IT201900005802A1 - Dispositivo ottico mems comprendente una lente ed un attuatore per controllare la curvatura della lente, e relativo procedimento di fabbricazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “DISPOSITIVO OTTICO MEMS COMPRENDENTE UNA LENTE ED UN ATTUATORE PER CONTROLLARE LA CURVATURA DELLA LENTE, E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE”

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo ottico microelettromeccanico (“Micro Electro Mechanical Systems”, MEMS), il quale comprende una lente ed un attuatore per controllare la curvatura della lente; inoltre, la presente invenzione si riferisce ad un corrispondente procedimento di fabbricazione.

Come è noto, sono oggigiorno disponibili dispositivi ottici MEMS, quali ad esempio i dispositivi ottici MEMS con microlenti a fuoco riconfigurabile.

Ad esempio, la figura 1 mostra un dispositivo MEMS 1, il quale comprende un corpo semiconduttore 2, il quale delimita lateralmente una cavità 3 ed è delimitato da una superficie frontale Sf. Inoltre, il dispositivo MEMS 1 comprende una membrana 4, la quale si estende al di sopra superficie frontale Sf, in modo da chiudere superiormente la cavità 3, ed è formata da ossido di silicio.

Il dispositivo MEMS 1 comprende inoltre un attuatore piezoelettrico 6, il quale ha ad esempio una forma anulare in vista dall’alto (non mostrata) e si estende al di sopra della membrana 4. L’attuatore piezoelettrico 6 comprende uno strato piezoelettrico, ad esempio di piombo-zirconato di titanio (PZT). Inoltre, l’attuatore piezoelettrico 6 delimita lateralmente un recesso 7, il quale è delimitato inferiormente da una porzione interna della membrana 4, una cui porzione periferica è quindi sovrastata dall’attuatore piezoelettrico 6. Tale porzione periferica della membrana 4 è fissata al corpo semiconduttore 2.

Il dispositivo MEMS 1 comprende anche una microlente 8 di materiale polimerico, morbido (quindi, deformabile) e trasparente. La microlente 8 si estende al di sotto della porzione centrale della membrana 4 ed ha tipicamente forma circolare, in vista dall’alto. Inoltre, il dispositivo MEMS 1 comprende un elemento di supporto, il quale è formato tipicamente da una regione di supporto 10 di materiale vetroso (ad esempio, di ossido di silicio), la quale si estende al di sotto della microlente 8; la regione di supporto 10 è planare e, per motivi di costo, ha forma tipicamente squadrata, in vista dall’alto. Per tale motivo, tipicamente anche la cavità 3, al cui interno si estendono la microlente 8 e la regione di supporto 10, ha forma squadrata, in vista dall’alto.

In pratica, la microlente 8 definisce un asse ottico O. Inoltre, l’attuatore piezoelettrico 6 può essere comandato in modo da deformare la membrana 4, nonché la microlente 8, in modo da variare la posizione del fuoco della microlente 8 stessa.

In tal modo, assumendo un fascio ottico che si propaga con asse parallelo all’asse ottico O, incide sulla regione di supporto 10 e passa attraverso la regione di supporto 10, la microlente 8 e la membrana 4, è possibile variare la posizione del punto in cui il fascio ottico viene focalizzato, a valle della membrana 4. In particolare, il processo di focalizzazione è controllato dalla curvatura che la deformazione della membrana 4, causata dall’attuatore piezoelettrico 6, induce su una superficie superiore 8’ delle microlente 8, tale superficie superiore 8’ contattando la membrana 4. Al contrario, la superficie inferiore 8” della microlente 8 non si deforma insieme alla superficie superiore 8’, bensì rimane piana, a causa della presenza della regione di supporto 10, alla quale è fissata; in pratica, la regione di supporto 10 conferisce rigidità alla porzione di microlente 8 che forma la superficie inferiore 8”. Idealmente, in assenza di segnale sull’attuatore piezoelettrico 6, anche la superficie superiore 8’ della microlente 8 è piana.

Il dispositivo MEMS 1 può quindi essere usato, ad esempio, per implementare funzioni di messa a fuoco automatica (“autofocus”) attraverso metodi noti di retroazione sul comando (in tensione) dell’attuatore piezoelettrico 6.

