CN1370284A - 微机电光学开关及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了具有改善特性的一种基于MEMS的光学开关(100),以及用于制造该光学开关的方法。根据一个实施例,光学开关包括具有偏移梁结构(124)的单梳(122)驱动致动器(104)和与致动器耦合的镜(102)。镜能在插入在所述波导通道(106)间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动。致动器施加力就能将梁结构偏移并将镜向伸展位置或收缩位置之一移动,并且在不施加力时,梁结构将镜返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置。

Description

微机电光学开关及其制造方法
技术领域
本发明总的涉及光学开关，尤其涉及微机电光学开关以及制造这种光学开关的方法。
背景技术
现在相当现代的技术能在半导体基片上，典型的为硅基片上制造微机电系统(MEMS)。这些微机电系统通常具有约微米数量级的大小，并且可以与其它电路一起集成在普通基片上。因此，微机电系统已经在跨越许多学科的众多应用中大显身手。作为说明的MEMS应用包括，例如，光学开关、惯性传感器和压力传感器以及生物医学设备。
在各种应用中使用基于MEMS的光学开关，用于在例如光纤之类的光波导之间切换光波。当今基于MEMS的光学开关能在基片平面中工作或垂直于基片工作。一种使用垂直镜的平面内光学开关的实例在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光学开关包括与双梳状致动器耦合的金属镀覆硅镜。这两个梳致动器在相反方向上工作来将镜推入在光学光纤之间的光通路，并将镜从该光通路中拉出。Marxer光学开关是在使用具有侧壁钝化技术的电感耦合等离子腐蚀技术的单一步骤中来制造的。
该Marxer开关有许多相关的限制。例如，其双梳致动器在伸展位置和收缩位置都需要能量。没有能量，镜就会不符合要求地处在光纤之间的中途。另外，当Marxer制造技术提供具有89.3°垂直度和36纳米(nm)rms(有效值)表面粗糙度的壁时，就存在用于改善这些特性中每一个特性的空间。依靠除去氧化掩膜和超声波掩膜的传统的DRIE和光刻法技术，对MEMS结构也具有有害的影响。例如，这些光刻法技术经常在结构之间留下碎片。因此，需要对光学开关进行改进。
发明内容
本发明通常提供了一种具有改善特性的基于MEMS的光学开关，以及用于制造它们的方法。根据本发明的一个实施例，提供了一种光学开关，该光学开关包括单个梳状致动器，所述致动器包括有安置在基片上的固定梳、与固定梳交错的可移动梳、以及基片和可移动梳之间相连的梁结构以及与致动器耦合的镜。该光学开关进一步包括放置在基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道。所述镜能在插入在波导通道间的伸展位置和远离波导通道的收缩位置之间移动。承受力的两个梳能使梁结构偏移并将镜向伸展位置或收缩位置之一移动，并且在两个梳之间不施加力时，梁结构使镜返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置。
根据本发明的另一实施例，提供了一种在基片上形成镜的方法。该方法包括在基片上形成覆盖基片第一区域的和基片的两个侧区域的已形成图案的掩膜层，所述两个侧区域的每个区域都邻近第一区域的一侧。在形成有图案的掩膜层之后，使用形成图案的掩膜层去除基片的未覆盖部分来形成在第一基片区域中的第一凸起结构，并在邻近第一凸起结构的每侧基片区域中形成防蚀凸起结构(sacrificialraised structure)。随后，选择地去除这些防蚀凸起结构，而留下完整的第一凸起结构，并且在第一凸起结构上形成反射表面。
根据本发明的另一实施例，提供了一种在基片上形成用于梳状致动器的梳的方法。这种方法包括在基片上形成多个相同的光刻胶材料层来形成合成光刻胶层。例如，光刻胶材料可以包括，光刻胶材料S1818。在形成合成光刻胶层之后，使合成层形成图案，并显影形成具有交替掩膜图案的有图案的光刻胶层。使用该交替掩膜图案，去除基片的某些部分来形成交错梳。例如，形成多个层的处理可以包括沉积每个光刻胶材料层，并在沉积后对这些层进行加热。与其他类型的掩膜层相比较，例如，诸如S1818之类的多个光刻胶材料层的使用增强了表面粗糙度以及所得结构的清洁度。
本发明上面的概述并不是要描述本发明的每个说明实施例或每个实现方法。下面的附图和详细描述将对这些实施例进行具体举例说明。
附图说明
通过下面对结合附图的本发明各种实施例的详尽描述，就可以更好地理解本发明，其中：
图1和2说明根据本发明一个实施例的示范光学开关的顶视图，示出了伸展位置和收缩位置；
图3A-3F说明根据本发明实施例的示范处理；
图4说明根据本发明另一实施例在制造期间的光学开关示范顶视图；
图5说明根据本发明再另一实施例的示范镜的横截面图；
图6是根据本发明实施例形成的致动器梳透视图；
图7是使用氧化掩膜形成的致动器梳的透视图；和
图8是根据本发明的实施例的实例波导顶视图；和
图9是根据本发明实施例具有切除部分的示范开关组件透视图。
而本发明遵从各种修改和替换形式，对它们的说明已经通过附图中的实例示出，并且将详细描述。然而，应该理解，本发明并不局限于所述的特定实施例。相反，本发明包含了落在附加权利要求中所定义的本发明精神和范畴中的所有修改、等效物和替换。
具体实施方式
本发明通常涉及使用垂直镜的微机电光学开关。本发明特别适合于依靠垂直部件，例如镜和梳指的基于MEMS的光学开关。而本发明并不局限于此，通过对下面所提供的实例的理解，可以获得对本发明的各个方面的评价。
