DE60221947T2 - Monolithische rekonfigurierbare optischer Muliplexsysteme und Verfahren - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Feld der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf optische Multiplexer, basierend auf Mikroherstellungstechnik oder mikroelektromechanische Systeme und auf Multiplexverfahren.
  • 2. Beschreibung verwandter Technik
  • Multiplexer sind allgemein bekannt. Beispielsweise wird ein optischer Multiplexer/Demultiplexer, der ein Feld von optischen Wellenleitern umfasst, in US-Patent Nr. 5,002,350 für Dragone beschrieben. Für optische Anwendungen empfängt ein optischer Add/Drop-Multiplexer ein optisches Eingangssignal mit vielen optischen Kanälen bei unterschiedlichen Wellenlängen von einer einzigen optischen Faser. Das optische Signal wird gedemultiplext in getrennte optische Kanäle basierend auf deren Wellenlängen. Sobald dieses gedemultiplext ist, kann jeder der getrennten optischen Kanäle entweder durch den optischen Add/Drop-Multiplexer zu einem Multiplexer durchlaufen, oder ausgesondert werden. Für jeden Kanal, der ausgesondert wird, kann ein neues Signal hinzugefügt werden, um diesen Kanal zu nutzen. Die durchgeleiteten und hinzugefügten Kanäle werden erneut in ein optisches Ausgangssignal gemultiplext, das auf einer einzigen optischen Faser ausgesendet wird.
  • Derzeitige optische Add/Drop-Multiplexer sind aus diskreten Komponenten zusammengestellt, eingeschlossen Demultiplexer, Schalter und Multiplexer. Typische Multiplexer und Demultiplexer schließen Beugungsgitter in einer Optik im freien Raum und feldweise angeordnete Wellenleitergitter für geleitete Wellenoptik ein. Optische Schalter werden für das Aussondern, Hinzufügen und Durchleiten der Kanäle verwendet.
  • Okamoto K: "Application of planar lightwave circuits to optical communications systems" Proceedings of the European Conference on Optical Communication, XX, XX, vol. 1,17 September 1995 (1995-09-17), pages 75-82, XP000618140, ist ein Beitrag, der den vorliegenden Fortschritt bei Multiplexern mit feldartigem Wellenleitergitter, optischem Add/-Drop-Multiplexer, Ausgleichseinrichtungen mit variabler Gruppenverzögerungsdispersion und hybriden Inteyrationstechnologien behandelt.
  • Jalali B et al.: Advances in silicon-on-insulator optoelectronics" IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Service Center, US, vol. 4, no. 6, November 1998 (1998-11), pages 938-947, XP00080134 ISSN: 1077-260X): Integrierte Lichtschaltkreise auf der Basis von Silizium auf Isolator stellen eine wichtige Plattform dar, die mit Standard CMOS-Prozessen vollständig kompatibel ist. Der Fortschritt beim epitaxialen Aufwachsen von Siliziumlegierungen hat das Potential für siliziumbasierende Einrichtungen mit maßgeschneiderter optischer Reaktion im nahen Infraroten geschaffen. Der tiefe Submikrometer CMOS-Prozess kann Lichtwellenelektroniken für Gigabit pro Sekunde und niedrigem Rauschen erzeugen. Diese Trends, kombiniert mit ökonomischen Anreizen werden sicherstellen, dass siliziumbasierende Optoelektronik in faseroptischen Netzwerksystemen in der Zukunft eine Rolle spielen werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen optischen Multiplexer zu verbessern. Dieses Ziel wird durch Bereitstellen eines monolithischen, optischen Multiplexers gemäß Anspruch 1 und eines Verfahrens zur Herstellen eines monolithischen, optischen Multiplexers gemäß Anspruch 3 erreicht. Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in der nachfolgenden eingehenden Beschreibung der verschiedenen beispielhaften Ausführungen des Systems und der Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben oder aus dieser offenbar.
  • KURZE BESCHEIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Verschiedene beispielhafte Ausführungen der Systeme und Verfahren dieser Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben:
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen, rekonfigurierbaren optischen Add/Drop-Multiplexers;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines rekonfigurierbaren optischen Multiplexers gemäß dieser Erfindung;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführung der 2, wie sie in einem optischen System aufgenommen ist;
  • 4 ist eine beispielhafte Ausführung eines Schalters für einen rekonfigurierbaren optischen Multiplexer gemäß dieser Erfindung;
  • 510 zeigen eine erste exemplarische Ausführung eines selbstausgerichteten Wellenleiterschalters gemäß dieser Erfindung;
  • 1118 veranschaulichen verschiedene Stufen einer ersten exemplarischen Ausführung eines Herstellprozesses für einen selbstausgerichteten Wellenleiterschalter gemäß dieser Erfindung;
  • 1924 veranschaulichen verschiedene Stufen einer zweiten exemplarischen Ausführung eines Herstellprozesses für einen selbstausgerichteten Wellenleiterschalter gemäß dieser Erfindung;
  • 2526 veranschaulichen eine Modifikation der zweiten exemplarischen Ausführung der 19 bis 24 gemäß dieser Erfindung;
  • 2757 veranschaulichen genauer eine beispielhafte Ausführung eines Herstellprozesses für einen selbstausgerichteten Wellenleiterschalter gemäß dieser Erfindung; und
  • 5868 veranschaulichen eine Modifikation einer genaueren beispielhaften Ausführung der 2757 gemäß dieser Erfindung.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Die Systeme und Verfahren dieser Erfindung stellen eine monolithische Integration von optischen Multiplexern und Demultiplexern mit optischen Schaltern auf einem Siliziumbaustein bereit, für die Verwendung als ein rekonfigurierbarer optischer Multiplexer. Daher umfasst ein rekonfigurierbarer optischer Multiplexer gemäß den verschiedenen Ausführungen dieser Erfindung einen Sililziumdemultiplexer, eine Vielzahl von Siliziumschaltern und einen Siliziummultiplexer, die monolithisch auf einem einzigen Siliziumbaustein integriert sind. Die monolithische Integration dieser Erfindung kann die Herstellbarkeit von rekonfigurierbaren optischen Multiplexern vereinfachen, was zu verringerten Kosten führt. Ebenso stellt die monolithische Integration dieser Erfindung einen relativ kompakten optischen Multiplexer von erheblich verringerter Größe und Gewicht bereit. Weiterhin können rekonfigurierbare optische Multiplexer gemäß dieser Erfindung eine höhere Qua lität des optischen Multiplexens eines optischen Signals mit verbesserter Leistungsfähigkeit bereitstellen.
  • In der Einrichtung gemäß der Erfindung umfassen sowohl der Siliziumdemultiplexer als auch der Siliziummultiplexer ein feldartiges Wellenleitergitter. Die optischen Siliziumschalter können 1 × 2 oder 2 × 2 oder, allgemein, m × n optische Schalter und optische Wechselschalter umfassen.
  • Gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungen wird ein optisches Signal in einen monolithischen rekonfigurierbaren optischen Multiplexer dieser Erfindung eingegeben. Das optische Eingangssignal kann einen durch Wellenlängenunterteilung gemultiplexten Datenstrom umfassen (wavelength division multiplexed: WDM). Das optische Eingangssignal wird in getrennte Kanäle entsprechend den Wellenlängen des Lichtes in dem Signal unter Verwendung des Demultiplexers gedemultiplext. Jeder Kanal wird unter Verwendung der optischen Schalter entweder durchgeleitet oder ausgesondert. Für jeden Kanal, der ausgesondert wird, kann ein neuer Datenstrom bei derselben Wellenlänge hinzugefügt werden, um diesen Kanal zu nutzen. Die Kanäle werden darauf hin wieder zusammengemultiplext als ein optisches Ausgangssignal unter Verwendung des Multiplexers. Das optische Ausgangssignal kann einen modifizierten Datenstrom umfassen, abhängig vom Aussondern/Zufügen oder anderen Modifikationen der Kanäle.
  • Ein monolithischer rekonfigurierbarer optischer Multiplexer gemäß dieser Erfindung kann in ein optisches Kommunikationssystem eingebaut werden. Eine optische Eingangsfaser, die ein gemultiplextes optisches Signal trägt, kann mit dem Demultiplexer kommunizieren und eine optische Ausgangsfaser kann mit dem Multiplexer kommunizieren. Die Vielzahl der optischen Schalter kommunizieren daraufhin zwischen dem Demultiplexer und dem Multiplexer, um das optische Signal durchzuleiten und/oder zu modifizieren. Beispielsweise kann der monolithischen rekonfigurierbare optische Multiplexer gemäß dieser Erfindung in eine Dokumenteneinrichtung, wie etwa einen Drucker, einen Kopierer, einen Scanner, eine Faximilemaschine, eine Vielfunktioneneinrichtung oder ähnliches eingebaut werden. Weiterhin kann der monolithische rekonfigurierbare optische Multiplexer gemäß dieser Erfindung in ein verteiltes Kommunikationsnetzwerk eingebaut werden. Daher wird jegliches System oder Einrichtung, die ein verteiltes Kommunikationswerk einschließt, in dieser Erfindung betrachtet.
  • Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungen dieser Erfindung werden Herstelltechniken basierend auf Mikrobearbeitung oder mikroelektromechanischen Systemen verwendet, um einen monolithischen rekonfigurierbaren optischen Multiplexer herzustellen. Derartige Herstelltechnologien sind relativ fortgeschritten, verglichen mit andere potentiellen Technologien, wodurch zuverlässigere Ergebnisse und größere Flexibilität erhalten werden.
  • In verschiedenen beispielhaften Ausführungen werden Oberflächenmikrobearbeitungstechniken verwendet, um einen monolithischen rekonfigurierbaren optischen Multiplexer aus einer Scheibe aus Silizium auf Isolator (silicon on insulator: SOI) als ein Startsubstrat herzustellen. In weiteren Ausführungen werden Oberflächenmikrobearbeitungstechniken verwendet, um einen monolithischen rekonfigurierbaren optischen Multiplexer aus einer ersten Scheibe mit einer gemusterten Halbleiterschicht auf mindestens einer Seite und einer zweiten Scheibe aus Einkristallsilizium, die mit der Halbleiterschicht auf der ersten Scheibe verbunden wird, herzustellen. Die zweite Scheibe kann ebenso eine gemusterte Halbleiterschicht auf der Seite aufweisen, die mit der Halbleiterschicht der ersten Scheibe verbunden wird.
  • Eine schematische Darstellung eines herkömmlichen rekonfigurierbaren optischen Add/-Drop-Multiplexers 100 ist in 1 gezeigt. Der optische Add/Drop-Multiplexer 100 empfängt ein optisches Eingangssignal 110 mit vielen optischen Kanälen bei unterschiedlichen Wellenlängen aus einer einzigen optischen Faser. Das optische Eingangssignal 110 wird durch einen Demultiplexer 120 in unterschiedliche optische Kanäle 112 basierend auf den Wellenlängen der optischen Kanäle 112 gedemultiplext. Sobald dieses gedemultiplext ist, trifft jeder der getrennten optischen Kanäle 112 auf einen aus einer Vielzahl von optischen Schaltern 130. Die optischen Schalter 130 können einen jeweiligen aus den optischen Kanälen 112 entweder durchleiten oder aussondern. Für jeden der optischen Kanäle 112, die ausgesondert werden, kann ein neues Signal 114 durch die optischen Schalter 130 hinzugefügt werden, um diesen Kanal zu nutzen. Die Kanäle 116, die durch die optischen Schalter 130 gelaufen sind oder hinzugefügt wurden, werden wieder durch einen Multiplexer 140 in ein optischen Ausgangssignal 150 gemultiplext und in eine einzige optische Faser ausgegeben. Da Kanäle ausgesondert und hinzugefügt werden können, kann das optische Ausgangssignal 150 einen modifizierten Datenstrom, verglichen mit dem optischen Eingangssignal 110 umfassen.
  • Eine schematische Darstellung eines rekonfigurierbaren optischen Add/Drop-Multiplexers 200 gemäß dieser Erfindung ist in 2 gezeigt. Wie bei dem herkömmlichen Add/Drap-Multiplexer 100 empfängt der optische Add/Drop-Multiplexer 200 ein optisches Eingangssignal mit vielen optischen Kanälen bei unterschiedlichen Wellenlängen von einer optischen Eingangsfaser 210. Das Signal von der optischen Eingangsfaser wird durch einen Siliziumdemultiplexer 220 in unterschiedliche optische Kanäle 212, die auf den Wellenlängen der optischen Kanäle basieren, gedemultiplext. Wie in 2 gezeigt, ist der Demultiplexer 220 ein feldartiges Wellenleitergitter.
  • Sobald dieses gedemultiplext ist, trifft jeder der getrennten optischen Kanäle 212 des Signals auf einen aus einer Vielzahl von optischen Siliziumschaltern 230. Die optischen Siliziumschalter 230 können den jeweiligen der optischen Kanäle 212 entweder durchleiten oder als ein ausgesondertes Signal 218 aussondern. Für jeden der optischen Kanäle 212, die ausgesondert werden, können ein oder mehrere neue Signale 214 durch die optischen Siliziumschalter 230 zugefügt werden, um diesen Kanal zu nutzen. Die Kanäle 216, die durch die optischen Siliziumschalter 230 gelaufen sind oder durch diese hinzugefügt wurden, werden durch einen Siliziummultiplexer 240 wieder in ein optisches Ausgangssignal gemultiplext, das über eine optische Ausgangsfaser 250 ausgegeben wird. Da Kanäle ausgesondert oder hinzugefügt werden können, kann das Signal von der optischen Ausgangsfaser 250 einen geänderten Datenstrom umfassen, verglichen mit dem Signal von der optischen Eingangsfaser 210.
  • Wie in der 3 gezeigt, wird der rekonfigurierbare optische Add/Drop-Multiplexer 200 durch einen Siliziumdemultiplexer 220, die optischen Siliziumschalter 230 und den Siliziummultiplexer 240 ausgebildet, die monolithisch auf einem einzigen Siliziumbaustein 202 integriert sind. Der einzige Siliziumbaustein 202 kann eine Silizium-auf-Isolatorscheibe-Geräte (SOI) 203 umfassen, die eine relativ dünne Siliziumeinkristall-Geräteschicht 204 und eine Oxidschicht 205 einschließt. Eine relativ dicke Siliziumeinkristall-Handhabungsschicht 206 kann integral mit der Geräteschicht 204 durch die Oxidschicht 205 als struktureller Träger verbunden sein. Weiterhin kann eine Oxid- oder Nitrid-Hilfsschicht 207 auf einer gegenüberliegenden Seite der Handhabungsschicht 206 für Ätztechniken ausgebildet sein. Die Scheibe 203 kann unter Verwendung irgendeiner bekannten oder später entwickelten Technik für Silizium auf Isolator (SOI) hergestellt werden.
