(57)【要約】  微細電気機械装置、半導体デバイス、発光素子、光変調装置、および、光検出装置を含む電子デバイス（例えば、電気信号を受信または送信する任意のデバイス）をパッケージする新規な方法が、ここに提供される。電子デバイスは、２つの基板の間に取り付けられ、それらの基板のうちの少なくとも１つの基板は、電子デバイスを保持するためのキャビティを有する。２つの基板は、シーリング媒体を用いて、接合されて密封される。基板に対するシーリング媒体の接着は、特に、２つの基板のうちの１つの基板がセラミックである場合に、メタライゼーション層を基板の表面に塗布することによって改善することができる。
2007528591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスをパッケージする方法であって、
可視光を出射、変調又は検出する電子デバイスを、２つの基板のうちの１つの基板のキャビティ中の支持表面上に取り付けることであって、それらの基板のうちの１つの基板は、少なくとも可視光を透過する部位を有することと、
前記２つの基板のうちの少なくとも１つの基板の表面上に、当該表面を金属化するメタライゼーション材料を堆積することと、
前記２つの基板のうちの１つの基板の表面上に、密封材料を堆積することであって、当該密封材料は、１９０℃またはこれを超える半田付け温度で半田付けされることと、
前記２つの基板を接合して密封することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記密封材料は、１５０℃またはこれを超える融解温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記密封材料は、１８０℃またはこれを超える融解温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記密封材料は錫を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記密封材料は鉛を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記支持表面上に前記電子デバイスを取り付ける前記工程は、ＬＥＤ装置を前記支持表面上に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記支持表面上に前記電子デバイスを取り付ける前記工程は、ＯＬＥＤ装置を前記支持表面上に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記支持表面上に前記電子デバイスを取り付ける前記工程は、ＣＣＤ装置を前記支持表面上に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記支持表面上に前記電子デバイスを取り付ける前記工程は、ＬＣＤ装置を前記支持表面上に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記支持表面上に前記電子デバイスを取り付ける前記工程は、ＬＣＯＳ装置を前記支持表面上に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記支持表面上に前記電子デバイスを取り付ける前記工程は、マイクロミラーアレイ装置を前記支持表面上に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
密封材料を堆積する前記工程は、前記基板の表面上に半田材料を堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
密封材料を堆積する前記工程は、前記基板の表面上にガラスフリットを堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記半田材料を堆積する前記工程は、前記表面上にＢｉＳｎｘを堆積することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記半田材料を堆積する前記工程は、前記表面上にＡｕＳｎｘを堆積することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記半田材料を堆積する前記工程は、１８０℃またはこれを超える半田付け温度を有する半田材料を堆積することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記２つの基板を提供することをさらに含み、前記２つの基板のうちの１つの基板は平面である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記２つの基板を提供することをさらに含み、前記平面である基板は光透過性ガラスである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記２つの基板を提供することをさらに含み、前記キャビティを有する前記基板はセラミックである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記セラミックは酸化アルミニウムである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記メタライゼーション層は多層構造であり、異なるメタライゼーション材料から構成される少なくとも２つのメタライゼーション層をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記メタライゼーション層は、金層およびニッケル層を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
