JP6644802B2 - 高度／選択的に制御した光学面を有するマイクロオプティカルベンチデバイス - Google Patents

Description

［関連特許の相互参照］
本米国実用特許出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条に従って、その全体が参照により本明細書に組み込まれて、あらゆる点で本米国実用特許出願の一部とする以下の米国仮特許出願への優先権を主張する。

１．「Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅｎｃｈ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈｌｙ／Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅｓ（高度／選択的に制御した光学面を有するマイクロオプティカルベンチデバイス）」（代理人ドケット番号：ＳＩＷＡ−１０２１ＰＲＯＶ）と題し、２０１５年２月２０日に出願され、係属中である米国仮出願第６２／１１９，０７３号。

２．Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅｎｃｈ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈｌｙ／Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅｓ（高度／選択的に制御した光学面を有するマイクロオプティカルベンチデバイス）」（代理人ドケット番号：ＳＩＷＡ−１０２１ＰＣＴ）と題し、２０１６年２月１８日に出願され、係属中である米国特許出願第１５／０４７，２０５号。

本発明は、一般的にマイクロオプティカルベンチデバイスに関し、特に、マイクロオプティカルベンチデバイス内の光学面の製造に関する。

［関連技術の記載］
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は、微細加工技術により機械要素、センサ、アクチュエータ、及び電子を共通のシリコン基板上に集積化することを指す。例えば、マイクロエレクトロニクスは典型的に、集積回路（ＩＣ）プロセスを用いて製造され、一方でマイクロメカニカルコンポーネントは、シリコンウェーハの部分を選択的にエッチング除去、又は新たな構造層を追加する相互性のある微細加工プロセスを用いて製造されることで、機械的及び電子機械的コンポーネントを形成する。ＭＥＭＳデバイスは、それらの低コスト、バッチ処理能力、及び標準的なマイクロエレクトロニクスとの適合性により、分光法、プロフィロメトリ、環境センシング、屈折率測定（又は質感認知）、並びにいくつかの他のセンサアプリケーションにおける使用としては魅力的な候補である。また、ＭＥＭＳデバイスのサイズの小ささは、そのようなＭＥＭＳデバイスをモバイル及びハンドヘルドデバイスに組み込むことを容易にする。

光学アプリケーションにおいて、１又は複数の光学素子がＭＥＭＳアクチュエータにより移動自在に制御されることを可能とすべく、ＭＥＭＳ技術をマイクロオプティカルベンチデバイスに組み入れることができる。これらのアプリケーションに含まれるのは、干渉計、分光計、チューナブル光共振器、ファイバ結合器、光スイッチ、可変光ビームシェイパ、光マイクロスキャナ、可変光減衰器、チューナブルレーザ、及びセンサ及び電気通信の両ドメインにおける多くの他のアプリケーションである。

深くエッチングしたマイクロオプティカルベンチは典型的には、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板に対して平行に伝搬する自由空間のオプティカルビームを処理可能であるマイクロオプティカル及びＭＥＭＳコンポーネントを製造するために、ＳＯＩウェーハで深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを用いて形成される。連続モードのＤＲＩＥ及びパルスモードのＤＲＩＥボッシュの両プロセスが、ＳＯＩウェーハで使用されている。ＤＲＩＥボッシュプロセスは、エッチングサイクルとパッシベーションサイクルとを切り替えるサイクルプロセスであって、エッチングサイクルでは、基板を略等方性にエッチングし、パッシベーションサイクルでは、エッチングした側壁を次のエッチングサイクルにおける更なるエッチングから保護する。プロセスのサイクル上の性質により、エッチングしたトレンチの側壁には典型的にスキャロップが形成される。連続モードのＤＲＩＥプロセスは、スキャロップの存在を回避するが、連続モードＤＲＩＥを用いて実現可能なエッチング深度は典型的に、直線軌道からのエネルギーイオンの偏りにより制限されてしまう。

マイクロオプティカルベンチ内では、高及び低アスペクト比のトレンチ／構造を形成するのにＤＲＩＥボッシュプロセスを用いることができる。幅の狭い高アスペクト比トレンチは、特にＭＥＭＳ慣性センサ及び高密度のコンデンサにとって特に興味深いものである。また、隙間が狭い高アスペクト比マイクロミラーは一般的に、１−Ｄフォトニックバンドギャップフィルタを作成するためのマイクロオプティカルベンチに用いられる。これらの構造では、エッチング液がトレンチの底に広がり、エッチング製品が拡散することがより困難なため、エッチングを深く進め続けることは大変なことである。また、トレンチの側壁に散乱する結果、トレンチの底に達するイオンの数は、トレンチが深くなるほど少なくなり、それにより側壁のパッシベーション層を妨げるのに加えて、下部のパッシベーション層の除去が不十分となる。これらのエッチングが大変なことで、エッチングしたトレンチがポジティブなプロファイルを有する場合があり、その結果、実現可能なエッチング深度及びアスペクト比が制限される場合がある。

一方で、自由空間マイクロミラーは、自由空間において比較的広く分離し、それらの表面の垂直性及び平滑性の質は典型的に、それらのアスペクト比よりも重要である。マイクロミラー表面の垂直性及び粗さは通常、ＤＲＩＥボッシュプロセスを最適化することにより、及びサイクル時間を任意に減らすことにより制御される。酸化とそれに続く酸化物エッチングを用いて、又は短い異方性のウェットエッチングを用いて、得られる表面からＤＲＩＥボッシュプロセスのスキャロップを平坦化するための技術が提案されている。また、ミラーの上部に平滑なミラー表面を製造するのに、ＤＲＩＥ連続エッチングプロセスとＤＲＩＥボッシュプロセスとの組み合わせを用いている。しかし、そのような深くエッチングしたマイクロオプティカルベンチにおいてマイクロミラーの高さが制限され、その制限を超えると、非常にネガティブなプロファイル及び著しく粗い表面で、エッチング表面の垂直性が悪化するほどである。

従って、最適化したディープエッチングプロセスを用いて垂直性、表面粗さ、コーティング、及び全体のプロファイルを制御する、高品質の深くエッチングしたマイクロオプティカルの表面をマイクロオプティカルベンチデバイス内に製造する方法が必要である。

本開示の様々な態様は、マイクロオプティカルベンチデバイスの１又は複数の特性、及び／又はマイクロオプティカルベンチデバイスにおける光学面の１又は複数の特性を制御するプロセスにより製造されるマイクロオプティカルベンチデバイスを提供する。プロセスは、光学素子を含む永久構造物と、一時構造物とを形成すべく基板をエッチングすることを含む。一時構造物の形状、及び一時構造物と永久構造物との間の隙間により、マイクロオプティカルベンチ及び／又はその中の光学素子の光学面の特性が制御される。特性は、例えば、表面粗さ、表面の選択的コーティング、又は基板の面に対する表面の傾斜角を含むことができる。プロセスは、一時構造物をマイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去することを更に含む。

