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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Schalter,
der unter Benutzung von Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt
ist und benutzt wird, um den optischen Weg eines optischen Signals
zu ändern,
und genauer gesagt einen optischen Schalter, der so aufgebaut ist,
dass der Abstand von Elektrode zu Elektrode zwischen einer beweglichen
plattenartigen Elektrode und einer festen oder stationären Elektrode
des optischen Schalters leicht auf einen gewünschten Abstand eingestellt werden
kann.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Optische
Schalter verschiedener Typen, die unter Benutzung von Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt
sind, sind bereits angeboten worden. Beispielsweise wird ein Beispiel
eines optischen 2×2-Schalters
nach dem Stand der Technik mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
In der Spezifikation ist der optische 2×2-Schalter so definiert, dass
an ihm zwei eingangsseitige optische Fasern, von denen jede ein
optisches Signal abgibt, und zwei ausgangsseitige optische Fasern,
von denen jede ein dort eintreffendes optisches Signal aufnimmt,
angebracht sind, und dass er in der Lage ist, die optischen Wege
der optischen Signale, die von den beiden ausgangsseitigen optischen
Fasern jeweils abgegeben werden, so zu schalten, dass jedes optische
Signal einem an einer entsprechenden der beiden eingangsseitigen
optischen Fasern auftrifft.
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1 ist
eine Draufsicht, die eine Konstruktion eines optischen 2×2-Schalters
nach dem Stand der Technik darstellt, und 2 ist eine
allgemeine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1 und
in der durch die Pfeile angezeigten Blickrichtung. Der dargestellte
optische Schalter SW1 beinhaltet: eine in Draufsicht im Allgemeinen
rechteckige bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14; eine
in Draufsicht im Allgemeinen quadratische Öffnung 13, gebildet
in der beweglichen Platte 14, im Allgemeinen in ihrem zentralen
Bereich; vier V-förmige
Rillen 25A, 26A und 25B, 26B,
wobei zwei der Rillen 25A und 26A an der Oberseite
der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 in
deren Längsrichtung
auf einer Seite der Öffnung 13 und
die verbleibenden zwei Rillen 25B und 26B an der
Oberseite der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 in
deren Längsrichtung
auf der gegenüber
liegenden Seite der Öffnung 13 gebildet
sind; einen in Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen festen oder
stationären
Elektrodenträger 19 mit
im Wesentlichen der gleichen Form und Größe wie die der beweglichen
Elektrodenunterstützungsplatte 14,
wobei der feste Elektrodenträger
unterhalb der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 liegt
und seinen erhöhten
Teil 18 so in seiner Mitte hat, dass er in die Öffnung der
beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 passt;
eine in Draufsicht im Allgemeinen quadratische bewegliche plattenartige
Elektrode 11, die im Wesentlichen parallel zum erhöhten Teil 18 des
festen Elektrodenträgers 19 mit
einem vorgegebenen Abstand oder Spalt dazwischen und oberhalb der Öffnung 13 der
beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 positioniert ist;
vier flexible Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2 zur
Unterstützung
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11, so dass diese
auf den erhöhten
Teil 18 des festen Elektrodenträgers 19 zu und davon
weg beweglich ist; und vier dünne
plattenartige oder blattartige, aufrecht auf der Oberfläche der
beweglichen plattenartigen Elektrode stehende Mikrospiegel 17A1, 17A2, 17B1 und 17B2.
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Jeder
der vier flexiblen Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2 wird
in diesem technischen Gebiet "Flexur" genannt, und das
Unterteil von jedem der zwei Balken 12A1 und 12A2 ist
einteilig mit dem entsprechenden der beiden entgegengesetzten Enden eines
in Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen Verankerungsabschnitts 15A in
dessen Längsrichtung verbunden,
wobei der Verankerungsabschnitt 15A dem anderen in Draufsicht
im Allgemeinen rechteckigen Verankerungsabschnitt 15B gegenüber liegt. Das
Unterteil jedes der beiden verbleibenden Balken 12B1 und 12B2 ist
fest mit dem entsprechenden der beiden gegenüber liegenden Enden des in
Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen Verankerungsabschnitts 15B in
dessen Längsrichtung
verbunden. Jeder der vier Balken 12A1, 12A2 und 12B1, 12B2 zieht
sich vom entsprechenden der beiden entgegengesetzten Enden jedes
der Verankerungsabschnitte 15A und 15B entlang
der entsprechenden der vier Seiten der beweglichen plattenartigen
Elektrode 11, und jedes der vier Enden davon ist einteilig
mit der entsprechenden der vier Ecken der beweglichen plattenartigen
Elektrode 11 verbunden. Die paarigen Verankerungsabschnitte 15A und 15B sind
auf beiden Seiten der Öffnung 13 in
Längsrichtung
der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 auf
der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 fixiert.
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Jede
der vier V-förmigen
Rillen 25A, 26A und 25B, 26B zieht
sich von einer vorgegebenen Position außerhalb des Paars der Verankerungsabschnitte 15A und 15B (eine
vorgegebene Position zu den Enden in Längsrichtung der beweglichen
Elektrodenunterstützungsplatte 14 hin)
zum jeweils entsprechenden Ende in Längsrichtung der beweglichen
Elektrodenunterstützungsplatte 14,
und die beiden V-förmigen
Rillen 25A und 26A und die beiden durch die dazwischen
liegende Öffnung 13 in
Längsrichtung
der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 sich gegenüber liegenden
V-förmigen Rillen 25B und 26B liegen
in einer Linie.
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Die
vier dünnen
plattenartigen Mikrospiegel 17A1, 17A2, 17B1 und 17B2 haben
im Wesentlichen jeweils die gleiche Form und Größe, und die beiden Mikrospiegel 17A1 und 17B1 sind
auf einer ersten geraden Linie positioniert, die im Wesentlichen
durch die Mitte der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 verläuft und
mit einer horizontalen Linie einen Winkel von 45° bildet. Die übrigen beiden
Spiegel 17A2 und 17B2 sind auf einer zweiten geraden
Linie positioniert, die im Wesentlichen durch die Mitte der beweglichen
plattenartigen Elektrode 11 verläuft und die senkrecht zur ersten
geraden Linie ist. Diese Mikrospiegel 17A1, 17A2, 17B1 und 17B2 sind
so positioniert, dass sie in radialer Richtung im Wesentlichen den
gleichen Abstand vom Schnittpunkt der ersten und der zweiten geraden
Linie haben und dass axiale Linien von zwei entsprechenden V-förmigen Rillen 25A und 26B und
von zwei entsprechenden V-förmigen
Rillen 26A und 25B im Wesentlichen durch die Mitten
der Mikrospiegel verlaufen.
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Die
Mikrospiegel 17A1, 17A2, 17B1 und 17B2 können beispielsweise
durch Aufbringen eines Fotolack-Films einer vorgegebenen Dicke auf
der Oberseite der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 hergestellt
werden, wobei nur die Teile des Fotolack-Films, aus denen die Mikrospiegel
gebildet werden sollen, belichtet werden, wonach, um die Körper der
Mikrospiegel zu formen, der Fotolack-Film, abgesehen von den belichteten
Stellen, unter Benutzung eines Lösungsmittels
entfernt wird, und die Spiegelflächen
dieser Mikrospiegelkörper
mit einem Metall wie Gold oder Ähnlichem überzogen
werden.
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Alternativ
können,
wie in der Japanischen Patentanmeldung No. 243582/2001 (oder PCT
Anmeldung PCT/JP02/08177, angemeldet am 9. August 2002 unter Beanspruchung
der Priorität
der Japanischen Patentanmeldung No. 243582/2001), angemeldet am
10. August 2001 durch denselben Anmelder wie die vorliegende Anmeldung,
Mikrospiegel, die aufrecht auf einem Silizium-Substrat stehen, unter
Anwendung eines orientierungsabhängigen Nassätzens oder
eines chemisch anisotropen Nassätzens
des Silizium-Substrats mit einer (100)-Kristallfläche gebildet
werden. In diesem Fall die (100)-Kristallfläche zur Spiegelfläche wird,
wird die Genauigkeit der Vertikalität und die Ebenheit jedes Mikrospiegels
sehr hoch, wodurch optische Verluste minimiert werden können. Für weitere
Einzelheiten wird auf obige Japanische Patentanmeldung No. 243582/2001
(oder PCT-Anmeldung PCT/JP02/08177) oder eine Veröffentlichung
mit dem Titel "SELF
ALIGNED VERTICAL MIFFORS AND V-GROOVES APPLIED TO A SELF-LATCHING MATRIX
SWITCH FOR OPTICAL NETWORKS";
veröffentlicht
von Philippe Helin et al. im Thirteenth IEEE International Micro
Electro Mechanical Systems Conference (MEMS-2000), abgehalten vom
23. bis 27. Januar 2000 in Miyazaki, Japan, hingewiesen.
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Optische
Fasern sind jeweils in den vier V-förmigen Rillen 25A, 26A und 25B, 26B verlegt
und montiert. In diesem Beispiel ist jeweils eine ausgabeseitige
optische Faser 31A und eine eingabeseitige optische Faser 32A in
den V-förmigen
Rillen 25A und 26A, die in 1 auf der
linken Seite liegen, verlegt und montiert, und in den V-förmigen Rillen 25B und 26B,
die sich in 1 auf der rechten Seite befinden, sind
jeweils eine ausgabeseitige optische Faser 31B und eine
eingabeseitige optische Faser 32B verlegt und montiert.
Im Ergebnis liegen sich die in der V-förmigen Rille 25A montierte
ausgabeseitige optische Faser 31A und die in der V-förmigen Rille 26B befestigte
eingabeseitige optische Faser 32A gegenüber und sind aufeinander ausgerichtet
(sind auf derselben optischen Achsenlinie positioniert) und liegen sich
die in der V-förmigen
Rille 26A montierte eingabeseitige optische Faser 32A und
die in der V-förmigen
Rille 25B montierte ausgabeseitige optische Faser 31B gegenüber und
sind aufeinander ausgerichtet (sind auf derselben optischen Achsenlinie
positioniert).
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Die
bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14,
vier Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2, das
Paar von Verankerungsabschnitten 15A und 15B und
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 können in
einen Körper
geformt werden. Beispielsweise wird ein aus einkristallinem Silizium
gebildetes Substrat einer vorgegebenen Dicke als bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14 benutzt,
und eine Isolierungsschicht, beispielsweise eine Siliziumdioxid(SiO2)-Schicht 21, wird auf der Oberseite
des einkristallinen Siliziumsubstrats 14 gebildet, und
auf der Oberseite der Siliziumdi oxid(SiO2)-Schicht 21 wird beispielsweise
eine einkristalline Siliziumschicht gebildet. Die einkristalline
Siliziumschicht wird beispielsweise unter Verwendung photolithographischer Techniken
hergestellt, um die oben erwähnten
vier Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2,
das Paar von Verankerungsabschnitten 15A und 15B und
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 daraus zu bilden. Danach
wird das einkristalline Siliziumsubstrat 14 von der Unterseite
her geätzt,
um die im Allgemeinen quadratische Öffnung 13 darin zu
bilden. So werden nicht nur die vier Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2,
das Paar von Verankerungsabschnitten 15A und 15B und
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 in einem Körper gebildet,
sondern auch das Paar von Verankerungsabschnitten 15A und 15B ist
auf der Oberseite der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 einteilig
fixiert. Weiterhin bezeichnet eine Bezugsziffer 22 in 2 eine
vorab auf der Unterseite der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 gebildete
Isolationsschicht (zum Beispiel eine Siliziumdioxidschicht). Diese
Isolationsschicht 22 wird als eine Maske durch Benutzung
photolithografischer Technologie zur Bildung der Öffnung 13 in der
beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 benutzt.
