WO2010107016A1 - Ｍｅｍｓデバイス - Google Patents

Abstract

　ＭＥＭＳチップのチップ本体１に不要な応力がかかるのを抑制しつつ、外部物体との接触による導電部材の破損を防止することが可能なＭＥＭＳデバイスを提供する。チップ本体の上面における固定部上に形成された第１・第２パッド１３が、導電部材６によって、それぞれベースに形成された第１・第２給電体５０２とに電気接続されている。チップ本体の上面に接合される第１カバー２には、チップ本体上面の各第１・第２パッドを露出させる一対の貫通孔２０２が形成されている。導電部材は、第１・第２給電体から各貫通孔を介して第１・第２パッドに延出している。第１カバーには、各貫通孔からそれぞれ第１・第２給電体に延びる導電部材を収めるために、各貫通孔から第１カバーの側面に延出し、第１カバーの側面と上面に開口した溝２０３を備えている。

Description

ＭＥＭＳデバイス

　本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関するものである。

　従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるＭＥＭＳ（micro  electro　mechanical　systems）デバイスとして、例えば、光スキャナ（以下、ＭＥＭＳ光スキャナと称する）、加速度センサ、ジャイロセンサなどが広く知られている。

　この種のＭＥＭＳデバイスは、実装基板に１次実装されており、プリント配線基板などの配線基板に２次実装して用いられることが多い（例えば、特開２００５－２５７９４４号公報参照）。

　特開２００５－２５７９４４号公報には、ＭＥＭＳデバイスとして、図１１Ｃに示すように、ＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装されたベース５’とを備えたＭＥＭＳ光スキャナが提案されている。このＭＥＭＳチップは、ミラーが形成された基板１’と、透明基板からなり基板１’の上面に接合された第１カバー２’を有する。この基板１’は、第１Ｓｉ基板１０１ａ’、絶縁層（ＳｉＯ₂層）１０１ｃ’、第２Ｓｉ基板１０１ｂ’の順に積層されてできるＳＯＩ（Silico on Insulator）基板１００’により形成される。この基板１’には、上面にミラー面２１’が設けられている。このＭＥＭＳデバイスでは、第１カバー２’が、真空封止や汚染防止などの目的でＳｉ１’の上面に接合されている。Ｓｉ１’の下面に第２カバーを接合することによって、第１カバー２’と第２カバーと基板１’のフレーム１０’とで囲まれる気密空間を真空にすることができる。

　この基板１’は、図１１Ａ，図１１Ｂに示すように、矩形枠状のフレーム１０’と、矩形板状の可動部２０’と、捩れ変形が可能な一対のヒンジ３０’，３０’とを備えている。この可動部２０’は、フレーム１０’の内側に配置されて、ミラー面２１’が設けられる。ヒンジ３０は、フレーム１０’の内側で可動部２０’を挟む形で配置されて、フレーム１０’と可動部２０’とを連結している。この基板１’には、静電駆動式の駆動手段が備えられる。この駆動手段は、２つの可動電極２２’と、可動電極２２’に対向する２つの固定電極１２’とで構成されて、静電力により可動部２０’を駆動する。可動電極２２’，２２’は、可動部２０’において一対のヒンジ３０’，３０’を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成される。固定電極１２は、フレーム１０’に対して可動電極２２’に対向するように形成される。可動電極２２’および固定電極１２’それぞれは、パッド１３’と電気的に接続されている。

　図１１ＢのＭＥＭＳデバイスでは、基板１’の上面に形成されたパッド１３’と、実装基板５’に設けられたリード端子５０６’とがボンディングワイヤ６’を介して電気的に接続されている。図１１ＣのＭＥＭＳデバイスでは、第１カバー２’に形成した貫通孔２０２’に埋設された貫通電極２０６’とベース５’において厚み方向に挿通されたリード端子とがボンディングワイヤ６’を介して電気的に接続されている。

　図１１ＣのＭＥＭＳ光スキャナは、ベース５’における基板１’に対向する表面に、可動部２０’の変位空間を確保ための凹部５１０’が形成されている。このＭＥＭＳ光スキャナでは、第１カバー２’とフレーム１０’とベース５’とで囲まれた気密空間を真空としてあるので、デバイス特性の向上を図れる（振れ角を大きくすることができる）。

　図１１ＣのＭＥＭＳデバイスでは、上述のように、第１カバー２’に形成した貫通孔２０２’に埋設された貫通電極２０６’とベース５’において厚み方向に挿通されたリード端子とがボンディングワイヤ６’を介して電気的に接続されている。このＭＥＭＳデバイスにおいて、ボンディングワイヤ６’が第１カバー２’の表面よりも突出しているので、取り扱う際にボンディングワイヤ６’が外部物体と接触することによるボンディングワイヤの破損の恐れがあった。また、ボンディングワイヤ６’を樹脂で覆って保護する方法では、多量の樹脂を必要とする。この多量の樹脂によって、基板１’にかかる応力が大きくなって特性を変化させる恐れがある。さらに、この多量の樹脂は、製造時に樹脂が第１カバー２’における光の入射部位や出射部位の上まで流れる恐れがあり、第１カバー２’上に凹凸が形成され光学特性が変化する恐れがある。

　本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、デバイス本体に不要な応力がかかるのを抑制しつつ、外部物体との接触によるボンディングワイヤの破損を防止することが可能なＭＥＭＳデバイスを提供することにある。

　本発明は、ＭＥＭＳチップと、このＭＥＭＳチップを収容するベースを備えたＭＥＭＳデバイスであり、次の構成を備える。このＭＥＭＳチップは、半導体基板で形成されたチップ本体と、このチップ本体の上面に接合される第一カバーから成る。ベースには、外部の電圧源に接続される第１給電体と少なくとも一つの第２給電体が形成される。チップ本体は、固定部、この固定部に可動自在に支持された可動部、固定部に電気接続される第1電極、可動部に電気接続される少なくとも一つの第2電極を備えている。第1電極と第2電極との間に印加される電圧に起因する駆動力によって、可動部が固定部に対して変位するように構成されている。チップ本体の上面における固定部上に、第1電極)と第2電極とにそれぞれ電気接続される第1パッドと、少なくとも一つの第2パッドが形成されている。第1パッド及び第2パッドが、導電部材によって、それぞれ第1給電体と第2給電体とに電気接続されている。第１カバーには、チップ本体上面の各第1パッド及び第2パッドを露出させる一対の貫通孔が形成されている。導電部材は、第1給電体及び第2給電体から各貫通孔を介して第1パッドと第2パッドに延出している。第１カバーには、各貫通孔からそれぞれ第1給電体及び第2給電体に延びる導電部材を収めるために、各貫通孔から第１カバーの側面に延出し、第1カバーの側面と上面に開口した溝を備えることを特徴とする。

　この構成によれば、第一カバーの表面よりもボンディングワイヤが突出するのを防止できるので、チップ本体に不要な応力がかかるのを抑制し、外部物体との接触による導電部材の破損を防止できる。

　さらに、第１カバーが絶縁基板で形成され、導電部材がＳｉで形成されることが好ましい。

　さらに、導電部材はボンディングワイヤであることが好ましい。

　さらに、外部の電圧源がベースの異なる面上に形成されることが好ましい。この構成により、外部の電圧源を介して入出力される電気信号の干渉を防ぐことができる。

　さらに、以下の構成を備えることが好ましい。可動部は、上面にミラーを有する可動板であり、固定部は、ミラーを囲む形状のフレームである。可動板がヒンジを介してフレームに枢支される。

　さらに、以下の構成を備えることが好ましい。チップ本体の上面の周縁部に第1カバーの周縁部が気密接合され、チップ本体の下面の周縁部に第2カバーが気密接合されることで、第1カバーと第2カバーとの間に気密空間が形成される。この気密空間内に可動部が収容される。そして、各貫通孔は、封止樹脂により封止される。

　さらに、各溝に上記の封止樹脂が充填されることが好ましい。これにより、ボンディングワイヤを少量の樹脂により保護することができる。しかも、この構成によれば、貫通孔が樹脂溜まりとしての機能を有し、樹脂が第１カバーの表面上に広がるのを抑制できる。

　さらに、以下の構成を備えることが好ましい。第1パッド及び第2パッドはチップ本体の上面に形成された膜であり、各貫通孔の開口面積が対応する第1パッド及び第2パッドの面積よりも大きくて、各貫通孔の下端開口内に、第1パッド及び第2パッドが完全に収められる。この構成によれば、第１カバーと各パッドとが重なることがなく、第１カバーとチップ本体とを接合できるので、各パッドの厚みによって接合性や気密性が損なわれるのを防止できる。この構成によれば、チップ本体の小型化を図れるとともに、動作安定性の低下、経時安定性の低下を抑制できる。

　さらに、第1カバーと第２カバーとの一方に、気密空間に露出し、この気密空間内で発生する不純物質を捕捉するゲッターが設けられることが好ましい。この構成によれば、気密空間における高い真空度を維持することができるので、真空度の変化に起因したデバイス特性の変化を防止することができる。

　さらに、以下の構成を備えることが好ましい。ベースに、ＭＥＭＳチップを収容する凹所が形成される。この凹所を囲むベースの周縁部の上面に上記給電体が露出する。給電体の高さ位置が各貫通孔の上端よりも低くなっている。この構成によれば、チップ本体の厚み方向におけるパッドと第１給電体との高低差を低減できる。さらに、溝からはみ出すことなく、ボンディングワイヤとパッドとを接合できる。したがって、外部物体との接触によるボンディングワイヤの破損をより一層防止できる。さらに、チップ本体に不要な応力がかかるのをより一層防止できる。

　さらに、チップ本体の可動板の上面に備えられたミラーは、凸面または凹面であることが好ましい。この構成によって、レンズ等の光学部品を新たに設けることなく、光学的作用を生じさせることが可能となる。これによりチップ本体が組み込まれる機器の光学系の構成が簡素化され、コストダウンを図ることができる。

　さらに、可動板は、基板層に中間層を介してミラー層を積層した構造であり、中間層は基板層に蒸着され、ミラー層は中間層上に蒸着されることが好ましい。

　さらに、中間層は、基板層とミラー層と異なる熱膨張係数の材料で形成されるのが好ましい。これにより、中間層及びミラー層を蒸着した後冷却される可動板の内面側と外面側において、収縮率を異ならせることができる。従って、基板層、中間層及びミラー層を構成する材料の熱膨張係数に応じて、中間層の厚みを適宜設定することができる。中間層の厚みを適宜設定することにより、冷却後の可動板の形状を凸面状又は凹面状に変形させて、所望のチップ本体を容易に得ることができる。