他方の基板の表面の周囲に沿って、別のメタライゼーション層を堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記別のメタライゼーション層は多層構造であり、異なるメタライゼーション材料から構成される少なくとも２つの層を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記光透過性基板の表面上に、光吸収フレームを堆積することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記光吸収フレームは、前周期遷移金属酸化物または前周期遷移金属からなる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記前周期遷移金属はクロムである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記前周期遷移金属酸化物は酸化クロムである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記光透過性基板は、反射防止層で覆われた表面をさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記反射防止層は、反射防止層が堆積された全部の表面を覆っているのではない、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記反射防止層で覆われていない前記表面の部分には、メタライゼーション層が配置されている、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記キャビティを有する基板の表面の周囲にヒーターを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ヒーターは、前記キャビティを有する前記基板の表面の下に配置される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
他方の基板の表面の周囲に、別のヒーターを形成することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
ＭＥＭＳ装置をパッケージするための方法であって、
第１および第２の基板上に、
Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＯｘまたはＣｒＯｘの第１の層と、
ＮｉまたはＰｔの第２の層と、
金の第３の層と
を堆積することと、
少なくとも１８０℃の半田付け温度で半田付けされる半田材料を用いて、前記第１と第２の基板とを互いに接合することと
を含む、方法。
【請求項３６】
前記接合工程前に、Ｎｉ又はＰｔのさらなる層を堆積し、続いて、金のさらなる層を堆積することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記半田材料は、ＢｉＳｎｘまたはＡｕＳｎｘである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２の層はＮｉである、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の層はＣｒである、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＮｉまたはＰｔの層を堆積する前に、前記Ｃｒ層はＣｒＯｘに酸化される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の層はＣｒＯｘである、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記ＭＥＭＳ装置は、マイクロミラーアレイベースの空間光変調器である、請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記マイクロミラーアレイのマイクロミラーは、実質的に正方形である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記マイクロミラーアレイの前記マイクロミラーは、ヒンジおよび反射性ミラープレートを有しており、前記ヒンジは、前記ミラープレートとは異なる平面内に配置される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記マイクロミラーはバイナリミラー（ｂｉｎａｒｙ  ｍｉｒｒｏｒｓ）であり、パルス幅変調技術を用いて作動される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記マイクロミラーは、有機体の、または、有機無機複合体のアンチスティクションコーティングからなる、請求項３５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１の基板は、ガラスまたは石英である、請求項３５に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１の基板は、平面基板である、請求項３５に記載の方法。
【請求項４９】
前記第２の基板は、セラミック基板である、請求項３５に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２の基板は、接合後には前記ＭＥＭＳ装置が配置されているキャビティを有する、請求項３５に記載の方法。
【請求項５１】
前記ＣｒＯｘ層は、遮光性フレームの形態でガラス基板上に堆積され、当該フレームは、矩形の形状を有する、請求項３５に記載の方法。
【請求項５２】
前記ＭＥＭＳ装置は、ＣｒＯｘの前記フレームの矩形の辺とは平行でない長辺を有するマイクロミラーのアレイである、請求項３５に記載の方法。
【請求項５３】
前記ＭＥＭＳ装置は、少なくとも百万個のマイクロミラーのアレイである、請求項３５に記載の方法。
【請求項５４】
前記接合工程は、不活性ガスの環境下で実行される、請求項３５に記載の方法。
【請求項５５】
前記環境とは、不活性ガスおよびアンチスティクションの有機蒸気である、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
可視光を出射、変調又は検出する電子デバイスをパッケージするための方法であって、
第１および第２の基板上に、
ＣｒＯｘ層、または、Ｃｒ層（当該Ｃｒ層は、その後の酸化によりＣｒＯ２になる）と、
Ｎｉ、または、Ｐｔの層と、
金の層と
を堆積することと、
密封材料を用いて前記第１と第２の基板とを互いに接合することと