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Im
Allgemeinen wird ein in Draufsicht im Allgemeinen rechteckiges SOI(Silicon
On Insulator)-Substrat
benutzt, um die Elektrodenunterstützungsplatte 14, vier
Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2,
das Paar von Verankerungsabschnitten 15A und 15B und
die bewegliche plattenartige Elektrode 11, welche miteinander
vereinigt sind, durch die Benutzung der photolithografischen Technologie
zu bilden. Da diese Herstellungsmethode für einen optischen Schalter
wohl bekannt ist, wird sie in hier nur kurz beschrieben. Weiterhin
wurde ein optischer 2×2-Schalter
mit dem gleichen Aufbau wie der oben beschriebene optische 2×2-Schalter
beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
No. 82292/2002 (Japanische Patentanmeldung No. 270621/2000) beschrieben,
und deshalb wird für
dessen Details, einschließlich
der Herstellungsmethode, auf diese Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
No. 82292/2002 (P2002-82292A)
verwiesen.
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Zuerst
wird ein in Draufsicht im Allgemeinen rechteckiges Substrat vorbereitet.
Im Allgemeinen ist das SOI-Substrat aus drei Schichten aufgebaut,
welche ein dickes, aus einkristallinem Silizium hergestelltes Trägersubstrat,
eine Isolationsschicht oben auf dem dicken Trägersubstrat und eine dünne Schicht
aus Silizium-Einkristall oben auf der Isolationsschicht sind. In
diesem Beispiel wird ein SOI-Substrat, das ein dickes Trägersubstrat
(in den 1 und 2 nicht
gezeigt) aus einem in Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen Silizium-Einkristall,
eine Isolationsschicht 21, gebildet aus Siliziumoxid auf
der Oberseite des Trägersubstrats,
und eine dünne Schicht
(in den 1 und 2 nicht
gezeigt) aus einkristallinem Silizium, verbunden mit der Oberseite des
Siliziumdioxidschicht 21, benutzt. Jedoch versteht sich
von selbst, dass jedes SOI-Substrat, das unter Benutzung einer anderen
Methode oder eines anderen Prozesses hergestellt ist, benutzt werden kann.
Weiterhin ist in diesem Beispiel die Isolationsschicht (beispielsweise
eine Siliziumdioxidschicht) vorab auf der Unterseite des SOI-Substrats
gebildet.
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Als
Nächstes
wird unter Benutzung photolithografischer Technik eine Strukturierung
der dünnen einkristallinen
Siliziumschicht des SOI-Substrats vorgenommen, um Teile davon, die
den Formen der vier Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2,
des Paars von Verankerungsabschnitten 15A und 15B und
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 entsprechen, übrig zu
lassen, so dass die dünne
einkristalline Siliziumschicht, außer an den Formen der vier
Balken, des Paars der Verankerungsabschnitte und der beweglichen
plattenartigen Elektrode entsprechenden Teilen entfernt wird. Danach
wird ein Teil der Siliziumdioxidschicht 22 auf der Unterseite
des SOI-Substrats, welcher der Öffnung 13 der
beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 entspricht,
entfernt. So werden die vier Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2,
das Paar von Verankerungsabschnitten 15A und 15B und
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 einteilig aus
der dünnen
einkristallinen Siliziumschicht auf der Siliziumdioxidschicht 21 des SOI-Substrats
gebildet.
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Als
Nächstes
wird das Trägersubstrat
des Silizium-Einkristalls von der Unterseite des SOI-Substrats aus
unter Benutzung einer KOH-Lösung
geätzt, um
die Öffnung 13 zu
bilden. Im Ergebnis wird die in Draufsicht im Allgemeinen rechteckige
bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14 aus
dem in Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen Trägersubstrat aus einkristallinem
Silizium gebildet.
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Weiterhin
versteht es sich von selbst, dass die in Draufsicht im Allgemeinen
rechteckige Öffnung 13 in
der beweglichen Elektrodenunterstützungsplatte 14 eine
solche Größe besitzt,
dass sie die bewegliche plattenartige Elektrode 11 und
die vier Balken 12A1, 12A2, 12B1 und 12B2 aufnehmen
kann.
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Das
feste Elektrodensubstrat 19 ist ein beispielsweise aus
einkristallinem Silizium gefertigtes, in Draufsicht im Allgemeinen
rechteckiges Substrat, und im mittleren Teil der Oberseite ist der
oben erwähnte
erhöhte
Teil 18 gebildet, der im Wesentlichen die gleiche Form
(in diesem Beispiel im Allgemeinen ein Quadrat) und die gleiche
Größe wie die
durch die bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14 gebildete Öffnung 13 besitzt.
Die wie oben besprochen aufgebaute bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14 wird
auf das feste Elektrodensubstrat 19 gesetzt, und dann werden
beide unter Benutzung von beispielsweise einem geeigneten Kleber
oder Bindemittel verbunden. Wenn die bewegliche Elektrodenunterstützungsplatte 14 auf
das feste Elektrodensubstrat 19 gesetzt ist, passt sich
der erhöhte
Teil 18 des festen Elektrodenträgersubstrats 19, welcher
als feste Elektrode dient, in die (Öffnung 13 der beweglichen
Elektrodenunterstützungsplatte 14 von
deren Unterseite her ein, so dass der erhöhte Teil 18 des festen
Elektrodensubstrats 19 und die bewegliche plattenartige
Elektrode 11 mit einem vorgegebenen Abstand oder einem
vorgegebenen Spalt dazwischen einander gegenüberliegend montiert sind. Auf diese
Weise ist der in den 1 und 2 gezeigte optische
Schalter SW1 aufgebaut. Weiterhin bezeichnet in 2 eine
Bezugsziffer 28 eine Isolationsschicht (Siliziumdioxidschicht),
die bei der Bildung des erhöhten
Teils 18 auf dem festen Elektrodensubstrat 19 als
eine Maske benutzt wird. Diese Isolationsschicht 28 verhindert,
dass die bewegliche plattenartige Elektrode 11 mit dem
erhöhten
Teil 18 des festen Elektrodensubstrats 19 elektrisch
verbunden wird, wenn die bewegliche plattenartige Elektrode 11 auf
den erhöhten
Teil 18 zubewegt wird und in Kontakt mit der Oberseite
des erhöhten
Teils 18 kommt.
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Bei
dem wie oben besprochen aufgebauten optischen Schalter SW1 ist es
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 möglich, sich
in die Öffnung 13 zu
bewegen, und wenn eine vorgegebene Antriebsspannung zwischen dem
festen Elektrodensubstrat 19 und der beweglichen plattenartigen
Elektrode 11 angelegt wird, um eine elektrostatische Anziehung
zwischen ihnen in einer solchen Richtung herzustellen, dass die
bewegliche plattenartige Elektrode 11 und das feste Elektrodensubstrat 19 sich
gegenseitig anziehen, wird die bewegliche plattenartige Elektrode 11 nach
unten ausgelenkt, wodurch die Mikrospiegel 17A1, 17A2, 17B1 und 17B2,
die auf der Oberseite der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 gebildet
sind und dort aufrecht stehen, ebenso nach unten in eine Position
ausgelenkt werden, wo die Mikrospiegel aus dem optischen Weg, auf
dem sich ein optisches Signal (Strahl) ausbreiten wird, entfernt
sind.
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Um
es genau zu erklären,
wird in dem Fall, wo keinerlei Antriebsspannung zwischen dem festen Elektrodensubstrat 19 und
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 angelegt ist,
so dass die bewegliche plattenartige Elektrode 11 nicht
ausgelenkt ist und sich deshalb die Mikrospiegel auf der Oberseite der
beweglichen plattenartigen Elektrode 11 in den optischen
Wegen befinden, auf denen sich optische Signale (Strahlen), die
entsprechend von den ausgabeseitigen optischen Fasern 31A und 31B ausgesendet
werden, ausbreiten werden, wird das von der ausgabeseitigen optischen
Faser 31A ausgesandte optische Signal (Strahl) vom sich
im optischen Weg befindlichen Mikrospiegel 17A1 in eine
solche Richtung reflektiert, dass das optische Signal, das mit dem
einfallenden Strahl einen 90°-Winkel
(einen rechten Winkel) bildet, auf den Mikrospiegel 17A2 trifft.
Das einfallende optische Signal wird weiterhin durch den Mikrospiegel 17A2 in
die einen 90°-Winkel bildende
Richtung reflektiert und trifft auf die eingabeseitige optische
Faser 32A. Ebenso wird das von der ausgabeseitigen optischen
Faser 31B ausgesendete optische Signal (Strahl) durch den
sich im optischen Weg befindlichen Mikrospiegel 17B1 in
die einen rechten Winkel mit dem einfallenden Strahl bildende Richtung
reflektiert und trifft auf den Mikrospiegel 17B2. Das einfallende
optische Signal wird weiterhin durch den Mikrospiegel 17B2 in
die einen Winkel von 90° bildende
Richtung reflektiert und trifft auf die eingabeseitige optische
Faser 32B.
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Im
Gegensatz dazu wird in dem Fall, wo eine vorgegebene Antriebsspannung
zwischen dem festen Elektrodensubstrat 19 und der beweglichen
plattenartigen Elektrode 11 angelegt ist, so dass die bewegliche
plattenartige Elektrode 11 elektrostatisch in Richtung
des festen Elektrodensubstrats 19 ausgelenkt wird und so
die Mikrospiegel auf der Oberseite der beweglichen plattenartigen
Elektrode 11 nach unten bewegt werden, so dass sie sich
nicht in den optischen Wegen befinden, auf denen sich die, jeweils von
den ausgabeseitigen optischen Fasern 31A und 31B ausgesendete,
optischen Signale (Strahlen) ausbreiten werden, das von der ausgabeseitigen
optischen Faser 31A ausgesendete optische Signal gerade
verlaufen, ohne durch die Mikrospiegel 17A1 und 17B2 reflektiert
zu werden, und auf die eingabeseitige optische Faser 31B treffen,
welche der ausgabeseitigen optischen Faser 31A gegenüber liegt. Ebenso
wird das von der ausgabeseitigen optischen Faser 31B ausgesendete
optische Signal gerade verlaufen, ohne durch die Mikrospiegel 17B1 und 17A2 reflektiert
zu werden, und auf die eingabeseitige optische Faser 32A treffen,
welche der ausgabeseitigen optischen Faser 31B gegenüberliegt.
So kann der optische Weg für
das von der ausgabeseitigen optischen Faser 31A ausgesendete
optische Signal von der eingabeseitigen optischen Faser 32A auf
die eingabeseitige optische Faser 32B geschaltet werden,
und genauso kann der optische Weg für das von der ausgabeseitigen
optischen Faser 31B ausgesendete optische Signal von der
eingabeseitigen optischen Faser 32B auf die eingabeseitige
optische Faser 32A geschaltet werden. In anderen Worten
ist der wie oben beschrieben aufgebaute optische Schalter SW1 in
der Lage, den optische Weg eines optischen Signals, das sich durch
einen optischen Wellenleiter oder ein optisches Übertragungskabel (Weg) ausbreitet,
ohne jeden Eingriff eines optischen Festkörper-Wellenleiters räumlich zu
schalten.
