な指令に基づいて傾くように形成されている。したがって、各ＭＥＭＳミラー１１２は、例えばＯＮ信号に従ってミラー部１１３で光を必要な方向に反射するように傾斜が制御され、ＯＦＦ信号に従ってミラー部１１３で光を不要な方向に反射するように傾斜が制御される。つまり、マトリクス反射部１１１は、入射した光を複数のＭＥＭＳミラー１１２でいずれかの方向に選択的に反射させる。

１つのＭＥＭＳミラー１１２のサイズは例えば５０μｍ程度である。１つのＭＥＭＳミラー１１２が１画素に対応する。マトリクス反射部１１１は、例えば数万個のＭＥＭＳミラー１１２で構成されている。

また、基部１１０は、各ＭＥＭＳミラー１１２をＯＮ／ＯＦＦ信号によって駆動するための駆動回路や、外部との電気的な接続を行うためのパッド等を有している。なお、図１では駆動回路やパッド等を省略している。

第１壁部１２０は、中空部分である第１空間部１２１にマトリクス反射部１１１が配置されるように基部１１０に第１接合材１４０にて固定されている。すなわち、第１壁部１２０は、マトリクス反射部１１１の周囲を囲むように基部１１０に第１接合材１４０にて固定されている。第１接合材１４０は、例えば低融点ガラスによって構成されている。第１壁部１２０は、基部１１０から第１透明部材１３０を離すためのスペーサとしての役割も果たす。また、第１壁部１２０のスペーサ機能を第１接合材１４０のみで実現しても良い。

ここで、基部１１０の駆動回路と外部との電気的接続を可能にするために、第１壁部１２０は基部１１０に形成されたパッドを除くようにマトリクス反射部１１１を囲んでいる。このため、基部１１０のうちパッドが形成された部分が第１壁部１２０から突出している。

第１透明部材１３０は、マトリクス反射部１１１を第１空間部１２１に封止するための板状の部品である。第１透明部材１３０は、第１壁部１２０のうち基部１１０とは反対側の開口部に第２接合材１５０にて固定されている。第２接合材１５０は、第１接合材１４０と同じ材質のものである。また、第１壁部１２０のスペーサ機能を第２接合材１５０のみで実現しても良い。

また、第１透明部材１３０は、第１壁部１２０に第２接合材１５０にて固定されることにより、第１空間部１２１を例えば真空や窒素で封止している。言い換えると、第１空間部１２１は、基部１１０、第１壁部１２０、第１透明部材１３０、第１接合材１４０、及び第２接合材１５０によって封止されている。これにより、マトリクス反射部１１１が第１空間部１２１に封止されるので、各ＭＥＭＳミラー１１２のミラー部１１３の結露を防止することができる。

第２構造部２００は、第１構造部１００の第１透明部材１３０に異物が付着することを防止するものである。第２構造部２００は、第２壁部２１０、第２透明部材２２０、第３接合材２３０、及び第４接合材２４０を備えて構成されている。これら第２壁部２１０及び第２透明部材２２０は、第１壁部１２０及び第１透明部材１３０と同様に、第３接合材２３０及び第４接合材２４０、例えば低融点ガラスによって構成されている。

第２壁部２１０は、第１透明部材１３０のうち第１壁部１２０とは反対側に配置及び第３接合材２３０にて固定されている。第２壁部２１０は、第２透明部材２２０を第１透明部材１３０から離すためのスペーサとしての役割も果たす。また、第２壁部２１０のスペーサ機能を第３接合材２３０のみ、または第４接合材２４０のみで実現しても良い。

第２透明部材２２０は、第２壁部２１０のうち第１透明部材１３０とは反対側の開口部を閉じるための板状の部品である。第２透明部材２２０は、第２壁部２１０に第４接合材２４０にて固定されていることにより、第２壁部２１０の中空部分である第２空間部２１１を例えば真空や窒素で封止している。言い換えると、第２空間部２１１は、第１透明部材１３０、第２壁部２１０、第２透明部材２２０、第３接合材２３０、及び第４接合材２４０によって封止されている。以上が、本実施形態に係るＭＥＭＳミラー装置の全体構成である。

