(57)【要約】      （修正有）【課題】反射器の縁部に取り付けられた可撓性または部分的に可動性を有する懸架部は、それらが生成可能な傾斜振幅を大幅に小さくすることなく、ピストンモードを高周波にシフトするように構成できない。【解決手段】反射器本体を含む反射器２１と、デバイス平面の上方で反射器本体と垂直方向において位置合わせされた第１キャビティ、およびデバイス平面の下方で反射器本体と垂直方向において位置合わせされた第２キャビティとを備える、走査微小電気機械反射器システム。反射器はまた、反射器本体の中央開口部内に位置する中央取付点を含む。中央開口部の側壁から中央取付点まで、１以上のたわみ部が延在する。たわみ部は、アクチュエータユニットが反射器本体をデバイス平面から傾けた時に、中央取付点がデバイス平面において静止を維持することを可能にする。反射器システムは、キャビティを通って反射器の中央取付点まで延在する中央支持構造体２９を含む。【選択図】図２
2019113830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス平面を規定するデバイスウェハであって、反射器本体を含む反射器と、前記反射器本体を取り囲む固定フレームと、前記反射器本体を前記デバイス平面から傾けるように構成された１以上のアクチュエータユニットとを含むデバイスウェハと、
前記デバイス平面の上方で前記反射器本体と垂直方向において位置合わせされた第１キャビティ、および前記デバイス平面の下方で前記反射器本体と垂直方向において位置合わせされた第２キャビティと、
前記第１キャビティの垂直方向を画定する第１キャビティ壁を含む、前記デバイスウェハの上にある第１パッケージング部品と、
前記第２キャビティの垂直方向を画定する第２キャビティ壁を含む、前記デバイスウェハの下方にある第２パッケージング部品とを備え、
前記反射器はさらに、中央取付点を含み、前記中央取付点は、前記反射器本体の中央開口部内に位置し、前記中央開口部の側壁から前記中央取付点まで、１以上のたわみ部が延在し、
前記たわみ部は、前記１以上のアクチュエータユニットが前記反射器本体を前記デバイス平面から傾けた時に、前記中央取付点が前記デバイス平面において静止を維持し得るように構成され、
前記第１キャビティ壁および前記第２キャビティ壁のうちの少なくとも一方は、さらに、前記キャビティ壁から、対応する前記キャビティを通って前記反射器の前記中央取付点まで延在する中央支持構造体を含む、
走査微小電気機械反射器システム。
【請求項２】
前記たわみ部は、前記中央取付点を取り囲むジンバルフレームと、前記中央取付点から前記ジンバルフレームまで第１軸上で互いに反対方向に延在する第１ねじり梁および第２ねじり梁と、前記ジンバルフレームから前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁まで、前記第１軸に垂直の第２軸上で互いに反対方向に延在する第３ねじり梁および第４ねじり梁とを含む、
請求項１に記載の走査微小電気機械反射器システム。
【請求項３】
前記たわみ部は、前記中央取付点から前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁まで第１軸に沿って互いに反対方向に延在する第１蛇状たわみ部および第２蛇状たわみ部と、前記中央取付点から前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁まで、前記第１軸に垂直の第２軸に沿って互いに反対方向に延在する第３蛇状たわみ部および第４蛇状たわみ部とを含む、
請求項１に記載の走査微小電気機械反射器システム。
【請求項４】
前記中央開口部は、前記反射器を貫通して延在し、前記中央取付点および前記たわみ部の垂直厚さは、前記反射器本体の垂直厚さと等しい、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査微小電気機械反射器。
【請求項５】
前記中央開口部は、前記反射器の第１の深さまで延在し、前記中央取付点および前記たわみ部の垂直厚さは、前記反射器本体の垂直厚さよりも小さい、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査微小電気機械反射器。
【請求項６】
前記デバイスウェハは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・ウェハである、
請求項５に記載の走査微小電気機械反射器。
【請求項７】
走査微小電気機械反射器システムを製造するための方法であって、
固定フレームおよび反射器を含むデバイスウェハを設けるステップと、
前記反射器内に、反射器本体と、前記反射器本体の中央開口部内に位置する中央取付点とを設けるステップと、
前記デバイスウェハ内に、前記反射器本体を前記デバイス平面から傾けるように構成される１以上のアクチュエータユニットを設けるステップと、