Sfortunatamente, il processo di fabbricazione del dispositivo MEMS 1, a partire da una fetta (“wafer” di materiale semiconduttivo, è relativamente complesso e costoso. In particolare, la formazione della microlente 8 prevede la deposizione del materiale polimerico sul retro del wafer, all’interno della cavità 3; tale operazione di backend è appunto relativamente complessa e costosa. Inoltre, il fatto che l’elemento di supporto 10 sia alloggiato nella cavità 3 fa sì che la forma dell’elemento di supporto 10 vincoli la forma della cavità 3, al fine di ridurre gli ingombri; dal momento che, come detto, l’elemento di supporto 10 ha tipicamente forma squadrata, anche la cavità 3 ha quindi forma squadrata, con conseguente aumento degli effetti ottici indesiderati (ad esempio, aberrazioni) sulla microlente 8, dovuti alla mancanza di simmetria circolare della cavità 3 formata dal corpo semiconduttore 2, e quindi anche della parte di membrana 4 sospesa sulla cavità 3, alla quale la microlente 8 è fissata.

Scopo della presente invenzione è quindi fornire una soluzione che risolva almeno in parte gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione vengono dunque forniti un dispositivo ottico MEMS ed un procedimento di fabbricazione come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempi non limitativi, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra schematicamente una sezione trasversale di un dispositivo MEMS di tipo noto;

- le figure 2-12 e 14 mostrano schematicamente sezioni trasversali di un wafer semiconduttivo, durante fasi successive di un procedimento di fabbricazione del presente dispositivo ottico MEMS;

- la figura 13 mostra schematicamente una vista dall’alto di una porzione del wafer, con porzioni rimosse, durante una fase del procedimento di fabbricazione del presente dispositivo ottico MEMS;

- le figure 15 e 21 mostrano schematicamente sezioni trasversali di forme di realizzazione del presente dispositivo ottico MEMS;

- le figure 16-20 mostrano schematicamente sezioni trasversali di un wafer semiconduttivo, durante fasi successive di una variante del procedimento di fabbricazione del presente dispositivo ottico MEMS;

- la figura 22 mostra schematicamente una sezione trasversale della forma di realizzazione mostrata in figura 21, in una diversa condizione operativa; e

- la figura 23 mostra uno schema a blocchi di un sistema di autofocus includente il presente dispositivo ottico MEMS.

Come mostrato in figura 2, inizialmente viene predisposto un wafer semiconduttivo 20, ad esempio di silicio, il quale è delimitato da una faccia superiore 22 e da una faccia inferiore 23 ed ha uno spessore ad esempio pari a 700μm. Sulla faccia superiore 22 sono disposti, in successione, uno strato dielettrico 24, un primo strato conduttivo 26, uno strato piezoelettrico 28 ed un secondo strato conduttivo 30. In pratica, il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30 e lo strato piezoelettrico 28 formano una struttura multistrato.

Lo strato dielettrico 24 è formato ad esempio da un vetro (ad esempio, ossido di silicio) e contatta la faccia superiore 22. Ad esempio, lo strato dielettrico 24 può essere formato mediante deposizione ed è otticamente trasparente (cioè, non assorbente) nel visibile, in prima approssimazione.

Il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30 sono formati ad esempio da una lega di titanio e platino. Lo strato piezoelettrico 28 è formato ad esempio da PZT e, come detto in precedenza, è interposto, in contatto diretto, tra il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30. In modo di per sé noto, il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30 e lo strato piezoelettrico 28 possono essere formati mediante corrispondenti processi di deposizione.

In seguito, come mostrato in figura 3, il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30 e lo strato piezoelettrico 28 vengono sagomati (“patterned”). In particolare, viene eseguito un attacco (ad esempio, di tipo dry), in modo da rimuovere selettivamente porzioni del secondo strato conduttivo 30 e sottostanti porzioni dello strato piezoelettrico 28 e del primo strato conduttivo 26, in modo da esporre corrispondenti porzioni dello strato dielettrico 24. In pratica, vengono formate prime cavità 32, che si estendono attraverso la struttura formata dal primo e dal secondo strato conduttivo 26, 30 e dallo strato piezoelettrico 28 e sono delimitate inferiormente dalle porzioni esposte dello strato dielettrico 24. In vista dall’alto, le prime cavità 32 hanno, a titolo puramente esemplificativo, una forma cilindrica.

