ＭＥＭＳデバイス
【課題】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。
【解決手段】ＳＯＩ基板（半導体基板）１００を用いて形成され複数のパッド１３を一表面側に備えたデバイス本体１、デバイス本体１の上記一表面側に接合された表面側保護基板２、デバイス本体１の他表面側に接合された裏面側保護基板３を有するＭＥＭＳチップＣと、ＭＥＭＳチップＣが実装された実装基板５とを備える。表面側保護基板２は、デバイス本体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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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部２０３が形成されている。
【解決手段】ＳＯＩ基板（半導体基板）１００を用いて形成され複数のパッド１３を一表面側に備えたデバイス本体１、デバイス本体１の上記一表面側に接合された表面側保護基板２、デバイス本体１の他表面側に接合された裏面側保護基板３を有するＭＥＭＳチップＣと、ＭＥＭＳチップＣが実装された実装基板５とを備える。表面側保護基板２は、デバイス本体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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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部２０３が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
ところで、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、特許文献１参照）。
【０００４】
ここにおいて、上記特許文献１には、ＭＥＭＳデバイスとして、図１１（ｃ）に示すように、半導体基板として第１のシリコン基板１０１ａ’と第２のシリコン基板１０１ｂ’とを絶縁層（ＳｉＯ２層）１０１ｃ’を介して張り合わせたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１００’を用いて形成され一表面側にミラー面（光学要素）２１’が設けられたミラー形成基板（デバイス本体）１’、およびミラー形成基板１’の上記一表面側に接合された透明基板からなる表面側保護基板２’を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装された実装基板５’とを備えたＭＥＭＳ光スキャナが提案されている。なお、上述のＭＥＭＳデバイスでは、表面側保護基板２’が、真空封止や汚染防止などの目的でミラー形成基板１’の上記一表面側に接合されているが、ミラー形成基板１’の他表面側に裏面側保護基板を接合して表面側保護基板２’と裏面側保護基板とミラー形成基板１’の外側フレーム部１０’とで囲まれる気密空間を真空とすることも考えられる。
【０００５】
上述のミラー形成基板１’は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、矩形枠状の外側フレーム部１０’と、外側フレーム部１０’の内側に配置されミラー面２１’が設けられた矩形板状の可動部２０’と、外側フレーム部１０’の内側で可動部２０’を挟む形で配置され外側フレーム部１０’と可動部２０’とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部３０’，３０’とを備えている。また、ミラー形成基板１’は、可動部２０’において一対の捩りばね部３０’，３０’を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成された２つの可動電極（電気要素）２２’，２２’と、外側フレーム部１０’に形成され可動電極２２’に対向する２つの固定電極（電気要素）１２’，１２’とで構成され静電力により可動部２０’を駆動する静電駆動式の駆動手段を備えており、可動電極２２’，２２’および固定電極１２’，１２’それぞれがパッド１３’，１３’，１３’，１３’と電気的に接続されている。
【０００６】
ここにおいて、図１１（ｂ）では、ミラー形成基板１’の上記一表面側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が、図１１（ｃ）に示した構成のＭＥＭＳデバイスでは、表面側保護基板２’に形成した貫通孔２０２’に埋設された貫通電極２０６’と実装基板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。
【０００７】
また、図１１（ｃ）に示した構成のＭＥＭＳ光スキャナは、実装基板５’におけるミラー形成基板１’側の表面に、可動部２０’の変位空間を確保する変位空間形成用凹部５１０’が形成されており、表面側保護基板２’と外側フレーム部１０’と実装基板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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２５７９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１１（ｃ）に示した構成のＭＥＭＳデバイスでは、上述のように、表面側保護基板２’に形成した貫通孔２０２’に埋設された貫通電極２０６’と実装基板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おり、ボンディングワイヤ６’が表面保護基板２’の表面よりも突出しているので、ハンドリング時などにボンディングワイヤ６’が外部物体と接触してボンディングワイヤが破損してしまう恐れがあった。そこで、ボンディングワイヤ６’を保護するためにボンディングワイヤ６’を覆う樹脂からなる保護部を設けることも考えられるが、保護部に多量の樹脂を必要とし、保護部に起因してミラー形成基板１’にかかる応力が大きくなって特性が変化したり、製造時に樹脂が表面側保護基板２’における光の入射部位や出射部位の上まで流れて当該樹脂に起因した凹凸が形成され光学特性が変化する恐れがある。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、半導体基板を用いて形成され複数のパッドを一表面側に備えたデバイス本体、デバイス本体の前記一表面側に接合された表面側保護基板を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装された実装基板とを備え、表面側保護基板は、デバイス本体の各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる複数の貫通孔が形成され、且つ、各貫通孔それぞれに各別に連通するととともに貫通孔側とは反対側が開放されデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターン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部が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、表面側保護基板は、デバイス本体の各パッドそれぞれを露出させる複数の貫通孔が形成され、且つ、各貫通孔それぞれに各別に連通するととともに貫通孔側とは反対側が開放されデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターン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部が形成されているので、表面側保護基板の表面よりもボンディングワイヤが突出するのを防止することができ、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となる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記表面側保護基板は、前記各貫通孔が前記各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる大きさに形成され、前記ＭＥＭＳチップは、前記デバイス本体の他表面側に接合された裏面側保護基板を備え、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間を気密空間としてあることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記表面側保護基板の前記各貫通孔が前記各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる大きさに形成され、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間が気密空間であり、しかも、前記表面側保護基板が前記各パッドと重なることがなく、前記表面側保護基板と前記デバイス本体との間に前記各パッドの一部が介在することもないので、前記表面側保護基板と前記デバイス本体との接合が前記各パッドにより妨げられるのを防止することができるから、前記各パッド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、前記デバイス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することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ＭＥＭＳチップは、前記気密空間を真空雰囲気としてあり、前記表面側保護基板と前記裏面側保護基板との一方において前記気密空間に臨む部位にゲッタが配置されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記気密空間の真空度を高めることができるとともに、前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の変化を防止することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記実装基板は、前記導体パターンを含む平面よりも凹んだ凹部を有し、当該凹部の内底面に前記ＭＥＭＳチップが搭載されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記デバイス本体の厚み方向に沿った方向における前記パッドと前記導体パターンとの高低差を低減でき、前記ボンディングワイヤが前記溝部の両端で前記表面側保護基板に接触するのを防止することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記溝部に充填され前記ボンディングワイヤを保護する樹脂からなる保護部を備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記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、しかも、前記貫通孔が樹脂溜まりとしての機能を有することとなり、樹脂が前記表面側保護基板の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、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となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】同上のＭＥＭＳデバイスを示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は要部概略断面図である。
【図３】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ｂ’概略断面図である。
【図４】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例の概略斜視図である。
【図６】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。
【図７】同上のＭＥＭＳデバイスの概略斜視図である。
【図８】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。
【図９】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例の概略斜視図である。
【図１１】従来例を示し、（ａ）はミラー形成基板の概略平面図、（ｂ）はミラー形成基板を実装基板に実装した状態での概略断面図、（ｃ）はＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ光スキャナ）の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）
本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、ＭＥＭＳ光スキャナを例示する。
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態のＭＥＭＳスキャナは、ＭＥＭＳチップＣと、ＭＥＭＳチップＣが実装された実装基板５とを備えている。
【００２６】
ここにおいて、ＭＥＭＳチップＣは、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を用いて形成され、外周形状が矩形状の枠状（ここでは、矩形枠状）の外側フレーム部１０、外側フレーム部１０の内側に配置され平面視矩形状のミラー面（光学要素）２１が設けられた平面視矩形状の可動部２０、および外側フレーム部１０の内側で可動部２０を挟む形で配置され外側フレーム部１０と可動部２０とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部（機械要素）３０，３０を有するデバイス本体（ミラー形成基板）１と、第１のガラス基板２００を用いて形成されデバイス本体１においてミラー面２１が設けられた一表面側に接合された表面側保護基板（第１のカバー基板）２と、第２のガラス基板３００を用いて形成されデバイス本体１の他表面側に接合された裏面側保護基板（第２のカバー基板）３とを備えている。
【００２７】
ここで、デバイス本体１、表面側保護基板２および裏面側保護基板３の外周形状は矩形状であり、表面側保護基板２および裏面側保護基板３はデバイス本体１と同じ外形寸法に形成されている。
【００２８】
上述のデバイス本体１は、導電性を有する第１のシリコン層（活性層）１００ａと第２のシリコン層（シリコン基板）１００ｂとの間に絶縁層（ＳｉＯ２層）１００ｃが介在する上述の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してある。また、表面側保護基板２は、それぞれパイレックス（登録商標）ガラスなどからなる２枚のガラス板を厚み方向に重ねて接合することにより形成した第１のガラス基板２００を用いて形成してあり、裏面側保護基板３は、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなる第２のガラス基板３００を加工することにより形成してある。なお、ＳＯＩ基板１００は、第１のシリコン層１００ａの厚さを３０μｍ、第２のシリコン層１００ｂの厚さを４００μｍに設定し、第１のガラス基板２００および第２のガラス基板３００の厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定してあるが、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、半導体基板たるＳＯＩ基板１００の一表面である第１のシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。また、デバイス本体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。
【００２９】
デバイス本体１の外側フレーム部１０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａ、絶縁層１００ｃ、第２のシリコン層１００ｂそれぞれを利用して形成してあり、外側フレーム部１０のうち第１のシリコン層１００ａにより形成された部位が表面側保護基板２の外周部と全周に亘って接合され、外側フレーム部１０のうち第２のシリコン層１００ｃにより形成された部位が裏面側保護基板３の外周部と全周に亘って接合されており、上記一表面側において外側フレーム部１０に、可動部２０を駆動する後述の駆動手段に電気的に接続される２つのパッド１３，１３が形成されている。各パッド１３，１３は平面視形状が円形状であり、第１の金属膜（例えば、Ａｌ膜など）により構成されている。なお、本実施形態では、外側フレーム部１０が、デバイス本体１の周部を構成している。また、本実施形態では、各パッド１３，１３の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３０】
また、デバイス本体１の可動部２０および各捩りばね部３０，３０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａを用いて形成されており、外側フレーム部１０よりも十分に薄肉となっている。また、可動部２０に設けられたミラー面２１は、可動部２０において第１のシリコン層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膜など）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の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３１】
以下では、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの左下に示すように、平面視において一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に直交する方向をｘ軸方向、一対の捩りばね部３０，３０の並設方向をｙ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向として説明する。
【００３２】
上述のデバイス本体１は、一対の捩りばね部３０，３０がｙ軸方向に並設されており、可動部２０が、外側フレーム部１０に対して一対の捩りばね部３０，３０の回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の捩りばね部３０，３０は、外側フレーム部１０に対して可動部２０が揺動自在となるように外側フレーム部１０と可動部２０とを連結している。言い換えれば、外側フレーム部１０の内側に配置される可動部２０は、可動部２０から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの捩りばね部３０，３０を介して外側フレーム部１０に揺動自在に支持されている。ここで、一対の捩りばね部３０，３０は、両者のｙ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視で可動部２０の重心を通るように形成されている。なお、各捩りばね部３０，３０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、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動部２０およびミラー面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、外側フレーム部１０の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３３】
