DE60309097T2 - Optischer Schalter - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • Diese Ziele werden durch einen optischen Schalter, wie in Anspruch 1 beansprucht, erreicht. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des optischen Schalters nach dem Stand der Technik zeigt;
  • 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;
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zuerst wird, wie in 9A gezeigt, ein in Draufsicht im Allgemeinen rechteckiges Silizium-Einkristall-Substrat 52 mit vorgegebener Dicke vorbereitet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Optischer Schalter mit: einem ersten Substrat (40), das eine feste Elektrode (41) an seiner einen Hauptoberfläche besitzt; einem an der einen Hauptoberfläche des ersten Substrats (40) vorgesehenen Abstandhalter (50), wobei der Abstandhalter (50) ein darin gebildetes Durchgangsloch (51) besitzt, um die feste Elektrode (41) freizugeben; einem zweiten Substrat (60) mit einer ersten einkristallinen Siliziumschicht (63), die auf dem Abstandhalter (50) im Wesentlichen zur ersten Elektrode (41) parallel und mit einer vorgegebenen Lücke dazwischen vorgesehen ist, einer Isolationsschicht (62) auf der ersten einkristallinen Siliziumschicht (63) und einer zweiten einkristallinen Siliziumschicht (61) auf der Isolationsschicht(62), wobei die zweite einkristalline Siliziumschicht (61) dicker als die erste einkristalline Siliziumschicht (63) ist, und die erste einkristalline Siliziumschicht (63) ein Muster besitzt, das eine bewegliche plattenartige Elektrode (67) und eine Mehrzahl von balkenartigen, flexiblen Teilen (68A1, 68A2, 68B1, 68B2), die sie unterstützen, definiert, wobei die bewegliche plattenartige Elektrode (67) durch das Loch (51) der festen Elektrode (41) gegenüber liegt; einem Mittel zum Anlegen einer Spannung an und Entfernen derselben von der festen Elektrode (41) und der plattenartigen Elektrode (67), um die bewegliche Elektrode (67) zwischen einer ersten und einer zweiten Position elektrostatisch zu bewegen, wobei die bewegliche plattenartige Elektrode (67) in der ersten Position näher bei der festen Elektrode (41) liegt als in der zweiten Position; und einer Mehrzahl von in die zweite einkristalline Siliziumschicht (61) geätzten, optische Fasern sichernden und entsprechende optische Wege definierenden Rillen (64A1, 64A2, 64B1, 64B2, 84A1, 84A2, 84B1, 84B2); wobei die Teile der zweiten einkristallinen Siliziumschicht (61) und der Isolationsschicht (62), die der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) entsprechen, abgesehen von einer Mikrospiegel-Struktur (65A1, 65A2, 65B1, 65B2; 81) entfernt sind, die aufrecht auf der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) steht und eine Mehrzahl von Spiegelflächen aufweist, die so angeordnet sind, dass in der zweiten Position der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) die Spiegelflächen die optischen Wege so schneiden, dass sie einen auf sie treffenden optischen Strahl ablenken, während sie aus den optischen Wegen herausgezogen sind, wenn sich die bewegliche plattenartige Elektrode (67) in ihrer ersten Position befindet.
  2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl von Vorsprüngen (42) aus der Oberfläche der festen Elektrode (41) in Richtung der beweglichen plattenartigen Elektrode(67) vorspringen, wobei die Vorsprünge im Verhältnis zum Abstand zwischen der festen Elektrode (41) und der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) klein sind.
  3. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Isolationsschicht (62) eine Siliziumoxidschicht ist.
  4. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mehrzahl von optische Fasern sichernden Rillen (64A1, 64A2, 64B1, 64B2) vier im Wesentlichen V-förmige oder quadratische Rillen beinhalten, von welchen zwei erste Rillen (64A1, 64A2) sich im Wesentlichen parallel zueinander auf einer Seite der Mikrospiegel-Struktur (65A1, 65A2, 65B1, 65B2) erstrecken und die verbleibenden zwei Rillen (65B1, 65B2) sich im Wesentlichen parallel zueinander auf der gegenüberliegenden Seite der Mikrospiegelstruktur (65A1, 65A2, 65B1, 65B2) erstrecken, eine erste Rille (64A1) und eine zweite Rille (64B2) auf einer ersten geraden Linie liegen und die andere erste Rille (64A2) und die andere zweite Rille (64B1) auf einer zweiten geraden Linie liegen; und wobei die Mikrospiegel-Struktur (65A1, 65A2, 65B1, 65B2) vier Spiegel beinhaltet, von welchen jeder eine plattenartige Form und eine Spiegelfläche besitzt, und die vier Spiegel so angeordnet sind, dass in der zweiten Position der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) die Spiegelflächen von zwei ersten Spiegeln (65A1, 65A2) jeweils den ersten Rillen (64A1, 64A2) zugewandt sind und die Spiegelflächen der verbleibenden zwei zweiten Spiegel (65B1, 65B2) jeweils den zweiten Rillen (64B1, 64B2) zugewandt sind, wobei die Spiegelflächen jeweils eine der ersten Linie und der zweiten Linie unter 45° schneiden, und die Spiegelflächen der ersten Spiegel (65A1, 65A2) einen rechten Winkel bilden und die Spiegelflächen der zweiten Spiegel (65B1, 65B2) ebenso einen rechten Winkel bilden.