　さらに、中間層とミラー層とは、異なる温度で蒸着可能な材料で形成されることが好ましい。これにより、中間層及びミラー層を蒸着した後冷却される可動板の内面側と外面側において、収縮率を異ならせることができる。従って、中間層及びミラー層蒸着温度を適宜設定することにより、冷却後の可動板の形状を凸面状又は凹面状に変形させて、所望のチップ本体を容易に得ることができる。

　さらに、中間層は主にＳｉＯ₂から形成され、ミラー層は主にＡｌから形成されることが好ましい。この構成により、可動板に形成されたミラー面の特性を、幅広い波長のレーザビームに対応させることができる。

　さらに、中間層は主にＣｒ又はＴｉから形成されて、ミラー層は主にＡｕから形成されることが好ましい。この構成により、可動板に形成されたミラー面の特性を、特定の波長のレーザビームに対応させることができる。

実施形態１のＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ光スキャナ）の概略分解斜視図である。 同上のＭＥＭＳデバイスの概略斜視図である。 同上のＭＥＭＳデバイスの要部概略断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの概略平面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの、図３ＡのＡ－Ａ’概略断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの、図３ＡのＡ－Ｂ’概略断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時においてパッドと反射膜を形成したときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時において第１Ｓｉ層をエッチングしたときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時において第２Ｓｉ層をエッチングしたときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時においてチップ本体に第１及び第２カバーを接合したときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例の概略斜視図である。 実施形態２のＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ光スキャナ）の概略分解斜視図である。 同上のＭＥＭＳデバイスの概略斜視図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの概略斜視図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時においてシリコン酸化膜を形成したときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時において第１Ｓｉ層をパターニングしたときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時においてパッドと反射膜を形成したときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時において第１Ｓｉ層をエッチングしたときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時において第２Ｓｉ層をエッチングしたときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造時においてチップ本体に第１及び第２カバーを接合したときの断面図である。 同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例の概略斜視図である。 従来例のミラー形成基板の概略平面図である。 従来例における、ベースに実装されたミラー形成基板の概略断面図である。 従来例における、ＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ光スキャナ）の概略断面図である。 実施形態３のチップ本体の斜視図である。 同上の凸面状のミラーを有する可動板の断面図である。 同上の凹面状のミラーを有する可動板の断面図である。 可動板に凸面状のミラーを形成する過程における、基板層を示す断面図である。 可動板に凸面状のミラーを形成する過程における、中間層を形成したときの断面図である。 可動板に凸面状のミラーを形成する過程における、冷却後の可動板を示す断面図である。 可動板に凸面状のミラーを形成する過程における、ミラー層を形成したときの断面図である。 可動板に凸面状のミラーを形成する過程における、凸面状に変形したミラー層を示す断面図である。 可動板に凹面状のミラーを形成する過程における、基板層を示す断面図である。 可動板に凹面状のミラーを形成する過程における、中間層を形成したときの断面図である。 可動板に凹面状のミラーを形成する過程における、冷却後の可動板を示す断面図である。 可動板に凹面状のミラーを形成する過程における、ミラー層を形成したときの断面図である。 可動板に凹面状のミラーを形成する過程における、凹面状に変形したミラー層を示す断面図である。 実施形態４のチップ本体の斜視図である。 同上のチップ本体の動作を示す図であり、一点鎖線は、固定部に対する可動フレームの振れ角、二点鎖線は、可動フレームに対する可動板の振れ角、実線はフレームに対する可動板の振れ角の推移をそれぞれ示す。 本発明の実施形態５によるチップ本体の構成を示す平面図。 本発明の実施形態５によるチップ本体の動作を示す図。 本発明の実施形態５による別のチップ本体の動作を示す図。

　（実施形態１）
　本実施形態では、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスの一例として、ＭＥＭＳ光スキャナを例示する。

　以下、本実施形態のＭＥＭＳスキャナについて図１～図３を参照しながら説明する。なお、図１に示すz軸方向を上下方向（矢印の矢の向きを上）とする。　本実施形態のＭＥＭＳスキャナは、ＭＥＭＳチップ６００と、ＭＥＭＳチップ６００が実装されたベース５とを備えている。ベース５には、外部の電圧源に接続される給電体５０２ａ，５０２ｂが形成されている。

　ＭＥＭＳチップ６００は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を用いて形成される。ＭＥＭＳチップ６００は、チップ本体（マイクロミラー素子）１と、第１カバー２と、第２カバー３から成っている。チップ本体１は、矩形枠状のフレーム（固定部）１０、可動部、一対のヒンジ３０、第１電極１２、第２電極２２を有する。本実施形態の可動部は、矩形状の一つの可動板２０から成っている。ヒンジ３０は、捩れ変形が可能になるように構成され、フレーム１０に設けられてフレーム１０と可動板２０を連結している。ヒンジ３０は、可動板２０がフレーム１０に対してある一定角度で回動自在になるように、可動板２０を支持している。可動板２０は、フレーム１０の内側に配置されて、上面には矩形状のミラー２１が設けられる。ヒンジ３０，３０は、フレーム１０の内側で可動板２０を挟む形で配置される。第１カバー２は、絶縁基板により形成される。絶縁基板の一例として、本実施形態ではガラス基板が用いられている。第１カバー２の上面の周縁部が、チップ本体１のフレーム１０の上面の周縁部に気密接合される。第２カバー３は、ガラス基板により形成される。第２カバー３は、チップ本体１のフレーム１０の下面の周縁部に気密接合される。第１電極１２はフレーム１０に電気接続されている。第２電極２２は可動板２０に電気接続されている。そして、第１電極１２と第２電極２２との間に印加される電圧に起因する駆動力によって、可動板２０がフレーム１０に対して変位するように構成されている。なお、図１に示すように、一対のヒンジ３０を結ぶ方向をｙ軸方向とする。

　ここで、チップ本体１と、第１カバー２と、第２カバー３の外周形状は矩形状であり、第１カバー２と第２カバー３はチップ本体１と同じ外形寸法に形成されている。

　上述のチップ本体１は、上述のＳＯＩ基板１００をバルクマイクロマシニング技術などにより加工することによって形成される。このＳＯＩ基板１００において、導電性を有する第１Ｓｉ層（活性層）１００ａと第２Ｓｉ層（Ｓｉ基板）１００ｂとの間に絶縁層（ＳｉＯ₂層）１００ｃが介在している。パイレックス（登録商標）ガラスなどの２枚のガラス板を厚み方向に重ねて接合されることにより、第１カバー２が形成される。第２カバー３は、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなるガラス基板を加工することにより形成される。なお、ＳＯＩ基板１００は、第１Ｓｉ層１００ａの厚さを３０μｍ、第２Ｓｉ層１００ｂの厚さを４００μｍに設定されている。第１カバー２および第２カバー３の厚さは、０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度の範囲で設定されている。これらの厚さは一例であり、特に限定されない。また、ＳＯＩ基板１００の第１Ｓｉ層１０ｃの表面は（１００）面である。また、チップ本体１の外形サイズは数ｍｍ□程度であるが、特に限定するものではない。

　チップ本体１のフレーム１０は、ＳＯＩ基板１００の第１Ｓｉ層１００ａ、絶縁層１００ｃ、第２Ｓｉ層１００ｂそれぞれを利用して形成されている。フレーム１０のうち第１Ｓｉ層１００ａにより形成された部位が第１カバー２の外周部と全周に亘って接合されている。フレーム１０のうち第２Ｓｉ層１００ｃにより形成された部位が第２カバー３の外周部と全周に亘って接合されている。フレーム１０の上面に、可動板２０を駆動する駆動手段に電気的に接続される一対のパッド１３（第１パッド１３ａ，第２パッド１３ｂ）が形成されている。第１パッド１３ａは第１電極１２に電気接続される。第２パッド１３ｂは第２電極２２に電気接続される。各パッド１３は平面視形状が円形状であり、第１の金属膜（例えば、Ａｌ膜）により構成されている。なお、本実施形態では、フレーム１０が、チップ本体１の周部を構成している。また、本実施形態では、各パッド１３の厚みを５００ｎｍに設定してあるが、この厚みは一例であり、特に限定するものではない。

　また、チップ本体１の可動板２０および各ヒンジ３０は、ＳＯＩ基板１００の第１Ｓｉ層１００ａを用いて形成されており、フレーム１０よりも十分に薄く設計されている。また、可動板２０に設けられたミラー２１は、可動板２０において第１Ｓｉ層１００ａにより形成された部位上に形成した第２の金属膜（例えば、Ａｌ膜）からなる反射膜２１ａの表面により構成されている。なお、本実施形態では、反射膜２１ａの厚みを５００ｎｍに設定してあるが、この厚みは一例であり、特に限定するものではない。

　以下では、図３Ａ～Ｃに示すように、一対のヒンジ３０を結ぶ方向をｙ軸方向、フレーム１０の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向として説明する。

　チップ本体１は、一対のヒンジ３０がｙ軸方向に沿って並設されており、可動板２０が、フレーム１０に対して一対のヒンジ３０の回りで変位可能（ｙ軸方向回りで回動可能）となっている。つまり、一対のヒンジ３０は、フレーム１０に対して可動板２０が揺動自在となるようにフレーム１０と可動板２０とを連結している。言い換えれば、フレーム１０の内側に配置される可動板２０は、可動板２０から連続一体に形成された２つのヒンジ３０を介して、フレーム１０に対して揺動自在に支持されている。ここで、可動板２０は、その重心が一対のヒンジ３０を結ぶ軸を通るように構成されている。なお、各ヒンジ３０は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｘ軸方向の寸法）を、５μｍに設定してあるが、これらの寸法は一例であり、特に限定するものではない。また、可動板２０およびミラー２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、フレーム１０の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。