前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁から前記中央取付点まで延在する１以上のたわみ部であって、前記アクチュエータユニットが前記反射器本体を前記デバイス平面から傾けた時に、前記中央取付点が前記デバイス平面において静止を維持し得るように構成される１以上のたわみ部を設けるステップと、
前記デバイスウェハの上に、第１キャビティの垂直方向を画定する第１キャビティ壁を含む第１パッケージング部品を設けるステップと、
前記第１キャビティ内に延在するように中央支持構造体を前記第１キャビティ壁内に設けるステップと、
前記中央支持構造体を前記中央取付点に接合するように、前記第１パッケージング部品を前記デバイスウェハに接合するステップとを含む、
方法。
【請求項８】
設けられた前記たわみ部は、前記中央取付点を取り囲むジンバルフレームと、前記中央取付点から前記ジンバルフレームまで第１軸上で互いに反対方向に延在する第１ねじり梁および第２ねじり梁と、前記ジンバルフレームから前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁まで、前記第１軸に垂直の第２軸上で互いに反対方向に延在する第３ねじり梁および第４ねじり梁とを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
設けられた前記たわみ部は、前記中央取付点から前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁まで第１軸に沿って互いに反対方向に延在する第１蛇状たわみ部および第２蛇状たわみ部と、前記中央取付点から前記反射器本体の前記中央開口部の前記側壁まで、前記第１軸に垂直の第２軸に沿って互いに反対方向に延在する第３蛇状たわみ部および第４蛇状たわみ部とを含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記デバイスウェハ内に前記反射器を設けるステップは、前記中央取付点および前記たわみ部の垂直厚さが前記反射器本体の垂直厚さと等しくなるように、前記中央開口部、前記中央取付点、および前記たわみ部を、前記デバイスウェハを貫通するＤＲＩＥ工程でエッチングするステップを含む、
請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記デバイスウェハ内に前記反射器を設けるステップは、前記中央取付点および前記たわみ部の垂直厚さが前記反射器本体の垂直厚さより小さくなるように、前記中央開口部、前記中央取付点、および前記たわみ部を、異方性エッチング工程と等方性エッチング工程との組合せでエッチングするステップを含む、
請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記デバイスウェハは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・ウェハである、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記中央開口部、前記中央取付点および前記たわみ部をエッチングするのと同じ工程で、１以上の質量低減キャビティを前記反射器本体内でエッチングする、
請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、微小電気機械的に作動する走査反射器、より詳細には、そのような反射器における望ましくない振動モードのリスクを低減することに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査微小電気機械（ＭＥＭＳ）反射器は、光検出測距センサ（ＬＩＤＡＲ）などの撮像装置に使用することができる。走査ＭＥＭＳ反射器は、レーザ発光器からの光ビームを周囲環境に向けて反射することができる、少なくとも１つの移動反射器を含んでもよい。移動反射器と環境との間の光路に、追加の固定反射器を含めてもよい。出射ビームを反射した同じ固定反射器および移動反射器によって、戻り光ビームを光検出器に向けて内側に反射することができる。
【０００３】
広い画像領域（視界）にわたって光ビームを出射して捕捉するためには、ＭＥＭＳ反射器を前後に傾けなければならない。ＭＥＭＳ反射器の画像領域は、移動反射器をどれだけ傾け得るかによって、ある程度決まる。単純な実装では、ＭＥＭＳ反射器は、１つの軸のみを中心に傾くように構成することができる。その結果として生じる振動モードでは、ミラーが傾斜軸を中心とする平面角を走査し、その振動モードは１軸傾斜振動と呼ばれ得る。
【０００４】
より複雑な実装では、反射器は、ある立体角にわたって走査運動を行ってもよい。図１ａは、回転可能なジンバルフレーム１３に反射器１１が取り付けられている構成を示す。ジンバルフレーム１３は、固定点１２１と１２２との間の軸を中心に、固定フレーム１２に対して回転してもよい。反射器１１は、固定点１３１と１３２との間の軸を中心にジンバルフレーム１３に対して回転してもよい。結果として生じる振動モードは、２軸傾斜振動と呼ばれ得る。
【０００５】