次に、ＭＥＭＳミラー装置の製造方法について説明する。ＭＥＭＳミラー装置の製造は、全てをウェハレベルで行う。まず、シリコンウェハ等の半導体ウェハを用意する。そして、上述の基部１１０に相当する部分を半導体ウェハに多数形成する。

続いて、第１空間部１２１に対応する部分、及び基部１１０のパッドが配置された領域に対応する部分が除去された第１ガラスウェハを用意する。第１ガラスウェハは第１壁部１２０を構成するウェハである。この第１ガラスウェハを半導体ウェハに第１接合材１４０にて貼り付ける。

この後、基部１１０のパッドが配置された領域に対応する部分が除去された第２ガラスウェハを用意する。この第２ガラスウェハは第１透明部材１３０を構成するウェハである。この第２ガラスウェハを真空中あるいは窒素雰囲気中で第１ガラスウェハに第２接合材１５０にて貼り付ける。

そして、第２空間部２１１に対応する部分、及び基部１１０のパッドが配置された領域に対応する部分が除去された第３ガラスウェハを用意する。第３ガラスウェハは第２壁部２１０を構成するウェハである。この第３ガラスウェハを第２ガラスウェハに第３接合材２３０にて貼り付ける。

さらに、基部１１０のパッドが配置された領域に対応する部分が除去された第４ガラスウェハを用意する。この第４ガラスウェハは第２透明部材２２０を構成するウェハである。この第４ガラスウェハを真空中あるいは窒素雰囲気中で第３ガラスウェハに第４接合材２４０にて貼り付ける。

最後に、上記のように各ウェハを積層した積層ウェハをＭＥＭＳミラー装置毎にダイシングカットする。これにより、ウェハレベルパッケージとして構成されたＭＥＭＳミラー装置が完成する。そして、ＭＥＭＳミラー装置は、プロジェクタや車両のヘッドライトシステムの基板等に実装される。

次に、ＭＥＭＳミラー装置の作動について説明する。マトリクス反射部１１１の各ＭＥＭＳミラー１１２は、基部１１０の駆動回路から入力するＯＮ／ＯＦＦ信号に応じてミラー部１１３の傾斜角度を変更する。

例えば、基部１１０の駆動回路からマトリクス反射部１１１にＯＮ信号が入力されると、図１に示されるように、マトリクス反射部１１１は、外部から第２透明部材２２０、第２空間部２１１、第１透明部材１３０、及び第１空間部１２１を介して入射した入射光を各ＭＥＭＳミラー１１２のミラー部１１３で必要な方向に反射させて反射光を外部に出射する。

一方、基部１１０の駆動回路からマトリクス反射部１１１にＯＦＦ信号が入力されると、マトリクス反射部１１１は、各ＭＥＭＳミラー１１２のミラー部１１３の傾きを変化させてミラー部１１３で不要な方向に反射させる。これにより、マトリクス反射部１１１は、第１空間部１２１に入射した光を必要な方向に反射させない。このように、マトリクス反射部１１１は駆動回路の指令に従って光を選択的に反射させる。

ここで、ＭＥＭＳミラー装置は大部分がガラスによって構成されているので、不要光がＭＥＭＳミラー装置をそのまま抜けていく。このため、第１構造部１００や第２構造部２００での反射による出力画像の低下を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＭＥＭＳミラー装置は第１構造部１００及び第２構造部２００が多重化積層されたウェハレベルパッケージとして構成されている。この第２構造部２００によって第１透明部材１３０に異物が付着しないようにすることができる。また、第２構造部２００の第２透明部材２２０に異物が付着したとしても、第２透明部材２２０は第２壁部２１０によってマトリクス反射部１１１から遠ざけられているので、異物の影が各ＭＥＭＳミラー１１２に影響しにくくなる。したがって、マトリクス反射部１１１に対する異物の影の影響を緩和することができ、マトリクス反射部１１１における最適な画像描画を実現することができる。

また、第２構造部２００は第１構造部１００のうちの第１透明部材１３０の範囲に積層されている。このため、セラミックパッケージ等の容器状のパッケージが不要となる。したがって、ＭＥＭＳミラー装置の小型化を図ることができる。