　上述のチップ本体１は、一対の櫛歯状の第１電極（固定電極）１２，１２と、一対の櫛歯状の第２電極（可動電極）２２，２２とを有し、静電力により可動板２０を駆動するように構成される。第１電極１２は、フレーム１０におけるｘ軸に垂直な２つの内側面（可動板２０に対向する面）にそれぞれ形成される。第２電極２２は、可動板２０におけるｘ軸に垂直な２つの外側面（フレーム１０に対向する面）にそれぞれ形成される。なお、本実施形態の駆動手段は、静電力により可動板２０を駆動する構成であるが、電磁力または圧電素子によって可動板２０を駆動する構成であってもよい。

　各第１電極１２は第１Ｓｉ層１００ａで形成される。各第１電極１２の複数の歯はｙ軸方向に沿って並設されて、それぞれの歯はｘ軸方向に沿って延びている。各第２電極２２は第１Ｓｉ層１００ａで形成される。各第２電極２２の複数の歯はｙ軸方向に沿って並設されて、それぞれの歯はｘ軸方向に沿って延びている。各第１電極１２と各第２電極２２とは、歯１２ａと歯２２ａとがｙ軸方向に沿って交互に位置するように配置されている。第１電極１２と第２電極２２との間に電圧が印加されることにより、第１電極１２と第２電極２２との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、隣接する第１電極１２の歯ａと、第２電極２２の歯との間のｙ軸方向での離間距離は、適宜設定される（例えば、５μｍ～２０μｍ程度）。

　フレーム１０の第１Ｓｉ層１００ａに形成された第１パッド１３ａが、第１電極１２に電気的に接続される。第２パッド１３ｂが第２電極２２に電気的に接続される。第１電極１２と第２電極２２とが電気的に絶縁されるように、複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａが絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。ここで、本実施形態では、各スリット１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａの平面視形状をフレーム１０の外側面側に開放されない形状としている。これにより、フレーム１０と第１カバー２との接合性の低下を防止し、フレーム１０と第１カバー２と第２カバー３とで囲まれる空間の気密性を確保している。なお、各パッド１３は、外部からの給電用に設けられたものである。各パッド１３は、第１Ｓｉ層１００ａに対するオーミック接触が可能でワイヤボンディングが可能な材料（例えば、ＡｕやＡｌ、Ａｌ－Ｓｉ）が採用される。

　フレーム１０の第１Ｓｉ層１００ａには、上述のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａが形成されている。これにより、一端部が可動板２０の外側面に連続一体に連結された各ヒンジ３０，３０それぞれの他端部が内側面に連続一体に連結された２つのアンカー部３１，３２と、アンカー部３１とパッド１３ａが形成された矩形状の島部３６と、アンカー部３２と島部３６とをつなぐ平面視Ｌ字状の導電部３７とで構成される第１の導電性構造体３８が、可動板２０の第２電極２２と同電位になり、残りの部分からなり他方のパッド１３ｂが形成された第２の導電性構造体３９が第１電極１２と同電位になる。

　第１カバー２はガラス基板から形成される。第１カバー２には、その厚み方向に貫通する２つの貫通孔２０２（２０２ａ，２０２ｂ）が形成されている。２つの貫通孔２０２ａ，２０２ｂは、それぞれパッド１３ａ，１３ｂそれぞれを露出している。第１カバー２の各貫通孔２０２ａ，２０２ｂの開口面積は、それぞれ第１パッド１３ａ、第２パッド１３ｂの面積よりも大きく形成される。第１パッド１３ａ、第２パッド１３ｂは、各貫通孔２０２ａ，２０２ｂに完全に収められている。各貫通孔２０２は、チップ本体１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成される。ここで、第１カバー２の各貫通孔２０２は、サンドブラスト法により形成されているが、代わりにドリル加工法やエッチング法などを適宜採用してもよい。

　本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３は、その平面視形状が直径が０．５ｍｍの円形状となるように形成されている。各貫通孔２０２は、チップ本体１側での開口径が０．５ｍｍよりも大きくなるように形成されている。各パッド１３の直径は特に限定されない。各パッド１３の形状は、円形状の代わりに、例えば、正方形状としてもよい。ただし、貫通孔２０２の開口径を小さくするためには、各パッド１３の形状は正方形状よりも円形状が好ましい。

　第１カバー２とチップ本体１とを接合する際に、第１カバーとチップ本体との間に各パッド１３の一部が挟まってしまうと、パッド１３の厚みにより、ＭＥＭＳチップ６００の接合性や気密性が損なわれる。接合性や気密性が損なわれると、ＭＥＭＳチップ６００の製造時の歩留まりや動作安定性、経時安定性を低下させる可能性がある。接合性や気密性の低下を防止するために、フレーム１０の幅寸法を増大させると、ＭＥＭＳチップ６００の小型化が実現できなくなる。

　本実施形態での構成によれば、各パッド１３の一部が挟まることなく、第１カバー２とチップ本体１とを接合できるので、ＭＥＭＳチップ６００の接合性や気密性の低下を防止できる。この構成により、チップ本体１の小型化を図れ、動作安定性や経時安定性の低下を抑制できる。この構成により、フレーム１０の幅寸法を増大させずにＭＥＭＳチップ６００の歩留まりの向上による低コスト化を図ることができる。

　また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、チップ本体１のフレーム１０と第１カバー２と第２カバー３とで囲まれる気密空間が真空になっている。この気密空間を真空にすることで、消費電力を抑えつつ可動板２０の機械振れ角を大きくできる。本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２カバー３におけるチップ本体１との対向面において、気密空間に臨むように凹部３０１が形成されている。この凹部３０１の底面には、ゲッタ４が配置されている。ゲッタ４は、気密空間内で発生する不純物質を捕捉する。ゲッタ４は、非蒸発型ゲッタであることが好ましい（例えば、Ｚｒを主成分とする合金、Ｔｉを主成分とする合金）。

　ところで、第１カバー２は、２枚のガラス板により形成されている。２枚のガラス板のうち、一方のガラス板には、厚み方向に貫通する開孔が形成されている。他方のガラス板は平板状に形成されている。これらの２枚のガラス板が接合されて、一面に凹部２０１が形成された第１カバー２００が形成される。第１カバー２００は、凹部２０１がチップ本体１に対向するように配置される。この凹部２０１が設けられることにより、可動板２０がフレーム１０に対してｙ軸方向回りで回動するための空間が確保されている。サンドブラスト加工などにより形成された凹部２０１に比べて、本実施形態の凹部２０１は滑らかな内底面を有するので、内底面での拡散反射、光拡散、散乱損失などを低減できる。本実施形態での第１カバー２は、透明な基板を用いて形成される。可視光から近赤外光の波長域の光が第１カバーに入射する場合は、第１カバー２はガラス基板により形成されるのが好ましい。赤外光が第１カバーに入射する場合は、第１カバー２はＳｉ基板により形成されるのが好ましい。

　第２カバー３は、ガラス基板により形成される。第２カバー３には、チップ本体１に対向する表面に、凹部３０１が形成されている。この凹部３０１が設けられることにより、可動板２０がｙ軸方向回りで回動するための空間が確保されている。また、凹部３０１の内底面上にフィルム状のゲッタ４が配置される。ＳＯＩ基板１００の第２Ｓｉ層１００ｂの厚み寸法などによっては、厚み方向の両面を平面状としてもよい。第２カバー３の凹部３０１はサンドブラスト法などにより形成される。また、第１カバー２と同様、厚み方向に貫通する開孔を有するガラス板と平板状のガラス板とを接合することによって、一面に凹部３０１を有する第２カバー３が形成されてもよい。なお、第２カバー３は、必ずしも光透過性基板で形成されなくてもよい。第２カバー３は、チップ本体１との接合が容易で且つＳｉとの線膨張率差が小さな材料により形成された基板（例えば、Ｓｉ基板）で形成されてもよい。この場合の凹部３０１は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成される。

　なお、各カバー２，３は、チップ本体１との接合が容易で且つＳｉとの線膨張率差が小さな硼珪酸ガラス（例えば、コーニング社のパイレックス（登録商標）やショット社のテンパックス（登録商標））により形成されるのが好ましい。各カバー２，３は、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどにより形成されてもよい。また、本実施形態では、各カバー２，３の厚みが０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度、各凹部２０１，３０１の深さが３００μｍ～８００μｍに設定されている。これらの厚みや深さは一例であり、可動板２０のｚ軸方向への変位量に応じて適宜設定される。これらの厚みや深さは、可動板２０の回動運動を妨げない深さであれば、特に限定されない。

　次に、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの動作について簡単に説明する。

　本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、一対のパッド１３ａ，１３ｂを通して、対向する第２電極２２と第１電極１２との間にパルス電圧を与えることにより、第２電極２２と第１電極１２間に静電力を発生させ、可動板２０をｙ軸回りに回動させる。本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２電極２２と第１電極１２間に所定の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動板２０を揺動させることができる。

　静止状態において、可動板２０の上面は、内部応力に起因して、ｘｙ面に平行にならず、ｘｙ面から僅かに傾いている。このときに、第２電極２２と第１電極１２間にパルス電圧が印加されると、ｚ軸方向の駆動力によって、一対のヒンジ３０，３０を捩りながら、可動板２０がｙ軸回りに回動する。そして、第２電極２２の歯と第１電極１２の歯とが完全に重なりあう状態で電圧印加を止めると、可動板２０は、慣性力により、一対のヒンジ３０，３０を捩りながら回動し続ける。そして、可動板２０の回動方向への慣性力と、一対のヒンジ３０，３０の復元力とが等しくなったとき、可動板２０の回動が停止する。このとき、第２電極２２・第１電極１２間に再びパルス電圧が印加されて静電力が発生すると、可動板２０は、一対のヒンジ３０，３０の復元力と各電極２２，１２による駆動力により、逆方向に回動し始める。可動板２０は、各電極２２，１２による駆動力による回動と、一対のヒンジ３０，３０の復元力とによる回動を繰り返すことによって、ｙ軸方向回りで揺動する。

　本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動板２０と一対のヒンジ３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動板２０が共振現象を伴って駆動される。このときの、ｚ軸に垂直な面からの回転角が大きくなる。なお、各電極２２，１２間への電圧の印加形態や周波数は特に限定されない。各電極２２，１２間の印加電圧は、例えば正弦波電圧であってもよい。

　以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおけるＭＥＭＳチップ６００の製造方法について図４Ａ～図４Ｄを参照しながら説明する。図４Ａ～図４Ｄは図３ＡのＡ－Ｂ’断面に対応する部分の概略断面を示している。

　まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の一表面に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３ａ，１３ｂおよび反射膜２１ａを形成し、図４Ａに示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３ａ，１３ｂと反射膜２１ａとの材料および厚みを同じに設定してあるので、各パッド１３ａ，１３ｂと反射膜２１ａとを同時に形成している。各パッド１３ａ，１３ｂと反射膜２１ａとの材料や厚みが相違する場合には、各パッド１３ａ，１３ｂと反射膜は、それぞれ別工程で設けされる。この場合、各パッド１３ａ，１３ｂと反射膜との形成工程はどちらが先でもよい。

　次に、可動板２０、一対のヒンジ３０，３０、フレーム１０、第１電極１２，１２、第２電極２２，２２に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１レジスト層１３０を、ＳＯＩ基板１００の第１Ｓｉ層１００ａ上に形成する。この第１レジスト層１３０をマスクとして、第１Ｓｉ層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングすることにより、図４Ｂに示す構造を得る。この工程では、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上面から第１の所定深さまでエッチングしている。第１Ｓｉ層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、この工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

　次に、ＳＯＩ基板１００上の第１レジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上面全体に第２レジスト層１３１を形成する。続いて、フレーム１０に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第３レジスト層１３２を、ＳＯＩ基板１００の第２Ｓｉ層１００ｂ上に形成する。第３レジスト層１３２をマスクとして、第２Ｓｉ層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングすることにより、図４Ｃに示す構造を得る。この工程では、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を下面から第２の所定深さまでエッチングしている。なお、第２Ｓｉ層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行われる。また、この工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

　次に、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃにおいて、フレーム１０と可動板２０との間の部位（第２電極２２と第１電極１２との間の部位）を、ＳＯＩ基板１００の下面からエッチングすることでチップ本体１を形成する。次に、第２レジスト層１３１、第３レジスト層１３２を除去する。そして、チップ本体１と、第１カバー２および第２カバー３とを陽極接合などにより接合することによって、図３Ｄに示す構造のＭＥＭＳチップ６００を得る。

　この接合工程では、チップ本体１のミラー面２１を保護する観点から、第１カバー２とチップ本体１とを接合してから、チップ本体１と第２カバー３とを接合するのが好ましい。この工程では、第１凹部２０１、各貫通孔２０２、溝２０３が形成された第１カバー２を、チップ本体１に重ねて積層体を形成する。この積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定温度（例えば、３００℃～４００℃）に加熱しながら、第１Ｓｉ層１００ａと第１カバー２との間に第１カバー２側を低電位側として所定電圧（例えば、４００Ｖ～８００Ｖ程度）を印加した状態で、所定時間（例えば、２０分～６０分程度）保持することで、チップ本体１と第１カバー２とを接合できる。上述と同様の方法によって、第２Ｓｉ層１００ｂと第２カバー３との陽極接合を行う。なお、チップ本体１と第１カバー２との接合、およびチップ本体１と第２カバー３との接合は、陽極接合の代わりに、常温接合法などによって行われてもよい。また、第１Ｓｉ層のパターニングの後に、ＳＯＩ基板１００と第１カバー２とを接合し、その後、第２Ｓｉ層のパターニング、絶縁層のパターニングを行うことで、チップ本体１を形成し、その後、チップ本体１と第２カバー３とを接合してもよい。

　以上説明したＭＥＭＳチップ６００の製造方法では、接合が終了するまでの全工程をチップ本体１、第１カバー２および第２カバー３それぞれについてウェハレベルで行うことでＭＥＭＳチップ６００を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成している。さらに、このウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳチップ６００に分割する工程を行うようにしている。要するに、本実施形態におけるＭＥＭＳチップ６００の製造方法では、チップ本体１を複数形成した第１ウェハと、第１カバー２を複数形成した第２ウェハおよび第２カバー３を複数形成した第３のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成している。その後、ウェハレベルパッケージ構造体からチップ本体１の外形サイズに分割する。これにより、第１カバー２および第２カバー３の平面サイズをチップ本体１の外形サイズに合わせることができるから、小型のＭＥＭＳチップ６００の量産性を高めることができる。

　また、上述のベース５には、ＭＥＭＳチップ６００の各パッド１３ａ，１３ｂそれぞれが各別の導電部材６を介して電気的に接続される複数の給電体５０２（５０２ａ，５０２ｂ）が上面に形成されている。本実施形態では、導電部材６は、金属細線からなるボンディングワイヤにより形成されている。導電部材は６は、ボンディングワイヤの代わりにＳｉから形成されてもよい。本実施形態では、パッド１３ａと給電体５０２ａとがボンディングワイヤ６で接続されている。パッド１３ｂと給電体５０２ｂとがボンディングワイヤ６で接続されている。ここで、ボンディングワイヤ６を構成する金属細線としては、例えば、Ａｕ細線や、１％Ｓｉ－Ａｌ線、１％Ｍｇ－Ａｌ線などＡｌ－Ｓｉ細線を用いることができるが、導電性に優れたＡｕ細線が好ましい。また、給電体５０２の材料は、耐酸化性の高い金属であれば特に限定するものではないが、ボンディングワイヤ６との接合性の観点からＡｕが好ましい。

　また、ベース５は、プリント配線板などの配線基板（回路基板）に対して２次実装するにあたって、表面実装できるように、側面（側面に形成された切欠部の内面）と裏面とに跨って連続する導体パターン（端子パターン）からなる外部電極５０４が形成されており、上記配線基板に２次実装する場合に半田フィレットを形成でき、実装強度の向上を図れる。なお、各給電体５０２ａ，５０２ｂと、外部電極５０４ａ，５０４ｂとはそれぞれ連続して形成されている。外部電極５０４の材料は、給電体５０２の材料と同様Ａｕが好ましい。外部電極５０４は、ベース５の異なる面上に設けられてもよい。この構成では、外部電極５０４を介して入出力される電気信号の干渉を防ぐことができる。なお、外部電極５０４を異なる面上に設けた場合でも、給電体５０２は上面に形成されている。

　ＭＥＭＳチップ６００の第１カバー２は、上述のように、チップ本体１の各パッド１３ａ，１３ｂそれぞれを全周に亘って露出させる複数（ここでは、２つ）の貫通孔２０２ａ，２０２ｂが形成されている。さらに、各貫通孔２０２それぞれに各別に連通するととともに貫通孔２０２側とは反対側が開放されチップ本体１のパッド１３ａ，１３ｂと実装基板５の給電体５０２とを電気的に接続するボンディングワイヤ６を通す複数（ここでは、２つ）の溝２０３ａ，２０３ｂが形成されている。ベース５の各給電体５０２ａ，５０２ｂは、チップ本体１の対応するパッド１３ａ，１３ｂ（ボンディングワイヤ６を介して電気的に接続さるパッド１３）との距離が短くなるように配置されており、溝２０３ａ，２０３ｂは、１対１で対応するパッド１３ａ，１３ｂと給電体５０２ａ，５０２ｂとの並び方向に沿って走るように形成されている。溝２０３ａ，２０３ｂは、溝２０３ａ，２０３ｂに通したボンディングワイヤ６が、第１カバー２の表面から突出しないようにボンディングワイヤ６を収めることができるような深さに設計されている。さらに、チップ本体１の構造によっては、溝２０３は第１カバー２の厚み方向に貫通する形で形成されてもよい。ただし、チップ本体１と第１カバー２との接合面積や、ＭＥＭＳチップ６００内部の気密性の観点から、貫通していないことが好ましい。溝２０３ａ，２０３ｂの深さは、貫通孔２０３ａ，２０３ｂの長さ寸法よりも２００μｍ～４００μｍ程度小さいことが好ましい。特に本実施形態では、パッド１３ａの周りに、スリット１０ａの一部が形成されているので、気密性を確保するために、少なくとも、溝２０３ａは、第１カバー２の厚み方向に貫通しない形で形成される必要がある。なお、溝２０３は、ボンディングワイヤ６を通すことができる幅寸法を有している。本実施形態では、溝２０３ａ，２０３ｂの幅寸法は、第１カバー２の表面における貫通孔２０２ａ，２０２ｂの開口径よりも小さな値に設定されているが、特に限定されない。また、溝２０３ａ，２０３ｂの開口形状も特に限定するものではなく、溝２０３ａ，２０３ｂの内側面がテーパ面となっていてもよい。また、第１カバー２の溝２０３ａ，２０３ｂの形成方法は、ドリル加工法に限らず、サンドブラスト法やエッチング法などでもよい。溝２０３ａ，２０３ｂの形成方法は、第１カバー２の材料や溝２０３ａ，２０３ｂの所望の開口形状に応じて適宜採用される。また、導電部材は、ワイヤボンディング６の代わりにＳｉから形成されてもよい。この場合は、Ｓｉが貫通孔２０２や溝２０３に充填される。

　また、ベース５は、中央部に凹部５０１が形成されており、この凹部５０１の内底面にＭＥＭＳチップ６００が搭載されている。本実施形態では、各給電体５０２の上面が第１カバー２の上面よりも低くなるように、凹部５０１の深さが設定されている。この構成によって、ボンディングワイヤ６は、カバー２の上面よりもはみ出ることなく、溝２０３に収められ、給電体５０２に接続されている。また、チップ本体１の厚み方向におけるパッド１３ａ，１３ｂと給電体５０２ａ，５０２ｂとの高低差を低減し、ボンディングワイヤ６が溝２０３ａ，２０３ｂの両端で第１カバー２に接触しないように、構成されている。凹部５０１の深さ寸法を決定する際には、ＭＥＭＳチップ６００の裏面からパッド１３ａ，１３ｂの上面までの高さも考慮される。凹部５０１の深さ寸法は、例えば、数百μｍ～１ｍｍ程度の範囲で設定される。言い換えれば、ベース５の凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、チップ本体１の厚み方向におけるパッド１３ａ，１３ｂと給電体５０２ａ，５０２ｂとの高低差を調整できる。なお、ＭＥＭＳチップ６００は、ベース５に対して、ダイボンド材を用いて接着されている（ダイボンドされている)。ダイボンド材としては、例えば、樹脂系のダイボンド材（例えば、シリコーン樹脂や、エポキシ樹脂など）が採用される。ベース５の凹部５０１の内底面からパッド１３ａ，１３ｂの上面までの高さ寸法の精度を高めるために、例えば多数の球状のスペーサを混ぜた樹脂をダイボンド材として用いてもよい。また、ベース５は、セラミック基板により形成されているが、特にセラミック基板に限定するものではない。

