マイクロシステム及びマイクロシステムの製造方法
本発明は、少なくとも１つのマイクロミラー（１）と、少なくとも１つのマイクロミラー（１）を、少なくとも１つの軸の周りに緩和静止位置から旋回させる、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータ（２）と、フレームチップと、フレームチップに設けられた透明カバー（３）とを備え、フレームチップは、その上に、少なくとも１つのマイクロミラー（１）が、弾性的に旋回可能に関節接合されるチップフレーム（１０）を有し、少なくとも１つのマイクロミラー（１）は、更に、チップフレーム（１０）内、及び透明カバー（３）とキャリア層との間に形成された空洞（１１）中に設けられる、マイクロシステムに関する。この目的を達成するために、少なくとも１つのマイクロミラー（１）は、少なくとも１つの軸の周りに、フレーム（１４）上に旋回可能に関節接合され、フレーム（１４）は、同様に、チップフレーム（１０）上に旋回可能に関節接合され、フレーム（１４）が、キャリア層によって規定されたチッププレーンから永続的に旋回されることで、マイクロミラー（１）は、その静止位置において、チッププレーンに対して、旋回していない角度に対して傾けられる。本発明は、更に、そのようなマイクロシステムを製造する方法にも関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主請求項のプリアンブルに準じた、少なくとも１つのマイクロミラー、及び少なくとも１つのマイクロミラーを旋回させるための少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータを有するマイクロシステム、及び、対等の請求項のプリアンブルに準じた、上記マイクロシステムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのマイクロシステムは、ＭＯＥＭＳとして知られており、例えば、マイクロスキャナ又はプロジェクタに用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常マイクロ機械シリコン部品として設計される、予め処理された電気機械及び光電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ及びＭＯＥＭＳ）は、多くの場合、非常に繊細な自由可動構造（加速センサ、回転速度センサ、マイクロミラー等）を含む。製造に要する製造工程の多くは（例えば、層堆積、フォトリソグラフィ、エッチング法）、マイクロ構造が、確実に、よって動かないようウエハ基板に接続された状態で実行されるが、この先は、マイクロ構造はいわゆる"リリース"工程によって、自由に移動可能なので、粒子汚染、凝縮、機械的過負荷、及び、液体との接触等の環境影響に対するマイクロ構造の特定の保護が必要とされる。特に、ウエハを分離するときには、ウエハ表面は、通常、粒子及び水と接触する。ＭＥＭＳ製品を高利に経済的に製造する目的で、"リリース"工程、及び、ウエハレベル、すなわち分離前において既に露呈された構造の保護の両方が試みられる。これには、いわゆるウエハレベルパッケージング法が最も適している。ウエハレベルパッケージング法においては、ＭＥＭＳ部品は、分離した空洞において、あらゆる面において閉じられている。従って、ベースウエハに加えて更に必要とされる場合には、ＭＥＭＳウエハは、更なるカバーウエハに接続される。多くの場合、可動マイクロ構造がカバーウエハに対して特定の空間に位置するように、カバーウエハは空洞を有する必要がある。これらのカバー又はベースウエハは、多くの場合、シリコンを含んでいるので、十分に制御されたエッチング方法によって、容易且つ正確に空洞を生成することができる。複数のウエハを含む全体の合成物は、続いて、ＭＥＭＳ部品の機能を損なわずに分離することができる。そのようなウエハレベルパッケージング方法の例は、例えば、米国特許第６７４３６５６号明細書に記載されている。
【０００４】
マイクロ機械部品が光学機能を果たす場合において、例えば、独国特許発明第１９９４１３６３号明細書に記載されたように、例えば、マイクロスキャニングミラーが関係している場合には、相当する光学品質を持つ光学的透明カバーが必要とされる。従って、光学分野においては、ガラス又は同様な透明材料で作られたカバーが必要とされる。マイクロ機械構造の機能が、ウエハ又はチッププレーンの動きに単に制限されるだけではなく、このプレーンから垂直な動きをも提供する場合には、ＭＥＭＳ部品の上及び下に相当する深さの空洞を必要とする。ＭＥＭＳ部品が、例えば、ねじりサスペンションを含むミラーアクチュエータと関係がある場合には、ミラーの直径及び最大偏向角度は、ウエハ又はチッププレーンから垂直の方向のアクチュエータのストロークを決定し、従って同時に、アクチュエータが意図しない影響を与えないために要求される空洞の深さを決定する。
【０００５】
米国特許第６８２２３２６号明細書には、ＭＥＭＳ構造のウエハレベルパッケージを光学ガラスカバーとともに製造することができる方法が記載されている。これにより、片側のみに保護カバーウエハを必要とする表面―マイクロ機械構造のために密閉封止パッケージが生成される。
【０００６】
国際公開第２００４／０６８６６５号パンフレットには、光学的品質を有すガラスカバーを提供する、光電気部品のためのウエハレベルパッケージング方法が開示されている。ここに記載された方法では、カプセル化される部品を含むウエハが最初に分離され、その後に、新しいキャリアウエハに置かれ、実装され、コンタクトされ、そして最終的にカプセル化される。脆いＭＥＭＳ部品を、特に分離中に、あまりに過度の機械的負荷から保護することの主要な問題は、ここでは解決されていない。ガラス表面と動的部品との間に隙間を形成する、要求される空洞は、最初に、凹部を含む更なるウエハが、部品ウエハ上にスペーサとして適用され、その後に、既存のウエハスタックに光学的品質を有するガラスウエハを接続する形で実現される。
【０００７】
米国特許第６１４６９１７号明細書には、ＭＥＭＳ部品のためのウエハレベルパッケージング方法が開示されている。この方法では、密閉パッケージを実現する目的で、空洞を含むシリコン又はガラスウエハが、融着又は陽極接合によって、ＭＥＭＳウエハに接続される。本方法の記載は、ウエハを完全に貫通するチャネル構造を有さない、マイクロ機械的に製造されたＭＥＭＳウエハに限定される。その結果、本方法は、ウエハ合成物と更なるベースウエハとの付加的な接続をしなくともすむ。シリコンウエハ中の５０から１５０マイクロメートルの深さの空洞の生成は、ＫＯＨ溶液を用いたウェットケミカルエッチングによって実現できることが記載されている。同一のものが、ガラスウエハにおいてもまた適用できる。通常、このようにして製造されたガラスカバーは、あまりに過度の粗さ及び不均一性により、光学的使用目的にはもはや適さない。この特許文献においては、光学アプリケーションは主題として扱われていない。
【０００８】
米国特許第５５９１６７９号明細書には、密閉パッケージの製造方法であり、表面マイクロ機械的及び体積マイクロ機械的の両方で製造されたＭＥＭＳ部品が提示されている。表面マイクロ機械構造の場合、シリコンＭＥＭＳウエハに陽極接続された、空洞を含むガラスカバーウエハで十分である。体積マイクロ機械的に製造されたセンサ及びアクチュエータに対しては、ガラスカバーウエハに加えて、ガラスベースウエハもまた提供される。本方法は、光学的アプリケーションを対象としていない。ガラスウエハ内に如何にして空洞が生成されるかはより詳細に記載されていない。よって、後者は光学的品質を有さないものと想定されるべきである。
【０００９】
米国特許出願公開第２００５／０１８４３０４号明細書には、表面マイクロ機械的に製造されたマイクロミラーアレイをパッケージングするためのウエハレベルパッケージング方法が記載されている。ここに示されたガラスウエハは、光学窓としての役目を果たすことができ、また対応するブルーミングコートを有す空洞を備える。光学窓を含むこの空洞ウエハは、如何なる方法によって、マイクロミラーアレイを含むウエハに結合されてもよい。考えられる空洞の深さとして１００マイクロメートルが記載されている。ここに記載された方法においては、当方法は、体積マイクロ機械的に製造されたマイクロミラーを密閉カプセル化することには適していない。光学窓の光学的品質を常に実現できる、非常に深い空洞を如何にして保障するかについては説明されていない。
【００１０】
ここで既に述べたような要求に加えて、ＭＥＭＳ及びＭＯＥＭＳのためのウエハレベルパッケージに関しては、通常、ＭＯＭＥＳにおいては、例えば、パッケージされるＭＯＥＭＳが、レーザープロジェクションアプリケーションに用いることを意図するマイクロミラーに関連している場合には、更なる重要な要求が生じる。
【００１１】