图1说明根据本发明实施例的示范光学开关顶视图。如下进一步描述，光学开关100的所有部件通常都驻留在基片的上层上。为了便于说明，没有依比例示出光学开关100。光学开关100通常包括与致动器104耦合的镜102，该致动器能使镜102在插入在光波导105(虚线示出)间的伸展位置(例如图1)和远离波导的收缩位置(例如图2)之间进行移动。在示范实施例中，当镜102位于伸展位置时，光波从镜102反射，在波导105a和105b之间以及波导105c和105d之间耦合，而不会在相对的波导105a、105d和105b、105c之间传输。当镜102位于收缩位置时，发生转换，因而光波在波导105a和105d之间以及波导105b和105c之间耦合，而不会从镜102反射。这里所用的术语波导可以涵盖任何传输光的媒介，例如包括光纤。
镜102通常放置在管112中。管112通常具有足够的宽度来避免在工作期间，镜102与管112的侧壁接触。对于许多应用来说，典型的管宽度(从侧壁到侧壁)范围从40到50微米。镜102通常包括在每侧上都具有反射涂层的窄壁114，安置在伸长支座116上，该支座使窄壁114和致动器104耦合。对于许多应用来说，镜壁114可以具有约2-5微米的厚度或宽度。在许多情况下，这就在窄壁侧和管侧壁之间留下约20到25微米的孔道。为了在工作期间给镜102提供稳定性，伸长支座116的宽度通常大于壁114。在本实施例中，光学开关100进一步包括安置在镜102的基座116和致动器104的底面120上的固定架118。在示范实施例中，固定架118是栅格工件结构，该结构具有以相对于底面120和镜102的支座116的角度伸展的线。固定架118的好处是当镜102在其伸展位置和收缩位置之间转换时，为其提供了额外的稳定性。
镜壁114通常包括与传统所形成的垂直镜相比相对较光滑和垂直的侧壁。例如，镜壁114的侧壁通常具有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。将在下面进一步详细描述用于形成具有这些特性的侧壁的技术。应该理解，与传统光学开关相比，镜壁114垂直度的改善和表面粗糙度的减小就增强了光学开关100的传输特性。
说明致动器104包括能施加力使镜102移动到收缩位置的驱动机构122；以及梁结构124，它在施加力期间使镜偏移，并在驱动机构122不施加力的情况下使镜返回到伸展位置。梁结构124通常起弹簧的作用，在梳之间存在力时偏移，并且在不存在力时返回最初位置。在说明实施例中，当镜位于伸展位置时，梁结构124没有存储能量。在示范实施例中，驱动机构122是单一的梳状，该梳状包括与可移动梳110交错的固定梳108，用于提供驱动致动器104的力，而这样，镜就能在它的伸展位置和收缩位置之间。在镜的伸展位置和收缩位置间的镜102的纵向位移通常在从40到70微米或更多的范围中，在说明实施例中是约55微米。
每个梳指通常具有从2到4微米的宽度w范围，并且在示范实施例中，具有约3微米的宽度w。两个梳108和110也严格地隔开。例如，在相邻梳指之间的间隙g通常在2到4微米的范围，并且在示范实施例中，约为3微米。在说明实施例中，单独的指每个都具有相当垂直(例如，垂直度至少为90°±0.6°)和光滑(表面粗糙度为30nm rms或更小)的侧壁。指的光滑度允许交错梳的密封构造。这能使结构的尺寸对于给定外加力而按比例减小。因此，这就允许在保持或减少转换速度的情况下，设计更小的开关。通常可以通过考虑在两个梳108、110间所产生的期望力和在镜102伸展和收缩位置间的镜期望移动距离来选定每个指的长度l，在两个梳108和110间不存在力(如图1所示)时的重叠o，以及在每个梳108、110上的指数。在示范实施例中，指具有从90微米到110微米范围的长度l，并且梳具有20到30微米的重叠o。在每个梳108、110上的指数可以变化，并且对于许多应用来说，可以在120到160范围中。
说明梁结构124包括在致动器104每侧上的双折叠梁126。因为在示范实施例中的双折叠梁126是对称的，所以，下面仅讨论一个。双折叠梁126包括附着在固定基片结构130首端的内部梁128和第一与第二外部梁132和134。第一外部梁132在一端与其他梁的终端耦合，并且在另一端与致动器底面120耦合。第二外部梁134在一端与其他梁耦合并且在另一端与可移动梳108耦合。在固定基片结构130下面，保持嵌入的绝缘层，将该结构固定在基片上。梁132和134以及终端片136不绝缘，使得部件能与可移动梳一起移动。在工作期间，折叠梁126起弹簧的作用，当镜102移动到其收缩位置时偏移，并且在梳108、110之间不存在力时使镜102返回到伸展位置。虽然没有示出标度，但对于许多应用，每个梁126的长度(从与镜102对准的轴到梁外部端测量)可以在700到1000微米范围内。
梁结构124的一个或更多部件(例如内部梁128、外部梁132和134，和/或终端片136)的优点是具有相当垂直的侧壁和光滑的表面。例如，侧壁的垂直度可以是90°±0.6°或更好，以及30nm rms或更小的表面粗糙度。将在下面描述用于形成相当垂直和光滑的梁侧壁的技术。通过增加侧壁的垂直度并减小侧壁的粗糙度，与传统梁结构相比，梁结构124的强度可以增加。例如，这就能增加梁结构的使用寿命，增加梁的偏移距离，和/或减少结构的尺寸。在说明实施例中，梁的改进部件允许形成具有单梳状致动器的相对小型的光学开关，相对较大的镜位移以及缩短转换速度。
虽然，说明的单梳状致动器提供这些优点，但应该注意，借助实例提供所说明的致动器，但致动器并不限于这些实例。其他致动器类型也可以与本发明的实施例一起使用。例如，可以使用具有双梳状的致动器。还可以使用具有相反配置的单梳状的致动器。例如，单梳状致动器可以构造为梳状施加力来伸展镜而梁结构使镜返回到收缩位置。梁结构也可以在各实施例中变化，并不局限于所说明的双梁结构。例如，也可以使用其他结构类型，例如不同的双梁结构，或单梁结构。
图8说明根据本发明特定实施例的示范波导和波导通道配置的顶视图。该实例用光纤波导作为参照，虽然并不如此地限制实例和本发明。