を含む、方法。
【請求項５７】
微細電気機械装置のパッケージであって、
少なくとも２つの基板を備え、それらの基板のうちの少なくとも１つの基板は、前記微細電気機械装置を保持するキャビティを有しており、前記２つの基板は、多くとも１つの密封層を間に挟んで、互いに接合されて密封されている、パッケージ。
【請求項５８】
前記密封材料は金属半田である、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項５９】
前記密封材料はガラスフリットである、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項６０】
前記半田はＢｉＳｎｘを含む、請求項５８に記載のパッケージ。
【請求項６１】
前記半田はＡｕＳｎｘを含む、請求項５８に記載のパッケージ。
【請求項６２】
前記半田は、１８０℃またはこれを越える半田付け温度を有する、請求項５８に記載のパッケージ。
【請求項６３】
前記２つの基板のうちの１つの基板は平面である、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項６４】
前記平面基板は光透過性ガラスである、請求項６３に記載のパッケージ。
【請求項６５】
前記キャビティを有する前記基板はセラミックである、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項６６】
前記セラミックは酸化アルミニウムである、請求項６５に記載のパッケージ。
【請求項６７】
前記２つの基板のうちの１つの基板の表面の周囲に沿って配置されており、当該表面は、他方の基板に面する、メタライゼーション層をさらに含む、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項６８】
前記メタライゼーション層は多層構造であり、異なるメタライゼーション材料からなる少なくとも２つのメタライゼーション層をさらに備える、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項６９】
前記メタライゼーション層は、金層およびニッケル層を含む、請求項６８に記載のパッケージ。
【請求項７０】
前記他方の基板の表面の周囲に沿って、別のメタライゼーション層を堆積することをさらに含む、請求項６７に記載のパッケージ。
【請求項７１】
前記別のメタライゼーション層は多層構造であり、異なるメタライゼーション材料からなる少なくとも２つの層を備える、請求項７０に記載のパッケージ。
【請求項７２】
前記光透過性基板は、前記光透過性基板の表面上に堆積された光吸収フレームをさらに備える、請求項６４に記載のパッケージ。
【請求項７３】
前記光吸収フレームは、前周期遷移金属酸化物または前周期遷移金属から構成されている、請求項７２に記載のパッケージ。
【請求項７４】
前記前周期遷移金属はクロムである、請求項７３に記載のパッケージ。
【請求項７５】
前記前周期遷移金属酸化物は酸化クロムである、請求項７３に記載のパッケージ。
【請求項７６】
前記光透過性基板は、反射防止層で覆われた表面をさらに有する、請求項６４に記載のパッケージ。
【請求項７７】
前記反射防止層は、反射防止層が堆積された全部の表面を覆っているのではない、請求項７６に記載のパッケージ。
【請求項７８】
前記反射防止層で覆われていない前記表面の部分には、メタライゼーション層が配置されている、請求項７７に記載のパッケージ。
【請求項７９】
前記キャビティを有する基板の表面の周囲に配置されているヒーターをさらに備える、請求項５７に記載のパッケージ。
【請求項８０】
前記ヒーターは、前記キャビティを有する前記基板の前記表面の下に配置されている、請求項７９に記載のパッケージ。
【請求項８１】
他方の基板の表面の周囲に配置されている別のヒーターをさらに備える、請求項７９に記載のパッケージ。
【請求項８２】
微細電気機械装置のパッケージであって、  
少なくとも２つの基板を備え、それらの基板のうちの少なくとも１つの基板は、前記微細電気機械装置を保持するキャビティを有しており、前記２つの基板は、多くとも１つの密封層を間に挟んで、互いに接合されて密封されており、当該密封層は、金属半田またはガラスフリットである、微細電気機械装置のパッケージ。
【請求項８３】
前記半導体デバイスは、マイクロミラーアレイ装置である、請求項８２に記載のパッケージ。
【請求項８４】
半導体デバイスをパッケージする方法であって、
２つの基板のうちの１つの基板のキャビティ内の支持表面上にマイクロミラーアレイ装置を取り付けることであって、それらの基板のうちの１つの基板は、少なくとも可視光を透過する部位を有することと、
前記２つの基板のうちの少なくとも１つの表面上に、当該表面を金属化するメタライゼーション材料を堆積することと、
前記２つの基板のうちの１つの基板の表面上に、密封材料を堆積することであって、当該密封材料は、１８０℃またはこれを超える半田付け温度で半田付けされることと、
前記２つの基板を接合して密封することと、
を含む、方法。
【請求項８５】
第１および第２の基板上に、
ＴｉまたはＴｉＯｘの第１の層と、
ＮｉまたはＰｔの第２の層と、
金の第３の層と
を堆積することと、
少なくとも１８０℃の半田付け温度で半田付けされる半田材料を用いて、前記第１と第２の基板とを互いに接合することと
を含む、半導体デバイスをパッケージするための方法。
【請求項８６】
少なくとも２つの基板であって、一方の基板は、電子デバイスを取り付ける支持表面を有するキャビティを備えており、他方の基板は、少なくとも可視光を透過する部位を有する基板と、
前記２つの基板のうちの少なくとも１つの基板の表面上にあって、当該表面を金属化するメタライゼーション材料と、
前記２つの基板のうちの１つの基板の表面上にあって、１６０℃またはそれを超える融解温度を有する密封材料と
を含む、パッケージ。
【請求項８７】
前記密封材料は、１８０℃またはそれを超える融解温度を有する、請求項８６に記載のパッケージ。
【請求項８８】
前記密封材料は、錫を含む、請求項８６に記載のパッケージ。
【請求項８９】
前記密封材料は、鉛を含む、請求項８６に記載のパッケージ。