  • In der beispielhaften Ausführung werden der Siliziumdemultiplexer 220, die optischen Siliziumschalter 230 und der Siliziummultiplexer 240 in der Geräteschicht 204 hergestellt. Es können ein oder mehrere Polysiliziumschichten (nicht gezeigt) über der Geräteschicht 204 hinzugefügt werden für die Herstellung von zusätzlichen mechanischen Elementen, wie etwa Gelenken, Brücken, Leitern, Ankern und ähnlichem, oder elektrischen Elementen wie etwa Heizer, Aktuatoren. Aktive elektronische Elemente (nicht gezeigt), wie etwa elektrische Bahnen oder logische Schaltungen können ebenfalls in der Geräteschicht 204 festgelegt werden.
  • Eine beispielhafte Ausführung von einem der optischen Siliziumschalter 230 ist in 4 als ein Wellenleiterschalter oder optischer Wechselschalter gezeigt. Der Schalter 230 weist ein bewegliches Teil 232 mit einer Vielzahl von Wellenleitern 234 auf. Ein Eingangswellenleiter 222, der einem der Kanäle 212 von dem Siliziumdemultiplexer 220 (in 2 gezeigt) entspricht, und ein Wellenleiter 242 für das Führen des neuen Signals 214, das hinzuzufügen ist, sind an einem Ende der Wellenleiter 234 angeordnet. In ähnlicher Weise sind ein Ausgabewellenleiter 224, der einem der Kanäle 216 des Siliziummultiplexers 240 (gezeigt in 2) entspricht, und ein Wellenleiter 228 zum Aussondern eines Signals, an dem anderen Ende der Wellenleiter 234 angeordnet.
  • Wie durch die Pfeile in 4 gezeigt, wird das bewegliche Teil 232 durch ein Paar von Aktuatoren 236 in Querrichtung bewegt. Die Aktuatoren 236 können von irgendeinem passenden Typ sein, wie etwa beispielsweise thermisch, elektrostatisch oder magnetisch.
  • Die Wellenleiter 234 sind so aufgebaut, dass die Querbewegung des beweglichen Teils 232 zwischen einem der Wellenleiter 234, die den Eingangswellenleiter 222 mit den Ausgangswellenleitern 224 verbinden und einem der Wellenleiter 234, die den Wellenleiter 242, der das neue Signal 214 trägt, zu dem Ausgangswellenleiter 224 verbinden. Um das Signal des Eingangswellenleiters 222 auszusondern, kann einer der Wellenleiter 234 den Eingangswellenleiter 222 mit dem Wellenleiter 228 verbinden.
  • Eine geeignete Technik zur Herstellung des Siliziumdemultiplexers 220, der optischen Siliziumschalter 230 und des Siliziummultiplexers 240 in der Geräteschicht 204 ist in US-Patent 6,362,512 beschrieben. Eine weitere geeignete Technik ist in US-Patent 6,379,989 beschrieben.
  • Der Siliziumdemultiplexer 220 und der Siliziummultiplexer 240 können in anderen Beispielen, die nicht im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind, irgendein bekannter Multiplexer sein, der in Silizium hergestellt werden kann. Insbesondere können der Siliziumdemultiplexer 220 und der Siliziummultiplexer 240 Beugungsgitter für Optik im freien Raum sein. Die Optik im freien Raum kann in Anwendungen bevorzugt werden, in denen optische Verluste minimiert werden müssen. Derartige Beugungsgitter können unter Verwendung von Techniken hergestellt werden, die in US-Patent 6,608,679; US-Patent 6,249,346 und US-Patent 6,399,405 beschrieben sind.
  • Wenn der Siliziumdemultiplexer 220 und der Siliziummultiplexer 240 Beugungsgitter sind, kann irgendein optischer Schalter im freien Raum, der für die Add/Drop-Funktionalität und die Herstellung in Silizium geeignet ist, für die optischen Siliziumschalter 230 verwendet werden. Beispiele von bekannten optischen Schaltern im freien Raum schließen diejenigen ein, die in "Micro-Opto-Mechanical 2 × 2 Switch for Single-Mode Fibers Based on Plasma-Etched Silicon Mirror and Electrostatic Actuation", Cornel Marver et al., Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 1, pp. 2–6 (1999); "Free-Space Fiber Optic Switches Based on MEMS Vertical Torsional Mirrors", Shi-Sheng Lee et al., Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 1, pp. 7–13 (1999); "Electrostatic Micro Torsion Mirrors for an Optical Switch Matrix", Hiroshi Toshiyoshi et al,. "Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 5, No. 4, pp. 231–237(1996); "Electromagnetic Torsion Mirrors for Self-Aligned Fiber-Optic Cross-Connectors by Silicon Micromachining", Hiroshi Toshiyoshi et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 3, No. 1, pp. 10–17 (1999); "Free Space Micromachined Optical Switches for Optical Networking", L.Y. Lin et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 3, No, 1, pp. 4–9 (1999); "A Rotary Electrostatic Micromirror 1 × 8 Optical Switch", A. Azzam Yasseen et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 3, No. 1, pp. 26–32 (1999); and "Wavelength Add-Drop Switching Using Tiltin Micromirrors", Joseph E. Ford et al., Journal of Lightwave Technology, Vol. 17, No. 5, pp, 904–911 (1999) beschrieben sind. Daher können optische Siliziumschalter 230 beispielsweise 1 × 2, 2 × 2 oder m × n optische Schalter, mikrohergestellte Torsionsspiegel, elektrostatische oder magnetostatische Mikrospiegel und/oder kippende Mikrospiegel und ähnliches sein. Für bestimmte Anwendungen, wie etwa Telekommunikation, sollten die optischen Siliziumschalter 230 beharrende Schalter sein, die ihren Zustand beibehalten, wenn dielektrische Leitung abgeschaltet ist.
  • Der Siliziumdemultiplexer 220 und der Siliziummultiplexer 240 sind in der vorliegenden Erfindung feldartige Wellenleitergitter für geleitete Wellenoptik. Geleitete Wellenoptiken erlauben eine vereinfachte Herstellung und vermeiden Baugruppen außerhalb der Ebene, die für optische Komponenten für Optik im freien Raum erforderlich sind. Daher können geleitete Wellenoptiken in Anwendungen bevorzugt sein, in denen optische Verluste kein kritischer Faktor sind. Derartige feldartige Wellenleitergitter können unter Verwen dung irgendwecher bekannter Techniken hergestellt werden, wie etwa diejenigen, die in "Advances in Silicon-on-Insulator Optoelectronics", B. Jalali et al., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 4, No. 6, pp 938–947 (1998), und "Arrayed waveguide grating demultiplexers in silicon-on-insulator", M.R.T. Pearson et al., Proceedings of SPIE Silicon-Based Monothic and Hybrid Optoelectronic Devices, Photonics West Meeting, San Jose CA, January 2000, beschrieben sind.