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Beim
Schaltungsentwurf eines optischen Schalters dieses Typs ist es generell
wünschenswert, zu
ermöglichen,
dass die bewegliche plattenartige Elektrode 11 unter Anwendung
einer möglichst
geringen Spannung in Richtung des festen Elektrodensubstrats bewegt
wird. In anderen Worten ist es beim Schaltungsentwurf wünschenswert,
den Absolutwert der Antriebsspannung zur Bewegung der beweglichen
plattenartigen Elektrode 11 in Richtung des festen Elektrodensubstrats 19 auf
einen möglichst
geringen Wert zu reduzieren. Aus diesem Grund werden beim nach dem
Stand der Technik wie oben besprochen aufgebauten optischen Schalter
SW1 die bewegliche plattenartige Elektrode 11, die vier
Balken 12A1, 12A2, 12B1, 12B2 und
die Verankerungsabschnitte 15A und 15B in einem
Körper
geformt, und noch dazu wird die Dicke der beweglichen plattenartigen
Elektrode 11 und der vier Balken 12A1, 12A2, 12B1, 12B2 dünn gehalten,
um deren Gewicht zu erleichtern und die elastischen Kräfte der
vier Balken zu verringern. Jedoch müssen die vier Balken ihre elastischen
Kräfte
besitzen, um die bewegliche plattenartige Elektrode 11 im
Wesentlichen parallel zum festen Elektrodensubstrat 19 zu
halten und um die bereits zum festen Elektrodensubstrat 19 hingezogene
bewegliche plattenartige Elektrode 11 wieder in ihre ursprüngliche
Position zu bringen. Deshalb gibt es eine Grenze bei der Reduzierung
der Größe der Antriebsspannung,
die erforderlich ist, um die bewegliche plattenartige Elektrode 11 über den
vorgegebenen Abstand zum festen Elektrodensubstrat 19 zu bewegen.
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Zusätzlich wird
für die
obige Bauweise des optischen Schalters SW1 ein anderes Verfahren
vorgeschlagen, um den Absolutwert einer Antriebsspannung, bei welcher
der Abstand von Elektrode zu Elektrode (Spalt) zwischen der beweglichen
plattenartigen Elektrode 11 und dem festen Elektrodensubstrat 19 auf
eine notwendige und minimale Länge
gesetzt wird, zu reduzieren. In diesem Fall kann die Dicke der beweglichen
Elektrodenunterstützungsplatte 14 (im Fall
der Benutzung eines SOI-Substrats des Trägersubstrats aus Silizium-Einkristall)
in Hinblick auf das Herstellungsverfahren nicht zu dünn gemacht
werden, und entsprechend wird ein Verfahren angewandt, bei dem der
Abstand von Elektrode zu Elektrode zwischen der beweglichen plattenartigen
Elektrode 11 und dem festen Elektrodensubstrat 19,
wie in 2 gezeigt, auf einen notwendigen und minimalen
Abstand gesetzt wird, indem das feste Elektrodensubstrats 19 mit
dem erhöhten
Teil 18 versehen wird.
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Auf
diese Weise wird in dem Fall, in dem der Abstand von Elektrode zu
Elektrode auf einen notwendigen und minimalen Abstand gesetzt wird,
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 elektrostatisch in
Richtung des festen Elektrodensubstrats 19 angetrieben,
bis sie in Kontakt mit der Oberseite des erhöhten Teils 18 kommt.
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Die
Beziehung zwischen der Antriebsspannung, die an die bewegliche plattenartige
Elektrode 11 angelegt werden muss, damit die bewegliche
plattenartige Elektrode 11 bewegt wird, und dem Abstand ist
nichtlinear. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass wenn die an die
bewegliche plattenartige Elektrode 11 angelegte Spannung
nach und nach erhöht
wird, die bewegliche plattenartige Elektrode 11 abwärts in Richtung
des Elektrodensubstrats 19 bewegt wird, und dass wenn die
angetriebene Strecke der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 gleich
oder größer als
1/3 des Abstands von Elektrode zu Elektrode X zwischen der Unterseite
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 und Oberseite
des erhöhten
Teils 18 des festen Elektrodensubstrats 19 wird,
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 schlagartig in Richtung
des festen Elektrodensubstrats 19 angetrieben wird und
von der Oberseite des festen Elektrodensubstrats 19 (in
der Praxis von der Oberseite des erhöhten Teils) angezogen wird
oder daran klebt. Eine Betriebsspannung, bei der die bewegliche
plattenartige Elektrode 11 schlagartig in Richtung des festen
Elektrodensubstrats 19 bewegt wird, wird auf diesem technischen
Gebiet "Pull-in-Spannung" ("Pull-in Voltage") genannt. Zu weiteren
Einzelheiten über
die Pull-in-Spannung wird auf die Japanischen Patentanmeldungen
Nr. 75443/2002 (P2002-75443) und Nr. 75817/2002 (P2002-75817), beide
am 19. März
2002 durch denselben Anmelder wie derjenige der vorliegenden Anmeldung
oder die Homepage von Professor Hiroshi TOSHIYOSHI, Institute of
Industrial Science, University of Tokyo http://toshi.fujita3.iis.utokyo.ac.jp/onlineelecture/electrostatic1.pdf
verwiesen.
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Da
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 herkömmlicherweise
angetrieben wird, bis sie in Kontakt mit der Oberseite des erhöhten Teils 18 des
festen Elektrodensubstrats 19 kommt (um die Strecke X),
wird die Antriebsspannung notwendigerweise auf eine Spannung gleich
oder größer der
Pull-in-Spannung gesetzt. Aus diesem Grund wird die bewegliche plattenartige
Elektrode 11, wenn sie sich über die Strecke von 1/3 des
Abstands von Elektrode zu Elektrode X bewegt, schlagartig in Richtung
des festen Elektrodensubstrats 19 angetrieben, wobei sie
in Kontakt mit der Oberseite des erhöhten Teils 18 des festen
Elektrodensubstrats 19 kommt.
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Wenn
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 abwärts ausgelenkt
wird und deren Unterseite in Kontakt mit der Oberseite des erhöhten Teils 18 des festen
Elektrodensubstrats 19 kommt, tritt ein Phänomen auf,
dass die van-der-Waals-Kraft so zwischen der Unterseite der beweglichen
plattenartigen Elektrode 11 und der Oberseite des erhöhten Teils 18 des Elektrodensubstrats 19 wirkt
oder Einfluss nimmt, dass sie zueinander gezogen werden, und dass
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 nicht augenblicklich
in ihre ursprüngliche
Position rückgestellt wird,
selbst wenn das Anlegen der Antriebsspannung gestoppt wird. Das
bedeutet, dass ein Phänomen auftritt,
dass die bewegliche plattenartige Elektrode 11 und der
erhöhte
Teil 18 des Elektrodensubstrats 19 durch die van-der-Waals-Kraft
zeitweilig oder dauerhaft sich gegenseitig anziehen oder zusammenkleben.
Dieses Phänomen
wird auf diesem technischen Gebiet "Sticking" (Zusammenkleben) genannt. Folglich
ist es unmöglich,
den Weg eines optischen Signals sofort zu schalten, und deshalb
gibt es den Nachteil, dass die Verlässlichkeit von Schaltoperationen
stark beeinträchtigt
ist.
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In
Hinsicht auf das Vorhergehende wird ein optischer Schalter vorgeschlagen,
der so konstruiert ist, dass feinste Vorsprünge entweder auf der dem festen
Elektrodensubstrat 19 gegenüber liegenden Unterseite der
beweglichen plattenartigen Elektrode 11 oder der der beweglichen
plattenartigen Elektrode 11 gegenüber liegenden Oberseite des
festen Elektrodensubstrats 19 gebildet werden, um die Kontaktfläche zwischen
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 und dem festen
Elektrodensubstrat 19 zu reduzieren, oder es wird auf der
Oberseite des festen Elektrodensubstrats 19 ein zweites
festes Elektrodenmuster gebildet, welches das Vorkommen des Zusammenklebens
verhindert, um so das Phänomen zu
verhindern, dass die bewegliche plattenartige Elektrode 11 und
das feste Elektrodensubstrat 19 zeitweilig oder dauerhaft
durch die van-der-Waals-Kraft voneinander angezogen werden. Solch
ein optischer Schalter ist beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 256563/1998, der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 264650/2001 (P2001-264650A) oder der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 39392/2003 (P2003-39392A) offenbart.
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In 3 wird
ein Beispiel eines optischen Schalters nach dem Stand der Technik
gezeigt, in dem eine Mehrzahl von feinsten Vorsprüngen auf
der Oberseite des erhöhten
Teils 18 des festen Elektrodensubstrats 19 geformt
sind, um die Kontaktfläche zwischen
der beweglichen plattenartigen Elektrode 11 und dem erhöhten Teil 18 des
festen Elektrodensubstrats 19 zu reduzieren. 3 ist
ebenso wie 2 eine Schnittansicht, und der
in 3 gezeigte optische Schalter SW2 hat den gleichen
Aufbau, die gleiche Struktur und Form wie der mit Verweis auf die 1 und 2 bereits
besprochene optische Schalter SW1 nach dem Stand der Technik, mit
der Ausnahme, dass eine Mehrzahl von feinsten Vorsprüngen 23 beispielsweise
in Matrix-Art auf der Oberseite des erhöhten Teils 18 des
festen Elektrodensubstrats 19 gebildet ist. Deshalb sind
in 3 Teile und Elemente, die denen in den 1 und 2 entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen versehen und Erklärungen werden, sofern sie nicht notwendig
sind, weggelassen.
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In
dem Fall, wo eine Mehrzahl von feinsten oder sehr kleinen Vorsprüngen 23 zum
Beispiel in Matrix-Art auf der Oberseite des erhöhten Teils 18 des
festen Elektrodensubstrats 19 geformt ist, kommt, wenn
die bewegliche plattenartige Elektrode 11 elektrostatisch
nach unten bewegt wird und in Kontakt mit dem erhöhten Teil 18 des
festen Elektrodensubstrats 19 kommt, die Unterseite der
beweglichen plattenartigen Elektrode 11 mit den punktförmigen Enden
dieser Vorsprünge 23 in
Kontakt, und deshalb ist die bewegliche plattenartige Elektrode 11 nicht
in Flächenkontakt
mit dem erhöhten
Teil 18 des festen Elektrodensubstrats 19. Folglich
ist es möglich,
die Kontaktfläche
zwischen ihnen stark zu reduzieren und das Vorkommen des Zusammenklebens zu
verhindern.
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Um
jedoch zu verhindern, dass die bewegliche plattenartige Elektrode 11 mit
dem erhöhten
Teil 18 des festen Elektrodensubstrats 19 elektrisch
verbunden wird, wenn die bewegliche plattenartige Elektrode 11 zum
festen Elektrodensubstrat 19 hin angetrieben wird und mit
dessen erhöhtem
Teil 18 in Kontakt kommt, müssen die Vorsprünge 23 aus
einem isolierenden Material gefertigt sein oder die Oberflächen der
Vorsprünge 23 müssen mit
einem isolierenden Material bedeckt oder beschichtet sein. In dem Fall,
wo die mehreren Vorsprünge 23 auf
der Oberseite des erhöhten
Teils 18 des festen Elektrodensubstrats 19 gebildet
werden, wird im Allgemeinen ein Fotolack auf die Oberseite des Oxidfilms
(Oxidfilm, gewöhnlich
Siliziumdioxidschicht, benutzt als Maske, wenn der erhöhte Teil 18 gebildet
wird) auf dem erhöhten
Teil 18 aufgetragen, und der Oxidfilm wird in einem den
Vorsprüngen 23 entsprechenden Muster
strukturiert, und dann wird der erhöhte Teil 18 unter
Benutzung des strukturierten Oxidfilms als Maske geätzt. So
werden die mehreren Vorsprünge an
der Oberseite des erhöhten
teils 18 gebildet. Zum Beispiel ist es in dem Fall, wo
eine Mehrzahl von festen Elektrodensubstraten 19, von denen
jedes einen erhöhten
Teil 18 besitzt, auf einem Wafer oder Chip angeordnet sind,
unmöglich,
wenn ein Fotolack auf die Oberseite jedes der erhöhten Teile 18 getropft wird
und diese durch Schleudern des Wafers überzogen wird, den Fotolack
auf der Oberseite jedes erhöhten
Teils 18 befriedigend und mit gleichmäßiger Dicke zu verteilen. Entsprechend
gibt es ein Hindernis, das es sehr schwierig macht, die Vorsprünge 23 mit
hoher Präzision
so zu bilden, dass sie genau auf den gewünschten Positionen liegen und
eine gleichmäßige Höhe besitzen.
