JP5345090B2

JP5345090B2 - 光偏向器パッケージ

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Publication number: JP5345090B2
Application number: JP2010050394A
Authority: JP
Inventors: 喜昭安田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: JP2011186124A

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。

他方、プロジェクタ等の画像表示装置において、光ビームを走査するために、１次元あるいは２次元の画素のように必要な解像度に合わせて画素を形成する必要はなく、原理的には画素欠陥というものは発生しない。光偏向器のマイクロミラーを揺動させて光ビームの走査を行う場合、揺動動作の往路及び復路つまり右から左への走査と左から右への走査の両方を利用した方が、一方の利用より走査線の数を増加でき、光ビームを有効に利用できる。このような両方走査を往復走査と呼ぶ。この往復走査に往復走査の方向に垂直な方向の往復走査を加えることにより２次元の往復ラスタ走査が実現できる。

上述の往復ラスタ走査においては、画像を表示する場合、往路の画像描画と復路の画像描画の同期をとる必要がある。また、往復ラスタ走査のマイクロミラーの揺動動作による走査は正弦的な運動となるので、偏向の振幅が大きくなる程、走査速度は低下し、最大振幅時に走査速度は零となる。このため、全偏向角領域つまり全走査領域より画像を形成する走査領域（実効走査領域）を小さく設定する必要がある。この結果、走査型画像表示装置においては、往復走査の同期をとる必要がある。

種々の往復走査の同期方式が既に提案されている。

第１の従来の往復走査の同期方式は、偏向ミラーの変位角を検出する変位角度検出器を設け、この検出器の検出信号に基づいて同期のタイミング信号を発生している（参照：特許文献２）。

第２の従来の往復走査の同期方式は、レーザ光源からの光ビームを水平走査手段によって水平走査して第１の反射ミラーからの光ビームを垂直走査手段によって垂直走査して第２の反射ミラーに入射させて画像信号を形成する画像形成装置において、水平走査手段と垂直走査手段との間に光ビーム検出器を設け、この光ビーム検出器の検出信号に基づいて同期のタイミング信号を発生している（参照：特許文献３）。

第３の従来の往復走査の同期方式は、揺動する走査手段の全偏向角のうち実効偏向角外の部分に２つの光ビーム検出器を設け、この光ビーム検出器の検出信号に基づいて同期のタイミング信号を発生している（参照：特許文献４）。

第４の従来の往復走査の同期方式は、有効走査範囲を走査する第１の光ビームをミラーの表面側で反射させる一方、第１の光ビームとは別の第２の光ビームをミラーの裏面側で反射させ、第２の光ビームを検出する光ビーム検出器の検出信号に基づいて第１の光ビームの同期のタイミング信号を発生している（参照：特許文献５）。

第５の従来の往復走査の同期方式は、固定反射ミラーで構成される最終射出面における画像形成領域外の一部の透過窓を介して同期検出のための光ビーム検出器を設け、画像描画する光ビームと同期検出のための光ビームとの干渉（オーバラップ）をなくしている（参照：特許文献６）。

特開２００５−１４８４５９号公報特開平６−３４２１２６号公報特開２００３−５７５８６号公報特開平９−２３０２７６号公報特開２００３−５７５７７号公報特開２００６−２３５２７４号公報特開２００１−２３４３３１号公報特開２００２−１７７７６５号公報特開２００３−８１６９４号公報

しかしながら、第１の従来の往復走査の同期方式においては、走査光ビームを検出していないので、高精度の同期がとれないという課題がある。

上述の第２の従来の往復走査の同期方式においては、水平走査手段と光ビーム検出器との間に光学系が配置されていないので、有効光ビームと光ビーム検出器の検出光ビームが重なる（オーバラップする）という課題がある。

上述の第３の従来の往復走査の同期方式においては、実効偏向角と光ビーム検出器の光路との間を狭くすると、光路の干渉（オーバラップ）が発生するという課題がある。

上述の第４の従来の往復走査の同期方式においては、第１の光ビームと第２の光ビームとは光路の干渉（オーバラップ）しないが、第１の光ビームと別の第２の光ビームを用いているので、構成が複雑であるという課題がある。