上述のデバイス本体１は、可動部２０において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極（電気要素）２２と、外側フレーム部１０に形成され可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極（電気要素）１２とで構成され静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を備えている。なお、本実施形態では、駆動手段が、静電力により可動部２０を駆動するものであるが、静電力によって可動部２０を駆動する静電駆動式に限らず、電磁力によって可動部２０を駆動する電磁駆動式でもよいし、圧電素子（電気機械要素）によって可動部２０を駆動する圧電駆動式でもよい。
【００３４】
上述の固定電極１２，１２は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部１２ａが外側フレーム部１０のうちｙ軸方向に沿った枠片部において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位の一部により構成されており、櫛骨部１２ａにおける可動部２０との対向面（外側フレーム部１０におけるｙ軸方向に沿った内側面）には、第１のシリコン層１００ａの一部からなる多数の固定櫛歯片１２ｂが一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に沿って列設されている。一方、可動電極２２，２２は、可動部２０における固定電極１２の櫛骨部１２ａ側の櫛骨部２２ａ，２２ａの側面（可動部２０におけるｙ軸方向に沿った側面）において、第１のシリコン層１００ａの一部により構成され固定櫛歯片１２ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２２ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の固定電極１２と櫛形状の可動電極２２とは、櫛骨部１２ａ，２２ａが互いに対向し、固定電極１２の各固定櫛歯片１２ｂが可動電極２２の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとが、ｙ軸方向において互いに離間しており、固定電極１２と可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、固定電極１２と可動電極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、ｙ軸方向における固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとの間の隙間は、例えば、５μｍ〜２０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３５】
デバイス本体１の外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位には、一方のパッド１３（図１における右側のパッド１３ｂ）が固定電極１２，１２に電気的に接続されるとともに他方のパッド１３（図１における左側のパッド１３ａ）が可動電極２２，２２に電気的に接続され、且つ、固定電極１２，１２と可動電極２２，２２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，１０ａ，１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれる空間からなる気密空間の気密性を確保している。なお、各パッド１３，１３は、外部からの給電用に設けられたものであり、各パッド１３の材料としては、第１のシリコン層１００ａに対してオーミック接触が可能な材料であり、且つ、ボンディングワイヤ６のボンディングが可能な材料を採用すればよく、例えば、ＡｕやＡｌ、Ａｌ−Ｓｉなどを採用すればよい。
【００３６】
外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部分は、上述のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成することにより、一端部が可動部２０の外側面に連続一体に連結された各捩りばね部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１１ａ，１１ｂと、一方のアンカー部１１ａａと一方のパッド１３ａが形成された矩形状の島部１１ｃと、上記一方のアンカー部１１ａｂと島部１１ａｃとをつなぐ平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとで構成される第１の導電性構造体１１ａが、可動部２０の可動電極２２，２２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１１ｂが固定電極１２，１２と同電位になる。
【００３７】
表面側保護基板２は、上述のように第１のガラス基板２００を用いており、第１のガラス基板２００の厚み方向に貫通して各パッド１３，１３それぞれを露出させる２つの貫通孔２０２，２０２が形成されている。ここにおいて、表面側保護基板２の各貫通孔２０２，２０２は、各パッド１３，１３それぞれを全周に亘って露出させる大きさであり、デバイス本体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ている。ここで、表面側保護基板２の各貫通孔２０２，２０２は、サンドブラスト法により形成してあるが、サンドブラスト法に限定するものではなく、貫通孔２０２，２０２の形状によっては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。
【００３８】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３，１３の平面視形状を直径が０．５ｍｍの円形状としてあり、各貫通孔２０２，２０２のデバイス本体１側での開口径が０．５ｍｍよりも大きくなるようにしてあるが、各パッド１３，１３の直径は特に限定するものではなく、また、必ずしも円形状とする必要はなく、例えば、正方形状としてもよいが、貫通孔２０２，２０２の開口径を小さくするうえでは円形状の方が正方形状よりも好ましい。
【００３９】
ここにおいて、各パッド１３，１３の一部が厚み方向において表面側保護基板２に重なる場合には、パッド１３，１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれて製造時の歩留まり低下や、動作安定性の低下、経時安定性の低下の原因となる懸念があり、外側フレーム部１０の幅寸法（外側フレーム部１０の外側面と内側面との距離）を増大させる必要が生じてＭＥＭＳチップＣの小型化が制限されてしまうことが考えられる。
【００４０】
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳスキャナでは、表面側保護基板２が各パッド１３，１３と重なることがなく、表面側保護基板２と外側フレーム部１０との間にパッド１３，１３の一部が介在することもないので、表面側保護基板２とデバイス本体１の外側フレーム部１０との接合が各パッド１３，１３により妨げられるのを防止することができるから、パッド１３，１３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、外側フレーム部１０の幅寸法を増大させずに歩留まりの向上による低コスト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。
【００４１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、デバイス本体１の外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれる気密空間を真空とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となるので、上記気密空間を真空とするとともに、裏面側保護基板３におけるミラー形成基板１との対向面において外側フレーム部１０に接合される部位よりも内側の適宜部位（上記気密空間に臨む部位）にゲッタ４を配置してある。なお、ゲッタ４としては、非蒸発型ゲッタが好ましく、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。
【００４２】
ところで、表面側保護基板２の基礎となる第１のガラス基板２００は、デバイス本体１との対向面に可動部２０の変位空間を確保する変位空間形成用凹部（以下、第１の変位空間形成用凹部と称する）２０１を有しているが、上述のように２枚のガラス板を接合して形成されており、デバイス本体１に近い側に配置するガラス板（以下、第１のガラス板と称する）において第１の変位空間形成用凹部２０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともにデバイス本体１から遠い側に配置するガラス板（以下、第２のガラス板と称する）を平板状としてあるので、１枚のガラス基板を用いて当該ガラス基板にサンドブラスト加工などにより第１の変位空間形成用凹部２０１を形成する場合に比べて、第１の変位空間形成用凹部２０１の内底面を滑らかな表面とすることができ、第１の変位空間形成用凹部２０１の内底面での拡散反射、光拡散、散乱損失などを低減できる。なお、表面側保護基板２は、ＭＥＭＳデバイスの光学要素（本実施形態では、ミラー面２１）で扱う光（本実施形態では、走査対象の光）に対して透明な基板を用いて形成すればよく、可視光から近赤外光の波長域の光を扱う場合には、ガラス基板を用いることが好ましく、赤外光を扱う場合にはシリコン基板を用いることが好ましい。ここにおいて、光学要素で光を扱うとは、対象の光を反射することに限らず、例えば、対象の光を受光して光電変換することや、発光素子からなる光学要素から光を放射させることも含む概念である。
【００４３】
裏面側保護基板３は、第２のガラス基板３００を用いて形成されており、第２のガラス基板３００におけるデバイス本体１側の一表面に、凹部３０１を形成してあり、当該凹部３０１が、可動部２０の変位空間を確保するための第２の変位空間形成用凹部を兼ねるとともにゲッタ４の収納部を兼ねている（凹部３０１の内底面上にフィルム状のゲッタ４を配置してある）が、半導体基板を構成するＳＯＩ基板１００の第２のシリコン層１００ｂの厚みなどによっては、厚み方向の両面を平面状としてもよい。ここにおいて、第２のガラス基板３００の上記一表面に凹部３０１を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。また、裏面側保護基板３についても、表面側保護基板２と同様、２枚のガラス板を接合して形成してもよく、デバイス本体１に近い側に配置するガラス板（以下、第３のガラス板と称する）において凹部３０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともにデバイス本体１から遠い側に配置するガラス板（以下、第４のガラス板と称する）を平板状としてもよい。なお、裏面側保護基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、デバイス本体１との接合が容易で且つ半導体基板（ＳＯＩ基板１００）の材料であるＳｉとの線膨張率差が小さな材料により形成された基板であればよく、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、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すればよい。
【００４４】
なお、上述の各ガラス基板２００，３００のガラス材料としては、デバイス本体１との接合が容易で且つ半導体基板（ＳＯＩ基板１００）の材料であるＳｉとの線膨張率差が小さな硼珪酸ガラスが好ましく、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）などを採用すればよいが、硼珪酸ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。また、本実施形態では、表面側保護基板２および裏面側保護基板３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の変位空間形成用凹部２０１および凹部３０１の深さを３００μｍ〜８００μｍの範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、可動部２０のｚ軸方向への変位量に応じて適宜設定すればよく（つまり、可動部２０の回動運動を妨げない深さであればよく）、特に限定するものではない。
【００４５】
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。
【００４６】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、一対のパッド１３，１３を通して、対向する可動電極２２と固定電極１２との間に可動部２０を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、可動電極２２・固定電極１２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ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、可動電極２２・固定電極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、可動部２０を揺動させることができる。
【００４７】
ここで、上述の可動部２０は、内部応力に起因して、静止状態でも水平姿勢（ｘｙ平面に平行な姿勢）ではなく、きわめて僅かであるが傾いているので、例えば、可動電極２２・固定電極１２間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部２０に略垂直な方向（ｚ軸方向）の駆動力が加わり、可動部２０が一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として当該一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動する。そして、可動電極２２・固定電極１２間の駆動力を、可動櫛歯片２２ｂと固定櫛歯片１２ｂとが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動部２０は、慣性力により、一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動し続ける。そして、可動部２０の回動方向への慣性力と、一対の捩りばね部３０，３０の復元力とが等しくなったとき、当該回動方向への可動部２０の回動が停止する。このとき、可動電極２２・固定電極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、可動部２０は、一対の捩りばね部３０，３０の復元力と可動電極２２および固定電極１２により構成される駆動手段の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動部２０は、駆動手段の駆動力と一対の捩りばね部３０，３０の復元力とによる回動を繰り返して、一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として揺動する。
【００４８】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０と一対の捩りばね部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、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。なお、可動電極２２・固定電極１２間への電圧（駆動電圧）の印加形態や周波数は特に限定するものではなく、例えば、可動電極２２・固定電極１２間に印加する電圧を正弦波電圧としてもよい。
【００４９】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおけるＭＥＭＳチップＣの製造方法について図４を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図３（ａ）のＡ−Ｂ’断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００５０】
まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（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金属膜形成工程を行い、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を形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。なお、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１３，１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３，１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよく、パッド形成工程と反射膜形成工程との順序はどちらが先でもよい。
【００５１】