Mit anderen Worten ist es in dem Fall, wo der erhöhte Teil 18 auf
der Oberseite des festen Elektrodensubstrats 19 ausgebildet
ist, sehr schwierig, auf dem erhöhten
Teil 18 eine Mehrzahl von sehr kleinen Vorsprüngen 23 mit
hoher Genauigkeit zu bilden, die genau an der gewünschten Position
liegen und eine gleichmäßige Höhe besitzen.
Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 29 in 3 eine
auf der Oberseite des erhöhten
Teils 18 gebildete Isolationsschicht (Oxidfilm). Zusätzlich wird für die Einzelheiten
eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von Vorsprüngen auf
die oben erwähnte
Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 256563/1998,
die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 264650/2001 (P2001-264650A)
oder die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 39392/2003 (P2003-39392A)
verwiesen.
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EP 1 189 092 offenbart einen
optischen Schalter beinhaltend: ein Substrat; eine auf besagtem
Substrat in paralleler Beziehung dazu bereitgestellte stationäre Elektrodenplatte;
eine bewegliche Elektrodenplatte, die auf besagtem Substrat über Flexurteile
montiert und in räumlich
parallelem Verhältnis
zu besagter stationärer
Elektrodenplatte beabstandet ist, so dass besagte bewegliche Elektrodenplatte
auf besagte stationäre
Elektrodenplatte zu und davon weg bewegbar ist; eine erste optische
Faser, die eine erste optische Achse auf einer ersten, in parallelem
Verhältnis
zu besagtem Substrat über
besagte bewegliche Elektrodenplatte verlaufenden, geraden Linie
besitzt und deren erste einen Lichtstrahl aussendende Endspitze
auf besagtem Substrat befestigt ist; eine zweite optische Faser,
die eine optische Achse auf einer zweiten, in parallelem Verhältnis zu
besagter erster gerader Linie über
besagte bewegliche Elektrodenplatte verlaufenden geraden Linie besitzt
und deren Endspitze auf besagtem Substrat befestigt ist; einen ersten
Spiegel, der auf besagter beweglicher Elektrodenplatte gebildet
ist, um besagten ersten, von besagter erster optischer Faser ausgesandten
Lichtstrahl in eine Richtung quer über besagte zweite gerade Linie
zu reflektieren; und einen zweiten Spiegel, der auf besagter beweglicher Elektrodenplatte
gebildet ist, um besagten, von besagtem erstem Spiegel reflektierten
Lichtstrahl als einen zweiten Lichtstrahl entlang besagter zweiter
gerader Linie zum Auftreffen auf die Endfläche besagter Endspitze besagter
zweiter, auf besagtem Substrat befestigter optischer Faser zu reflektieren;
wobei sich besagte bewegliche Elektrodenplatte als Reaktion auf
das Anlegen einer Spannung zwischen besagter beweglicher Elektrodenplatte
und besagter stationärer
Elektrodenplatte bzw. auf die Wegnahme besagter Spannung zwischen
besagter beweglicher und stationärer
Elektrodenplatte auf besagte feste Elektrodenplatte zu bzw. davon
weg bewegt, wodurch besagter erster und zweiter Spiegel aus den
Wegen oder in die Wege besagten ersten Lichtstrahls und besagten,
von besagtem ersten Spiegel reflektierten Lichtstrahls gebracht
werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Schalter
zu Verfügung
zu stellen, der so aufgebaut ist, dass der Abstand von Elektrode
zu Elektrode zwischen der beweglichen plattenartigen Elektrode und
der festen Elektrode des optischen Schalters leicht auf einen gewünschten
Abstand eingestellt werden kann.
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Es
ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen
Schalter zur Verfügung
zu stellen, bei dem mit hoher Genauigkeit eine Mehrzahl von Vorsprüngen oder
ein Elektrodenmuster zur Verhinderung des Vorkommens des Zusammenklebens (Sticking)
leicht auf der auf der Oberfläche
des festen Elektrodensubstrats des optischen Schalters gebildet werden
kann.
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Diese
Ziele werden durch einen optischen Schalter, wie in Anspruch 1 beansprucht,
erreicht. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Mit
der oben beschriebenen Konstruktion kann durch Auswahl der Dicke
des Abstandhalters, der einfach herzustellen ist, der Abstand von
Elektrode zu Elektrode (Spalt) zwischen der beweglichen plattenartigen
Elektrode und der festen Elektrode leicht auf einen gewünschten
Abstand eingestellt werden. Deshalb ist es einfach, den Abstand
von Elektrode zu Elektrode auf einen notwendigen und minimalen Abstand
zu setzen. Da, anders als bei optischen Schaltern nach dem Stand
der Technik, dabei keine Notwendigkeit besteht, einen erhöhten Teil
auf dem festen Elektrodensubstrat zur Verfügung zu stellen, ist die Oberfläche des
festen Elektrodensubstrats, auf der die feste Elektrode zu bilden
ist, flach. Deshalb kann ein Elektrodenmuster zur Verhinderung des
Vorkommens des Zusammenklebens (Sticking) o. dgl. leicht mit hoher
Genauigkeit auf der Oberfläche
des festen Elektrodensubstrats gebildet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht, die ein Beispiel des optischen Schalters nach dem
Stand der Technik zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1, gesehen
in Richtung der Pfeile;
-
3 ist
eine Schnittansicht wie in 2, die ein
anderes Beispiel des optischen Schalters nach dem Stand der Technik
zeigt;
-
4 ist
eine Draufsicht, die eine erste Ausgestaltung des optischen Schalters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
5 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in 4, gesehen
in Richtung der Pfeile;
-
6 ist
eine Explosionsdarstellung des in 4 gezeigten
optischen Schalters;
-
7A bis 7I sind
Schnittansichten zur Erklärung
eines Herstellungsverfahrens eines oberen Substrats des in 4 gezeigten
optischen Schalters in der Reihenfolge des Herstellungsprozesses;
-
8A bis 8G sind
Schnittansichten zur Erklärung
eines Herstellungsverfahrens eines unteren Substrats des in 4 gezeigten
optischen Schalters in der Reihenfolge des Herstellungsprozesses;
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9A bis 9E sind
Schnittansichten zur Erklärung
eines Herstellungsprozesses eines Abstandhalters des in 4 dargestellten
optischen Schalters in der Reihenfolge des Herstellungsprozesses;
-
10 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Ausgestaltung des
optischen Schalters gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
11 ist
eine Draufsicht, die eine zweite Ausgestaltung des optischen Schalters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
-
12 ist
eine Draufsicht, die eine dritte Ausgestaltung des optischen Schalters
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
-
Die
bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen
ausgestaltet werden und sollte nicht als auf die nachfolgend aufgeführten Ausgestaltungen
beschränkt
aufgefasst werden; allerdings werden die Ausgestaltungen so zur
Verfügung
gestellt werden, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig sein
wird und den Anwendungsbereich für diejenigen,
die mit der Technik vertraut sind, vollständig vermitteln wird.
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Zuerst
wird eine erste Ausgestaltung des optischen Schalters gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 4 bis 9 im Detail beschrieben. Diese erste Ausgestaltung
benutzt eine Technik zum Bilden von Spiegeln und V-förmigen Rillen
unter Benutzung von orientierungsabhängigem Nassätzen oder chemisch anisotropem
Nassätzen, wie
es zum Beispiel in der oben erwähnten
Japanischen Patentanmeldung Nr. 243582/2001 (oder PCT/JP02/08177)
beschrieben wird. In dem Fall, wo solch eine Technik zum Bilden
von Spiegeln und V-förmige
Rillen unter Benutzung des richtungsabhängigen Nassätzens, wie in der oben erwähnten Japanischen
Patentanmeldung Nr. 243582/2001 beschrieben wird, benutzt wird,
können,
selbst wenn die Ätzzeit
nicht mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, zwei oder vier
sich von der Oberseite der beweglichen plattenartigen Elektrode
im Wesentlichen in einem Winkel von 90° erhebende Mikrospiegel mit hoher
Präzision
einteilig mit der beweglichen plattenartigen Elektrode gefertigt
werden. Zur gleichen Zeit können
den Mikrospiegeln entsprechende V-förmige Rillen mit hoher Präzision in
Lagen, die jeweils genau einen Winkel von 45° mit der jeweiligen Spiegelfläche der
Mikrospiegel bilden, hergestellt werden. Darüber hinaus bilden zwei sich
gegenüber
stehende Spiegelflächen
der gefertigten Mikrospiegel genau einen Winkel von 45° zueinander.
Entsprechend ist es möglich,
jeden Mikrospiegel und jede diesem entsprechende V-förmige Rille
mit hoher Genauigkeit aufeinander auszurichten, und so kann ein
auf dem entsprechenden Mikrospiegel einfallendes optisches Signal
von einer ausgabeseitigen optischen Faser in eine eingabeseitige
optische Faser eingegeben werden, indem das optische Signal zweimal
durch die zwei sich mit hoher Genauigkeit gegenüberstehenden Spiegelflächen mit
geringem optischen Verlust reflektiert wird.
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4 ist
eine Draufsicht, die eine erste Ausgestaltung des optischen Schalters
gemäß vorliegender
Erfindung zusammen mit optischen Fasern zeigt, 5 ist
eine allgemeine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in 4,
gesehen in Richtung der Pfeile, und 6 ist eine
Explosionsdarstellung der ersten Ausgestaltung des in 4 gezeigten
optischen Schalters. Auch der optische Schalter SW3 der ersten Ausgestaltung
ist ein optischer 2×2-Schalter,
der den gleichen Aufbau und die gleiche Struktur wie die bereits
oben in Bezug auf die 1 bis 3 besprochenen
optischen Schalter besitzt und umfasst: ein in Draufsicht im Allgemeinen
rechteckiges erstes Substrat (nachfolgend als unteres Substrat bezeichnet) 40,
das aus einer in Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen dicken einkristallinen
Siliziumschicht 44, einer Isolationsschicht (beispielsweise
eine Siliziumdioxid-(SiO2)-Schicht) 43,
die auf der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 44 gebildet ist,
und einer in Draufsicht im Allgemeinen quadratischen festen oder
stationären
Elektrode 41 gebildet ist, die auf der Oberseite der Isolationsschicht 43,
im Wesentlichen deren mittleren Teil, gebildet ist; ein in Draufsicht
im Allgemeinen rechteckiges zweites Substrat (nachfolgend als oberes
Substrat bezeichnet) 60, das aus einer in Draufsicht im
Allgemeinen rechteckigen dicken einkristallinen Siliziumschicht 61,
einer Isolationsschicht 62 (zum Beispiel einer Siliziumdioxidschicht) 62,
die auf der Unterseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildet
ist, und einer dünnen
einkristallinen Siliziumschicht 63 gebildet ist, die auf
der Unterseite der Isolationsschicht 62 geformt ist; und
einen Abstandhalter 50 zur zueinander parallelen Nebeneinanderstellung
des unteren Substrats 40 und des oberen Substrats 60 mit
einem vorgegebenen Abstand oder Spalt dazwischen.
