PL200407B1

PL200407B1 - Sposób formowania lusterka na substracie i sposób wytwarzania przełącznika optycznego na substracie mającym przykrytą warstwę izolacyjną

Info

Publication number: PL200407B1
Application number: PL354707A
Authority: PL
Inventors: Nan Zhang
Original assignee: Adc Telecommunications
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2009-01-30
Also published as: PL354707A1; DE60015987D1; US6229640B1; CN1226650C; IL148039A0; AU7389900A; US20010008457A1; CN1370284A; IL148039A; NO20020675L; EP1208403B1; JP4456310B2; WO2001011411A1; US6682871B2; DE60015987T2; WO2001011411A9; AU774240B2; EP1208403A1; WO2001011411B1; JP2003506755A

Abstract

Sposób formowania lusterka na substracie, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze formuje si e nad substratem (301) wzornikow a warstw e maskuj ac a (309) pokrywaj ac a pierw- szy obszar (311a) substratu i dwa boczne ob- szary (313a) substratu, ka zdy w s asiedztwie boku pierwszego obszaru (311a), nast epnie usuwa si e niepokryte cz esci substratu (301) z zastosowaniem wzornikowej warstwy masku- j acej (309) dla pozostawienia pierwszej wypi e- trzonej struktury w pierwszym obszarze (311a) substratu i dwóch protektorowych wypi etrzonych struktur na ka zdym bocznym obszarze (313a) substratu w s asiedztwie pierwszej wypi etrzonej struktury, po czym selektywnie usuwa si e pro- tektorowe wypi etrzone struktury przy pozosta- wieniu nietkni etej pierwszej wypi etrzonej struktu- ry i formuje si e powierzchni e odbijaj ac a na scia- nie bocznej pierwszej wypi etrzonej struktury. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania lusterka na substracie i sposób wytwarzania przełącznika optycznego na substracie mającym przykrytą warstwę izolacyjną.

Stosunkowo nowoczesna technologia umożliwia obecnie wytwarzanie systemów mikroelektromechanicznych (MEMS) na substratach półprzewodnikowych, zwykle substratach silikonowych. Te systemy mikroelektromechaniczne zwykle mają wymiary rzędu mikrometrów i mogą być scalane z innymi obwodami elektrycznymi na wspólnym substracie. Systemy mikroelektromechaniczne mają liczne zastosowania, na przykład w przełącznikach optycznych, czujnikach bezwładnościowych lub ciśnieniowych i urządzeniach biomedycznych.

Przełączniki optyczne na bazie MEMS stosowane są w rozmaitych zastosowaniach do przesyłania fal świetlnych pomiędzy optycznymi prowadnicami fal takimi jak włókna. Obecne przełączniki optyczne na bazie MEMS mogą pracować w płaszczyźnie substratu lub prostopadłej do substratu. Przykład działającego w płaszczyźnie przełącznika optycznego z zastosowaniem pionowego lustra ujawniono w publikacji C. Marxer i in. „Vertical Mirrors Fabricated By Reactive Ion Etching For Fiber Optical Switching Applications”, IEEE 1997, strony 49-54. Przełącznik optyczny Marxera zawiera powleczone metalem lustro silikonowe przyłączone do dwugrzebieniowego uruchamiającego członu napędowego. Dwugrzebieniowe człony uruchamiające pracują w kierunkach przeciwnych dla popychania lustra do toru optycznego pomiędzy włóknami optycznymi i do wypychania lustra z toru optycznego. Przełącznik optyczny Marxera jest wytworzony w pojedynczym etapie z zastosowaniem technologii trawienia plazmowego sprzężonego indukcyjnie z technologią pasywacji ściany bocznej.

Przełącznik Marxera posiada liczne ograniczenia. Przykładowo, jego dwugrzebieniowy człon uruchamiający wymaga energii zarówno w położeniu wysuniętym jak i położeniu wycofanym. Bez energii, lustro znajduje się w połowie drogi między włóknami, co jest niepożądane. Ponadto, aczkolwiek technika wytwarzania przełącznika Marxera powoduje powstawanie ścian o pionowości rzędu 89,3° i chropowatości powierzchni rzędu 36 nanometrów (wartości średniej kwadratowej), to jednak istnieje potrzeba poprawienia każdej z tych właściwości. Konwencjonalne technologie DRIE i fotolitograficzne, polegające na stosowaniu maskownicy tlenkowej i na ultradźwiękowym usuwaniu maskownicy również wywierają ujemne wpływy na struktury przełączników MEMS. Przykładowo, techniki fotolitograficzne zwykle pozostawiają osad pomiędzy strukturami. Tak więc, pożądane jest opracowanie sposobu wytwarzania udoskonalonych przełączników optycznych.

Sposób formowania lusterka na substracie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że formuje się nad substratem wzornikową warstwę maskującą pokrywającą pierwszy obszar substratu i dwa obszary boczne substratu, każdy w sąsiedztwie boku pierwszego obszaru, następnie usuwa się niepokryte części substratu z zastosowaniem wzornikowej warstwy maskującej dla pozostawienia pierwszej wypiętrzonej struktury w pierwszym obszarze substratu i dwóch protektorowych wypiętrzonych struktur na każdym bocznym obszarze substratu w sąsiedztwie pierwszej wypiętrzonej struktury, po czym selektywnie usuwa się protektorowe wypiętrzone struktury przy pozostawieniu nietkniętej pierwszej wypiętrzonej struktury i formuje się powierzchnię odbijającą na ścianie bocznej pierwszej wypiętrzonej struktury.

Formowanie wzornikowej warstwy maskującej obejmuje formowanie otworu pomiędzy pierwszym obszarem a każdym obszarem bocznym, mającego szerokość od 10 do 30 mikrometrów.

