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JP5543810B2 - Optical deflector package - Google Patents

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JP5543810B2
JP5543810B2 JP2010059145A JP2010059145A JP5543810B2 JP 5543810 B2 JP5543810 B2 JP 5543810B2 JP 2010059145 A JP2010059145 A JP 2010059145A JP 2010059145 A JP2010059145 A JP 2010059145A JP 5543810 B2 JP5543810 B2 JP 5543810B2
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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。   The present invention relates to an optical deflector package, for example, a piezoelectric driving hermetically sealed optical deflector package.

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)。   For example, in a projector as one form of an image display device, an optical deflector is used to deflect a light beam from a light source and project it onto a screen to display an image on the screen. As such an optical deflector, there is a piezoelectric drive type optical deflector as an apparatus using a semiconductor manufacturing process technology and a microelectromechanical system (MEMS) technology (see Patent Document 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。   In the above-described piezoelectric drive type optical deflector, a micromirror, an elastic beam that supports the micromirror in a swingable manner, that is, a torsion bar, and a space between the support and the torsion bar are provided in the cavity of the support of the semiconductor substrate. A coupled piezoelectric actuator is formed. As a result, the piezoelectric actuator to which the drive voltage is applied transmits the torque to the torsion bar and twists and deforms the torsion bar, thereby driving the micromirror to swing. Such a piezoelectric drive type optical deflector can obtain a large driving force with a small and simple structure. Patent Document 1 discloses a two-dimensional optical deflector.

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。   In general, in an optical deflector having a micromirror with a large deflection angle, air flowing along the rotation axis of the micromirror flows out from the tip of the micromirror, and an air flow develops. As a result, substances such as dust brought about by the airflow are likely to adhere to the micromirror. There is a hermetically sealed optical deflector package in order to prevent adhesion of such substances as micromirror dust.

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。   Also, in an optical deflector driven under atmospheric pressure, if the micromirror vibrates at a high frequency and a large amplitude due to the viscous resistance of air, amplitude fluctuation and phase fluctuation occur in the micromirror, and the scanning time of the deflected light beam Cause fluctuations (jitter). In order to reduce such jitter, there is a hermetically sealed optical deflector package that is vacuumed or decompressed.

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。   In the above-described vacuum or reduced pressure hermetically sealed optical deflector package, since the air resistance is small, the mechanical Q value of the optical deflector is high, so that the optical deflector can be driven with small energy, The swing angle of the micromirror can be increased, or the swing angle of the micromirror can be kept small and the micromirror can be swung at a higher frequency.

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。   Conventional vacuum or reduced pressure hermetically sealed optical deflector packages include metal CAN packages or ceramic packages.

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。   In a hermetically sealed optical deflector package using a metal CAN package, the optical deflector chip is die-bonded to the metal CAN package with hermetic sealing of the lead terminals using solder or AuSn eutectic paste, and then to the lead terminals. The optical deflector chip is connected to the optical deflector chip with a bonding wire. Finally, a metal cap welded with an optical transmission window is resistance welded to a metal CAN package in a vacuum atmosphere.

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)。   On the other hand, in a hermetically sealed optical deflector package using a ceramic package, the optical deflector chip is die-bonded to the metal CAN package with hermetic seal of the lead terminals using solder or AuSn eutectic paste, and then the lead terminals and The optical deflector chip is connected to the optical deflector chip by a bonding wire, and finally, an optical transmission window cap with a lid is seam welded in a vacuum atmosphere with a metal lid provided on the outer periphery of the opening of the ceramic shaped package ( Reference: FIG. 4 of Patent Document 2.

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。   In any hermetically sealed optical deflector package, the incident light beam is reflected by the micromirror of the optical deflector chip and scanned through the optical transmission window. In general, both surfaces of the optical transmission window are provided with an antireflection coating using a dielectric multilayer film so that interference of a light beam does not occur.

特開2005−148459号公報JP 2005-148459 A 特開2003−243550号公報JP 2003-243550 A 特開2001−234331号公報JP 2001-234331 A 特開2002−177765号公報JP 2002-177765 A 特開2003−81694号公報JP 2003-81694 A

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。   However, when an anti-reflection coating with a dielectric multilayer film is applied to both sides of the optical transmission window, it covers a wide wavelength range including the three wavelengths used in the projector, that is, 640 nm (red), 532 nm (green), and 450 nm (blue). In order to exhibit the antireflection function, each dielectric multilayer film has to be several tens of layers. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost increases.