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In
dieser Ausgestaltung wird ein SOI(Silicon On Insulator)-Substrat
mit einer Drei-Schichten-Struktur,
einer in Draufsicht im Allgemeinen rechteckigen dicken einkristallinen
Siliziumschicht 61, einer auf der Oberseite der dicken
einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildeten Siliziumdioxidschicht als
Isolationsschicht 62 und einer dünnen, mit der Oberseite der
Siliziumdioxidschicht 62 verbundenen einkristallinen Siliziumschicht 63 vorbereitet,
und das SOI-Substrat wird durch Drehen der oberen Seite nach unten,
wie aus 5 leicht ersichtlich ist, als das
obere Substrat 60 benutzt. Wie später beschrieben wird, können aus
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 des oberen
Substrats 60 unter Benutzung des richtungsabhängigen Nassätzens vier
dünne plattenartige
Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2,
ebenso wie vier V-förmige
Rillen 64A1, 64A2, 64B1 und 64B2,
in denen jeweils die optischen Fasern 31A, 32A, 31B und 32B zu
montieren sind, gefertigt werden. Im Falle der Herstellung der vier
dünnen
plattenartigen Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 wird
die am Rand der vier Mikrospiegel vorhandene einkristalline Siliziumschicht 61 geätzt und
auf einer in Draufsicht im Allgemeinen quadratischen Fläche entfernt,
und es entsteht gleichzeitig eine in Draufsicht im Allgemeinen quadratische Öffnung 66 in
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61. Da die vier
Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 im
Wesentlichen im mittleren Teil der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildet
werden, wird die Öffnung 66 ebenso
im Wesentlichen im mittleren Teil der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildet,
und die vier V-förmigen Rillen 64A1, 64A2, 64B1 und 64B2 werden
auf der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 in
ihrer Längsrichtung
gebildet, wobei zwei Rillen parallel zueinander auf der Oberseite
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 auf der einen
Seite der Öffnung 66 gebildet
werden und zwei Rillen parallel zueinander auf der Oberseite der
dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 auf der anderen
Seite der Öffnung 66 gebildet
werden. Weiterhin wird in dieser Ausges taltung das SOI-Substrat,
das auf seiner Oberseite die dicke einkristalline Siliziumschicht 61 mit
einer (100)-Kristallfläche
besitzt, benutzt, und das richtungsabhängige Nassätzen wird auf diese dicke einkristalline
Siliziumschicht 61 angewendet.
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Auf
der anderen Seite können
aus der dünnen
einkristallinen Siliziumschicht 61 des oberen Substrats 60 durch
photolithographische Technik die in Draufsicht im Allgemeinen quadratische
bewegliche plattenartige Elektrode 67 und die vier flexiblen Balken
(jeweils Flexur genannt) 68A1, 68A2, 68B1 und 68B2 zur
Unterstützung
der beweglichen plattenartigen Elektrode 67, damit diese
auf das untere Substrat 40 zu und von ihm weg beweglich
ist, einteilig gebildet werden. Die bewegliche plattenartige Elektrode 67 ist
so gebildet, dass sie unter der Öffnung 66 in
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 positioniert
werden kann, und die vier dünnen
plattenartigen Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 stehen
aufrecht auf der Oberseite der beweglichen plattenartigen Elektrode 67.
Folglich befinden sich die vier Mikrospiegel innerhalb der Öffnung 66,
wenn die bewegliche plattenartige Elektrode 67 nicht angetrieben
wird. Weiterhin erübrigt
es sich zu sagen, dass die im Allgemeinen quadratische Öffnung 66 in einer
solchen Größe in der
dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 ausgebildet ist,
dass sie die bewegliche plattenartige Elektrode 67 und
die vier Balken 68A1, 68A2, 68B1 und 68B2 in
sich aufnehmen kann.
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Die
Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 werden
durch Bildung von vier dünnen
plattenartigen Spiegelkörpern
aus einkristallinem Silizium unter Anwendung eines chemisch anisotropen Ätzens auf
die dicke einkristalline Siliziumschicht 61 des oberen
Substrats und durch Bedecken der Wandflächen der dünnen plattenartigen Spiegelkörper mit
einem Metall wie Gold (Au), etc. oder einer doppelten Film-Schicht
von Gold und Chrom hergestellt.
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Jeder
der vier flexiblen Balken 68A1, 68A2, 68B1 und 68B2 erstreckt
sich von einer entsprechenden Kante der dünnen einkristallinen Siliziumschicht 63,
die sich die dazwischen liegende Öffnung 66 hinweg gegenüberliegen,
entlang einer entsprechenden der vier Seiten der beweglichen plattenartigen
Elektrode 67, wobei sich zwei Balken entlang einer Kante der
dünnen
einkristallinen Siliziumschicht 63 erstrecken und die verbleibenden
zwei Balken sich entlang der anderen Kante der dünnen einkristallinen Siliziumschicht 63 erstrecken.
Das freie Ende jedes Balkens ist einteilig mit der entsprechenden
der vier Ecken der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 verbunden.
In dieser Ausgestaltung sind die Basen der zwei Balken 68A1 und 68A2 einteilig
mit der Kante der dünnen
einkristallinen Siliziumschicht 63 verbunden, welche auf
der linken Seite in 4 liegt, und die Basen der verbleibenden
zwei Balken 68B1 und 68B2 sind einteilig mit der
Kante der einkristallinen Siliziumschicht 63 verbunden,
die in 4 auf der rechten Seite liegt.
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Jede
der vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, und 64B1, 74B2 erstreckt
sich von der entsprechenden der entgegengesetzten Seiten der Öffnung 66 zum
entsprechenden der entgegengesetzten Enden der dicken einkristallinen
Siliziumschicht 61 in deren Längsrichtung, und die beiden
V-förmigen
Rillen, 64A1 und 64B2 und die beiden V-förmigen Rillen 64A2 und 64B1,
die in Längsrichtung
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 einander über die
dazwischen liegende Öffnung 66 gegenüber liegen, sind
aufeinander ausgerichtet.
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Die
vier dünnen
plattenartigen Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 haben
im Wesentlichen die gleiche Form und Größe, und die beiden Mikrospiegel 65A1 und 65B1 sind
auf einer ersten geraden Linie, die im Wesentlichen durch die Mitte
der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 verläuft und
mit einer horizontalen Linie einen Winkel von 45° bildet, angeordnet. Die verbleibenden
zwei Mikrospiegel 56A2 und 65B2 sind auf einer
zweiten geraden Linie angeordnet, die im Wesentlichen durch die
Mitte der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 verläuft und zur
ersten geraden Linie senkrecht steht. Diese Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 sind
in solchen Positionen angeordnet, dass sie im Wesentlichen in radialer
Richtung den gleichen Abstand vom Schnittpunkt der ersten und der
zweiten geraden Linie besitzen und dass axiale Linien der zwei entsprechenden
V-förmigen
Rillen 64A1 und 64B2 und der zwei entsprechenden
V-förmigen
Rillen 64A2 und 64B1 im Wesentlichen durch die
Mitten der Mikrospiegel verlaufen.
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In
den vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2 und 64B1, 64B2 sind
optische Fasern angeordnet und gesichert. In dieser Ausgestaltung
sind eine ausgabeseitige optische Faser 31A und eine eingabeseitige
optische Faser 32A in den auf der linken Seite in 4 gelegenen
V-förmigen
Rillen 64A1 beziehungsweise 64A2 angeordnet und
gesichert, und in den auf der rechten Seite in 4 gelegenen
V-förmigen
Rillen 64B1 und 64B2 sind eine ausgabeseitige
optische Faser 31B beziehungsweise eine eingabeseitige
optische Faser 32B angeordnet und gesichert. Im Ergebnis
liegen sich die in der V-förmigen Rille 64A1 gesicherte
ausgabeseitige optische Faser 31A und die in der V-förmigen Rille 64B2 gesicherte eingabeseitige
optische Faser 32B einander gegenüber und sind aufeinander ausgerichtet
(sind auf der gleichen optischen Achse angeordnet), und die in der V-förmigen Rille 64A2 gesicherte
eingabeseitige optische Faser 32A und die in der V-förmigen Rille 64B1 gesicherte
ausgabeseitige optische Faser 31B liegen sich gegenüber und
sind aufeinander ausgerichtet (sind auf der gleichen optischen Achse
angeordnet). Weiterhin bildet jede der die V-Form bildenden Rillenflächen der
vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, 64B1 und 64B2 eine
(111)-Kristallfläche.
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Das
in Draufsicht im Allgemeinen rechteckige untere Substrat 40 besitzt
im Wesentlichen die gleiche Form und Größe wie das obere Substrats 60, und
die in Draufsicht im Allgemeinen quadratische feste Elektrode 41,
die im Wesentlichen im mittleren Teil der Oberseite der Isolationsschicht
(Siliziumdioxidschicht in dieser Ausgestaltung) 43 liegt,
besitzt im Wesentlichen in Draufsicht die gleiche Größe und Form
wie die der beweglichen plattenartigen Elektrode 67, mit
einem vorgegebenen Abstand oder Spalt dazwischen. In dieser Ausgestaltung
ist eine Mehrzahl von feinsten Vorsprüngen 42, beispielsweise
in Matrix-Art, auf der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 44 gebildet,
wobei die feinsten Vorsprünge
in dem Bereich, in dem die feste Elektrode 41 gebildet
ist, gebildet sind und nur ein wenig von der Oberseite der festen
Elektrode 41 hervorstehen. Zusätzlich ist die feste Elektrode 41 aus
einem Doppelschicht-Film von Gold/Chrom hergestellt.
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Der
Abstandhalter 50 ist ein in Draufsicht im Allgemeinen rechteckiges
plattenartiges Teil, das eine vorgegebene Dicke besitzt und in dem
im Wesentlichen in dessen mittlerem Teil ein in Draufsicht im Allgemeinen
quadratisches Durchgangsloch 51 gebildet ist. Der Abstandhalter 50 besitzt
in Draufsicht im Allgemeinen die gleiche Form und Größe wie das
untere Substrat 40 und kann beispielsweise aus einem Silizium-Einkristallsubstrat
hergestellt sein. Das Durchgangsloch 51 des Abstand halters 50 ist
in einer Lage gebildet, welche der Öffnung 66 der dicken
einkristallinen Siliziumschicht 61 gegenüber liegt
und die in Draufsicht im Allgemeinen die gleiche Form und Größe besitzt
wie die Öffnung 66.
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Der
oben konstruierte Abstandhalter ist zwischen dem oberen Substrat 60 und
dem unteren Substrat 40, die beide wie oben besprochen
aufgebaut sind, angeordnet, um einen vorgegebenen Abstand von Elektrode
zu Elektrode oder einen vorgegebenen Spalt zwischen der festen Elektrode 41 des unteren
Substrats 40 und der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 des
oberen Substrats 60 zu geben. Die Oberseite des Abstandhalters 50 ist
mit der Unterseite der dünnen
einkristallinen Siliziumschicht 63 des oberen Substrats 60 mit
einem geeigneten Kleber verbunden, und desgleichen ist die Unterseite des
Abstandhalters 50 mit der Oberseite der Siliziumdioxidschicht 43 des
unteren Substrats 40 mit einem geeigneten Kleber verbunden,
so dass das obere Substrat 60, der Abstandhalter 50 und
das untere Substrat 60 einen Körper bilden und so der optische Schalter
SW3, wie in den 4 und 5 gezeigt, aufgebaut
ist. Weiterhin können
sie, anstatt dass ein Kleber benutzt wird, unter Benutzung von Lot
oder alternativ durch direktes Verbinden, wie etwa elektrostatisches
Verbinden, miteinander verbunden sein.