  • Wenn der Siliziumdemultiplexer 220 und der Siliziummultiplexer 240 feldartige Wellenleitergitter sind, kann irgendein Wellenleiterschalter, der für die Add/Drop-Funktionalität zur Herstellung in Silizium geeignet ist, der nicht im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten ist, für die optischen Siliziumschalter 230 verwendet werden. Beispiele von bekannten Wellenleiterschaltern schließen diejenigen ein, die in "Micro-opto mechanical switch integrated on silicon", E. Ollier et al., Electronic Letters, Vol. 31, No. 23, pp. 2003–2005 (1995); "Integrated electrostatic micro-switch for optical fibre networks driven by low voltage", E. Ollier et al., Electronic Letters, Vol. 32, No. 21, pp. 2007–2009 (1996); "Micromechanical Optical Switching With Voltage Control Using SOI Moveable Integrated Optical Waveguides", Terry T. N. Eng et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 7, No. 11, pp. 1297–1299 (1995); und US-Patente Nr. 5,002,354 to Koai, 5,261,015 to Glasheen und 5,612,815 to Labeye et al., beschrieben sind. Daher können die optischen Siliziumschalter 230 beispielsweise mikro-optomechanische Schalter, elektrostatische oder magnetostatische Mikroschalter, und/oder integrierte optische Wechselschalter und ähnliches sein.
  • Wie vorstehend erwähnt, kann der monolithische rekonfigurierbare optische Add/Drop-Multiplexer 200 gemäß dieser Erfindung in ein optisches Kommunikationssystem 20 eingebaut werden. Wie in der 3 gezeigt, wird eine optische Eingangsfaser 22, die ein optisches Signal trägt, in Kommunikation mit dem Siliziumdemultiplexer 220 angeordnet und eine optische Ausgangsfaser 24 wird in Kommunikation mit dem Siliziummultiplexer 240 angeordnet. Die Vielzahl der optischen Siliziumschalter leiten das optische Signal von dem Siliziumdemultiplexer 220 wie vorstehend beschrieben durch und/oder modifizieren dieses und senden das optische Signal zu dem Siliziummultiplexer 240. Sobald dieses wieder multiplext, wird das optische Signal, das wie gewünscht modifiziert worden ist, zu der optischen Ausgangsfaser 24 geleitet.
  • Wenn der optische Add/Drop-Multiplexer 200 gemäß dieser Erfindung in das optische Kommunikationssystem 20 eingebaut wird, muss die optische Eingangsfaser 22 und die optische Ausgangsfaser 24 jeweils mit dem Siliziumdemultiplexer 220 und dem Siliziummultiplexer 240 ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung kann durch irgendeine bekannte Technik erreicht werden. Beispielsweise können die optischen Fasern 22 und 24 für Optik im freien Raum unter Verwendung einer Technik ausgerichtet werden, die in US-Patent 6,580,858 beschrieben ist.
  • 5 bis 10 zeigen eine erste beispielhafte Ausführung eines selbstausgerichteten Wellenleiterschalters 330 für optische Faserkommunikation, der in dem optischen Add/Drop-Multiplexer dieser Erfindung genutzt werden kann. Für verschiedene Ausführungen ist die Toleranz für Fehlausrichtung zwischen den Wellenleitern des Schalters 330 weniger als 0,5 μm, um nicht akzeptabeln optischen Verlust zu vermeiden. Der Schalter 330 ist selbstausgerichtet, um ein optisches System von hoher Präzision zu implementieren.
  • Wie in 5 gezeigt, schließt der Schalter 330 ein bewegliches Teil 332 mit einer Vielzahl von Wellenleitern 334 ein. Ein stationärer Eingabeteil 322 des Schalters 330 ist in optischer Kommunikation mit beispielsweise dem Demultiplexer des optischen Add/-Drop-Multiplexers und weist eine Vielzahl von Wellenleitern 324 auf. Ein stationäres Ausgabeteil 342 steht in optischer Kommunikation beispielsweise mit dem Multiplexer des optischen Add/Drop-Multiplexers und weist eine Vielzahl von Wellenleitern 344 auf.
  • Wie in 6 gezeigt, ist ein Anschlagblock 350 auf einem Substrat 303 des optischen Add/Drop-Multiplexers beispielsweise verankert. Der Anschlagblock 350 wird verwendet, um die Position des beweglichen Teils 232 des Schalters 230 durch Begrenzen der Bewegung des beweglichen Teils 332 zu kontrollieren. Ein Satz von Verschiebungen d1 und d2 wird zwischen den Wellenleitern 334 des beweglichen Teils 332 und den Wellenleitern 324 und 344 der stationären Teile 322 und 342 festgelegt. Wie nachstehend beschrieben, wird der Satz von Verschiebungen d1 und d2 durch Fotolithografie festgelegt, bevor das bewegliche Teil 332 von dem Substrat 303 freigesetzt wird.
  • Es können ebenso ein oder mehrere Stoßelemente 352 auf dem beweglichen Teil 332 des Schalters 330 aufgebaut werden. Dieselben Verschiebungen d1 und d2 werden verwendet, um die Stoßelemente 352 derart zu positionieren, dass der Abstand von dem Anschlagblock 350 zu einem innenseitigen Rand des Stoßelements 352 gleich d1 ist und der Abstand von dem Anschlagblock 350 zu einem innenseitigen Rand des anderen Stoßelements 352 gleich d2 ist.
  • Dieser Aufbau stellt zwei stabile Positionen für das bewegliche Teil 332 des Schalters 330 bereit. Wie in den 7 und 8 gezeigt, bewegt sich das beweglich Teil 332 nach links in der Richtung des Pfeils A, bis der Anschlagblock 350 eines der Stoßelemente 352 berührt. In dieser Position ist der linke Wellenleiter 334 des beweglichen Teils 322 mit den linken Wellenleitern 324 und 344 der festen Teile 322 und 342 ausgerichtet. Wie in den 9 und 10 gezeigt, bewegt sich das bewegliche Teil 332 nach rechts in Richtung des Pfeils B, bis der Anschlagblock 350 das andere Stoßelement 352 berührt. In dieser Position ist der linke Wellenleiter 334 des beweglichen Teils 332 mit den rechten Wellenleitern 324 und 344 der stationären Teile 322 und 342 ausgerichtet.
  • Eine beispielhafte Ausführung eines mikromechanischen Herstellungsprozesses für einen selbst ausgerichteten Schalter 330 wird mit Bezug auf die 11 bis 18 beschrieben. Wie in der 12 gezeigt, beginnt der Prozess mit einer Silizium auf Isolator Struktur, die ein Siliziumsubstrat 306, eine Einkristallsiliziumschicht 304 und eine Isolatorschicht 305, wie etwa eine Oxidschicht, dazwischen liegend umfasst. Die Einkristallsiliziumschicht 304 wird beispielsweise unter Verwendung einer trockenen Ätzung geätzt, um das bewegliche Teil 332 und die stationären Teile 322 und 342 des Schalters 330 festzulegen, wie in 11 und 12 gezeigt. Weiterhin wird ein Durchgangsloch 360 in der Einkristallsiliziumschicht 304 festgelegt, um den in 16 gezeigten Anschlagblock 350 aufzunehmen.