Usuwanie niepokrytych części substratu dla pozostawienia pierwszej wypiętrzonej struktury obejmuje formowanie szczeliny mającej szerokość od 10 do 30 mikrometrów pomiędzy pierwszą wypiętrzoną strukturą i każdą z protektorowych wypiętrzonych struktur.

Usuwanie niepokrytych części substratu obejmuje formowanie pierwszej wypiętrzonej struktury o chropowatoś ci powierzchni rzę du 30 nm wartoś ci ś redniej kwadratowej lub mniejszą .

Wytrawianie substratu obejmuje pozostawianie ściany bocznej pierwszej wypiętrzonej struktury o pionowoś ci przynajmniej 90° ± 0,6°.

Wytrawianie substratu obejmuje formowanie rowka mającego głębokość przynajmniej 75 mikrometrów pomiędzy pierwszą wypiętrzoną strukturą i każdą z protektorowych wypiętrzonych struktur.

Formowanie wzornikowej warstwy maskującej obejmuje osadzanie licznych warstw tego samego materiału fotorezystancyjnego nad substratem i ogrzewanie każdej osadzonej warstwy przed osadzeniem następnej warstwy.

Formowanie wzornikowej warstwy maskującej obejmuje formowanie otworów we wzornikowej warstwie maskującej, odsłaniających obszary substratu otaczające każdy z dwóch obszarów bocznych.

PL 200 407 B1

Korzystnie stosuje się substrat zawierający warstwę izolacyjną osadzoną w substracie w stosunku do zewnętrznej powierzchni substratu, przy czym usuwanie niepokrytych części substratu obejmuje usuwanie odsłoniętych obszarów substratu otaczających dwa obszary boczne dla pozostawienia protektorowych struktur wypiętrzonych na warstwie izolacyjnej, izolowanych od pierwszej wypiętrzonej struktury, oraz selektywne usuwanie protektorowych wypiętrzonych struktur obejmujące usuwanie warstwy izolacyjnej z poniżej protektorowych wypiętrzonych struktur, tym samym uwalniając protektorowe wypiętrzone struktury od substratu.

Selektywne usuwanie protektorowych wypiętrzonych struktur obejmuje usuwanie pierwszej wypiętrzonej struktury w obrębie rowka wyznaczonego przez substrat.

Sposób wytwarzania przełącznika optycznego na substracie mającym przykrytą warstwę izolacyjną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że nad substratem formuje się kompozytową warstwę fotorezystancyjną zawierającą liczne warstwy tego samego materiału fotorezystancyjnego, następnie usuwa się części warstwy fotorezystancyjnej z zastosowaniem acetonu dla utworzenia wzornikowej warstwy fotorezystancyjnej, selektywnie maskującej obszary substratu, w których będzie formowana ściana lusterka, grzebienie członu uruchamiającego, drążki członu uruchamiającego i ściany protektorowe, po czym wytrawia się odsłonięte części substratu do warstwy izolacyjnej z zastosowaniem wzornikowej warstwy maskującej dla pozostawienia ściany lusterka, grzebieni członu uruchamiającego, drążków członu uruchamiającego i ścian protektorowych, które są umieszczone przynajmniej wzdłuż pierwszej i drugiej ściany bocznej ściany lusterka, następnie usuwa się części warstwy izolacyjnej poniżej ściany lusterka, drążków członu uruchamiającego, ruchomego grzebienia i ścian protektorowych dla oswobodzenia ściany lusterka, drążków członu uruchamiającego, grzebienia ruchomego i ścian protektorowych od substratu, po czym usuwa się ściany protektorowe dla uwolnienia ściany lusterka umieszczonej w rowku, i formuje się powierzchnię odbijającą na ścianach bocznych ściany lusterka.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z góry przykładowego przełącznika optycznego, pokazanego w położeniu wysuniętym, fig. 2 - widok z góry przykładowego przełącznika optycznego w położeniu wycofanym, fig. 3A - 3F przykładowe etapy sposobu według wynalazku, fig. 4 - przykładowy widok z góry przełącznika optycznego podczas wytwarzania, fig. 5 - przekrój przykładowego lusterka wytworzonego sposobem według wynalazku, fig. 6 - perspektywiczny widok grzebieni członu uruchamiającego utworzonych sposobem według wynalazku, fig. 7 - perspektywiczny widok grzebieni członu uruchamiającego, wytworzonych z zastosowaniem maski tlenkowej, fig. 8 - widok z góry przykładowych prowadnic fali, a fig. 9 - perspektywiczny widok przykładowego opakowania przełącznika z wyciętą częścią.

Sposób według wynalazku dotyczy ogólnie mikroelektromechanicznych przełączników optycznych z zastosowaniem luster pionowych, a w szczególnoś ci jest dostosowany do przełączników optycznych na bazie MEMS, zawierających pionowe elementy składowe, takie jak lustra i grzebieniowe palce.

Na fig. 1 przedstawiono widok z góry przykładowego przełącznika optycznego wytworzonego sposobem według wynalazku. Jak będzie omówione poniżej, wszystkie cechy przełącznika optycznego 100 głównie występują w górnej warstwie substratu. Przełącznik optyczny 100 zawiera lusterko 102 sprzężone z członem uruchamiającym 104, zdolnym do poruszania lusterka 102 pomiędzy położeniem wysuniętym (np. fig. 1) usytuowanym pomiędzy optycznymi prowadnicami fali 105 (pokazano jako zakreskowane), a położeniem wycofanym (np. fig. 2) usytuowanym poza prowadnicami fali. W rozwiązaniu przykładowym, gdy lusterko 102 leży w położeniu wysuniętym, to fale świetlne odbijają się od lustra 102 do połączenia pomiędzy prowadnicami fali 105A i 105B oraz 105C i 105D bez przesyłania pomiędzy przeciwległymi prowadnicami fali 105A, 105D i 105B, 105C. Gdy lusterko 102 znajduje się w położeniu wycofanym, wówczas następuje przełączenie tak, że fale światła łączą się pomiędzy prowadnicami fali 105A i 105D oraz prowadnicami fali 105B i 105C bez odbijania od lusterka 102. Stosowane tu określenie prowadnica fali ma obejmować dowolne medium, które przesyła światło, łącznie z np. włóknami optycznymi.