In seguito, come mostrato in figura 4, viene formata una prima regione superiore 34, la quale è formata da un resist polimerico otticamente sensibile e si estende sul secondo strato conduttivo 30, oltre che all’interno delle prime cavità 32. Ad esempio, la prima regione superiore 34 viene formata mediante un processo di spinning.

Successivamente, come mostrato in figura 5, viene eseguito un processo di fotolitografia che include una fase di sviluppo, la quale consente di rimuovere selettivamente porzioni della prima regione superiore 34 e formare corrispondenti seconde cavità 36, ciascuna delle quali attraversa la prima regione superiore 34 e sovrasta interamente una corrispondente prima cavità 32, con cui comunica, formando una corrispondente prima camera 37. In vista dall’alto, le seconde cavità 36 hanno ad esempio una forma cilindrica. Inoltre, assumendo un sistema di riferimento ortogonale XYZ tale per cui il piano XY è parallelo alla faccia superiore 22 del wafer 20, ciascuna seconda cavità 36 è in prima approssimazione verticalmente allineata con la sottostante prima cavità 32 ed ha un diametro maggiore rispetto alla sottostante prima cavità 32.

In pratica, le operazioni di cui alla figura 5 comprendono anche la rimozione delle porzioni della prima regione superiore 34 che occupano le prime cavità 32, le quali vengono quindi liberate, senza intaccare il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30, né lo strato piezoelettrico 28.

In seguito, come mostrato in figura 6, la prima regione superiore 34 viene indurita, cioè viene sottoposta ad un processo di “curing” (ad esempio, di tipo termico), in modo da formare una prima regione indurita 34’. Inoltre, viene formata una seconda regione superiore 40, la quale è formata da un resist polimerico, ad esempio uguale al resist polimerico impiegato per la prima regione superiore 34, e si estende sulla prima regione indurita 34’, nonché all’interno delle prime camere 37. Ad esempio, la seconda regione superiore 40 viene formata mediante un processo di spinning.

In seguito, come mostrato in figura 7, viene eseguito un nuovo processo di fotolitografia che include una fase di sviluppo, la quale consente di rimuovere selettivamente porzioni della seconda regione superiore 40 e formare corrispondenti terze cavità 45, nonché di liberare nuovamente le prime camere 37. Infatti, in prima approssimazione, la prima regione indurita 34’ non viene rimaneggiata durante tale nuovo processo di fotolitografia. Similmente, anche il primo ed il secondo strato conduttivo 26, 30 e lo strato piezoelettrico 28 non vengono intaccati.

In maggior dettaglio, ciascuna terza cavità 45 si estende al di sopra di una corrispondente prima camera 37, con cui comunica. Inoltre, in prima approssimazione, ciascuna terza cavità 45 ha la forma di un parallelepipedo verticalmente allineato con la sottostante prima camera 37, ed in particolare con la sottostante seconda cavità 36. In aggiunta, in vista dall’alto, la seconda cavità 36 è interamente disposta all’interno della terza cavità 45 (come visibile ad esempio in figura 13), la quale ha quindi una base con area maggiore della base della seconda cavità 36. Ciascuna terza cavità 45 forma una sorta di seconda camera.

In seguito, come mostrato in figura 8, la seconda regione superiore 40 viene indurita, cioè viene sottoposta ad un processo di “curing” (ad esempio, di tipo termico), in modo da formare una seconda regione indurita 40’.

In seguito, come mostrato in figura 9, vengono effettuati una deposizione ed un successivo indurimento di un gel polimerico, in modo da riempire le prime camere 37. In pratica, all’interno di ciascuna prima camera 37 viene formata una corrispondente microlente 48, la quale si estende al di sotto di una corrispondente terza cavità 45, delimitando inferiormente quest’ultima. In prima approssimazione, ciascuna microlente 48 è quindi formata da una porzione inferiore ed una porzione superiore, che hanno forme cilindriche e riempiono, rispettivamente, le corrispondenti prima e seconda cavità 32, 36; la porzione superiore della microlente 48 sovrasta quindi una parte dell’insieme del primo e del secondo strato conduttivo 26, 30 e dello strato piezoelettrico 28, tale parte dell’insieme circondando lateralmente la porzione inferiore della microlente 48.