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。   In addition, since the dielectric multilayer structure is shifted by the heat generated when the optical transmission window cap is welded and sealed to the package, the optical transmission window needs to be separated from the seal portion to some extent. There is also a problem that the deflector package becomes larger.

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。   Furthermore, the optical transmission window of the dielectric multilayer film is highly dependent on the incident angle of the light beam. For example, the reflectivity differs by several percent between vertical incidence and 45 ° incidence, so that the light beam is incident on the optical deflector chip in advance. It is necessary to decide the angle. As a result, there is a problem that the versatility of the hermetically sealed optical deflector package is low. Worst, after determining the incident angle, the optical transmission window must be redesigned each time the optical system changes.

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。   Furthermore, although the dielectric multilayer film can be easily formed on a flat plate, it is difficult to form the dielectric multilayer film on the bottom surface of the cavity of the optical transmission window glass having a recess (cavity). Therefore, it is difficult to apply the dielectric multilayer film to a so-called wafer level package in which a flat optical deflector wafer is sealed at the wafer level using an optical transmission window glass having a cavity of a micromirror oscillation space as a cap. There is also a problem that there is. In such a wafer level package, an optical transmission window glass cap must be formed by laminating and bonding a spacer having an opening and a flat glass having an antireflection coating of a dielectric multilayer film on both sides. Increases manufacturing costs.

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、弾性部材によって支持体の空洞部に揺動可能に支持されたミラー弾性部材を介してミラーを揺動駆動するアクチュエータ、第1の貫通電極、及び第1の貫通電極の上下に設けられた第1、第2の接合用電極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反射防止機能放物線状凹凸構造の光学透過窓及び第1の接合用電極に接続された第3の接合用電極を有し、第2の封止部材が第2の貫通電極及び第2の貫通電極上に設けられ第2の接合用電極に接続された第4の接合用電極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。 In order to solve the above-described problems, an optical deflector package according to the present invention includes a support, an elastic member, a mirror supported by an elastic member in a cavity of the support so as to be swingable, and a mirror via the elastic member. An optical deflector having an actuator to be oscillated , a first through electrode, and first and second joining electrodes provided above and below the first through electrode, and an oscillation of the mirror across the optical deflector The first and second sealing members for sealing the cavity for securing the space, the first sealing member facing the cavity, the optical transmission window of the antireflection function parabolic uneven structure and the first bonding A fourth bonding electrode connected to the second bonding electrode and having a third bonding electrode connected to the bonding electrode, the second sealing member being provided on the second through electrode and the second through electrode. It has the electrode for joining . As a result, the antireflection function parabolic concavo-convex structure can be easily formed by etching, imprinting, or the like, and the manufacturing cost is reduced. Further, since there is no shift due to heat, the antireflection function parabolic concavo-convex structure is brought close to the seal portion of the sealing member, thereby reducing the size of the package. Furthermore, the incidence dependence of the light beam is small. Furthermore, since the antireflection function parabolic uneven structure can be formed on the bottom surface of the cavity, a wafer level package can be applied.

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。   Further, the pitch of the antireflection function parabolic uneven structure is equal to or less than ½ of the wavelength of incident light, and the height of the antireflection function parabolic uneven structure is 1 to 2 times the pitch.

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。   According to the present invention, the manufacturing cost can be reduced and the size can be reduced. Moreover, since it can be applied to a wafer level package, the manufacturing cost can be further reduced.

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。It is a figure for demonstrating the principle of the reflection preventing structure which concerns on this invention. 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。It is sectional drawing which shows embodiment of the airtight sealing optical deflector package based on this invention. 図2の表面化封止部材の光の入射角度を説明するための図であって、(A)は表面側封止部材の拡大図、(B)は表面側封止部材の光学透過窓の透過率を示すグラフである。It is a figure for demonstrating the incident angle of the light of the surface-ized sealing member of FIG. 2, Comprising: (A) is an enlarged view of a surface side sealing member, (B) is permeation | transmission of the optical transmission window of a surface side sealing member. It is a graph which shows a rate. 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)の一部断面図である。The wafer level package state before cutting out of the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2 is shown, (A) is an overall perspective view, and (B) is a partial sectional view of (A). 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説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the outline of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 図5の表面側封止用ガラスウェハの第1の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the 1st manufacturing method of the glass wafer for surface side sealing of FIG. 図5の表面側封止用ガラスウェハの第1の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the 1st manufacturing method of the glass wafer for surface side sealing of FIG. 図5の表面側封止用ガラスウェハの第2の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the 2nd manufacturing method of the glass wafer for surface side sealing of FIG. 図2の光偏向器の平面図であるIt is a top view of the optical deflector of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 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ための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the detail of the manufacturing method of the airtight sealing optical deflector package of FIG. 図2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。It is sectional drawing which shows the example of a change of the airtight sealing optical deflector package of FIG.