Lusterko 102 jest zwykle umieszczone w rowku 112. Rowek 112 zwykle ma szerokość wystarczającą dla uchronienia lusterka 102 przed kontaktowaniem się ze ścianami bocznymi rowka 112 podczas pracy. Typowe szerokości rowka (od jednej ściany bocznej do drugiej) są w zakresie od 40 do 50 mikrometrów dla wielu zastosowań. Lusterko 102 zwykle zawiera wąską ścianę 114 mającą po każdej stronie powłokę odbijającą, zamontowaną na wydłużonej podporze podstawowej 116, która łączy wąską ścianę 114 z członem uruchamiającym 104. Ściana 114 lusterka może mieć grubość lub szerokość około 2 - 5 mikrometrów dla wielu zastosowań. Pozostawia to otwór pomiędzy bokami wąskiej ściany a bokami rowka, wynoszący w wielu przypadkach około 20 do 25 mikrometrów. Wydłużona podpora podstawy 116 zwykle jest szersza niż ściana 114 dla zapewnienia stabilności lusterka 102 podczas pracy. W tym rozwią4

PL 200 407 B1 zaniu, przełącznik optyczny 100 zawiera ponadto strukturę podporową 118, zamontowaną pomiędzy podporą podstawy 116 dla lusterka 102 i powierzchnią podstawową 120 członu uruchamiającego 104. Struktura podporowa 118 stanowi przykładowo strukturę siatkową, której linie biegną ukośnie w stosunku do powierzchni podstawowej 120 i podpory podstawy 116 dla lusterka 102. Struktura podporowa 118 zapewnia dodatkową stabilność lusterka 102 podczas przemieszczania pomiędzy położeniem wysuniętym a położeniem wycofanym.

Ściana 114 lusterka zwykle zawiera gładkie pionowe ściany boczne w porównaniu z konwencjonalnymi lusterkami pionowymi. Przykładowo, ściany boczne ściany 114 lusterka zwykle mają chropowatość powierzchni 30 nm wartości średniej kwadratowej lub mniejszą i pionowość rzędu 90° ± 0,6° lub większą (np. 90° ± 0,5°, 90° ± 0,4°, 90° ± 0,3° lub lepszą). Technologia wytwarzania ścian bocznych z tego rodzaju wł aś ciwoś ciami bę dzie omówiona szczegół owo poniż ej. Należ y zauważy ć , ż e zwię kszona pionowość i zmniejszona chropowatość powierzchni ściany 114 lusterka polepsza właściwości przesyłania przełącznika optycznego 100 w porównaniu z konwencjonalnymi przełącznikami optycznymi.

Przedstawiony człon uruchamiający 104 zawiera mechanizm napędowy 122 zdolny do przykładania siły, która porusza lusterko 102 do położenia wycofanego i strukturę drążkową 124, która odchyla się podczas przykładania siły i która zawraca lusterko do położenia wysuniętego w przypadku braku przykładania siły poprzez mechanizm napędowy 122. Struktura drążkowa 124 zwykle funkcjonuje jako sprężyna, odchylając się pod wpływem oddziaływania siły pomiędzy grzebieniami i powracając do położenia początkowego przy braku oddziaływania siły. W przedstawionym rozwiązaniu, struktura drążkowa 124 nie gromadzi energii gdy lusterko znajduje się w położeniu wysuniętym. W rozwiązaniu przykładowym, mechanizm napędowy 122 stanowi napęd pojedynczego grzebienia, który obejmuje stacjonarny grzebień 108 przepleciony z ruchomym grzebieniem 110 dla dostarczania siły napędzającej człon uruchamiający 104 i tym samym' lusterko 102 pomiędzy jego położeniem wysuniętym i wycofanym. Podłużne przemieszczenie lusterka 102 pomiędzy jego położeniem wysuniętym i wycofanym zwykle jest w zakresie od 40 do 70 mikrometrów lub więcej i, w rozwiązaniu przedstawionym wynosi około 55 mikrometrów.

Każdy z palców grzebienia zwykle ma szerokość w zakresie od 2 do 4 mikrometrów i w rozwiązaniu przykładowym ma szerokość wynoszącą około 3 mikrometry. Dwa grzebienie 108 i 110 są również ciasno rozstawione. Przykładowo, szczelina g pomiędzy sąsiednimi palcami grzebieni jest zwykle w zakresie od 2 do 4 mikrometry, zaś w rozwiązaniu przykładowym wynosi około 3 mikrometry. W przedstawionym rozwiązaniu, każdy z poszczególnych palców ma pionowe (o pionowości przynajmniej 90° ± 0,6°) i gł adkie (chropowatość powierzchni rzę du 30 nm wartoś ci średniej kwadratowej lub mniejszą ) ś ciany boczne. Gładkość palców umożliwia ciasne upakowanie przeplecionych grzebieni. Umożliwia to zmniejszenie rozmiaru struktury dla danej przyłożonej siły i uzyskanie mniejszych przełączników przy jednoczesnym utrzymaniu lub zredukowaniu prędkości przełączania. Długość 1 każdego palca, zakładka o w sytuacji braku siły (pokazanej na fig. 1) pomiędzy dwoma grzebieniami 108 i 110, oraz liczba palców na każdym grzebieniu 108, 110 jest zwykle dobierana w zależności od pożądanej siły rozwijanej pomiędzy dwoma grzebieniami 108 i 110 jak również pożądanej odległości drogi lusterka 102 pomiędzy położeniem wysuniętym i wycofanym. W rozwiązaniu przykładowym, palce mają długość 1 w zakresie od 90 do 110 mikrometrów i grzebienie mają zakładkę o rzędu 20 do 30 mikrometrów. Liczba palców na każdym grzebieniu 108, 110 może być zmienna i może być w zakresie od 120 do 160 dla rozmaitych zastosowań.