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Auf
diese Weise werden das obere Substrat 60, der Abstandhalter 50 und
das untere Substrat 40 verbunden und zu einem Körper zusammengefügt, so dass
die bewegliche plattenartige Elektrode 67 der festen Elektrode 41 gegenüberliegt
und mit einem vorgegebenen Abstand von Elektrode zu Elektrode (Spalt)
dazwischen parallel neben ihr liegt und, durch die vier die bewegliche
plattenartige Elektrode 67 unterstützenden Balken 68A1, 68A2, 68B1 und 68B2 innerhalb
der Öffnung 66 und
des Durchgangslochs 51, unterstützt, auf die feste Elektrode 41 zu
oder von ihr weg bewegt oder ausgelenkt werden kann.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung des wie oben besprochen aufgebauten
oberen Substrats 60 in der Reihenfolge des Herstellungsprozesses
unter Bezugnahme auf die 7A bis 7I beschrieben.
-
Zuerst
wird, wie in 7A gezeigt, ein in Draufsicht
im Allgemeinen rechteckiges SOI-Substrat 71 durch Drehen
der Unterseite nach oben vorbereitet. Im Allgemeinen ist das SOI-Substrat
aus drei Schichten aufgebaut, welche aus einem dicken Trägersubstrat
aus dickem einkristallinem Silizium, einer Isolationsschicht auf
der Oberseite des Trägersubstrats
und einer dünnen
einkristallinen Siliziumschicht auf der Oberseite der Isolationsschicht
bestehen. In diesem Beispiel ist, da das SOI-Substrat mit der Unterseite nach oben
benutzt wird, in 7A die dicke einkristalline
Siliziumschicht 61 in der obersten Position platziert,
eine aus Siliziumdioxid bestehende Isolationsschicht 62 ist
auf der Unterseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildet,
und die dünne einkristalline
Siliziumschicht 63 ist auf der Unterseite der Siliziumdioxidschicht 62 gebildet.
Die Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 besitzt eine
(100)-Kristallfläche.
-
Als
nächstes
werden sämtliche
Oberflächen des
SOI-Substrats 71 oxidiert. Im Ergebnis wird, wie in 7B gezeigt,
ein Oxidfilm (Siliziumdioxidschicht) 72 auf der Oberseite
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 des SOI-Substrats 71 gebildet,
welche dessen oberste Schicht ist, und gleichzei tig wird ein Oxidfilm
(Siliziumdioxidschicht) 73 auf der Unterseite der dünnen einkristallinen
Siliziumschicht 63 des SOI-Substrats 71 gebildet,
welche dessen unterste Schicht ist.
-
Dann
wird, wie in 7C gezeigt, unter Benutzung
von photolithografischer Technik eine Strukturierung des auf der
Unterseite der dünnen
einkristallinen Siliziumschicht 63 gebildeten Oxidfilms 73 durchgeführt, um
Teile des Oxidfilms, welche den Formen oder Mustern der vier Balken 68A1, 68A2, 68B1 und 68B2 beziehungsweise
der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 entsprechen,
zu belassen.
-
Danach
wird, wie in 7D gezeigt, die dünne einkristalline
Siliziumschicht 63 des SOI-Substrats 71, das die
unterste Schicht darstellt, unter Benutzung des strukturierten Oxidfilms 73 als
Maske geätzt,
wodurch die bewegliche plattenartige Elektrode 67 und die
vier Balken 68A1, 68A2, 68B1 und 68B2 gebildet
werden.
-
Als
Nächstes
wird, wie in 7E gezeigt, der verbleibende
Oxidfilm 73 entfernt, und danach wird wiederum ein Oxidfilm 74 auf
der Unterseite des SOI-Substrats 71 gebildet. Alternativ
dazu kann die gesamte Oberfläche
des SOI-Substrats oxidiert werden, ohne den verbleibenden Oxidfilm 73 zu
entfernen.
-
Dann
wird, wie in 7F gezeigt, eine Strukturierung
des auf der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildeten
Oxidfilms 72 ausgeführt,
um die den Formen oder Mustern der vier Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B12 und 65B2 bzw.
der vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, 64B1 und 64B2 entsprechenden
Teile zu belassen.
-
Als
Nächstes
wird, wie in 7G gezeigt, unter Verwendung
des strukturierten Oxidfilms 72 als Maske die dicke einkristalline
Siliziumschicht 61 des SOI-Substrats 71, welche
dessen oberste Schicht ist, durch chemisch anisotropes Nassätzen geätzt, um die
vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, 64B1 und 64B2 (64A2 und 64B1 sind
in der 7G nicht zu sehen) auf der Oberseite
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 zu bilden
und die vier Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B12 und 65B2 (65A2 und 65B1 sind in
der 7G nicht zu sehen) der dicken einkristallinen
Siliziumschicht zu bilden, die auf der Oberseite der beweglichen
plattenartigen Elektrode 67 durch die Siliziumdioxidschicht 62 aufgerichtet
sind.
-
Dann
werden, wie in 7H gezeigt, die Oberflächen der
Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B12 und 65B2 (inklusive
des Oxidfilms auf der Oberseite jedes Mikrospiegels) mit einem Doppelschicht-Film von
Gold und Chrom bedeckt, um die Spiegelflächen darauf zu bilden.
-
Danach
werden, wie in 7I gezeigt, die jeweils auf
der oberen und Unterseite des SOI-Substrats verbleibenden Oxidschichten 72 und 74 entfernt. Auf
diese Weise ist das Substrat 60 vollständig.
-
Als
Nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung des wie oben besprochen aufgebauten
unteren Substrats 40 anhand der Abfolge der Herstellungsprozesse
unter Bezugnahme auf die 8A bis 8G besprochen.
-
Zuerst
wird, wie in 8A gezeigt, ein in Draufsicht
im Allgemeinen rechteckiges Silizium-Einkristall-Substrat 44 vorbereitet, das
eine vorgegebene Dicke besitzt.
-
Als
nächstes
wird die gesamte Oberfläche des
Silizium-Einkristall-Substrat 44 oxidiert, um, wie in 8B gezeigt,
einen Oxidfilm 45 und einen Oxidfilm 46 auf jeweils
der Oberseite und der Unterseite des Silizium-Einkristall-Substrats 44 zu
bilden.
-
Dann
wird, wie in 8C gezeigt, eine Strukturierung
des auf der Oberseite des Silizium-Einkristall-Substrats 44 gebildeten Oxidfilms 45 ausgeführt, um
die Teile des Oxidfilms 45, die der Form oder der Struktur
der mehreren Vorsprünge 42 entsprechen, zu
belassen.
-
Danach
wird, wie in 8D gezeigt, das Silizium-Einkristall-Substrat 44 durch
chemisch anisotropes Nassätzen
unter Benutzung des strukturierten Oxidfilms 45 als Maske
geätzt,
um dadurch die mehreren Vorsprünge 42 auf
der Oberseite des Silizium-Einkristall-Substrats 44, im
Wesentlichen in dessen Mitte, zu bilden.
-
Als
nächstes
wird der verbleibende Oxidfilm 45 auf der Oberseite der
Vorsprünge 42 entfernt,
und danach wird, wie in 8E gezeigt,
wieder ein Oxidfilm 43 auf der Oberseite des Silizium-Einkristall-Substrats 44 einschließlich der
Vorsprünge 42 gebildet.
-
Dann
wird, wie in 8F gezeigt, ein Doppelschicht-Film 47 von
Gold/Chrom auf der Oberseite des Oxidfilms 43 mit der Chromschicht
als Grundierung gebildet. Die Dicke des Doppelschicht-Films 47 wird
auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als die Höhe (oder
Dicke) des die mehreren sehr kleinen Vorsprünge bedeckenden Oxidfilms 43.
-
Danach
wird der Gold/Chrom-Doppelschicht-Film 47, außer an einer
der festen Elektrode 41 entsprechenden Stelle, entfernt.
Zu dieser Zeit wird auch der die Vorsprünge 42 bedeckende
Doppelschicht-Film 47 entfernt.
-
Auf
diese Weise wird, wie in 8G gezeigt, das
untere Substrat 40 vervollständigt, in dem die in Draufsicht
im Allgemeinen quadratische feste Elektrode 41 im Wesentlichen
auf dem mittleren Teil des Silizium-Einkristall-Substrats 44 durch
den Oxidfilm 43 gebildet ist und Teile des Oxidfilms 43,
die Vorsprünge 42 bedecken,
aus der Oberseite der festen Elektrode 41 vorspringen.
Weiterhin ist die feste Elektrode 41 nicht auf den Gold/Chrom-Doppelschicht-Film 47 beschränkt.
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Als
nächstes
wird eine Methode zur Herstellung des wie oben besprochen aufgebauten
Abstandhalters 50 anhand der Abfolge der Herstellungsprozesse
unter Verweis auf die 9A bis 9E beschrieben.
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Zuerst
wird, wie in 9A gezeigt, ein in Draufsicht
im Allgemeinen rechteckiges Silizium-Einkristall-Substrat 52 mit vorgegebener
Dicke vorbereitet.
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Als
nächstes
wird die gesamte Oberfläche des
Silizium-Einkristall-Substrats 52 oxidiert, um, wie in 9B gezeigt,
einen Oxidfilm 53 und einen Oxidfilm 54 auf der
Oberseite beziehungsweise auf der Unterseite des Silizium-Einkristall-Substrats 52 zu bilden.
-
Dann
wird, wie in 9C gezeigt, eine Strukturierung
des auf der Unterseite des Silizium-Einkristall-Substrats 52 gebildeten Oxidfilms 54 ausgeführt, um
einen der Form oder der Struktur des Durchgangslochs 51 entsprechenden
Teil des Oxidfilms 54 zu entfernen.
-
Danach
wird, wie in 9D gezeigt, das Silizium-Einkristall-Substrat 52 unter
Benutzung beispielsweise einer KOH-Lösung unter Verwendung des strukturierten
Oxidfilms 54 als Maske geätzt, wodurch das Durchgangsloch 51 gebildet
wird.
-
Als
nächstes
werden, wie in 9E gezeigt, der Oxidfilm 53 und 54 auf
der Oberseite beziehungsweise der Unterseite des Silizium-Einkristall-Substrats 52 entfernt.
Auf diese Weise wird der Abstandhalter 50 mit vorgegebener
Dicke, in dem ein in Draufsicht im Allgemeinen rechteckiges Durchgangsloch 51 im
Wesentlichen im mittleren Teil des Abstandhalters 50 gebildet
ist, vervollständigt.
-
Auf
solche Weise wird das obere Substrat 60, das untere Substrat 40 und
der Abstandhalter 50, welche die gleiche Bauweise, Struktur
und Form wie die jeweils in den 4 und 5 gezeigten
besitzen, hergestellt, und der optische Schalter SW3 wird vervollständigt, indem
das obere Substrat 60 und das untere Substrat 40 mit
dazwischen gesetzten Abstandhalter 50 verbunden werden,
um daraus einen Körper
zu bilden.