添付図面と合わせて以下の詳細な説明を参照することで、本発明のより完全な理解を得ることができる。
図１は、本開示の態様に係る、例示的なＤＲＩＥボッシュエッチングプロセスを示す。 図２は、本開示の態様に係る、ＤＲＩＥボッシュエッチングプロセスを用いてエッチングしたトレンチの例示的なプロファイルのパラメータを示す。 図３は、本開示の態様に係る、一時構造物を用いてマイクロオプティカルベンチデバイスを製造するための例示的なプロセスステップを示す。 図４は、本開示の態様に係る、一時構造物を用いて実現可能なエッチング表面の例示的な傾斜角を示す。 図５は、本開示の態様に係る、同様の一時構造物を用いて実現可能な対向するエッチング表面の例示的な傾斜角を示す。 図６Ａは、本開示の態様に係る、一時構造物を用いた光学面の傾斜角の選択的制御を示す図である。 図６Ｂは、本開示の態様に係る、一時構造物を用いた光学面の傾斜角の選択的制御を示す図である。 図７Ａは、本開示の態様に係る、一時構造物を用いてエッチングした例示的なエッチング表面の全体のプロファイルを示す側面図である。 図７Ｂは、本開示の態様に係る、ソース光ビームをマルチモード光ファイバから受信するように構成されたマイクロオプティカルベンチデバイスの例示的なエッチング表面を示す側面図である。 図８Ａから８Ｃは、本開示の態様に係る、一時構造物を用いてエッチングした例示的なエッチング表面の全体のプロファイルの上面図及び断面図である。 図９は、本開示の態様に係る、一時構造物を用いて実現可能な対向するエッチング表面の例示的な表面粗さの特性を示す。 図１０は、本開示の態様に係る、同様の一時構造物を用いて実現可能な対向するエッチング表面の例示的な表面粗さの特性を示す。 図１１は、本開示の態様に係る、エッチング表面のエッチング後の平滑化において用いられる拡散プロセスを制御すべく一時構造物を利用する例示的なマイクロオプティカルベンチデバイスを示す。 図１２は、本開示の態様に係る、エッチング表面の選択的コーティングを制御すべく一時構造物を利用する例示的なマイクロオプティカルベンチデバイスを示す。 図１３は、本開示の態様に係る、エッチング表面の選択的コーティングを制御すべく、一時構造物とシャドーマスクとを利用する例示的なマイクロオプティカルベンチデバイスを示す。 図１４は、本開示の態様に係る、同様の一時構造物を用いて実現可能な対向するエッチング表面の例示的な傾斜角、表面粗さ、及びコーティングの特性を示す。 図１５は、本開示の態様に係る、永久構造物と一時構造物とを含む例示的なマイクロオプティカルベンチデバイスの上面図である。 図１６Ａは、本開示の態様に係る、永久構造物と、一時構造物と、面内の機械的ストッパとを含む例示的なマイクロオプティカルベンチデバイスの上面図である。 図１６Ｂは、本開示の態様に係る、図１６Ａに示すマイクロオプティカルベンチデバイスの、一時構造物を光路から除去した後の上面図である。 図１６Ｃは、本開示の態様に係る、図１６Ａのマイクロオプティカルベンチデバイスの分解部分の上面図である。 図１７は、本開示の態様に係る、ＳＯＩウェーハのエッチングストップ層に形成する面外の機械的ストッパを含むマイクロオプティカルベンチデバイスの側面図である。 図１８は、本開示の態様に係る、ＳＯＩウェーハのエッチングストップ層に形成する面外の機械的ストッパの細部構造を含むマイクロオプティカルベンチデバイスの側面図である。 図１９は、本開示の態様に係る、ＳＯＩウェーハのエッチングストップ層に形成する面外の機械的ストッパの細部構造を含むマイクロオプティカルベンチデバイスの一部の電子走査顕微鏡画像である。 図２０は、本開示の態様に係る、ＳＯＩウェーハのハンドル層に形成する面外の機械的ストッパの細部パターンを含むマイクロオプティカルベンチデバイスの側面図である。 図２１は、本開示の態様に係る、ＳＯＩウェーハのハンドル層に形成する面外の機械的ストッパの細部パターンを含むマイクロオプティカルベンチデバイスの一部の斜視図である。 図２２は、本開示の態様に係る、エッチング表面の複数の表面特性を制御すべく複数の一時構造物を利用してマイクロオプティカルベンチデバイスを製造するための例示的なプロセスを示す。 図２３は、本開示の態様に係る、一時構造物をマイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去するためのアクチュエータに取り付けられる、一時構造物を有する例示的なマイクロオプティカルベンチデバイスの一部を示す。 図２４は、本開示の態様に係る、一時構造物をマイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去するためのアクチュエータに取り付けられる、一時構造物を有するマイクロオプティカルベンチデバイスの例示的な操作を示す。 図２５は、本開示の態様に係る、一時構造物をマイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去するためのアクチュエータに取り付けられる、一時構造物を有するマイクロオプティカルベンチデバイスの一部の上面図である。 図２６は、本開示の態様に係る、マイクロオプティカルベンチデバイスとして製造可能なマイケルソン干渉計を含む例示的な分光計を示す。 図２７は、本開示の態様に係る、永久構造物エッチング領域と一時構造物エッチング領域とを含むパターン加工マスクを上に有する例示的なウェーハを示す。 図２８は、本開示の態様に係る、マイクロオプティカルベンチデバイスを製造するための例示的な方法を示すフローチャートである。

本開示の態様に従って、マイクロオプティカルベンチデバイスの１又は複数の特性、及び／又はマイクロオプティカルベンチデバイスにおける光学面の１又は複数の特性を制御するプロセスで、高品質の深くエッチングしたマイクロオプティカルベンチデバイスを製造することができる。例えば、このプロセスは、マイクロオプティカルベンチデバイス内の１又は複数の表面の垂直性、表面粗さ、コーティング、及び全体のプロファイルを高度に制御することができる。本プロセスでは、一時構造物の援助により、最適化したディープエッチングプロセスを用いる。一時構造物は特に、エッチングプロセス及びエッチング後のプロセス中に、より優れた光学面の品質をもたらすために設計される。一時構造物は、エッチングプロセス中、又はプロセス終了時、又は機械的アクチュエータにより、マイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去される。製造作業及び製造後の作業の信頼性を高めるのに、面内及び面外の機械的ストッパを用いる。そのようなマイクロオプティカルベンチデバイスは、自由空間伝搬損失及び結合損失がかなり多い多数のアプリケーションにおいて著しい性能向上をもたらす。そのようなアプリケーションには、干渉計、分光計、チューナブル光共振器、ファイバ結合器、光スイッチ、可変光ビームシェイパ、光マイクロスキャナ、可変光減衰器、チューナブルレーザ、及びセンサ及び電気通信の両ドメインにおける多くの他のアプリケーションが挙げられる。