さらに、第２空間部２１１を真空または窒素で封止しているので、第１透明部材１３０の結露を防止することができる。これにより、第１構造部１００をセラミックパッケージ等に収容しなくても、結露によるマトリクス反射部１１１の画像描画不具合を回避することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図２に示されるように、第２透明部材２２０は、一面２２１及び他面２２２を有している。第２透明部材２２０の一面２２１は、第２空間部２１１を構成する面である。また、第２透明部材２２０の他面２２２は、一面２２１に反対側の面であり、外部から入射光を入射したり、マトリクス反射部１１１で反射した反射光を出射する面である。

さらに、第２透明部材２２０は、第１インプリント成形部２２３及び第２インプリント成形部２２４を有している。第１インプリント成形部２２３は、第２透明部材２２０の一面２２１に設けられている。また、第１インプリント成形部２２３は、第２透明部材２２０の一面２２１に対して傾斜した第１傾斜面２２５を有している。

第２インプリント成形部２２４は、第２透明部材２２０の他面２２２に設けられている。また、第２インプリント成形部２２４は、第２透明部材２２０の他面２２２に対して傾斜していると共に第１傾斜面２２５と同じ向きに傾斜した第２傾斜面２２６を有している。

各インプリント成形部２２３、２２４は、例えば透明樹脂によって所定の形状に成形されている。したがって、ＭＥＭＳミラー装置を製造する際には、上述の第４ガラスウェハに各インプリント成形部２２３、２２４を形成したものを真空中あるいは窒素雰囲気中で第４接合材２４０にて第３ガラスウェハに貼り付けることになる。

そして、第４接合材２４０は、第１インプリント成形部２２３及び第２インプリント成形部２２４よりも融点が低いものである。これにより、ＭＥＭＳミラー装置の製造に際し、第２壁部２１０に係る第３ガラスウェハに対して第２透明部材２２０に係る第４ガラスウェハを貼り付けることができる。

以上の構成によると、外部から第２空間部２１１に入射する光が第２透明部材２２０の他面２２２で反射してゴーストとなって現れてしまうことを抑制することができる。また、マトリクス反射部１１１で反射した光を第２空間部２１１から外部に導くことができる。つまり、マトリクス反射部１１１の反射光を必要エリア外に飛ばすことができる。

そして、第２インプリント成形部２２４の第２傾斜面２２６が傾斜しているので、異物が第２傾斜面２２６に留まりにくくなる。したがって、マトリクス反射部１１１に対する異物の影の影響を緩和することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、各インプリント成形部２２３、２２４は、第２透明部材２２０と同じ材質すなわちガラスで形成されている。

この場合、各インプリント成形部２２３、２２４は第２透明部材２２０に貼り付けられていても良いし、１枚のガラスウェハが加工されたことで各インプリント成形部２２３、２２４及び第２透明部材２２０が一体化されていても良い。

ＭＥＭＳミラー装置を製造する際には、上述の第４ガラスウェハに各インプリント成形部２２３、２２４が設けられたもの、または各インプリント成形部２２３、２２４及び第２透明部材２２０が一体化されたものを用意する。そして、当該第４ガラスウェハを第３ガラスウェハに第４接合材２４０にて貼り付けることになる。

以上により、各インプリント成形部２２３、２２４と第２透明部材２２０との屈折が無くなるので、反射光に含まれる色収差を抑制することができる。したがって、鮮明な画像の描画が可能となる。

（第４実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分について説明する。図３に示されるように、ＭＥＭＳミラー装置は、第１構造部１００、第２構造部２００、及び第３構造部３００が積層されたウェハレベルパッケージとして構成されている。

第３構造部３００は、第２構造部２００と同じ構成であり、第３壁部３１０、板状の第３透明部材３２０、第５接合材３３０、及び第６接合材３４０を備えて構成されている。第３壁部３１０は、第２透明部材２２０のうち第２壁部２１０とは反対側に第５接合材３３０にて固定されている。また、第３透明部材３２０は、第３壁部３１０のうち第２透明部材２２０とは反対側の開口部を閉じるように第３壁部３１０に第６接合材３４０にて固定されている。

第３壁部３１０の中空部分である第３空間部３１１は、第２透明部材２２０、第３壁部３１０、第３透明部材３２０、第５接合材３３０、及び第６接合材３４０によって例えば真空や窒素で封止されている。