-
Im
wie oben beschrieben aufgebauten optischen Schalter SW3 ist, da
das obere Substrat 60, aus dem die bewegliche plattenartige
Elektrode 67 gebildet ist, mit dem unteren Substrat 40,
aus dem die feste Elektrode 41 gebildet ist, durch den
dazwischengesetzten Abstandhalter 50 verbunden ist, der Abstand
von Elektrode zu Elektrode (Spalt) zwischen der beweglichen plattenartigen
Elektrode 67 und der Oberfläche der festen Elektrode 41 abhängig von
der Dicke des Abstandhalters 50 eingestellt. Entsprechend
kann der Abstand von Elektrode zu Elektrode durch Auswahl der Dicke
des Abstandhalters 50 mit einer gewünschten Dicke auf einen gewünschten
Abstand eingestellt werden. In der Konsequenz ist es ein Leichtes,
den Abstand von Elektrode zu Elektrode auf einen notwendigen und
minimalen Abstand zu setzen, um die Betriebsspannung so weit wie
möglich zu
reduzieren.
-
Da
der optische Schalter SW3 so aufgebaut ist, dass der Abstand von
Elektrode zu Elektrode durch den Abstandhalter 50 eingestellt
wird, besteht anders als bei den in den 1 bis 3 gezeigten optischen
Schaltern SW1 und SW2 nach dem Stand der Technik keine Notwendigkeit,
einen erhöhten
Teil auf dem festen Elektrodensubstrat (dem unteren Substrat) zur
Verfügung
zu stellen, was bedeutet, dass das untere Substrat 40 eine
flache Oberseite besitzt. Deshalb können verschiedene Typen von Strukturierung
mit hoher Genauigkeit auf die Oberseite des unteren Substrats 40 aufgebracht
werden. Als Ergebnis kann, um dem Vorkommen von Zusammenkleben (Sticking)
vorzubeugen, wie in der ersten Ausgestaltung mit hoher Genauigkeit
die Bildung einer Mehrzahl von Vorsprüngen 42 in einer matrixartigen
Anordnung an der Oberseite des unteren Substrats 40 und
die Ausformung der festen Elektrode 41 in einer vorgegebenen
Form auf der Oberseite des unteren Substrats 40 ausgeführt werden.
-
Darüber hinaus
sind in dieser Ausgestaltung die vier Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 65B2 und die
vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, 64B1 64B2 durch
die Anwendung des chemisch anisotropen Nassätzens auf dieselbe dicke einkristalline
Siliziumschicht 61, deren Oberseite eine (100)-Kristallfläche besitzt,
zusammen ausgebildet. Aus diesem Grunde sind, wie in der oben erwähnten Japanischen
Patentanmeldung Nr. 243582/2001 (oder PCT/JP02/08177) oder der oben
erwähnten
Veröffentlichung
von Philippe Helin et al. bei der vertikalen Fläche jedes Mikrospiegels, die
einen rechten Winkel mit einer horizontalen Fläche mit(100)-Kristallfläche bildet,
die Genauigkeit in der Senkrechten und in der Ebenheit jedes Mikrospiegels
sehr hoch. Entsprechend kann ein eingespeister optischer Strahl
mit geringem optischen Verlust reflektiert werden, und es tritt
keine Ablenkung des reflektierten optischen Strahls in vertikaler
Richtung auf.
-
Wenn
die vier Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 65B2,
von denen jeder eine Spiegelfläche
mit einer (100)-Kristallfläche
besitzt und bei denen zwei sich gegenüber liegende Spiegelflächen zusammen einen
rechten Winkel bilden, und die vier auf die Mikrospiegel auszurichtenden
V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, 64B1 64B2 zur
Verlegung und Sicherung der optischen Fasern darin gemeinsam durch
die Anwendung von chemisch anisotropem Nassätzen auf dieselbe dicke einkristalline
Siliziumschicht, die eine Oberseite mit einer (100)-Kristallfläche besitzt,
unter Benutzung desselben Ätzmittels
gebildet werden, sind jeder Mikrospiegel und eine zugehörige V-förmige Rille
mit hoher Genauigkeit aufeinander ausgerichtet. Zusätzlich kann,
bevor das chemisch anisotrope Nassätzen ausgeführt wird, die Strukturierung der
Masken zur gleichen Zeit gemacht werden. Darüber hinaus können, da
das chemisch anisotrope Nassätzen
nur einmal ausgeführt
wird, die Mikrospiegel und die V-förmigen Rillen zur gleichen
Zeit durch eine Strukturierung der Maske und ein chemisch anisotropes Ätzen gebildet
werden, woraus eine bemerkenswerte Verbesserung der Arbeitseffizienz
oder des Herstellungsprozesses resultiert.
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Da
die Mikrospiegel und die V-förmigen
Rillen gemeinsam durch das chemisch anisotrope Nassätzen gebildet
werden, wird weiterhin die dicke einkristalline Siliziumschicht
unter Benutzung des identischen Ätzmittels
zur gleichen Zeit geätzt,
und deshalb kann die Ätzrate
für die
einander zugewandten Spiegelflächen
der Mikrospiegel und die Ätzrate
für die
angrenzenden, zueinander parallelen V-förmigen Rillen 64A1, 64A2 und 64B1, 64B2 (von
denen jede Rillenfläche
eine (111)-Kristallfläche ist)
so gesteuert werden, dass die Ätzraten
im Wesentlichen gleich werden. Entsprechend ist es möglich, dass
die durch Fehler in der Ätzrate,
der Ätzzeit
und ähnliches
entstehenden Abweichungen der Achsen des optischen Weges im Wesentlichen
zu Null gemacht werden, und deshalb können jeweils von den ausgabeseitigen,
jeweils in den V-förmigen
Rillen 64A1 und 64B1 verlegten und befestigten
optischen Fasern 31A und 31B ausgesendete optische
Strahlen im Wesentlichen perfekt durch die Mikrospiegel reflektiert
werden und auf den entsprechenden eingabeseitigen optischen Fasern 32A und 32B,
welche jeweils in den V-förmigen
Rillen 64A2 und 64B2 verlegt und befestigt sind,
auftreffen. Für
weitere Details dazu wird auf die oben erwähnte Japanische Patentanmeldung
Nr. 243582/2001 (oder PCT/JP02/08177) verwiesen.
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Wie
in der ersten Ausgestaltung kann ein optischer Mehrkanal-2×2-Schalter
auf kleinem Raum hergestellt werden, wenn der Aufbau verwendet wird, in
dem zwei V-förmige
Rillen 64A1 und 64A2 parallel zueinander auf einer
Seite der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 nebeneinander
gesetzt werden und zwei V-förmige
Rillen 64B1 und 64B2 parallel zueinander auf der
anderen Seite der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 nebeneinander
gesetzt werden.
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10 ist
eine perspektivische Darstellung, die eine modifizierte Ausgestaltung
des optischen Schalters gemäß vorliegender
Erfindung zeigt, und die einen optischen Vierkanal-2×2-Schalter
darstellt, bei dem vier der in 4 gezeigten
optischen Schalter SW3 der ersten Ausgestaltung parallel zueinander
nebeneinander gesetzt sind. Es ist klar, dass die modifizierte Ausgestaltung
des optischen Schalters durch das gleiche Herstellungsverfahren
wie das des optischen Schalters der ersten Ausgestaltung hergestellt
werden kann und die gleiche Funktion und Effekte erhalten werden.
Entsprechend werden in 10 Teile und Elemente, die jenen
in den 4 und 5 gezeigten entsprechen, mit
den gleichen daran angebrachten Bezugszeichen bezeichnet, und ihre
Beschreibung wird weggelassen. Weiterhin kann sich die Anzahl der
Kanäle
in Abhängigkeit
der Benutzung des optischen Schalters ändern und ist nicht auf vier
Kanäle
beschränkt.
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In
der oben erwähnten
ersten Ausgestaltung und der modifizierten Ausgestaltung wurden
die vier Mikrospiegel 65A1, 65A2, 65B1 und 65B2 und
die vier V-förmigen
Rillen 64A1, 64A2, 64B1, 64B2 durch
Anwendung des chemisch anisotropen Nassätzens auf die dicke einkristalline
Siliziumschicht 61 gebildet; die Mikrospiegel und die die
optischen Fasern sichernden V-förmigen
Rillen können
aber auch durch Anwendung eines Trockenätzens der dicken einkristallinen
Siliziumschicht 61 gebildet werden.
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11 ist
eine Draufsicht, die eine zweite Ausgestaltung des optischen Schalters
gemäß vorliegender
Erfindung zeigt. Der optische Schalter SW4 der zweiten Ausgestaltung
ist ein optischer 2×2-Schalter, der mit
Ausnahme der Mikrospiegel und der die optischen Fasern sichernden
Rillen die gleiche Bauweise und Struktur wie der unter Bezugnahme
auf die 4 bis 6 bereits
besprochene optische Schalter SW3 der ersten Ausgestaltung besitzt,
und so werden in 11 Teile und Elemente, die jenen
in den 4 bis 6 entsprechen, mit den gleichen
Bezugszeichen wie dort bezeichnet, und ihre Erklärung wird weggelassen, sofern
sie nicht notwendig ist.
-
In
der zweiten Ausgestaltung wird die dicke einkristalline Siliziumschicht 61 (in 11 nicht
zu sehen) durch ein Trockenätzen
geätzt,
um auf der Oberseite der beweglichen plattenartigen Elektrode 67,
im Wesentlichen in deren mittlerem Teil, durch die Isolationsschicht 62 (in 11 nicht
zu sehen) einen mit der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 einteiligen
Mikrospiegel 81 zu formen. Der Mikrospiegel besitzt in
Draufsicht im Allgemeinen eine Kreuzform (eine Form aus zwei Liniensegmenten,
die sich in rechten Winkeln treffen, oder ein Andreaskreuz), und sein
mittlerer Teil besitzt eine viereckige oder rechteckig prismenartige
Form. Ein erstes Paar von Seitenflächen 82A1 und 82A2 des
im Allgemeinen kreuzförmigen
Mikrospiegels 81, die einen rechten Winkel miteinander
bilden, ebenso wie ein zweites Paar von Wandflächen 82B1 und 82B2 des
im Allgemeinen kreuzförmigen
Mikrospiegels 81, die dem ersten Paar von Wandflächen 82A1 und 82A2 gegenüber liegen und
einen rechten Winkel miteinander bilden, sind bedeckt mit beispielsweise
Gold (Au) oder einem doppelschichtigen Film von Gold/Chrom, um Spiegelflächen auf
den Wandflächen 82A1, 82A2 und 82B1, 82B2 so
zu bilden, dass der Mikrospiegel 81 vier Spiegelflächen besitzt.
Im Ergebnis entspricht das erste Paar von Wandflächen 82A1 und 82A2 beispielsweise
jeweils den Spiegelflächen
der zwei Mikrospiegel 65A1 und 65A2 in der ersten
Ausgestaltung, und das zweite Paar von Wandflächen 82B1 und 82B2 entspricht
beispielsweise jeweils den Spiegelflächen der zwei Mikrospiegel 65B1 und 65B2 in der
ersten Ausgestaltung. So funktioniert der wie oben besprochen aufgebaute
Mikrospiegel 81 wie vier Mikrospiegel.
-
Ebenso
werden die vier optische Fasern sichernde Rillen 84A1, 84A2, 84B1 und 84B2 auf
der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 in
deren Längsrichtung
unter Anwendung eines Trockenätzens
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gebildet,
wobei zwei Rillen 84A1 und 84A2 parallel zueinander
auf der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 auf
einer Seite des Mikrospiegels 81 gebildet werden und die
verbleibenden zwei Rillen 84B1 und 84B2 parallel
zueinander auf der Oberseite der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 auf
der anderen Seite des Mikrospiegels 81 gebildet werden.