Przedstawiona struktura drążkowa 124 zawiera podwójnie złożony drążek 126 po każdej stronie członu uruchamiającego 104. Ponieważ podwójnie złożone drążki 126 w rozwiązaniu przykładowym są symetryczne, zatem poniżej zostanie opisany tylko jeden. Podwójnie złożony drążek 126 zawiera wewnętrzne drążki 128 przyłączone przy pierwszym końcu do ustalonej struktury substratu 130 oraz pierwszy i drugi zewnętrzny drążek 132 i 134. Pierwszy zewnętrzny drążek 132 łączy się jednym końcem z zakończeniami drugich drążków i drugim końcem z powierzchnią podstawową członu uruchamiają cego. Drugi zewnętrzny drążek 134 łączy się jednym końcem z innymi drążkami i drugim końcem z ruchomym grzebieniem 108. Poniżej ustalonej struktury substratu 130 pozostaje wypalona warstwa izolacyjna, przytwierdzając tę strukturę do substratu. Drążki 132 i 134 oraz końcówka 136 są pozbawione izolacji, umożliwiając poruszanie się wraz z ruchomym grzebieniem. Podczas pracy, złożone drążki 126 funkcjonują jak sprężyna, odchylając się gdy lusterko 102 jest przesuwane do jego położenia wycofanego i zawracając lusterko 102 do położenia wysuniętego w sytuacji braku siły pomiędzy grzebieniami 108, 110. Aczkolwiek nie pokazano tego w skali, to długość każdego drążka 126 (mierzona od osi ustawionej w jednej linii z lusterkiem 102 do zewnętrznych końców drążków) może być w zakresie od 700 do 1000 mikrometrów dla wielu zastosowań.

PL 200 407 B1

Korzystnie, jeden lub więcej elementów struktury drążkowej 124 (np. wewnętrzne drążki 128, zewnętrzne drążki 132 i 134, i/lub końcówka 136) mają pionowe ściany boczne i gładkie powierzchnie. Przykładowo, pionowość ścian bocznych może wynosić 90° ± 0,6° lub więcej przy chropowatości powierzchni rzędu 30 nm wartości średniej kwadratowej lub mniejszą. Poniżej zostaną omówione techniki formowania pionowych i gładkich ścian bocznych drążka. Przez zwiększenie pionowości i zmniejszenie chropowatości ścian bocznych można zwiększyć wytrzymałość struktury drążkowej 124 w porównaniu z konwencjonalnymi strukturami drążkowymi. Umożliwia to, przykładowo, zwiększenie czasu użytkowania struktury drążkowej, odległości odchylenia belek i/lub zredukowanie wielkości struktury. W rozwią zaniu przedstawionym, polepszone cechy belek umoż liwiają utworzenie stosunkowo zwartego przełącznika optycznego, mającego pojedynczy grzebieniowy napędowy człon uruchamiający, stosunkowo duże przemieszczenie lusterka i niewielkie prędkości przełączania.

Można też zastosować człony uruchamiające mające podwójne napędy grzebieniowe i człony uruchamiające mające pojedyncze napędy grzebieniowe w konfiguracji przeciwległej. Przykładowo, pojedynczy człon uruchamiający z napędem grzebieniowym może być wykonany tak, że napęd grzebieniowy, przykłada siłę wysuwającą lusterko a struktura drążkowa zawraca lusterko do położenia wycofanego. Struktura drążkowa może również mieć rozmaite rozwiązania i nie jest ograniczona do przedstawionej podwójnej struktury drążkowej. Przykładowo, można zastosować inne rodzaje struktur, takie jak rozmaite podwójne struktury drążkowe lub pojedyncze struktury drążkowe.

Na fig. 8 przedstawiono widok z góry przykładowych prowadnic fali i układu kanałów prowadnic fali według szczególnego rozwiązania sposobu według wynalazku. Przykład ten odnosi się do prowadnic fali z włókna optycznego.

W rozwiązaniu przykładowym, każde włókno optyczne 810 zawiera zakończenie 820 ze ścianą boczną 830, która zwęża się do soczewki 840. Zukosowana ściana boczna 830 może korzystnie być ustawiona w jednej linii z jednym lub więcej kołnierzy 850 kanałów 860 dla ułatwienia ustawienia w linii włókien 810 wewnątrz kanałów 860. Zukosowane ściany boczne 830 mogą ponadto umożliwiać ułożenie soczewek 840 na zakończeniu 820 każdego włókna optycznego 810 bliżej lusterka 870. Wraz ze zukosowanymi ścianami bocznymi 830 i soczewkami 840, odległość od każdej soczewki 840 do lusterka 870 może być w zakresie od 10 - 30 mikrometrów i w rozwiązaniu przykładowym wynosi około 20 mikrometrów. Soczewki 840 mogą również skupiać przesyłane fale świetlne. W rezultacie zogniskowanego światła i bliskiego sąsiedztwa względem lusterka 870, można znacząco zmniejszyć stratę przesyłania światła.