In prima approssimazione, le microlenti 48 sono otticamente non assorbenti nel visibile.

Successivamente, come mostrato in figura 10, mediante un macchinario di “pick and place” di tipo noto viene disposto, all’interno di ciascuna terza cavità 45, un corrispondente elemento di supporto 50, il quale è formato da materiale vetroso (ad esempio, ossido di silicio) ed ha ad esempio forma di parallelepipedo, con base sostanzialmente uguale alla base della corrispondente terza cavità 45, ed altezza inferiore. In maggior dettaglio, ciascun elemento di supporto 50 è disposto sul fondo della corrispondente terza cavità 45, a contatto con la sottostante microlente 48. Inoltre, in prima approssimazione gli elementi di supporto 50 non assorbono nel visibile.

In seguito, come mostrato in figura 11, viene eseguita una lappatura del wafer 20, a partire dalla faccia inferiore 23, al fine di ridurre lo spessore. Al termine della lappatura, il wafer 20 ha uno spessore ad esempio pari a 200μm ed è delimitato inferiormente da una superficie lappata 23’.

Successivamente, come mostrato in figura 12, viene seguito un attacco dry, in modo da rimuovere selettivamente porzioni del wafer 20, a partire dalla superficie lappata 23’, formando corrispondenti quarte cavità 52.

In particolare, ciascuna quarta cavità 52 si estende attraverso il wafer 20, a partire dalla superficie lappata 23’, fino allo strato dielettrico 24. Ad esempio, l’attacco che conduce alla formazione delle quarte cavità 52 è del tipo con etch stop sul dielettrico. Grazie alla precedente lappatura, è possibile controllare con precisione il processo di rimozione del materiale semiconduttore, fino allo strato dielettrico 24; inoltre, la quantità di materiale semiconduttore che viene rimossa è ridotta.

In maggior dettaglio, ciascuna quarta cavità 52 è, in prima approssimazione, verticalmente allineata ad una corrispondente prima camera 37 ed alla sovrastante terza cavità 45. Inoltre, ciascuna quarta cavità 52 ha ad esempio una forma cilindrica, con diametro ad esempio maggiore del diametro della sovrastante seconda cavità 36, e quindi anche del diametro della sovrastante prima cavità 32. Inoltre, il diametro della quarta cavità 52 può essere tale per cui, in vista dall’alto, la terza cavità 45 è interamente disposta all’interno della quarta cavità 52, come mostrato in figura 13, in cui per semplicità sono mostrati solo i profili laterali di una terza cavità 45 e delle corrispondenti prima, seconda e quarta cavità 32, 36 e 52, nell’ipotesi in cui il corrispondente elemento di supporto 50 e la corrispondente microlente 48 siano assenti.

In pratica, assumendo che il wafer 20 abbia l’orientamento mostrato in figura 12, ciascuna quarta cavità 52 è delimitata superiormente da una corrispondente porzione esposta dello strato dielettrico 24, tale porzione esposta essendo a sua volta in contatto diretto con la corrispondente microlente 48; la quarta cavità 52 e la microlente 48 sono disposti su lati opposti dello strato dielettrico 24.

Successivamente, come mostrato in figura 14, viene eseguita un’operazione di taglio, lungo linee di taglio 99 (mostrate in figura 12) che si estendono attraverso le porzioni della prima e della seconda regione indurita 34’, 40’, del wafer 20, del primo e del secondo strato conduttivo 26, 30, dello strato piezoelettrico 28, nonché attraverso lo strato dielettrico 24.

Le operazioni di taglio conducono alla formazione di una pluralità di dispositivi ottici MEMS 100, uguali tra loro.

In particolare, riferendosi ad un dispositivo ottico MEMS 100, la corrispondente porzione residua di wafer 20 forma un corpo semiconduttore 120, attraverso il quale si estende una corrispondente quarta cavità 52. Il corpo semiconduttore 120 è delimitato superiormente da una rispettiva superficie frontale 122.