上述の第５の従来の往復走査の同期方式においては、光偏向器を用いた走査画像表示の光学系が複雑で、光量も反射損失によって低下し、かつ装置が大型化するという課題がある。

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光学透過窓と、光学透過窓の周辺の遮光部とを有し、光学透過窓の直近傍の遮光部のキャビティ側にフォトセンサを設けたものである。フォトセンサを光偏向器パッケージ内に設けることにより、パッケージ単位で偏向角の正確な検出と走査ビームの同期タイミング信号の発生が実現する。

また、フォトセンサが相異なる導電型の第１、第２の有機薄膜の積層膜よりなる有機薄膜フォトセンサである。さらに、たとえば、第１の有機薄膜がフタロシアニン化合物層であり、第２の有機薄膜がペリレン化合物層である。

本発明によれば、フォトセンサを光偏向器パッケージ内に設けることにより、画像表示装置全体の製造コストを低減できると共に小型化できる。

本発明に係る有機薄膜フォトセンサとして用いられる有機薄膜太陽電池を示す断面図である。図１の化合物層の構造式を示し、（Ａ）はフタロシアニン化合物層の代表的な銅フタロシアニンの構造式、（Ｂ）はペリレン化合物層の代表的なペリレン顔料の構造式を示す。図１の有機薄膜太陽電池の光発電効果を説明する電圧−電流特性図である。本発明に係る気密封止光偏向器パッケージの第１の実施の形態を示す断面図である。図４の光偏向器の平面図である図４の光偏向器のマイクロミラーで走査される光ビームの走査領域と有機薄膜フォトセンサとの位置関係を示す図である。光源を連続発光させた場合の図４の有機薄膜フォトセンサの出力信号を示すタイミング図である。図４の有機薄膜フォトセンサの詳細を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図８の有機薄膜フォトセンサの製造方法を説明するための断面図である。本発明に係る気密封止光偏向器パッケージの第２の実施の形態を示す断面図である。図１０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）の一部断面図である。図１０の気密封止光偏向器パッケージの製造方法の概略を説明するための断面図である。図１２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ための断面図である。図１２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ための断面図である。図１２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ための断面図である。図１２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ための断面図である。図１２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ための断面図である。図１２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ための断面図である。図１２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ための断面図である。図１０の気密封止光偏向器パッケージの変更例を示す断面図である。

図１は本発明に係る有機薄膜フォトセンサとして用いられる有機薄膜太陽電池を示す断面図である。

図１においては、ガラス基板１０１上に、透明電極層１０２、フタロシアニン化合物層１０３、ペリレン化合物層１０４及び金属電極層１０５が積層されている。

フタロシアニン化合物層１０３は青色顔料として用いられ、ｐ型有機半導体として作用する。図２の（Ａ）にその代表的な銅フタロシアニンの構造式を示す。また、ペリレン化合物層１０４は赤色顔料として用いられ、ｎ型有機半導体として作用する。図２の（Ｂ）にその代表的なペリレン顔料の構造式を示す。フタロシアニン化合物層１０３及びペリレン化合物層１０４は発達したπ共役系の存在により300℃以上の高い耐熱温度を有する。尚、フタロシアニン化合物層１０３及びペリレン化合物層１０４は光電効果を生かしてアルミニウム製の円筒状ドラムに成膜されてプリンタ、複写機の感光体層として広く用いられている。