図１ｂは、屈曲可能かつ／または部分的に可動性を有する懸架部１５１〜１５４によって固定フレーム１２から反射器１１が懸架される、立体角を走査するための代替構成を示す。これらの懸架部は、アクチュエータを付勢するために結合されてもよい。これらのアクチュエータは、反射器の縁部にある固定点１５１１〜１５１４を適切に同期させ、連動させる方法で昇降させることによって、疑似回転反射器運動を生じさせることができる。結果として生じる振動モードは、揺動振動と呼ばれ得る。
【０００６】
これらの動作振動モードの各々において、傾斜振幅は、通常、振動の共振周波数に対応する周波数で作動力を駆動することによって、最大にすることができる。ＬＩＤＡＲ用途では、この周波数は、０．５ｋＨｚ〜５ｋＨｚであってもよい。反射器を振動させるアクチュエータは、圧電アクチュエータまたは容量性アクチュエータであってもよい。
【０００７】
上記の動作振動モードは、所望の共振モードである。しかしながら、微小電気機械反射器システムの構成要素は、望ましくない共振振動も示し得る。そのような共振振動は、寄生振動と呼ばれ得、ＭＥＭＳ反射器システム全体が使用時に晒される外部の衝撃または振動から生じ得る。所望の動作振動モードが、いかなる寄生振動モードよりも低い共振周波数を有するように、ＭＥＭＳ反射器を設計することが望ましい。
【０００８】
特許文献１は、立体角を走査するための走査ＭＥＭＳ反射器システムを開示している。特許文献２は、平面角を走査するための走査ＭＥＭＳ反射器システムを開示している。
【０００９】
１つの寄生振動モードは、その低い共振周波数のために、ＭＥＭＳ反射器システムにおいて特に厄介であり得る。これは、反射器１１全体が、図１ｂにおいて規定されたｘｙ平面の上方、次いで下方に並進運動で移動する寄生モードである。この寄生振動モードは、ピストンモードと呼ばれ得る。それは、ｘｙ平面に直角のｚ軸に沿った反射器全体の同時並進を伴う。反射器が薄い場合、この並進振動の振幅は、反射器の端よりも中心の方が、わずかに大きくなり得る。
【００１０】
懸架部１５１〜１５４などの、反射器の縁部に取り付けられた可撓性または部分的に可動性を有する懸架部は、通常、それらが生成可能な傾斜振幅を大幅に小さくすることなく、ピストンモードを高周波にシフトするように構成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０３２０３７９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／００６１０７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本開示の目的は、上記の課題を克服するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示の目的は、独立クレームに記載することを特徴とする構造によって達成される。本開示の好ましい実施形態は、従属クレームに開示する。
【００１４】
本開示は、デバイス平面に垂直な垂直方向において、反射器の中央を、剛性を有する中央支持構造体に固定する考えに基づく。この中央支持構造体は、隣接するパッケージング部品から反射器まで延在してもよい。
【００１５】
本開示のこの構造の利点は、ピストンモードを含むすべての寄生振動モードの共振周波数が、動作振動モードの共振周波数よりはるかに大きくなることである。ピストンモードの振動振幅も小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下に、本開示について、添付図面を参照しながら好ましい実施形態によって、より詳細に説明する。
【図１ａ】図１ａは、ジンバルフレーム内に懸架される反射器を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、懸架ばねから懸架される反射器を示す。
【図２】図２は、一実施形態に係るＭＥＭＳ反射器システムを示す。
【図３】図３は、別の実施形態に係るＭＥＭＳ反射器システムを示す。
【図４】図４は、デバイス平面におけるＭＥＭＳ反射器システムを示す。
【図５】図５は、第１のたわみ部実施形態を示す。
【図６】図６は、第２のたわみ部実施形態を示す。
【図７ａ】図７ａは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で第２のエッチング実施形態を行う方法を示す。
【図７ｂ】図７ｂは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で第２のエッチング実施形態を行う方法を示す。
【図７ｃ】図７ｃは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で第２のエッチング実施形態を行う方法を示す。
【図７ｄ】図７ｄは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で第２のエッチング実施形態を行う方法を示す。
【図７ｅ】図７ｅは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で第２のエッチング実施形態を行う方法を示す。