偏向され、ミラーの方向に向かう光線（大抵の場合、レーザ光線）は、まず第１に、ミラーアクチュエータを囲うパッケージの光学窓を通って放射されなければならない。その結果、望まれない反射がそれぞれ、ガラスの光学的界面において生成される。反射は、現実には、反射防止コーティングによって減らすことができるが、完全に抑止することは決してできない。特に、画像投影においては、また多くの更なるアプリケーションにおいては、反射により、投影画像情報が永続的且つ定常的に過度に過剰放射するので、そのような直接反射はとりわけ問題になる。
【００１２】
この問題は、キャリアチップ、フレームチップ、及びフレームチップ上に設けられる透明カバーを備える普通の一般的なマイクロシステムに対して顕著になる。ここで、フレームチップは、チップフレームを有しており、チップフレーム上には、少なくとも１つのマイクロミラーが、弾性的に旋回可能に関節接合される。少なくとも１つのマイクロミラーはまた、チップフレーム内及び透明カバーとキャリア層との間に形成される空洞内に設けられる。
【００１３】
従って、本発明の根本をなす目的は、透明カバー上で起こる反射のかく乱作用を防ぐようなマイクロシステム、及び、可能な限り複雑でない方法で製造できることを更に意図したマイクロシステムを構成することである。更に、本発明の根本をなす目的は、そのような有利なマイクロシステムの簡易な製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明に準じて、主請求項のプリアンブルの特徴と併せて主請求項の特性特徴を有すマイクロシステム及び対等する請求項の特長を有す方法によって達成できる。本発明の有利な実施形態及び展開は、従属項の特徴によって表される。
【００１５】
マイクロミラーが静止位置において、チッププレーンに対して零でない角度で傾斜するように、少なくとも１つのマイクロミラーは、少なくとも１つの軸に周りに旋回可能にフレーム上に関節接合されること、フレームは、その一部において、チップフレーム上に旋回可能に関節接合されること、フレームは、キャリア層によって規定されるチッププレーンから永続的に旋回するという事実により、簡易な方法で、カバー上で反射される放射を、少なくとも１つのマイクロミラーによって反射される放射以外の方向に偏向させることを実現できる。その結果、次には、非常に簡易な方法によって、カバー上で起こる反射が、少なくとも１つのマイクロミラーによって生成される画像へのかく乱作用をもたらすことを防ぐことができる。ここで用いた用語「フレーム」は、少なくとも１つのマイクロミラーを囲うことを必ず必要とするものと理解されるべきではない。フレームは、チップフレーム上に旋回可能に関節接合されるベアリング要素に関連している。ベアリング要素上では、同様に、マイクロミラーが、少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回可能に関節接合される。従って、フレームは、Ｕ字型構造を有しても良く、又は、例えば、２つのウェブの間でマイクロミラーが弾性的に旋回可能に設けられるよう、２つのウェブによって囲まれても良い。
【００１６】
フレームチップを構造することによって、チップフレーム内で少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回させることができ、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータによって関節接合することができる少なくとも１つのマイクロミラーを有するチップフレームが製造され、チップフレームは片側において透明カバーに接続される、マイクロシステムを製造するための提案する方法は、有利に簡易であり、かく乱を生じさせず、これにともない以下のことを提供する。少なくとも１つのマイクロミラーは、少なくとも１つの軸の周りに旋回可能に、チップフレーム上に旋回可能に関節接合されるフレーム上に関節接合される構成であり、遅くともマイクロシステムの封止の間、フレームは、キャリア層によって規定されるチッププレーンから永続的に旋回されるので、マイクロミラーは、チッププレーンに対して零でない角度傾いた静止位置を得る。
【００１７】
本方法は、特に以下の要件を満たすことができるＭＥＭＳパッケージング方法として構成されても良い。
【００１８】
本方法では、表面及び体積マイクロ機械的部品を、ウエハレベルにおいてさえ、密閉してカプセル化することができる。
【００１９】
本方法を用いて、カバーを形成するガラスカバーウエハ内に空洞を生成することができる。空洞は、例えば、５００マイクロメートルから９００マイクロメートルの間の深さを有し、その深さは、プロセス技術によって調整できる。この目的は、特に、直径が５００マイクロメートルから大きくても１０ミリメートルの範囲である単軸及び多軸マイクロスキャニングミラーが、静止位置の周りにねじり動作の間、十分に大きい移動振幅を達成することである。例えば、１０ミリメートルの大きさのミラーは、１０°傾く間に、約９００マイクロメートルの空洞深さを必要とする。
【００２０】
本方法はまた、パッケージ内において、規定の大気又は真空を明確に設定する可能性を提供する。
【００２１】
提案されたウエハレベルパッケージング方法によって、高い光学的品質を有した透明窓を含む各々のＭＥＭＳ部品を提供することができる。特に、光学窓の平坦性及び平面平行性は、不均一性が使用波長の４分の１を越えないように構築することができる。これは、４４０ナノメートルの青色光の場合、１１０ナノメートルの境界値に対応する。製造された光学窓の平行粗さＲｑは、５ナノメートルを超えるべきではない。
【００２２】
最後に、本方法によって、完全には決して抑止することができない、偏向される入力光線の反射を、マイクロミラーの走査範囲外に位置させることができる。
【００２３】
提案した発明によれば、簡易な方法で、光学的特性を向上する目的で、機械的に特定的に傾けられるマイクロアクチュエータを製造できる。好ましくは、このプリチルトは、ウエハレベルパッケージングプロセスの間達成される。
【００２４】
キャリア層は、本発明の典型的な実施形態においては、その上にフレームチップが設けられる分離されたキャリアチップによって形成される。
【００２５】
透明カバーは、通常、少なくとも１つのマイクロミラーの上に設けられた窓を備え、チッププレーンに対して平行に方向づけられる２つの平面平行表面を有す。その結果、カバーもウエハ基盤上に生成することができる、著しく簡易な製造が可能となる。
【００２６】
簡易な方法によって、キャリア層とフレームとの間又はフレームと透明カバーとの間に設けられる少なくとも１つのベースによって、フレームをチッププレーンから旋回させた位置において保持することができる。
【００２７】
好ましくは、先に記した零でない角度は、静止位置からの少なくとも１つのマイクロミラーの最大偏向角度より大きくするべきである。この目的は、マイクロミラーが最大偏向の間でさえも、カバー上の反射が干渉しないようにすることである。本発明の好ましい実施形態においては、この角度は、少なくとも２°であっても良く、特に好ましい場合には、少なくとも４°であっても良く、更に好ましい場合には、少なくとも６°であっても良い。
【００２８】
フレームは、良く配列された形状を有す簡易な構成により、旋回軸の周りにチッププレーンから旋回させることができる。旋回軸は複数の軸又は複数の軸の１つに平行であり、軸の周りに、少なくとも１つのマイクロミラーは弾性的に旋回可能に設計される。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータは、フレームに設けられる少なくとも１つの固定電極櫛、及びマイクロミラーに接続される少なくとも１つの旋回可能電極櫛を備える。従って、マイクロミラーは、正確且つ容易に駆動させることができる。従って、簡易な方法で、少なくとも１つのマイクロミラーを、少なくとも１つのねじりスプリングを用いて、フレームに接続することができる。
【００３０】
同様に、フレームは、弾性サスペンションを介してチップフレームに接続することができる。弾性サスペンションは、好ましくは、少なくとも１つのスパイラルスプリング又は少なくとも１つのねじり関節を含む。
【００３１】
描写型のマイクロシステムの製造に適した提案した本方法は、以下のことを提供することができる。キャリア層は、フレームチップに接続された分離されたキャリアチップによって形成されるので、キャリアチップが、透明カバーの反対に位置するフレームチップの片側に位置させることができる。
【００３２】
