專利名稱：微機電光學開關及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及光學開關，尤其涉及微機電光學開關以及制造這種光學開關的方法。
背景技術：
現(xiàn)在相當現(xiàn)代的技術能在半導體基片上，典型的為硅基片上制造微機電系統(tǒng)(MEMS)。這些微機電系統(tǒng)通常具有約微米數(shù)量級的大小，并且可以與其它電路一起集成在普通基片上。因此，微機電系統(tǒng)已經(jīng)在跨越許多學科的眾多應用中大顯身手。作為說明的MEMS應用包括，例如，光學開關、慣性傳感器和壓力傳感器以及生物醫(yī)學設備。
在各種應用中使用基于MEMS的光學開關，用于在例如光纖之類的光波導之間切換光波。當今基于MEMS的光學開關能在基片平面中工作或垂直于基片工作。一種使用垂直鏡的平面內(nèi)光學開關的實例在C.Marxer et al，的“VerticalMirrors Fabricated By Reactive Ion Etching For Fiber Optical SwitchingApplications”，Proceedings IEEE，The Tenth Annual International Workshopon Micro Electo Mechanical System，An Investigation of Micro Structure、Sensors、Acuators、Machines and Robots(Cat.No.97CH46021)，IEEE1997，pp.49-54中有描述。Marxer光學開關包括與雙梳狀致動器耦合的金屬鍍覆硅鏡。這兩個梳致動器在相反方向上工作來將鏡推入在光學光纖之間的光通路，并將鏡從該光通路中拉出。Marxer光學開關是在使用具有側壁鈍化技術的電感耦合等離子腐蝕技術的單一步驟中來制造的。
該Marxer開關有許多相關的限制。例如，其雙梳致動器在伸展位置和收縮位置都需要能量。沒有能量，鏡就會不符合要求地處在光纖之間的中途。另外，當Marxer制造技術提供具有89.3°垂直度和36納米(nm)rms(有效值)表面粗糙度的壁時，就存在用于改善這些特性中每一個特性的空間。依靠除去氧化掩膜和超聲波掩膜的傳統(tǒng)的DRIE和光刻法技術，對MEMS結構也具有有害的影響。例如，這些光刻法技術經(jīng)常在結構之間留下碎片。因此，需要對光學開關進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常提供了一種具有改善特性的基于MEMS的光學開關，以及用于制造它們的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種光學開關，該光學開關包括單個梳狀致動器，所述致動器包括有安置在基片上的固定梳、與固定梳交錯的可移動梳、以及基片和可移動梳之間相連的梁結構以及與致動器耦合的鏡。該光學開關進一步包括放置在基片上的一對第一波導通道和一對第二波導通道。所述鏡能在插入在波導通道間的伸展位置和遠離波導通道的收縮位置之間移動。承受力的兩個梳能使梁結構偏移并將鏡向伸展位置或收縮位置之一移動，并且在兩個梳之間不施加力時，梁結構使鏡返回到伸展位置或收縮位置中的另一位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種在基片上形成鏡的方法。該方法包括在基片上形成覆蓋基片第一區(qū)域的和基片的兩個側區(qū)域的已形成圖案的掩膜層，所述兩個側區(qū)域的每個區(qū)域都鄰近第一區(qū)域的一側。在形成有圖案的掩膜層之后，使用形成圖案的掩膜層去除基片的未覆蓋部分來形成在第一基片區(qū)域中的第一凸起結構，并在鄰近第一凸起結構的每側基片區(qū)域中形成防蝕凸起結構(sacrificialraised structure)。隨后，選擇地去除這些防蝕凸起結構，而留下完整的第一凸起結構，并且在第一凸起結構上形成反射表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種在基片上形成用于梳狀致動器的梳的方法。這種方法包括在基片上形成多個相同的光刻膠材料層來形成合成光刻膠層。例如，光刻膠材料可以包括，光刻膠材料S1818。在形成合成光刻膠層之后，使合成層形成圖案，并顯影形成具有交替掩膜圖案的有圖案的光刻膠層。使用該交替掩膜圖案，去除基片的某些部分來形成交錯梳。例如，形成多個層的處理可以包括沉積每個光刻膠材料層，并在沉積后對這些層進行加熱。與其他類型的掩膜層相比較，例如，諸如S1818之類的多個光刻膠材料層的使用增強了表面粗糙度以及所得結構的清潔度。