  • Als nächstes wird, wie in 13 und 14 gezeigt, die Einkristallsiliziumschicht 304 beispielsweise unter Verwendung einer trockenen Ätzung geätzt, um eine Vielzahl von Welenleitern 334, 324 und 344 in dem beweglichen Teil 332 und den stationären Teilen 322 und 342 jeweils auszubilden. Daraufhin wird, wie in 15 und 16 gezeigt, eine Opferschicht aus Material 362, wie etwa ein Oxid, abgelagert und gemustert, um eines oder mehrere Ankerlöcher 364 in dem Siliziumsubstrat 306 und/oder der Einkristallsiliziumschicht 304 auszubilden. Wie in den 15 und 16 gezeigt, ist das Ankerloch 364, das in dem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, für den Anschlagblock 350 vorgesehen und die Ankerlöcher 364, die in der Einkristallsiliziumschicht 304 ausgebildet sind, sind für die Stoßelemente 352 vorgesehen, wenn diese eingeschlossen werden. Der Anschlagblock 350 und die Stoßelemente 352 werden durch Ablagern einer Schicht von Strukturmaterial 354, beispielsweise Polysilizium und Mustern der Schicht des Strukturmaterials 354 ausgebildet.
  • Die Opferschicht 362 und mindestens ein Teil der Isolatorschicht 305 werden durch eine Freisetzungsätzung, wie etwa eine Nassätzung, entfernt, um den in 17 und 18 gezeigten Schalter zu erhalten.
  • Die 19 bis 24 zeigen eine zweite beispielhafte Ausführung eines selbstausgerichteten Wellenleiterschalters 430 für optische Faserkommunikation, der in dem optischen Add/Drop-Multiplexer dieser Erfindung verwendet werden kann. Wie in der 19 gezeigt, schließt der Schalter 430 ein bewegliches Teil 432 mit einer Vielzahl von Wellenleitern 434 ein. Ein stationäres Eingabeteil 422 des Schalters 430 steht in optischer Kommunikation mit, beispielsweise, dem Demultiplexer des optischen Add/Drop-Multiplexers und weist eine Vielzahl von Wellenleitern 324 auf. Ein stationäres Ausgabeteil 442 steht in optischer Kommunikation mit, beispielsweise, dem Multiplexer des optischen Add/Drop-Multiplexers und weist eine Vielzahl von Wellenleitern 444 auf.
  • Wein der 20 gezeigt, ist ein Anschlagblock 450 beispielsweise an einem Substrat 403 des optischen Add/Drop-Multiplexers verankert. Gemäß dieser Ausführung wird eine Ausschnittsektion oder Fenster 452 in dem beweglichen Teil 432 ausgebildet. Das Fenster 452 kann derart ausgebildet werden, dass eine Sektion 454 der Schicht, die verwendet wird, das bewegliche Teil 432 herzustellen, mit dem Anschlagblock 450 verbunden wird, wie in 20 gezeigt.
  • Wie vorstehend ist ein Satz von Verschiebungen d1 und d2 zwischen den Wellenleitern 334 des beweglichen Teils 432 und den Wellenleitern 424 und 444 der stationären Teile 422 und 442 festgelegt. Wie nachfolgend beschrieben, wird der Satz von Verschiebungen d1 und d2 durch Fotolithografie festgelegt, bevor das bewegliche Teil 432 von dem Substrat 403 freigesetzt wird. Der Anschlagblock 450 und das Fenster 452 werden verwendet, um die Position des beweglichen Teils 432 des Schalters 430 durch Begrenzen der Bewegung des beweglichen Teils 432 zu kontrollieren. Die gleichen Verschiebungen d1 und d2 werden verwendet, um die Kanten des Fensters 452 und/oder der Sektion 454 derart festzulegen, dass der Abstand von dem Anschlagblock 450 oder Sektion 454 zu einem innenseitigen Rand des Fensters 452 gleich d1 ist und der Abstand von dem Anschlagblock 350 oder Sektion 454 zu einem innenseitigen Rand des Fensters 452 gleich d2 ist.
  • Dieser Aufbau stellt zwei stabile Positionen für das bewegliche Teil 432 des Schalters 430 bereit. Wie in den 21 und 22 gezeigt, bewegt sich das bewegliche Teil 432 nach links in die Richtung des Pfeils A, bis der Anschlagblock 450 oder die Sektion 454 einen innenseitigen Rand des Fensters 452 berührt. In dieser Position ist der linke Wellenleiter 434 des beweglichen Teils 432 mit den linken Wellenleitern 424 und 444 der stationären Teile 422 und 442 ausgerichtet. Wie in den 23 und 24 gezeigt, bewegt sich das bewegliche Teil 432 nach recht in die Richtung des Pfeils B, bis der Anschlagblock 450 oder die Sektion 454 den anderen innenseitigen Rand des Fensters 452 berührt. In dieser Position ist der linke Wellenleiter 434 des beweglichen Teils 432 mit den rechten Wellenleitern 424 und 444 der stationären Teile 422 und 442 ausgerichtet.
  • Die 2526 zeigen eine Modifikation der zweiten beispielhaften Ausführung des selbst ausgerichteten Wellenleiterschalters 430. Diese Modifikation verwendet vier Sätze von Anschlagblöcken 450 und Fenster 452, die eine höhere Stabilität und Zuverlässigkeit für den Schalter 430 bereitstellen können.
  • Gemäß einer Ausführung dieser Erfindung wird der Satz von Verschiebungen d1 und d2 in einem lithografischen Prozess auf einer Maskenschicht so festgelegt, dass der Satz sehr genau kontrolliert werden kann. Mit anderen Worten, werden die Strukturen, die die Wellenleiter des Schalters ausrichten durch die geometrischen Abmessungen d1 und d2 in der selben strukturellen Ebene festgelegt. Dies vermeidet Nachteile der Ausrichtung zwischen unterschiedlichen strukturellen Schichten. Eine eingehendere Beschreibung eines einzigartigen Mikrobearbeitungsprozesses, basierend auf Silizium auf Isolator gemäß dieser Erfindung wird Bezug auf 2757 gegeben. Der Prozess wird nachstehend in Verbindung mit der Herstellung eines mikromechanischen Aktuators zur Bewegung des Schalters und einer V-förmigen Vertiefung für die optische Faserverbindung beschrieben. Der Aktuator und/oder die Verbindung können mit dem Schalter hergestellt werden oder nicht. Daher ist anzumerken, dass der Aufbau und die Konfiguration des Aktuators und/oder der Verbindung der optischen Faser veranschaulichend und nicht beschränkend ist. Die Herstellung der V-förmigen Vertiefung und die Ausrichtung der optischen Fasern bei dem Add/Drop-Multiplexer dieser Erfindung wird genauer in US-Patent 6,510,275 beschrieben.