上述の各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動部２０、一対の捩りばね部３０，３０、外側フレーム部１０、固定電極１２，１２、可動電極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のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層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１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。要するに、第１のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上記一表面から第１の所定深さまでエッチングする表面側パターニング工程を構成している。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層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、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００５２】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部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のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層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第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。要するに、第２のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上記他表面から第２の所定深さまでエッチングする裏面側パターニング工程を構成している。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層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、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００５３】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃにおいて外側フレーム部１０と可動部２０との間の部位、可動電極２２，２２と固定電極１２，１２との間の部位を、ＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成してから、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去し、その後、デバイス本体１と、表面側保護基板２および裏面側保護基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造のＭＥＭＳチップＣを得る。
【００５４】
ここにおいて、接合工程では、デバイス本体１のミラー面２１を保護する観点から、表面側保護基板２とデバイス本体１とを接合する第１の接合過程を行ってから、デバイス本体１１と裏面側保護基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の変位空間形成用凹部２０１や各貫通孔２０２，２０２および後述の溝部２０３，２０３を形成した表面側保護基板２とデバイス本体１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと表面側保護基板２との間に表面側保護基板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、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと裏面側保護基板３との陽極接合を行う。なお、デバイス本体１と表面側保護基板２および裏面側保護基板３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と表面側保護基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成し、その後、デバイス本体１と裏面側保護基板３とを接合するようにしてもよい。
【００５５】
以上説明したＭＥＭＳチップＣの製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をデバイス本体１、表面側保護基板２および裏面側保護基板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Ｃを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳチップＣに分割する分割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Ｃの製造方法では、デバイス本体１を複数形成した第１のウェハと、表面側保護基板２を複数形成した第２のウェハおよび裏面側保護基板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、その後、ウェハレベルパッケージ構造体からデバイス本体１の外形サイズに分割するようにしているので、表面側保護基板２および裏面側保護基板３の平面サイズをデバイス本体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Ｃの量産性を高めることができる。
【００５６】
また、上述の実装基板５は、ＭＥＭＳチップＣの各パッド１３それぞれが各別の金属細線からなるボンディングワイヤ６を介して電気的に接続される複数の導体パターン（電極）５０２が一表面側に形成されている。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、導体パターン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。
【００５７】
また、実装基板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）からなる外部接続電極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、各導体パターン５０２と外部接続電極５０４とを電気的に接続する配線用導体パターン５０３も形成されているが、導体パターン５０２と外部接続電極５０４とが連続して形成されるような配置にすれば、配線用導体パターン５０３は設ける必要はない。なお、外部接続電極５０４および配線用導体パターン５０３の材料は、導体パターン５０２と同様、Ａｕが好ましい。
【００５８】
ところで、ＭＥＭＳチップＣの表面側保護基板２は、上述のように、デバイス本体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（ここでは、２つ）の貫通孔２０２が形成されているが、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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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）の溝部２０３が形成されている。ここにおいて、実装基板５の各導体パターン５０２は、ＭＥＭＳチップＣにおけるデバイス本体１の対応するパッド１３（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、溝部２０３は、１対１で対応するパッド１３と導体パターン５０２との並び方向に沿って走るように形成されている。溝部２０３の深さ寸法は、当該溝部２０３に通したボンディングワイヤ６が、表面側保護基板２の表面を含む平面から突出しないようにボンディングワイヤ６を退避させる（隠す）ことができる値であればよい。さらに、溝部２０３について説明すれば、デバイス本体１の構造によっては、溝部２０３を表面側保護基板２の厚み方向に貫通する形で形成してもよいが、デバイス本体１と表面側保護基板２との接合面積や、ＭＥＭＳチップＣ内部の気密性の観点から、貫通していないことが好ましく、溝部２０３の深さ寸法は、貫通孔２０３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、図１における左側のパッド１３（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、図１における左側の溝部２０３は、表面側保護基板２の厚み方向に貫通しない形で形成する必要がある。なお、溝部２０３の幅寸法は、ボンディングワイヤ６を通すことができる寸法であればよく、本実施形態では、表面側保護基板２の表面における貫通孔２０２の開口径よりも小さな値に設定してあるが、幅寸法は特に限定するものではない。また、溝部２０３の開口形状も特に限定するものではなく、溝部２０３の内側面がテーパ面となっていてもよい。また、表面側保護基板２の溝部２０３は、ドリル加工法により形成してあるが、これに限らず、例えば、サンドブラスト法やエッチング法などにより形成してもよく、表面側保護基板２の材料や溝部２０３の所望の開口形状に応じて適宜採用すればよい。
【００５９】
また、実装基板５は、中央部に、導体パターン５０２を含む平面よりも凹んだ凹部５０１が形成されており、当該凹部５０１の内底面にＭＥＭＳチップＣが搭載されているので、凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、デバイス本体１の厚み方向に沿った方向におけるパッド１３と導体パターン５０２との高低差を低減でき、ボンディングワイヤ６が溝部２０３の両端で表面側保護基板２に接触するのを防止することができる。ここで、凹部５０１の深さ寸法は、ＭＥＭＳチップＣの裏面からパッド１３表面までの高さに応じて適宜設定すればよく、例えば、数百μｍ〜１ｍｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。言い換えれば、実装基板５の凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、デバイス本体１の厚み方向に沿った方向におけるパッド１３と導体パターン５０２との高低差を調整することができる。なお、ＭＥＭＳチップＣは、実装基板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）を採用すればよいが、実装基板５の凹部５０１の内底面からパッド１３表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用いてもよい。また、実装基板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。
【００６０】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、図２（ｂ）に示すように、デバイス本体１の厚み方向（図２（ｂ）における上下方向）において、デバイス本体１のパッド１３の表面が、実装基板５の導体パターン５０２の表面よりも所定長さ（例えば、２００μｍ〜５００μｍ程度）だけ低い位置となるように実装基板５の凹部５０１の深さ寸法を設定することが好ましく、このような構成にすることで、ボンディングワイヤ６が、溝部２０３の両端で表面側保護基板２に接触するのを防止することができ、良好なワイヤボンディングを実現することができる。さらに、良好なワイヤボンディングを実現するためには、溝部２０３の深さ寸法よりも、表面側保護基板２の表面における貫通孔２０２の開口径を大きくすることが好ましい。
【００６１】
本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造にあたっては、上述のＭＥＭＳチップＣの製造方法により製造されたＭＥＭＳチップＣを実装基板５に接着することで実装基板５に搭載するチップ搭載工程を行い、その後、ＭＥＭＳチップＣにおけるデバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン５０２とをボンディングワイヤ６を介して電気的に接続するワイヤボンディング工程を行うようにすればよく、当該ワイヤボンディング工程において、ボンディングワイヤ６を表面側保護基板２の溝部２０３に通すようにしている。
【００６２】
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、表面側保護基板２は、デバイス本体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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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部２０３が形成されているので、表面側保護基板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、デバイス本体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。
【００６３】
また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳチップＣにおいて、デバイス本体１の周部を構成する外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれた空間が気密空間であり、しかも、表面側保護基板２が各パッド１３と重なることがなく、表面側保護基板２とデバイス本体１との間に各パッド１３の一部が介在することもないので、表面側保護基板２とデバイス本体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、デバイス本体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。
【００６４】
また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳチップＣの上記気密空間を真空雰囲気としてあり、裏面側保護基板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、可動部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Ｃの構造によっては、表面側保護基板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、表面側保護基板２と裏面側保護基板３の両方にゲッタ４を配置するようにしてもよい。
【００６５】
ところで、上述のＭＥＭＳデバイスにおいて、図５に示すように、各溝部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。
【００６６】
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、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、樹脂が表面側保護基板２の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。なお、保護部７の形成にあたっては、ディスペンサなどを利用して溝部２０３に樹脂を充填すればよい。
【００６７】
また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａにより各捩りばね部３０，３０を形成してあるので、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捩りばね部３０，３０の厚み寸法の精度を高めることができ、可動部２０と一対の捩りばね部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。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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２０および裏面側保護基板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。
【００７１】
本実施形態では、可動部２０が、外側フレーム部１０に一対の捩りばね部３０，３０（以下、第１の捩りばね部３０，３０と称する）を介して揺動自在に支持された枠状（ここでは、矩形枠状）の可動フレーム部２３と、可動フレーム部２３の内側に配置されミラー面２１が設けられた平面視矩形状のミラー部２４と、可動フレーム部２３の内側でミラー部２４を挟む形で配置され可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部２５，２５（以下、第２の捩りばね部２５，２５と称する）とを有している。
【００７２】
第２の捩りばね部２５，２５は、第１の捩りばね部３０，３０の並設方向（ｙ軸方向）とは直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。要するに、可動部２０は、一対の第２の捩りばね部２５，２５がｘ軸方向に並設されており、ミラー部２４が、可動フレーム部２３に対して一対の第２の捩りばね部２５，２５の回りで変位可能となっている（ｘ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、可動フレーム部２３に対してミラー部２４が揺動自在となるように可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結している。言い換えれば、可動フレーム部２３の内側に配置されるミラー部２４は、ミラー部２４から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの第２の捩りばね部２５，２５を介して可動フレーム部２３に揺動自在に支持されている。ここで、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、両者のｘ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視でミラー部２４の重心を通るように形成されている。なお、各第２の捩りばね部２５，２５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、ミラー部２４およびミラー面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、可動フレーム部２３の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００７３】
上述の説明から分かるように、ミラー部２４は、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動と、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動とが可能である。要するに、ミラー部２４のミラー面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、可動部２０は、可動フレーム部２３における表面側保護基板２側とは反対側に一体に設けられ可動フレーム部２３を支持する枠状の支持体２９を備えており、当該支持体２９が可動フレーム部２３と一体に回動可能となっている。
【００７４】
そこで、裏面側保護基板３は、第２のガラス基板３００におけるデバイス本体１側の上記一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための第２の変位空間形成用凹部３０１を形成してある。
【００７５】
また、本実施形態では、外側フレーム部１０に、３つのパッド１３，１３，１３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、表面側保護基板２に、各パッド１３，１３，１３それぞれを各別に露出させる３つのテーパ状の貫通孔２０２，２０２，２０２が貫設され、各貫通孔２０２ごとに貫通孔２０２に連通する溝部２０３が形成されている。