２種類の有機薄膜であるフタロシアニン化合物層１０３及びペリレン化合物層１０４はヘテロｐｎ接合を構成する。その電圧−電流（V-I）特性を図３に示すように、光照射すると、暗時のV-I特性から光照射時のV-I特性に電流I軸方向にシフトし、光起電力効果Ｅによって光発電が行われることが分かる。この光起電力効果Ｅはヘテロｐｎ接合界面に存在する内部電界によってフォトキャリアが透明電極層１０２及び金属電極層１０５に移動することによって生ずる。従って、光電効果と異なり、高いバイアス電圧を印加することなく、光電流Iが流れる。従って、図１の有機薄膜太陽電池の光電変換効率は5％程度であり、結晶シリコン太陽電池に比較して小さいが、フォトセンサとしては十分な出力及び感度を有している。特に、フタロシアニン化合物及びペリレン化合物は着色した色素材料であるので、可視光に対する図１の有機薄膜太陽電池の感度は、近赤外に感度ピークを有する結晶シリコン太陽電池よりも高い感度を有する。

上述の顔料系低分子化合物による有機薄膜太陽電池は、一般的には、蒸着法等の真空ドライプロセスが主流であるが、最近、プロセスの簡便化のために、印刷、塗布等のウェットプロセスによる薄膜成膜が採用されている。さらに、インクジェットプリント技術を応用したオンデマンド・パターン成膜も一部実用化が始まっている。このような薄膜成膜を用いた場合、光電変換効率は1〜2％程度と小さいが、フォトセンサとしては十分な出力を得ることができる。

図４は本発明に係る気密封止光偏向器パッケージの第１の実施の形態を示す断面図である。

図４においては、封止ガラス１は中央に光学透過窓１１を有し、その周辺にCr等による遮光カバー１２ａが形成された遮光部１２を有する。光偏向器２をセラミック実装基板３のキャビティ３ａ内に配置し、セラミック実装基板３のキャビティ３ａを封止ガラス１によって気密封止してある。有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂはパッケージ内部にあって、光偏向器２のマイクロミラー２１から反射される走査光ビームが通過する光学透過窓１１の極近傍に設けられている。これにより、効率よく走査光ビームを検出できる。有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂはパッケージ内部に配置されているので、機械的な擦傷を受けることなく、かつ、外部環境の変化による有機薄膜の劣化、変性を防止できる。尚、図４においては、光偏向器２はSOI（Silicon On Insulator）基板を用いて形成しているが、単結晶シリコン基板でもよい。

図４の光偏向器２を、図４の光偏向器２の平面図である図５を用いて説明する（参照：特許文献１の図１）。

図５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。

図６は図４の光偏向器２のマイクロミラー２１で走査される光ビームの走査領域と有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂとの位置関係を示す図である。

図６に示すように、全走査領域WSR上で実際に画像を表示する実効走査領域ESR以外は水平方向、垂直方向共、オーバ走査領域OSRである。有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂが配置されるオーバ走査領域OSRまで同期を検出するために光ビームが連続的に発光される。このとき、実効走査領域ESRからはみ出して走査光ビームが出射されて画像表示への影響が懸念されるが、封止ガラス１の遮光部１２によってその影響は抑制される。

図７は光源を連続発光させた場合の図４の有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂの出力信号を示すタイミング図である。

図７に示すように、有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂは検出される走査光ビームの時間間隔を検出する。たとえば、図６の矢印AR方向に走査している往路を基準にして往路と復路との差を考えると、光偏向器２のマイクロミラー２１の揺動動作により行っている水平方向走査に関しては、有機薄膜フォトセンサ４ｂの検出間隔が有機薄膜フォトセンサ４ａの検出間隔より大きくなる。この検出時間を用いてスポット形成のタイミングを調査することにより往路と復路との正しい画素位置制御が可能となる。

尚、有機薄膜フォトセンサを実効走査領域ESRの外周部にアレイ状に複数配置することにより光偏向器２のマイクロミラー２１の偏向角（走査角）の計測と調整をリアルタイムで行うこともでき、これにより、長時間動作の偏向角の減衰、外部振動、衝撃による急激な偏向角変動を瞬時に検出して正常範囲へフィードバックすることができる。有機薄膜フォトセンサは、後述のごとく、簡単なプロセスで成膜及びパターニングできるので、アレイ化は製造コストの上昇を招くことなく容易にできる。これに対し、シリコンベースの受光素子をパッケージの外部の光学系として配置する場合には、実装密度及び製造コストの面からアレイ化は困難である。