【図８】図８は、製造方法を示す。
【図９】図９は、製造方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示は、デバイス平面を規定するデバイスウェハを備える走査微小電気機械反射器システムについて説明する。デバイスウェハは、反射器本体を含む反射器を含み、デバイスウェハはさらに、反射器本体を取り囲む固定フレームと、反射器本体をデバイス平面から傾けるように構成された１以上のアクチュエータユニットとを含む。反射器システムはまた、デバイス平面の上方で反射器本体と垂直方向において位置合わせされた第１キャビティ、およびデバイス平面の下方で反射器本体と垂直方向において位置合わせされた第２キャビティを備える。反射器システムはまた、デバイスウェハの上に第１パッケージング部品を備える。第１パッケージング部品は、第１キャビティの垂直方向を画定する第１キャビティ壁を含む。反射器システムはまた、デバイスウェハの下方に第２パッケージング部品を備え、第２パッケージング部品は、第２キャビティの垂直方向を画定する第２キャビティ壁を含む。
【００１８】
反射器はまた、中央取付点を含む。中央取付点は、反射器本体の中央開口部内に位置する。中央開口部の側壁から中央取付点まで、１以上のたわみ部が延在する。たわみ部は、１以上のアクチュエータユニットが反射器本体をデバイス平面から傾けた時に、中央取付点がデバイス平面において静止を維持し得るように構成される。第１キャビティ壁および第２キャビティ壁のうちの少なくとも一方は、さらに、キャビティ壁から、対応するキャビティを通って反射器の中央取付点まで延在する中央支持構造体を含む。
【００１９】
中央支持構造体は、反射器本体が振動運動している時、中央取付点を静止させておくことができる。多くの一般的なＭＥＭＳ反射器システム構成に対して、中央支持構造体は、ピストンモード振動のばね定数を約１０倍増加させ得ることを示すことができる。ピストンモード振動の周波数は、ばね定数の平方根に正比例するため、ばね定数のこの増加は、ピストンモード振動の振動周波数を約３．２倍増加させ得る。これにより、ほとんどの反射器装置構成において、ピストンモード周波数は動作振動周波数よりも高くなる。さらに、中央支持構造体はまた、ピストンモード振動の振動振幅を小さくする。そのため、ＭＥＭＳ反射器システムの振動性能は改善される。
【００２０】
図２は、デバイスウェハ２２１を備える走査微小電気機械反射器システムを示す。図２に示すように、デバイスウェハは、例えば、ハンドルウェハ２２３も含むシリコン・オン・インシュレータ・ウェハの一部であってもよい。あるいは、デバイスウェハは、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・ウェハであってもよい。デバイスウェハはデバイス平面を規定し、そのデバイス平面を本開示においてｘｙ平面と呼ぶ。
【００２１】
本開示の目的で、図２におけるデバイスウェハ２２１の上面または下面のどちらがデバイス平面を規定してもよい。反射器２１は、反射器本体２１１を含む。反射器本体２１１は、その上面または下面がデバイス平面と一致する休止位置を有してもよいが、図２に示すように、作動した時に、デバイス平面から傾くことができる。デバイスウェハ２２１は、反射器を取り囲む固定フレーム２２を含む。本開示では、「固定」という用語は、ＭＥＭＳ反射器システムパッケージなどのはるかに大きな物体に確実に取り付けられ、この大きな物体に対して動くことができないものを指す。
【００２２】
図２の走査微小電気機械反射器システムはさらに、反射器本体２１１をデバイス平面から傾けるように構成されるアクチュエータユニット２５１および２５２を含む。アクチュエータユニット２５１および２５２は、図１ｂの懸架部構成に対応する構成の懸架部を含んでもよい。各懸架部は、圧電変換器を含んでもよい。各懸架部の一端部は固定フレーム２２に、他端部は反射器本体２１１に取り付けられてもよい。作動電圧が圧電変換器に印加された時に、懸架部が曲がることで、反射器本体２１１の一方の縁部が上方または下方に動いてもよい。
【００２３】
本開示では、「上に」および「下に」という用語は、図に示すｚ方向を指す。デバイス平面に垂直であるｚ方向は、「垂直」方向とも呼ばれ得る。「上」、「下」、「上方」および「下方」などの用語は、ｚ軸に沿った要素の配列状態を指す。しかしながら、これらの用語は、装置を製造する時、または装置を使用する時に、図に示す同じ垂直の向きを必ず用いることを意味するものではない。言いかえれば、装置は、例えば、本開示において「上」側と呼ばれる側が下方に方向付けられるように、使用中および製造中、任意の適切な方向に方向付けられてもよい。
【００２４】