Przykładowy sposób wytwarzania zukosowanego włókna z soczewką obejmuje ogrzewanie włókien do temperatury topnienia, wciąganie włókna do stożka i następnie przecinanie wciągniętego włókna dla utworzenia zukosowanych końców. Po rozcięciu, zukosowane końce mogą być ogrzane dla pogrubienia zakończeń i utworzenia soczewek skupiających. Pogrubione końce mogą być ponadto wypolerowane.

Jak pokazano na fig. 1 i 2, w trakcie pracy pomiędzy dwa grzebienie 108 i 110 jest przykładana różnica potencjałów, co powoduje wytworzenie siły, przyciągającej dwa grzebienie 108 i 110 do siebie i wycofującej lusterko 102 z jego położenia wysuniętego pomiędzy włóknami do położenia wycofanego z dala od wł ókien. Ciasno upakowane i gładkie palce grzebieniowe przykładają siłę, która przełącza lusterko pomiędzy jego położeniem wysuniętym i wycofanym w przeciągu 0,2 do 1 milisekundy. Korzystnie, cechy członu uruchamiającego umożliwiają przemieszczanie lusterka na stosunkowo dużą odległość przy niewielkim odchyleniu w kierunku poprzecznym. Przykładowo, zarówno siatkowa struktura podporowa jak i wygięta struktura drążkowa służą do zredukowania poprzecznego odchylenia i rezonansu lusterka. Służy to dalszemu zwiększeniu zdolności przesyłania fal świetlnych przez przełącznik optyczny.

Na fig. 3A - 3F i 4 przedstawiono przykładowy sposób wytwarzania omówionego powyżej przełącznika optycznego. Przekrój pokazany na fig. 3A - 3E odpowiada przekrojowi substratu wykorzystanego do utworzenia pionowej ściany lusterka, takiej jak omówiona powyżej wąska ściana 114.

W tym przykładowym sposobie, nad substratem 301 jest uformowana warstwa maskują ca 303. Substrat 301 jest zwykle utworzony z materiału półprzewodnikowego takiego jak krzem i zawiera przykrytą warstwę izolacyjną 302, rozdzielającą substrat 301 na górną część 304 i dolną część 306. Przykryta warstwa izolacyjna 302 może przykładowo stanowić warstwę tlenkową, taką jak dwutlenek krzemu. Grubość górnego substratu 304 może przykładowo wynosić około 75 mikrometrów. Struktury przełącznika optycznego są utworzone w górnej części 304 substratu ponad warstwą izolacyjną 302.

Dla ochrony części substratu podczas następnego trawienia substratu zastosowano warstwę maskującą 303. W przedstawionym procesie, warstwa maskująca 303 jest utworzona z podwójnej warstwy

PL 200 407 B1 tego samego materiału fotorezystancyjnego. Materiał foforezystancyjny może przykładowo stanowić S1818. Aczkolwiek korzystne może być zastosowanie podwójnej warstwy fotorezystancyjnej, to jednak warstwa maskująca 303 może być utworzona z dowolnego odpowiedniego materiału maskującego, łącznie z materiałem tlenkowym i fotorezystancyjnym, z zastosowaniem znanych technologii. Otrzymana struktura jest pokazana na fig. 3A.

Podwójna fotorezystancyjna warstwa maskująca 303 zwykle zawiera pierwszą warstwę fotorezystancyjną 305a utworzoną ponad substratem 301 i drugą warstwę fotorezystancyjną 305b utworzoną z tego samego materiału, co pierwsza warstwa fotorezystancyjna 305a, utworzoną nad pierwszą warstwą fotorezystancyjną 305a. Każda warstwa fotorezystancyjną 305a,b jest zwykle uformowana na maksymalną grubość. Maksymalna grubość szczególnego materiału fotorezystancyjnego jest zwykle zapewniona przez wytwórcę tego materiału fotorezystancyjnego i odpowiada maksymalnej grubości materiału fotorezystancyjnego, która zapewnia specyficzny stopień płaskości powierzchni. Dla S1818 grubość ta wynosi około 2 mikrometry.

Zwykle, pierwsza fotorezystancyjna warstwa 305a jest osadzona i ogrzana przed osadzeniem i ogrzaniem drugiej fotorezystancyjnej warstwy 305b. Zastosowanie podwójnej warstwy z S1818 umożliwia misterne odwzorowanie stosunkowo grubej fotorezystancyjnej warstwy, a to z kolei umożliwia głębokie wytrawienie leżącego pod spodem substratu dla utworzenia misternych wyżłobień w substracie. Materiał fotorezystancyjny S1818 może również być usuwany w korzystny sposób. Dalsze szczegóły i korzyści tworzenia podwójnej fotorezystancyjnej warstwy moż na znaleźć we współ bieżnym zgł oszeniu USA nr 09/372,428.

Części podwójnej fotorezystancyjnej warstwy 303 są usuwane dla utworzenia fotorezystancyjnej warstwy maskującej 309, jak przestawiono na fig. 3b. Usunięcie części fotorezystancyjnej warstwy maskującej 303 może być dokonane z zastosowaniem technik fotolitograficznych. W szczególności, stosując materiał fotorezystancyjny S1818 można przykładowo usuwać części warstwy fotorezystancyjnej z zastosowaniem acetonu bez wspomagania ultradź wię kami. Odsłonięte części substratu 301 bę d ą usunięte przy następnym wytwarzaniu. Wzornikowa warstwa maskująca 309 ogólnie pokrywa części substratu 301, które mają pozostać po usunięciu substratu. Pozostałe części substratu 301 zwykle tworzą elementy otrzymanego przełącznika optycznego (ściany lusterka, ściany boczne rowka, kanały prowadnicy fali, grzebienie członu uruchamiającego, drążki itd.).