  5. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mehrzahl von optische Fasern sichernden Rillen (64A1, 64A2, 64B1, 64B2) vier im Wesentlichen V-förmige oder quadratische Rillen beinhalten, von welchen sich zwei erste Rillen (64A1, 64A2) im Wesentlichen parallel zueinander auf einer Seite der Mikrospiegel-Struktur (65A1, 65A2, 65B1, 65B2) erstrecken und sich die verbleibenden zwei zweiten Rillen (64B1, 64B2) im Wesentlichen parallel zueinander auf der gegenüber liegenden Seite der Mikrospiegel-Struktur (65A1, 65A2, 65B1, 65B2) erstrecken, wobei eine erste Rille (64A1) und eine zweite Rille (64B2) auf einer ersten geraden Linie liegen und die andere erste Rille (64A1) und die andere zweite Rille (64B2) auf einer zweiten geraden Linie liegen; und wobei die Mikrospiegel-Struktur (81) zwei Spiegel umfasst, von denen jeder zwei einen rechten Winkel bildende Wandflächen (82A1 und 82B1, 82A2 und 82B1) hat und jede Wandfläche eine Spiegelfläche bildet, und die zwei Spiegel so angeordnet sind, dass in der zweiten Position der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) die Spiegelflächen (82A1, 82B2) des ersten Spiegels einer (84A1) der ersten Rillen (84A1, 84A2) bzw. einer (84B2) der zweiten Rillen (84B1, 84B2) zugewandt sind, die Spiegelflächen (82A2, 82B1) des zweiten Spiegels der anderen (84A1) der ersten Rillen (84A1, 84A2) bzw. der anderen (84B1) der zweiten Rillen (84B1, 84B2) zugewandt sind, und eine Spiegelfläche (82A1) des ersten Spiegels und eine Spiegelfläche (82B2) des zweiten Spiegels die erste Linie unter 45° schneiden und die andere Spiegelfläche (82A2) des ersten Spiegels und die andere Spiegelfläche (82B1) des zweiten Spiegels die zweite Linie unter 45° schneiden.
  6. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von optische Fasern sichernden Rillen (64A1, 64A2, 64B1, 64B2; 84A1, 84A2, 84B1, 84B2) vier im Wesentlichen V-förmige oder quadratische Rillen (64A1, 64A2, 64B1, 64B2; 84A1, 84A2, 84B1, 84B2) umfassen, von welchen sich zwei erste Rillen (64A1, 64A2; 84A1, 84A2) im Wesentlichen parallel zueinander auf einer Seite der Mikrospiegel-Struktur (81) erstrecken und sich die verbleibenden zwei zweiten Rillen (64B1, 64B2; 84B1, 84B2) im Wesentlichen parallel zueinander auf der gegenüber liegenden Seite der Mikrospiegel-Struktur (81) erstrecken, eine erste Rille (64A1; 84A1) und eine zweite Rille (64B2; 84B2) auf einer geraden ersten Linie liegen und die andere erste Rille (64A2; 84A2) und die andere zweite Rille (64B1; 84B1) auf einer zweiten geraden Linie liegen; und wobei die Mikrospiegel-Struktur (81) einen im Wesentlichen kreuzförmigen Spiegel (81), bei dem eine Wandfläche jedes der vier Wandstücke des Kreuzes jeweils eine von vier Spiegelflächen (82A1, 82A2, 82B1, 82B2) bildet, und der Spiegel (81) so angeordnet ist, dass in der zweiten Position der beweglichen plattenartigen Elektrode (67) zwei erste (82A1, 82A2) der Spiegelflächen (82A1, 82A2, 82B1, 82B2) jeweils den ersten Rillen (64A1, 64A2; 84A1, 84A2) zugewandt sind und die verbleibenden zweiten zwei Spiegelflächen (82B1, 82B2) jeweils den zweiten Rillen (64B1, 64B2; 84B1, 84B2) zugewandt sind, eine erste Spiegelfläche (82A1) und eine zweite Spiegelfläche (82B2) die erste Linie unter 45° schneiden und die andere erste Spiegelfläche (82A2) und die andere zweite Spiegelfläche (82B1) die zweite Linie unter 45° schneiden, und die ersten Spiegelflächen (82A1, 82A2) einen rechten Winkel bilden und die zweiten Spiegelflächen (82B1, 82B2) ebenso einen rechten Winkel bilden.