在实例实施例中，光纤810每个都包括具有侧壁830的端820，该侧壁向珠状透镜840逐渐变细如锥形。为了便于在通道860中调整光纤810，锥形侧壁830就具有与通道860的一个或更多的法兰850对准的优势。锥形侧壁830可以进一步允许每根光纤810的端820上的透镜840与镜870靠得更近。通过锥形侧壁830和珠状透镜840，从每个透镜840到镜870的距离可以在10-30微米的范围中，并且在实例实施例中为约20微米。珠状透镜840也可以使传输的光波聚焦。作为使光聚焦和靠近镜870的结果，可以大大减少光的传输损耗。
一种形成具有珠状透镜的锥形光纤的示范方法包括将光纤加热到熔化温度，将光纤拉成锥形，并随后接合经拉伸的光纤形成锥形端。在接合后，可以对锥形端进行加热使端形成珠状，并形成聚焦镜。可以进一步对珠状端进行抛光。
回顾图1和2，在工作中，在两个梳108和110之间施加差分电压，这样就产生让两个梳108和110相互吸引的力，并且将镜102从其在光纤间的伸展位置拉回到其远离光纤的收缩位置。紧密密封和光滑的梳指可以施加在0.2到1毫秒中就能让镜在其伸展和收缩位置之间转换的力。致动器的特性优势是能使镜在相当长的距离上移动而在横向上只具有很小的偏移。例如，栅格支承结构和折叠梁结构两者都用来减少横向偏移以及镜的共振。这就可以用来进一步增加开关的光传输特性。
参照图3A-3F和4，将描述用于制造光学开关，例如如上所述的光学开关，的示范处理。为了简化说明，在图3A-3E中描述的横截面对应于用于形成垂直镜壁，例如上述的窄壁114，的基片横截面。
在这个实例处理中，在基片301上形成了掩膜层303。基片301通常由半导体材料，例如硅，构成，并且包括嵌入的绝缘层302，它将基片301分隔为上部分304和下部分306。嵌入的绝缘层302可以是，例如，氧化层，例如二氧化硅。上部基片304的深度可以是，例如，约75微米。光学开关将在绝缘层302上面的基片301的上部分304中形成。
在接着的基片蚀刻期间提供掩膜层303来保护基片的某些部分，并且掩膜层通常具有足以完成保护的厚度。在说明性处理中，从双层相同的光刻胶材料形成掩膜层303。例如，光刻胶材料可以是，S1818。虽然，双光刻胶层比较有利，但掩膜层303也可以通过使用已有技术，由任何适合的包括氧化物和光刻胶的掩膜材料来形成。所得的结构如图3A所示。
双光刻胶层303通常包括在基片301上形成的第一光刻胶层305a，和在第一光刻胶层305a上形成的由与第一光刻胶层305a相同材料构成的第二光刻胶层305b。每个层305a、b通常形成到其最大额定厚度。通常光刻胶制造厂商提供特定光刻胶的最大额定厚度，并且它对应于能提供规定表面平面度的光刻胶材料的最大厚度。
通常，在对光刻胶材料第二层305b进行沉积和加热前，先对光刻胶材料的第一层305a进行沉积和加热。双层S1818的使用允许形成相对较厚的光刻胶层的精细图案。这就依次允许进行底部基片的深蚀刻来形成在基片中的精细特征。S1818光刻胶也可以以方便的方法去除。对双光刻胶层构造优点的进一步详细描述可以在同时提出的，申请序列号为09/372,428(Attorney DocketNo.2316.1020US01)，题为“Method of Etching a Wafer Layer Using MutipleLayers of the Same Photoresistant Material and Structure FormedThereby。”，中找到，在此引入其内容作为参考。
去除双光刻胶层303的某些部分来形成已形成图案的光刻胶层309，如图3B中所示。可以使用光刻法技术去除光刻胶层303的某些部分。具体说，例如，当使用S1818光刻胶材料时，就可以不要超声波的协助而用丙酮来去除光刻胶层的某些部分。在接着的制造中，将去除基片301的暴露部分。已形成图案的掩膜层309通常覆盖了基片的某些部分，在基片去除后，这些部分还会保留下来。基片301的保留部分通常形成了所合成的光学开的部件(例如镜壁、管、侧壁、波导通道、致动器梳和梁等)。
如上所述，在图3A-3E中说明的横截面示出镜壁的构成。在这种情况下，已形成图案的掩膜层309包括覆盖在基片301第一区域311a上的部分311和覆盖在邻近第一区域311每侧的基片的侧面部分313a上的两个侧部分313。光刻胶层309的侧壁315用来定义形成镜的管的边缘。侧掩膜结构313覆盖了在其中形成防蚀壁的区域313a。
在蚀刻期间，掩膜结构313用来限制基片的暴露部分，并且增加区域311a的镜结构的壁的垂直度。选择在掩膜部分311和每个侧掩膜部分313之间的间距或间隙来优化在区域311a中的合成镜结构的垂直度。对于许多应用来说10-30微米的间隙是很合适的。20微米的间隙间距特别适合于下述的去除处理。对这种防蚀壁的优点的更详尽讨论可以在同时申请的，申请序列号09/372,700(Attorney Docket No.2316.1021US01)，题为“Method of Etchinga Wafer Layer Using a Sacrificial Wall and Structure Formed Thereby，”中找到，在此引入其内容作为参考。
作为实例，图4说明在掩膜层形成图案之后的光学开关的顶视图。阴影区域表示已形成图案的掩膜层402，而开阔区域表示底层基片的暴露部分。已形成图案的掩膜层402包括用来形成围绕例如镜壁和外部梁之类光学开关部件，的防蚀壁的掩膜部分406。如下所述，在蚀刻基片404的开阔区之后将去除在掩膜部分406下的基片区域。防蚀壁掩膜406的使用方便了对邻近结构，例如镜壁和梁的垂直蚀刻，如下所述。
如图3C所示，使已形成图案的掩膜层309在原位，去除基片301的暴露部分。这种去除处理可以使用深活性离子蚀刻(DRIE)进行。在一个实施例中，使用了标准的BOSCH DRIE处理。该处理通常是在下列条件下执行的3-步处理：
压强：  15m Torr
氦流量：7.45sccm(标准立方厘米每分)