本發(fā)明上面的概述并不是要描述本發(fā)明的每個說明實施例或每個實現(xiàn)方法。下面的附圖和詳細描述將對這些實施例進行具體舉例說明。


通過下面對結合附圖的本發(fā)明各種實施例的詳盡描述，就可以更好地理解本發(fā)明，其中圖1和2說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的示范光學開關的頂視圖，示出了伸展位置和收縮位置；圖3A-3F說明根據(jù)本發(fā)明實施例的示范處理；圖4說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例在制造期間的光學開關示范頂視圖；圖5說明根據(jù)本發(fā)明再另一實施例的示范鏡的橫截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例形成的致動器梳透視圖；圖7是使用氧化掩膜形成的致動器梳的透視圖；和圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的實例波導頂視圖；和圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例具有切除部分的示范開關組件透視圖。
而本發(fā)明遵從各種修改和替換形式，對它們的說明已經(jīng)通過附圖中的實例示出，并且將詳細描述。然而，應該理解，本發(fā)明并不局限于所述的特定實施例。相反，本發(fā)明包含了落在附加權利要求中所定義的本發(fā)明精神和范疇中的所有修改、等效物和替換。
具體實施例方式
本發(fā)明通常涉及使用垂直鏡的微機電光學開關。本發(fā)明特別適合于依靠垂直部件，例如鏡和梳指的基于MEMS的光學開關。而本發(fā)明并不局限于此，通過對下面所提供的實例的理解，可以獲得對本發(fā)明的各個方面的評價。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明實施例的示范光學開關頂視圖。如下進一步描述，光學開關100的所有部件通常都駐留在基片的上層上。為了便于說明，沒有依比例示出光學開關100。光學開關100通常包括與致動器104耦合的鏡102，該致動器能使鏡102在插入在光波導105(虛線示出)間的伸展位置(例如圖1)和遠離波導的收縮位置(例如圖2)之間進行移動。在示范實施例中，當鏡102位于伸展位置時，光波從鏡102反射，在波導105a和105b之間以及波導105c和105d之間耦合，而不會在相對的波導105a、105d和105b、105c之間傳輸。當鏡102位于收縮位置時，發(fā)生轉(zhuǎn)換，因而光波在波導105a和105d之間以及波導105b和105c之間耦合，而不會從鏡102反射。這里所用的術語波導可以涵蓋任何傳輸光的媒介，例如包括光纖。
鏡102通常放置在管112中。管112通常具有足夠的寬度來避免在工作期間，鏡102與管112的側壁接觸。對于許多應用來說，典型的管寬度(從側壁到側壁)范圍從40到50微米。鏡102通常包括在每側上都具有反射涂層的窄壁114，安置在伸長支座116上，該支座使窄壁114和致動器104耦合。對于許多應用來說，鏡壁114可以具有約2-5微米的厚度或?qū)挾取Ｔ谠S多情況下，這就在窄壁側和管側壁之間留下約20到25微米的孔道。為了在工作期間給鏡102提供穩(wěn)定性，伸長支座116的寬度通常大于壁114。在本實施例中，光學開關100進一步包括安置在鏡102的基座116和致動器104的底面120上的固定架118。在示范實施例中，固定架118是柵格工件結構，該結構具有以相對于底面120和鏡102的支座116的角度伸展的線。固定架118的好處是當鏡102在其伸展位置和收縮位置之間轉(zhuǎn)換時，為其提供了額外的穩(wěn)定性。
鏡壁114通常包括與傳統(tǒng)所形成的垂直鏡相比相對較光滑和垂直的側壁。例如，鏡壁114的側壁通常具有30nm rms或更小的表面粗糙度和90°±0.6°或更佳(例如，90°±0.5°、90°±0.4°、90°±0.3°或更佳)的垂直度。將在下面進一步詳細描述用于形成具有這些特性的側壁的技術。應該理解，與傳統(tǒng)光學開關相比，鏡壁114垂直度的改善和表面粗糙度的減小就增強了光學開關100的傳輸特性。