【００７６】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおけるデバイス本体１は、実施形態１と同様、可動部２０において一対の第１の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の第１の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２，２２（以下、第１の可動電極２２，２２と称する）と、外側フレーム部１０に形成され第１の可動電極２２，２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２，１２（以下、第１の固定電極１２，１２と称する）とを備えているだけでなく、さらに、ミラー部２４において一対の第２の捩りばね部２５，２５を結ぶ方向（一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向）に直交する方向（つまり、ｙ軸方向）の両側に形成された櫛形状の第２の可動電極２７，２７と、可動フレーム部２３に形成され第２の可動電極２７，２７の複数の可動櫛歯片２７ｂに対向する複数の固定櫛歯片２６ｂを有する櫛形状の第２の固定電極２６，２６とを備えており、第１の可動電極２２，２２と第１の固定電極１２，１２との組、第２の可動電極２７，２７と第２の固定電極２６，２６との組、それぞれが静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。
【００７７】
上述の第２の固定電極２６，２６は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部２６ａが可動フレーム部２３の一部により構成されており、櫛骨部２６ａにおけるミラー部２４との対向面（可動フレーム部２３におけるｘ軸方向に沿った内側面）には多数の固定櫛歯片２６ｂが一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向に沿って列設されている。一方、第２の可動電極２７，２７はミラー部２４の一部により構成されており、第２の固定電極２６，２６の櫛骨部２６ａ，２６ａ側の側面（ミラー部２４におけるｘ軸方向に沿った側面）には、固定櫛歯片２６ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２７ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の第２の固定電極２６と櫛形状の第２の可動電極２７とは、櫛骨部２６ａ，２７ａが互いに対向し、第２の固定電極２６の各固定櫛歯片２６ｂが第２の可動電極２７の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとが、ｘ軸方向において互いに離間しており、第２の固定電極２６と第２の可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、第２の固定電極２６と第２の可動電極２７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、ｘ軸方向における固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００７８】
デバイス本体１は、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成するとともに、可動部２０の可動フレーム部２３において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａを形成することにより、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り、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り、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。
【００７９】
ここで、外側フレーム部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の平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と表面側保護基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれる空間の気密性を確保している。
【００８０】
また、可動部２０における可動フレーム部２３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２のシリコン層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、可動フレーム部２３に複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａを形成した構成を採用しながらも支持体２９により可動フレーム部２３を支持しているので、可動フレーム部２３と支持体２９とが、一対の第１の捩りばね部３０，３０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、可動フレーム部２３のうち各固定櫛歯片２６ｂおよび各可動櫛歯片２２ｂ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、可動フレーム部２３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、平面視において一対の第１の捩りばね部３０，３０のｙ軸方向に沿った中心線を結ぶ直線の略真ん中に位置するように形状設計してある。しかして、可動部２０が一対の第１の捩りばね部３０，３０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２のシリコン層１００ｂにより構成される部位の厚さを外側フレーム部１０において第２のシリコン層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。
【００８１】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、例えば、第１の可動電極２２および第２の固定電極２６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の固定電極１２および第２の可動電極２７それぞれの電位を周期的に変化させることにより、可動部２０を一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで回動させることができるとともに、ミラー部２４を一対の第２の捩りばね部２５，２５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、対向する第１の固定電極１２と可動電極２２との間に可動部２０を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動し、また、一対のパッド１３ａ，１３ｃを通して、対向する第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間にミラー部２４を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に静電力が発生し、ミラー部２４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の固定電極１２・第１の可動電極２２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ることができ、可動部２０全体を揺動させることができ、さらに、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７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ることができ、可動部２０のミラー部２４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、外側フレーム部１０と表面側保護基板２とで囲まれた空間側において、第１のシリコン層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９（ｆ）参照）が形成されている。
【００８２】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に、可動部２０と一対の第１の捩りばね部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、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に、ミラー部２４と一対の第２の捩りばね部２５，２５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、ミラー部２４が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（可動フレーム部２３における表面側保護基板２側の表面に平行な面を基準としたときの傾き）が大きくなる。
【００８３】
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が、（ａ）〜（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。
【００８４】
まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側および上記他表面側それぞれに熱酸化法などによりシリコン酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成する酸化膜形成工程を行うことによって、図９（ａ）に示す構造を得る。
【００８５】
その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側のシリコン酸化膜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の捩りばね部３０，３０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第１のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。
【００８６】
その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ膜など）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、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を形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。なお、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１３，１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３，１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよい。
【００８７】
上述の各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動フレーム部２３、ミラー部２４、一対の第１の捩りばね部３０，３０、一対の第２の捩りばね部２５，２５、外側フレーム部１０、第１の固定電極１２，１２、第２の可動電極２２，２２、第２の固定電極２６，２６、第２の可動電極２７，２７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をマスクとして、第１のシリコン層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１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層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、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８８】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部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をマスクとして、第２のシリコン層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第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層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、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８９】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの不要部分をＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成し、続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去し、その後、デバイス本体１と、表面側保護基板２および裏面側保護基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図９（ｆ）に示す構造のＭＥＭＳチップＣを得る。ここにおいて、接合工程では、デバイス本体１のミラー面２１を保護する観点から、表面側保護基板２とデバイス本体１とを接合する第１の接合過程を行ってから、デバイス本体１と裏面側保護基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。なお、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と表面側保護基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成し、その後、デバイス本体１と裏面側保護基板３とを接合するようにしてもよい。
【００９０】
ところで、本実施形態におけるＭＥＭＳチップＣの製造方法では、実施形態１と同様、
微細周期構造形成工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板１および各カバー基板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するようにし、当該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分割工程を行うようにしている。要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、ミラー形成基板１を複数形成した第１のウェハと、第１のカバー基板２を複数形成した第２のウェハおよび第２のカバー基板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た後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第１のカバー基板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６を形成し、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１の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板２，３の平面サイズをミラー形成基板１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６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。
【００９１】
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、接合工程が終了するまでの全工程をデバイス本体１、表面側保護基板２および裏面側保護基板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Ｃを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳチップＣに分割する分割工程を行うようにしている。
【００９２】
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、表面側保護基板２は、デバイス本体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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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部２０３が形成されているので、表面側保護基板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、デバイス本体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。
【００９３】
また、上述のＭＥＭＳデバイスにおいて、図１０に示すように、各溝部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、樹脂が表面側保護基板２の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
Ｃ ＭＥＭＳチップ
１ デバイス本体
２ 表面側保護基板
３ 裏面側保護基板
４ ゲッタ
５ 実装基板
７ 保護部
１３ パッド
１００ ＳＯＩ基板（半導体基板）
２０２ 貫通孔
２０３ 溝部
５０１ 凹部
５０２ 導体パターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
ところで、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、特許文献１参照）。
【０００４】
ここにおいて、上記特許文献１には、ＭＥＭＳデバイスとして、図１１（ｃ）に示すように、半導体基板として第１のシリコン基板１０１ａ’と第２のシリコン基板１０１ｂ’とを絶縁層（ＳｉＯ２層）１０１ｃ’を介して張り合わせたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１００’を用いて形成され一表面側にミラー面（光学要素）２１’が設けられたミラー形成基板（デバイス本体）１’、およびミラー形成基板１’の上記一表面側に接合された透明基板からなる表面側保護基板２’を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装された実装基板５’とを備えたＭＥＭＳ光スキャナが提案されている。なお、上述のＭＥＭＳデバイスでは、表面側保護基板２’が、真空封止や汚染防止などの目的でミラー形成基板１’の上記一表面側に接合されているが、ミラー形成基板１’の他表面側に裏面側保護基板を接合して表面側保護基板２’と裏面側保護基板とミラー形成基板１’の外側フレーム部１０’とで囲まれる気密空間を真空とすることも考えられる。
【０００５】