【請求項９０】
前記電子デバイスは、空間光変調器である、請求項８６に記載のパッケージ。
【請求項９１】
前記空間光変調器は、マイクロミラーアレイを備えている、請求項８６に記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許出願は、ここにて本願において援用する２００３年５月２２日に出願された米国特許出願第１０／４４３，３１８号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、概して微細電気機械装置、半導体デバイス、発光素子、光変調装置、または光検出装置を含む電子デバイス（例えば、電気信号を受信または送信する任意のデバイス）のパッケージ方法の技術に関し、特に、パッケージする際、温度に対して特に影響を受け易い装置をパッケージする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
微細電気機械装置のような微細構造（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）は、ベーシックな情報伝達において数多くの用途をもつ。例えば、微細電気機械装置（ＭＥＭＳ）ベースの空間光変調器は、電気または光信号に応じて光線を変調する。このような変調器は、通信デバイスまたはインフォメーションディスプレイの一部となり得る。例えば、マイクロミラーは、微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの空間光変調器（ＳＬＭ）の主要な構成要素である。典型的なＭＥＭＳベースの空間光変調器は、通常、微細なマイクロミラーアレイから構成されている。これらのマイクロミラーは、例えば静電気力に応じて選択的に偏向され、次々と選択的に入射光を反射してデジタル画像を作り出すことができる。しかしながら、このようなマイクロミラーは、湿気や粉塵のような汚染物に極めて影響を受け易い。この汚染物は、毛管凝縮やポストリリース（ｐｏｓｔ‐ｒｅｌｅａｓｅ）のスティクションからマイクロミラー表面の劣化まで、マイクロミラーに対して様々な影響を与える。このような影響は、動作中のマイクロミラーの機械的な不具合をひき起こし得る。これや他の理由で、マイクロミラーアレイ装置はリリース後によくパッケージされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロミラーアレイ装置用に現在開発されているパッケージ方法の違いにはかかわらず、一方は装置を支持し他方は装置をカバーするための２つの基板、および、この２つの基板を接合するためのシーリング媒体（ｓｅａｌｉｎｇ  ｍｅｄｉｕｍ（ｓ））が利用されている。ほとんどのシーリング媒体は、接合の際に、加熱を必要とする。しかしながら、適切に加熱されない場合、熱によってマイクロミラーアレイ装置は劣化するかもしれない。例えば、不適切な加熱は、マイクロミラーの望ましい機械的性質を変えるかもしれない。それはまた、マイクロミラーを構成する粒子や不純物などの粒子を熱で活性化し、マイクロミラー内でこれらの活性化された粒子の拡散を促し、結果としてマイクロミラーの劣化を悪化させるかもしれない。あるいは、熱によってパッケージ内のアンチスティクション材料が減少するかもしれない。
【０００５】
したがって、パッケージする際、温度に対して特に影響を受け易い微細構造、半導体デバイス、発光素子、光変調装置、または光検出装置をパッケージする方法および装置が必要とされる。
【０００６】
上述を鑑みて、本発明では、パッケージする際、温度に対して影響を受け易い微細構造装置をパッケージする方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一例として、微細電気機械装置のパッケージが提供される。このパッケージは、少なくとも２つの基板を備え、それらの基板のうち少なくとも１つの基板は、微細電気機械装置を保持するキャビティを有し、これら２つの基板は互いに接合され、多くとも１つの密封（ｈｅｒｍｅｔｉｃ  ｓｅａｌｉｎｇ）層を間に挟んで密封されている。
【０００８】
本発明の別の一例として、マイクロミラーアレイ装置をパッケージする方法が提供される。この方法は、２つの基板のうちの１つの基板のキャビティ内の支持表面上にマイクロミラーアレイ装置を取り付けることであって、それらの基板のうちの１つの基板は、少なくとも可視光を透過する部位を有することと、これら２つの基板のうちの少なくとも１つの基板の表面上に当該表面を金属化するメタライゼーション材料を堆積することと、これら２つの基板のうちの１つの基板の表面上に、１８０℃またはこれを超える半田付け温度にて半田付けされる密封材料を堆積することと、これら２つの基板を接合して密封することとを含む。
【０００９】
本発明のまた別の一例として、半導体デバイスのパッケージが提供される。このパッケージは、少なくとも２つの基板を備え、それらの基板のうち少なくとも１つの基板は、半導体デバイスを保持するキャビティを有し、これら２つの基板は互いに接合され、多くとも１つの密封層を間に挟んで密封される。
【００１０】
本発明のまた別の一例として、半導体デバイスをパッケージする方法が開示される。この方法は、２つの基板のうちの１つの基板のキャビティ内の支持表面上にマイクロミラーアレイ装置を取り付けることであって、それらの基板のうちの１つの基板は、少なくとも可視光を透過する部位を有することと、これら２つの基板のうちの少なくとも１つの表面上に当該表面を金属化するメタライゼーション材料を堆積することと、これら２つの基板のうちの１つの基板の表面上に、１８０℃またはこれを超える半田付け温度で半田付けされる密封材料を堆積することと、これら２つの基板を接合して密封することとを含む。
【００１１】
本発明のまた別の一例として、半導体デバイスをパッケージする方法が提供される。この方法は、第１および第２の基板上に、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＯｘまたはＣｒＯｘの第１の層と、ＮｉまたはＰｔの第２の層と、金の第３の層とを堆積することと、少なくとも１８０℃の半田付け温度にて半田付けされる半田材料で前記第１と第２の基板とを互いに接合することとを含む