說明致動器104包括能施加力使鏡102移動到收縮位置的驅(qū)動機構122；以及梁結構124，它在施加力期間使鏡偏移，并在驅(qū)動機構122不施加力的情況下使鏡返回到伸展位置。梁結構124通常起彈簧的作用，在梳之間存在力時偏移，并且在不存在力時返回最初位置。在說明實施例中，當鏡位于伸展位置時，梁結構124沒有存儲能量。在示范實施例中，驅(qū)動機構122是單一的梳狀，該梳狀包括與可移動梳110交錯的固定梳108，用于提供驅(qū)動致動器104的力，而這樣，鏡就能在它的伸展位置和收縮位置之間。在鏡的伸展位置和收縮位置間的鏡102的縱向位移通常在從40到70微米或更多的范圍中，在說明實施例中是約55微米。
每個梳指通常具有從2到4微米的寬度w范圍，并且在示范實施例中，具有約3微米的寬度w。兩個梳108和110也嚴格地隔開。例如，在相鄰梳指之間的間隙g通常在2到4微米的范圍，并且在示范實施例中，約為3微米。在說明實施例中，單獨的指每個都具有相當垂直(例如，垂直度至少為90°±0.6°)和光滑(表面粗糙度為30nm rms或更小)的側壁。指的光滑度允許交錯梳的密封構造。這能使結構的尺寸對于給定外加力而按比例減小。因此，這就允許在保持或減少轉(zhuǎn)換速度的情況下，設計更小的開關。通?？梢酝ㄟ^考慮在兩個梳108、110間所產(chǎn)生的期望力和在鏡102伸展和收縮位置間的鏡期望移動距離來選定每個指的長度l，在兩個梳108和110間不存在力(如圖1所示)時的重疊o，以及在每個梳108、110上的指數(shù)。在示范實施例中，指具有從90微米到110微米范圍的長度l，并且梳具有20到30微米的重疊o。在每個梳108、110上的指數(shù)可以變化，并且對于許多應用來說，可以在120到160范圍中。
說明梁結構124包括在致動器104每側上的雙折疊梁126。因為在示范實施例中的雙折疊梁126是對稱的，所以，下面僅討論一個。雙折疊梁126包括附著在固定基片結構130首端的內(nèi)部梁128和第一與第二外部梁132和134。第一外部梁132在一端與其他梁的終端耦合，并且在另一端與致動器底面120耦合。第二外部梁134在一端與其他梁耦合并且在另一端與可移動梳108耦合。在固定基片結構130下面，保持嵌入的絕緣層，將該結構固定在基片上。梁132和134以及終端片136不絕緣，使得部件能與可移動梳一起移動。在工作期間，折疊梁126起彈簧的作用，當鏡102移動到其收縮位置時偏移，并且在梳108、110之間不存在力時使鏡102返回到伸展位置。雖然沒有示出標度，但對于許多應用，每個梁126的長度(從與鏡102對準的軸到梁外部端測量)可以在700到1000微米范圍內(nèi)。
梁結構124的一個或更多部件(例如內(nèi)部梁128、外部梁132和134，和/或終端片136)的優(yōu)點是具有相當垂直的側壁和光滑的表面。例如，側壁的垂直度可以是90°±0.6°或更好，以及30nm rms或更小的表面粗糙度。將在下面描述用于形成相當垂直和光滑的梁側壁的技術。通過增加側壁的垂直度并減小側壁的粗糙度，與傳統(tǒng)梁結構相比，梁結構124的強度可以增加。例如，這就能增加梁結構的使用壽命，增加梁的偏移距離，和/或減少結構的尺寸。在說明實施例中，梁的改進部件允許形成具有單梳狀致動器的相對小型的光學開關，相對較大的鏡位移以及縮短轉(zhuǎn)換速度。
雖然，說明的單梳狀致動器提供這些優(yōu)點，但應該注意，借助實例提供所說明的致動器，但致動器并不限于這些實例。其他致動器類型也可以與本發(fā)明的實施例一起使用。例如，可以使用具有雙梳狀的致動器。還可以使用具有相反配置的單梳狀的致動器。例如，單梳狀致動器可以構造為梳狀施加力來伸展鏡而梁結構使鏡返回到收縮位置。梁結構也可以在各實施例中變化，并不局限于所說明的雙梁結構。例如，也可以使用其他結構類型，例如不同的雙梁結構，或單梁結構。
圖8說明根據(jù)本發(fā)明特定實施例的示范波導和波導通道配置的頂視圖。該實例用光纖波導作為參照，雖然并不如此地限制實例和本發(fā)明。
在實例實施例中，光纖810每個都包括具有側壁830的端820，該側壁向珠狀透鏡840逐漸變細如錐形。為了便于在通道860中調(diào)整光纖810，錐形側壁830就具有與通道860的一個或更多的法蘭850對準的優(yōu)勢。錐形側壁830可以進一步允許每根光纖810的端820上的透鏡840與鏡870靠得更近。通過錐形側壁830和珠狀透鏡840，從每個透鏡840到鏡870的距離可以在10-30微米的范圍中，并且在實例實施例中為約20微米。珠狀透鏡840也可以使傳輸?shù)墓獠ň劢?。作為使光聚焦和靠近鏡870的結果，可以大大減少光的傳輸損耗。