本方法では、簡易な方法で、キャリア層、透明カバー又はフレーム上に設けられた少なくとも１つのベースによって、フレームをチッププレーンから旋回させることができる。この目的のため、キャリア層、透明カバー又はフレームチップは、少なくとも１つのベースを含んだ如何なる通常の構造化方法によっても提供することができる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態によると、１つのウエハに基づいてそれぞれ、キャリア層及び／又はフレームチップ及び／又は透明カバーが製造できる。１つのウエハ上では、同時に、通常の同様な複数のマイクロシステムが生成できる。フレームチップを透明カバーに接続することによって、マイクロシステムを封止するときに、１つ又は複数のウエハは初めて分離される。従って、フレームチップをカバー及び更に通常はキャリアチップに接続することは、対応する−既にコネクトされた−複数のチップを形成すべく、その後初めて分離される対応する複数のウエハのボンディングによって通常は行なわれる。マイクロシステム、及び更には複数のウエハ上に生成された複数のマイクロシステムを封止するとき、これらはまた、２次元マトリクスとして提供される。当方法のこの構成は、分離中に生成された粒子が、複数のマイクロシステムに入り込まない、そしてこれにより、破損を防ぐとの多大な利点をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
以下に、図１から９を参照にして、本発明の実施形態を説明する。
【００３５】
【図１】従来技術に準じた、マイクロミラーを備えるマイクロシステムの断面である。
【００３６】
【図２】本発明の１つの実施形態における、マイクロシステムに関わるフレームチップの斜視図である。
【００３７】
【図３】マイクロシステムを封止する前の、透明カバー及びキャリアチップを有するフレームチップの断面である。
【００３８】
【図４】先に述べた本発明の１つの実施形態における、完成品のマイクロシステムの断面である。
【００３９】
【図５】図３に対応した、本願の別の１つの実施形態を説明するものである。
【００４０】
【図６】図４に対応した、図５の本発明の実施形態における、完成品のマイクロシステムを説明するものである。
【００４１】
【図７】本発明の更なる実施形態における、マイクロシステムに関わるフレームチャープを説明する詳細斜視図である。
【００４２】
【図８】図７のフレームチップにおいて、フレームチップの中央に位置するマイクロミラーが別の偏向を示すときである。
【００４３】
【図９】図７及び８に対応した、フレームチップが緩和状態のときである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１に、従来技術に関わるマイクロシステムにおける、入力ビーム５の反射の問題を示す。ここで、マイクロシステムは、カプセル化されたマイクロアクチュエータ２、及びマイクロミラー１のミラープレートを有す。マイクロミラー１のミラープレートは、緩和状態において、光学ウインドウ８の平面平行表面に平行である。それに関して、光学窓８は、カプセル化の役目を果たす透明カバー３の一部である。マイクロミラー１上で反射された出力光線７は、望まれていないが防ぐことができない入力ビーム５の反射６に平行に伸びる。その結果、投影表面４に混乱を生じさせる重なりを引き起こす。
【００４５】
図２から９、及び下記のより詳細な説明に示された本発明の実施形態、又は、対応するマイクロシステムの構成部品、繰り返される特徴は、常に同一の参照番号によって特徴付けられる。
【００４６】
図１に示したような、マイクロミラーアクチュエータ２の光学的透明平面平行カバー３に突き当たるときに生じる、（多くの場合にレーザ光線によって提供される）走査される入力光線５の反射６が、マイクロミラー１で偏向される光線７の立体角範囲において衝突することを防ぎ、それにより、投影表面４上に投影された画像の品質の妨げになることを防ぐ目的で、本発明は、マイクロミラーアクチュエータ２の特定の永続的な機械的プリチルトを提供する。このプリチルトは、一次元アクチュエータに限っては、好ましくは、マイクロアクチュエータ２の回転軸に平行である回転軸周りに行なわれるべきである。２次元アクチュエータの場合には、プリチルトは、好ましくは、マイクロアクチュエータの２つの回転軸の１つに平行である回転軸周りに行なわれるべきである。しかしながら、基本的には、マイクロアクチュエータの複数の軸の１つに平行ではない回転軸周りに傾けることも考えられる。しかし、この場合には大抵、投影画像領域の望まれないゆがみが引き起こされる。
【００４７】
このプリチルトの角度は、常に、マイクロミラー１が動作中に到達する最大の機械的傾斜角度より少なくとも僅かに大きくするべきである。このプリチルトによって、マイクロミラー１は、マイクロアクチュエータ２の動作中又はスイッチオフ状態にかかわらず、マイクロアクチュエータ２の透明カバー３の光学窓８の平面平行表面に平行となる。ウエハプレーン上、すなわち、同時にウエハのマイクロアクチュエータ２のそれぞれに対してそのような傾斜位置を達成する目的で、アクチュエータ構造を少なくとも部分的に囲い、固体チップフレーム１０上に弾性的につるされる追加フレーム１４がマイクロアクチュエータ２の設計において最初に提供される。マイクロアクチュエータ２の設計においては、追加フレーム、すなわち、その一部であるマイクロアクチュエータ２が適した状態でつるされる。従って、マイクロアクチュエータ２が単軸か多軸であるかは重要ではない。特定の力効果によって、マイクロアクチュエータ２を囲うフレーム１４は、ウエハプレーンの外へ弾性的に偏向されうる。弾性的プリチルトのそのような自由度は、例えば、適したねじり間接及び／又は（図２に示されるように）フレーム１４のサスペンション９によって達成されうる。サスペンション９は、スパイラルスプリングによって形成され、チップフレーム１０を含む、ここではフレームチップと呼ばれるマイクロチップの設計において既に提供されているものである。チップフレーム１０上には、フレーム１４が旋回可能に間接接合される。同様に、マイクロミラー１は、少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回可能にフレーム１４上に間接接合される。
【００４８】
ウエハレベルパッケージング方法の間に、プリチルトを達成する目的で、カバーを形成するウエハ、又は得られた複数のマイクロシステムのそれぞれのためのキャリアチップ１３を形成するキャリアウエハは、高くなったベース１２が、カバーを形成するウエハとフレームチップを形成するウエハとを結合する間、又は、キャリアウエハとフレームチップを形成するウエハとを結合する間、マイクロミラーアクチュエータ２とマイクロミラー１を囲い、そのためアセンブリ中にフレーム１４を偏向させる弾性的につるされたフレーム１４で終端するように、各チップフィールド内において、それぞれが少なくとも１つの高くなったベース１２と適合するように提供されてもよい。これは、ベース１２が、キャリアウエハとマイクロアクチュエータ２との間の空間より大きい相当する高さを有することを前提とする。好ましくは、高くなったベース１２は、光学的有効角度範囲を制限しないので、フレーム１４のプリチルトは、有効光学表面（ここではマイクロミラー１）の上ではなく下に位置する高くなったベース１２によってもたされる。キャリアフエハ及びキャリアチップ１３上に立つベース１２は、シリコンマイクロ技術の公知の方法、例えば、ガラスウエハ上へのシリコンウエハの陽極接合、及び後続の構造化（リソグラフィ及びプラズマエッチング）によって生成されても良い。
【００４９】
フレーム１４のサスペンション９は、最大限多様な形で幾何学的に構成されても良い。しかしながら、製造プロセスの間及び後の両方で、破損が生じないほど頑強に構成されるべきである。更に、追加のスプリングサスペンションが、マイクロアクチュエータ２の機能を損なわないよう、フレーム１４のサスペンションの寸法には注意が必要である。
【００５０】
本発明の有利な実施形態においては、傾けられるフレーム１４が、対応する位置において局所的に、通常の約６０マイクロメートルのミラー厚さを有さず、図５及び６に示したとおり、例えば５００マイクロメートルのウエハ総厚さを有す場合には、高くなったベース１２の要求される高さを減らすことができる。この場合、高くなったベース１２の高さを相当量小さくしても、同じようにフレーム１４を偏向させる目的を達成することができる。
【００５１】
図２の実施形態においては、追加フレーム１４内の単軸マイクロアクチュエータ２のサスペンションは、簡易化して表現されている。フレーム１４は、その一部において、固定チップフレーム１０上の弾性サスペンション９によって固定される。
【００５２】
図３は、ウエハプレーン上の前面でカプセル化され、チップフレーム１０とともにフレームチップを形成するシリコンマイクロミラーウエハの、キャリアウエハのアセンブリ前における、チップに限定した部分の断面を示す。ここに示したキャリアチップ１３を含むキャリアウエハは、ここではガラスウエハとして構成される。シリコンマイクロミラーウエハと、キャリアチップ１３を含むガラスウエハの調整をした後に、高くなったベース１２が、マイクロミラー１又はマイクロアクチュエータ２を囲うフレーム１４の下の意図する場所に位置するように、高くなったベース１２は、ガラスウエハ１３上に設けられる。
【００５３】
図４は、２つのウエハをアセンブリした後において、高くなったベース１２が、フレーム１４を、それによりまた、マイクロアクチュエータを、そして、それによりまた、ミラープレート１を如何にして元の位置に対して傾けるかを示すものである。
【００５４】