Jak stwierdzono powyżej, przekrój przedstawiony na fig. 3A - 3F pokazuje etapy wytwarzania ściany lustra. W tym przypadku, wzornikowa warstwa maskująca 309 zawiera pierwszą część maskującą 311 pokrywającą pierwszy obszar 311a substratu 301 i dwie boczne części maskujące 313 pokrywające boczne obszary 313a substratu w sąsiedztwie każdego boku pierwszej części maskującej 311. Ściany boczne 315 fotorezystancyjnej warstwy maskującej 309 są stosowane do wyznaczenia krawędzi rowka, w którym jest uformowane lusterko. Część maskująca 311 jest zastosowana do utworzenia ś ciany lusterka w pierwszym obszarze 311a. Boczne części maskujące 313 pokrywają boczne obszary 313a, w których są uformowane ściany protektorowe.

Boczne części maskujące 313 służą do ograniczenia odsłoniętej części substratu 301 podczas trawienia i zwiększenia pionowości ścian struktury lusterka w pierwszym obszarze 311a. Wielkość szczeliny pomiędzy częścią maskującą 311 a każdą boczną częścią maskującą 313 jest dobierana dla zoptymalizowania pionowości otrzymywanej struktury lustrzanej w pierwszym obszarze 311a. Dla wielu zastosowań odpowiednie są szczeliny o szerokości 10 - 30 mikrometrów. Szczelina o szerokości 20 mikrometrów funkcjonuje szczególnie korzystnie w opisanym poniżej procesie usuwania. Bardziej szczegółowe rozważenie korzyści wynikających ze stosowania tego rodzaju ścian protektorowych można znaleźć we współbieżnym zgłoszeniu USA nr 09,372,700.

Figura 4 przedstawia widok z góry przełącznika optycznego po odwzorowaniu warstwy maskującej. Zacieniony obszar reprezentuje wzornikową warstwę maskującą 402 a obszary otwarte wskazują odsłonięte części leżącego pod spodem substratu 404. Wzornikowa warstwa maskująca 402 zawiera część maskującą 406, która jest zastosowana dla utworzenia ściany protektorowej dookoła elementów przełącznika optycznego, takich jak ściana lusterka i przykładowo zewnętrzne drążki. Obszary substratu pod częścią maskującą 406 zostają usunięte po wytrawieniu otwartych obszarów substratu 404 jak omówiono poniżej. Zastosowanie protektorowej części maskującej ściennej 406 ułatwia pionowe wytrawianie sąsiednich struktur, takich jak ściana lusterka i drążki, jak podano poniżej.

Po ułożeniu na miejscu wzornikowej warstwy maskującej 309, usuwa się odsłonięte części substratu 301, jak przedstawiono na fig. 3C. Ten proces usuwania może być przeprowadzony z zastosowaniem głębokiego wytrawiania jonów reaktywnych (DRIE). W pierwszym rozwiązaniu jest stosowany

PL 200 407 B1 standardowy proces BOSCH DRIE. Proces ten jest zwykle procesem trzyetapowym, przeprowadzanym w następujących warunkach:

Ciśnienie	15 m tor
Przepływ He (helu stosowanego w standardowym procesie BOSCH DRIE dla chłodzenia)	7,45 (normalnych centymetrów sześciennych na minutę)

3 3

W etapie 1 stosuje się przepływ C4F8200 (70 cm³/min), SF6200 (0,5 cm³/min) i argonu (40 cm³/min) przez 4 sekundy. W etapie 2 stosuje się przepływ C4F8200 (0,5 cm³/min), SF6200 (50 cm³/min) i argonu (40 cm³/min) przez 3 sekundy. W etapie 3 stosuje się przepływ C4F8200 (0,5 cm³/min), SF6200 (100 cm³/min) i argonu (40 cm³/min) przez 5 sekund. W rozwią zaniu alternatywnym, czasy przepł ywu dla pierwszego i drugiego etapu są zwię kszone (do np. 5 sekund i odpowiednio 4 sekund), a czas przepł ywu dla trzeciego etapu jest zmniejszony (do np. 3 sekund). To rozwiązanie alternatywne korzystnie zapewnia uzyskanie większej liczby pionowych ścian bocznych niż standardowy proces BOSCH DRIE.

Proces usuwania zwykle wykorzystuje środek trawiący selektywny względem przykrytej warstwy izolacyjnej 302, tym samym zatrzymując proces trawienia na tej warstwie. Jako rezultat struktur ścian bocznych 321 i bocznych części maskujących 313 uformowana zostaje wypiętrzona struktura 319 pod częścią maskującą 311 z pionowymi ścianami bocznymi 320. W przedstawionym rozwiązaniu, ściany boczne 320 zwykle mają pionowość (w stosunku do płaszczyzny poziomej substratu) rzędu 90° ± 0,6° lub większa (90° ± 0,5°, 90° ± 0,4°, 90° ± 0,3°). Procedura ta również prowadzi do uzyskania wypiętrzonej struktury 319 o stosunkowo gładkich ścianach bocznych. Przykładowo, z zastosowaniem tego procesu chropowatość powierzchni ścian bocznych może wynosić 30 nm wartości średniej kwadratowej lub mniej.