マイクロオプティカルベンチデバイスを、例えば、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）ボッシュプロセスを用いて形成することができる。図１は、本開示の態様に係る、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板等の基板１１０にトレンチ（又は他の構造）１３０を製造するための例示的なＤＲＩＥボッシュエッチングプロセス１００を示す。フォトレジストの層等、エッチングマスク１４０を基板１１０に堆積し、パターン加工することで、エッチングマスク１４０に開口１４５を形成し、その開口１４５を介して、ＤＲＩＥボッシュプロセスを用いて基板１１０をエッチングすることができる。

ＤＲＩＥボッシュプロセスは、基板１１０が略等方性の方法でエッチングされるエッチングステージ／サイクル１０２と、トレンチ１３０のエッチング側壁／表面１１５をパッシベーション層１２０で覆うことで側壁１１５を次のエッチングサイクルにおける更なるエッチングから保護するパッシベーションステージ／サイクル１０４とを切り替えるサイクルプロセスである。エッチングステージ中に、イオンボンバードは、デパッシベーションとして知られるプロセスにおいて、トレンチ１３０の底１３５からパッシベーション層１２０を選択的に除去するが、トレンチの側壁は保護されたままである。

シリコン（Ｓｉ）エッチングに関して、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）及びオクタフルオロシクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８）がエッチング及びパッシベーションのそれぞれに最も一般的に用いられるガスである。しかしながら、他の例において、パッシベーション層１２０は、例えば、フォトレジスト（ＰＲ）、成長又は析出したＳｉＯ_２又はＳｉＮ、又はシリコンに対して良好のエッチング選択性を有する任意の他の材料であってよい。

ボッシュプロセスのエッチング及びパッシベーションサイクル時間、並びに処理条件は、プロセスのサイクル性質の結果、側壁１１５に形成されるスキャロップ１４０の高低差の大きさを制御する。スキャロップの大きさに加えて、ＤＲＩＥボッシュエッチングプロセスについての重要な性能基準は、マスク１４０の下の横向きアンダーカット、トレンチ１３０のエッチングした側壁１１５の垂直性、マスク開口１４５に関する全体のエッチング速度、マスク材料に対する選択性、及びエッチング深度を含む。

図２は、本開示の態様に係る、ＤＲＩＥボッシュエッチングプロセスを用いてエッチングしたトレンチの例示的なプロファイルパラメータを示す。図２に見られるように、様々なＤＲＩＥプロファイルパラメータは、エッチング深度（Ｄ）と、得られるトレンチ幅（ｗ）と、得られるラインでの臨界寸法（ＣＤ）と、側壁／表面角度（β）と、アンダーカット又はオーバーエッチング（ｕ）と、スキャロップの深さ（ｓ）とを含む。櫛型ドライブアクチュエータ等のマイクロミラー及びＭＥＭＳアクチュエータを含むマイクロオプティカルベンチデバイスについて、トレンチ幅、臨界寸法、及びアンダーカットのパラメータは主に、櫛型ドライブアクチュエータの外形に起因し、一方でエッチング深度、側壁の角度、及びスキャロップの深さのパラメータは、光学面（マイクロミラー）の高さ及び品質に関連する。

図３を参照すると、本開示の態様に係る、一時構造物を用いてマイクロオプティカルベンチデバイス３００を製造するための例示的なプロセスステップが示されている。製造プロセスは、深くエッチングしたマイクロオプティカルベンチドライブを、光学並びに電気及び機械コンポーネントの表面を高度且つ選択的に制御して製造することを可能とする。この制御を、例えば７０μｍから１０００μｍの範囲のウルトラディープエッチング深度にわたり維持することができる。このようなウルトラディープエッチング深度を実現することで、例えば、インコーヒレント光源の使用時に必要な高度な光学スループットを有するマイクロオプティカルベンチデバイスが製造される。

プロセスステップ３０２では、シリコン（Ｓｉ）又は別のタイプの基板（例えば、プラスチック、ガラスなど）等の基板３１０が提供される。基板３１０は、ハンドル層３２０と、エッチングストップ又は犠牲（例えば、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ））層３３０と、デバイス３４０層とを含む。例示的実施形態において、ハンドル層３２０はデバイス層３４０より数倍厚い。

プロセスステップ３０４では、フォトレジストの層等のエッチングマスク３５０をデバイス層３４０に堆積し、パターン加工することで、そこに開口３５５ａ及び３５５ｂを形成する。プロセスステップ３０６では、デバイス層３４０を、例えば図１及び２に示すＤＲＩＥボッシュプロセスを用いて、マスク開口３５５ａ及び３５５ｂを介してエッチングすることで、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の永久構造物３７８を形成する１又は複数の素子３７０及び３７５を作成する。一例において、エッチングは、誘導結合型プラズマ反応器でＳＦ_６及びＣ_４Ｆ_８ガスで実行される。このプロセスステップにおいて、ＢＯＸ層３３０を、異方性（ＤＲＩＥ）エッチングのためのエッチングストップ層として用いる。ＢＯＸ層３３０はまた、任意の可動部分をリリースすべく後の処理ステップにおいて犠牲層として用いることもできる。例えば、素子３７０又は３７５のいずれかが移動可能である場合、犠牲層３３０を除去してそれらの要素をリリースすることができる。

素子３７０及び３７５は、光学、並びに電気及び機械コンポーネントを含むことができ、基板３１０に固定、又はリリース可能とすることができる。図３に示す素子３７０及び３７５は、それらの表面３８０及び３８５が基板３１０の面と直角をなすような、垂直素子である。しかし、他の実施形態において、素子３７０／３７５の表面３８０／３８５は、基板３１０の面に対して異なる傾斜角を有することができる。素子の一例は、反射又は屈折モードで作用する誘電体面又は金属化面を有する光学素子である。素子の他の例は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）アクチュエータ、検知溝、ファイバ溝、及びマイクロオプティカルベンチデバイス３００の他のコンポーネントを含む。

また、エッチングプロセスステップ３０６中に１又は複数の一時構造物３６０が作成されるように、マスク３５０を更に設計する。例えば、図３に示すように、第１の表面３６２及び第２の表面３６４を含む一時構造物３６０を形成することができる。従って、エッチングステップ３０６中に、素子３７０の表面３８０と一時構造物３６０の一方の表面３６２とを規定する第１のトレンチを形成するように、第１の開口３５５ａをエッチングマスク３５０に設計し、一時構造物３６０の他方の表面３６４と素子３７５の表面３８５とを規定する第２のトレンチを形成するように、第２の開口３５５ｂをエッチングマスク３５０に設計する。