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。   FIG. 1 is a view for explaining the principle of the antireflection structure according to the present invention.

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。 As shown in FIG. 1A, when the objects A and B having different refractive indexes n A and n B (n B > n A ) are in contact, the refractive index n is at the boundary surface where the objects A and B are in contact. Since it changes sharply, a part of the incident light I is reflected as reflected light R.

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。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, when the boundary surface between the objects A and B has a parabolic uneven structure, the refractive index continuously changes from n A to n B. The reflected light R is suppressed. Specifically, in order to continuously change the refractive index, the pitch P of the parabolic uneven structure is
P ≦ λ / 2
Where λ is the wavelength of the incident light I,
The height H of the parabolic uneven structure is
H / P = 1-2
And As a result, when the object A is air and the object B is glass, the reflected light R with respect to the incident light I is suppressed to 2% or less over the entire visible light range, and the transmittance is 98% or more. In particular, in the hermetically sealed optical deflector package, incident light is reflected by the oscillating micromirror in the package and emitted outside the package as scanning light, so that it passes through the optical transmission window twice. Therefore, it is extremely important to suppress reflection of the optical transmission window. In addition, when a laser is used as incident light, it has coherence in addition to high light intensity, so the presence of reflected light on the package surface acts as noise in the projected image formed by the applied projector. Therefore, it is more important to suppress the reflection of the optical transmission window. For this reason, the present invention employs an optical transmission window having an antireflection structure shown in FIG.

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。   FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of a hermetically sealed optical deflector package according to the present invention.

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。   The hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2 has a surface side sealing member 1 made of, for example, glass having an optical transmission window 11 having an antireflection structure with a parabolic concavo-convex structure, a micromirror 21 and a micromirror 21 in a horizontal axis. A support 22 for swinging with respect to the optical mirror 2, a support 23 for swinging the micromirror 21 with respect to the vertical axis, and an optical deflector 2 having a through electrode 24, and a through electrode 31 and an Au electrode 32. For example, it is comprised by the back surface side sealing member 3 which consists of glass. An Au solder electrode 4 is provided between the front surface side sealing member 1 and the optical deflector 2, and an AuSn eutectic electrode 5 is provided between the optical deflector 2 and the back surface side sealing member 3. ing.

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。   If the size of the micromirror 21 of the optical deflector 2 is, for example, for projectors, it is as large as about 1 mm × 1 mm, and an optical transmission window is provided on the surface side sealing member 1 in order to secure a swinging space for the micromirror 21. 11 is provided with a cavity 1a, and the back surface side sealing member 3 is provided with a cavity 3a.

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。 The concavo-convex structure of the parabolic concavo-convex structure is preferably within a predetermined angle range. As shown in FIG. 3, since the micromirror 21 normally operates within a range of 0 to ± 20 ° , the maximum movable angle can be estimated to be 50 ° or less. The transmittance of the parabolic concavo-convex structure changes depending on the incident angle φ of the light, but the light having an incident angle φ smaller than the angle θ of the concavo-convex structure is constant at a high transmittance. Since the incident angle of light is considered to be the same as the maximum movable angle, the parabolic uneven structure has a central axis perpendicular to the surface of the optical transmission window 11 of the surface side sealing member 1, and the side surface of the uneven structure is an optical transmission window. The angle θ rising from the surface is 60 to 80 ° , more preferably 65 to 75 ° .

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。   4 shows a wafer level package state before cutting out the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2, (A) is an overall perspective view, and (B) is a partial sectional view of (A).

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。   As shown in FIG. 4, the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2 includes three wafer-side sealing glass wafers 100 in a wafer level package state, an optical deflector silicon wafer 200, and a back-side sealing. It is obtained by cutting the glass wafer 300 along the dicing line L.