Materiał fotorezystancyjny zostaje usunięty, jak przedstawiono na fig. 3D. Może to być wykonane z zastosowaniem acetonu, jak podano powyż ej. Przez zastosowanie acetonu bez wspomagania ultradźwiękami można usunąć materiał fotorezystancyjny bez uszkodzenia kruchych struktur, takich jak grzebienie członu uruchamiającego, lusterko i złożone drążki. Zastosowanie w ten sposób acetonu pozwala również bardziej skutecznie usuwać zanieczyszczenia z substratu. W wyniku usunięcia materiału fotorezystancyjnego usunięte zostają części przykrytej warstwy izolacyjnej 302. Warstwa izolacyjna 302 jest zwykle usuwana z zastosowaniem zbuforowanego izolującego środka trawiącego (np. roztwór 10:1 kwasu chlorowodorowego względem wody). Podczas tego procesu, środek trawiący usuwa odsłonięte części warstwy izolacyjnej 302, jak również części warstwy izolacyjnej 302 poniżej struktur silikonowych, utworzonych ponad warstwą izolacyjną 302. Należy zauważyć, że poniżej stosunkowo wąskich struktur silikonowych (np. ściany lusterka, drążków członu uruchamiającego, palców grzebieni itd.), leżąca pod spodem warstwa izolacyjna 302 jest usunięta w stopniu wystarczającym dla oddzielenia tych struktur od substratu 301. Pod elementami grubszymi (np. ustawionymi podporami 130 dla drążków, częścią podstawową 109 stacjonarnego grzebienia 110) warstwa izolacyjna 302 pozostaje nietknięta, tym samym przytwierdzając te elementy do substratu 301. Umożliwia to ruch struktur takich jak lusterko, drążki i ruchomy grzebień.

Proces usuwania jest zwykle przeprowadzany przez zanurzenie substratu 301 w środku trawiącym 322, jak pokazano na fig. 3E. Podczas tego procesu, warstwa izolacyjna 302 poniżej protektorowych ścian 321 zostaje usunięta a protektorowe ściany 321 zagłębiają się w roztwór trawiący 322. Pozostawia to pierwszą wypiętrzoną strukturę 319 (ścianę lusterka) podpartą przez warstwę izolacyjną/substrat leżącą pod inną częścią przełącznika (np. utwierdzone podpory drążkowe 130). Pomiędzy dwiema ścianami bocznymi rowka 323 jest uformowana wypiętrzona struktura 319 stanowiąca ścianę lusterka. Otrzymana struktura jest pokazana na fig. 3F.

Zastosowanie podwójnej warstwy fotorezystancyjnej z tego samego materiału w połączeniu z formowaniem protektorowych maskownic ścian bocznych umożliwia wytwarzanie stosunkowo głębokich, cienkich i pionowych struktur o gładkich powierzchniach. Struktury te mogą być wykorzystane przykładowo jako lusterka, palce grzebienia członu uruchamiającego i/lub drążki struktury drążkowej. Z zastosowaniem takiej technologii można uzyskać pionowość wypiętrzonych struktur, wynoszącą przynajmniej 90° ± 0,6° przy chropowatości powierzchni rzędu 30 nm wartości średniej kwadratowej lub mniejszej.

Należy zauważyć, że podczas późniejszej obróbki ściana lusterka jest zwykle powlekana metalem odbijającym dla utworzenia powierzchni odbijającej. W rezultacie polepszonej pionowości i zmniejszonej chropowatości powierzchni ściany lusterka powierzchnia odbijająca ma zwiększoną pionowość i zmniejszoną chropowatość, co redukuje rozproszenie i polepsza właściwości przełącznika. Podczas późniejszej obróbki, metal jest również osadzany na dwóch grzebieniach dla utworzenia elektrod dla grzebieni. Takie osadzanie metalu może być przeprowadzane z zastosowaniem znanych technologii. Płytka jest

PL 200 407 B1 zwykle domieszkowana borem przed obróbką dla nadania substratowi przewodności i umożliwienia przyłożenia różnicy potencjałów pomiędzy grzebieniami.

Na fig. 5 przedstawiono przykładową strukturę pionową utworzoną sposobem opisanym powyżej. Przekrój może reprezentować przekrój elementu pionowego, takiego jak lusterko lub drążek struktury drążkowej. Pionowa struktura 500 posiada ściany boczne 502 o pionowości (reprezentowanej przez kąt λ, pomiędzy płaszczyzną poziomą 504 substratu a płaszczyzną 506 ściany bocznej 502 (rzędu 90° ± 0,6° lub większej) i chropowatości powierzchni rzędu 30 nanometrów wartoś ci średniej lub mniej.

Na fig. 6 i 7 przedstawiono grzebienie członu uruchamiającego utworzonego z zastosowaniem dwóch odmiennych technologii. Na fig. 6 przedstawiono grzebienie utworzone z zastosowaniem podwójnej warstwy fotorezystancyjnej z S1818 i procesu usuwania polegającego na stosowaniu raczej acetonu, a nie ultradźwięków, jak omówiono powyżej. W przeciwieństwie do tego, na fig. 7 przedstawiono wytwarzanie podobnych elementów z zastosowaniem wzornikowej warstwy maskującej utworzonej z tlenku. Jak można zauważyć , palce grzebienia utworzone z zastosowaniem tego procesu mają zmniejszoną chropowatość powierzchni i więcej wyznaczonych elementów. Palce grzebieni z fig. 6 również zawierają mniej zanieczyszczeń pomiędzy palcami. Ponieważ zanieczyszczenia mogą skracać palce członu uruchamiającego i pogarszać osiągi urządzenia, zatem powoduje to dodatkowe polepszenie jakości produktu i osiągów urządzenia.