La porzione residua dello strato dielettrico 24 forma una regione sospesa 124, la quale si estende al di sopra superficie frontale 122, in modo da chiudere superiormente la quarta cavità 52; una porzione periferica 124” della regione sospesa 124 è fissata al corpo semiconduttore 120, mentre una porzione centrale della regione sospesa 124 forma una membrana 124’. La microlente 48 poggia su una parte centrale della membrana 124’.

Inoltre, le porzioni residue (indicate rispettivamente con 126, 130 e 128) del primo e del secondo strato conduttivo 26, 30 e dello strato piezoelettrico 28 formano un attuatore 106. In particolare, le porzioni residue 126, 130 del primo e del secondo strato conduttivo 26, 30 formano rispettivamente un elettrodo inferiore ed un elettrodo superiore, che consentono di polarizzare l’attuatore 106.

L’attuatore 106 è dunque formato da una rispettiva struttura multistrato ed è disposto su una parte periferica della membrana 124’, la quale circonda la parte centrale della membrana 124’, nonché sulla porzione periferica 124” della regione sospesa 124, che sovrasta la parte del corpo semiconduttore 120 che circonda la quarta cavità 52.

Le porzioni residue della prima e della seconda regione indurita 34’, 40’ sono indicate rispettivamente con 134 e 140.

Come mostrato in figura 15 con riferimento, per semplicità di visualizzazione, ad un solo dispositivo ottico MEMS 100, vengono poi rimosse selettivamente le porzioni residue 134, 140 della prima e della seconda regione indurita 34’, 40’, mediante un attacco al plasma.

Secondo una variante del presente procedimento di fabbricazione, vengono eseguite le medesime operazioni descritte con riferimento alle figure 2-5.

Successivamente, come mostrato in figura 16, la prima regione superiore 34 viene indurita, in modo da formare la prima regione indurita 34’.

In seguito, come mostrato in figura 17, all’interno delle prime camera 37 vengono formate le microlenti 48.

Successivamente, come mostrato in figura 18, al di sopra della prima regione indurita 34’ e delle microlenti 48 viene disposta, in contatto diretto, una lastra 55, la quale è formata da materiale vetroso (ad esempio, ossido di silicio) e non assorbe radiazione nel visibile.

Successivamente, come mostrato in figura 19, vengono eseguite le operazioni di lappatura del wafer 20 e di attacco, descritte con riferimento alle figura 11 e 12, in modo da formare le quarte cavità 52.

In seguito, come mostrato in figura 20, viene eseguita un’operazione di taglio, lungo le linee di taglio 99 (mostrate in figura 19), in modo da ottenere i dispositivi ottici MEMS 100. In figura 20, elementi già mostrati in figura 14 sono indicati con i medesimi numeri di riferimento. Rispetto a quanto mostrato in figura 14, ciascun dispositivo MEMS 100 è privo della porzione residua 140 della seconda regione indurita 40’. Inoltre, in seguito al taglio, le porzioni separate della lastra 55 formano corrispondenti elementi di supporto, qui indicati con 150. Ciascun elemento di supporto 150 sovrasta interamente, oltre alla microlente 48, la porzione residua 134 della prima regione indurita 34’.

In seguito, come mostrato in figura 21 con riferimento, per semplicità, ad un singolo dispositivo ottico MEMS 100, viene eseguito un attacco al plasma, al fine di rimuovere selettivamente la porzione residua 134 della prima regione indurita 34’.

In pratica, come anche nel caso della forma di realizzazione mostrata in figura 15, la quarta cavità 52 funge da cavità principale del dispositivo ottico MEMS, sulla quale è sospesa la membrana 124’. Le prime, seconde e terze cavità 32, 36 e 45 formano invece corrispondenti prime, seconde e terze aperture, rispettivamente attraverso la struttura multistrato dell’attuatore 106, la prima regione superiore 34 (e la prima regione indurita 34’) e la seconda regione superiore 40 (e la seconda regione indurita 40’).