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。   The cavity 1a of the front surface side sealing member 1 and the cavity 3a of the back surface side sealing member 3 are formed at the wafer level of the front surface side sealing glass wafer 100 and the optical deflector silicon wafer 200 of FIG. For example, a photoresist pattern is formed using a photolithography method, and then the glass wafer is etched using a wet etching method or a dry etching method. In this case, since the formation of the cavity of the front-side sealing glass wafer 100 is important in terms of light transmittance, a wet etching method is used. On the other hand, since the cavity formation of the back surface side sealing glass wafer 300 is a simple sealing member, either may be used, and a sandblasting method may be used.

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。   Next, an outline of a manufacturing method of the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2 will be described with reference to a cross-sectional view of FIG.

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。   First, referring to FIG. 5A, an optical deflector silicon wafer 200 on which a micromirror 21, supports 22, 23, through electrodes 24, Au electrodes 25, 26 are formed in advance is prepared. In addition, a glass wafer 300 for back side sealing on which the cavity 3a, the through electrode 31, the Au electrode 32, and the AuSn electrode 33 are formed in advance is prepared. An underlying barrier metal layer (not shown) is formed below the Au electrodes 25, 26, 32 and the AuSn electrode 33.

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。   Next, referring to FIG. 5B, in the vacuum container, the optical deflector silicon wafer 200 is heat-pressed onto the back-side sealing glass wafer 300 and bonded by AuSn eutectic bonding. In other words, the trapezoidal heat treatment profile is executed in the vacuum vessel as in the lead-free solder process. For example, the temperature is raised from room temperature to 310 ° C. at a constant rate, held at 310 ° C. for several seconds to several tens of seconds, and then lowered to a room temperature at a constant rate. As a result, the Au electrode 25 of the optical deflector silicon wafer 200 and the AuSn electrode 33 of the back side sealing glass wafer 300 are eutectic bonded to form a new AuSn eutectic electrode 5. When thermocompression bonding is performed in a vacuum vessel, voids are unlikely to occur in the AuSn eutectic electrode 5.

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。   Next, referring to FIG. 5C, a surface-side sealing glass wafer 100 on which the cavity 1a, the optical transmission window 11, and the Au electrode 12 are formed in advance is prepared. An underlying barrier metal layer (not shown) is formed below the Au electrode 12. A lead-free solder ball (not shown) is printed on the Au electrode 12.

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。 Next, referring to FIG. 5D, the front-side sealing glass wafer 100 is placed on the optical deflector silicon wafer 200 in a vacuum vessel, and the wafer is bonded by lead-free solder bonding. Since the bonding temperature of this lead-free solder is lower than the above-mentioned AuSn eutectic bonding temperature 310 ° C., for example, 260 ° C., the AuSn eutectic electrode 5 will not be remelted. The pressure of the vacuum vessel is set to such an extent that the mechanical Q value of the optical deflector becomes excessively large so that the control of the micromirror is not difficult. Therefore, the pressure of the vacuum vessel is not so large and is reduced to about 5000 to 50000 Pa. The However, before lead-free solder bonding, in order to suppress the influence of residual adsorbed gas and the like, a high vacuum of about 10 −4 Pa is used, and the sealing glass wafers 100 and 300 and the optical deflector silicon wafer 200 are 200 to 300. Heat to about ℃ and anneal in 99.9999% high purity nitrogen atmosphere. Thereby, the pressure level at the time of sealing can be hold | maintained for several years, without using a getter material depending on a use.

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。   Finally, referring to FIG. 5E, the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2 can be obtained by dicing the sealing glass wafers 100 and 300 and the optical deflector silicon wafer 200 for each chip. become.

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。   The hermetically sealed optical deflector package of FIG. 2 thus obtained includes the Au electrode 32 through the through electrodes 24 and 31, so that it can be easily surface-mounted on various printed circuit boards by a solder reflow process. be able to.

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。   Next, the detail of the manufacturing method of the glass wafer 100 for surface side sealing of FIG. 5 is demonstrated.

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。   The optical transmission window 11 for the front-side sealing glass wafer 100 is manufactured by a first method using the glass etching method shown in FIGS. 6 and 7 and a second method in which the resin shown in FIG. 8 is imprinted with a mold. There is a method.