素子３７０及び３７５と同じエッチングステップ中に一時構造物３６０を製造することにより、一時構造物の表面３６２及び３６４に面する素子３７０及び３７５の表面３８０及び３８５の１又は複数の特性を制御することができる。表面特性の例は、基板３１０の面に対する表面３８０及び３８５の傾斜角と、表面３８０及び３８５の粗さと、表面３８０及び３８５の全体のプロファイルと、表面３８０及び３８５の選択的コーティングとを含むが、これらに限定されるものではない。また、一時構造物３６０の形状、及び一時構造物３６０と永久構造物３７８との間の隙間（幅）により、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の１又は複数の特性が制御される。例えば、マイクロオプティカルベンチデバイス３００が干渉計を含む場合、干渉計により作られる干渉パターンの視認性を制御するのに一時構造物３６０を用いることができる。また、干渉計の光学受光素子（例えば、検知器、ファイバ等）の光軸に対して横方向の干渉計の干渉ビームのアラインメントを制御するのに、一時構造物３６０を更に用いることができる。

図３に示すように、素子３７０及び３７５を含む永久構造物３７８と、一時構造物３６０とは、デバイス層３４０内に形成される。しかし、他の実施形態において、永久構造物の素子３７０及び３７５のうちの一方又は双方、及び／又は一時構造物３６０を、ハンドル層３２０内、又はデバイス層３４０とハンドル層３２０とを組み合わせたものの中に形成することができる。開示の一態様において、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の光軸３９０が基板３１０の面に平行で、基板３１０内にあるように、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の光学素子（例えば、素子３７０及び／又は３７５）を製造する。光学素子３７０及び３７５は、基板３１０の異なる結晶面を更に含むことができる。例えば、光学素子３７０を基板３１０の第１の結晶面内に製造することができ、一方で光学素子３７５を基板３１０の第２の結晶面内に製造することができる。

プロセスステップ３０８では、一時構造物３６０をマイクロオプティカルベンチデバイス３００の光路３９５から除去する。明細書で用いられるように、光路３９５という用語は、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の２つの素子（つまり、素子３７０及び３７５）の間で、光軸３９０に沿った経路であり、光ビームはその中を伝搬する。開示の態様において、一時構造物３６０を永久構造物３７８からリリース又はエッチングすることにより、一時構造物３６０を光路３９５から除去することができる。開示の別の態様においては、一時構造物３６０をマイクロオプティカルベンチデバイス３００の光路３９０から電子機械的に除去することができる。

製造した素子３７０及び３７５の表面３８０及び３８５の１又は複数の特性、及び／又はマイクロオプティカルベンチデバイス３００の１又は複数の特性の所望の制御を実現するために、エッチングマスク３５０のマスク開口３５５のそれぞれの幅を変えることができる。例えば、図４を参照すると、マスク開口の幅を変更することにより、基板の表面に対して、又はマイクロオプティカルベンチデバイスの光軸に対するエッチング表面の傾斜角を制御することができる。例えば、基板の面に対して９０度以上である第１の傾斜角β_１を有する第１の表面３８５ａを製造すべく第１の幅ｗ_１を用いることができ、基板の面に対してゼロの傾斜角β_２を有する第２の表面３８５ｂを製造すべく第２の幅ｗ_２を用いることができ、基板の面に対して９０度以下である第３の傾斜角β_３を有する第３の表面３８５ｃを製造すべく第３の幅ｗ_３を用いることができる。

図５にみられるように、プロセス中、又はプロセスの終わりで除去することが可能な同一の一時構造物３６０を用いて異なるエッチング表面３８０及び３８５について、同一のマイクロオプティカルベンチデバイス３００で異なる傾斜角を実現することができる。例えば、一時構造物３６０を作るのに用いるマスク開口３５５ａ及び３５５ｂのそれぞれの幅を制御することにより、一時構造物３６０に面する対向面３８０及び３８５の傾斜角を制御することもできる。図５に示す例において、第１の開口３５５ａは、基板の面に対して９０度以上である第１の傾斜角β_１を有する表面３８０を製造すべく選択した幅を有することができ、第２の開口３５５ｂは、基板の面に対して９０度以下である第２の傾斜角β_３を有する対向面３８５を製造すべく選択した幅を有することができる。

いくつかのアプリケーションにおいて、必要とする光の仕様を実現するには、大きなエッチング深度にわたり側壁／表面の角度の垂直性を制御することが重要であろう。例えば、高い光スループットが必要な場合、λを近赤外スペクトルにおける光の波長として、約λ／１００のオーダーの大きなエッチング深度が、異なるアプリケーションにおいて求められるだろう。そのような大きなエッチング深度にわたる側壁の角度の垂直性は、側壁を光インターフェースとして用いる面内の光ビームと基板との間の平行度を維持する働きをする。例えば、光学ビームのクリッピングを回避し、光学ベンチ内の多数のマイクロオプティカルコンポーネントの統合をそれらコンポーネントの性能を犠牲にすることなく可能とするには、９０度に近い垂直性が必要だろう。また、光学ビームの干渉を考えると、ビームの光軸を平行に保った場合に干渉縞の視認性が最大化する。

図３から５に示すように、ＤＲＩＥボッシュプロセス中にマスク開口の幅を制御するのに一時構造物を用いることで、エッチング深度にわたり９０＋０．０５度以上の垂直性が実現可能となる。図６Ａ及び６Ｂを参照すると、シリコンウェーハ並びにＳＯＩ上のＤＲＩＥプロセスの最適化で、９０＋０．０５度以上の垂直性が、６００〜１０００μｍ以上のエッチング深度まで得られた。異なるトレンチ幅について側壁の角度を測定し、その結果を図６Ａに示す。側壁が理想の９０°に近いところの名目上のトレンチ幅をｗ_０とし、それを曲線の正規化表示で基準として用いる。エッチング後のウェーハを劈開し、トレンチの上部及び下部の幅を測定することにより角度を測定した。トレンチの対応する深さを図６Ｂに示す。トレンチの幅を理想値の周りで約４００％変えると、側壁の角度が約±１度変わるほか、ＤＲＩＥラグ効果のためエッチング深度も約±１００μｍ変わることとなる。よって、図６Ａに示すように、トレンチ幅の約±１５％の変更内で±０．１度の垂直性の制御を実現することが可能である。

図７Ａは、本開示の態様に係る、一時構造物を用いてエッチングした例示的なエッチング表面３８０及び３８５の全体のプロファイルを示す側面図である。それぞれのエッチング表面では、デバイスの総高ｈに対応する全エッチング深度にわたりエッチングがされた。図７Ａにおいて、デバイスの総高は、第１の高さｈ_１及び第２の高さｈ_２からなる。第１のデバイス高さは第２の高さよりも非常に高く、例えば３倍以上である。第１の高さの上部及び第１の高さの下部で幅を測定することができ、第２の高さに関しても同様である。第１の高さ及び第２の高さのそれぞれの傾斜角は、それぞれの高さに対する全エッチング深度と比較した幅の違いから割り出すことができる。