【００１２】
本発明の方法は、パッケージする際に、温度に対して影響を受け易い微細構造および半導体デバイスに実施することができる。
【００１３】
添付の特許請求の範囲は、本発明の特徴を特定的に記載するが、本発明ならびにその目的および利点は、以下の詳細な説明を添付の図とともに参照することによって最もよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態におけるマイクロミラーアレイのパッケージの一例を概略的に示す図である。
【００１５】
図２は、図１のパッケージ基板の断面図である。
【００１６】
図３は、図１のパッケージのための、埋め込まれたヒーターを持ったパッケージ基板を概略的に示す図である。
【００１７】
図４は、図３のパッケージ基板の断面図である。
【００１８】
図５は、マイクロミラーアレイ装置をパッケージする別のパッケージ基板を概略的に示す図で、このパッケージ基板は、パッケージ基板の上面の周囲に沿って形成されたヒーターを持つ。
【００１９】
図６は、図５のパッケージ基板の断面図である。
【００２０】
図７は、パッケージされたマイクロミラーアレイ装置の透視図である。
【００２１】
図８ａは、図７のパッケージされたマイクロミラーアレイ装置を用いたディスプレイシステムを概略的に示す図である。
【００２２】
図８ｂは、図７のパッケージされたマイクロミラーアレイ装置を用いたディスプレイシステムの典型的な操作を示すブロック図である。
【００２３】
図９ａは、マイクロミラーアレイの典型的なマイクロミラーを概略的に示す図である。
【００２４】
図９ｂは、図９ａのマイクロミラーからなる典型的なマイクロミラーアレイを概略的に示す図である。
【００２５】
図１０ａは、マイクロミラーアレイの別の典型的なマイクロミラーを概略的に示す図である。
【００２６】
図１０ｂは、図１０ａのマイクロミラーからなる典型的なマイクロミラーアレイを概略的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、マイクロミラーアレイ装置のパッケージおよびマイクロミラーアレイ装置を作製するためのパッケージ工程を参照しながら、本発明を説明する。以下の説明は、本発明の選択された実施形態に基づいており、ここで明確に説明されていない別の実施形態に関しては、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。詳細には、これに限定されるものではないが、本発明は、微細構造、半導体基板上の回路のような半導体デバイス、ＬＥＤやＯＬＥＤのような発光素子、ＭＥＭＳベースのミラーアレイ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、および光スイッチのような光変調装置、イメージセンサのような光検出装置、または検出器（例えばＣＣＤ）のパッケージに対して特に有用である。本発明の趣旨から逸脱しない他のバリエーションも適用することができる。
【００２８】
図１を参照しながら、本発明に係るマイクロミラーアレイ装置の典型的なパッケージを説明する。このパッケージは、パッケージ基板１０２とカバー基板１１０とを備えている。この一例の詳細では、パッケージ基板は、マイクロミラーアレイ装置（例えばマイクロミラーアレイ装置１０５）を保持するキャビティを有し、カバー基板は、ガラスまたは石英、あるいは好ましくは可視光を透過する他のプレートである。別の一例では、カバー基板は、カバー基板の下面がカバー基板の反対の表面（例えば上面）に向かって張り出した凹状のカバーキャップ（図示せず）にすることも可能である。この場合、カバー基板とパッケージ基板は、マイクロミラーアレイ装置を収容するための空間を形成することができる。
【００２９】
カバー基板とパッケージ基板を接合してシール（ｓｅａｌ）（好ましくは密封（ｈｅｒｍｅｔｉｃａｌｌｙ  ｓｅａｌ））するために、シーリング媒体１０６が、それらの基板の間に配置される。シーリング媒体は、好ましくは、安定で、信頼性が高く、コスト効率が良い材料であり、そして、パッケージ基板およびカバー基板のような他の構成部材と相性が良い熱的性質（例えば熱膨張係数（ＣＥＴ）、熱伝導率など）を有している。シーリング媒体は、金属、金属合金、金属化合物（例えば金属酸化物またはメタロイド酸化物）またはガラスフリットのような無機材料であり得る。シーリング媒体は、信頼性のあるシール特性のために、１６０℃以上、または１８０℃以上、あるいは、さらには２００℃以上の融解温度を有するのが好ましい。または、シーリング媒体の半田付け温度は、１９０℃以上、または２１０℃以上、あるいは、さらには２３０℃以上であるのが好ましい。高い融解（半田付け）温度を有するシーリング媒体を使用する利点は、シール特性が低下しないことであり、特に、パッケージのベーキングのような、次に来るパッケージ処理において、シール特性が低下しないことである。例えば、シーリング媒体は、京セラＫＣ−７００のようなガラスフリット、ＢｉＩｎｘ、ＡｕＳｎｘ、Ａｕ、ＢｉＳｎｘ、ＩｎＡｇｘ、ＰｂＳｎｘおよび銅から形成されている。シーリング媒体は、錫または鉛を含むのが好ましい。加えて、京セラＫＣ−７００のようなガラスフリットもシーリング媒体として用いることができる。しかしながら、多くの半田付け可能な金属材料は、基板（例えば、パッケージ基板やカバー基板）表面を構成することが多い酸化物材料への接着が弱い。この問題を解決するために、半田付け可能な金属シーリング媒体を塗布する前に、基板のうち接合する基板の表面を金属化するメタライゼーション層を設けることができる。
【００３０】
この図に示すように、メタライゼーション層１０４は、パッケージ基板の上面を金属化するため、上面に塗布される。メタライゼーション層は、多くの理由により、１８０℃以上の高い半田付け温度を有する材料から構成される。例えば、シーリング媒体の半田付け温度は、１７０℃を超えることが多い。そして、半田付けの後、パッケージは、必要に応じて１００℃を超える温度（例えば、１４０℃以上、好適には１２０℃から１６０℃の間）でベークされる。典型的なメタライゼーション材料は、アルミニウム、金、ニッケル、または、ＡｕＮｉｘのような２以上の適切な金属元素の組成物である。これらの材料は、スパッタリング、プリントまたはペーストなどの適切な堆積方法を用いて、薄膜または厚膜として表面上に堆積することができる。本発明の一例では、メタライゼーション媒体層は、金のような貴金属の薄層である。このメタライゼーション媒体層は、好ましくは、カバー基板の下面の上に、膜として、スパッタリングされる。