走査微小電気機械反射器システムは、さらに、デバイスウェハ２２１の上に第１パッケージング部品２２２を備えてもよい。第１パッケージング部品２２２は、第１キャビティ２４１を備えてもよい。第１キャビティ２４１は、固定フレーム２２および反射器本体２１１と垂直方向において位置合わせされてもよい。図２では、第１キャビティ２４１はまた、ハンドルウェハ２２３内の対応する第２キャビティ２４２と垂直方向において位置合わせされている。本開示では、「垂直方向の位置合わせ」とは、反射器本体２１１が、第１キャビティ壁２６１または第２キャビティ壁２６２と接触することなく、デバイス平面から傾くのに十分な空間を有する構成を指す。第１キャビティ壁２６１は第１キャビティ２４１の上端を提供し、第２キャビティ壁２６２は第２キャビティ２４２の下端を提供する。それによって、第１キャビティ２４１は第１キャビティ壁２６１からデバイス平面まで延在し、第２キャビティ２５２は第２キャビティ壁２６２からデバイス平面まで延在する。
【００２５】
図２では、第１キャビティ２４１は第１パッケージング部品２２２内に形成され、第２キャビティ２４２はハンドルウェハ２２３内に形成され、一方、第２パッケージング部品２２４が第２キャビティ壁を提供する。第２キャビティ２４２により、反射器本体２１１には、下方に傾く縁部が自由に動くのに十分な空間が与えられる。反射器本体２１１の下側は、電磁放射線を反射する、例えばチタン−白金−金の膜の薄膜でコーティングされてもよい。
【００２６】
第１パッケージング部品は、中央支持構造体２９を反射器本体２１１上方のシリコン部分内に形成することができるガラス−シリコンキャップウェハであってもよい。本開示では、中央支持構造体は、円筒形状、角柱形状、または任意の他の縦長角柱形状を有する柱であってもよい。あるいは、中央支持構造体のｘｙ断面の面積は、ｚの関数として変化してもよい。例えば、中央支持構造体は、切頂であるが狭い頂点が中央取付点に近接し、基部がキャビティ壁にある円錐またはピラミッドの形状を有してもよい。反射器の振動に十分な空間がキャビティ内に残る限り、他の形状を有する中央支持構造体も使用してよい。
【００２７】
この場合、第２パッケージング部品２２４は、ガラス窓または透明ウェハであってもよい。第２パッケージング部品２２４により、電磁放射線はキャビティ２４１および２４２を透過し、反射器２１によって反射され、次いで再びキャビティ２４１および２４２から出ることができる。
【００２８】
第１パッケージング部品の第１キャビティ２４１は、固定フレーム２２より広くてもよい。ｘｙ平面におけるキャビティのサイズを決定する第１キャビティ２４１の側壁は、必ずしも第２キャビティ２４２の側壁と位置合わせされている必要はない。しかしながら、両方のキャビティは、反射器本体２１１がキャビティ内で自由に動くことができるのに十分高くなければならない。
【００２９】
反射器２１はまた、中央取付点２１２を含む。ＭＥＭＳ反射器システムはさらに、キャビティ壁２６１からキャビティ２４１を通って、反射器上の中央取付点２１２まで延在する中央支持構造体２９を含む。図２に示すように、第１パッケージング部品がシリコンとガラスの領域を含むウェハである場合、中央支持構造体２９の最下先端部は、ガラス領域２９１を含んでもよい。
【００３０】
図３は、第１パッケージング部品３２２が、デバイスウェハに接合されているカバーである代替構成を示す。それは、デバイス平面の上方に透明窓を形成し、反射器本体３１１の上方の第１キャビティ３４１を画定する。さらに、第１キャビティ壁３６１が第１キャビティ３４１の垂直方向を画定し、その結果、第１キャビティ３４１は反射器本体３１１から第１キャビティ壁３６１まで延在する。この場合、デバイスウェハ３２１と同じシリコン・オン・インシュレータ・ウェハの一部であるハンドルウェハ３２３は、第２パッケージング部品を形成する。シリコン・オン・インシュレータ・ウェハは、この場合、第２キャビティ３４２が所与の深さまで形成されたキャビティＳＯＩウェハである。第２キャビティ３４２の垂直方向を画定する第２キャビティ壁３６２は、ＳＯＩウェハ内のこの深さに位置する。第２キャビティ３４２は、反射器本体３１１から第２キャビティ壁３６２まで延在する。この場合、中央支持構造体３９は、第２キャビティ３４２が形成される時に、シリコンハンドルウェハ３２３内に形成される。それによって、中央支持構造体３９は、デバイスウェハが加工される時に、既に中央取付点３１２に取り付けられている。言いかえれば、反射器および中央支持構造体がすべてＳＯＩウェハに加工されるため、中央取付点は、この場合、反射器の一部または中央支持構造体の一部と考えることができる。一貫性と明瞭さのために、本開示では単に、中央取付点を反射器の一部と呼ぶ。
【００３１】
図３に示す構成では、電磁放射線は、第１パッケージング部品３２２を通ってキャビティ３４１および３４２を透過し、次いで、反射器３１によって反射され、再びキャビティ３４１および３４２から出ることができる。言いかえれば、この場合、反射薄膜は反射器３１の上面に設けられている。
【００３２】
ｘｙ平面におけるキャビティのサイズを決定する第１キャビティ３４１の側壁は、正確に第２キャビティ３４２の側壁と位置合わせされなくてもよい。第１キャビティ３４１および第２キャビティ３４２は、反射器本体３１１にそのフル振幅まで振動するのに十分な空間を与えなければならないが、これ以外は要件を最小限にして、キャビティの寸法を自由に選択することができる。