　本実施形態では、図２Ｂに示すように、パッド１３ａ，１３ｂの上面が、ベース５の給電体５０２ａ，５０２ｂの表面よりも低く（高低差は、例えば２００μｍ～５００μｍ程度）なるように、ベース５の凹部５０１の深さ寸法を設定することが好ましい。このような構成により、ボンディングワイヤ６が、溝２０３ａ，２０３ｂの両端で第１カバー２に接触するのを防止でき、良好なワイヤボンディングを実現できる。さらに、良好なワイヤボンディングを実現するためには、溝２０３ａ，２０３ｂの深さ寸法よりも、第１カバー２の表面における貫通孔２０２ａ，２０２ｂの開口径を大きくすることが好ましい。

　本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造において、上述の製法により製造されたＭＥＭＳチップ６００をベース５に接着することでベース５に搭載する。その後、ＭＥＭＳチップ６００におけるチップ本体１のパッド１３ａ，１３ｂとベース５の給電体５０２ａ，５０２ｂとをボンディングワイヤ６を介して電気的に接続する。この接続時において、ボンディングワイヤ６を第１カバー２の溝２０３に通している。

　以上説明した本実施形態のＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳスキャナ）によれば、第１カバー２は、チップ本体１の各パッド１３ａ，１３ｂそれぞれを全周に亘って露出させる複数の貫通孔２０２が形成される。さらに、各貫通孔２０２ａ，２０２ｂそれぞれに各別に連通するととともに貫通孔２０２ａ，２０２ｂ側とは反対側が開放されチップ本体１のパッド１３ａ，１３ｂとベース５の給電体５０２ａ，５０２ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤを通す一対の溝２０３ａ，２０３ｂが形成されている。第１カバー２の表面よりもボンディングワイヤ６が突出するのを防止することができ、チップ本体１に不要な応力がかかるのを抑制しつつ、外部物体との接触によるボンディングワイヤ６の破損を防止することが可能となる。

　また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳチップ６００において、チップ本体１の周部を構成するフレーム１０と第１カバー２と第２カバー３とで囲まれた空間が気密空間であり、しかも、第１カバー２が各パッド１３ａ，１３ｂと重なることがなく、第１カバー２とチップ本体１との間に各パッド１３ａ，１３ｂの一部が介在することもないので、第１カバー２とチップ本体１との接合が各パッド１３により妨げられるのを防止することができるから、各パッド１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれるのを防止することができ、チップ本体１の小型化を図れるとともに、動作安定性の低下、経時安定性の低下を抑制することができる。

　また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳチップ６００の上記気密空間を真空雰囲気としてあり、第２カバー３において上記気密空間に臨む部位にゲッタ４が配置されているので、上記気密空間の真空度を高めることができるとともに、上記気密空間の真空度の変化を抑制することができ、真空度の変化に起因したデバイス特性（本実施形態では、可動板２０の機械振れ角）の変化を防止することができる。なお、ＭＥＭＳチップ６００の構造によっては、第１カバー２において上記気密空間に臨む部位にゲッタ４を配置するようにしてもよいし、第１カバー２と第２カバー３の両方にゲッタ４を配置するようにしてもよい。

　ところで、上述のＭＥＭＳデバイスにおいて、図５に示すように、各溝２０３それぞれに各別に充填されボンディングワイヤ６を保護する樹脂からなる複数の保護部７を設けてもよい。なお、保護部７の材料である樹脂としては、熱硬化型ものを用いているが、熱硬化型に限らず、紫外線硬化型のものや、紫外線・熱併用硬化型のものを用いてもよい。

　図５の構成のＭＥＭＳデバイスでは、ボンディングワイヤ６を少量の樹脂により保護することができる。しかも、貫通孔２０２が樹脂溜まりとしての機能を有し、樹脂が第１カバー２の上面で広がるのを抑制できる。なお、ディスペンサなどを利用して溝２０３ａ，２０３ｂに樹脂を充填されることで、保護部７が形成される。

　また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＳＯＩ基板１００の第１Ｓｉ層１００ａにより各ヒンジ３０，３０が形成されている。この構成により、半導体基板としてシリコン基板を用いる場合に比べて各ヒンジ３０，３０の厚み寸法の精度を高めることができる。さらに、可動部２０と一対のヒンジ３０，３０とで構成される振動系の共振周波数の精度を高めることができる。

　（実施形態２）
　本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、実施形態１と同様、ＭＥＭＳ光スキャナを例示する。

　以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図６～図８を参照しながら説明する。

　本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの基本構成は実施形態１と略同じであって、可動部および第２カバー３などの構造が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

　本実施形態では、可動部は、可動板２０と可動フレーム２４から構成されている。ミラー２１が上面に設けられた矩形状の可動板２０と、フレーム１０との間に一対のヒンジ３０，３０（第１ヒンジ３０ａ，３０ａ）を介して揺動自在に支持された枠状（矩形枠状）の可動フレーム２４が形成される。可動フレーム２４の内側には、可動板２０が配置される。可動板２０は、捩れ変形が可能な一対のヒンジ３０，３０（第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂ）を介して、可動フレーム２４に連結されている。

　第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂは、第１ヒンジ３０ａ，３０ａを結ぶｙ軸方向に直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。要するに、一対の第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂはｘ軸方向に沿って並設されている。可動板２０は、可動フレーム２４に対して第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂの回りで変位可能（ｘ軸回りで回動可能）となっている。つまり、第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂは、可動フレーム２４に対して可動板２０が揺動自在となるように可動フレーム２４と可動板２０とを連結している。ここで、一対の第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂを結ぶ軸上に、可動板２０の重心が位置するように形成されている。なお、各第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂは、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｙ軸方向の寸法）を、３０μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動板２０およびミラー２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、可動フレーム２４の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。

　上述の説明から分かるように、可動板２０は、一対の第１ヒンジ３０ａ，３０ａの軸回りの回動と、一対の第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂの軸回りの回動とが可能である。要するに、可動板２０のミラー２１が、２次元的に回動可能に構成されている。ここにおいて、可動板２０は、可動フレーム２４の下側に一体に設けられ可動フレーム２４を支持する枠状の支持体２９を備えており、この支持体２９が可動フレーム２４と一体に回動可能となっている。

　第２カバー３には、チップ本体１に対向する上面に、可動板２０の変位空間を確保するための第２凹部３０１が形成されている。

　また、本実施形態では、フレーム１０に、一つの第１パッド１３ａと二つの第２パッド１３ｂ，１３ｃが平面視において一直線上に並ぶように略等間隔で並設されており、第１カバー２に、各パッド１３それぞれを各別に露出させる３つのテーパ状の貫通孔２０２（２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ）が貫設され、各貫通孔２０２ごとに貫通孔２０２に連通する溝２０３（２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ）が形成されている。

　また、実施形態１と同様、フレーム１０には、櫛形状の第１電極１２，１２（１２ａ，１２ａ）とを備えている。可動板２０には、櫛形状の第２電極２２，２２（２２ｂ，２２ｂ）を備えている。第１電極１２ａ，１２ａは、フレーム１０のｘ軸に垂直な２つの内側面にそれぞれ形成される。第２電極２２ｂ，２２ｂは、可動板２０のｙ軸に垂直な２つの外側面にそれぞれ形成される。さらに、可動フレーム２４には、櫛形状の第２電極２２，２２（２２ａ，２２ａ）と、櫛形状の第１電極１２，１２（１２ｂ，１２ｂ）を備えている。第２電極２２ａ，２２ａは、可動フレーム２４のｘ軸に垂直な２つの外側面にそれぞれ形成される。第１電極１２ｂ，１２ｂは、可動フレーム２４のｙ軸に垂直な２つの内側面にそれぞれ形成される。第１電極１２ａ，１２ａと第２電極２２ａ，２２ａとの間、第１電極１２ｂ，１２ｂと第２電極２２ｂ，２２ｂとの間において、それぞれが電圧に起因する静電力が働くように構成されている。

　各第１電極１２ｂは、平面視形状が櫛形状であり、可動フレーム２４の一部により構成されている。各第１電極１２ｂを構成する複数の歯はｙ軸方向に沿って列設されている。各第２電極２２ｂは、可動板２０の一部により構成されている。各第２電極２２ｂを構成する複数の歯はｙ軸方向に沿って列設されている。第１電極１２ｂの歯と第２電極２２ｂ，２２ｂの歯とは、所定距離（例えば、２μｍ～５μｍ程度）離間する形でｘ軸方向に沿って交互に位置するように、各電極１２ｂ，２２ｂが配置されている。第１電極１２ｂと第２電極２２ｂとの間に電圧が印加されることにより、第１電極１２ｂと第２電極２２ｂとの間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。

　フレーム１０において、第１Ｓｉ層１００ａにより形成された部位に複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａが形成されている。可動フレーム２４において、第１Ｓｉ層１００ａにより形成された部位には複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａが形成されている。これにより、３つのパッド１３，１３，１３のうち図６における真ん中のパッド１３（１３ｂ）が第１の固定電極１２，１２と電気的に接続されて同電位となっている。右側のパッド１３（１３ａ）が第１の可動電極２２，２２および第２の可動電極２６，２６と電気的に接続されて同電位となっている。左側のパッド１３（１３ｃ）がミラー部２４の第２の可動電極２７，２７と電気的に接続されて同電位となっている。

　ここで、フレーム１０の複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａは絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。本実施形態においても、実施形態１と同様、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａの平面視形状をフレーム１０の外側面側に開放されない形状になっている。これにより、フレーム１０と第１カバー２との接合性が低下するのを防止し、フレーム１０と第１カバー２と第２カバー３とで囲まれる空間の気密性を確保している。