図５に、フレーム１４の有利な実施形態を示す。フレーム１４は、少なくとも１つの適した位置において、ウエハ全部の厚さに相当する厚さを有する。図６から分かるとおり、下側の高くなったベース１２は、マイクロミラーウエハ、及びキャリアチップ１３を形成するガラスウエハのアセンブリ後に、図３及び４の実施形態で示したものと同一の偏向を実現させる。
【００５５】
図７に、マイクロミラー１が、ねじりスプリング１７の側面に沿ってつるされた、チップフレーム１０及びマイクロアクチュエータ２を含むフレームチップを示す。マイクロミラー１の可動ミラープレートの接続は、櫛状の可動駆動電極１５によってなされる。櫛状の可動駆動電極１５は、反対に位置する固定櫛状駆動電極１６とともに、マイクロアクチュエータ２の静電駆動を形成する。マイクロアクチュエータ２のねじりスプリング１７は、可動フレーム１４内で終わっている。可動フレーム１４は、その一部において、スプリング部材によって形成されるサスペンション９を介して、固定チップフレーム１０内に移動可能につるされる。図７に、フレーム１４のプリチルト形態を示す。一方、モーメント吸収体として理解される、マイクロミラー１は、反対の方向に偏向される。
【００５６】
図８に、プリチルト状態のフレーム１４を含む、図７に示したものと同一のフレームチップを示す。プリチルト状態のフレーム１４は、ここでは、偏向されたマイクロミラー１のモーメント吸収体として働き、偏向されたマイクロミラー１の偏向方向は、フレーム１４のプリチルト方向に一致する。
【００５７】
同じく、図９に、チップフレーム１０及びマイクロアクチュエータ２を含む、図７に示したものと同一のフレームチップを示す。ここでは、フレーム１４は傾く前の状態である。図７から９に示したフレームチップは、カバー３、キャリアチップ１３、及び両者の間に設けられた部材とともに、ここで提案された形態のマイクロシステムの１つの実施形態を形成する。
【００５８】
本記載の広範な部分で説明された全ての特徴は、あらゆるサブコンビネーション、図２から９で示したマイクロシステム、又はここに記載した部品により形成したマイクロシステムにおいて、実現されても良い。これらのマイクロリアクターは、特に、本記載の広範な部分で説明した形態の方法を用いて実現することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主請求項のプリアンブルに準じた、少なくとも１つのマイクロミラー、及び少なくとも１つのマイクロミラーを旋回させるための少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータを有するマイクロシステム、及び、対等の請求項のプリアンブルに準じた、上記マイクロシステムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのマイクロシステムは、ＭＯＥＭＳとして知られており、例えば、マイクロスキャナ又はプロジェクタに用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常マイクロ機械シリコン部品として設計される、予め処理された電気機械及び光電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ及びＭＯＥＭＳ）は、多くの場合、非常に繊細な自由可動構造（加速センサ、回転速度センサ、マイクロミラー等）を含む。製造に要する製造工程の多くは（例えば、層堆積、フォトリソグラフィ、エッチング法）、マイクロ構造が、確実に、よって動かないようウエハ基板に接続された状態で実行されるが、この先は、マイクロ構造はいわゆる"リリース"工程によって、自由に移動可能なので、粒子汚染、凝縮、機械的過負荷、及び、液体との接触等の環境影響に対するマイクロ構造の特定の保護が必要とされる。特に、ウエハを分離するときには、ウエハ表面は、通常、粒子及び水と接触する。ＭＥＭＳ製品を高利に経済的に製造する目的で、"リリース"工程、及び、ウエハレベル、すなわち分離前において既に露呈された構造の保護の両方が試みられる。これには、いわゆるウエハレベルパッケージング法が最も適している。ウエハレベルパッケージング法においては、ＭＥＭＳ部品は、分離した空洞において、あらゆる面において閉じられている。従って、ベースウエハに加えて更に必要とされる場合には、ＭＥＭＳウエハは、更なるカバーウエハに接続される。多くの場合、可動マイクロ構造がカバーウエハに対して特定の空間に位置するように、カバーウエハは空洞を有する必要がある。これらのカバー又はベースウエハは、多くの場合、シリコンを含んでいるので、十分に制御されたエッチング方法によって、容易且つ正確に空洞を生成することができる。複数のウエハを含む全体の合成物は、続いて、ＭＥＭＳ部品の機能を損なわずに分離することができる。そのようなウエハレベルパッケージング方法の例は、例えば、米国特許第６７４３６５６号明細書に記載されている。
【０００４】
マイクロ機械部品が光学機能を果たす場合において、例えば、独国特許発明第１９９４１３６３号明細書に記載されたように、例えば、マイクロスキャニングミラーが関係している場合には、相当する光学品質を持つ光学的透明カバーが必要とされる。従って、光学分野においては、ガラス又は同様な透明材料で作られたカバーが必要とされる。マイクロ機械構造の機能が、ウエハ又はチッププレーンの動きに単に制限されるだけではなく、このプレーンから垂直な動きをも提供する場合には、ＭＥＭＳ部品の上及び下に相当する深さの空洞を必要とする。ＭＥＭＳ部品が、例えば、ねじりサスペンションを含むミラーアクチュエータと関係がある場合には、ミラーの直径及び最大偏向角度は、ウエハ又はチッププレーンから垂直の方向のアクチュエータのストロークを決定し、従って同時に、アクチュエータが意図しない影響を与えないために要求される空洞の深さを決定する。
【０００５】
米国特許第６８２２３２６号明細書には、ＭＥＭＳ構造のウエハレベルパッケージを光学ガラスカバーとともに製造することができる方法が記載されている。これにより、片側のみに保護カバーウエハを必要とする表面―マイクロ機械構造のために密閉封止パッケージが生成される。
【０００６】
国際公開第２００４／０６８６６５号パンフレットには、光学的品質を有すガラスカバーを提供する、光電気部品のためのウエハレベルパッケージング方法が開示されている。ここに記載された方法では、カプセル化される部品を含むウエハが最初に分離され、その後に、新しいキャリアウエハに置かれ、実装され、コンタクトされ、そして最終的にカプセル化される。脆いＭＥＭＳ部品を、特に分離中に、あまりに過度の機械的負荷から保護することの主要な問題は、ここでは解決されていない。ガラス表面と動的部品との間に隙間を形成する、要求される空洞は、最初に、凹部を含む更なるウエハが、部品ウエハ上にスペーサとして適用され、その後に、既存のウエハスタックに光学的品質を有するガラスウエハを接続する形で実現される。
【０００７】
米国特許第６１４６９１７号明細書には、ＭＥＭＳ部品のためのウエハレベルパッケージング方法が開示されている。この方法では、密閉パッケージを実現する目的で、空洞を含むシリコン又はガラスウエハが、融着又は陽極接合によって、ＭＥＭＳウエハに接続される。本方法の記載は、ウエハを完全に貫通するチャネル構造を有さない、マイクロ機械的に製造されたＭＥＭＳウエハに限定される。その結果、本方法は、ウエハ合成物と更なるベースウエハとの付加的な接続をしなくともすむ。シリコンウエハ中の５０から１５０マイクロメートルの深さの空洞の生成は、ＫＯＨ溶液を用いたウェットケミカルエッチングによって実現できることが記載されている。同一のものが、ガラスウエハにおいてもまた適用できる。通常、このようにして製造されたガラスカバーは、あまりに過度の粗さ及び不均一性により、光学的使用目的にはもはや適さない。この特許文献においては、光学アプリケーションは主題として扱われていない。
【０００８】
米国特許第５５９１６７９号明細書には、密閉パッケージの製造方法であり、表面マイクロ機械的及び体積マイクロ機械的の両方で製造されたＭＥＭＳ部品が提示されている。表面マイクロ機械構造の場合、シリコンＭＥＭＳウエハに陽極接続された、空洞を含むガラスカバーウエハで十分である。体積マイクロ機械的に製造されたセンサ及びアクチュエータに対しては、ガラスカバーウエハに加えて、ガラスベースウエハもまた提供される。本方法は、光学的アプリケーションを対象としていない。ガラスウエハ内に如何にして空洞が生成されるかはより詳細に記載されていない。よって、後者は光学的品質を有さないものと想定されるべきである。
【０００９】
米国特許出願公開第２００５／０１８４３０４号明細書には、表面マイクロ機械的に製造されたマイクロミラーアレイをパッケージングするためのウエハレベルパッケージング方法が記載されている。ここに示されたガラスウエハは、光学窓としての役目を果たすことができ、また対応するブルーミングコートを有す空洞を備える。光学窓を含むこの空洞ウエハは、如何なる方法によって、マイクロミラーアレイを含むウエハに結合されてもよい。考えられる空洞の深さとして１００マイクロメートルが記載されている。ここに記載された方法においては、当方法は、体積マイクロ機械的に製造されたマイクロミラーを密閉カプセル化することには適していない。光学窓の光学的品質を常に実現できる、非常に深い空洞を如何にして保障するかについては説明されていない。