【００３３】
図４は、反射器本体２１１／３１１が完全にデバイス平面、すなわちｘｙ平面にある位置での、ｘｙ平面における図２および図３の走査微小電気機械反射器システムを示す。図２および図３に示す断面は、図４の点Ｐから点Ｑまでの断面に対応する。中央取付点２１２／３１２は、反射器本体２１１／３１１の中央開口部２１３／３１３内に位置する。中央取付点２１２／３１２は、蛇状たわみ部で中央開口部２１３／３１３の側壁に取り付けられている。たわみ部については、以下のたわみ部の実施形態において、より詳細に述べる。
【００３４】
（第１のたわみ部実施形態）
図５は、本開示に係るＭＥＭＳ反射器システムにおける反射器本体の中央部分を示す。中央取付点５１２は、たわみ部で反射器本体５１１の中央開口部５１３の側壁に取り付けられている。示した実施形態では、たわみ部は、中央取付点５１２を取り囲むジンバルフレーム５３を含む。たわみ部はさらに、中央取付点５１２からジンバルフレーム５３まで第１軸上で互いに反対方向に延在する第１ねじり梁５３１および第２ねじり梁５３２と、ジンバルフレーム５３から反射器本体５１１の中央開口部５１３の側壁まで、第１軸に垂直の第２軸上で互いに反対方向に延在する第３ねじり梁５３３および第４ねじり梁５３４とを含む。
【００３５】
図５では、第１軸はｙ軸と平行であり、第２軸はｘ軸と平行である。反射器本体５１１が運動している時、ｘ軸を中心とする回転に関与する振動成分はすべて、第３ねじり梁５３３および第４ねじり梁５３４をねじり、ｙ軸を中心とする回転に関与する振動成分はすべて、第１ねじり梁５３１および第２ねじり梁５３２をねじる。それにより、振動する反射器本体によって加えられる中央取付点５１２の方向の力およびモーメントは、ねじり梁５３１〜５３４内で、また、部分的に可撓性ジンバルフレーム５３内で減衰する。これにより、反射器本体５１１が振動運動している時でも、中央取付点５１２は静止し、ｘｙ平面において水平を維持することができる。
【００３６】
ねじり梁５３１〜５３２および５３３〜５３４は、動作共振周波数より高い共振周波数に対するピストンモード振動を鈍化するのに十分ｚ方向に厚いが、らせん状にねじれやすいように十分薄くするべきである。この後の方法の実施形態において、より詳細に説明するように、ねじり梁は、反射器本体と同じくらい厚くすることもできるし、反射器本体より薄くすることもできる。
【００３７】
（第２のたわみ部実施形態）
図６は、本開示に係るＭＥＭＳ反射器システムにおける反射器本体の中央部分を示す。中央取付点６１２は、たわみ部で反射器本体６１１の中央開口部６１３の側壁に取り付けられている。示した実施形態では、たわみ部は、中央取付点６１２から反射器本体６１１の中央開口部６１３の側壁まで第１軸に沿って互いに反対方向に延在する第１蛇状たわみ部６３１および第２蛇状たわみ部６３２と、中央取付点６１２から反射器本体６１１の中央開口部６１３の側壁まで、第１軸に垂直の第２軸に沿って互いに反対方向に延在する第３蛇状たわみ部６３３および第４蛇状たわみ部６３４とを含む。
【００３８】
図６では、第１軸はｙ軸と平行であり、第２軸はｘ軸と平行である。反射器本体６１１が運動している時、ｘ軸を中心とする回転に関与する振動成分はすべて、第３ねじり蛇状たわみ部６３３および第４ねじり蛇状たわみ部６３４をねじり、ｙ軸を中心とする回転に関与する振動成分はすべて、第１蛇状たわみ部６３１および第２蛇状たわみ部６３２をねじる。それにより、振動する反射器本体によって加えられる中央取付点５１２の方向の力およびモーメントは、蛇状たわみ部６３１〜６３４内で減衰し、これにより、反射器本体６１１が振動運動している時でも、中央取付点６１２は静止し、ｘｙ平面において水平を維持することができる。
【００３９】
蛇状たわみ部の数は、選択的に、２、３、５または任意の他のより大きい数であってもよい。蛇状たわみ部の数は、アクチュエータユニットの数および配置に基づき、または、対称性の考慮および反射器の意図した振動モードに基づいて最適化されてもよい。たわみ部は、中央取付点の周りに対称的に配置されてもよい。
【００４０】
先のたわみ部の実施形態のように、蛇状たわみ部６３１〜６３２および６３３〜６３４は、動作共振周波数より高い共振周波数に対するピストンモード振動を鈍化するのに十分ｚ方向に厚くするべきである。蛇状たわみ部はまた、反射器本体の運動を減衰するのに必要なねじれ可撓性を促進するのに十分薄く、かつ蛇行は十分広くするべきである。この後の方法の実施形態において、より詳細に説明するように、蛇状たわみ部は、反射器本体と同じくらい厚くすることもできるし、反射器本体より薄くすることもできる。
【００４１】
言いかえれば、中央開口部（５１３、６１３）は、反射器（５１１、６１１）を貫通して延在してもよく、中央取付点（５１２、６１２）およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）の垂直厚さは、反射器本体（５１１、６１１）の垂直厚さと等しくてもよい。