  • Im Allgemeinen verwendet die Mikrobearbeitung einer Polysiliziumoberfläche Schritte eines planaren Herstellungsprozesses, die der Herstellungsindustrie von integrierten Schaltkreisen (IC) gemeinsam sind, um mikroelektromechanische oder mikromechanische Einrichtungen herzustellen. Der standardmäßige blockaufbauende Prozess besteht aus der Ablagerung und fotolithografischen Musterung von alternierenden Schichten auf einem Substrat. Die alternierenden Schichten bestehen aus polykristallinem Silizium von geringer Spannung (ebenso als Polysilizium bezeichnet) und einem Opfermaterial wie etwa Siliziumdioxid auf einem Substrat. Einschnitte, die durch die Opferschichten geätzt werden, stellen Ankerpunkte zu dem Substrat und den Polysiliziumschichten her. Die Polysiliziumschichten werden gemustert, um mechanische Elemente einer mikrobearbeiteten Einrichtung auszubilden. Die mechanischen Elemente werden daher Schicht für Schicht in einer Abfolge von Prozessschritten der Ablagerung und des Musterns ausgebildet. Die Siliziumdioxidschichten werden daraufhin durch Anwendung eines selektiven Ätzmitels wie etwa Flusssäure (HF) entfernt, das die Polysiliziumschichten nicht angreift. Dies gibt die mechanischen Elemente frei, die in den Polysiliziumschichten für die Bewegung derselben ausgebildet werden.
  • Wie in 27 gezeigt, beginnt die beispielhafte Ausführung mit einer Siliziums auf Isolator-Scheibe 400, die ein Siliziumsubstrat 402, eine Einkristallsiliziumschicht 404 und eine Isolatorschicht 406 wie etwa eine Oxidschicht dazwischen umfasst.
  • Wie in der 28 gezeigt, wird eine erste Maskenschicht 410 wie etwa ein Oxid beispielsweise durch chemische Dampfablagerung unter niedrigem Druck (low pressure chemical vapor deposition: LPCVD) auf der Einkristallsiliziumschicht 404 und auf dem Siliziumsubstrat 402 abgeschieden. Die erste Maskenschicht 410 kann beispielsweise ungefähr 1,0 μm dick sein. Die erste Maskenschicht 410 dient als eine Maskenschicht zum Schutz der Einkristallsiliziumschicht 404, während einer nachfolgenden Ätzung des Siliziumsubstrats. Wie in 29 gezeigt, wird ein Loch 414 in die erste Maskenschicht 410 geätzt, um eine Öffnung für die nachfolgende Ätzung festzulegen.
  • Das Siliziumsubstrat 402 daraufhin geätzt, beispielsweise in einer KOH-Lösung, um ein dreieckiges oder trapezförmiges Loch 416 in dem Siliziumsubstrat 402 wie in 30 gezeigt, auszubilden. Ein Rand des Loches 416 wird als Referenz für nachfolgende fotolithografische Schritte des Prozesses verwendet, der präzise Ausrichtung mit der <110> Richtung des Siliziumsubstrats 402 erfordert. Wie in 31 gezeigt, wird daraufhin die erste Maskenschicht 410 entfernt, beispielsweise unter Verwendung einer nassen Ätzung.
  • Eine zweite Maskenschicht 420, wie etwa ein Oxid, wird beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung unter niedrigem Druck (LPCVD) auf dem geätzten Siliziumsubstrat 402 und auf der Einkristallsiliziumschicht 404 wie in 32 gezeigt, abgeschieden. Die zweite Maskenschicht 420 kann beispielsweise ungefähr 0,25 μm dick sein. Die zweite Maskenschicht 420 dient dazu, das geätzte Siliziumsubstrat 402 während einer nachfolgenden Ätzung der Einkristallsiliziumschicht 404 zu schützen.
  • Die zweite Maskenschicht 420 wird daraufhin gemustert, beispielsweise unter Verwendung eines Fotolacks (nicht gezeigt). Wie in den 33 und 34 gezeigt, wird die Einkristallsiliziumschicht 404 beispielsweise unter Verwendung einer trockenen Ätzung wie etwa einer reaktiven Ionenätzung geätzt mit dem Fotolack und/oder zweiten Maskenschicht 420 als Maskenschicht. Wie gezeigt, kann die Ätzung ungefähr 0,15 μm in die Isolationsschicht 406 überätzen.
  • Um die Qualität der Strukturen in der Einkristallsiliziumschicht 404 zu verbessern, kann eine trockene Oxidation durchgeführt werden, um ein dünnes Oxid 422, beispielsweise ungefähr 1000 Angström dick, auf den Seitenwänden 424 wie in 35 gezeigt, aufzuwachsen. Wie in 36 gezeigt, wird das dünne Oxid 422 daraufhin entfernt, beispielsweise unter Verwendung einer nassen Ätzung wie etwa einer gepufferten HF-Ätzung für 2 Minuten. Diese Ätzung wird ebenso ungefähr zusätzlich 2000 Angström der Isolationsschicht 406 entfernen.
  • Eine dritte Maskenschicht (nicht gezeigt), wie etwa ein Oxid, wird beispielsweise durch chemische Dampfablagerung unter niedrigem Druck (LPCVD) auf der geätzten Einkristallsiliziumschicht 404 abgelagert. Wie in 37 gezeigt, werden Ankerlöcher 336 geätzt, beispielsweise unter Verwendung einer nassen Ätzung, um die Isolationsschicht 406 zu entfernen.
  • Daraufhin wird eine Nitridschicht 440 beispielsweise durch chemische Dampfablagerung unter niedrigem Druck (LPCVD) wie in 38 gezeigt, abgelagert. Die Nitridschicht 440 stellt eine Antireflexbeschichtung für die Wellenleiter des Schalters bereit und dient ebenso als eine Maskenschicht für eine nachfolgende Ätzung einer V-förmigen Vertiefung.
  • Eine vierte Maskenschicht (nicht gezeigt), wie etwa ein Fotolack, wird über der Nitridschicht 440 abgelagert und gemustert. Der gemusterte Fotolack wird verwendet, um Rückenwellenleiter und eine Öffnung für eine V-förmige Vertiefung festzulegen, wie in 39 gezeigt, wobei die bloßgelegten Abschnitte der Nitridschicht 440 und der dritten Maskenschicht 430 und ein dünner Abschnitt, ungefähr 500 Angström, der Isolationsschicht 406 weggeätzt werden.
  • Ein Fotolack (nicht gezeigt) wird gemeinsam mit der übrigen Nitridschicht 440 und der übrigen dritten Maskenschicht 430 als eine Maske verwendet, um Gräben in der Einkristallsiliziumschicht 304 festzulegen, die die Rückenwellenleiter 442 in Verbindung mit einer trockenen Ätzung wie etwa einer reaktiven Ionenätzung, wie in 40 gezeigt, ausbilden. Weil die Isolationsschicht 406 viel dicker ist als die dritte Maskenschicht 430, wird eine Schicht von ungefähr 4000 Angström der Isolationsschicht 406 nach der reaktiven Ionenätzung zurückbleiben. Daher wird das Siliziumsubstrat 402 durch die reaktive Ionenätzung nicht angegriffen.
  • Um die Qualität der Rückenwellenleiter 442 in der Einkristallsiliziumschicht 404 zu verbessern, kann eine trockene Oxidation durchgeführt werden, um ein weiteres dünnes Oxid 444, beispielsweise ungefähr 1000 Angström dick, auf den Seitenwänden 446 aufzuwachsen, wie in 41 gezeigt. Wie vorstehend wird das dünne Oxid 444 daraufhin entfernt, beispielsweise unter Verwendung einer nassen Ätzung, wie etwa einer gepufferten HF-Ätzung für 2 Minuten.