【００３１】
パッケージ基板の上面に対するシーリング媒体１０６の接着を改善するために、メタライゼーション層１０４は、パッケージ基板１０２の上面を金属化する。同様の理由によって、カバー基板の下面に対するシーリング媒体の接着を改善するために、別のメタライゼーション層１０８を、シーリング媒体とカバー基板１１０との間に設けることができる。メタライゼーション層１０８は、メタライゼーション層１０４と同じであっても同じでなくてもよく、選択されたシーリング媒体とカバー基板とによって決定される。
【００３２】
本発明の別の一例として、メタライゼーション層１０４と１０８は、それぞれ多層構造にすることができ、例えば、金属酸化物（例えばＣｒＯ２やＴｉＯ２）および／または金属元素（例えばＣｒ、Ａｕ、Ｎｉ、およびＴｉ）から構成された多層構造にすることができる。図１に示すように、メタライゼーション層は、層１２２および１２６から構成されていてもよく、メタライゼーション層は、層１２８および１３２から構成されていてもよい。メタライゼーション層（１０４と１０８）は、同時に多層構造であってもよいし、そうでなくてもよい。詳細には、２つのメタライゼーション層のうちの１つの層は、単層とすることができ、一方、もう１つの層は、多層構造とすることができる。あるいは、両方のメタライゼーション層を単層とするか、または、多層構造とすることができる。
【００３３】
メタライゼーション層が金属酸化物および金属層からなる場合、金属酸化物層が、まず非金属性の基板（セラミックまたはガラスなど）の表面上に堆積される。なぜならば、金属酸化物層は、概して、酸化された非金属性の基板の表面に強い接着力を示すからである。次に、金属層が、金属酸化物層に接着される。別の一例では、メタライゼーション層（１０４および／または１０８）は、それぞれ、ＣｒＯｘ層（例えば層１１２）、続いて、Ｃｒ層（またはＴｉ層）、続いて、Ｎｉ層（またはＰｔ層）、その後に、Ａｕ層が続く。ＣｒＯ２層は、散乱光を吸収するための光遮蔽フレームとして設けられる。Ｃｒ層は、ＣｒＯ２に対する後続の金属層の接着を改善するために設けられる。Ｎｉ層は、メタライゼーション層として設けられる。Ｎｉ層は容易に酸化されるので、そのような酸化を防止すべく、Ａｕ層が設けられる。基板（またはカバー基板）に対する半田層の接合を改善するために、Ｎｉ層を厚く堆積することができる。しかしながら、厚いＮｉ層は、パッケージシステムに、余分な圧力または歪みをもたらすかもしれない。これを回避するために、１つ又はそれ以上のＡｕ層を、厚いＮｉ層に差し挟むことができ、その結果、Ｎｉ、Ａｕ、Ｎｉ，および、Ａｕの交互層を得ることができる。ＣｒＯ２はまた、Ｃｒ層を形成した後に、形成されたＣｒ層の酸化によっても形成することができ、続けて、Ｎｉ（またはＰｔ）層を形成することも可能である。
【００３４】
光遮蔽フレームに加えて、光透過性を高めるために、反射防止膜（ＡＲ）を、ガラスカバー基板または光透過性窓（カバー基板が光透過性でない場合）上に用いることができる。ＡＲ膜は、ガラス基板（またはガラス窓または両方）の表面のいずれかの面に堆積することができる。ＡＲ膜がガラス基板の下面の上を覆う場合には、ＡＲ膜は、メタライゼーション材料（１０８）が塗布された部分の周辺を覆わないのが好ましい。なぜならば、ＡＲ膜は、カバー基板の表面に対するメタライゼーション材料の接着を弱めるからである。製造上、ＡＲ膜は、メタライゼーション材料の堆積前または後に、ガラス基板の下面の上に堆積することができる。
【００３５】
図１の断面図を表した図２に示すように、接合工程の際には、外圧、熱、または、放射線のような外力をカバー基板に加えることができる。カバー基板とパッケージ基板とをしっかりと接合する所定の期間の経過後、外力を取り払うことができるが、同時である必要はない。図２に示すように、ガス、湿気および／または不純物の粒子（例えば有機粒子）、を吸収するためのゲッター１１８ａおよび微細構造（例えばマイクロミラーアレイ装置）の表面を滑らかにする潤滑剤１１８ｂをパッケージ内に設けることができる。
【００３６】
メタライゼーション層（単数または複数）（１０４および／または１０８）とシーリング媒体（１０６）は、高い半田付けまたは融解温度（例えば１８０℃以上）を有するのが好ましいため、基板（単数または複数）の周囲に沿って局部的な加熱機構を設けることができる。このような局部的な加熱機構の大きな利点は、ヒーターは、基板の周囲に局部化されているので、温度に対して影響を受け易いパッケージ中の微細構造は、熱的に歪むことがないということである。局部的な加熱機構は、本願において援用する２００３年５月２２日にターンによって出願された米国特許出願第１０／４４３，３１８号に記載されているように、多くの方法で形成することができる。本発明の一例では、局部的な加熱機構は、パッケージ基板（１０２）上または内にて、一体となった、または、埋め込まれたヒーターである。これについては、図３から図６を参照しながら説明する。
【００３７】
図３を参照しながら、図１のパッケージを使用するため、一体となったヒーターを有するパッケージ基板を説明する。パッケージ基板１０２は、基板層１３４および基板層１３６から構成されている。基板層１３４はキャビティを形成する凹面を有し、その中には微細構造（例えばマイクロミラーアレイ装置）または半導体デバイスを配置することができる。基板層１３４上にて、ヒーター１４０は、基板層１３４の凹面の周囲に沿って形成されている。熱を発生させるために、外部電源からの電流を２つのリード線１３８を介してヒーターに流すことができる。このヒーターは、基板層１３４と１３６との間で積層されている。パッケージ基板２００の断面図を図４に示す。
【００３８】