在步骤1中，在4秒时间内流过了C4F8200(70sccm)、SF6200(0.5sccm)和氩(40sccm)。在步骤2中，在3秒时间内流过了C4F8200(0.5sccm)、SF6200(50sccm)和氩(40sccm)。在步骤3中，在5秒时间内流过了C4F8200(0.5sccm)，SF6200(100sccm)和氩(40sccm)。在替代实施例中，增加第一和第二步骤的流过时间(例如，分别增加到5秒和4秒)，并且减少第三步骤的流过时间(例如，减少到3秒)。与标准BOSCH DRIE处理相比，这种替代实施例的优势是提供了更加垂直的侧壁。
去除处理通常针对嵌入的绝缘层302而选用蚀刻剂，因而停止在该层上的蚀刻处理。作为侧壁结构321和掩膜313的结果，用相当垂直的侧壁320形成在掩膜311下的凸起结构319。在说明实施例中，侧壁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(相对于基片的水平面)。该处理也留下了具有相当光滑侧壁的凸起部件319。例如，使用这种处理，侧壁的表面粗糙度可以是30nm rms或更小。
如图3D所示，去除了光刻胶材料。如上所述，这可以使用丙酮来完成。通过在没有超声波的协助下使用丙酮，就可以在不破坏例如致动器梳、镜和折叠梁等脆弱结构的情况下去除光刻胶材料。例如，通过这种方式使用丙酮可以更有效地从基片上去除残渣。在光刻胶材料去除之后，去除嵌入绝缘层302的一些部分。通常使用缓冲绝缘蚀刻(例如10比1的氯化氢与水的溶液)去除绝缘层302。在这种处理期间，蚀刻剂去除了绝缘层302的暴露部分以及在绝缘层302上所形成的硅结构下面的绝缘层302的一些部分。应该理解，在相对窄硅结构(例如，镜壁、致动器梁、梳指等)下，充分地去除底层绝缘层302使这些结构与基片301分隔开。在更厚的部件(例如，梁的固定支架130、固定梳110的基部109)下，绝缘层302仍然保持完整，因而，将这些部件固定在基片301上。这就使得例如镜、梁以及可移动梳等结构能移动。
去除处理如图3E所示，通常通过将基片301浸入蚀刻剂322中来执行。在这种处理期间，去除在防蚀壁321下的绝缘层302，并且防蚀壁321落入蚀刻溶液322中。这就留下了由开关下部其他部分(例如固定梁支架130)的基片/绝缘层支撑的第一凸起部件319(镜壁)。在管323的两个侧壁之间形成镜壁319。合成结构如图3F所示。
相同材料的双光刻胶层结合具有防蚀侧壁掩膜的构造的使用能实现具有光滑表面的，相对较深、较薄和相当垂直的结构。例如，可以使用这些结构作为镜、致动器的梳指和/或梁结构的梁。使用这些技术，凸起部件的垂直度可以至少为90°±0.6°，而表面粗糙度为30nm rms或更小。
应该理解，在随后的处理期间，通常用反射金属对镜壁进行涂覆来形成反射表面。作为垂直度改善和镜壁表面粗糙度减小的结果，反射表面具有改善的垂直度和减小的粗糙度。这就减少了散射并改善了开关的光学特性。在随后的处理期间，通常也把金属沉积在两个梳上来提供用于梳的电极。例如，使用已知技术可以进行这些金属的沉积。在处理之前，通常使薄片掺入硼来提供对基片的传导率，并允许在梳之间施加电压差。
图5说明根据上述处理形成的示范垂直结构。横截面代表例如镜或梁结构的梁等垂直部件的横截面。垂直结构500具有侧壁502，该侧壁的垂直度(由基片的水平面504的平面506之间的夹角表示)为90°±0.6°或更佳，表面粗糙度为30纳米rms或更小。
图6和7说明使用两种不同技术形成的致动器梳。图6说明使用S1818的双光刻胶层以及依赖丙酮的去除处理而不是超声波的去除处理而形成梳，如上所述。作为对比，图7，说明了使用由氧化物形成的已形成图案掩膜层的类似部件构造。可以看出，使用本处理形成的梳指具有减小了表面粗糙度以及更多的限定特性。图6的梳指也与指之间的更少残渣关联。因为残渣会使致动器梳短路，并降低设备的性能，所以，这也进一步增加了产品的产量和设备性能。
根据本发明进一步的实施例，图9说明包括MEMS光学开关的开关组件。实例组件900包括含有2x2光学开关920的外壳910。例如，开关920可以与在上述图1和2中说明的开关类似。4根光纤930从开关920延伸，并从外壳910向外延伸。例如，光纤930可以将开关930与其他网络部件互连。光纤930通常在基片基体中形成的通道中工作(没有示出)。通常，导电引线940从开关930的梳向电源延伸。需要注意，组件是作为实例给出，而不是作为限制。许多类型的开关组件落入在本发明的范畴中。例如，可以提供的开关组件包括外部控制电路(即，在外壳外侧)或内部控制电路(例如，在外壳中，而在某些情况下，在与开关相同的基片上)。而且，虽然，示范组件描写的是2x2开关，但本发明并不局限于此。可以通过例如级联开关来构成许多不同类型的开关组件，例如4x4、16x16矩阵开关。还有，也可以通过上述光学开关来实现1xN的开关。
如上所述，本发明适用于许多不同光学开关的制造。因此，不应该认为本发明仅局限在上述的特定实例中，而是应该理解它覆盖了在附加 中所设定的本发明的所有方面。依据对本说明书的研究，本发明所针对的熟悉本技术领域的人员对于本发明可适用的各种修改、等效的处理和许多结构是显而易见的，这些权利要求目的是覆盖这些修改和设备。
按PCT19条的修改
1、一种在基片上形成镜面的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在所述基片上形成已形成图案的掩膜层，所述掩膜层覆盖了基片的第一区域以及基片的两侧区域，所述两侧区域的每一侧都邻近所述第一区域的一侧；
使用所述已形成图案的掩膜层将基片的未覆盖部分去除，以在所述第一基片区域中留下第一凸起结构，并在邻近所述第一凸起结构的每侧基片区域上留下两个防蚀凸起结构；
当留下完整的所述第一凸起结构时，选择性地去除防蚀凸起结构；和