上述のミラー形成基板１’は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、矩形枠状の外側フレーム部１０’と、外側フレーム部１０’の内側に配置されミラー面２１’が設けられた矩形板状の可動部２０’と、外側フレーム部１０’の内側で可動部２０’を挟む形で配置され外側フレーム部１０’と可動部２０’とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部３０’，３０’とを備えている。また、ミラー形成基板１’は、可動部２０’において一対の捩りばね部３０’，３０’を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成された２つの可動電極（電気要素）２２’，２２’と、外側フレーム部１０’に形成され可動電極２２’に対向する２つの固定電極（電気要素）１２’，１２’とで構成され静電力により可動部２０’を駆動する静電駆動式の駆動手段を備えており、可動電極２２’，２２’および固定電極１２’，１２’それぞれがパッド１３’，１３’，１３’，１３’と電気的に接続されている。
【０００６】
ここにおいて、図１１（ｂ）では、ミラー形成基板１’の上記一表面側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が、図１１（ｃ）に示した構成のＭＥＭＳデバイスでは、表面側保護基板２’に形成した貫通孔２０２’に埋設された貫通電極２０６’と実装基板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。
【０００７】
また、図１１（ｃ）に示した構成のＭＥＭＳ光スキャナは、実装基板５’におけるミラー形成基板１’側の表面に、可動部２０’の変位空間を確保する変位空間形成用凹部５１０’が形成されており、表面側保護基板２’と外側フレーム部１０’と実装基板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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２５７９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１１（ｃ）に示した構成のＭＥＭＳデバイスでは、上述のように、表面側保護基板２’に形成した貫通孔２０２’に埋設された貫通電極２０６’と実装基板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おり、ボンディングワイヤ６’が表面保護基板２’の表面よりも突出しているので、ハンドリング時などにボンディングワイヤ６’が外部物体と接触してボンディングワイヤが破損してしまう恐れがあった。そこで、ボンディングワイヤ６’を保護するためにボンディングワイヤ６’を覆う樹脂からなる保護部を設けることも考えられるが、保護部に多量の樹脂を必要とし、保護部に起因してミラー形成基板１’にかかる応力が大きくなって特性が変化したり、製造時に樹脂が表面側保護基板２’における光の入射部位や出射部位の上まで流れて当該樹脂に起因した凹凸が形成され光学特性が変化する恐れがある。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、半導体基板を用いて形成され複数のパッドを一表面側に備えたデバイス本体、デバイス本体の前記一表面側に接合された表面側保護基板を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装された実装基板とを備え、表面側保護基板は、デバイス本体の各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる複数の貫通孔が形成され、且つ、各貫通孔それぞれに各別に連通するととともに貫通孔側とは反対側が開放されデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターン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部が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、表面側保護基板は、デバイス本体の各パッドそれぞれを露出させる複数の貫通孔が形成され、且つ、各貫通孔それぞれに各別に連通するととともに貫通孔側とは反対側が開放されデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターン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部が形成されているので、表面側保護基板の表面よりもボンディングワイヤが突出するのを防止することができ、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となる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記表面側保護基板は、前記各貫通孔が前記各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる大きさに形成され、前記ＭＥＭＳチップは、前記デバイス本体の他表面側に接合された裏面側保護基板を備え、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間を気密空間としてあることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記表面側保護基板の前記各貫通孔が前記各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる大きさに形成され、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間が気密空間であり、しかも、前記表面側保護基板が前記各パッドと重なることがなく、前記表面側保護基板と前記デバイス本体との間に前記各パッドの一部が介在することもないので、前記表面側保護基板と前記デバイス本体との接合が前記各パッドにより妨げられるのを防止することができるから、前記各パッド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、前記デバイス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することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ＭＥＭＳチップは、前記気密空間を真空雰囲気としてあり、前記表面側保護基板と前記裏面側保護基板との一方において前記気密空間に臨む部位にゲッタが配置されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記気密空間の真空度を高めることができるとともに、前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の変化を防止することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記実装基板は、前記導体パターンを含む平面よりも凹んだ凹部を有し、当該凹部の内底面に前記ＭＥＭＳチップが搭載されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記デバイス本体の厚み方向に沿った方向における前記パッドと前記導体パターンとの高低差を低減でき、前記ボンディングワイヤが前記溝部の両端で前記表面側保護基板に接触するのを防止することができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記溝部に充填され前記ボンディングワイヤを保護する樹脂からなる保護部を備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記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、しかも、前記貫通孔が樹脂溜まりとしての機能を有することとなり、樹脂が前記表面側保護基板の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、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となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】同上のＭＥＭＳデバイスを示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は要部概略断面図である。
【図３】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ｂ’概略断面図である。
【図４】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例の概略斜視図である。
【図６】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。
【図７】同上のＭＥＭＳデバイスの概略斜視図である。
【図８】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。
【図９】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるＭＥＭＳチップの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例の概略斜視図である。
【図１１】従来例を示し、（ａ）はミラー形成基板の概略平面図、（ｂ）はミラー形成基板を実装基板に実装した状態での概略断面図、（ｃ）はＭＥＭＳデバイス（ＭＥＭＳ光スキャナ）の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）
本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、ＭＥＭＳ光スキャナを例示する。
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態のＭＥＭＳスキャナは、ＭＥＭＳチップＣと、ＭＥＭＳチップＣが実装された実装基板５とを備えている。
【００２６】
ここにおいて、ＭＥＭＳチップＣは、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を用いて形成され、外周形状が矩形状の枠状（ここでは、矩形枠状）の外側フレーム部１０、外側フレーム部１０の内側に配置され平面視矩形状のミラー面（光学要素）２１が設けられた平面視矩形状の可動部２０、および外側フレーム部１０の内側で可動部２０を挟む形で配置され外側フレーム部１０と可動部２０とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部（機械要素）３０，３０を有するデバイス本体（ミラー形成基板）１と、第１のガラス基板２００を用いて形成されデバイス本体１においてミラー面２１が設けられた一表面側に接合された表面側保護基板（第１のカバー基板）２と、第２のガラス基板３００を用いて形成されデバイス本体１の他表面側に接合された裏面側保護基板（第２のカバー基板）３とを備えている。
【００２７】
ここで、デバイス本体１、表面側保護基板２および裏面側保護基板３の外周形状は矩形状であり、表面側保護基板２および裏面側保護基板３はデバイス本体１と同じ外形寸法に形成されている。
【００２８】
上述のデバイス本体１は、導電性を有する第１のシリコン層（活性層）１００ａと第２のシリコン層（シリコン基板）１００ｂとの間に絶縁層（ＳｉＯ２層）１００ｃが介在する上述の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してある。また、表面側保護基板２は、それぞれパイレックス（登録商標）ガラスなどからなる２枚のガラス板を厚み方向に重ねて接合することにより形成した第１のガラス基板２００を用いて形成してあり、裏面側保護基板３は、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなる第２のガラス基板３００を加工することにより形成してある。なお、ＳＯＩ基板１００は、第１のシリコン層１００ａの厚さを３０μｍ、第２のシリコン層１００ｂの厚さを４００μｍに設定し、第１のガラス基板２００および第２のガラス基板３００の厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定してあるが、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、半導体基板たるＳＯＩ基板１００の一表面である第１のシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。また、デバイス本体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。
【００２９】
デバイス本体１の外側フレーム部１０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａ、絶縁層１００ｃ、第２のシリコン層１００ｂそれぞれを利用して形成してあり、外側フレーム部１０のうち第１のシリコン層１００ａにより形成された部位が表面側保護基板２の外周部と全周に亘って接合され、外側フレーム部１０のうち第２のシリコン層１００ｃにより形成された部位が裏面側保護基板３の外周部と全周に亘って接合されており、上記一表面側において外側フレーム部１０に、可動部２０を駆動する後述の駆動手段に電気的に接続される２つのパッド１３，１３が形成されている。各パッド１３，１３は平面視形状が円形状であり、第１の金属膜（例えば、Ａｌ膜など）により構成されている。なお、本実施形態では、外側フレーム部１０が、デバイス本体１の周部を構成している。また、本実施形態では、各パッド１３，１３の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３０】
また、デバイス本体１の可動部２０および各捩りばね部３０，３０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａを用いて形成されており、外側フレーム部１０よりも十分に薄肉となっている。また、可動部２０に設けられたミラー面２１は、可動部２０において第１のシリコン層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膜など）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の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００３１】
以下では、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの左下に示すように、平面視において一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に直交する方向をｘ軸方向、一対の捩りばね部３０，３０の並設方向をｙ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向として説明する。
【００３２】
上述のデバイス本体１は、一対の捩りばね部３０，３０がｙ軸方向に並設されており、可動部２０が、外側フレーム部１０に対して一対の捩りばね部３０，３０の回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の捩りばね部３０，３０は、外側フレーム部１０に対して可動部２０が揺動自在となるように外側フレーム部１０と可動部２０とを連結している。言い換えれば、外側フレーム部１０の内側に配置される可動部２０は、可動部２０から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの捩りばね部３０，３０を介して外側フレーム部１０に揺動自在に支持されている。ここで、一対の捩りばね部３０，３０は、両者のｙ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視で可動部２０の重心を通るように形成されている。なお、各捩りばね部３０，３０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、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動部２０およびミラー面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、外側フレーム部１０の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３３】
上述のデバイス本体１は、可動部２０において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極（電気要素）２２と、外側フレーム部１０に形成され可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極（電気要素）１２とで構成され静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を備えている。なお、本実施形態では、駆動手段が、静電力により可動部２０を駆動するものであるが、静電力によって可動部２０を駆動する静電駆動式に限らず、電磁力によって可動部２０を駆動する電磁駆動式でもよいし、圧電素子（電気機械要素）によって可動部２０を駆動する圧電駆動式でもよい。
【００３４】
上述の固定電極１２，１２は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部１２ａが外側フレーム部１０のうちｙ軸方向に沿った枠片部において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位の一部により構成されており、櫛骨部１２ａにおける可動部２０との対向面（外側フレーム部１０におけるｙ軸方向に沿った内側面）には、第１のシリコン層１００ａの一部からなる多数の固定櫛歯片１２ｂが一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に沿って列設されている。一方、可動電極２２，２２は、可動部２０における固定電極１２の櫛骨部１２ａ側の櫛骨部２２ａ，２２ａの側面（可動部２０におけるｙ軸方向に沿った側面）において、第１のシリコン層１００ａの一部により構成され固定櫛歯片１２ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２２ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の固定電極１２と櫛形状の可動電極２２とは、櫛骨部１２ａ，２２ａが互いに対向し、固定電極１２の各固定櫛歯片１２ｂが可動電極２２の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとが、ｙ軸方向において互いに離間しており、固定電極１２と可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、固定電極１２と可動電極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、ｙ軸方向における固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとの間の隙間は、例えば、５μｍ〜２０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３５】