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。   A first method by the glass etching method shown in FIGS. 6 and 7 will be described. 6 and 7, the cavity 1a is already formed in the front-side sealing glass wafer 100, and the glass of that portion is illustrated.

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。   First, referring to FIG. 6A, a resist for electron beam drawing exposure is applied on a silicon wafer 501, and a fine resist pattern 502 is formed by an electron beam direct drawing exposure / development process.

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。   Next, referring to FIG. 6B, the silicon wafer 501 is etched by dry etching using the resist pattern 502 as a mask. Next, the resist pattern 502 is removed and washed to obtain a master mold 503 made of silicon as shown in FIG.

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。   Next, referring to FIG. 6D, the pattern of the master die 503 is transferred onto the ultraviolet transparent transparent resin film 504 by thermal nanoimprint processing. Next, the master mold 503 is removed to obtain a transparent replica mold 505 shown in FIG.

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。   Next, referring to FIG. 7A, a resist layer 506 is applied to a region where the cavity 1a of the front-side sealing glass wafer 100 is formed, and a transparent replica mold 505 is pressed onto the resist layer 506. While performing UV nanoimprint processing by irradiating ultraviolet rays. Next, when the transparent replica mold 505 is removed, a resist pattern 507 shown in FIG. 7B is obtained.

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。   Next, in FIG. 7B, using the resist pattern 507 as a mask, the front-side sealing glass wafer 100 is etched by a dry etching method such as a high-frequency coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) method, and then the resist When the pattern 507 is removed, as shown in FIG. 7C, the optical transmission window 11 having a parabolic uneven structure antireflection structure is obtained on one side of the surface side sealing glass wafer 100.

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。   When the above-mentioned process is performed on the other side of the glass wafer 100 for surface side sealing, as shown in FIG. 7D, the antireflection structure having a parabolic concavo-convex structure also on the other side of the glass wafer 100 for surface side sealing. The optical transmission window 11 is obtained.

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。   The manufacturing method of FIGS. 6 and 7 is based on a nanoimprint processing method using a master mold, but it is also possible to directly perform photolithography on a fine resist pattern by an electron beam drawing exposure method.

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。   A second method for imprinting the resin shown in FIG. 8 with a mold will be described. In FIG. 8, after going through the steps up to (A), (B), (C), (D), and (E) of FIG.

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。   Referring to FIG. 8A, an ultraviolet curable transparent resin layer 701 is applied on the surface-side sealing glass wafer 100, and ultraviolet rays are irradiated while pressing the transparent replica mold 505 on the transparent resin layer 701. And UV nanoimprint processing. The refractive index of the transparent resin layer 701 is about the same as the refractive index of glass. For example, the transparent resin layer 701 is made of a silicone resin. Instead of the transparent resin layer 701, a glass material such as spin-on glass may be used. Moreover, you may heat instead of ultraviolet irradiation. Next, when the transparent replica mold 505 is removed, as shown in FIG. 8B, the optical transmission window 11 of the antireflection structure of the parabolic uneven structure made of transparent resin is formed on one side of the glass wafer 100 for surface side sealing. can get. The transparent resin layer 701 in the region that does not constitute the optical transmission window 11 is removed by solvent cleaning.

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。   When the above-described process is performed on the other side of the glass wafer 100 for surface side sealing, as shown in (C) of FIG. 8, the other side of the glass wafer 100 for surface side sealing also has a parabolic uneven structure made of transparent resin. An optical transmission window 11 having an antireflection structure is obtained.

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。   In this way, the optical transmission windows 11 having a parabolic uneven structure and an antireflection structure are formed on both surfaces of the front-side sealing glass wafer 100 facing the cavity 1a. The above-described imprint processing gave a concavo-convex structure with a variation of ± 3% or less in both pitch and height. If the variation is large, the effect may not be obtained sufficiently or may vary within the window surface, but such a variation does not cause a problem.

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)。   Before explaining the details of the manufacturing method of the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 5, the optical deflector 2 of FIG. 2 will be described with reference to FIG. 9 which is a plan view of the optical deflector 2 of FIG. Reference: FIG. 1 of Patent Document 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。   As shown in FIG. 9, the micromirror 21 is provided in the hollow portion of the support 22 and is supported by the support 22 so as to be swingable by torsion bars 22a and 22b. Piezoelectric actuators 22c, 22d, 22e, and 22f for transmitting torque to the torsion bars 22a and 22b are provided between the support 22 and the torsion bars 22a and 22b. Thereby, the micromirror 21 is driven to swing with respect to the XX axis.