　また、可動フレーム２４の各スリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａは、トレンチとしてあり、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの一部と第２Ｓｉ層１００ｂの一部とで構成される上述の支持体２９における絶縁層１００ｃに達する深さに形成してある。要するに、本実施形態では、支持体２９により可動フレーム部２４を支持しているので、可動フレーム２４と支持体２９とが、一対の第１ヒンジ３０ａ，３０ａの軸回りで一体に回動可能となっている。ここにおいて、支持体２９は、可動フレーム２４のうち、第１電極１２ａ，１２ａと第２電極２２ａ，２２ａの歯を除く部位を覆う枠状（矩形枠状）に形成されている（図８参照）。また、可動フレーム２４の複数のトレンチ２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａは、支持体２９を含めた可動部２０の重心が、ｙ軸に平行な軸上に位置するように形状設計してある。しかして、可動板２０が一対の第１ヒンジ３０ａ，３０ａの軸回りでスムーズに揺動し、反射光のスキャンが適正に行われる。なお、本実施形態では、支持体２９において第２Ｓｉ層１００ｂにより構成される部位の厚さをフレーム１０において第２Ｓｉ層１００ｂにより構成される部位と同じ厚さに設定してあるが、同じに限らず、厚くしてもよいし薄くしてもよい。

　本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、例えば、第２電極２２ａおよび第１電極１２ｂが電気的に接続されたパッド１３ａの電位を基準電位として、第１電極１２ａおよび第２電極２２ｂそれぞれの電位を周期的に変化させている。これにより、可動フレーム２４を一対の第１ヒンジ３０ａ，３０ａの軸回りで回動させることができる。同時に、可動部２０を一対の第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂの軸回りで回動させることができる。要するに、一対のパッド１３ｂ，１３ａを通してパルス電圧を与えることにより、第１電極１２ａと第２電極２２ａ間に静電力が発生し、可動フレーム２４がｙ軸方向の軸回りで回動する。また、一対のパッド１３ａ，１３ｃを通してパルス電圧を与えることにより、第１電極１２ｂと第２電極２２ｂ間に静電力が発生し、可動板２０がｘ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１電極１２ａと第２電極２２ａ間に所定の第１の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させ、可動部２０を揺動させることができる。さらに、第１電極１２ｂと第２電極２２ｂ間に所定の第２の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させ、可動部２０を揺動させることができる。なお、本実施形態におけるデバイス本体１は、フレーム１０と第１カバー２とで囲まれた空間側において、第１Ｓｉ層１００ａの反射膜２１ａが形成されていない部位の表面に、シリコン酸化膜１１１ａ（図９Ｆ参照）が形成されている。

　本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１電極１２ａと第２電極２２ａ間に、可動フレーム２４と一対の第１ヒンジ３０ａ，３０ａとにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加する。これにより、可動板２０が共振現象を伴って駆動され、ｚ軸に垂直な面を基準としたときの回転角が大きくなる。また、第１電極１２ｂと第２電極２２ｂ間に、可動板２０と一対の第２ヒンジ３０ｂ，３０ｂとにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動板２０が共振現象を伴って駆動される。これにより、可動フレーム２４の上面に平行な面を基準としたときの回転角が大きくなる。

　以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図９を参照しながら説明する。図９Ａ～Ｄは、図６のＡ－Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。

　まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上下面それぞれに、熱酸化法などによりシリコン酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成することによって、図９Ａに示す構造を得る。

　その後、ＳＯＩ基板１００の上面のシリコン酸化膜１１１ａのうち可動部２０において反射膜２１ａの形成予定領域以外の部分、第１ヒンジ３０ａ，３０ａなどに対応する部位などが残るようにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１のシリコン層１００ａをパターニングすることによって、図９Ｂに示す構造を得る。

　その後、ＳＯＩ基板１００の上面に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する。さらに、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、金属膜をパターニングすることにより各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成することによって、図９Ｃに示す構造を得る。本実施形態では、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３と反射膜２１ａとを同時に形成している。各パッド１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合は、各パッド１３と反射膜２１を別工程で形成される。

　次に、ＳＯＩ基板１００の上面で、可動フレーム２４、可動板２０、一対の第１ヒンジ３０ａ、一対の第２ヒンジ３０ｂ、フレーム１０、第１電極１２ａ，１２ｂ、第２電極２２ａ，２２ｂに対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０を形成する。この第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１Ｓｉ層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングすることにより第１Ｓｉ層１００ａをパターニングすることによって、図９Ｄに示す構造を得る。この工程での第１Ｓｉ層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行われる。また、この工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

　次に、ＳＯＩ基板１００の上面の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上面全体に第２のレジスト層１３１を形成する。続いて、ＳＯＩ基板１００の下面で、フレーム１０、支持体２９に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第３のレジスト層１３２を形成する。この第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２Ｓｉ層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングすることで第２Ｓｉ層１００ｂをパターニングすることによって、図９Ｅに示す構造を得る。この工程での第２Ｓｉ層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、この工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

　次に、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの不要部分をＳＯＩ基板１００の下側からエッチングすることでチップ本体１を形成する。続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去する。その後、チップ本体１と、第１カバー２および第２カバー３とを陽極接合などにより接合することによって、図９Ｆに示す構造のＭＥＭＳチップ６００を得る。この接合工程では、チップ本体１のミラー面２１を保護する観点から、第１カバー２とチップ本体１とを接合してから、チップ本体１と第２カバー３とを接合することが好ましい。なお、第１Ｓｉ層をパターニングした後に、ＳＯＩ基板１００と第１カバー２とを接合し、第２Ｓｉ層パターニング、絶縁層パターニングを行うことでチップ本体１を形成し、その後、チップ本体１と第２カバー３とを接合するようにしてもよい。

　ところで、本実施形態におけるＭＥＭＳチップ６００の製造方法では、実施形態１と同様、ミラー形成基板および各カバー２，３それぞれについてウェハレベルで行うことでＭＥＭＳ光スキャナを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成している。さらに、このウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳ光スキャナに分割する工程を行っている。要するに、この製造方法では、ミラー形成基板を複数形成した第１ウェハと、第１カバー２を複数形成した第２ウェハおよび第２カバー３を複数形成した第３ウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成する。さらに、ウェハレベルパッケージ構造体の各第１カバーにおける各ミラー形成基板とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより各微細周期構造を形成する。その後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板の外形サイズに分割するようにしている。これにより、各カバー２，３の平面サイズをミラー形成基板の外形サイズに合わせることができるから、微細周期構造を備えた小型のＭＥＭＳ光スキャナを簡易なプロセスで製造することができ、また、量産性を高めることができる。

　以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、実施形態１と同様、デバイス本体１、第１カバー２および第２カバー３それぞれについてウェハレベルで行うことでＭＥＭＳチップ６００を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成している。さらに、このウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳチップ６００に分割している。

　以上説明した本実施形態のＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳスキャナ）によれば、実施形態１と同様、第１カバー２は、チップ本体１の各パッド１３それぞれを全周に亘って露出させる複数の貫通孔２０２が形成され、且つ、各貫通孔２０２それぞれに各別に連通するととともに貫通孔２０２側とは反対側が開放されチップ本体１のパッド１３とベース５の給電体５０２とを電気的に接続するボンディングワイヤを通す複数の溝２０３が形成されているので、第１カバー２の表面よりもボンディングワイヤ６が突出するのを防止することができ、チップ本体１に不要な応力がかかるのを抑制しつつ、外部物体との接触によるボンディングワイヤ６の破損を防止することが可能となる。

　また、上述のＭＥＭＳデバイスにおいて、図１０に示すように、各溝２０３それぞれに各別に充填されボンディングワイヤ６を保護する樹脂からなる複数（ここでは、３つ）の保護部７を設けてもよく、ボンディングワイヤ６を少量の樹脂により保護することができ、しかも、貫通孔２０２が樹脂溜まりとしての機能を有することとなり、樹脂が第１カバー２の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。

　ところで、上記各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例としてＭＥＭＳ光スキャナについて例示したが、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ光スキャナに限らず、例えば、加速度センサやジャイロセンサ、マイクロリレー、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動式の発電デバイス、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk　Acoustic　Wave）共振装置、赤外線センサなどでもよい。

　（実施形態３）
　本実施形態では、可動体を用いたチップ本体（マイクロミラー素子）１について図面を参照して説明する。このマイクロミラー素子１が利用されるＭＥＭＳデバイスの基本構成は実施形態２と略同じである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。図１２は、チップ本体１の構成を示している。このチップ本体１は、可動板２０と、ヒンジ３０と、フレーム１０と、一対の櫛歯電極１２，２２を有している。チップ本体１は、例えば、３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の一部を表面及び裏面からエッチングにて除去することにより形成される。

　可動板２０は、平面視で矩形状に形成され、ヒンジ３０によって、フレーム１０に対して揺動可能に支持されている。ヒンジ３０は、図中可動板２０の上下両端縁部において、可動板２０の中心を貫いて形成され、可動板２０を支持すると共に、可動板２０が揺動する際に捻りばねとして機能する。可動板２０及びフレーム１０の図中左右両端縁部には、櫛歯電極２２及び櫛歯電極２２がそれぞれ形成されている。櫛歯電極２２は可動板１０の外側に、櫛歯電極１２はフレーム１０の内側にそれぞれ突出して形成されている。櫛歯電極２２と櫛歯電極１２とは、互いに対抗して配設され、静電気力によって引きつけ合って、フレーム１０に対して可動板２０を揺動駆動する。

　可動板２０の表面には、レーザビームを反射するためのアルミニウムや金等のミラー２１が形成されている。使用するレーザビームの波長に応じたミラー２１を可動板２０の表面に形成することにより、入射光を反射する。このときフレーム１０に対する可動板２０の姿勢を制御することにより、入射光を所望の角度で反射させ、レーザビームを走査させる。

　図１３及び図１４は、可動板２０の断面を示している。図１３はミラー２１が凸面状に形成されている可動板２０を、図１４はミラー２１が凹面状に形成されている可動板２０をそれぞれ示している。ここで、凸面状又は凹面状とは、光学的作用を積極的に生じさせる凸面状又は凹面状を意味するものとする。例えば、一辺が１ｍｍの可動板２０に対して、端縁部と中央部の高低差が数μｍ程度の凹凸となる曲面である。

　可動板２０は、ベースとなる基板層１５と、ミラー２１を構成するミラー層（金属被膜）１７と、基板層１５とミラー層１７との間に形成されている中間層１６とを有している。基板層１５は、ケイ素（シリコン）等によって形成されている。中間層１６は、二酸化ケイ素を主成分として含み、基板層１５の外面側に蒸着により形成されている。ミラー層１７は、アルミニウムを主成分として含み、中間層１６の外面側に蒸着により形成されている。