例えば、図７Ａに示すように、表面３８０の傾斜角は、第１の高さｈ_１における第１の傾斜角α_１と、第２の高さｈ_２における第２の傾斜角α_２とを有する。第２の傾斜角は、第１の傾斜角よりも例えば０．５度以上小さい。第１の傾斜角は、９０度の垂直に近く、例えば０．０５度の小さな製造交差を有する。従って、エッチング深度に渡ってトレンチ幅を測定し、深さに対する幅をプロットすることにより、エッチング表面３８０の平面度を判断することができる。それからトレンチ幅の深さの曲がりの傾斜から平面度を割り出すことができる。例えば、傾斜が一定である場合、表面３８０は平面であるとみなすことができる。

図７Ｂは、本開示の態様に係る、ソース光ビームをマルチモード光ファイバ７００から受けるように構成されたマイクロオプティカルベンチデバイス３００の例示的なエッチング表面３８０を示す側面図である。マルチモード光ファイバ７００は、マイクロオプティカルベンチデバイス３００内外に光を伝送する。ファイバは、コア直径Ｄ１及びクラッド直径Ｄ２をそれぞれ有し、コア直径は、クラッド直径よりも大きい。いくつかの例において、ファイバの全体直径Ｄ２は、構造物のデバイス層の総高ｈ_１＋ｈ_２よりも大きくてよい。例えば、デバイス層の高さは、３００μｍ以上で最高１０００μｍとすることができる。

図８Ａから８Ｃは、本開示の態様に係る、一時構造物を用いてエッチングした例示的なエッチング表面の全体のプロファイルの上面図及び断面図である。図８Ａに示すように、マイクロオプティカルベンチデバイス内で光学素子３７０の全体のプロファイルを制御するのに一時構造物３６０の形状を用いることができる。一時構造物３６０と光学素子３７０との間の隙間（幅）はマスクパターン上で調整が可能で、それにより光学素子の所望のプロファイルを製造する。一時構造物３６０及び光学素子３７０のそれぞれ得られた表面プロファイル３６２及び３８０を、図８Ｂ及び８Ｃに２つの異なる断面で示す。このように、一時構造物３６０の形状／プロファイルを制御することで、光学素子３７０の表面３８０の面内方向の異なる位置で、光学素子３７０の面外のエッチングプロファイルを更に制御することができる。

図９を参照すると、表面粗さは、任意の光学ＭＥＭＳチップ／ダイにより実現される光応答に著しい影響を及ぼす。ＤＲＩＥレシピ、並びにトレンチの幅は、生じる粗さを判断する要因である。開示の態様において、一時構造物３６０に面する永久構造物３７８の素子３７５の表面３８５に約１０ｎｍの二乗平均平方根の粗さを実現するよう、永久構造物３７８と一時構造物３６０との間のマスク開口３５５の幅を最適化することができる。

図９に示すように、マスクサイズ開口３５５の幅を変えることにより、ＤＲＩＥスキャロッピングの深さの変更を実現できる。例えば、第１の表面粗さσ_１を有する第１の表面３８５ａを製造すべく第１の幅ｗ_１を用いることができ、第１の表面粗さσ_１に対して改善した第２の表面粗さσ_２を有する第２の表面３８５ｂを製造すべく第１の幅ｗ_１よりも小さい第２の幅ｗ_２を用いることができる。従って、表面のエッチングスキャロップを制御することが必要な表面３８５ｂに極めて近接するマスク設計の一時構造物３６０を用いることで、表面粗さを小さくするためにトレンチ幅を狭くすることができる。例えば、走査型電子顕微鏡の使用又は原子間力顕微鏡の使用、これらのいずれかにより粗さの特徴付け／測定をすることができる。

図１０を参照すると、プロセス中、またはプロセスの終了時に除去できる同一の一時構造物３６０を用いることで、異なる粗さを有する表面３８０及び３８５をマイクロオプティカルベンチデバイス３００に同時に実現することができる。例えば、一時構造物３６０の作成に用いるマスク開口３５５ａ及び３５５ｂのそれぞれの幅を制御することにより、一時構造物３６０に面する対向面３８０及び３８５の表面粗さを制御することもできる。図１０に示す例において、第１の開口３５５ａは、第１の表面粗さσ_１を有する表面３８０を製造すべく選択した幅を有することができ、第２の開口３５５ｂは、第１の表面粗さσ_１に対して改善した第２の表面粗さσ_２を有する表面３８５を製造すべく選択した幅を有することができる。

図１１を参照すると、エッチング表面のエッチング後の平滑化は典型的には、拡散機構による。例えば、エッチング後の平滑化は典型的には、アルカリエッチング又は酸化及び酸化物エッチングを用いて実行される。しかし、他の平滑化方法を利用することもできる。そのような拡散プロセスにおいて、幅の広いトレンチがより大きな拡散を施されるので、より平滑になる。例えば、図１１に示すように、酸化により、より広いトレンチの成長酸化物１１００の厚さがより厚くなり、費やされるシリコンがより厚くなる。このより大きな拡散が、より広いトレンチの粗さを少なくする。

本開示の態様において、エッチング表面のエッチング後の平滑化に用いる拡散プロセスを制御するのに一時構造物３６０を用いることができる。例えば、一時構造物３６０を作るのに用いるマスク開口３５５ａ及び３５５ｂのそれぞれの幅を制御することにより、一時構造物３６０に面する対向面３８０及び３８５の酸化の厚さ、従って平滑化を制御することもできる。図１１に示す例において、第１の開口３５５ａは、第１の酸化厚さＴ_１を有する表面３８０を製造すべく選択した幅を有することができ、第２の開口３５５ｂは、第１の酸化厚さＴ_１よりも小さい第２の酸化厚さＴ_２を有する表面３８５を製造すべく選択した幅を有することができる。

図１２を参照すると、シリコンのエッチングした側壁／表面により光ビームの面内伝搬を用いるマイクロオプティカルベンチデバイス３００を製造する上で大変なことの１つは、特に異なる光学構造／素子間の伝搬距離が短い場合、いくつかの表面を選択的に金属化又はコーティングしながら、他の表面を保護することである。選択的に表面をコーティングするための１つの技術は、シャドーマスクの使用を含む。しかし、殆どのシャドーマスクは光学伝搬距離の制限があり、その制限以下ではシャドーマスクが効果的に表面を保護することができない。よって、開示の一態様において、金属化又は他のコーティングプロセス中にいくつかの表面を保護するのに一時構造物３６０を用いることができる。