【００４２】
あるいは、中央開口部（５１３、６１３）は、反射器（５１１、６１１）の第１の深さまで延在してもよく、中央取付点（５１２、６１２）およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）の垂直厚さは、反射器本体（５１１、６１１）の垂直厚さよりも小さくてよい。
【００４３】
（製造方法）
本開示はまた、走査微小電気機械反射器システムを製造するための方法について述べる。方法は、固定フレームおよび反射器を含むデバイスウェハを設けるステップと、反射器内に、反射器本体と、反射器本体の中央開口部内に位置する中央取付点とを設けるステップとを含む。方法はさらに、デバイスウェハ内に、反射器本体をデバイス平面から傾けるように構成される１以上のアクチュエータユニットを設けるステップと、反射器本体の中央開口部の側壁から中央取付点まで延在する１以上のたわみ部であって、アクチュエータユニットが反射器本体をデバイス平面から傾けた時に、中央取付点がデバイス平面において静止を維持し得るように構成される１以上のたわみ部を設けるステップとを含む。方法はさらに、デバイスウェハの上に、第１キャビティの垂直方向を画定する第１キャビティ壁を含む第１パッケージング部品を設けるステップと、第１キャビティ内に延在するように中央支持構造体を第１キャビティ壁内に設けるステップと、中央支持構造体を中央取付点に接合するように、第１パッケージング部品をデバイスウェハに接合するステップとを含む。
【００４４】
第１のたわみ部実施形態において述べたように、設けられたたわみ部は、中央取付点を取り囲むジンバルフレームと、中央取付点からジンバルフレームまで第１軸上で互いに反対方向に延在する第１ねじり梁および第２ねじり梁と、ジンバルフレームから反射器本体の中央開口部の側壁まで、第１軸に垂直の第２軸上で互いに反対方向に延在する第３ねじり梁および第４ねじり梁とを含んでもよい。
【００４５】
第２のたわみ部実施形態において述べたように、設けられたたわみ部は、中央取付点から反射器本体の中央開口部の側壁まで第１軸に沿って互いに反対方向に延在する第１蛇状たわみ部および第２蛇状たわみ部と、中央取付点から反射器本体の中央開口部の側壁まで、第１軸に垂直の第２軸に沿って互いに反対方向に延在する第３蛇状たわみ部および第４蛇状たわみ部とを含んでもよい。
【００４６】
（第１のエッチング実施形態）
中央開口部（５１３、６１３）が反射器（５１１、６１１）を貫通して延在し、中央取付点（５１２、６１２）およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）の垂直厚さが反射器本体（５１１、６１１）の垂直厚さと等しいＭＥＭＳ反射器システムは、デバイスウェハ内に反射器を設けるステップが、中央取付点（５１２、６１２）およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）の垂直厚さが反射器本体（５１１、６１１）の垂直厚さと等しくなるように、中央開口部（５１３、６１３）、中央取付点（５１２、６１２）、およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）を、デバイスウェハを貫通する深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）工程でエッチングするステップを含む方法で設けてもよい。
【００４７】
この第１のエッチング実施形態に係る方法が行われるデバイスウェハは、例えば、シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハであってもよい。
【００４８】
（第２のエッチング実施形態）
中央開口部（５１３、６１３）が反射器（５１１、６１１）の第１の深さまで延在し、中央取付点（５１２、６１２）およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）の垂直厚さが反射器本体（５１１、６１１）の垂直厚さよりも小さいＭＥＭＳ反射器システムは、デバイスウェハ内に反射器を設けるステップが、中央取付点（５１２、６１２）およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）の垂直厚さが反射器本体（５１１、６１１）の垂直厚さより小さくなるように、中央開口部（５１３、６１３）、中央取付点（５１２、６１２）、およびたわみ部（５３、５３１〜５３４、６３１〜６３４）を、異方性エッチング工程と等方性エッチング工程との組合せでエッチングするステップを含む方法で設けてもよい。
【００４９】