【００１０】
ここで既に述べたような要求に加えて、ＭＥＭＳ及びＭＯＥＭＳのためのウエハレベルパッケージに関しては、通常、ＭＯＭＥＳにおいては、例えば、パッケージされるＭＯＥＭＳが、レーザープロジェクションアプリケーションに用いることを意図するマイクロミラーに関連している場合には、更なる重要な要求が生じる。
【００１１】
偏向され、ミラーの方向に向かう光線（大抵の場合、レーザ光線）は、まず第１に、ミラーアクチュエータを囲うパッケージの光学窓を通って放射されなければならない。その結果、望まれない反射がそれぞれ、ガラスの光学的界面において生成される。反射は、現実には、反射防止コーティングによって減らすことができるが、完全に抑止することは決してできない。特に、画像投影においては、また多くの更なるアプリケーションにおいては、反射により、投影画像情報が永続的且つ定常的に過度に過剰放射するので、そのような直接反射はとりわけ問題になる。
【００１２】
この問題は、キャリアチップ、フレームチップ、及びフレームチップ上に設けられる透明カバーを備える普通の一般的なマイクロシステムに対して顕著になる。ここで、フレームチップは、チップフレームを有しており、チップフレーム上には、少なくとも１つのマイクロミラーが、弾性的に旋回可能に関節接合される。少なくとも１つのマイクロミラーはまた、チップフレーム内及び透明カバーとキャリア層との間に形成される空洞内に設けられる。
【００１３】
従って、本発明の根本をなす目的は、透明カバー上で起こる反射のかく乱作用を防ぐようなマイクロシステム、及び、可能な限り複雑でない方法で製造できることを更に意図したマイクロシステムを構成することである。更に、本発明の根本をなす目的は、そのような有利なマイクロシステムの簡易な製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明に準じて、主請求項のプリアンブルの特徴と併せて主請求項の特性特徴を有すマイクロシステム及び対等する請求項の特長を有す方法によって達成できる。本発明の有利な実施形態及び展開は、従属項の特徴によって表される。
【００１５】
マイクロミラーが静止位置において、チッププレーンに対して零でない角度で傾斜するように、少なくとも１つのマイクロミラーは、少なくとも１つの軸に周りに旋回可能にフレーム上に関節接合されること、フレームは、その一部において、チップフレーム上に旋回可能に関節接合されること、フレームは、キャリア層によって規定されるチッププレーンから永続的に旋回するという事実により、簡易な方法で、カバー上で反射される放射を、少なくとも１つのマイクロミラーによって反射される放射以外の方向に偏向させることを実現できる。その結果、次には、非常に簡易な方法によって、カバー上で起こる反射が、少なくとも１つのマイクロミラーによって生成される画像へのかく乱作用をもたらすことを防ぐことができる。ここで用いた用語「フレーム」は、少なくとも１つのマイクロミラーを囲うことを必ず必要とするものと理解されるべきではない。フレームは、チップフレーム上に旋回可能に関節接合されるベアリング要素に関連している。ベアリング要素上では、同様に、マイクロミラーが、少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回可能に関節接合される。従って、フレームは、Ｕ字型構造を有しても良く、又は、例えば、２つのウェブの間でマイクロミラーが弾性的に旋回可能に設けられるよう、２つのウェブによって囲まれても良い。
【００１６】
フレームチップを構造することによって、チップフレーム内で少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回させることができ、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータによって関節接合することができる少なくとも１つのマイクロミラーを有するチップフレームが製造され、チップフレームは片側において透明カバーに接続される、マイクロシステムを製造するための提案する方法は、有利に簡易であり、かく乱を生じさせず、これにともない以下のことを提供する。少なくとも１つのマイクロミラーは、少なくとも１つの軸の周りに旋回可能に、チップフレーム上に旋回可能に関節接合されるフレーム上に関節接合される構成であり、遅くともマイクロシステムの封止の間、フレームは、キャリア層によって規定されるチッププレーンから永続的に旋回されるので、マイクロミラーは、チッププレーンに対して零でない角度傾いた静止位置を得る。
【００１７】
本方法は、特に以下の要件を満たすことができるＭＥＭＳパッケージング方法として構成されても良い。
【００１８】
本方法では、表面及び体積マイクロ機械的部品を、ウエハレベルにおいてさえ、密閉してカプセル化することができる。
【００１９】
本方法を用いて、カバーを形成するガラスカバーウエハ内に空洞を生成することができる。空洞は、例えば、５００マイクロメートルから９００マイクロメートルの間の深さを有し、その深さは、プロセス技術によって調整できる。この目的は、特に、直径が５００マイクロメートルから大きくても１０ミリメートルの範囲である単軸及び多軸マイクロスキャニングミラーが、静止位置の周りにねじり動作の間、十分に大きい移動振幅を達成することである。例えば、１０ミリメートルの大きさのミラーは、１０°傾く間に、約９００マイクロメートルの空洞深さを必要とする。
【００２０】
本方法はまた、パッケージ内において、規定の大気又は真空を明確に設定する可能性を提供する。
【００２１】
提案されたウエハレベルパッケージング方法によって、高い光学的品質を有した透明窓を含む各々のＭＥＭＳ部品を提供することができる。特に、光学窓の平坦性及び平面平行性は、不均一性が使用波長の４分の１を越えないように構築することができる。これは、４４０ナノメートルの青色光の場合、１１０ナノメートルの境界値に対応する。製造された光学窓の平行粗さＲｑは、５ナノメートルを超えるべきではない。
【００２２】
最後に、本方法によって、完全には決して抑止することができない、偏向される入力光線の反射を、マイクロミラーの走査範囲外に位置させることができる。
【００２３】
提案した発明によれば、簡易な方法で、光学的特性を向上する目的で、機械的に特定的に傾けられるマイクロアクチュエータを製造できる。好ましくは、このプリチルトは、ウエハレベルパッケージングプロセスの間達成される。
【００２４】
キャリア層は、本発明の典型的な実施形態においては、その上にフレームチップが設けられる分離されたキャリアチップによって形成される。
【００２５】
透明カバーは、通常、少なくとも１つのマイクロミラーの上に設けられた窓を備え、チッププレーンに対して平行に方向づけられる２つの平面平行表面を有す。その結果、カバーもウエハ基盤上に生成することができる、著しく簡易な製造が可能となる。
【００２６】
簡易な方法によって、キャリア層とフレームとの間又はフレームと透明カバーとの間に設けられる少なくとも１つのベースによって、フレームをチッププレーンから旋回させた位置において保持することができる。
【００２７】
好ましくは、先に記した零でない角度は、静止位置からの少なくとも１つのマイクロミラーの最大偏向角度より大きくするべきである。この目的は、マイクロミラーが最大偏向の間でさえも、カバー上の反射が干渉しないようにすることである。本発明の好ましい実施形態においては、この角度は、少なくとも２°であっても良く、特に好ましい場合には、少なくとも４°であっても良く、更に好ましい場合には、少なくとも６°であっても良い。
【００２８】
フレームは、良く配列された形状を有す簡易な構成により、旋回軸の周りにチッププレーンから旋回させることができる。旋回軸は複数の軸又は複数の軸の１つに平行であり、軸の周りに、少なくとも１つのマイクロミラーは弾性的に旋回可能に設計される。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータは、フレームに設けられる少なくとも１つの固定電極櫛、及びマイクロミラーに接続される少なくとも１つの旋回可能電極櫛を備える。従って、マイクロミラーは、正確且つ容易に駆動させることができる。従って、簡易な方法で、少なくとも１つのマイクロミラーを、少なくとも１つのねじりスプリングを用いて、フレームに接続することができる。
【００３０】
同様に、フレームは、弾性サスペンションを介してチップフレームに接続することができる。弾性サスペンションは、好ましくは、少なくとも１つのスパイラルスプリング又は少なくとも１つのねじり関節を含む。
【００３１】
描写型のマイクロシステムの製造に適した提案した本方法は、以下のことを提供することができる。キャリア層は、フレームチップに接続された分離されたキャリアチップによって形成されるので、キャリアチップが、透明カバーの反対に位置するフレームチップの片側に位置させることができる。