Na fig. 9 przedstawiono pakiet przełącznika, który zawiera przełącznik optyczny MEMS otrzymany sposobem według wynalazku. Przykładowy pakiet 900 zawiera obudowę 910, zawierającą 2 x 2 przełącznik optyczny 920. Przełącznik 920 może przykładowo być podobny do przełącznika przedstawionego na fig. 1 i 2 powyżej. Z przełącznika 920 wystają cztery włókna optyczne 930 na zewnątrz względem obudowy 910. Włókna 930 mogą przykładowo wzajemnie łączyć przełącznik 930 z innymi komponentami sieci. Aczkolwiek tego nie pokazano, to włókna 930 mogą przechodzić przez kanały utworzone w korpusie substratu. Z grzebieni przełącznika 930 wystają przewody 940, prowadzące zwykle do źródła zasilania. Należy zauważyć, że pakiet ten jest podany jako przykładowy, a nie jako ograniczający wynalazek.

Claims

1. Sposób formowania lusterka na substracie, znamienny tym, że formuje się nad substratem (301) wzornikową warstwę maskującą (309) pokrywającą pierwszy obszar (311a) substratu i dwa boczne obszary (313a) substratu, każdy w sąsiedztwie boku pierwszego obszaru (311a), następnie usuwa się niepokryte części substratu (301) z zastosowaniem wzornikowej warstwy maskującej (309) dla pozostawienia pierwszej wypiętrzonej struktury w pierwszym obszarze (311a) substratu i dwóch protektorowych wypiętrzonych struktur na każdym bocznym obszarze (313a) substratu w sąsiedztwie pierwszej wypiętrzonej struktury, po czym selektywnie usuwa się protektorowe wypiętrzone struktury przy pozostawieniu nietkniętej pierwszej wypiętrzonej struktury i formuje się powierzchnię odbijającą na ścianie bocznej pierwszej wypiętrzonej struktury.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że formowanie wzornikowej warstwy maskującej (309) obejmuje formowanie szczeliny pomiędzy pierwszym obszarem (311a) a każdym obszarem bocznym (313a), mającej szerokość od 10 do 30 mikrometrów.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że usuwanie niepokrytych części substratu (301) dla pozostawienia pierwszej wypiętrzonej struktury obejmuje formowanie szczeliny mającej szerokość od 10 do 30 mikrometrów pomiędzy pierwszą wypiętrzoną strukturą i każdą z protektorowych wypiętrzonych struktur.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że usuwanie niepokrytych części substratu (301) obejmuje formowanie pierwszej wypiętrzonej struktury (319) o chropowatości powierzchni rzędu co najwyżej 30 nm wartości średniej kwadratowej.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wytrawianie substratu (301) obejmuje pozostawianie ściany bocznej pierwszej wypiętrzonej struktury (319) o pionowości przynajmniej 90° ± 0,6°.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wytrawianie substratu (301) obejmuje formowanie rowka mającego głębokość przynajmniej 75 mikrometrów pomiędzy pierwszą wypiętrzoną strukturą i każdą z protektorowych wypiętrzonych struktur.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że formowanie wzornikowej warstwy maskującej (309) obejmuje osadzanie licznych warstw tego samego materiału fotorezystancyjnego nad substratem (301) i ogrzewanie każdej osadzonej warstwy przed osadzeniem następnej warstwy.

PL 200 407 B1

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e formowanie wzornikowej warstwy maskują cej (309) obejmuje formowanie otworów we wzornikowej warstwie maskującej, odsłaniających obszary substratu otaczające każdy z dwóch bocznych obszarów (313a).

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się substrat (301) zawierający warstwę izolacyjną osadzoną w substracie (301) w stosunku do zewnętrznej powierzchni substratu, przy czym usuwanie niepokrytych części substratu (301) obejmuje usuwanie odsłoniętych obszarów substratu otaczających dwa boczne obszary (313a) dla pozostawienia protektorowych struktur wypiętrzonych na warstwie izolacyjnej, izolowanych od pierwszej wypiętrzonej struktury (319), oraz selektywne usuwanie protektorowych wypiętrzonych struktur obejmujące usuwanie warstwy izolacyjnej poniżej protektorowych wypiętrzonych struktur, uwalniając protektorowe wypiętrzone struktury od substratu (301).

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że selektywne usuwanie protektorowych wypiętrzonych struktur obejmuje usuwanie pierwszej wypiętrzonej struktury (319) w obrębie rowka wyznaczonego przez substrat (301).

11. Sposób wytwarzania przełącznika optycznego na substracie mającym przykrytą warstwę izolacyjną, znamienny tym, że nad substratem formuje się kompozytową warstwę fotorezystancyjną zawierającą liczne warstwy tego samego materiału fotorezystancyjnego, następnie usuwa się części warstwy fotorezystancyjnej z zastosowaniem acetonu dla utworzenia zwornikowej warstwy fotorezystancyjnej, selektywnie maskującej obszary substratu, w których będzie formowana ściana lusterka, grzebienie członu uruchamiającego, drążki członu uruchamiającego i ściany protektorowe, po czym wytrawia się odsłonięte części substratu do warstwy izolacyjnej z zastosowaniem wzornikowej warstwy maskującej dla pozostawienia ściany lusterka, grzebieni członu uruchamiającego, drążków członu uruchamiającego i ścian protektorowych, które są umieszczone przynajmniej wzdłuż pierwszej i drugiej ściany bocznej ściany lusterka, następnie usuwa się części warstwy izolacyjnej poniżej ściany lusterka, drążków członu uruchamiającego, ruchomego grzebienia i ścian protektorowych dla oswobodzenia ściany lusterka, drążków członu uruchamiającego, grzebienia ruchomego i ścian protektorowych od substratu, po czym usuwa się ściany protektorowe dla uwolnienia ściany lusterka umieszczonej w rowku, i formuje się powierzchnię odbijającą na ścianach bocznych ściany lusterka.