デバイス本体１の外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位には、一方のパッド１３（図１における右側のパッド１３ｂ）が固定電極１２，１２に電気的に接続されるとともに他方のパッド１３（図１における左側のパッド１３ａ）が可動電極２２，２２に電気的に接続され、且つ、固定電極１２，１２と可動電極２２，２２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，１０ａ，１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれる空間からなる気密空間の気密性を確保している。なお、各パッド１３，１３は、外部からの給電用に設けられたものであり、各パッド１３の材料としては、第１のシリコン層１００ａに対してオーミック接触が可能な材料であり、且つ、ボンディングワイヤ６のボンディングが可能な材料を採用すればよく、例えば、ＡｕやＡｌ、Ａｌ−Ｓｉなどを採用すればよい。
【００３６】
外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部分は、上述のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成することにより、一端部が可動部２０の外側面に連続一体に連結された各捩りばね部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１１ａ，１１ｂと、一方のアンカー部１１ａａと一方のパッド１３ａが形成された矩形状の島部１１ｃと、上記一方のアンカー部１１ａｂと島部１１ａｃとをつなぐ平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとで構成される第１の導電性構造体１１ａが、可動部２０の可動電極２２，２２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１１ｂが固定電極１２，１２と同電位になる。
【００３７】
表面側保護基板２は、上述のように第１のガラス基板２００を用いており、第１のガラス基板２００の厚み方向に貫通して各パッド１３，１３それぞれを露出させる２つの貫通孔２０２，２０２が形成されている。ここにおいて、表面側保護基板２の各貫通孔２０２，２０２は、各パッド１３，１３それぞれを全周に亘って露出させる大きさであり、デバイス本体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ている。ここで、表面側保護基板２の各貫通孔２０２，２０２は、サンドブラスト法により形成してあるが、サンドブラスト法に限定するものではなく、貫通孔２０２，２０２の形状によっては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。
【００３８】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３，１３の平面視形状を直径が０．５ｍｍの円形状としてあり、各貫通孔２０２，２０２のデバイス本体１側での開口径が０．５ｍｍよりも大きくなるようにしてあるが、各パッド１３，１３の直径は特に限定するものではなく、また、必ずしも円形状とする必要はなく、例えば、正方形状としてもよいが、貫通孔２０２，２０２の開口径を小さくするうえでは円形状の方が正方形状よりも好ましい。
【００３９】
ここにおいて、各パッド１３，１３の一部が厚み方向において表面側保護基板２に重なる場合には、パッド１３，１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれて製造時の歩留まり低下や、動作安定性の低下、経時安定性の低下の原因となる懸念があり、外側フレーム部１０の幅寸法（外側フレーム部１０の外側面と内側面との距離）を増大させる必要が生じてＭＥＭＳチップＣの小型化が制限されてしまうことが考えられる。
【００４０】
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳスキャナでは、表面側保護基板２が各パッド１３，１３と重なることがなく、表面側保護基板２と外側フレーム部１０との間にパッド１３，１３の一部が介在することもないので、表面側保護基板２とデバイス本体１の外側フレーム部１０との接合が各パッド１３，１３により妨げられるのを防止することができるから、パッド１３，１３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、外側フレーム部１０の幅寸法を増大させずに歩留まりの向上による低コスト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。
【００４１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、デバイス本体１の外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれる気密空間を真空とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となるので、上記気密空間を真空とするとともに、裏面側保護基板３におけるミラー形成基板１との対向面において外側フレーム部１０に接合される部位よりも内側の適宜部位（上記気密空間に臨む部位）にゲッタ４を配置してある。なお、ゲッタ４としては、非蒸発型ゲッタが好ましく、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。
【００４２】
ところで、表面側保護基板２の基礎となる第１のガラス基板２００は、デバイス本体１との対向面に可動部２０の変位空間を確保する変位空間形成用凹部（以下、第１の変位空間形成用凹部と称する）２０１を有しているが、上述のように２枚のガラス板を接合して形成されており、デバイス本体１に近い側に配置するガラス板（以下、第１のガラス板と称する）において第１の変位空間形成用凹部２０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともにデバイス本体１から遠い側に配置するガラス板（以下、第２のガラス板と称する）を平板状としてあるので、１枚のガラス基板を用いて当該ガラス基板にサンドブラスト加工などにより第１の変位空間形成用凹部２０１を形成する場合に比べて、第１の変位空間形成用凹部２０１の内底面を滑らかな表面とすることができ、第１の変位空間形成用凹部２０１の内底面での拡散反射、光拡散、散乱損失などを低減できる。なお、表面側保護基板２は、ＭＥＭＳデバイスの光学要素（本実施形態では、ミラー面２１）で扱う光（本実施形態では、走査対象の光）に対して透明な基板を用いて形成すればよく、可視光から近赤外光の波長域の光を扱う場合には、ガラス基板を用いることが好ましく、赤外光を扱う場合にはシリコン基板を用いることが好ましい。ここにおいて、光学要素で光を扱うとは、対象の光を反射することに限らず、例えば、対象の光を受光して光電変換することや、発光素子からなる光学要素から光を放射させることも含む概念である。
【００４３】
裏面側保護基板３は、第２のガラス基板３００を用いて形成されており、第２のガラス基板３００におけるデバイス本体１側の一表面に、凹部３０１を形成してあり、当該凹部３０１が、可動部２０の変位空間を確保するための第２の変位空間形成用凹部を兼ねるとともにゲッタ４の収納部を兼ねている（凹部３０１の内底面上にフィルム状のゲッタ４を配置してある）が、半導体基板を構成するＳＯＩ基板１００の第２のシリコン層１００ｂの厚みなどによっては、厚み方向の両面を平面状としてもよい。ここにおいて、第２のガラス基板３００の上記一表面に凹部３０１を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。また、裏面側保護基板３についても、表面側保護基板２と同様、２枚のガラス板を接合して形成してもよく、デバイス本体１に近い側に配置するガラス板（以下、第３のガラス板と称する）において凹部３０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともにデバイス本体１から遠い側に配置するガラス板（以下、第４のガラス板と称する）を平板状としてもよい。なお、裏面側保護基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、デバイス本体１との接合が容易で且つ半導体基板（ＳＯＩ基板１００）の材料であるＳｉとの線膨張率差が小さな材料により形成された基板であればよく、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、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すればよい。
【００４４】
なお、上述の各ガラス基板２００，３００のガラス材料としては、デバイス本体１との接合が容易で且つ半導体基板（ＳＯＩ基板１００）の材料であるＳｉとの線膨張率差が小さな硼珪酸ガラスが好ましく、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）などを採用すればよいが、硼珪酸ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。また、本実施形態では、表面側保護基板２および裏面側保護基板３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の変位空間形成用凹部２０１および凹部３０１の深さを３００μｍ〜８００μｍの範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、可動部２０のｚ軸方向への変位量に応じて適宜設定すればよく（つまり、可動部２０の回動運動を妨げない深さであればよく）、特に限定するものではない。
【００４５】
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。
【００４６】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、一対のパッド１３，１３を通して、対向する可動電極２２と固定電極１２との間に可動部２０を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、可動電極２２・固定電極１２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ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、可動電極２２・固定電極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、可動部２０を揺動させることができる。
【００４７】
ここで、上述の可動部２０は、内部応力に起因して、静止状態でも水平姿勢（ｘｙ平面に平行な姿勢）ではなく、きわめて僅かであるが傾いているので、例えば、可動電極２２・固定電極１２間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部２０に略垂直な方向（ｚ軸方向）の駆動力が加わり、可動部２０が一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として当該一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動する。そして、可動電極２２・固定電極１２間の駆動力を、可動櫛歯片２２ｂと固定櫛歯片１２ｂとが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動部２０は、慣性力により、一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動し続ける。そして、可動部２０の回動方向への慣性力と、一対の捩りばね部３０，３０の復元力とが等しくなったとき、当該回動方向への可動部２０の回動が停止する。このとき、可動電極２２・固定電極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、可動部２０は、一対の捩りばね部３０，３０の復元力と可動電極２２および固定電極１２により構成される駆動手段の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動部２０は、駆動手段の駆動力と一対の捩りばね部３０，３０の復元力とによる回動を繰り返して、一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として揺動する。
【００４８】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０と一対の捩りばね部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、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。なお、可動電極２２・固定電極１２間への電圧（駆動電圧）の印加形態や周波数は特に限定するものではなく、例えば、可動電極２２・固定電極１２間に印加する電圧を正弦波電圧としてもよい。
【００４９】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおけるＭＥＭＳチップＣの製造方法について図４を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図３（ａ）のＡ−Ｂ’断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００５０】
まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（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金属膜形成工程を行い、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を形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。なお、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１３，１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３，１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよく、パッド形成工程と反射膜形成工程との順序はどちらが先でもよい。
【００５１】
上述の各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動部２０、一対の捩りばね部３０，３０、外側フレーム部１０、固定電極１２，１２、可動電極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のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層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１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。要するに、第１のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上記一表面から第１の所定深さまでエッチングする表面側パターニング工程を構成している。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層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、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００５２】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部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のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層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第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。要するに、第２のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上記他表面から第２の所定深さまでエッチングする裏面側パターニング工程を構成している。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層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、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００５３】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃにおいて外側フレーム部１０と可動部２０との間の部位、可動電極２２，２２と固定電極１２，１２との間の部位を、ＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成してから、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去し、その後、デバイス本体１と、表面側保護基板２および裏面側保護基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造のＭＥＭＳチップＣを得る。
【００５４】
ここにおいて、接合工程では、デバイス本体１のミラー面２１を保護する観点から、表面側保護基板２とデバイス本体１とを接合する第１の接合過程を行ってから、デバイス本体１１と裏面側保護基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の変位空間形成用凹部２０１や各貫通孔２０２，２０２および後述の溝部２０３，２０３を形成した表面側保護基板２とデバイス本体１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと表面側保護基板２との間に表面側保護基板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、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと裏面側保護基板３との陽極接合を行う。なお、デバイス本体１と表面側保護基板２および裏面側保護基板３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と表面側保護基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成し、その後、デバイス本体１と裏面側保護基板３とを接合するようにしてもよい。
【００５５】