  • Wie in 42 gezeigt, wird als nächstes eine fünfte Maskenschicht 450, wie etwa ein Oxid, beispielsweise durch chemische Dampfablagerung unter niedrigem Druck (LPCVD) als eine Maske für eine nachfolgende Nassätzung abgeschieden. Die fünfte Maskenschicht 450 kann ungefähr 5000 Angström dick sein. Die fünfte Maskenschicht 450 wird beispielsweise unter Verwendung eines Fotolacks gemustert, wie in 43 gezeigt. Die fünfte Maskenschicht 450 dient als eine Maske für die Entfernung der Nitridschicht 440 mit einer nassen Ätzung, beispielsweise in Phosphorsäure, wie in 44 gezeigt. Insbesondere entfernt diese nasse Ätzung die Nitridschicht 440 von den Rückenwellenleitern 442, um Zunahme in optischem Verlust durch Aufwellen der Nitridschicht 440 zu vermeiden.
  • Eine sechste Maskenschicht 460, wie etwa eine undotierte Oxidschicht von 0,3 μm unter LPCVD abgeschieden und eine Opferschicht aus Phosphorsilikatglas von 1,7 μm wird, wie in 45 gezeigt, ausgebildet. Die undotierte Oxidschicht hilft dabei, die Dotierung der Rückenwellenleiter 442 während der nachfolgenden Wärmebehandlung unter hoher Temperatur zu vermeiden. Die sechste Maskenschicht 460 wird unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses so gemustert, dass die Ankerlöcher 462 festgelegt und während einer nassen Ätzung geöffnet werden, wie in 46 gezeigt. Daraufhin wird, wie in 47 gezeigt, ein Fotolack (nicht gezeigt) als eine Maske verwendet, um Vertie fungen festzulegen, die durch eine trockene Ätzung wie etwa eine reaktive Ionenätzung geöffnet werden.
  • Daraufhin wird eine Schicht von strukturellem Material 470, wie etwa Polysilizium, abgeschieden, dotiert und wärmebehandelt, wie in 48 gezeigt. Die Schicht des strukturellen Materials 470 kann beispielsweise 3 μm dick sein. Unter Verwendung von einer oder mehreren passenden Maskenschichten (nicht gezeigt) können Mikrostrukturen wie etwa ein Ankeranschlag 472, ein Stoßelement 474 und/oder eine Brücke 476 in der Schicht aus strukturellem Material 470 durch eine oder mehrere Ätzungen ausgeformt werden. Beispielsweise kann eine Maske mit einer trockenen Ätzung verwendet werden, um durch die Schicht aus strukturellem Material 470 durchzuschneiden, während eine weitere Maske mit einer weiteren Ätzung verwendet werden kann, um durch die Schicht aus strukturellem Material 470 und die Einkristallsiliziumschicht 404 durchzuschneiden, wie jeweils in den 49 und 50 gezeigt. Die Verwendung von zwei Ätzschritten hilft dabei, unerwünschte seitliche Ätzung auf den Mikrostrukturen zu minimieren, die in der Schicht aus strukturellem Material 470 ausgebildet sind. Die Mikrostrukturen, wie etwa der Ankeranschlag 472, das Stoßelement 474 und/oder die Brücke 476 können mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Die Verwendung einer einzigen Ätzung, um durch die Schichten von unterschiedlicher Dicke durchzuschneiden, kann in einer Überätzung auf den dünneren Gebieten resultieren.
  • Wie in 51 gezeigt, wird eine Schicht aus Schutzmaterial 480, wie etwa Siliziumnitrid, als eine Maske abgeschieden, um die Mikrostrukturen aus Polysilizium und Einkristallsilizium bei einer nachfolgenden Ätzung zu schützen. Die Schicht aus Schutzmaterial 480 wird unter Verwendung einer Maske (nicht gezeigt), wie etwa einem Fotolack, gemustert und selektiv entfernt, beispielsweise unter Verwendung einer trockenen Ätzung, wie in 52 gezeigt. Daraufhin wird die sechste Maskenschicht 460 und die restliche Isolatorschicht 406 unter Verwendung einer nassen Ätzung entfernt, um das Siliziumsubstrat 402 dort freizulegen, wo eine V-förmige Vertiefung ausgebildet werden soll, wie in 53 gezeigt. Es ist anzumerken, dass die Ausrichtung des Fotolacks nicht kritisch ist, weil die Öffnung für die V-förmige Vertiefung im Wesentlichen durch die Nitridschicht 440 festgelegt wird, die bereits gemustert ist.
  • Wie in 54 gezeigt, wird eine V-förmige Vertiefung 482 in das Siliziumsubstrat 402 beispielsweise unter Verwendung einer KOH-Ätzung geätzt. Nach der KOH-Ätzung wird die Schicht aus Schutzmaterial 480 unter Verwendung einer nassen Ätzung, beispielsweise in Phosphorsäure, wie in 55 gezeigt, entfernt.
  • Ein dicker Fotolack (nicht gezeigt) wird daraufhin abgeschieden und unter Verwendung eines lithografischen Prozesses gemustert, um eine Maske auszubilden. Die Maske legt eine oder mehrere Verbindungsstellen fest, wie in 56 gezeigt, die beispielsweise mit Gold unter Verwendung eines Sputter- und Abklebeprozesses ausgebildet werden. Schließlich wird eine nasse Ätzung, beispielsweise in Fluorwasserstoffsäure verwendet, um die Mikrostrukturen freizusetzen, wie in 57 gezeigt.
  • In einer Modifikation dieses Herstellprozesses kann eine der Maskenschichten weggelassen werden, um erforderliche Kosten und Zeit für den Prozess zu verringern. Diese Modifikation folgt dem früheren Prozess durch die Entfernung des dünnen Oxids 422 unter Verwendung einer nassen Ätzung, wie in 36 gezeigt.
  • Eine dritte Maskenschicht 530 wird beispielsweise durch chemische Dampfabsonderung unter niedrigem Druck (LPCVD) auf der geätzten Einkristallsiliziumschicht 504 abgeschieden, um die Ankerlöcher 536 festzulegen. In diesem Fall ist die dritte Maskenschicht 530 eine Nitridschicht, wie in 58 gezeigt. Die Nitridschicht stellt eine Antireflexbeschichtung für die Wellenleiter des Schalters dar und dient ebenso als eine Maskenschicht für eine nachfolgende Ätzung einer V-förmigen Vertiefung. Die dritte Maskenschicht 530 wird ebenso verwendet, um die Rückenwellenleiter und eine Öffnung für eine V-förmige Vertiefung festzulegen, wie in 59 gezeigt, wobei die freigelegten Abschnitte der dritten Maskenschicht 530 und ein dünner Abschnitt, ungefähr 500 Angström, der Isolationsschicht 506 weggeätzt werden.
  • Ein Fotolack (nicht gezeigt) wird gemeinsam mit der restlichen dritten Maskenschicht 530 als eine Mske verwendet, um Gräben in der Einkristallsiliziumschicht 504 festzulegen, die die Rückenwellenleiter 542 in Verbindung mit einer trockenen Ätzung, wie etwa einer reaktiven Ionenätzung ausbilden, wie in 60 gezeigt. Da die Isolationsschicht 506 viel dicker ist als die dritte Maskenschicht 530 wird eine Schicht von ungefähr 4000 Angström der Isolationsschicht 506 nach der reaktiven Ionenätzung zurück bleiben. Daher wird das Siliziumsubstrat 502 durch die reaktive Ionenätzung nicht angegriffen.