在所述第一凸起结构的侧壁上形成反射面。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成图案的掩膜层包括在所述第一区域和每侧区域之间形成具有约10到30微米宽度的开口(opening)。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，去除基片未覆盖部分来留下第一凸起结构包括在第一凸起结构和每个防蚀凸起结构之间形成具有约10到30微米宽度的间隙。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，去除基片未覆盖部分包括形成具有30nm rms或更小的表面粗糙度的第一凸起结构。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，蚀刻基片包括留下具有至少90°±0.6°的垂直度的第一凸起结构侧壁。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，蚀刻基片包括在所述第一凸起结构和每个防蚀凸起结构之间形成具有75微米或更深的深度的管。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成图案的掩膜层包括在后续层沉积前在所述基片上沉积多层相同的光刻胶材料层，和对每个已沉积的层进行加热。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成图案的掩膜层包括在两个侧区域中的每个区域周围的暴露基片区域的已形成图案的掩膜层中形成开口。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基片包括相对于所述基片外部表面嵌入在基片中的绝缘层，其中，去除基片的未覆盖部分包括去除两个侧区域周围的暴露基片区域，以在与所述第一凸起结构绝缘的绝缘层上留下防蚀凸起结构，并且有选择性地去除防蚀凸起结构包括从防蚀凸起结构下面去除绝缘层，因而使防蚀凸起结构从所述基片分离。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，有选择性地去除防蚀凸起结构包括在所述基片限定的管中留下第一凸起结构。
11、一种在基片上形成用于梳状驱动致动器的梳的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在基片层上形成多层相同的光刻胶材料，而形成合成光刻胶层；
在合成光刻胶材料层上形成图案，并显影使之，形成具有交错掩膜图形的图案光刻胶层；
使用所述已形成图案的光刻胶层来去除基片的一些部分来形成交错梳。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，形成多层光刻胶材料的每一层包括形成光刻胶材料的最大额定厚度的第一层。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，形成多层光刻胶材料的每一层包括形成光刻胶材料最大额定厚度的第二层。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，用于形成所述第一和第二层的光刻胶材料是S1818。
15、如权利要求11所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有3微米或更小宽度的相邻梳指之间的间隙。
16、如权利要求15所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有3微米或更小宽度的梳指。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有30nm rms或更小的表面粗糙度的梳指。
18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括使用活性离子蚀刻技术来蚀刻所述基片。
19、如权利要求17所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有75微米或更深深度的梳。
20、如权利要求11所述的方法，其特征在于，形成相同光刻胶材料的多个层包括在后续层的沉积之前在所述基片上沉积多层材料中的每一层，和对每个已沉积层进行加热。
21、如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括在使用已形成图案光刻胶来去除所述基片一些部分之后，去除所述已形成图案光刻胶，不使用超声波来执行已形成图案光刻胶的去除。
22、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，包括：
放置在所述基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道；
在所述基片上安置有包括了固定梳的单梳状致动器，与所述固定梳交错的可移动梳，以及连接在所述基片和可移动梳之间的梁结构；和
与所述致动器耦合的镜面，所述镜面能在插入在所述波导通道间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动；
其中，施加力的两个梳能将所述梁结构偏移，并将镜面移向伸展位置或收缩位置之一，并且在所述两个梳之间不施加力时，所述梁结构使镜面返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置。
23、如权利要求22所述的光学开关，进一步包括在每个波导通道中的光学波导，其特征在于，在伸展位置上，镜将在所述第一通道对中的每个光学波导和放置在所述第二通道对中一个通道中的对应光学波导之间的光反射，在收缩位置上，光在第一通道对中的光学波导之间和在第二通道对的光学波导之间传输，没有被所述镜反射。
24、如权利要求23所述的光学开关，其特征在于，每个所述光学波导包括珠状端。
25、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜在延伸和收缩位置之间移动一个垂直距离，所述距离至少是40到70微米。
26、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述梁结构包括在致动器每侧上的折叠的梁。