　基板層１５、中間層１６及びミラー層１７は、異なる熱膨張係数の材料から成る（ケイ素、二酸化ケイ素及びアルミニウムの熱膨張係数が異なる）ので、蒸着後の冷却によって可動板の内外面において収縮率が異なり、可動板２０が凸面状又は凹面状に変形する。このとき、中間層１６及びミラー層１７の厚みを変更することにより、可動板２０の曲率を調整することができる。また、中間層１６とミラー層１７の蒸着温度を変更することによっても、可動板２０の曲率を調整することができる。

　図１５Ａ～Ｅは、可動板２０に図１３に示した凸面状のミラー２１が形成される要領を示している。凸面状のミラー２１は、例えば、基板層１５に中間層１６が厚く形成されることにより実現される。まず、図１５Ａに示す基板層１５の外面（図中上面）に対して、図１５Ｂに示すように中間層１６が厚く形成される。中間層１６は、蒸着時間を長く設定することにより厚く形成される。このときの蒸着温度は、中間層１６の材料に依存する。基板層１５の外面に中間層１６が形成された可動板２０は、一旦冷却される。このとき、基板層１５と中間層１６は異なる熱膨張係数の材料から成るため収縮率が異なることから、可動板２０は凸状又は凹状に変形する。本実施形態においては、中間層１６を形成する材料に対して基板層１５を形成する材料の方が熱膨張係数が大きく、冷却時の収縮率も大きくなる。従って、図１５Ｃに示すように、可動板２０は凸状に変形する。

　その後、図１５Ｄに示すように、中間層１６の外面（図中上面）に対して、ミラー層１７が蒸着により形成される。そして、中間層１６の外面にミラー層１７が形成された可動板２０は、再度冷却される。このとき、ミラー層１７の収縮によって、可動板２０は凹状に変形しようとするが、図１５Ｃにおける変形を戻す程度には至らず、その結果、図１５Ｅに示すように、可動板２０が凸状に変形した状態のまま、その外面には凸面状のミラー２１が形成される。

　図１３及び図１５Ａ～Ｅに示した凸面状のミラー２１を有する可動板２０は、中間層１６及びミラー層１７を形成する際の蒸着温度を異ならせることによっても得ることができる。例えば、中間層１６及びミラー層１７を形成する材料を適宜選択し、中間層１６の蒸着温度をミラー層１７の蒸着温度よりも高く設定することにより、同様の可動板２０を得ることができる。

　図１６Ａ～Ｅは、可動板２０に図１４に示した凹面状のミラー２１が形成される要領を示している。凹面状のミラー２１は、例えば、基板層１５に中間層１６が薄く形成されることにより実現される。まず、図１６Ａに示す基板層１５の外面（図中上面）に対して、図１６Ｂに示すように中間層１６が薄く形成される。中間層１６は、蒸着時間を短く設定することにより薄く形成される。このときの蒸着温度は、中間層１６の材料に依存する。基板層１５の外面に中間層１６が形成された可動板２０は、図１５Ａ～Ｅに示した場合と同様に一旦冷却される。本実施形態においては、このとき図１５Ｃに示した場合と同様に可動板２０は凸状に変形しようとするが、中間層１６の厚みが薄いため光学的に有効な程度にまで可動板２０が変形するに至らない。

　その後、図１６Ｄに示すように、中間層１６の外側面（図中上面）に対して、ミラー層１７が蒸着により形成される。そして、中間層１６の外側面にミラー層１７が形成された可動板２０は、再度冷却される。このとき、ミラー層１７の収縮によって、可動板２０は凹状に変形し、図１６Ｅに示すように、可動板２０が凹状に変形し、その外面には凹面状のミラー２１が形成される。

　図１４及び図１６Ａ～Ｅに示した凹面状のミラー２１を有する可動板２０は、中間層１６及びミラー層１７を形成する際の蒸着温度を異ならせることによっても得ることができる。例えば、中間層１６及びミラー層１７を形成する材料を適宜選択し、中間層１６の蒸着温度をミラー層１７の蒸着温度よりも低く設定することにより、同様の可動板２０を得ることができる。

　以上のように、本実施形態のチップ本体１によれば、可動板２０のミラー２１が凸面状又は凹面状に形成されているので、レンズ等の光学部品をチップ本体１の後段に設けることなく、凸面状又は凹面状のミラー２１によって光学的作用を生じさせることが可能となる。これによりチップ本体１が組み込まれる機器の光学系の構成が簡素化され、コストダウンを図ることができる。

　また、基板層１５及びミラー層１７とは異なる熱膨張係数の材料から成る中間層１６を蒸着により形成することにより、中間層１６及びミラー層１７を蒸着した後冷却される可動板２０の内面側と外面側において、収縮率を異ならせることができる。従って、基板層１５、中間層１６及びミラー層１７を構成する材料の熱膨張係数に応じて、中間層１６の厚みを適宜設定することにより、冷却後の可動板２０の形状を凸面状又は凹面状に変形させることが可能となり、チップ本体１を容易に得ることができる。

　また、ミラー層１７とは異なる蒸着温度で中間層１６を形成することにより、中間層１６及びミラー層１７を蒸着した後冷却される可動板２０の内面側と外面側において、収縮率を異ならせることができる。従って、中間層１６及びミラー層１７の蒸着温度を適宜設定することにより、冷却後の可動板２０の形状を凸面状又は凹面状に変形させることが可能となり、チップ本体１を容易に得ることができる。

　本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも基板層１５とミラー層１７との間に、異なる熱膨張係数又は異なる蒸着温度の材料から成る中間層１６が形成されていればよい。また、本実施形態は、種々の変更が可能であり、例えば、中間層１６及びミラー層１７を形成する材料は、上述したものに限られることなく、例えば、中間層１６を形成する材料としてクロム又はチタンを主成分として含むもの、ミラー層１７を形成する材料として金を主成分として含むものであってもよい。この場合においては、反射するレーザビームの波長等に応じて、ミラー２１の特性を変更することができる。このように、可動板２０を多層に形成することにより、設計の自由度を高めることができる。

　（実施形態４）
　本発明の実施形態４による可動体を用いたチップ本体（マイクロミラー素子）１について図面を参照して説明する。図１７は、チップ本体の構成を示している。チップ本体１は、フレーム１０、可動フレーム２４、可動板２０、第１ヒンジ３０ａ、第２ヒンジ３０ｂ、櫛歯状の第１電極１２ａ，１２ｂ、櫛歯状の第２電極２２ａ，２２ｂとを有している。可動フレーム２４は、例えば、３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の一部を表面及び裏面からエッチングにて除去することにより、可動板２０と同時に形成される。また、第１ヒンジ３０ａは、例えば、３層のＳＯＩ基板の一部を裏面からエッチングにて除去することにより、第２ヒンジ３０ｂと同時に形成される。

　可動板２０は、平面視で矩形状に形成され、第２ヒンジ３０ｂによって、可動フレーム２４に対して揺動可能に支持されている。第２ヒンジ３０ｂは、図中可動板２０の上下両端縁部において、可動板２０の中心を貫いて形成され、可動板２０を支持すると共に、可動板２０が揺動する際に捻りばねとして機能する。可動板２０及び可動フレーム２４の図中左右両端縁部には、第２電極２２ｂ及び第１電極１２ｂがそれぞれ形成されている。第２電極２２ｂは可動板２０の外側に、第１電極１２ｂは可動フレーム２４の内側にそれぞれ突出して形成されている。第２電極２２ｂと第１電極１２ｂとは、互いに対抗して配設され、静電気力によって引きつけ合って、可動フレーム２４に対して可動板２０を揺動駆動する。

　可動フレーム２４は、可動板２０の周囲を囲むように矩形の枠状に形成され、第１ヒンジ３０ａによって、フレーム１０に対して揺動可能に支持されている。第１ヒンジ３０ａは、図中可動フレーム２４の上下両端縁部において、可動フレーム２４の中心を貫いて形成され、可動フレーム２４を支持すると共に、可動フレーム２４が揺動する際に捻りばねとして機能する。可動フレーム２４及びフレーム１０の図中左右両端縁部には、第２電極２２ａ及び第１電極１２ａがそれぞれ形成されている。第２電極２２ａは可動フレーム２４の外側に、第１電極１２ａはフレーム１０の内側にそれぞれ突出して形成されている。第２電極２２ａと第１電極１２ａとは、互いに対抗して配設され、静電気力によって引きつけ合って、フレーム１０に対して可動フレーム２４を揺動駆動する。

　第２ヒンジ３０ｂと第１ヒンジ３０ａとは、同軸に配設されている。これにより、可動板２０と可動フレーム２４は、同一の回動軸を中心として回動する。このとき、フレーム１０に対する可動板２０の回動は、フレーム１０に対する可動フレーム２４の回動と、可動フレーム２４に対する可動板２０の回動を合成したものとなる。また、可動板２０の表面には、レーザビームを反射するためのアルミニウムや金等の金属被膜１２が形成されている。使用するレーザビームの波長に応じた金属被膜１２を可動板２０の表面に形成することにより、入射光を反射する。このときフレーム１０に対する可動板２０の姿勢を制御することにより、入射光を所望の角度で反射させ、レーザビームを走査させる。

　図１８は、本実施形態のチップ本体１の動作について示している。図中一点鎖線は、フレーム１０に対する可動フレーム２４の振れ角（姿勢）の推移を示し、二点鎖線は、可動フレーム２４に対する可動板２０の振れ角の推移を示している。フレーム１０に対する可動板２０の振れ角（すなわち、可動板２０の絶対的な振れ角）は、一点鎖線で示されるフレーム１０に対する可動フレーム２４の振れ角と二点鎖線で示される可動フレーム２４に対する可動板２０の振れ角とを足し合わせたものになり、図１８において実線にて示される。本実施形態のチップ本体１によれば、可動板２０の振れ角がリニアに変化すると近似できる領域（実線で示される波形のうち、直線で近似できる領域）が拡大され、フレーム１０に対する可動板２０の振れ角の推移を、図１８中破線で示す理想的な三角波に近づけることができる。