La deformazione della membrana 124’, indotta in modo elettronicamente controllabile dall’attuatore 106, consente di variare la curvatura della microlente 48 (come mostrato ad esempio in figura 22), ed in particolare di una prima superficie (indicata con 48’ nelle figure 21-22) della microlente 48, rivolta verso la membrana 124’; una seconda superficie (indicata con 48” nelle figure 21-22) della microlente 48 rimane invece piana, dal momento che contatta l’elemento di supporto 150, che svolge l’azione di garantire, con la propria rigidità, maggiore della rigidità della microlente e della membrana 124’, la planarità della seconda superficie 48” della microlente 48. Inoltre, la porzione di membrana 124’ che contatta la prima superficie 48’ della microlente 48 funge anch’essa da microlente ed è otticamente accoppiata alla microlente 48, con la quale forma una sorta microlente complessiva, o gruppo di microlenti, il cui comportamento ottico è tuttavia determinato, principalmente, dalla curvatura della prima superficie 48’ della microlente 48, oltre che dall’indice di rifrazione di quest’ultima.

I vantaggi che il presente dispositivo ottico MEMS consente di ottenere sono evidenti da quanto precedentemente descritto.

In particolare, il presente dispositivo ottico MEMS può essere fabbricato in modo relativamente semplice, dal momento che non necessita di operazioni di backend per la realizzazione della microlente e dell’elemento di supporto. Inoltre, il presente procedimento di fabbricazione consente di svincolare la geometria della cavità principale, che attraversa il semiconduttore, dalla geometria degli elementi di supporto.

Il dispositivo ottico MEMS 100 può trovare applicazione, ad esempio, all’interno di un sistema di autofocus 81, mostrato in figura 23.

In dettaglio, il sistema di autofocus 81 comprende: il dispositivo ottico MEMS 100; un sensore di immagini 82, otticamente accoppiato al dispositivo ottico MEMS 100; un’unità di elaborazione immagini (“image processing unit”) 84, elettricamente accoppiata al sensore immagini 82; e un’unità di controllo 86, elettricamente accoppiata all’unità di elaborazione immagini 84 e al dispositivo ottico MEMS 100.

Il dispositivo ottico MEMS 100 riceve il segnale ottico, il quale passa attraverso la microlente 48 formando un’immagine che viene rilevata dal sensore di immagini 82. Il sensore di immagini 82 è ad esempio un sensore di immagini di tipo CMOS di tipo noto.

Il sensore di immagini 82 genera un primo segnale di uscita in funzione della summenzionata immagine e lo invia all’unità di elaborazione immagini 84. L’unità di elaborazione immagini 84 analizza tramite tecniche note il primo segnale di uscita del sensore di immagini 82 e vi assegna un punteggio in funzione della qualità di messa a fuoco dell’immagine associata al primo segnale di uscita; l’unità di elaborazione immagini 84 determina inoltre, tramite algoritmi noti di autofocus, valori di correzione della microlente 48 atti a migliorare il punteggio di qualità di messa a fuoco.

L’unità di elaborazione immagini 84 genera un secondo segnale di uscita, il quale contiene le summenzionate informazioni relative ai valori di correzione della microlente 48 e viene inviato all’unità di controllo 86. L’unità di controllo 86 comprende un circuito di pilotaggio del dispositivo ottico MEMS 100, atto a determinare i valori di tensione adatti a pilotare l’attuatore 106 in modo tale da ottenere una deformazione della membrana 124’ che induca una deformazione della microlente 48 corrispondente ai valori di correzione determinati dall’unità di elaborazione immagini 84. In tal modo, la microlente 48 assume il valore di curvatura desiderato. Ad esempio, l’unità di controllo 86 può avere accesso ad una tabella di consultazione (“look-up table”) che memorizza un valore di tensione per ogni valore di correzione ottenibile dalla microlente 48.

Il sistema di autofocus 81 implementa dunque un metodo di retroazione (“feedback”) atto a migliorare automaticamente la qualità della messa a fuoco dell’immagine.

Risulta infine chiaro che rispetto a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti, senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, il materiale dello strato piezoelettrico 28 può essere diverso dal PZT. Inoltre, sebbene non mostrato né descritto, l’attuatore 106 può includere regioni diverse rispetto a quanto descritto, come ad esempio regioni di passivazione che incapsulano l’’attuatore, pur consentendo di polarizzare gli elettrodi; inoltre, regioni dell’attuatore 106 possono avere forma diversa rispetto a quanto descritto. Ad esempio, il dispositivo ottico MEMS può includere cammini conduttivi (non mostrati) collegati all’elettrodo superiore ed all’elettrodo inferiore dell’attuatore 106.