異方性エッチング工程と等方性エッチング工程との組合せは、例えば、単結晶反応性エッチングおよび金属化（ＳＣＲＥＡＭ）工程であってもよい。ＳＣＲＥＡＭエッチング工程は、中央取付点、たわみ部および中央開口部の側壁の水平寸法を規定するマスクを使用した第１の異方性エッチングステップを含んでもよい。この異方性エッチングステップは、デバイスウェハの第１の深さまで延在する１セットの溝を生成する。この第１の深さは、中央取付点およびたわみ部の所望の垂直高さと等しくてもよい。次いで、これらの溝の側壁および床は酸化物でコーティングしてもよく、その後、酸化物を溝床から除去してもよい。次いで、第１の深さより深い第２の深さまで下に溝をエッチングするために、第２の異方性エッチングステップを行ってもよい。次いで、たわみ部および中央取付点をバルク基板から切り離すのに十分に長い間、等方性エッチングを行ってもよい。第１の異方性エッチングステップの後に堆積させる酸化物は、等方性エッチングステップ中、中央開口部両方の側壁、たわみ部および中央取付点を保護する。
【００５０】
この第２のエッチング実施形態に係る方法は、シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で行ってもよい。あるいは、その方法は、図７ａ〜図７ｅに概略的に示すように、ダブル・シリコン・オン・インシュレータ・デバイスウェハ上で行ってもよい。デバイスウェハ７１３は、第１絶縁層７１３の上に第１シリコン層７１１を含む。第１絶縁層７１３は第２シリコン層７１２の上にあり、第２シリコン層７１２は第２の絶縁層７１４の上にある。絶縁層７１３および７１４は、シリコン酸化物層であってもよい。図２に示すように、デバイスウェハ７１３全体は、より大きなハンドルウェハの上にあってもよい。
【００５１】
図７ｂでは、２つの溝７３１および７３２を、第１の異方性エッチングステップでエッチングした。２つの溝７３１および７３２は共に、中央開口部の側壁および構造体７４の側壁を規定し、構造体７４は、たわみ部および／または中央取付点を含んでもよい。第１の異方性エッチングステップは、第１の深さｄ１が第１シリコン層７１１の厚さと等しくなるように、第１絶縁層７１３で停止させてもよい。図７ｃでは、溝を酸化物層７５でコーティングし、次いで、酸化物を溝床から除去した。
【００５２】
図７ｄでは、第２の異方性エッチングステップを行い、溝７３１および７３２を第２の深さｄ２まで下にエッチングした。図７ｅでは、等方性エッチングを行い、２つの溝７３１および７３２を連結して１つのキャビティ７３にし、それによって、構造体７４をバルク基板から切り離した。酸化物７５は、等方性エッチングステップの後に除去してもよい。中央取付点が、反射器本体の振動を妨害することなく静止を維持するべきである場合、中央取付点およびたわみ部は、バルク基板からこのように切り離さなければならない。
【００５３】
（ＭＥＭＳ反射器システムの製造）
図８は、反射器本体８１１の中央開口部が、反射器を貫通するのではなく、途中まで延在する例示的な走査ＭＥＭＳ反射器システムを示す。参照番号８２１〜８２４および８６は、それぞれ図２の参照番号２２１〜２２４および２６に対応する。反射器本体８１１の底面の反射領域は、例えばチタン−白金−金の薄膜であってもよい反射コーティング８８を含む。この反射領域は、中央開口部が反射器を貫通して延在する図２に示す反射器システムより、図８に示す反射器システムにおいて、わずかに大きい。
【００５４】
第１パッケージング部品は、ガラスからなる、８４などの絶縁領域と、シリコンからなる、第１キャビティ壁８６１などの半導体領域とを含んでもよい。シリコンビア８７は、上部接点８７１から、第１パッケージング部品８２２を貫通して、下部接点８７２および懸架部８５２まで延在してもよい。
【００５５】
第１パッケージング部品８２２は、例えば、第１キャビティ壁８６１が接合電極として利用され得る陽極接合工程で、デバイスウェハ８２１に接合してもよい。ガラスウェハ８２４も、陽極接合工程でハンドルウェハ８２３に接合してもよい。あるいは、融着接合または金属接合を用いて、ウェハを互いに接合してもよい。
【００５６】
走査ＭＥＭＳ反射器システムによっては、反射器本体の質量を低減することによって、その動的変形を低減することが有利になり得る。質量低減は、異方性エッチング工程と等方性エッチング工程との組合せを用いた上記の第２のエッチングの実施形態において述べた製造工程と併せて、容易に実行することができる。図９に示すように、反射器本体内で１以上の質量低減キャビティ９３１をエッチングするために、適切にパターンニングされたエッチングマスクを使用して、中央開口部９３をエッチングするＳＣＲＥＡＭエッチング工程を同時に用いることができる。言いかえれば、中央開口部、中央取付点およびたわみ部をエッチングするのと同じＳＣＲＥＡＭ工程で、１以上の質量低減キャビティを反射器本体内でエッチングしてもよい。これらの質量低減キャビティ９３１の唯一の目的は、反射器本体が振動する時の反射器本体の動的変形を低減することである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８】
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【図９】
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