  • Um die Qualität der Rückenwellenleiter 542 in der Einkristallsiliziumschicht 504 zu verbessern, kann eine trockene Oxidation durchgeführt werden, um ein weiteres dünnes Oxid 544, beispielsweise ungefähr 1000 Angström dick, auf den Seitenwänden 546 auf zuwachsen, wie in 61 gezeigt. Wie oben wird das dünne Oxid 544 daraufhin beispielsweise unter Verwendung einer nassen Ätzung, wie etwa einer gepufferten HF-Ätzung für 2 Minuten entfernt.
  • Wie in 62 gezeigt, wird als nächstes eine vierte Maskenschicht 550, wie etwa ein Oxid, beispielsweise durch chemische Dampfablagerung unter niedrigem Druck (LPCVD) als eine Maske für eine nachfolgende Nassätzung abgeschieden. Die vierte Maskenschicht 550 kann ungefähr 5000 Angström dick sein. Die vierte Maskenschicht 550 wird gemustert beispielsweise unter Verwendung eines Fotolacks, wie in 63 gezeigt. Die vierte Maskenschicht 550 dient als eine Maske zum Entfernen der Nitridschicht 530 mit einer nassen Ätzung, beispielsweise in Phosphorsäure, wie in 64 gezeigt. Insbesondere entfernt diese nasse Ätzung die Nitridschicht 530 von den Rückenwellenleitern 542, um Erhöhung von optischem Verlust durch Aufwellen der Nitridschicht 530 zu vermeiden.
  • Eine fünfte Maskenschicht 560, wie etwa eine undotierte Oxidschicht von 0,3 μm, wird in LPCVD abgeschieden und eine Opferschicht von 1,7 μm aus Phosphorsilikatglas wird ausgebildet, wie in 65 gezeigt. Die undotierte Oxidschicht hilft dabei, Dotierung der Rückenwellenleiter 542 während der nachfolgenden Wärmebehandlung unter hoher Temperatur zu vermeiden. Die fünfte Maskenschicht 560 wird unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses gemustert, so dass die Ankerlöcher 562 und Durchbrüche 564 festgelegt und während einer nassen Ätzung geöffnet werden, wie in 66 gezeigt. Wie in 67 gezeigt, wird daraufhin eine Schicht aus isolierendem Material 566, wie etwa ein Nitrid, abgeschieden, um eine Isolation der Ankerlöcher 562 und/oder der Durchbrüche 564 bereitzustellen. Die Schicht von isolierendem Material 566 wird nachfolgend unter Verwendung einer trockenen Ätzung gemustert, wie in 68 gezeigt. Wenn notwendig, kann eine Oxidschicht (nicht gezeigt) auf der Schicht von isolierendem Material 566 für die nasse Ätzung abgeschieden werden. Der modifizierte Prozess wird daraufhin wie vorstehend beschrieben mit Bezug auf 4857 weitergeführt.

Claims (5)

  1. Ein monolithischer rekonfigurierbarer Add/Drop-Multiplexer (200), umfassend: einen Demultiplexer (220) zum Demultiplexen eines optischen Eingangssignals, das ein durch Wellenlängenunterteilung gemultiplextes optisches Signal umfasst, in eine Vielzahl von getrennten Kanälen (212) gemäß der Wellenlänge des Lichtes in dem optischen Eingangssignal, wobei der Demultiplexer ein feldartiges Wellenleitergitter umfasst; eine Vielzahl von optischen Schaltern (230), wobei jeder optische Schalter (230) mit einem der getrennten Kanäle (212) verknüpft ist, und eingerichtet ist, einen jeweiligen der getrennten Kanäle (212) durchzuleiten oder auszusondern; und einen Multiplexer (240) zum Multiplexen der Vielzahl der getrennten, durchgeleiteten Kanäle (212), wobei der Multiplexer ein feldartiges Wellenleitergitter umfasst; wobei der Demultiplexer (220), die optischen Schalter (230) und der Multiplexer (240) monolithisch in einem einzigen Siliziumbaustein (202) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder optische Schalter (230) ein bewegliches Teil umfasst, das eine Vielzahl von Wellenleitern einschließt, und wobei der einzige Siliziumbaustein (202) eine Silizium auf Isolator Scheibe (203) umfasst und der Demultiplexer (220), die Vielzahl der optischen Schalter (230) und der Multiplexer (240) in einer Einkristallsilizium-Geräteschicht (204) der Scheibe (203) hergestellt sind.
  2. Der monolithische rekonfigurierbare Add/Drop-Multiplexer gemäß Anspruch 1, wobei die optischen Schalter (230) haltende Schalter umfassen.
  3. Ein Verfahren zur Herstellung eines monolithischen rekonfigurierbaren Add/Drop-Multiplexers (200), das die Schritte umfasst Herstellen von mindestens einem Demultiplexer (220) zum Demultiplexen eines optischen Eingangssignals, das ein durch Wellenlängenunterteilung gemultiplextes optisches Signal umfasst, in eine Vielzahl von getrennten Kanälen (212) gemäß der Wellenlänge des Lichtes in dem optischen Eingangssignal, wobei der Demultiplexer ein feldartiges Wellenleitergitter umfasst; Herstellen einer Vielzahl von optischen Schaltern (230), wobei jeder optische Schalter (230) mit einem der getrennten Kanäle (212) verknüpft ist, und eingerichtet ist, einen jeweiligen der getrennten Kanäle (212) durchzuleiten oder auszusondern; und Herstellen von mindestens einem Multiplexer (240) zum Multiplexen der Vielzahl der getrennten, durchgeleiteten Kanäle (212), wobei der Multiplexer ein feldartiges Wellenleitergitter umfasst; wobei der Demultiplexer (220), die optischen Schalter (230) und der Multiplexer (240) monolithisch in einem einzigen Siliziumbaustein (202) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder optische Schalter (230) ein bewegliches Teil umfasst, das eine Vielzahl von Wellenleitern einschließt, und wobei der einzige Siliziumbaustein (202) eine Silizium auf Isolator Scheibe (203) umfasst und der Demultiplexer (220), die Vielzahl der optischen Schalter (230) und der Multiplexer (240) in einer Einkristallsilizium-Geräteschicht (204) der Scheibe (203) hergestellt sind.
  4. Ein optisches Kommunikationssystem, umfassend: eine optische Eingangsfaser (210); einen monolithischen rekonfigurierbaren Add/Drop-Multiplexer gemäß Anspruch 1, wobei der Demultiplexer (220) mit der optischen Eingangsfaser kommuniziert; und eine optische Ausgangsfaser (250), die mit dem Multiplexer (240) kommuniziert.
  5. Der Multiplexer gemäß Anspruch 1, wobei mindestens einer der optischen Schalter (230) umfasst: ein stationäres Eingangsteil mit einer Vielzahl von Eingangswellenleitern (242, 222); ein stationäres Ausgangsteil mit einer Vielzahl an Ausgangswellenleitern (224, 228); wobei das bewegliche Teil (232) in Bezug auf die stationären Eingangs- und Ausgangsteile beweglich ist; und mindestens einen Anschlagblock (350), der die Bewegung des beweglichen Teils (332) begrenzt, um mindestens einen der Wellenleiter (234) zum optischen Schalten mit mindestem einem der Eingangswellenleiter (242, 222) und mindestens einem der Ausgangswellenleiter (224, 228) auszurichten.
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