27、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，两组交错梳限定了邻近梳指之间的间隙，所述间隙限定在3微米或更小的间距。
28、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述梳包括具有约3微米或更小宽度的指。
29、如权利要求28所述的光学开关，其特征在于，所述梳指具有30nm rms或更小的表面粗糙度。
30、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜放置在由基片限定的管中，所述镜具有与管侧壁分隔约20到25微米的侧壁。
31、如权利要求30所述的光学开关，其特征在于，所述镜的侧壁具有至少90°±0.6°的垂直度。
32、权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜具有约70到80埃的深度。
33、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜具有30nm rms或更少的表面粗糙度。
34、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，进一步包括将所述镜的一侧或更多侧与致动器的底面互连的栅格构架。
35、一种在具有嵌入绝缘层的基片上形成光学开关的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在所述基片上形成包括多层相同光刻胶材料的合成光刻胶层；
使用丙酮去除光刻胶层的一些部分来形成图案光刻胶层，所述光刻胶层有选择地屏蔽所述基片上的区域，在其中形成镜壁、致动器梳、致动器梁和防蚀壁；
使用已形成图案的掩膜层蚀刻所述基片的暴露部分直到所述绝缘层，以留下镜壁、致动器梳、致动器梁和防蚀壁，所述防蚀壁至少沿所述镜壁的第一和第二侧壁放置；
去除在所述镜壁、致动器梁、可移动梳和防蚀壁下的绝缘层部分，使所述镜壁、致动器梁、可移动梳和防蚀壁与所述基片分离；
去除所述防蚀壁来留下放置在管中的镜壁；和
在所述镜壁的侧壁上形成反射表面。
36、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，它包括：
放置在所述基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道；
在所述基片上安置有包括了固定梳的单梳状致动器，与所述固定梳交错的可移动梳，以及连接在所述基片和可移动梳之间的梁，其中，所述可移动梳和固定梳具有2-4微米宽、70微米或更深的深度以及30nm rms或更小的表面粗糙度的指，所述可移动梳和固定梳的邻近指分隔开2-4微米，并且其中，所述梁结构包括具有70微米或更深深度的梁，并且至少一个侧壁具有30nm rms或更小的表面粗糙度以及至少90°±0.6°的垂直度；和
与所述致动器耦合的镜面，具有2-5微米宽度和至少90°±0.6°的垂直度以及30nm rms或更小的表面粗糙度的侧壁，所述镜放置在管中，并且每个镜面侧壁具有与管侧壁有20微米或更大距离的间隔，所述镜能在插入在所述波导通道间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动；
承受力的两个梳能将所述梁结构偏移并将镜向伸展位置或收缩位置之一移动，并且在所述两个梳之间缺少力施加时，所述梁结构将镜返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置。
37、一种光学开关组件，其特征在于，它包括：
外壳；
放置在外壳中的基片；
至少一个放置在基片上的光学开关，所述光学开关包括：
放置在所述基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道；
在所述基片上安置有包括了固定梳的单梳状致动器，与所述固定梳交错的可移动梳，以及连接在所述基片和可移动梳之间的梁；和
与所述致动器耦合的镜面，所述镜能在插入在所述波导通道间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动；
其中，施加力的两个梳能将所述梁结构偏移，并将镜面移向伸展位置或收缩位置之一，并且在所述两个梳之间不施加力时，所述梁结构将镜返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置；和
放置在每个波导通路中并从所述镜面向外壳外延伸的波导；和
从两个梳的每个梳中延伸出的导电引线。
38、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，包括：
放置在所述基片中的多个通道，每个通道在其端部具有一个或更多的法兰；
镜面；
与所述镜耦合的致动器，并配置来使所述镜面在插入在所述通道间的伸展位置和远离所述通道的收缩位置之间移动；和
放置在每个通道中的波导，每个波导包括具有珠状透镜的端部和向珠状透镜逐渐变细的锥形壁，其中，每个波导的锥形壁与用于将所述波导在一个通道中定位的对应法兰接触。
39、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，包括：
多个位于在所述基片中的通道；和
放置在每个通道中的波导，至少一个波导在所述波导的端部具有透镜部分以及向所述透镜部分逐渐变细的锥形壁，其中，所述波导的锥形壁放置在一个通道中。
40、如权利要求39所述的光学开关，其特征在于，所述透镜部分具有珠状外形。
41、如权利要求39所述的光学开关，其特征在于，每个通道在所述通道的首端具有至少一个法兰，所述波导的锥形壁大致向用于将所述波导在一个通道中定位的对应法兰放置，所述通道的首端形成相交区域，所述波导在所述相交区域中耦合。
42、如权利要求41所述的光学开关，其特征在于，进一步包括：
镜；和
与所述镜耦合的致动器，并配置来使所述镜在相交区域中的第一位置和相交区域外的第二位置之间移动。