以上説明したＭＥＭＳチップＣの製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をデバイス本体１、表面側保護基板２および裏面側保護基板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Ｃを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳチップＣに分割する分割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Ｃの製造方法では、デバイス本体１を複数形成した第１のウェハと、表面側保護基板２を複数形成した第２のウェハおよび裏面側保護基板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、その後、ウェハレベルパッケージ構造体からデバイス本体１の外形サイズに分割するようにしているので、表面側保護基板２および裏面側保護基板３の平面サイズをデバイス本体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Ｃの量産性を高めることができる。
【００５６】
また、上述の実装基板５は、ＭＥＭＳチップＣの各パッド１３それぞれが各別の金属細線からなるボンディングワイヤ６を介して電気的に接続される複数の導体パターン（電極）５０２が一表面側に形成されている。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、導体パターン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。
【００５７】
また、実装基板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）からなる外部接続電極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、各導体パターン５０２と外部接続電極５０４とを電気的に接続する配線用導体パターン５０３も形成されているが、導体パターン５０２と外部接続電極５０４とが連続して形成されるような配置にすれば、配線用導体パターン５０３は設ける必要はない。なお、外部接続電極５０４および配線用導体パターン５０３の材料は、導体パターン５０２と同様、Ａｕが好ましい。
【００５８】
ところで、ＭＥＭＳチップＣの表面側保護基板２は、上述のように、デバイス本体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（ここでは、２つ）の貫通孔２０２が形成されているが、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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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）の溝部２０３が形成されている。ここにおいて、実装基板５の各導体パターン５０２は、ＭＥＭＳチップＣにおけるデバイス本体１の対応するパッド１３（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、溝部２０３は、１対１で対応するパッド１３と導体パターン５０２との並び方向に沿って走るように形成されている。溝部２０３の深さ寸法は、当該溝部２０３に通したボンディングワイヤ６が、表面側保護基板２の表面を含む平面から突出しないようにボンディングワイヤ６を退避させる（隠す）ことができる値であればよい。さらに、溝部２０３について説明すれば、デバイス本体１の構造によっては、溝部２０３を表面側保護基板２の厚み方向に貫通する形で形成してもよいが、デバイス本体１と表面側保護基板２との接合面積や、ＭＥＭＳチップＣ内部の気密性の観点から、貫通していないことが好ましく、溝部２０３の深さ寸法は、貫通孔２０３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、図１における左側のパッド１３（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、図１における左側の溝部２０３は、表面側保護基板２の厚み方向に貫通しない形で形成する必要がある。なお、溝部２０３の幅寸法は、ボンディングワイヤ６を通すことができる寸法であればよく、本実施形態では、表面側保護基板２の表面における貫通孔２０２の開口径よりも小さな値に設定してあるが、幅寸法は特に限定するものではない。また、溝部２０３の開口形状も特に限定するものではなく、溝部２０３の内側面がテーパ面となっていてもよい。また、表面側保護基板２の溝部２０３は、ドリル加工法により形成してあるが、これに限らず、例えば、サンドブラスト法やエッチング法などにより形成してもよく、表面側保護基板２の材料や溝部２０３の所望の開口形状に応じて適宜採用すればよい。
【００５９】
また、実装基板５は、中央部に、導体パターン５０２を含む平面よりも凹んだ凹部５０１が形成されており、当該凹部５０１の内底面にＭＥＭＳチップＣが搭載されているので、凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、デバイス本体１の厚み方向に沿った方向におけるパッド１３と導体パターン５０２との高低差を低減でき、ボンディングワイヤ６が溝部２０３の両端で表面側保護基板２に接触するのを防止することができる。ここで、凹部５０１の深さ寸法は、ＭＥＭＳチップＣの裏面からパッド１３表面までの高さに応じて適宜設定すればよく、例えば、数百μｍ〜１ｍｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。言い換えれば、実装基板５の凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、デバイス本体１の厚み方向に沿った方向におけるパッド１３と導体パターン５０２との高低差を調整することができる。なお、ＭＥＭＳチップＣは、実装基板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）を採用すればよいが、実装基板５の凹部５０１の内底面からパッド１３表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用いてもよい。また、実装基板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。
【００６０】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、図２（ｂ）に示すように、デバイス本体１の厚み方向（図２（ｂ）における上下方向）において、デバイス本体１のパッド１３の表面が、実装基板５の導体パターン５０２の表面よりも所定長さ（例えば、２００μｍ〜５００μｍ程度）だけ低い位置となるように実装基板５の凹部５０１の深さ寸法を設定することが好ましく、このような構成にすることで、ボンディングワイヤ６が、溝部２０３の両端で表面側保護基板２に接触するのを防止することができ、良好なワイヤボンディングを実現することができる。さらに、良好なワイヤボンディングを実現するためには、溝部２０３の深さ寸法よりも、表面側保護基板２の表面における貫通孔２０２の開口径を大きくすることが好ましい。
【００６１】
本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造にあたっては、上述のＭＥＭＳチップＣの製造方法により製造されたＭＥＭＳチップＣを実装基板５に接着することで実装基板５に搭載するチップ搭載工程を行い、その後、ＭＥＭＳチップＣにおけるデバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン５０２とをボンディングワイヤ６を介して電気的に接続するワイヤボンディング工程を行うようにすればよく、当該ワイヤボンディング工程において、ボンディングワイヤ６を表面側保護基板２の溝部２０３に通すようにしている。
【００６２】
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、表面側保護基板２は、デバイス本体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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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部２０３が形成されているので、表面側保護基板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、デバイス本体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。
【００６３】
また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳチップＣにおいて、デバイス本体１の周部を構成する外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれた空間が気密空間であり、しかも、表面側保護基板２が各パッド１３と重なることがなく、表面側保護基板２とデバイス本体１との間に各パッド１３の一部が介在することもないので、表面側保護基板２とデバイス本体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、デバイス本体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。
【００６４】
また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳチップＣの上記気密空間を真空雰囲気としてあり、裏面側保護基板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、可動部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Ｃの構造によっては、表面側保護基板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、表面側保護基板２と裏面側保護基板３の両方にゲッタ４を配置するようにしてもよい。
【００６５】
ところで、上述のＭＥＭＳデバイスにおいて、図５に示すように、各溝部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。
【００６６】
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、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、樹脂が表面側保護基板２の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。なお、保護部７の形成にあたっては、ディスペンサなどを利用して溝部２０３に樹脂を充填すればよい。
【００６７】
また、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａにより各捩りばね部３０，３０を形成してあるので、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捩りばね部３０，３０の厚み寸法の精度を高めることができ、可動部２０と一対の捩りばね部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。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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２０および裏面側保護基板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。
【００７１】
本実施形態では、可動部２０が、外側フレーム部１０に一対の捩りばね部３０，３０（以下、第１の捩りばね部３０，３０と称する）を介して揺動自在に支持された枠状（ここでは、矩形枠状）の可動フレーム部２３と、可動フレーム部２３の内側に配置されミラー面２１が設けられた平面視矩形状のミラー部２４と、可動フレーム部２３の内側でミラー部２４を挟む形で配置され可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部２５，２５（以下、第２の捩りばね部２５，２５と称する）とを有している。
【００７２】
第２の捩りばね部２５，２５は、第１の捩りばね部３０，３０の並設方向（ｙ軸方向）とは直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。要するに、可動部２０は、一対の第２の捩りばね部２５，２５がｘ軸方向に並設されており、ミラー部２４が、可動フレーム部２３に対して一対の第２の捩りばね部２５，２５の回りで変位可能となっている（ｘ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、可動フレーム部２３に対してミラー部２４が揺動自在となるように可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結している。言い換えれば、可動フレーム部２３の内側に配置されるミラー部２４は、ミラー部２４から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの第２の捩りばね部２５，２５を介して可動フレーム部２３に揺動自在に支持されている。ここで、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、両者のｘ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視でミラー部２４の重心を通るように形成されている。なお、各第２の捩りばね部２５，２５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、ミラー部２４およびミラー面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、可動フレーム部２３の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００７３】
上述の説明から分かるように、ミラー部２４は、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動と、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動とが可能である。要するに、ミラー部２４のミラー面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、可動部２０は、可動フレーム部２３における表面側保護基板２側とは反対側に一体に設けられ可動フレーム部２３を支持する枠状の支持体２９を備えており、当該支持体２９が可動フレーム部２３と一体に回動可能となっている。
【００７４】
そこで、裏面側保護基板３は、第２のガラス基板３００におけるデバイス本体１側の上記一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための第２の変位空間形成用凹部３０１を形成してある。
【００７５】
また、本実施形態では、外側フレーム部１０に、３つのパッド１３，１３，１３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、表面側保護基板２に、各パッド１３，１３，１３それぞれを各別に露出させる３つのテーパ状の貫通孔２０２，２０２，２０２が貫設され、各貫通孔２０２ごとに貫通孔２０２に連通する溝部２０３が形成されている。
【００７６】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおけるデバイス本体１は、実施形態１と同様、可動部２０において一対の第１の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の第１の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２，２２（以下、第１の可動電極２２，２２と称する）と、外側フレーム部１０に形成され第１の可動電極２２，２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２，１２（以下、第１の固定電極１２，１２と称する）とを備えているだけでなく、さらに、ミラー部２４において一対の第２の捩りばね部２５，２５を結ぶ方向（一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向）に直交する方向（つまり、ｙ軸方向）の両側に形成された櫛形状の第２の可動電極２７，２７と、可動フレーム部２３に形成され第２の可動電極２７，２７の複数の可動櫛歯片２７ｂに対向する複数の固定櫛歯片２６ｂを有する櫛形状の第２の固定電極２６，２６とを備えており、第１の可動電極２２，２２と第１の固定電極１２，１２との組、第２の可動電極２７，２７と第２の固定電極２６，２６との組、それぞれが静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。
【００７７】
上述の第２の固定電極２６，２６は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部２６ａが可動フレーム部２３の一部により構成されており、櫛骨部２６ａにおけるミラー部２４との対向面（可動フレーム部２３におけるｘ軸方向に沿った内側面）には多数の固定櫛歯片２６ｂが一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向に沿って列設されている。一方、第２の可動電極２７，２７はミラー部２４の一部により構成されており、第２の固定電極２６，２６の櫛骨部２６ａ，２６ａ側の側面（ミラー部２４におけるｘ軸方向に沿った側面）には、固定櫛歯片２６ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２７ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の第２の固定電極２６と櫛形状の第２の可動電極２７とは、櫛骨部２６ａ，２７ａが互いに対向し、第２の固定電極２６の各固定櫛歯片２６ｂが第２の可動電極２７の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとが、ｘ軸方向において互いに離間しており、第２の固定電極２６と第２の可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、第２の固定電極２６と第２の可動電極２７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、ｘ軸方向における固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００７８】