Die beiden optische Fasern sichernden Rillen 84A1 und 84A2 auf
der einen Seite und die beiden optische Fasern sichernden Rillen 84A1 und 84A2 auf
der anderen Seite liegen jeweils parallel nebeneinander, und die
zwei optische Fasern sichernden Rillen 84A1, 84B2 und
die zwei optische Fasern sichernden Rillen 84A2, 84B1,
die sich über den
dazwischen gesetzten Mikrospiegel 81 hinweg in Längsrichtung
der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 gegenüberliegen,
sind aufeinander ausgerichtet.
-
Hier
ist es unnötig
zu sagen, dass der Mikrospiegel 81 auf der Oberfläche der
beweglichen plattenartigen Elektrode 67 im Wesentlichen
in deren mittlerem Teil so geformt ist, dass dessen Spiegelflächen 82A1, 82A2 und 82B1, 82B2 einen
Winkel von 45° mit
den jeweils entsprechenden, optische Fasern sichernden Rillen 84A1, 84B2 und 84A2, 84B1 bilden.
-
In
dem Fall, wo die optische Fasern sichernden Rillen 84A1, 84A2 und 84B1, 84B2 durch
das Trockenätzen
gebildet werden, wird jede Rille eine quadratisch oder vierseitig
geformte Rille (eine Rille, bei der deren Unterseite eine horizontale
Fläche
ist und beide Seitenwände
senkrecht auf der Unterseite stehen) oder eine U-förmige Rille.
Aus diesem Grund wird, wie in 11 gezeigt,
eine Mehrzahl von Federn 85 auf einer der Wandseiten jeder
der optische Fasern sichernden Rillen 84A1, 84A2, 84B1 und 84B2 einteilig
mit dieser gebildet und die in den entsprechenden optische Fasern
sichernden Rillen 84A1, 84A2, 84B1 und 84B2 aufgenommenen
optischen Fasern 31A, 32A, 31B und 32B werden
darin durch die Federn 85 positioniert und gesichert. Weiterhin
kann Deep-RIE (Reactive Ion Etching) als obiges Trockenätzen benutzt
werden.
-
Es
wird eine Methode zur Herstellung der Federn 85 beschrieben.
Im Fall der Fertigung der optische Fasern sichernden Rillen 84A1, 84A2 und 84B1, 84B2 durch
Trockenätzen
werden Federkörper
einteilig mit einer Seitenwand eines dicken Silizium-Einkristalls
jeder optische Fasern sichernden Rille zur gleichen Zeit durch Anwendung
des Trockenätzens
des dicken Silizium-Einkristalls gebildet, und dann wird die Siliziumdioxidschicht 62 (in 11 nicht
zu sehen), welche die Basis der Federkörper ist (mit welcher alle
Unterseiten der Federkörper
verbunden sind) durch beispielsweise Nassätzen entfernt. So wird eine
Mehrzahl von elastischen Federn 85 gebildet, die einteilig
mit der einen Seitenwand verbunden sind.
-
Wenn
die Siliziumdioxidschicht 62, welche die Basis der Federkörper ist,
geätzt
wird, wird die Siliziumdioxidschicht 62, welche die Basis
des Mikrospiegels 81 ist, ebenso geätzt und nur ein wenig entfernt.
Entsprechend ist es vorzuziehen, dass, wie in 11 gezeigt,
der mittlere Teil des Mikrospiegels 81 zu einer viereckigen
oder rechteckig-prismatischen Säule
geformt ist, deren Querschnitt größer ist, so dass der Mikrospiegel 81 fest
an der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 gehalten
bleibt, auch wenn die Siliziumdioxidschicht 62 ein wenig
entfernt wird. Da weiterhin der Mikrospiegel 81 ein Mikrospiegel
sein kann, bei dem die Querschnittsfläche des zentralen Teils einschließlich dessen
Kreuzung in einem gewissen Grad groß sein kann, ist der zentrale Teil
des Mikrospiegels 81 nicht auf eine viereckige oder rechtwinklig-prismatische
Säule beschränkt, sondern
kann zu einer anders als viereckig vieleckig-prismatischen Säule, einer
zylindrischen Säule, einer
elliptischen Säule
oder dergleichen geformt sein. Alternativ kann an Stelle der Vergrößerung der Querschnittsfläche des
zentralen Teils des Mikrospiegels 81 die Dicke jeder Wand
des Mikrospiegels 81, auf welcher die Spiegelfläche gebildet
ist, nur wenig dick gemacht werden.
-
In
der zweiten Ausgestaltung war auf der beweglichen plattenartigen
Elektrode 67 ein Mikrospiegel 81 gebildet, dessen
zentraler Teil zu einer viereckig-prismatischen Säule geformt
ist und der im Allgemeinen ein Kreuz als Grundriss hat, jedoch können vier
plattenartige Mikrospiegel auf der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 wie
in der ersten Ausgestaltung gebildet werden, indem Trockenätzen auf
die dicke einkristalline Siliziumschicht 61 angewandt wird.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Dicke der Wände jedes
der vier Mikrospiegel nur wenig dick zu machen.
-
Alternativ
können
zwei Mikrospiegel von im Allgemeinen rechtwinklig-dreieckigem Grundriss
auf der beweglichen plattenartigen Elektrode 67 durch Anwendung
des Trockenätzens
auf der dicken einkristallinen Siliziumschicht 61 so gebildet
werden, dass sie sich gegenüber
liegen, wobei jeder Mikrospiegel zwei im rechten Winkel zueinander
stehende Wandflächen
als Spiegelfläche
benutzt. Im Fall einer solchen in 11 gezeigten
Bildung von zwei Mikrospiegeln als im Allgemeinen rechtwinkliges
Dreieck in der zweiten Ausgestaltung werden die zwei Mikrospiegel
in einer Weise gebildet, dass sie einander in der Oben-Unten-Richtung
oder vertikalen Richtung in 11 gegenüber liegen,
wobei die zwei Wandflächen,
die rechtwinklig zueinander einen Mikrospiegel in Form eines im
Allgemeinen rechtwinkligen Dreiecks bilden, beispielsweise den Spiegelflächen 82A1 und 82B2 in
der zweiten Ausgestaltung entsprechen und die zwei Wandflächen, die
rechtwinklig zueinander den anderen Mikrospiegel in Form eines im
Allgemeinen rechtwinkligen Dreiecks bilden, beispielsweise den Spiegelflächen 82A2 und 82B1 in
der zweiten Ausgestaltung entsprechen. In diesem Fall kann jeder
Mikrospiegel ein Mikrospiegel sein, der mit zwei miteinander einen
rechten Winkel bildenden Wandflächen
ausgestattet ist, und die Form jedes Mikrospiegels beschränkt sich
nicht auf ein im Allgemeinen rechtwinkliges Dreieck.
-
Auf
diesem Weg können
im Fall der Benutzung eines Trockenätzens Mikrospiegel verschiedener
Formen gebildet werden, und die Form jedes Mikrospiegels ist nicht
auf die oben erwähnten
Formen beschränkt.
Zusätzlich
versteht es sich von selbst, dass die in den entsprechenden optische
Fasern sichernden Rillen aufgenommenen optischen Fasern darin durch
andere geeignete Befestigungs- oder
Sicherungsmittel als eine Feder gesichert werden können.
-
12 ist
eine Draufsicht auf eine dritte Ausgestaltung des optischen Schalters
gemäß vorliegender
Erfindung. Der optische Schalter SW5 der dritten Ausgestaltung ist
ein optischer Schalter, der den gleichen Aufbau und die Struktur
wie der bereits unter Bezug auf die 4 bis 6 besprochene
Schalter SW3 der ersten Ausgestaltung und wie der bereits unter
Bezug auf 11, besprochene optische Schalter
SW4 hat mit der Ausnahme, dass als ein Mikrospiegel ein Mikrospiegel 81,
der im Grundriss die Form im Allgemeinen eines Kreuzes besitzt,
durch Anwendung des Trockenätzens
auf die dicke einkristalline Siliziumschicht 61 wie in
der zweiten Anwendungsform gebildet wird, und dass als optische
Fasern sichernde Rillen 64A1, 64A2, 64B1 und 64B2 mit
im Allgemeinen V-förmigem Querschnitt
wie in der ersten Ausgestaltung durch Anwendung des chemisch anisotropen Ätzens auf
die dicke einkristalline Siliziumschicht 61 gebildet werden.
Entsprechend werden in 12 Teile und Elemente, die jenen
in den 4 bis 6 und 11 entsprechen,
durch die gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet, und ihre Erklärung wird
weggelassen, solange sie nicht notwendig ist. In dieser dritten
Ausgestaltung ist bevorzugt, dass die Rillen 64A1, 64A2, 64B1, 64B2 von im
Allgemeinen V-förmigem
Querschnitt durch Anwendung des chemisch anisotropen Nassätzens auf die
dicke einkristalline Siliziumschicht 61, gebildet werden
und danach der eine Mikrospiegel 81 von in Draufsicht im
Allgemeinen kreuzförmiger
Gestalt durch Anwendung des Trockenätzens auf die dicke einkristalline
Siliziumschicht 61 gebildet wird.
-
Da
es klar ist, dass im wie oben besprochen aufgebauten optischen Schalter
SW4 der zweiten Ausgestaltung und im wie oben besprochen aufgebauten
optischen Schalter SW5 der dritten Ausgestaltung die gleiche Funktion
und die gleichen Effekte wie die des optischen Schalters SW3 der
ersten Ausgestaltung erhalten werden können, wird deren Erklärung weggelassen.
-
Aus
dem Vorhergehenden wird klar, dass in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung durch die Wahl der Dicke des Abstandhalters, der in der
Herstellung einfach ist, der Abstand von Elektrode zu Elektrode
(Spalt) zwischen der beweglichen plattenförmigen Elektrode und der festen
Elektrode leicht auf einen gewünschten
Abstand gesetzt werden kann. In der Konsequenz wird der Vorteil
erreicht, dass der Abstand von Elektrode zu Elektrode leicht auf
einen notwendigen und minimalen Abstand eingestellt werden kann.
Zusätzlich
ist die Oberfläche des
festen Elektrodensubstrats, auf der die feste Elektrode zu bilden
ist, flach, da anders als bei Schaltern nach dem Stand der Technik
keine Notwendigkeit besteht, einen erhöhten Teil auf dem festen Elektrodensubstrat
zur Verfügung
zu stellen. Deshalb wird ferner der Vorteil erreicht, dass Vorsprünge, eine Elektrodenstruktur
zur Vermeidung des Vorkommens des Zusammenklebens (Sticking) oder Ähnliches
mit hoher Genauigkeit auf der Fläche
des festen Elektrodensubstrats leicht gebildet werden können.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die als Beispiele gezeigten
bevorzugten Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist es für diejenigen,
die mit diesem Gebiet vertraut sind, klar, dass unterschiedliche
Modifikationen, Abwandlungen, Änderungen
und/oder kleine Verbesserungen der oben beschriebenen Ausgestaltungen
vorgenommen werden können,
ohne den Geist und den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung
zu verlassen. Entsprechend sollte die vorliegende Erfindung nicht
als auf die dargestellten Ausgestaltungen beschränkt verstanden werden, und
es ist beabsichtigt, all solche Modifikationen, Abwandlungen, Änderungen und/oder
kleine Verbesserungen, die in den durch die beigefügten Ansprüche definierten
Bereich fallen, einzuschließen.