　フレーム１０に対する可動板２０の振れ角の推移として理想的な三角波は、以下の数式で表され、フーリエ級数展開される。

　数１において、第１項及び第２項は、それぞれ可動板２０又は可動フレーム２４に相当すると考えると、可動板２０と可動フレーム２４とは、共振周波数が１：３で最大振れ角（振幅）が９：１の関係、又は共振周波数が３：１で最大振れ角が１：９の関係であるとき、フレーム１０に対する可動板２０の振れ角の推移を理想的な三角波に近づけることができる。可動板２０及び可動フレーム２４の共振周波数及び最大振れ角は、可動板２０及び可動フレーム２４の質量、第２ヒンジ３０ｂ及び第１ヒンジ３０ａの捻れ剛性（ばね定数）、第２電極２２ｂと第１電極１２ｂ及び第２電極２２ａと第１電極１２ａの電位差によって適宜設定可能である。本実施形態においては、可動板２０よりも可動フレーム２４が大型化することから、可動板２０と可動フレーム２４とは、共振周波数が３：１で最大振れ角が１：９の関係に設定することが望ましい。

　以上のように、本実施形態のチップ本体１によれば、可動板２０が各電極１２ｂ，２２ｂによって、可動フレーム２４が各電極１２ａ，２２ａによってそれぞれ独立に揺動駆動される。このとき、各電極１２ａ，２２ａによる可動フレーム２４の揺動が第２ヒンジ３０ｂを介して可動板２０に伝達されて、各電極１２ｂ，２２ｂによる可動板２０の揺動（すなわち可動フレーム２４に対する可動板２０の相対的な揺動）と合成される。これにより、フレーム１０に対する可動板２０の絶対的な振動波形の設計自由度を高めることができ、所望の波形で可動板２０を揺動させることが可能となる。

　また、第２ヒンジ３０ｂと第１ヒンジ３０ａとは、同軸に配設されているので、可動板２０の絶対的な振動波形を所望の波形に容易に近づけることができる。また、可動板２０と可動フレーム２４の共振周波数及び最大振れ角を上記の関係に設定することにより、フレーム１０に対する可動板２０の振動波形を三角波の波形に近似させることが可能となる。これにより、可動板２０の振れ角がリニアに変化すると近似できる領域を拡大することが可能となり、レーザビームの走査精度の向上を図ることかできる。また、この実施形態の可動体を加速度センサに適用する場合にあっては、各電極１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂに生ずる電位差を検知することにより、高い精度で加速度を検知することが可能となる。また、各電極１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂによる静電気力で可動板２０及び可動フレーム２４を揺動駆動することができ、簡素かつ安価な構成でチップ本体１を得ることができる。また、可動板２０の表面にミラー２１が形成されることにより、マイクロミラー素子としてのチップ本体１を簡素かつ安価に得ることができる。

　本実施形態は、種々の変更が可能であり、例えば、可動板２０及び可動フレーム２４の共振周波数及び最大振れ角の関係を適宜変更することにより、フレーム１０に対する可動板２０の振動波形を変更できる。

　例えば、フレーム１０に対する可動板２０の振動波形の一例としてのこぎり波は、以下の数式で表され、フーリエ級数展開される。

　従って、可動板２０及び可動フレーム２４を、共振周波数が１：２で最大振れ角が２：１の関係、又は共振周波数が２：１で最大振れ角が１：２の関係に設定することにより、比較的のこぎり波に近似する振動波形で可動板２０を揺動させることができる。

　また、フレーム１０に対する可動板２０の振動波形の別の例として矩形波は、以下の数式で表され、フーリエ級数展開される。

　従って、可動板２０及び可動フレーム２４を、共振周波数が１：３で最大振れ角が３：１の関係、又は共振周波数が３：１で最大振れ角が１：３の関係に設定することにより、比較的矩形波に近似する振動波形で可動板２０を揺動させることができる。

　また、本発明は、第２ヒンジ３０ｂと第１ヒンジ３０ａとが、同軸に配設されている構成に限られることなく、平行又は所定の角度を持って配設されている構成であってもよい。この場合にあっては、フレーム１０に対する可動板２０の振動波形の設計自由度が高められる。また、可動板２０及び可動フレーム２４の形状は、図１７に示したものに限られることはなく、任意の形状とすることができる。

　（実施形態５）
　以下、本発明の実施形態５による可動体２０を用いたチップ本体（マイクロミラー素子）１について説明する。図１９は、実施形態５に係るチップ本体（マイクロミラー素子）１の構成を示している。本実施形態のチップ本体１は、図１７において、フレーム１０と第１可動板１０との間に配設される可動フレーム２４を複数個有する点において、実施形態４によるチップ本体１と相違する。すなわち、本実施形態においては、可動板２０の外側に複数の可動フレーム２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ）が配設され、その外側にフレーム１０が配設されている。それぞれの可動フレーム２４と可動板２０は、ヒンジ３０（３０ａ、３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ）によって直列的に接続され、図１９における最も外側の可動フレーム２４ａは、第１ヒンジ３０ａによってフレーム１０に接続されている。可動板２０の外側に配設される複数上の可動フレームの個数は、図１９に示した例に限られない。本実施形態のチップ本体１においては、直列に接続された複数の可動フレーム２４によって、特に上記三角波以外の振動波形でも可動板２０を精度よく揺動させることが可能となる。

　図２０は、可動板２０の外側に４つの可動フレーム２４を配設し、数２に基づいて可動板２０と各可動フレーム２４の共振周波数及び最大振れ角の関係を適宜設定した場合における、可動板２０と各可動フレーム２４の振れ角の推移を示している。可動板２０と各可動フレーム２４の相対的な振れ角は、一点鎖線、二点鎖線、三点鎖線、点線、破線でそれぞれ示され、フレーム１０に対する可動板２０の振れ角は、一点鎖線、二点鎖線、三点鎖線、点線、破線で示される波形を合成したものであり、実線で示される。本実施形態によれば、実施形態４と比較して、より理想的なのこぎり波に近似する振動波形で可動板２０を揺動させることが可能となる。

　図２１は、図２０と同様に、可動板２０の外側に４つの可動フレーム２４ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを配設し、数３に基づいて可動板２０と各可動フレーム２４の共振周波数及び最大振れ角の関係を適宜設定した場合における、可動板２０と各可動フレーム２４の振れ角の推移を示している。上記と同様に、本実施形態によれば、実施形態４と比較して、より理想的な矩形波に近似する振動波形で可動板２０を揺動させることが可能となる。

Claims (16)

1. 　ＭＥＭＳチップと、上記ＭＥＭＳチップを収容するベースを備えたＭＥＭＳデバイスであって、
   　上記ＭＥＭＳチップは、半導体基板で形成されたチップ本体と、上記チップ本体の上面に接合される第一カバーから成り、
   　上記ベースには、外部の電圧源に接続される第１給電体と少なくとも一つの第２給電体を備え、
   　上記チップ本体は、固定部、この固定部に可動自在に支持された可動部、固定部に電気接続される少なくとも一つの第1電極、上記可動部に電気接続される少なくとも一つの第2電極を備え、上記第1電極と第2電極との間に印加される電圧に起因する駆動力によって、上記可動部が上記固定部に対して変位するように構成され、
   　上記チップ本体の上面における上記固定部上に、上記第1電極と第2電極とにそれぞれ電気接続される第1パッドと、少なくとも一つの第2パッドとを備え、
   　上記第1パッド及び第2パッドが、導電部材によって、それぞれ上記第1給電体と第2給電体とに電気接続され、
   　上記第１カバーには、上記チップ本体上面の各第1パッド及び第2パッドを露出させる一対の貫通孔が形成され、上記導電部材は、上記第1給電体及び第2給電体から各貫通孔を介して上記第1パッドと第2パッドに延出し、
   　上記第１カバーには、上記の各貫通孔からそれぞれ上記第1給電体及び第2給電体に延びる上記導電部材を収めるために、各貫通孔から上記第１カバーの側面に延出し、上記第1カバーの側面と上面に開口した溝を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
   
2. 　上記第１カバーは絶縁基板から成り、
   　上記導電部材はSiで形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
3. 　上記導電部材はボンディングワイヤであることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
4. 　上記外部の電圧源がベースの異なる面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
5. 　上記可動部は、上面にミラーを有する可動板であり、
   　上記固定部は、上記ミラーを囲む形状のフレームであり、
   　上記可動板がヒンジを介して上記フレームに枢支されたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
6. 　上記チップ本体の上面の周縁部に上記第1カバーの周縁部が気密接合され、上記チップ本体の下面の周縁部に第2カバーが気密接合されて、上記第1カバーと上記第2カバーとの間に気密空間が形成されて、この気密空間内に上記可動部が収容され、
   　上記の各貫通孔は、封止樹脂により封止されたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
7. 　上記の各溝に上記の封止樹脂が充填されたことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
8. 　上記第1パッド及び第2パッドは上記チップ本体の上面に形成された膜であり、
   　上記の各貫通孔の開口面積が対応する上記第1パッド及び第2パッドの面積よりも大きくて、各貫通孔の下端開口内に、上記第1パッド及び第2パッドが完全に収められたことを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
9. 　上記第1カバーと上記第２カバーとの一方に、上記気密空間に露出し、この気密空間内で発生する不純物質を捕捉するゲッターが設けられたことを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳデバイス。
   
10. 　上記ベースに、上記ＭＥＭＳチップを収容する凹所が形成され、この凹所を囲むベースの周縁部の上面に上記給電体が露出し、給電体の高さ位置が上記の各貫通孔の上端よりも低くなったことを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
    
11. 　上記の可動板の上記ミラーは凸面または凹面であることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス。
    
12. 　上記の可動板は、基板層に中間層を介してミラー層を積層した構造であり、
    　上記中間層は基板層に蒸着され、上記ミラー層は上記中間層上に蒸着されたことを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス。
    
13. 　上記中間層は、上記基板層と上記ミラー層と異なる熱膨張係数の材料で形成されたことを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイス。
    
14. 　上記中間層と上記ミラー層とは、異なる温度で蒸着可能な材料で形成されたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
    
15. 　前記中間層は主にＳｉＯ2から形成され、前記ミラー層は主にＡｌから形成されたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のＭＥＭＳデバイス。
    
16. 　前記中間層は主にＣｒ又はＴｉから形成されて、前記ミラー層は主にＡｕから形成されたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のＭＥＭＳデバイス。 

Images