以上のように、ＭＥＭＳミラー装置を３段の積層構造とすることもできる。これにより、マトリクス反射部１１１と第３透明部材３２０との距離を長く取ることができる。つまり、マトリクス反射部１１１から異物を引き離すことができ、マトリクス反射部１１１に対する異物の影響をほぼ無くすことができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたＭＥＭＳミラー装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、第２空間部２１１や第３空間部３１１は封止されていなくても良い。同様に、ＭＥＭＳミラー装置が３層構造の場合は第２空間部２１１及び第３空間部３１１が封止されていなくても良い。

第４実施形態で示された第３構造部３００の第３透明部材３２０に第２、第３実施形態で示された各インプリント成形部２２３、２２４を設けても良い。また、ＭＥＭＳミラー装置が３段の積層構造として成立するので、ＭＥＭＳミラー装置は４段以上の積層構造として構成されていても良い。つまり、第２構造部２００が２段以上に積層されていても良い。

１００ 第１構造部
１１１ マトリクス反射部
１１２ ＭＥＭＳミラー
１２０ 第１壁部
１２１ 第１空間部
１３０ 第１透明部材
２００ 第２構造部
２１０ 第２壁部
２１１ 第２空間部
２２０ 第２透明部材
１４０、１５０、２３０、２４０ 接合材

Claims (5)

1. 複数のＭＥＭＳミラー（１１２）がマトリクス状に配置されたマトリクス反射部（１１１）を有する基部（１１０）と、前記マトリクス反射部（１１１）の周囲を囲むように前記基部（１１０）に第１接合材（１４０）にて固定された第１壁部（１２０）と、前記第１壁部（１２０）のうち前記基部（１１０）とは反対側に第２接合材（１５０）にて固定されると共に前記第１壁部（１２０）の中空部分である第１空間部（１２１）に前記マトリクス反射部（１１１）を封止する板状の第１透明部材（１３０）と、を備えた第１構造部（１００）と、
   前記第１透明部材（１３０）のうち前記第１壁部（１２０）とは反対側に配置されていると共に前記第１透明部材（１３０）に第３接合材（２３０）にて固定された第２壁部（２１０）と、前記第２壁部（２１０）のうち前記第１透明部材（１３０）とは反対側に第４接合材（２４０）にて固定された板状の第２透明部材（２２０）と、を備えた第２構造部（２００）と、
   を有するウェハレベルパッケージとして構成されており、
   前記マトリクス反射部（１１１）は、外部から前記第２透明部材（２２０）、前記第２壁部（２１０）の中空部分である第２空間部（２１１）、前記第１透明部材（１３０）、及び前記第１空間部（１２１）を介して入射した光を前記複数のＭＥＭＳミラー（１１２）で必要な方向に選択的に反射させるようになっていることを特徴とするＭＥＭＳミラー装置。
2. 前記第２透明部材（２２０）は、
   前記第２空間部（２１１）を構成する一面（２２１）と、
   前記一面（２２１）に反対側の他面（２２２）と、
   前記一面（２２１）に設けられていると共に、前記一面（２２１）に対して傾斜した第１傾斜面（２２５）が設けられた第１インプリント成形部（２２３）と、
   前記他面（２２２）に設けられており、前記他面（２２２）に対して傾斜していると共に前記第１傾斜面（２２５）と同じ向きに傾斜した第２傾斜面（２２６）が設けられた第２インプリント成形部（２２４）と、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳミラー装置。
3. 前記第４接合材（２４０）は、前記第１インプリント成形部（２２３）及び前記第２インプリント成形部（２２４）よりも融点が低いものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳミラー装置。
4. 前記第１インプリント成形部（２２３）及び前記第２インプリント成形部（２２４）は、前記第２透明部材（２２０）と同じ材質で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＭＥＭＳミラー装置。
5. 前記第２空間部（２１１）は、前記第１透明部材（１３０）、前記第２壁部（２１０）、前記第２透明部材（２２０）、前記第３接合材（２３０）、及び前記第４接合材（２４０）によって封止されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のＭＥＭＳミラー装置。

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