Il dispositivo ottico MEMS può inoltre includere una struttura antiriflesso di tipo noto, formata da uno o più strati dielettrici e disposta a contatto con la membrana 124’, al di sotto di quest’ultima.

E’ inoltre possibile che la microlente e l’elemento di supporto siano formati entrambi da materiali vetrosi, nel qual caso lo spessore della microlente è comunque inferiore rispetto allo spessore dell’elemento di supporto, in modo che la microlente abbia comunque una maggiore cedevolezza rispetto all’elemento di supporto.

Relativamente al procedimento di fabbricazione, esso può variare rispetto a quanto descritto. Ad esempio, con riferimento a quanto mostrato nelle figure 5-8, in cui è prevista la formazione della prima e della seconda regione indurita 34’, 40’, in cui sono formate rispettivamente le seconde cavità 36 e le terze cavità 45, è possibile che venga formata una singola regione indurita; tale singola regione indurita viene attraversata da cavità formate con un singolo processo di fotolitografia, anziché da coppie di cavità sovrapposte, formate in due distinti processi di fotolitografia. Tuttavia, l’impiego di due distinti processi di fotolitografia consente, come spiegato in precedenza, di variare la forma delle terze cavità 45 rispetto alla forma delle sottostanti seconde cavità 36.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo ottico MEMS comprendente: - un corpo semiconduttore (120); - una cavità principale (52) estendentesi all’interno del corpo semiconduttore (120); - una membrana (124’) sospesa sulla cavità principale (52); - un attuatore piezoelettrico (106), meccanicamente accoppiato alla membrana (124’) e controllabile elettronicamente in modo da deformare la membrana (124’); - una microlente (48), meccanicamente accoppiata alla membrana (124’) in modo da deformarsi in seguito alla deformazione della membrana (124’); e - un elemento ottico rigido (50;150), il quale contatta la microlente (48) ed è disposto in maniera tale per cui la microlente (48) è interposta tra l’elemento ottico rigido (50; 150) e la membrana (124’); ed in cui la microlente (48) e la cavità principale (52) sono disposte su lati opposti della membrana (124’).
2. 2. Dispositivo ottico MEMS secondo la rivendicazione 1, in cui la microlente (48) è delimitata da una prima ed una seconda superficie (48’, 48”), la prima superficie (48’) essendo configurata per deformarsi in seguito alla deformazione della membrana (124’); ed in cui l’elemento ottico rigido (50;150) ed è fissato alla seconda superficie (48”) della microlente (48).
3. 3. Dispositivo ottico MEMS secondo la rivendicazione 2, in cui la prima superficie (48’) della microlente (48) è fissata ad una porzione centrale della membrana (124’); ed in cui l’attuatore piezoelettrico (106) è fissato ad una porzione periferica della membrana (124’).
4. 4. Dispositivo ottico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la microlente (48) è formata da materiale polimerico; ed in cui l’elemento ottico rigido (50; 150) è formato da un vetro.
5. 5. Dispositivo ottico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’attuatore piezoelettrico (106), la microlente (48) e l’elemento ottico rigido (50; 150) sono disposti su un medesimo lato della membrana (124’).
6. 6. Dispositivo ottico MEMS secondo la rivendicazione 5, in cui l’attuatore piezoelettrico (106) circonda una parte della microlente (48).
7. 7. Dispositivo ottico MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la membrana (124’) è formata materiale dielettrico.
8. 8. Sistema per autofocus comprendente: - il dispositivo ottico MEMS (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, atto a ricevere un segnale ottico; - un sensore di immagini (82) configurato per ricevere il segnale ottico dopo che ha attraversato l’elemento ottico rigido (50; 150) e la microlente (48) del dispositivo ottico MEMS (100) e generare un primo segnale di uscita indicativo di un’immagine formata dal segnale ottico su detto sensore di immagini (82); - un’unità di elaborazione immagini (84) configurata per determinare, in funzione del primo segnale di uscita, almeno una grandezza indicativa della messa a fuoco di detta immagine; e - un’unità di controllo (86) configurata per comandare, in funzione di detta grandezza, l’attuatore piezoelettrico (106).