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。   The support body 22 is provided in a hollow portion of the support body 23, and is supported by the support body 23 so as to be swingable by torsion bars 23a and 23b. Piezoelectric actuators 23c, 23d, 23e, and 23f for transmitting torque to the torsion bars 23a and 23b are provided between the support 23 and the torsion bars 23a and 23b. Thereby, the micromirror 21 is driven to swing with respect to the Y-Y axis.

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。   Next, details of the method for manufacturing the hermetically sealed optical deflector package of FIG. 5 will be described with reference to FIGS. 10 to 14 show the manufacturing process of the optical deflector silicon wafer 200, and FIG. 15 shows the bonding process by AuSn eutectic between the optical deflector silicon wafer 200 and the back side sealing glass wafer 300. Reference numeral 16 denotes a bonding process of the optical deflector silicon wafer 200 and the surface side sealing glass wafer 100 by Pb-free solder.

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。   First, referring to FIG. 10A, a single crystal silicon substrate (wafer) 901 having a thickness of about 525 μm is prepared. In the single crystal silicon substrate 901, a polysilicon buried electrode via 902 is formed in advance.

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。   Next, referring to FIG. 10B, the single crystal silicon substrate 901 is thermally oxidized to form silicon oxide layers 903 and 904 having a thickness of about 0.5 μm on the back surface and the front surface.

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。   Next, referring to FIG. 10C, about 50 nm thick Ti and about 150 nm thick Pt are sequentially formed on the silicon oxide layer 904 by sputtering, electron beam (EB) vapor deposition or the like. Thereby, the lower electrode layer 905 is formed. Next, a piezoelectric layer 906 made of lead zirconate titanate (PZT) having a thickness of about 3 μm is formed on the lower electrode layer 905 by a reactive arc discharge ion plating method. For the reactive arc discharge ion plating method, see Patent Documents 3, 4, and 5. Next, an upper electrode layer 907 made of Pt having a thickness of about 150 nm is formed on the piezoelectric layer 906 by sputtering, EB vapor deposition, or the like.

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。   Next, referring to FIG. 11A, the upper electrode layer 907 and the piezoelectric layer 906 are patterned using photolithography and dry etching. Next, the lower electrode layer 905 is patterned using photolithography and dry etching. Thus, the supports 22 and 23, the torsion bars 22a, 22b, 23a and 23b and the piezoelectric actuators 22c, 22d, 22e, 22f, 23c, 23d, 23e and 23f shown in FIG. 9 are formed.

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。   Next, referring to FIG. 11B, a silicon oxide layer 908 is formed on the entire surface by plasma CVD.

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。   Next, referring to FIG. 11C, contact holes 908a for the lower electrode layer 905, the upper electrode layer 907, and the polysilicon buried electrode via 902 are formed in the silicon oxide layer 908 using photolithography and dry etching. .

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。   Next, referring to FIG. 12A, a photoresist pattern is formed by photolithography, then AlSi (10% Si) is formed on the entire surface by sputtering, and AlSi wiring 909 is formed by lift-off. Form. Thereby, the lower electrode layer 905 and the upper electrode layer 907 are electrically connected to the peripheral pads.

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。   Next, referring to FIG. 12B, a photoresist pattern is formed by photolithography, then Ti and Ag are sequentially formed on the entire surface by sputtering, and reflection as micromirrors 21 is performed by lift-off. Layer 910 is formed.

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。   Next, referring to FIG. 12C, a photoresist pattern is formed by photolithography, then Ni and Au are sequentially formed on the entire surface by sputtering, and surface side sealing glass is formed by lift-off. An Au electrode 26 for bonding to the wafer 100 is formed. Ni acts as a barrier metal layer underlying the Au electrode 26.

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。   Next, referring to FIG. 13A, the surface side of the front-side sealing glass wafer 100 is attached to a support substrate 911 made of resin with an adhesive layer. That is, temporary bonding is performed.

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。   Next, referring to FIG. 13B, the back surface of the front surface side sealing glass wafer 100 is ground while holding the front surface side sealing glass wafer 100 by the support substrate 911, and polysilicon embedded electrode vias are processed. 902 is exposed. Next, the back surface of the front-side sealing glass wafer 100 is planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) method.