図８は図４の有機薄膜フォトセンサ４ａ（４ｂ）の詳細を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図８においては、図１と同様に、封止ガラス１の遮光部１２上に、アルミニウムよりなる金属電極層４０１、ペリレン化合物層４０２、フタロシアニン化合物層４０３及びITO（Indium tin oxide）よりなる透明電極層４０４が積層されている。また、金属電極層４０１及び透明電極層４０４にはAu/Ni電極パッド４０５が形成されている。

次に、図８の有機薄膜フォトセンサ４ａ（４ｂ）の製造方法を図９を参照して説明する。

始めに、図９の（Ａ）を参照すると、遮光カバー１２ａが形成された封止ガラス１の遮光部１２上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジストパターン９０１を形成する。

次に、図９の（Ｂ）を参照すると、全面にAlをスパッタリング法により成膜し、次いで、リフトオフ法によりレジストパターン９０１を除去して金属電極層４０１を形成する。

次に、図９の（Ｃ）を参照すると、ペリレン化合物層、フタロシアニン化合物層を順に蒸着し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によりペリレン化合物層４０２、フタロシアニン化合物層４０３を形成する。

次に、図９の（Ｄ）を参照すると、ITO膜をスパッタリング法により成膜する。次いで、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法により透明電極層４０４を形成する。

最後に、金属電極層４０１及び透明電極層４０４上にAu/Niを蒸着し、リフトオフ法によりAu/Ni電極パッド４０５を形成する。

図１０は本発明に係る気密封止光偏向器パッケージの第２の実施の形態を示す断面図である。

図１０の気密封止光偏向器パッケージは、中央に光学透過窓１１’、その周辺にCr等による遮光カバー１２’ａが形成された遮光部１２’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、図４の有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂは表面側封止部材１’の遮光部１２’の光学透過窓１１’極近傍に設けられている。さらに、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５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６が設けられている。尚、光偏向器２’も図４の光偏向器２と同様の構成をなしている。

各有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂはAuはんだ電極５、貫通電極２４’、AuSn共晶電極６及び貫通電極３１’を介してAu電極３２’に電気的に接続されている。

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１’ａが設けられ、他方、裏面側封止部材３’にはキャビティ３’ａが設けられている。

図１１は図１０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１１に示すように、図１０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１’ａ及び裏面側封止部材３’のキャビティ３’ａは図１１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１０の気密封止光偏向器パッケージの製造方法の概略を図１２の断面図を参照して説明する。

始めに、図１０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３’ａ、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１２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６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６にボイドが発生しにくい。

次に、図１０の（Ｃ）を参照すると、予め、キャビティ１’ａ、光学透過窓１１’、遮光カバー１２’ａが形成された遮光部１２’及びAu電極１３’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１３’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１３’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１２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６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１２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１０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１０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１２の気密封止光偏向器パッケージの製造方法の詳細を図１３〜図１９を参照して説明する。尚、図１３〜図１７は光偏向器シリコンウェハ２００’の製造工程を示し、図１８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１９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１３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）１３０１を準備する。この単結晶シリコン基板１３０１には、予め、ポリシリコン埋込み電極ビア１３０２が形成されている。

次に、図１３の（Ｂ）を参照すると、単結晶シリコン基板１３０１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１３０３、１３０４を形成する。

次に、図１３の（Ｃ）を参照すると、酸化シリコン層１３０４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１３０５を形成する。次いで、下部電極層１３０５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１３０６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７、８、９を参照されたし。次いで、圧電体層１３０６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１３０７を成膜する。

次に、図１４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１３０７及び圧電体層１３０６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１３０５のパターニングを行う。これにより、図１０の支持体２２’、２３’ 及びトーションバー、圧電アクチュエータを形成する。

次に、図１４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１３０８を形成する。

次に、図１４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１３０８に下部電極層１３０５、上部電極層１３０７及びポリシリコン埋込み電極ビア１３０２に対するコンタクトホール１３０８ａを形成する。