一種形成具有珠狀透鏡的錐形光纖的示范方法包括將光纖加熱到熔化溫度，將光纖拉成錐形，并隨后接合經(jīng)拉伸的光纖形成錐形端。在接合后，可以對錐形端進行加熱使端形成珠狀，并形成聚焦鏡?？梢赃M一步對珠狀端進行拋光。
回顧圖1和2，在工作中，在兩個梳108和110之間施加差分電壓，這樣就產(chǎn)生讓兩個梳108和110相互吸引的力，并且將鏡102從其在光纖間的伸展位置拉回到其遠離光纖的收縮位置。緊密密封和光滑的梳指可以施加在0.2到1毫秒中就能讓鏡在其伸展和收縮位置之間轉(zhuǎn)換的力。致動器的特性優(yōu)勢是能使鏡在相當長的距離上移動而在橫向上只具有很小的偏移。例如，柵格支承結構和折疊梁結構兩者都用來減少橫向偏移以及鏡的共振。這就可以用來進一步增加開關的光傳輸特性。
參照圖3A-3F和4，將描述用于制造光學開關，例如如上所述的光學開關，的示范處理。為了簡化說明，在圖3A-3E中描述的橫截面對應于用于形成垂直鏡壁，例如上述的窄壁114，的基片橫截面。
在這個實例處理中，在基片301上形成了掩膜層303?；?01通常由半導體材料，例如硅，構成，并且包括嵌入的絕緣層302，它將基片301分隔為上部分304和下部分306。嵌入的絕緣層302可以是，例如，氧化層，例如二氧化硅。上部基片304的深度可以是，例如，約75微米。光學開關將在絕緣層302上面的基片301的上部分304中形成。
在接著的基片蝕刻期間提供掩膜層303來保護基片的某些部分，并且掩膜層通常具有足以完成保護的厚度。在說明性處理中，從雙層相同的光刻膠材料形成掩膜層303。例如，光刻膠材料可以是，S1818。雖然，雙光刻膠層比較有利，但掩膜層303也可以通過使用已有技術，由任何適合的包括氧化物和光刻膠的掩膜材料來形成。所得的結構如圖3A所示。
雙光刻膠層303通常包括在基片301上形成的第一光刻膠層305a，和在第一光刻膠層305a上形成的由與第一光刻膠層305a相同材料構成的第二光刻膠層305b。每個層305a、b通常形成到其最大額定厚度。通常光刻膠制造廠商提供特定光刻膠的最大額定厚度，并且它對應于能提供規(guī)定表面平面度的光刻膠材料的最大厚度。
通常，在對光刻膠材料第二層305b進行沉積和加熱前，先對光刻膠材料的第一層305a進行沉積和加熱。雙層S1818的使用允許形成相對較厚的光刻膠層的精細圖案。這就依次允許進行底部基片的深蝕刻來形成在基片中的精細特征。S1818光刻膠也可以以方便的方法去除。對雙光刻膠層構造優(yōu)點的進一步詳細描述可以在同時提出的，申請序列號為09/372,428(Attorney DocketNo.2316.1020US01)，題為“Method of Etching a Wafer Layer Using MutipleLayers of the Same Photoresistant Material and Structure FormedThereby?！?，中找到，在此引入其內(nèi)容作為參考。
去除雙光刻膠層303的某些部分來形成已形成圖案的光刻膠層309，如圖3B中所示?？梢允褂霉饪谭夹g去除光刻膠層303的某些部分。具體說，例如，當使用S1818光刻膠材料時，就可以不要超聲波的協(xié)助而用丙酮來去除光刻膠層的某些部分。在接著的制造中，將去除基片301的暴露部分。已形成圖案的掩膜層309通常覆蓋了基片的某些部分，在基片去除后，這些部分還會保留下來?；?01的保留部分通常形成了所合成的光學開的部件(例如鏡壁、管、側壁、波導通道、致動器梳和梁等)。
如上所述，在圖3A-3E中說明的橫截面示出鏡壁的構成。在這種情況下，已形成圖案的掩膜層309包括覆蓋在基片301第一區(qū)域311a上的部分311和覆蓋在鄰近第一區(qū)域311每側的基片的側面部分313a上的兩個側部分313。光刻膠層309的側壁315用來定義形成鏡的管的邊緣。側掩膜結構313覆蓋了在其中形成防蝕壁的區(qū)域313a。
在蝕刻期間，掩膜結構313用來限制基片的暴露部分，并且增加區(qū)域311a的鏡結構的壁的垂直度。選擇在掩膜部分311和每個側掩膜部分313之間的間距或間隙來優(yōu)化在區(qū)域311a中的合成鏡結構的垂直度。對于許多應用來說10-30微米的間隙是很合適的。20微米的間隙間距特別適合于下述的去除處理。對這種防蝕壁的優(yōu)點的更詳盡討論可以在同時申請的，申請序列號09/372,700(Attorney Docket No.2316.1021US01)，題為“Method of Etchinga Wafer Layer Using a Sacrificial Wall and Structure Formed Thereby，”中找到，在此引入其內(nèi)容作為參考。