【００３２】
本方法では、簡易な方法で、キャリア層、透明カバー又はフレーム上に設けられた少なくとも１つのベースによって、フレームをチッププレーンから旋回させることができる。この目的のため、キャリア層、透明カバー又はフレームチップは、少なくとも１つのベースを含んだ如何なる通常の構造化方法によっても提供することができる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態によると、１つのウエハに基づいてそれぞれ、キャリア層及び／又はフレームチップ及び／又は透明カバーが製造できる。１つのウエハ上では、同時に、通常の同様な複数のマイクロシステムが生成できる。フレームチップを透明カバーに接続することによって、マイクロシステムを封止するときに、１つ又は複数のウエハは初めて分離される。従って、フレームチップをカバー及び更に通常はキャリアチップに接続することは、対応する−既にコネクトされた−複数のチップを形成すべく、その後初めて分離される対応する複数のウエハのボンディングによって通常は行なわれる。マイクロシステム、及び更には複数のウエハ上に生成された複数のマイクロシステムを封止するとき、これらはまた、２次元マトリクスとして提供される。当方法のこの構成は、分離中に生成された粒子が、複数のマイクロシステムに入り込まない、そしてこれにより、破損を防ぐとの多大な利点をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
以下に、図１から９を参照にして、本発明の実施形態を説明する。
【００３５】
【図１】従来技術に準じた、マイクロミラーを備えるマイクロシステムの断面である。
【００３６】
【図２】本発明の１つの実施形態における、マイクロシステムに関わるフレームチップの斜視図である。
【００３７】
【図３】マイクロシステムを封止する前の、透明カバー及びキャリアチップを有するフレームチップの断面である。
【００３８】
【図４】先に述べた本発明の１つの実施形態における、完成品のマイクロシステムの断面である。
【００３９】
【図５】図３に対応した、本願の別の１つの実施形態を説明するものである。
【００４０】
【図６】図４に対応した、図５の本発明の実施形態における、完成品のマイクロシステムを説明するものである。
【００４１】
【図７】本発明の更なる実施形態における、マイクロシステムに関わるフレームチャープを説明する詳細斜視図である。
【００４２】
【図８】図７のフレームチップにおいて、フレームチップの中央に位置するマイクロミラーが別の偏向を示すときである。
【００４３】
【図９】図７及び８に対応した、フレームチップが緩和状態のときである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１に、従来技術に関わるマイクロシステムにおける、入力ビーム５の反射の問題を示す。ここで、マイクロシステムは、カプセル化されたマイクロアクチュエータ２、及びマイクロミラー１のミラープレートを有す。マイクロミラー１のミラープレートは、緩和状態において、光学ウインドウ８の平面平行表面に平行である。それに関して、光学窓８は、カプセル化の役目を果たす透明カバー３の一部である。マイクロミラー１上で反射された出力光線７は、望まれていないが防ぐことができない入力ビーム５の反射６に平行に伸びる。その結果、投影表面４に混乱を生じさせる重なりを引き起こす。
【００４５】
図２から９、及び下記のより詳細な説明に示された本発明の実施形態、又は、対応するマイクロシステムの構成部品、繰り返される特徴は、常に同一の参照番号によって特徴付けられる。
【００４６】
図１に示したような、マイクロミラーアクチュエータ２の光学的透明平面平行カバー３に突き当たるときに生じる、（多くの場合にレーザ光線によって提供される）走査される入力光線５の反射６が、マイクロミラー１で偏向される光線７の立体角範囲において衝突することを防ぎ、それにより、投影表面４上に投影された画像の品質の妨げになることを防ぐ目的で、本発明は、マイクロミラーアクチュエータ２の特定の永続的な機械的プリチルトを提供する。このプリチルトは、一次元アクチュエータに限っては、好ましくは、マイクロアクチュエータ２の回転軸に平行である回転軸周りに行なわれるべきである。２次元アクチュエータの場合には、プリチルトは、好ましくは、マイクロアクチュエータの２つの回転軸の１つに平行である回転軸周りに行なわれるべきである。しかしながら、基本的には、マイクロアクチュエータの複数の軸の１つに平行ではない回転軸周りに傾けることも考えられる。しかし、この場合には大抵、投影画像領域の望まれないゆがみが引き起こされる。
【００４７】
このプリチルトの角度は、常に、マイクロミラー１が動作中に到達する最大の機械的傾斜角度より少なくとも僅かに大きくするべきである。このプリチルトによって、マイクロミラー１は、マイクロアクチュエータ２の動作中又はスイッチオフ状態にかかわらず、マイクロアクチュエータ２の透明カバー３の光学窓８の平面平行表面に平行となる。ウエハプレーン上、すなわち、同時にウエハのマイクロアクチュエータ２のそれぞれに対してそのような傾斜位置を達成する目的で、アクチュエータ構造を少なくとも部分的に囲い、固体チップフレーム１０上に弾性的につるされる追加フレーム１４がマイクロアクチュエータ２の設計において最初に提供される。マイクロアクチュエータ２の設計においては、追加フレーム、すなわち、その一部であるマイクロアクチュエータ２が適した状態でつるされる。従って、マイクロアクチュエータ２が単軸か多軸であるかは重要ではない。特定の力効果によって、マイクロアクチュエータ２を囲うフレーム１４は、ウエハプレーンの外へ弾性的に偏向されうる。弾性的プリチルトのそのような自由度は、例えば、適したねじり間接及び／又は（図２に示されるように）フレーム１４のサスペンション９によって達成されうる。サスペンション９は、スパイラルスプリングによって形成され、チップフレーム１０を含む、ここではフレームチップと呼ばれるマイクロチップの設計において既に提供されているものである。チップフレーム１０上には、フレーム１４が旋回可能に間接接合される。同様に、マイクロミラー１は、少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回可能にフレーム１４上に間接接合される。
【００４８】
ウエハレベルパッケージング方法の間に、プリチルトを達成する目的で、カバーを形成するウエハ、又は得られた複数のマイクロシステムのそれぞれのためのキャリアチップ１３を形成するキャリアウエハは、高くなったベース１２が、カバーを形成するウエハとフレームチップを形成するウエハとを結合する間、又は、キャリアウエハとフレームチップを形成するウエハとを結合する間、マイクロミラーアクチュエータ２とマイクロミラー１を囲い、そのためアセンブリ中にフレーム１４を偏向させる弾性的につるされたフレーム１４で終端するように、各チップフィールド内において、それぞれが少なくとも１つの高くなったベース１２と適合するように提供されてもよい。これは、ベース１２が、キャリアウエハとマイクロアクチュエータ２との間の空間より大きい相当する高さを有することを前提とする。好ましくは、高くなったベース１２は、光学的有効角度範囲を制限しないので、フレーム１４のプリチルトは、有効光学表面（ここではマイクロミラー１）の上ではなく下に位置する高くなったベース１２によってもたされる。キャリアフエハ及びキャリアチップ１３上に立つベース１２は、シリコンマイクロ技術の公知の方法、例えば、ガラスウエハ上へのシリコンウエハの陽極接合、及び後続の構造化（リソグラフィ及びプラズマエッチング）によって生成されても良い。
【００４９】
フレーム１４のサスペンション９は、最大限多様な形で幾何学的に構成されても良い。しかしながら、製造プロセスの間及び後の両方で、破損が生じないほど頑強に構成されるべきである。更に、追加のスプリングサスペンションが、マイクロアクチュエータ２の機能を損なわないよう、フレーム１４のサスペンションの寸法には注意が必要である。
【００５０】
本発明の有利な実施形態においては、傾けられるフレーム１４が、対応する位置において局所的に、通常の約６０マイクロメートルのミラー厚さを有さず、図５及び６に示したとおり、例えば５００マイクロメートルのウエハ総厚さを有す場合には、高くなったベース１２の要求される高さを減らすことができる。この場合、高くなったベース１２の高さを相当量小さくしても、同じようにフレーム１４を偏向させる目的を達成することができる。
【００５１】
図２の実施形態においては、追加フレーム１４内の単軸マイクロアクチュエータ２のサスペンションは、簡易化して表現されている。フレーム１４は、その一部において、固定チップフレーム１０上の弾性サスペンション９によって固定される。
【００５２】