この詳細な一例において、ヒーターはジグザグのエッジを有する。あるいは、ヒーターは他の任意の好適な形状を取ることができ、例えば、１セットの連続的に接続された直線ライン（または各々が端末にリード線を有する切断されたライン）、コイル、またはラインとコイルの組み合わせ、あるいはジグザグなラインなどの形状である。さらに、マイクロミラーアレイ装置を収容するキャビティを備える基板層１４０上にヒーターを形成する代わりに、基板１３６上にヒーターを形成することもできる。詳細には、ヒーターは、基板１３６上でかつ基板１３４に面する表面上に形成することができる。図５に示すように基板１３６は必須ではなく、用いない場合には、ヒーターは基板１３４上に、そうでなければ基板１３４と一体となってパターン形成されるのが好ましい。ヒーターは、タングステンのような任意の適切な材料からできており、薄膜を形成する任意の適切な方法（例えばスパッタリングおよび電気めっき）や厚膜を形成する標準的な方法（例えばプリント）によって形成することができる。熱を発生させるために、電流を２つのリード線に流す。あるいは、電流は、リード線を通してヒーターに導入することもでき、リード線は、基板１３４層上に形成されており、２つのリード線にそれぞれ接続される。
【００３９】
基板層１３４と１３６は、好ましくは任意の適切な非電気伝導性材料であり得、好ましくはセラミックまたはガラスであり、さらに好ましくはセラミック（例えば、ＡｌＯ２）である。他の材料（例えば有機または有機無機複合材料）もまた、融点しだいで使用することができる。本発明の別の実施形態では、基板層１３４および１３６は各々、複数の基板層をさらに備える多層構造であり得る。この状態において、ヒーターが配置された基板１３４の上層およびヒーターに面する基板１３６の下層は、好ましくは非電気伝導性である。基板１３４の上層の下の基板層や基板１３６の下層の上の基板層を含む他の層は、セラミック、ガラスおよび金属材料のような任意の適切な材料にすることができる。
【００４０】
パッケージ基板の表面の下にヒーターを埋め込む代わりに、ヒーターは、図５と図６に示すように、パッケージ基板の表面上に形成することができる。図５を参照すると、ヒーターは基板１３４の表面に沿って形成され、他のいずれの基板層もこの上には形成されない。基板１３４は多層構造であり得る。ヒーターは、シーリング媒体のような他の材料や他のパッケージ基板のような構造物に直接に露出している。この状態において、ヒーターの上に堆積されたシーリング媒体は、好ましくはガラスフリットのような非電気伝導性材料である。金属シーリング材料が選択された場合、パッケージ基板の表面上で露出しているヒーターは、好適には高い熱伝導性を有する非電気伝導性層で覆われていることが望ましい。
【００４１】
図１に戻って参照すると、接合工程の際、熱を発生させるために、電流が、２つのヒーターリード線（１１４）を介して、一体となったヒーターへ流される。電圧の振幅は、ヒーターの電気的性質（例えばヒーターの材料の電気的性質やヒーターの形状）と、パッケージ基板１０２の基板層の熱的性質および形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）と、メタライゼーション層（単数または複数）（例えば１０４）およびシーリング媒体（例えばシーリング媒体層１０６）を融解するためのパッケージ基板の表面上の温度とによって決定される。一例として、パッケージ基板の表面上でのシーリング媒体１０６の融解温度（同様に、所望温度）は、１００℃から３００℃であり、好適には約１８０℃以上または約２７０℃以上である。ヒーターは、パッケージ基板の表面から下へ、１ミリメートルから１０ミリメートル、好適には７ミリメートル程度距離をとって埋め込まれる。この実施例では、パッケージ基板はセラミックである。そのときの２つのヒーターリード線１１４の間で設定された電圧は好適には４０ボルトから１００ボルトであり、さらに好適には７０ボルト付近である。言い換えれば、この電圧は、シーリング媒体層の融解温度にまでパッケージ基板の表面温度を上昇させる熱量をヒーターに発生させる。その結果、シーリング媒体は融解されて、カバー基板とパッケージ基板とを接合するために用いられる。一方、マイクロミラー装置の位置での温度は、マイクロミラー装置のマイクロミラーが機械的故障を起こす温度よりもはるかに低くなる。本発明の実施形態において、マイクロミラー装置の位置での温度は、好適には７０℃未満である。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、カバー基板（１１０）もまたヒーターを有し得る。カバー基板内のそのようなヒーターは、カバー基板の表面の周囲に沿って形成することができ、カバー基板の当該表面の下に埋め込むことができる。カバー基板内のこのヒーターは、カバー基板とパッケージ基板との接合に用いることができる。特に、メタライゼーション媒体層（例えば１０８）とシーリング媒体層を半田付けするのに有用である。
【００４３】
パッケージされた微細構造または半導体デバイスへの加熱による影響をさらに回避するために、冷却プレートのような外部の冷却機構を、パッケージから熱を放散させるために使用することができる。例えば、冷却プレートを、パッケージ基板に取り付けることができる。
【００４４】
本発明のパッケージは、様々な用途（例えば微細構造、半導体デバイス、ＬＥＤやＯＬＥＤのような発光素子、ＬＣＤ装置、ＬＣＯＳ装置、プラズマ装置、マイクロミラーアレイ装置のような光変調装置、ＣＣＤのような光検出器等）を有し、そのうちの１つがディスプレイシステムである。図７は、本発明の実施形態による典型的なマイクロミラーアレイのパッケージを示す。マイクロミラーアレイ装置は、保護のためパッケージ内に接合される。入射光は、カバー基板を通過し、マイクロミラーアレイ装置のマイクロミラー上を照らすことができる。このパッケージは、その結果、実際の用途において使用することができ、そのうちの１つがディスプレイシステムである。
【００４５】