作為實例，圖4說明在掩膜層形成圖案之后的光學開關的頂視圖。陰影區(qū)域表示已形成圖案的掩膜層402，而開闊區(qū)域表示底層基片的暴露部分。已形成圖案的掩膜層402包括用來形成圍繞例如鏡壁和外部梁之類光學開關部件，的防蝕壁的掩膜部分406。如下所述，在蝕刻基片404的開闊區(qū)之后將去除在掩膜部分406下的基片區(qū)域。防蝕壁掩膜406的使用方便了對鄰近結構，例如鏡壁和梁的垂直蝕刻，如下所述。
如圖3C所示，使已形成圖案的掩膜層309在原位，去除基片301的暴露部分。這種去除處理可以使用深活性離子蝕刻(DRIE)進行。在一個實施例中，使用了標準的BOSCH DRIE處理。該處理通常是在下列條件下執(zhí)行的3-步處理壓強 15m Torr氦流量7.45sccm(標準立方厘米每分)在步驟1中，在4秒時間內(nèi)流過了C4F8200(70sccm)、SF6200(0.5sccm)和氬(40sccm)。在步驟2中，在3秒時間內(nèi)流過了C4F8200(0.5sccm)、SF6200(50sccm)和氬(40sccm)。在步驟3中，在5秒時間內(nèi)流過了C4F8200(0.5sccm)，SF6200(100sccm)和氬(40sccm)。在替代實施例中，增加第一和第二步驟的流過時間(例如，分別增加到5秒和4秒)，并且減少第三步驟的流過時間(例如，減少到3秒)。與標準BOSCH DRIE處理相比，這種替代實施例的優(yōu)勢是提供了更加垂直的側壁。
去除處理通常針對嵌入的絕緣層302而選用蝕刻劑，因而停止在該層上的蝕刻處理。作為側壁結構321和掩膜313的結果，用相當垂直的側壁320形成在掩膜311下的凸起結構319。在說明實施例中，側壁320通常具有90°±0.6°或更佳(例如，90°±0.5°、90°±0.4°、90°±0.3°或更佳)的垂直度(相對于基片的水平面)。該處理也留下了具有相當光滑側壁的凸起部件319。例如，使用這種處理，側壁的表面粗糙度可以是30nm rms或更小。
如圖3D所示，去除了光刻膠材料。如上所述，這可以使用丙酮來完成。通過在沒有超聲波的協(xié)助下使用丙酮，就可以在不破壞例如致動器梳、鏡和折疊梁等脆弱結構的情況下去除光刻膠材料。例如，通過這種方式使用丙酮可以更有效地從基片上去除殘渣。在光刻膠材料去除之后，去除嵌入絕緣層302的一些部分。通常使用緩沖絕緣蝕刻(例如10比1的氯化氫與水的溶液)去除絕緣層302。在這種處理期間，蝕刻劑去除了絕緣層302的暴露部分以及在絕緣層302上所形成的硅結構下面的絕緣層302的一些部分。應該理解，在相對窄硅結構(例如，鏡壁、致動器梁、梳指等)下，充分地去除底層絕緣層302使這些結構與基片301分隔開。在更厚的部件(例如，梁的固定支架130、固定梳110的基部109)下，絕緣層302仍然保持完整，因而，將這些部件固定在基片301上。這就使得例如鏡、梁以及可移動梳等結構能移動。
去除處理如圖3E所示，通常通過將基片301浸入蝕刻劑322中來執(zhí)行。在這種處理期間，去除在防蝕壁321下的絕緣層302，并且防蝕壁321落入蝕刻溶液322中。這就留下了由開關下部其他部分(例如固定梁支架130)的基片/絕緣層支撐的第一凸起部件319(鏡壁)。在管323的兩個側壁之間形成鏡壁319。合成結構如圖3F所示。
相同材料的雙光刻膠層結合具有防蝕側壁掩膜的構造的使用能實現(xiàn)具有光滑表面的，相對較深、較薄和相當垂直的結構。例如，可以使用這些結構作為鏡、致動器的梳指和/或梁結構的梁。使用這些技術，凸起部件的垂直度可以至少為90°±0.6°，而表面粗糙度為30nm rms或更小。
應該理解，在隨后的處理期間，通常用反射金屬對鏡壁進行涂覆來形成反射表面。作為垂直度改善和鏡壁表面粗糙度減小的結果，反射表面具有改善的垂直度和減小的粗糙度。這就減少了散射并改善了開關的光學特性。在隨后的處理期間，通常也把金屬沉積在兩個梳上來提供用于梳的電極。例如，使用已知技術可以進行這些金屬的沉積。在處理之前，通常使薄片摻入硼來提供對基片的傳導率，并允許在梳之間施加電壓差。
圖5說明根據(jù)上述處理形成的示范垂直結構。橫截面代表例如鏡或梁結構的梁等垂直部件的橫截面。垂直結構500具有側壁502，該側壁的垂直度(由基片的水平面504的平面506之間的夾角表示)為90°±0.6°或更佳，表面粗糙度為30納米rms或更小。