43、如权利要求42所述的光学开关，其特征在于，所述第一位置是延伸位置，而所述第二位置是收缩位置。

Claims (38)

1、一种在基片上形成镜面的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在所述基片上形成已形成图案的掩膜层，所述掩膜层覆盖了基片的第一区域以及基片的两侧区域，所述两侧区域的每一侧都邻近所述第一区域的一侧；
使用所述已形成图案的掩膜层将基片的未覆盖部分去除，以在所述第一基片区域中留下第一凸起结构，并在邻近所述第一凸起结构的每侧基片区域上留下两个防蚀凸起结构；
当留下完整的所述第一凸起结构时，选择性地去除防蚀凸起结构；和
在所述第一凸起结构的侧壁上形成反射面。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成图案的掩膜层包括在所述第一区域和每侧区域之间形成具有约10到30微米宽度的开口(opening)。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，去除基片未覆盖部分来留下第一凸起结构包括在第一凸起结构和每个防蚀凸起结构之间形成具有约10到30微米宽度的间隙。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，去除基片未覆盖部分包括形成具有30nm rms或更小的表面粗糙度的第一凸起结构。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，蚀刻基片包括留下具有至少90°±0.6°的垂直度的第一凸起结构侧壁。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，蚀刻基片包括在所述第一凸起结构和每个防蚀凸起结构之间形成具有75微米或更深的深度的管。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成图案的掩膜层包括在后续层沉积前在所述基片上沉积多层相同的光刻胶材料层，和对每个已沉积的层进行加热。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述已形成图案的掩膜层包括在两个侧区域中的每个区域周围的暴露基片区域的已形成图案的掩膜层中形成开口。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基片包括相对于所述基片外部表面嵌入在基片中的绝缘层，其中，去除基片的未覆盖部分包括去除两个侧区域周围的暴露基片区域，以在与所述第一凸起结构绝缘的绝缘层上留下防蚀凸起结构，并且有选择性地去除防蚀凸起结构包括从防蚀凸起结构下面去除绝缘层，因而使防蚀凸起结构从所述基片分离。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，有选择性地去除防蚀凸起结构包括在所述基片限定的管中留下第一凸起结构。
11、一种在基片上形成用于梳状驱动致动器的梳的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在基片层上形成多层相同的光刻胶材料，而形成合成光刻胶层；
在合成光刻胶材料层上形成图案，并显影使之，形成具有交错掩膜图形的图案光刻胶层；
使用所述已形成图案的光刻胶层来去除基片的一些部分来形成交错梳。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，形成多层光刻胶材料的每一层包括形成光刻胶材料的最大额定厚度的第一层。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，形成多层光刻胶材料的每一层包括形成光刻胶材料最大额定厚度的第二层。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，用于形成所述第一和第二层的光刻胶材料是S1818。
15、如权利要求11所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有3微米或更小宽度的相邻梳指之间的间隙。
16、如权利要求15所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有3微米或更小宽度的梳指。
17、如权利要求16所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有30nm rms或更小的表面粗糙度的梳指。
18、如权利要求17所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括使用活性离子蚀刻技术来蚀刻所述基片。
19、如权利要求17所述的方法，其特征在于，去除基片一些部分来形成交错梳包括形成具有75微米或更深深度的梳。
20、如权利要求11所述的方法，其特征在于，形成相同光刻胶材料的多个层包括在后续层的沉积之前在所述基片上沉积多层材料中的每一层，和对每个已沉积层进行加热。
21、如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括在使用已形成图案光刻胶来去除所述基片一些部分之后，去除所述已形成图案光刻胶，不使用超声波来执行已形成图案光刻胶的去除。
22、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，包括：
放置在所述基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道；
在所述基片上安置有包括了固定梳的单梳状致动器，与所述固定梳交错的可移动梳，以及连接在所述基片和可移动梳之间的梁结构；和
与所述致动器耦合的镜面，所述镜面能在插入在所述波导通道间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动；