図８ａを参照しながら、図７のマイクロミラーアレイ装置のパッケージを使用した典型的なディスプレイシステムを説明する。非常に基本的な構成では、ディスプレイシステムは、光源１４４、光学デバイス（例えばライトパイプ１４８、レンズ１５０および１５４）、カラーホイール１４６、表示ターゲット１５６、および図７のマイクロミラーアレイ装置のパッケージを使用する空間光変調器１５２を備える。光源（例えばアーク燈）から出た入射光は、カラーホイールおよび光学デバイス（例えばライトパイプおよび対物レンズ）を通過し、空間光変調器上を照らす。空間光変調器は、光学デバイス１５４の方へ入射光を選択的に反射し、表示ターゲット上に画像を作り出す。本願において各々援用する、いずれもリチャードによる米国特許第６，３８８，６６１号、および２００３年１月１０日に出願された米国特許出願第１０／３４０，１６２号に記載されているように、ディスプレイシステムは多くの方法で操作され得る。
【００４６】
図８ｂを参照すると、３つの空間光変調器を用いたディスプレイシステムを説明するブロック図が示され、各空間光変調器は、図７のマイクロミラーアレイ装置のパッケージを有し、３つの原色（すなわち赤、緑、および青）光ビームを別々に変調するよう指定されている。図に示すように、光源１４４からの光１５８は、光学フィルタ１７５を通過して、３つの原色光ビーム、すなわち赤色光１６０、緑色光１６２および青色光１６４に分離される。各色の光ビームは、別々の空間光変調器に突き当たって、それによって変調される。特に、赤色光１６０、緑色光１６２および青色光１６４は、別々に空間光変調器１６６、１６８および１７０に突き当たって、変調される。変調された赤色光１７２、緑色光１７４および青色光１７６は、変調されたカラー画像を作り出すよう光結合器１９４にて再び組み合わされる。組み合わされた色光１７８は、視覚するよう表示ターゲット上へ導かれる（例えば投射レンズによって）。
【００４７】
図９ａを参照しながら、マイクロミラーアレイ装置のマイクロミラー装置の一例を説明する。図のように、マイクロミラープレート２０４は、ヒンジ２０６に取り付けられる。このヒンジは、基板２１０上に形成されるポスト２０２によって保持される。配置上、マイクロミラープレートは、基板上方でヒンジに沿って回転することができる。別の特徴として、マイクロミラープレートの回転を制御する２つのストッパーが形成される。基板は好適にはガラスである。あるいは、基板２１０は、標準的なＤＲＡＭ回路と電極を構築可能な半導体ウェハにすることができる。本発明のまた別の実施形態では、マイクロミラー基板は、光を透過する転写（ｔｒａｎｓｆｅｒ）基板上に形成することができる。詳細には、マイクロミラープレートを転写基板上に形成し、続いて、転写基板とともにマイクロミラー基板を光透過性基板のような他の基板に取り付けて、その後、マイクロミラーを形成するために、転写基板を取り除き、マイクロミラー基板のパターニングを行う。図９ｂは、複数の図９ａのマイクロミラー装置からなるマイクロミラーアレイの一部を示す。このアレイは上部基板上に形成され、この上部基板は好ましくは光透過ガラスである。上部基板でのマイクロミラーの回転を静電気的に制御する電極および回路のアレイは、下部基板上に形成され、この下部基板は好適には半導体ウェハである。マイクロミラーアレイと電極および回路のアレイとを上述したように異なる基板上に形成するだけでなく、同じ基板上にも形成することができる。
【００４８】
図９ａと図９ｂは、エッジがジグザグであるマイクロミラープレートを有するマイクロミラー装置の一例を示す。マイクロミラープレートは、どのような所望の形状ともすることができる。異なる形状のマイクロミラー装置の別の一例が図１０ａに示されている。図１０ａを参照しながら説明すると、マイクロミラープレートは「ダイヤモンド」形状を有する。ヒンジは、マイクロミラープレートの対角線に対し平行だがオフセットされ配置される。このヒンジ構造が、マイクロミラープレートの一端に向かって延長するアームを持っていることを指摘するのは価値がある。全てのヒンジ構造およびヒンジは、マイクロミラープレートの下に形成される。この配置は、ヒンジおよびヒンジ構造による入射光の屈折を低減するなど多くの利点を有する。図１０ｂは、図１０ａに示すマイクロミラー装置の複数からなるマイクロミラーアレイ装置の一例を示す。
【００４９】
微細構造および半導体デバイスをパッケージする新規で有用な方法が本明細書に記載されていることを、当業者は理解する。ただし、本発明の原理が適用可能である多くの可能な実施形態に鑑みて、本明細書において図を参照して記載した実施形態は例示目的のみであり、発明の範囲を限定するものとしては解釈されるべきでないことが、理解される。例えば、発明の趣旨から逸脱することなく、例示した実施形態を構成および詳細について改変することが可能なことを、当業者は理解する。特に、不活性ガスのような他の保護材料が、パッケージ基板とカバー基板によって形成される空間に充填されてもよい。別の例では、カバー基板やスペーサーと同様に、パッケージ基板が二酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、およびガラスセラミックのような他の適切な材料にすることができる。さらに別の例では、シーリング媒体層を半田付けするための接合する際の赤外線の活用や、基板とは離れた柱状物や他の構造といった他の適切な補助方法および構成をも適用することができる。さらに、マイクロミラー装置のマイクロミラーのスティクションを低減するため、好適には気相のアンチスティクション材料などの他の所望の材料もまた、パッケージ内に封入することができる。アンチスティクション材料は、カバー基板と下部基板とを接合する前に封入することができる。カバー基板が可視光を透過するガラスである場合、カバー基板は、マイクロミラーアレイ装置およびパッケージ基板に対して平行に配置することができる。あるいは、カバー基板は、マイクロミラーアレイ装置またはパッケージ基板とある角度をなして配置されてもよい。従って、本明細書に記載した発明は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲にあるような全ての実施形態を想定したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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