圖6和7說明使用兩種不同技術形成的致動器梳。圖6說明使用S1818的雙光刻膠層以及依賴丙酮的去除處理而不是超聲波的去除處理而形成梳，如上所述。作為對比，圖7，說明了使用由氧化物形成的已形成圖案掩膜層的類似部件構造?？梢钥闯?，使用本處理形成的梳指具有減小了表面粗糙度以及更多的限定特性。圖6的梳指也與指之間的更少殘渣關聯(lián)。因為殘渣會使致動器梳短路，并降低設備的性能，所以，這也進一步增加了產(chǎn)品的產(chǎn)量和設備性能。
根據(jù)本發(fā)明進一步的實施例，圖9說明包括MEMS光學開關的開關組件。實例組件900包括含有2x2光學開關920的外殼910。例如，開關920可以與在上述圖1和2中說明的開關類似。4根光纖930從開關920延伸，并從外殼910向外延伸。例如，光纖930可以將開關930與其他網(wǎng)絡部件互連。光纖930通常在基片基體中形成的通道中工作(沒有示出)。通常，導電引線940從開關930的梳向電源延伸。需要注意，組件是作為實例給出，而不是作為限制。許多類型的開關組件落入在本發(fā)明的范疇中。例如，可以提供的開關組件包括外部控制電路(即，在外殼外側)或內(nèi)部控制電路(例如，在外殼中，而在某些情況下，在與開關相同的基片上)。而且，雖然，示范組件描寫的是2x2開關，但本發(fā)明并不局限于此?？梢酝ㄟ^例如級聯(lián)開關來構成許多不同類型的開關組件，例如4x4、16x16矩陣開關。還有，也可以通過上述光學開關來實現(xiàn)1xN的開關。
如上所述，本發(fā)明適用于許多不同光學開關的制造。因此，不應該認為本發(fā)明僅局限在上述的特定實例中，而是應該理解它覆蓋了在附加中所設定的本發(fā)明的所有方面。依據(jù)對本說明書的研究，本發(fā)明所針對的熟悉本技術領域的人員對于本發(fā)明可適用的各種修改、等效的處理和許多結構是顯而易見的，這些權利要求目的是覆蓋這些修改和設備。
權利要求
1.一種在基片上形成鏡面的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟在所述基片上形成已形成圖案的掩膜層，所述掩膜層覆蓋了基片的第一區(qū)域以及基片的兩側區(qū)域，所述兩側區(qū)域的每一側都鄰近所述第一區(qū)域的一側；使用所述已形成圖案的掩膜層將基片的未覆蓋部分去除，以在所述第一基片區(qū)域中留下第一凸起結構，并在鄰近所述第一凸起結構的每側基片區(qū)域上留下兩個防蝕凸起結構；當留下完整的所述第一凸起結構時，選擇性地去除防蝕凸起結構；和在所述第一凸起結構的側壁上形成反射面。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成圖案的掩膜層包括在所述第一區(qū)域和每側區(qū)域之間形成具有約10到30微米寬度的開口(opening)。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，去除基片未覆蓋部分來留下第一凸起結構包括在第一凸起結構和每個防蝕凸起結構之間形成具有約10到30微米寬度的間隙。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，去除基片未覆蓋部分包括形成具有30nm rms或更小的表面粗糙度的第一凸起結構。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，蝕刻基片包括留下具有至少90°±0.6°的垂直度的第一凸起結構側壁。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，蝕刻基片包括在所述第一凸起結構和每個防蝕凸起結構之間形成具有75微米或更深的深度的管。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成圖案的掩膜層包括在后續(xù)層沉積前在所述基片上沉積多層相同的光刻膠材料層，和對每個已沉積的層進行加熱。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成圖案的掩膜層包括在兩個側區(qū)域中的每個區(qū)域周圍的暴露基片區(qū)域的已形成圖案的掩膜層中形成開口。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述基片包括相對于所述基片外部表面嵌入在基片中的絕緣層，其中，去除基片的未覆蓋部分包括去除兩個側區(qū)域周圍的暴露基片區(qū)域，以在與所述第一凸起結構絕緣的絕緣層上留下防蝕凸起結構，并且有選擇性地去除防蝕凸起結構包括從防蝕凸起結構下面去除絕緣層，因而使防蝕凸起結構從所述基片分離。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，有選擇性地去除防蝕凸起結構包括在所述基片限定的管中留下第一凸起結構。