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。   Next, referring to FIG. 13C, a silicon oxide layer 912 is formed on the entire back surface of the front-side sealing glass wafer 100 by sputtering or plasma CVD.

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。   Next, referring to FIG. 14A, an opening 912a for the polysilicon buried electrode 902 as the through electrode 24 and an opening for silicon processing are formed on the silicon oxide layer 912 by photolithography and dry etching. 912b is formed.

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。   Next, referring to FIG. 14B, a photoresist pattern is formed by photolithography, then Ni and Au are sequentially formed on the entire surface by sputtering, and backside sealing glass is formed by lift-off. An Au electrode 25 for bonding to the wafer 300 is formed. Note that Ni acts as a barrier metal layer underlying the Au electrode 25.

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。   Next, referring to FIG. 14C, a region corresponding to the silicon oxide layer 912 is masked on the surface of the silicon oxide layer 912 by a high frequency coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE) method mask, that is, by photolithography. A thick resist layer (not shown) is formed, and the single crystal silicon substrate 901 is removed by deep dry etching in an ICP-RIE apparatus using the thick resist layer as an etching mask.

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。   Note that the ICP-RIE method is an etching method suitable for anisotropically etching single crystal silicon, and thus the single crystal silicon substrate 901 can be etched vertically.

このようにして、光偏向器シリコンウェハ200が完成する。   In this way, the optical deflector silicon wafer 200 is completed.

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。   Next, referring to FIG. 15A, the optical deflector silicon wafer 200 is thermocompression bonded to the back side sealing glass wafer 300 while the support substrate 911 is temporarily bonded in a vacuum container. That is, AuSn eutectic bonding is performed. As a result, as shown in FIG. 15B, the AuSn eutectic electrode 5 is formed between the optical deflector silicon wafer 200 and the back surface side sealing glass wafer 300.

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。   Next, referring to FIG. 15B, the adhesive force of the support substrate 911 of the optical deflector silicon wafer 200 is irradiated with ultraviolet rays to weaken the adhesive force. As a result, as shown in FIG. The support substrate 911 is peeled off.

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。   Next, referring to FIG. 16A, after cleaning the AuSn eutectic bonded optical deflector silicon wafer 200 and back side sealing glass wafer 300, as described above, the front side sealing is performed in a vacuum vessel. The glass wafer 100 for fixing is joined with Pb-free solder. At that time, the pressure in the vacuum vessel is adjusted to 50000 Pa with high-purity nitrogen gas. A Pb-free solder ball 13 is printed on the front-side sealing glass wafer 100 and the Au electrode 12. As a result, as shown in FIG. 16B, the optical deflector silicon wafer 200 is sealed under reduced pressure by the sealing glass wafers 100 and 300. Finally, a chip level optical deflector package as shown in FIG. 2 is obtained by dicing.

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。   In the embodiment described above, a single crystal silicon wafer is used as the optical deflector wafer, but an SOI (Silicon On Insulator) wafer can also be used. In this case, as shown in FIG. 17, the back surface side sealing member 3 'is a flat plate, and it is not necessary to form a cavity in the back surface side sealing member 3'.

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。 In the optical deflector package sealed under reduced pressure according to the present invention, a sine wave having a peak-to-peak voltage V PP at a resonance frequency of 25 kHz and 20 V of the micromirror 21 is applied to the piezoelectric actuators 22c, 22d, 22e, and 22f for driving the horizontal XX axis. When a drive signal is applied and a sine wave drive signal having a non-resonant frequency of 60 Hz and a peak-to-peak voltage V PP of 20 V is applied to the piezoelectric actuators 23c, 23d, 23e, and 23f for driving the vertical Y-Y axis, horizontal XX A deflection angle of the micromirror 21 of ± 9 ° on the axis and ± 7 ° on the vertical Y-Y axis was obtained, and the jitter at that time was ± 0.1%. On the other hand, in the optical deflector package without decompression, under the same driving conditions, a micro mirror deflection angle of ± 6 ° on the horizontal XX axis and ± 5 ° on the vertical YY axis can be obtained. When the jitter was ± 1%. Therefore, it was confirmed that the deflection angle was increased and the jitter was suppressed by the reduced pressure sealing.