図１２に示す例において、マイクロオプティカルベンチデバイス３００は、対向面３８０及び３８５を有する素子３７０及び３７５を含む永久構造物を含む。コーティング材料１２００（例えば、金属化層、誘電体層、又はコーティング材料の他のタイプ）は、一方の表面３８０に適用されるべきで、他の表面３８５には適用されるべきではない。コーティング材料１２００からの保護を必要とする表面３８５に極めて近接するマスク設計の一時構造物３６０を用いることにより、一時構造物３６０は、スパッタリング角度に応じて、保護した表面３８５にコーティングが到達するのを阻止することができる。選択的コーティングプロセスを実行後、表面３８０にはコーティング材料１２００を適用し、表面３８５にはコーティング材料を含まないまま、一時構造物３６０を除去することができる。

図１３を参照すると、一時構造物３６０に加えて、選択的コーティングプロセス中に様々な表面を保護するのに、シャドーマスク１３００を用いることもできる。例えば、ＳＯＩ／Ｓｉウェーハ／基板のいくつかの領域（例えば、素子／構造間のより大きな光学伝搬距離を有する領域、又はコーティングから保護すべき複数の素子／構造を含む領域）を、コーティング材料１２００から保護するのにシャドーマスク１３００を用いることができ、その一方でＳＯＩ／Ｓｉウェーハ／基板の他の領域（例えば、コーティングしていない表面３８５）を、コーティングした表面３８０に堆積されるコーティング材料１２００から保護するのに一時構造物３６０を用いる。

図１４は、本開示の態様に係る、同様の一時構造物を用いて実現できる対向するエッチング表面の例示的な傾斜角、表面粗さ、及びコーティング特性を示す。図１４に示すように、一時構造物(図１４で除去)に対向する２つのエッチング表面３８０及び３８５の基板（又は、マイクロオプティカルベンチデバイスの光軸）の面に対する異なる傾斜角β_１及びβ_２を、一時構造物を用いて作ることができる。また、２つのエッチング表面３８０及び３８５の異なる二乗平均平方根の表面粗さσ_１及びσ_２を、同一の一時構造物を用いて表面３８０及び３８５のエッチング中に作ることができる。いくつかの例において、エッチング後の平滑化プロセス中に同一の一時構造物も用いて粗さを最小化することもできる。更に、表面を誘電体又は金属化コーティング材料１２００でコーティングしようがしまいが、エッチング表面（つまり、表面３８５）のいくつかをコーティング材料１２００でコーティングして他の表面（つまり、表面３８０）をコーティング材料１２００でコーティングしないように、同一の一時構造物を用いてコーティングプロセスを選択的に実行することができる。

図１５は、本開示の態様に係る、永久構造物３７８と一時構造物３６０とを含む例示的なマイクロオプティカルベンチデバイス３００の上面図である。マイクロオプティカルベンチデバイス３００をＳＯＩウェーハ１５００上に作成する。図１５に示す例において、一時構造物３６０の除去を容易にすべく、一時構造物３６０がリリース穴１５１０を含んで行きわたるようにする。他の例において、一時構造物３６０は、いかなる穴、空間、又は隙間をも含まない中実構造体であってよい。一時構造物３６０の除去は、例えば、ＨＦリリースステップ中に実行することができる。そのようなＨＦリリース（蒸気又は液体のいずれか）中に、一時構造物３６０をＨＦ溶液内に入れ、それからプロセスの終わりに除去することができる。一時構造物３６０にリリース穴１５１０を設けることで、ＨＦリリースステップ中に一時構造物３６０が除去するのを補助する。別の例として、その後のエッチングステップ中に一時構造物３６０を除去することができ、同時に他の製造した素子のエッチング表面を酸化物又はテフロン（登録商標）のパッシベーション層により保護することができる。別の例において、一時構造物３６０は、酸化平滑化プロセス中に完全に消滅するようにすることで除去されるように薄く設計することができる。

本開示の態様において、一時構造物のリリース後に一時構造物が他の永久構造物に接触しないように、一時構造物を更に設計することができる。例えば、一時構造物をリリースしてから一時構造物と永久構造物間のスティクションを防ぐように、一時構造物３６０の形状、及び一時構造物と永久構造物との間のそれぞれの隙間の寸法を設計することができる。

更に、図１６Ａを参照すると、一時構造物の安全な除去を実現すべく、一時構造物３６０内又は永久構造物３７８の隣接表面に１又は複数の機械的ストッパ１６００を形成することができる。図１６Ａに示す例において、機械的ストッパは、一時構造物に隣接する表面の永久構造物３７８に取り付けられる（又は、その一部として形成される）。

従って、図１６Ａにおいて、一時構造物３６０ａ及び３６０ｂと、永久構造物３７８とを含み、一時構造物３６０ａ及び３６０ｂに隣接する表面の永久構造物３７８に機械的面内ストッパ１６００が取り付けられたマイクロオプティカルベンチデバイス３００を示す。一時構造物３６０ａは、永久構造物３７８の第１の固定光学面１６１０に向けられた光路３９５ａ内に作成される。一時構造物３６０ｂは、永久構造物３７８の第２の固定光学面１６２０と永久構造物３７８の可動光学面１６３０との間の光路３９５ｂ内に作成される。可動光学面１６２０は、コーティング材料（例えば、金属化）１２００で更にコーティングされる。図１６Ａにおいて、一時構造物３６０ａ及び３６０ｂにより制御された２つの固定光学面１６１０及び１６２０と、可動光学面１６３０とが基板の異なる結晶面内にあることに留意されたい。

永久構造物３７８にあるストッパ１６００と、一時構造物３６０ａ及び３６０ｂとの配置は、リリース可能な一時構造物３６０ａ及び３６０ｂと永久構造物３７８間のスティクションを防ぐように設計される。一時構造物の表面と隣接する永久構造物の表面との間の引力が表面同士を接触させることがないように、従って、リリース可能な一時構造物３６０ａ及び３６０ｂと永久構造物３７８間のスティクションを防ぐよう、ストッパ１６００の寸法を更に算出することができる。従って、図１６Ｂに示すように、機械的ストッパ１６００を用いることにより、例えば、ＨＦリリースプロセスを用いて、永久構造物３７８に残る光学素子を損傷させることなく一時構造物３６０ａ及び３６０ｂを除去することができる。

図１６Ｃは、本開示の態様に係る、図１６Ａのマイクロオプティカルベンチデバイスの分解部分の上面図である。図１６Ｃに見られるように、光学面（例えば、固定光学面１６２０）の光学品質は、光学面１６２０と隣接する一時構造物３６０ｂとの間の隙間１６４０ａだけでなく、設計上の様々な他の隙間（例えば、隙間１６４０ｂ及び１６４０ｃ）によっても制御することができる。隙間１６４０ａから１６４０ｃは、ディープエッチングプロセス中の反応物質の消費分布に影響を及ぼす。従って、ディープエッチング反応器内部の設計の全体のエッチング速度は、異なる隙間１６４０ａから１６４０ｃ、並びに一時構造物３６０ｂ及びデバイス内の他のリリース構造物のリリース穴のサイズにより制御することができる。開示の態様において、一時構造物３６０と永久構造物３７８との間の隙間は全て等間隔であってよい。