11.一種在基片上形成用于梳狀驅(qū)動致動器的梳的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟在基片層上形成多層相同的光刻膠材料，而形成合成光刻膠層；在合成光刻膠材料層上形成圖案，并顯影使之，形成具有交錯掩膜圖形的圖案光刻膠層；使用所述已形成圖案的光刻膠層來去除基片的一些部分來形成交錯梳。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，形成多層光刻膠材料的每一層包括形成光刻膠材料的最大額定厚度的第一層。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，形成多層光刻膠材料的每一層包括形成光刻膠材料最大額定厚度的第二層。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，用于形成所述第一和第二層的光刻膠材料是S1818。
15.如權利要求11所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分來形成交錯梳包括形成具有3微米或更小寬度的相鄰梳指之間的間隙。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分來形成交錯梳包括形成具有3微米或更小寬度的梳指。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分來形成交錯梳包括形成具有30nm rms或更小的表面粗糙度的梳指。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分來形成交錯梳包括使用活性離子蝕刻技術來蝕刻所述基片。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分來形成交錯梳包括形成具有75微米或更深深度的梳。
20.如權利要求11所述的方法，其特征在于，形成相同光刻膠材料的多個層包括在后續(xù)層的沉積之前在所述基片上沉積多層材料中的每一層，和對每個已沉積層進行加熱。
21.如權利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包括在使用已形成圖案光刻膠來去除所述基片一些部分之后，去除所述已形成圖案光刻膠，不使用超聲波來執(zhí)行已形成圖案光刻膠的去除。
22.一種形成在基片上的光學開關，其特征在于，包括放置在所述基片上的一對第一波導通道和一對第二波導通道；在所述基片上安置有包括了固定梳的單梳狀致動器，與所述固定梳交錯的可移動梳，以及連接在所述基片和可移動梳之間的梁結構；和與所述致動器耦合的鏡面，所述鏡面能在插入在所述波導通道間的伸展位置和遠離所述波導通道的收縮位置之間移動；其中，施加力的兩個梳能將所述梁結構偏移，并將鏡面移向伸展位置或收縮位置之一，并且在所述兩個梳之間不施加力時，所述梁結構使鏡面返回到伸展位置或收縮位置中的另一位置。
23.如權利要求22所述的光學開關，進一步包括在每個波導通道中的光學波導，其特征在于，在伸展位置上，鏡將在所述第一通道對中的每個光學波導和放置在所述第二通道對中一個通道中的對應光學波導之間的光反射，在收縮位置上，光在第一通道對中的光學波導之間和在第二通道對的光學波導之間傳輸，沒有被所述鏡反射。
24.如權利要求23所述的光學開關，其特征在于，每個所述光學波導包括珠狀端。
25.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，所述鏡在延伸和收縮位置之間移動一個垂直距離，所述距離至少是40到70微米。
26.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，所述梁結構包括在致動器每側上的折疊的梁。
27.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，兩組交錯梳限定了鄰近梳指之間的間隙，所述間隙限定在3微米或更小的間距。
28.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，所述梳包括具有約3微米或更小寬度的指。
29.如權利要求28所述的光學開關，其特征在于，所述梳指具有30nm rms或更小的表面粗糙度。