次に、図１５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１３０９を形成する。これにより、下部電極層１３０５、上部電極層１３０７を周辺のパッドへ電気的に接続する。

次に、図１５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１３１０を形成する。

次に、図１５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１６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１３１１に接着層により貼り付ける。つまり、仮接着する。

次に、図１６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１３１１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１３０２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１６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１３１２を形成する。

次に、図１７の（Ａ）を参照すると、酸化シリコン層１３１２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１３０２用の開口１３１２ａ及びシリコン加工用の開口１３１２ｂを形成する。

次に、図１７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１７の（Ｃ）を参照すると、酸化シリコン層１３１２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１３１２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１３０１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１３０１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１８の（Ａ）を参照すると、真空容器中において、サポート基板１３１１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１８の（Ｂ）に示すごとく、AuSn共晶電極６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１８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１３１１の接着層に紫外線を照射して粘着力を弱め、この結果、図１８の（Ｃ）に示すごとく、サポート基板１３１１が剥離する。

次に、図１９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１３’上にはPbフリーはんだボール１４’が印刷されている。この結果、図１９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。このとき、気密に封止されることによって内部の有機薄膜フォトセンサは空気に触れることがないため酸化などの劣化を防ぐことができる。最後に、ダイシングによって図１０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２０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V_PP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に非共振周波数60Hzかつ20Vのピーク間電圧V_PP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。

有機薄膜フォトセンサ４ａ、４ｂによる同期光検出信号に基づいて画素表示タイミングと光源の輝度を調整したときのベタ白表示における輝度分布がＡ４サイズの表示に対して±2％以下であった。これに対し、上述の同期光検出信号に基づかないときの輝度分布は±5％程度であった。

また、温度環境を急激に20℃ほど変化させたときの走査角変動を上述と同様の比較で実施したところ、有機薄膜フォトセンサによって偏向角の計測／制御を実施した場合には、走査角に変動はみられなかったが、この計測／制御を実施しない場合には共振周波数のシフトに伴って走査角が20％も減少してしまった。

尚、上述の実施の形態は気密封止光偏向器パッケージを示しているが、本発明は気密封止型以外の光偏向器パッケージにも適用できる。

１：封止ガラス
１’：表面側封止部材
１１、１１’：光学透過窓
１２、１２’：遮光部
１２ａ、１２’ａ：遮光カバー
１３’：Au電極
１４’：Pbフリーはんだボール
１’ａ：キャビティ
２、２’：光偏向器
２１、２１’：マイクロミラー
２２、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、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：セラミック実装基板
３’：裏面側封止部材
３ａ、３’ａ：キャビティ
３１’：貫通電極
３２’：Au電極
３３’：AuSn電極
４ａ、４ｂ：有機薄膜フォトセンサ
５：Auはんだ電極
６：AuSn共晶電極
１００’：表面側封止用ガラスウェハ
１０１：ガラス基板
１０２：透明電極層
１０３：フタロシアニン化合物層
１０４：ペリレン化合物層
１０５：金属電極層
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
４０１：金属電極層
４０２：ペリレン化合物層
４０３：フタロシアニン化合物層
４０４：透明樹脂層
９０１：レジストパターン
１３０１：単結晶シリコン基板
１３０２：ポリシリコン埋込み電極ビア
１３０５：下部電極層
１３０７：上部電極層
１３０８：酸化シリコン層
１３０９：AlSi配線
１３１１：サポート基板
１３１２：酸化シリコン層

Claims

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光学透過窓と、
該光学透過窓の周辺の遮光部と
を有し、
前記光学透過窓の直近傍の前記遮光部の前記キャビティ側にフォトセンサを設けた光偏向器パッケージ。
前記第１、第２の封止部材が前記キャビティを気密封止した請求項１に記載の光偏向器パッケージ。
前記フォトセンサが相異なる導電型の第１、第２の有機薄膜の積層膜よりなる有機薄膜フォトセンサである請求項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。