図１７を参照すると、一時構造物３６０の除去中に永久構造物の表面を保護するのに面外の機械的ストッパ１７００を使用することもできる。図１７に示すように、面外の機械的ストッパ１７００は、例えば、一時構造物３６０とハンドル層３２０の上部表面との間に作ることができる。

例えば、ＢＯＸ層３３０のエッチング時間を制御することにより、面外の機械的ストッパ１７００を、酸化物の小型／細部構造（例えば、円錐体）として形成することができる。これらの機械的ストッパ１７００は、一時構造物３６０がデバイス層３２０から離れた（或いはデバイスの光路から除去された）後に留まることができる。例えば、移動可能な永久構造物とハンドル層３２０との間のＢＯＸ層３３０を除去し、一時構造物３６０とハンドル層３２０との間にＢＯＸ層３３０の跡を残して機械的ストッパ１７００を形成すべく、タイムリリースプロセスを用いてＢＯＸ層３３０をエッチングすることができ、それから一時構造物３６０を機械的ストッパ１７００からリリースすべく、物理力を一時構造物３６０に加えることができる。機械的ストッパ１７００の寸法は、例えば、機械的ストッパ１７００より上の一時構造物３６０の幅、及びＢＯＸ層３３０のエッチング時間により制御することができる。

図１８を参照すると、そのような面外の機械的ストッパ１７００は２つの機能を有する。１つ目は、ストッパ１７００は、一時構造物３６０の除去中に一時構造物３６０と基板（又はハンドル層３２０）間のスティクションを防ぐ。２つ目は、可動構造物１８００と１８１０の間で起こりうる接触領域を最小化することにより、それらの休止位置から大きく変位するときに、ストッパ１７００は、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の可動構造物（例えば、構造物１８００及び１８１０）がハンドル層３２０にスティクションを起こすことを防ぐ。例えば、可動構造物１８００及び１８１０が変位するときに、面外方向のばね剛性が低下する場合があり、従って可動構造物１８００及び１８１０に面外のスティクションが起こりやすくなる。面外の機械的ストッパを含むことにより、そのような面外のスティクションを防ぐことができる。ハンドル層３２０の酸化物の面外のストッパ（微小円錐体）１７００を示すマイクロオプティカルベンチデバイス３００の一部の走査型電子顕微鏡の画像を図１９に示す。

図２０を参照すると、面外の機械的ストッパ２０００をハンドル層３２０の上部表面に形成することもできる。例えば、プロセスステップ２０１０及び２０２０に示すように、熱酸化ステップを伴うエッチング後の平滑化プロセス中に、ハンドル層から消費されるシリコン量、又は酸化成長の量は、デバイス層３４０に対応する構造物があるか否かに応じて異なる（ｔ_１、ｔ_２）。リリースステップにおいて、プロセスステップ２０３０に示すように、酸化物をエッチングし、面外の機械的ストッパ２０００のパターンを、ハンドル層３２０の上部表面に残すことができる。プロセスステップ２０４０に示すように、これらの機械的ストッパ２０００は、一時構造物３６０がデバイス層３２０から離れた（又は、そうでなくてもデバイスの光路から除去された）後に留まることができる。

ハンドル層に残された細部構造物２０００の最終形状（又はパターン）は、例えば、用いられた平滑化プロセスに依る。一時構造物に対応するハンドル層３２０に形成された面外の機械的ストッパ２０００の細部パターンを示す、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の一部の斜視図を図２１に示す。

一般的に、ＤＲＩＥに使用され、ミラーの前にある一時構造物は、金属化ステップの前に除去されるべきである一方、他の素子を金属化から保護する一時構造物は、金属化の後に除去されるべきである。両方のタイプの一時構造物が同一のマイクロオプティカルベンチデバイス内で用いられることを可能とすべく、一時構造物は、異なるリリースタイムを有するように設計できる。

図２２は、本開示の態様に係る、エッチング表面の複数の表面特性を制御すべく複数の一時構造物を利用してマイクロオプティカルベンチデバイスを製造するための例示的なプロセスを示す。マイクロオプティカルベンチデバイス３００は、第１の一時構造物３６０ａと、第２の一時構造物３６０ｂと、素子３７０及び３７５とを含む。第１の一時構造物３６０ａは、例えば、素子３７５の傾斜角及び／又は表面粗さを制御するように設計される。第２の一時構造物３６０ｂは、選択的コーティングプロセス中に素子３７０を保護するように設計される。それぞれの一時構造物３６０ａ及び３６０ｂは、異なるリリースタイムを有するように設計され、それにより一時構造物３６０ａ及び３６０ｂの両方が同一のリリースステップ中に除去されることを防ぐ。例えば、一時構造物３６０ａ及び３６０ｂの厚さは、所望のリリースタイムに基づいて変えることができる。図２２に示す例において、一時構造物３６０ａは一時構造物３６０ｂよりも（幅が）薄い。

例えば、プロセスステップ２２００中に、素子３７５の前にある第１の一時構造物３６０ａは、例えば、一時構造物３６０ａを除去するが、一時構造物３６０ｂを除去しないように選択した期間を有する制御したＨＦリリースを用いてリリースされる。プロセスステップ２２１０において、コーティング材料（つまり、金属化）１２０を素子３７５の表面に適用し、ここで一時構造物３６０ｂは、素子３７０の表面を金属化から保護する。それから、プロセスステップ２２２０において、第２の一時構造物３６０ｂは、例えば、別のＨＦリリースを用いてリリースされる。

一時構造物は、マイクロオプティカルベンチデバイスの光路から電子機械的に除去することもできる。図２３は、本開示の態様に係る、一時構造物３６０をマイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去するための、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）等のアクチュエータ２３００に取り付けられる一時構造物３６０を有する例示的なマイクロオプティカルベンチデバイス３００の一部を示す。ＭＥＭＳアクチュエータ２３００により駆動される場合の一時構造物３６０の動き方向により、一時構造物３６０により制御された１又は複数の特性を有する光学面２３１０の前から一時構造物３６０を除去することができる。ＭＥＭＳアクチュエータは、マイクロラッチ（ラッチ）２３０５を更に含むか、マイクロラッチ（ラッチ）２３０５に結合することができる。

図２４を参照すると、マイクロオプティカルベンチデバイス３００が、２つの光学面２４１０と２４２０とを含む光学干渉計２４００の少なくとも一部を形成する場合、一時構造物３６０は、ＭＥＭＳアクチュエータ２３００に結合し、ＭＥＭＳアクチュエータを用いて２つの表面２４１０と２４２０との間の光路３９５から変位することができる。それから一時構造物３６０を、機械的ラッチ２３０５により一定の位置にラッチしてもよい。図２５は、ビームスプリッタ２５１０と、可動ミラー２５２０と、ラッチ２３０５を含むＭＥＭＳアクチュエータ２３００に取り付けられるアクティブな一時構造物３６０とを有する光学干渉計２４００を含む、マイクロオプティカルベンチデバイス３００の上面図である。図２４において、一時構造物３６０により制御される２つの光学面２４１０及び２４２０は、基板の異なる結晶面内にあることに留意されたい。