30.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，所述鏡放置在由基片限定的管中，所述鏡具有與管側壁分隔約20到25微米的側壁。
31.如權利要求30所述的光學開關，其特征在于，所述鏡的側壁具有至少90°±0.6°的垂直度。
32.權利要求22所述的光學開關，其特征在于，所述鏡具有約70到80埃的深度。
33.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，所述鏡具有30nm rms或更少的表面粗糙度。
34.如權利要求22所述的光學開關，其特征在于，進一步包括將所述鏡的一側或更多側與致動器的底面互連的柵格構架。
35.一種在具有嵌入絕緣層的基片上形成光學開關的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟在所述基片上形成包括多層相同光刻膠材料的合成光刻膠層；使用丙酮去除光刻膠層的一些部分來形成圖案光刻膠層，所述光刻膠層有選擇地屏蔽所述基片上的區(qū)域，在其中形成鏡壁、致動器梳、致動器梁和防蝕壁；使用已形成圖案的掩膜層蝕刻所述基片的暴露部分直到所述絕緣層，以留下鏡壁、致動器梳、致動器梁和防蝕壁，所述防蝕壁至少沿所述鏡壁的第一和第二側壁放置；去除在所述鏡壁、致動器梁、可移動梳和防蝕壁下的絕緣層部分，使所述鏡壁、致動器梁、可移動梳和防蝕壁與所述基片分離；去除所述防蝕壁來留下放置在管中的鏡壁；和在所述鏡壁的側壁上形成反射表面。
36.一種形成在基片上的光學開關，其特征在于，它包括放置在所述基片上的一對第一波導通道和一對第二波導通道；在所述基片上安置有包括了固定梳的單梳狀致動器，與所述固定梳交錯的可移動梳，以及連接在所述基片和可移動梳之間的梁，其中，所述可移動梳和固定梳具有2-4微米寬、70微米或更深的深度以及30nm rms或更小的表面粗糙度的指，所述可移動梳和固定梳的鄰近指分隔開2-4微米，并且其中，所述梁結構包括具有70微米或更深深度的梁，并且至少一個側壁具有30nm rms或更小的表面粗糙度以及至少90°±0.6°的垂直度；和與所述致動器耦合的鏡面，具有2-5微米寬度和至少90°±0.6°的垂直度以及30nm rms或更小的表面粗糙度的側壁，所述鏡放置在管中，并且每個鏡面?zhèn)缺诰哂信c管側壁有20微米或更大距離的間隔，所述鏡能在插入在所述波導通道間的伸展位置和遠離所述波導通道的收縮位置之間移動；承受力的兩個梳能將所述梁結構偏移并將鏡向伸展位置或收縮位置之一移動，并且在所述兩個梳之間缺少力施加時，所述梁結構將鏡返回到伸展位置或收縮位置中的另一位置。
37.一種光學開關組件，其特征在于，它包括外殼；放置在外殼中的基片；至少一個放置在基片上的光學開關，所述光學開關包括放置在所述基片上的一對第一波導通道和一對第二波導通道；在所述基片上安置有包括了固定梳的單梳狀致動器，與所述固定梳交錯的可移動梳，以及連接在所述基片和可移動梳之間的梁；和與所述致動器耦合的鏡面，所述鏡能在插入在所述波導通道間的伸展位置和遠離所述波導通道的收縮位置之間移動；其中，施加力的兩個梳能將所述梁結構偏移，并將鏡面移向伸展位置或收縮位置之一，并且在所述兩個梳之間不施加力時，所述梁結構將鏡返回到伸展位置或收縮位置中的另一位置；和放置在每個波導通路中并從所述鏡面向外殼外延伸的波導；和從兩個梳的每個梳中延伸出的導電引線。
38.一種形成在基片上的光學開關，其特征在于，包括放置在所述基片中的多個通道，每個通道在其端部具有一個或更多的法蘭；鏡面；與所述鏡耦合的致動器，并配置來使所述鏡面在插入在所述通道間的伸展位置和遠離所述通道的收縮位置之間移動；和放置在每個通道中的波導，每個波導包括具有珠狀透鏡的端部和向珠狀透鏡逐漸變細的錐形壁，其中，每個波導的錐形壁與用于將所述波導在一個通道中定位的對應法蘭接觸。
全文摘要
提供了具有改善特性的一種基于MEMS的光學開關(100),以及用于制造該光學開關的方法。根據(jù)一個實施例,光學開關包括具有偏移梁結構(124)的單梳(122)驅(qū)動致動器(104)和與致動器耦合的鏡(102)。鏡能在插入在所述波導通道(106)間的伸展位置和遠離所述波導通道的收縮位置之間移動。致動器施加力就能將梁結構偏移并將鏡向伸展位置或收縮位置之一移動,并且在不施加力時,梁結構將鏡返回到伸展位置或收縮位置中的另一位置。
文檔編號B81B3/00GK1370284SQ00811629
公開日2002年9月18日 申請日期2000年8月1日 優(yōu)先權日1999年8月11日
發(fā)明者N·張 申請人:Adc電信股份公司