デバイス本体１は、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成するとともに、可動部２０の可動フレーム部２３において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａを形成することにより、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り、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り、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。
【００７９】
ここで、外側フレーム部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の平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と表面側保護基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と表面側保護基板２と裏面側保護基板３とで囲まれる空間の気密性を確保している。
【００８０】
また、可動部２０における可動フレーム部２３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２のシリコン層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、可動フレーム部２３に複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａを形成した構成を採用しながらも支持体２９により可動フレーム部２３を支持しているので、可動フレーム部２３と支持体２９とが、一対の第１の捩りばね部３０，３０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、可動フレーム部２３のうち各固定櫛歯片２６ｂおよび各可動櫛歯片２２ｂ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、可動フレーム部２３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、平面視において一対の第１の捩りばね部３０，３０のｙ軸方向に沿った中心線を結ぶ直線の略真ん中に位置するように形状設計してある。しかして、可動部２０が一対の第１の捩りばね部３０，３０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２のシリコン層１００ｂにより構成される部位の厚さを外側フレーム部１０において第２のシリコン層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。
【００８１】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、例えば、第１の可動電極２２および第２の固定電極２６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の固定電極１２および第２の可動電極２７それぞれの電位を周期的に変化させることにより、可動部２０を一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで回動させることができるとともに、ミラー部２４を一対の第２の捩りばね部２５，２５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、対向する第１の固定電極１２と可動電極２２との間に可動部２０を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動し、また、一対のパッド１３ａ，１３ｃを通して、対向する第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間にミラー部２４を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に静電力が発生し、ミラー部２４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の固定電極１２・第１の可動電極２２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ることができ、可動部２０全体を揺動させることができ、さらに、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７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ることができ、可動部２０のミラー部２４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、外側フレーム部１０と表面側保護基板２とで囲まれた空間側において、第１のシリコン層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９（ｆ）参照）が形成されている。
【００８２】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に、可動部２０と一対の第１の捩りばね部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、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に、ミラー部２４と一対の第２の捩りばね部２５，２５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、ミラー部２４が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（可動フレーム部２３における表面側保護基板２側の表面に平行な面を基準としたときの傾き）が大きくなる。
【００８３】
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が、（ａ）〜（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。
【００８４】
まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側および上記他表面側それぞれに熱酸化法などによりシリコン酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成する酸化膜形成工程を行うことによって、図９（ａ）に示す構造を得る。
【００８５】
その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側のシリコン酸化膜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の捩りばね部３０，３０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第１のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。
【００８６】
その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ膜など）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、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を形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。なお、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１３，１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３，１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよい。
【００８７】
上述の各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動フレーム部２３、ミラー部２４、一対の第１の捩りばね部３０，３０、一対の第２の捩りばね部２５，２５、外側フレーム部１０、第１の固定電極１２，１２、第２の可動電極２２，２２、第２の固定電極２６，２６、第２の可動電極２７，２７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をマスクとして、第１のシリコン層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１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層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、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８８】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部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をマスクとして、第２のシリコン層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第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層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、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８９】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの不要部分をＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成し、続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去し、その後、デバイス本体１と、表面側保護基板２および裏面側保護基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図９（ｆ）に示す構造のＭＥＭＳチップＣを得る。ここにおいて、接合工程では、デバイス本体１のミラー面２１を保護する観点から、表面側保護基板２とデバイス本体１とを接合する第１の接合過程を行ってから、デバイス本体１と裏面側保護基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。なお、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と表面側保護基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでデバイス本体１を形成し、その後、デバイス本体１と裏面側保護基板３とを接合するようにしてもよい。
【００９０】
ところで、本実施形態におけるＭＥＭＳチップＣの製造方法では、実施形態１と同様、
微細周期構造形成工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板１および各カバー基板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するようにし、当該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分割工程を行うようにしている。要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、ミラー形成基板１を複数形成した第１のウェハと、第１のカバー基板２を複数形成した第２のウェハおよび第２のカバー基板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た後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第１のカバー基板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６を形成し、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１の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板２，３の平面サイズをミラー形成基板１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６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。
【００９１】
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、接合工程が終了するまでの全工程をデバイス本体１、表面側保護基板２および裏面側保護基板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Ｃを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳチップＣに分割する分割工程を行うようにしている。
【００９２】
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、表面側保護基板２は、デバイス本体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デバイス本体１のパッド１３と実装基板５の導体パターン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部２０３が形成されているので、表面側保護基板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、デバイス本体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。
【００９３】
また、上述のＭＥＭＳデバイスにおいて、図１０に示すように、各溝部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、樹脂が表面側保護基板２の表面上に広がるのを抑制することが可能となる。
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
Ｃ ＭＥＭＳチップ
１ デバイス本体
２ 表面側保護基板
３ 裏面側保護基板
４ ゲッタ
５ 実装基板
７ 保護部
１３ パッド
１００ ＳＯＩ基板（半導体基板）
２０２ 貫通孔
２０３ 溝部
５０１ 凹部
５０２ 導体パターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を用いて形成され複数のパッドを一表面側に備えたデバイス本体、デバイス本体の前記一表面側に接合された表面側保護基板を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装された実装基板とを備え、表面側保護基板は、デバイス本体の各パッドそれぞれを露出させる複数の貫通孔が形成され、且つ、各貫通孔それぞれに各別に連通するととともに貫通孔側とは反対側が開放されデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターン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部が形成されてなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記表面側保護基板は、前記各貫通孔が前記各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる大きさに形成され、前記ＭＥＭＳチップは、前記デバイス本体の他表面側に接合された裏面側保護基板を備え、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間を気密空間としてあることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳチップは、前記気密空間を真空雰囲気としてあり、前記表面側保護基板と前記裏面側保護基板との一方において前記気密空間に臨む部位にゲッタが配置されてなることを特徴とする請求項２記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記実装基板は、前記導体パターンを含む平面よりも凹んだ凹部を有し、当該凹部の内底面に前記ＭＥＭＳチップが搭載されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記溝部に充填され前記ボンディングワイヤを保護する樹脂からなる保護部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１】
半導体基板を用いて形成され複数のパッドを一表面側に備えたデバイス本体、デバイス本体の前記一表面側に接合された表面側保護基板を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップが実装された実装基板とを備え、表面側保護基板は、デバイス本体の各パッドそれぞれを露出させる複数の貫通孔が形成され、且つ、各貫通孔それぞれに各別に連通するととともに貫通孔側とは反対側が開放されデバイス本体のパッドと実装基板の導体パターン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部が形成されてなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記表面側保護基板は、前記各貫通孔が前記各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる大きさに形成され、前記ＭＥＭＳチップは、前記デバイス本体の他表面側に接合された裏面側保護基板を備え、前記デバイス本体の周部と前記表面側保護基板と裏面側保護基板とで囲まれた空間を気密空間としてあることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳチップは、前記気密空間を真空雰囲気としてあり、前記表面側保護基板と前記裏面側保護基板との一方において前記気密空間に臨む部位にゲッタが配置されてなることを特徴とする請求項２記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記実装基板は、前記導体パターンを含む平面よりも凹んだ凹部を有し、当該凹部の内底面に前記ＭＥＭＳチップが搭載されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記溝部に充填され前記ボンディングワイヤを保護する樹脂からなる保護部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１５９０２（Ｐ２０１１−１１５９０２Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５８４８（Ｐ２００９−２７５８４８）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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