図３は、ウエハプレーン上の前面でカプセル化され、チップフレーム１０とともにフレームチップを形成するシリコンマイクロミラーウエハの、キャリアウエハのアセンブリ前における、チップに限定した部分の断面を示す。ここに示したキャリアチップ１３を含むキャリアウエハは、ここではガラスウエハとして構成される。シリコンマイクロミラーウエハと、キャリアチップ１３を含むガラスウエハの調整をした後に、高くなったベース１２が、マイクロミラー１又はマイクロアクチュエータ２を囲うフレーム１４の下の意図する場所に位置するように、高くなったベース１２は、ガラスウエハ１３上に設けられる。
【００５３】
図４は、２つのウエハをアセンブリした後において、高くなったベース１２が、フレーム１４を、それによりまた、マイクロアクチュエータを、そして、それによりまた、ミラープレート１を如何にして元の位置に対して傾けるかを示すものである。
【００５４】
図５に、フレーム１４の有利な実施形態を示す。フレーム１４は、少なくとも１つの適した位置において、ウエハ全部の厚さに相当する厚さを有する。図６から分かるとおり、下側の高くなったベース１２は、マイクロミラーウエハ、及びキャリアチップ１３を形成するガラスウエハのアセンブリ後に、図３及び４の実施形態で示したものと同一の偏向を実現させる。
【００５５】
図７に、マイクロミラー１が、ねじりスプリング１７の側面に沿ってつるされた、チップフレーム１０及びマイクロアクチュエータ２を含むフレームチップを示す。マイクロミラー１の可動ミラープレートの接続は、櫛状の可動駆動電極１５によってなされる。櫛状の可動駆動電極１５は、反対に位置する固定櫛状駆動電極１６とともに、マイクロアクチュエータ２の静電駆動を形成する。マイクロアクチュエータ２のねじりスプリング１７は、可動フレーム１４内で終わっている。可動フレーム１４は、その一部において、スプリング部材によって形成されるサスペンション９を介して、固定チップフレーム１０内に移動可能につるされる。図７に、フレーム１４のプリチルト形態を示す。一方、モーメント吸収体として理解される、マイクロミラー１は、反対の方向に偏向される。
【００５６】
図８に、プリチルト状態のフレーム１４を含む、図７に示したものと同一のフレームチップを示す。プリチルト状態のフレーム１４は、ここでは、偏向されたマイクロミラー１のモーメント吸収体として働き、偏向されたマイクロミラー１の偏向方向は、フレーム１４のプリチルト方向に一致する。
【００５７】
同じく、図９に、チップフレーム１０及びマイクロアクチュエータ２を含む、図７に示したものと同一のフレームチップを示す。ここでは、フレーム１４は傾く前の状態である。図７から９に示したフレームチップは、カバー３、キャリアチップ１３、及び両者の間に設けられた部材とともに、ここで提案された形態のマイクロシステムの１つの実施形態を形成する。
【００５８】
本記載の広範な部分で説明された全ての特徴は、あらゆるサブコンビネーション、図２から９で示したマイクロシステム、又はここに記載した部品により形成したマイクロシステムにおいて、実現されても良い。これらのマイクロリアクターは、特に、本記載の広範な部分で説明した形態の方法を用いて実現することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロミラー（１）と、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）を、少なくとも１つの軸の周りに緩和静止位置から旋回させる、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータ（２）と、
フレームチップと、
前記フレームチップ上に設けられた透明カバー（３）と
を備え、
前記フレームチップは、その上に、少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）が、弾性的に旋回可能に関節接合されるチップフレーム（１０）を有し、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、更に、前記チップフレーム（１０）内、及び前記透明カバー（３）とキャリア層との間に設けられた空洞（１１）中に設けられ、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、少なくとも１つの前記軸の周りに、フレーム（１４）上で旋回可能に偏向され、前記フレームは、その一部において、前記チップフレーム（１０）上に旋回可能に関節接合され、前記フレーム（１４）は、前記キャリア層によって規定されたチッププレーンから永続的に旋回されることで、前記マイクロミラー（１）は、チッププレーンに対して零でない角度で静止位置において傾けられる、マイクロシステム。
【請求項２】
前記キャリア層は、前記フレームチップが設けられるキャリアチップ（１３）によって形成される、請求項１に記載のマイクロシステム。
【請求項３】
前記透明カバー（３）は、少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）の上に設けられる窓（８）を有し、前記チッププレーンに対して平行である２つの平面平行表面を有す、請求項１又は２に記載のマイクロシステム。
【請求項４】
前記フレーム（１４）は、前記キャリア層と前記フレーム（１４）との間、又は前記フレーム（１４）と前記透明カバー（３）との間に設けられた少なくとも１つのベース（１２）によって、前記チッププレーンから旋回した位置において保持される、請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項５】
前記零でない角度は、少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）の、前記静止位置からの最大偏向角度より大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項６】
前記零でない角度は、少なくとも２°、好ましくは、少なくとも４°である、請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）がその軸周りに弾性的に旋回する複数の軸又は複数の軸の１つに平行である旋回軸の周りに、前記フレーム（１４）は前記チッププレーンから旋回される、請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記マイクロミラーアクチュエータ（２）は、前記フレーム（１４）上に設けられた少なくとも１つの固定電極櫛と、前記マイクロミラー（１）に接続された少なくとも１つの旋回可能電極櫛とを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項９】
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、少なくとも１つのねじりスプリング（１７）によって、前記フレーム（１４）に接続される、請求項１から８のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項１０】
前記フレーム（１４）は、好ましくは少なくとも１つのスパイラルスプリング又は少なくとも１つのねじり関節を有する弾性サスペンション（９）を介して、前記チップフレーム（１０）に接続される、請求項１から９のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項１１】
フレームチップを構造することによって、チップフレーム（１０）内で少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回でき、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータ（２）によって駆動できる少なくとも１つのマイクロミラー（１）を有する前記チップフレーム（１０）が生成され、前記チップフレーム（１０）は片側において透明カバー（３）に接続される、マイクロシステムの製造方法であって、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、前記チップフレーム（１０）上に旋回可能に関節接合されるフレーム上に、少なくとも１つの前記軸の周りに旋回可能に関節接合され、