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。   Sealed with glass having no antireflection function (conventional example 1), glass with antireflection function by a dielectric multilayer film (conventional example 2), and glass having antireflection function by a parabolic uneven structure (present invention). Projected images were evaluated using laser light sources of three wavelengths, ie, 640 nm (red), 532 nm (green), and 450 nm (blue), for the stopped optical deflector package. As a result, the reflection glare was large and the image luminance was low in Conventional Example 1, whereas the reflection glare was small and the image luminance was high in Conventional Example 1 and the present invention. In addition, when the incident angle of the incident laser with respect to the package is increased, that is, when the incident angle is oblique, the reflection glare is increased and the image luminance is decreased in the conventional example 2, and further, color-separated image noise is observed. On the other hand, in the present invention, the reflection glare is small and the image luminance is high as in the case of vertical incidence at any incident angle, and the color-separated image noise is small. Furthermore, even when a light source having a plurality of wavelengths is used as described above, for example, the concavo-convex structure may be provided at a pitch of 200 nm or less, which is half or less of the blue wavelength, which is the shortest wavelength. Thereby, it is possible to cope with all three colors of red, blue and green.

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できる。 The present invention may apply to an optical deflector package other than hermetically sealed type.

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
1: Surface side sealing member 11: Optical transmission window 12: Au electrode 13: Pb-free solder ball 1a: Cavity 2: Optical deflector 21: Micromirror
22: Support
22a, 22b: torsion bars 22c, 22d, 22e, 22f: piezoelectric actuator 23: support
23c, 23d, 23e, 23f: Piezoelectric actuator 24: Through electrode 25: Au electrode 26: Au electrode 3: Back side sealing member 3a: Cavity 31: Through electrode 32: Au electrode 33: AuSn electrode 4: Au solder electrode 5 : AuSn eutectic electrode 100: Glass wafer for surface side sealing
200: optical deflector silicon wafer 300: glass wafer 501 for sealing the back surface side 1: silicon wafer
502: Resist pattern
503: Master mold
504: Transparent resin film
505: Transparent replica mold
506: Resist layer
507: Resist pattern
701: Transparent resin layer 901: Single crystal silicon substrate 902: Polysilicon embedded electrode via
905: Lower electrode layer 907: Upper electrode layer 908: Silicon oxide layer 909: AlSi wiring 911: Support substrate 912: Silicon oxide layer

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、第1の貫通電極、及び該第1の貫通電極の上下に設けられた第1、第2の接合用電極を有する光偏向器と、
前記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反射防止機能放物線状凹凸構造の光学透過窓及び前記第1の接合用電極に接続された第3の接合用電極を有し、
前記第2の封止部材が第2の貫通電極及び該第2の貫通電極上に設けられ前記第2の接合用電極に接続された第4の接合用電極を有する光偏向器パッケージ。
Support, an elastic member, a mirror which is swingably supported in the hollow portion of the support by the elastic member, the actuator for swing drive said mirror through said elastic member, the first through-electrode, and said An optical deflector having first and second joining electrodes provided above and below one through electrode ;
A cavity to secure the swinging space of the mirror across the optical deflector and a first, second sealing member for sealing,
The first sealing member has an optical transmission window having an antireflection function parabolic uneven structure facing the cavity and a third bonding electrode connected to the first bonding electrode;
An optical deflector package, wherein the second sealing member has a second through electrode and a fourth bonding electrode provided on the second through electrode and connected to the second bonding electrode .
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倍である請求項に記載の光偏向器パッケージ。 The pitch of the antireflection function parabolic concavo-convex structure is 1/2 or less of the wavelength of incident light, and the height of the antireflection function parabolic concavo-convex structure is 1 to 2 times the pitch. Optical deflector package. 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。 2. The optical deflector package according to claim 1, wherein a central axis of the antireflection function parabolic uneven structure is perpendicular to a surface of the optical transmission window of the first sealing member and an angle is 60 to 80 °. . 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。   2. The optical deflector package according to claim 1, wherein the antireflection function parabolic uneven structure is obtained by imprinting a transparent resin or glass formed on both surfaces of the first sealing member. 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。   2. The optical deflector package according to claim 1, wherein each of the first and second sealing members has first and second cavities forming the cavity. 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。   The optical deflector package according to claim 1, wherein the first sealing member has the cavity. 前記第1、第2の封止部材がガラスである請求項1に記載の光偏向器パッケージThe optical deflector package according to claim 1, wherein the first and second sealing members are made of glass.
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