  7. Optischer Schalter nach Anspruch 6, bei dem der kreuzförmige Spiegel (81) in seinem mittleren Teil eine Säule mit einer vergrößerten viereckigen oder rechteckig prismatischen Querschnittsfläche besitzt.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005107180A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 微小光デバイスおよびその作製方法
JP4559273B2 (ja) * 2005-03-30 2010-10-06 シチズンファインテックミヨタ株式会社 アクチュエータの製造方法
JP4582237B2 (ja) 2008-01-10 2010-11-17 ソニー株式会社 面発光型半導体レーザ
US8077752B2 (en) * 2008-01-10 2011-12-13 Sony Corporation Vertical cavity surface emitting laser
KR100888076B1 (ko) * 2008-05-02 2009-03-11 이화여자대학교 산학협력단 자가 정렬 전극을 이용한 마이크로미러 제작 방법
JP5226488B2 (ja) * 2008-12-05 2013-07-03 浜松ホトニクス株式会社 光素子モジュールの製造方法
NO333724B1 (no) * 2009-08-14 2013-09-02 Sintef En mikromekanisk rekke med optisk reflekterende overflater
US8757897B2 (en) * 2012-01-10 2014-06-24 Invensas Corporation Optical interposer
KR20150034829A (ko) * 2013-08-30 2015-04-06 주식회사 엔씰텍 플렉시블 정보 표시 소자 제조용 지지 기판, 이의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 플렉시블 정보 표시 소자 및 이의 제조방법
CN106132688B (zh) 2014-01-27 2020-07-14 康宁股份有限公司 用于薄片与载体的受控粘结的制品和方法
CN103779114B (zh) * 2014-02-10 2015-07-29 北京市农林科学院 电磁式光路转换开关
EP3129221A1 (de) 2014-04-09 2017-02-15 Corning Incorporated Vorrichtungsmodifizierter substratartikel und herstellungsverfahren
CN107635769B (zh) 2015-05-19 2020-09-15 康宁股份有限公司 使片材与载体粘结的制品和方法
CN117534339A (zh) 2015-06-26 2024-02-09 康宁股份有限公司 包含板材和载体的方法和制品
FR3051973B1 (fr) 2016-05-24 2018-10-19 X-Fab France Procede de formation de transistors pdsoi et fdsoi sur un meme substrat
TW202216444A (zh) 2016-08-30 2022-05-01 美商康寧公司 用於片材接合的矽氧烷電漿聚合物
TWI810161B (zh) 2016-08-31 2023-08-01 美商康寧公司 具以可控制式黏結的薄片之製品及製作其之方法
JP7260523B2 (ja) 2017-08-18 2023-04-18 コーニング インコーポレイテッド ポリカチオン性高分子を使用した一時的結合
CN111615567B (zh) 2017-12-15 2023-04-14 康宁股份有限公司 用于处理基板的方法和用于制备包括粘合片材的制品的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10256563A (ja) 1997-03-07 1998-09-25 Toyota Motor Corp 状態量検知センサ
DE60021638T2 (de) 1999-03-04 2006-05-24 Japan Aviation Electronics Industry, Ltd. Optischer Schalter und Verfahren zur Herstellung eines solchen Schalters
JP3577693B2 (ja) 2000-03-14 2004-10-13 日本航空電子工業株式会社 微小可動デバイスおよびその製造方法
JP2002082292A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光スイッチ
JP3557525B2 (ja) * 2001-03-29 2004-08-25 日本航空電子工業株式会社 微小可動デバイス
JP3668935B2 (ja) 2001-07-27 2005-07-06 日本航空電子工業株式会社 静電駆動デバイス
US7103243B2 (en) * 2001-08-10 2006-09-05 Japan Aviation Electronics Industry Limited Optical switch

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Publication number Publication date
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ATE343149T1 (de) 2006-11-15
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JP2003329946A (ja) 2003-11-19

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