前記フレーム（１４）は、遅くとも前記マイクロシステムの封止の間、キャリア層によって規定されるチッププレーンから永続的に旋回され、前記マイクロミラー（１）は、前記チッププレーンに対して零でない角度傾いた静止位置を得ることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記キャリア層は、前記透明カバーと対向して位置する側において前記フレームチップと接続されるキャリアチップ（１３）によって形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記フレーム（１４）は、前記キャリア層上、前記透明カバー（３）上又は前記フレーム（１４）上に設けられる少なくとも１つのベース（１２）によって、前記チッププレーンから旋回されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャリア層、前記透明カバー（３）又は前記フレームチップは、少なくとも１つの前記ベース（１２）を用いた構造によって提供されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリア層、前記フレームチップ、及び前記透明カバー（３）の少なくとも１つは、１つのウエハに基づいてそれぞれ製造され、１つのウエハ上では、同時に複数のマイクロシステムが生成され、前記ウエハ又は複数のウエハは、前記フレームチップを前記透明カバー（３）に接続することによって、マイクロシステムが封止されるときに初めて分離されることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のマイクロシステムを製造するための、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロミラー（１）と、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）を、少なくとも１つの軸の周りに緩和静止位置から旋回させる、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータ（２）と、
フレームチップと、
前記フレームチップ上に設けられた透明カバー（３）と
を備え、
前記フレームチップは、その上に、少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）が、弾性的に旋回可能に関節接合されるチップフレーム（１０）を有し、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、更に、前記チップフレーム（１０）内、及び前記透明カバー（３）とキャリア層との間に設けられた空洞（１１）中に設けられ、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、少なくとも１つの前記軸の周りに、フレーム（１４）上で旋回可能に偏向され、前記フレームは、その一部において、前記チップフレーム（１０）上に旋回可能に関節接合され、前記フレーム（１４）は、前記キャリア層によって規定されたチッププレーンから永続的に旋回されることで、前記マイクロミラー（１）は、チッププレーンに対して零でない角度で静止位置において傾けられる、マイクロシステム。
【請求項２】
前記キャリア層は、前記フレームチップが設けられるキャリアチップ（１３）によって形成される、請求項１に記載のマイクロシステム。
【請求項３】
前記透明カバー（３）は、少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）の上に設けられる窓（８）を有し、前記チッププレーンに対して平行である２つの平面平行表面を有す、請求項１又は２に記載のマイクロシステム。
【請求項４】
前記フレーム（１４）は、前記キャリア層と前記フレーム（１４）との間、又は前記フレーム（１４）と前記透明カバー（３）との間に設けられた少なくとも１つのベース（１２）によって、前記チッププレーンから旋回した位置において保持される、請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項５】
前記零でない角度は、少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）の、前記静止位置からの最大偏向角度より大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項６】
前記零でない角度は、少なくとも２°、好ましくは、少なくとも４°である、請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）がその軸周りに弾性的に旋回する複数の軸又は複数の軸の１つに平行である旋回軸の周りに、前記フレーム（１４）は前記チッププレーンから旋回される、請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの前記マイクロミラーアクチュエータ（２）は、前記フレーム（１４）上に設けられた少なくとも１つの固定電極櫛と、前記マイクロミラー（１）に接続された少なくとも１つの旋回可能電極櫛とを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項９】
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、少なくとも１つのねじりスプリング（１７）によって、前記フレーム（１４）に接続される、請求項１から８のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項１０】
前記フレーム（１４）は、好ましくは少なくとも１つのスパイラルスプリング又は少なくとも１つのねじり関節を有する弾性サスペンション（９）を介して、前記チップフレーム（１０）に接続される、請求項１から９のいずれか１項に記載のマイクロシステム。
【請求項１１】
フレームチップを構造することによって、チップフレーム（１０）内で少なくとも１つの軸の周りに弾性的に旋回でき、少なくとも１つのマイクロミラーアクチュエータ（２）によって駆動できる少なくとも１つのマイクロミラー（１）を有する前記チップフレーム（１０）が生成され、前記チップフレーム（１０）は片側において透明カバー（３）に接続される、マイクロシステムの製造方法であって、
少なくとも１つの前記マイクロミラー（１）は、前記チップフレーム（１０）上に旋回可能に関節接合されるフレーム上に、少なくとも１つの前記軸の周りに旋回可能に関節接合され、
前記フレーム（１４）は、遅くとも前記マイクロシステムの封止の間、キャリア層によって規定されるチッププレーンから永続的に旋回され、前記マイクロミラー（１）は、前記チッププレーンに対して零でない角度傾いた静止位置を得ることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記キャリア層は、前記透明カバーと対向して位置する側において前記フレームチップと接続されるキャリアチップ（１３）によって形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記フレーム（１４）は、前記キャリア層上、前記透明カバー（３）上又は前記フレーム（１４）上に設けられる少なくとも１つのベース（１２）によって、前記チッププレーンから旋回されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャリア層、前記透明カバー（３）又は前記フレームチップは、少なくとも１つの前記ベース（１２）を用いた構造によって提供されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャリア層、前記フレームチップ、及び前記透明カバー（３）の少なくとも１つは、１つのウエハに基づいてそれぞれ製造され、１つのウエハ上では、同時に複数のマイクロシステムが生成され、前記ウエハ又は複数のウエハは、前記フレームチップを前記透明カバー（３）に接続することによって、マイクロシステムが封止されるときに初めて分離されることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のマイクロシステムを製造するための、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１０−５３３８８３（Ｐ２０１０−５３３８８３Ａ）
【公表日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１６４２９（Ｐ２０１０−５１６４２９）
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／００６０７０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１０３０９
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５９８０８０１６３）フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー (30)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／００６０７０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１０３０９
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５９８０８０１６３）フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー (30)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]