9. 9. Procedimento di fabbricazione di un dispositivo ottico MEMS (100), comprendente le fasi di: - in un corpo semiconduttore (120), formare una cavità principale (52); - formare una membrana (124’), sospesa sulla cavità principale (52); - formare un attuatore piezoelettrico (106), meccanicamente accoppiato alla membrana (124’) e controllabile elettronicamente in modo da deformare la membrana (124’); - formare una microlente (48), meccanicamente accoppiata alla membrana (124’) in modo da deformarsi in seguito alla deformazione della membrana (124’); e - formare un elemento ottico rigido (50;150), in modo che contatti la microlente (48) e sia disposto in maniera tale per cui la microlente (48) è interposta tra l’elemento ottico rigido (50; 150) e la membrana (124’); ed in cui la microlente (48) e la cavità principale (52) sono disposte su lati opposti della membrana (124’).
10. 10. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre le fasi di: - formare, al di sopra di un wafer semiconduttivo (20), uno strato dielettrico (24); - formare, al di sopra dello strato dielettrico (24) una struttura multistrato (26,28,30) includente uno strato piezoelettrico (28); - rimuovere selettivamente porzioni della struttura multistrato (26,28,30), in modo da formare un numero di prime aperture (32) attraverso la struttura multistrato (26,28,30), ciascuna prima apertura (32) affacciandosi su una corrispondente porzione della membrana (124’); - formare, al di sopra della struttura multistrato (26,28,30) ed all’interno delle prime aperture (32), una prima regione superiore (34,34’) di materiale polimerico; - rimuovere selettivamente porzioni della prima regione superiore (34), in modo da formare, al di sopra di ciascuna prima apertura (32), una corrispondente seconda apertura (36) che attraversa la prima regione superiore (34) e forma una prima camera (37) con la sottostante prima apertura (32); e successivamente - formare, all’interno delle prime camere (37), corrispondenti microlenti (48), mediante deposizione di un gel polimerico.
11. 11. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre le fasi di: - dopo la formazione delle seconde aperture (36), e prima della formazione delle microlenti (48) all’interno delle prime camere (37), indurire la prima regione superiore (34); e successivamente - formare, al di sopra della prima regione superiore indurita (34) e all’interno delle prime camere (37), una seconda regione superiore (40) di materiale polimerico; e successivamente - rimuovere selettivamente porzioni della seconda regione superiore (40), in modo da liberare le prime camere (37) e formare, al di sopra di ciascuna prima camera (37), una corrispondente seconda camera (45) che attraversa la seconda regione superiore (40) e comunica con la prima camera (37); e successivamente - indurire la seconda regione superiore (40); e successivamente - eseguire detta fase di formare le microlenti (48) all’interno delle prime camere (37); e successivamente - disporre, in ciascuna seconda camera (45), un corrispondente elemento ottico rigido (50), a contatto con una corrispondente microlente (48).
12. 12. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 11, in cui le seconde camere (45) hanno sezioni trasversali con forma diversa dalle sottostanti seconde aperture (36).
13. 13. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 11 o 12, comprendente inoltre le fasi di: - ridurre lo spessore del wafer semiconduttivo (20), a partire dal retro; e successivamente - rimuovere selettivamente porzioni del wafer (20), in modo da formare una pluralità di cavità principali (52), ciascuna delle quali si estende fino allo strato dielettrico (24); e successivamente - eseguire un’operazione di taglio del wafer (20).
14. 14. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre le fasi di: - dopo la formazione delle seconde aperture (36), e prima della formazione delle microlenti (48) all’interno delle prime camere (37), indurire la prima regione superiore (34); e successivamente - eseguire detta fase di formare le microlenti (48) all’interno delle prime camere (37); e successivamente - disporre una lastra (55) di vetro al di sopra delle microlenti (48) e della prima regione superiore indurita (34’).
15. 15. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre le fasi di: - ridurre lo spessore del wafer semiconduttivo (20), a partire dal retro; e successivamente - rimuovere selettivamente porzioni del wafer (20), in modo da formare una pluralità di cavità principali (52), ciascuna delle quali si estende fino allo strato dielettrico (24); e successivamente - eseguire un’operazione di taglio del wafer (20), in maniera tale da suddividere la lastra (55) in una pluralità di elementi ottici rigidi (150).