其中，施加力的两个梳能将所述梁结构偏移，并将镜面移向伸展位置或收缩位置之一，并且在所述两个梳之间不施加力时，所述梁结构使镜面返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置。
23、如权利要求22所述的光学开关，进一步包括在每个波导通道中的光学波导，其特征在于，在伸展位置上，镜将在所述第一通道对中的每个光学波导和放置在所述第二通道对中一个通道中的对应光学波导之间的光反射，在收缩位置上，光在第一通道对中的光学波导之间和在第二通道对的光学波导之间传输，没有被所述镜反射。
24、如权利要求23所述的光学开关，其特征在于，每个所述光学波导包括珠状端。
25、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜在延伸和收缩位置之间移动一个垂直距离，所述距离至少是40到70微米。
26、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述梁结构包括在致动器每侧上的折叠的梁。
27、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，两组交错梳限定了邻近梳指之间的间隙，所述间隙限定在3微米或更小的间距。
28、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述梳包括具有约3微米或更小宽度的指。
29、如权利要求28所述的光学开关，其特征在于，所述梳指具有30nm rms或更小的表面粗糙度。
30、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜放置在由基片限定的管中，所述镜具有与管侧壁分隔约20到25微米的侧壁。
31、如权利要求30所述的光学开关，其特征在于，所述镜的侧壁具有至少90°±0.6°的垂直度。
32、权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜具有约70到80埃的深度。
33、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，所述镜具有30nm rms或更少的表面粗糙度。
34、如权利要求22所述的光学开关，其特征在于，进一步包括将所述镜的一侧或更多侧与致动器的底面互连的栅格构架。
35、一种在具有嵌入绝缘层的基片上形成光学开关的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
在所述基片上形成包括多层相同光刻胶材料的合成光刻胶层；
使用丙酮去除光刻胶层的一些部分来形成图案光刻胶层，所述光刻胶层有选择地屏蔽所述基片上的区域，在其中形成镜壁、致动器梳、致动器梁和防蚀壁；
使用已形成图案的掩膜层蚀刻所述基片的暴露部分直到所述绝缘层，以留下镜壁、致动器梳、致动器梁和防蚀壁，所述防蚀壁至少沿所述镜壁的第一和第二侧壁放置；
去除在所述镜壁、致动器梁、可移动梳和防蚀壁下的绝缘层部分，使所述镜壁、致动器梁、可移动梳和防蚀壁与所述基片分离；
去除所述防蚀壁来留下放置在管中的镜壁；和
在所述镜壁的侧壁上形成反射表面。
36、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，它包括：
放置在所述基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道；
在所述基片上安置有包括了固定梳的单梳状致动器，与所述固定梳交错的可移动梳，以及连接在所述基片和可移动梳之间的梁，其中，所述可移动梳和固定梳具有2-4微米宽、70微米或更深的深度以及30nm rms或更小的表面粗糙度的指，所述可移动梳和固定梳的邻近指分隔开2-4微米，并且其中，所述梁结构包括具有70微米或更深深度的梁，并且至少一个侧壁具有30nm rms或更小的表面粗糙度以及至少90°±0.6°的垂直度；和
与所述致动器耦合的镜面，具有2-5微米宽度和至少90°±0.6°的垂直度以及30nm rms或更小的表面粗糙度的侧壁，所述镜放置在管中，并且每个镜面侧壁具有与管侧壁有20微米或更大距离的间隔，所述镜能在插入在所述波导通道间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动；
承受力的两个梳能将所述梁结构偏移并将镜向伸展位置或收缩位置之一移动，并且在所述两个梳之间缺少力施加时，所述梁结构将镜返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置。
37、一种光学开关组件，其特征在于，它包括：
外壳；
放置在外壳中的基片；
至少一个放置在基片上的光学开关，所述光学开关包括：
放置在所述基片上的一对第一波导通道和一对第二波导通道；
在所述基片上安置有包括了固定梳的单梳状致动器，与所述固定梳交错的可移动梳，以及连接在所述基片和可移动梳之间的梁；和
与所述致动器耦合的镜面，所述镜能在插入在所述波导通道间的伸展位置和远离所述波导通道的收缩位置之间移动；
其中，施加力的两个梳能将所述梁结构偏移，并将镜面移向伸展位置或收缩位置之一，并且在所述两个梳之间不施加力时，所述梁结构将镜返回到伸展位置或收缩位置中的另一位置；和
放置在每个波导通路中并从所述镜面向外壳外延伸的波导；和
从两个梳的每个梳中延伸出的导电引线。
38、一种形成在基片上的光学开关，其特征在于，包括：
放置在所述基片中的多个通道，每个通道在其端部具有一个或更多的法兰；
镜面；
与所述镜耦合的致动器，并配置来使所述镜面在插入在所述通道间的伸展位置和远离所述通道的收缩位置之间移动；和
放置在每个通道中的波导，每个波导包括具有珠状透镜的端部和向珠状透镜逐渐变细的锥形壁，其中，每个波导的锥形壁与用于将所述波导在一个通道中定位的对应法兰接触。
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