１又は複数の一時構造物を用いてマイクロオプティカルベンチデバイスとして製造することができる干渉計を含む分光計の例を図２６に示す。図２６に示す例において、分光計２６００は、マイケルソン干渉計２６０５を含む。しかし、他の例において、ファブリ・ペロー干渉計、及びマッハ・ツェンダー干渉計等の他のタイプの干渉計を利用することができる。図２６において、ブロードバンド光源２６１０からのコリメートライトＩ_０は、ビームスプリッタ２６２０により２つのビームＩ_１及びＩ_２に分割される。一方のビームＩ_１は固定ミラー２６３０に反射し、他方のビームＩ_２はＭＥＭＳアクチュエータ等のアクチュエータ２６５０に結合された可動ミラー２６４０に反射する。

一例において、ＭＥＭＳアクチュエータ２６５０は、櫛型ドライブ及びスプリングから構成される。電圧を櫛型ドライブに印加すると、電位差がアクチュエータ２６５０中に発生し、その中にキャパシタンスを誘導することで、駆動力が復元力と同様にスプリングから発生し、それにより移動可能なミラー２６４０を、ビームＬ_２を反射させるための所望位置に変位させる。これにより、反射ビーム間でミラー２６４０の変位と同程度から２倍の光路長差（ＯＰＤ）が生成される。

ビームスプリッタ２６２０での反射ビームの干渉により、光の一時的なコヒーレンスが、可動ミラーによるそれぞれ異なる光路差（ＯＰＤ）で測定可能となる。インターフェログラムと呼ばれる信号が、可動ミラーの多くの離散位置で検出器２６６０により測定される。それからスペクトルを、例えば、プロセッサ２６７０により実行されるフーリエ変換を用いて導出することができる。

プロセッサ２６７０は、単一の処理装置又は複数の処理装置であってよい。そのような処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、ロジック回路、アナログ回路、デジタル回路、及び／又は回路のハードコーディング、及び／又は操作上の指示をもとに信号（アナログ及び／又はデジタル）を操作する任意の装置であってよい。プロセッサ２６７０は、付随するメモリ及び／又はメモリ素子を有することができ、それは単一のメモリ装置、複数のメモリ装置、及び／又はプロセッサの埋込み回路であってよい。そのようなメモリ装置は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、静的メモリ、動的メモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、及び／又はデジタル情報を記憶する任意の装置であってよい。

一時構造物を用いて実現する選択的な処理に加えて、一時構造物による制御により、ウェーハ全体、及び製造中のウェーハ間で高い均一性を実現することができる。例えば、図２７を参照すると、エッチングした量２７１０と（一時構造物の領域２７２０及び永久構造物の領域２７３０から形成される）保持した量との割合を制御することにより、ウェーハ２７００全体、及びウェーハ間での均一性を実現することができる。エッチングした領域２７１０は、一時構造物領域２７２０により縮小され、それはエッチング中に存在するが、プロセス終了時に除去される。

反応器内のエッチング物質が多様であるため、影響を抑えて均一性を改善すべく、一時構造物２７２０及び永久構造物２７３０の領域をウェーハ全体でも変更することができる。例えば、一時構造物２７２０及び永久構造物２７３０の厚さｔ_１及びｔ_２のそれぞれ、従って、一方のチップ２７４０上の一時領域２７２０と永久領域２７３０との間のエッチング領域ｇ_１は、一時領域２７２０及び永久領域２７３０のそれぞれの厚さｔ_３及びｔ_４、従って、他方のチップ２７５０上の一時領域２７２０と永久領域２７３０との間のエッチング領域ｇ_２と異なっていてよい。

図２８は、本開示の態様に係る、マイクロオプティカルベンチデバイスを製造する例示的な方法２８００を示す。方法２８００は、例えば、図３に示すプロセスを用いて実行することができ、それにより図３から２６に示すマイクロオプティカルベンチデバイスのいずれかを製造する。方法２８００は、ブロック２８１０で、ＳＯＩウェーハ又は基板、又は他のタイプの基板等の基板を提供することにより開始する。ブロック２８２０で、基板がエッチングされ、それにより一時構造物と、少なくとも２つの光学素子を含む永久構造物との両方を形成し、そこでは永久構造物がマイクロオプティカルベンチデバイスに対応する。

ブロック２８３０で、マイクロオプティカルベンチデバイスの少なくとも１つの特性を制御するのに一時構造物を用いる。例えば、特性は、基板の面に対する永久構造物の光学素子の１又は複数の表面の傾斜角、表面粗さ、表面プロファイル、及び表面の選択的コーティングのうち１又は複数を含むが、それらに限定されない。マイクロオプティカルベンチが干渉計を構成するという開示の態様において、特性は、干渉計により作られる干渉パターンの視認性、及び／又は干渉計の光学受光素子（例えば、検出器、ファイバー等）の光軸に対して横方向の干渉計の干渉ビームのアラインメントを含むこともできるが、それらに限定されない。

ブロック２８４０で、一時構造物は、少なくとも２つの光学素子を含むマイクロオプティカルベンチデバイスの光路から除去される。例えば、一時構造物を、基板からリリース又はエッチングすることができ、又は光路から電子機械的に除去することができる。

当業者に認識されるように、本願に記載した発明の概念は、出願の広範囲にわたり修正又は変更が可能である。従って、特許の主題の範囲は、考察した特定の例示的な教示のいずれにも限定されるべきでなく、以下の特許請求の範囲により定義されるものである。

Claims (34)

1. マイクロオプティカルベンチデバイスを製造する方法であって、
   基板を提供するステップと、
   少なくとも２つの光学素子を含む永久構造物と、一時構造物とを形成すべく前記基板をエッチングするステップであって、前記永久構造物の少なくとも一部は前記一時構造物を用いて形成されるステップと、
   前記マイクロオプティカルベンチデバイスを製造すべく前記一時構造物をリリース又はエッチングすることにより前記一時構造物を除去するステップと、を具え、
   前記少なくとも２つの光学素子が前記マイクロオプティカルベンチデバイスの光路内にあることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記基板に少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップを更に具え、前記少なくとも１つの機械的ストッパは、前記一時構造物の除去中に前記少なくとも２つの光学素子を保護することを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップは、前記少なくとも１つの機械的ストッパを前記永久構造物に形成するステップを更に具えることを特徴とする方法。
4. 請求項２に記載の方法において、前記少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップは、前記少なくとも１つの機械的ストッパを前記一時構造物に形成するステップを更に具えることを特徴とする方法。
5. 請求項２に記載の方法において、前記一時構造物と前記永久構造物間のスティクションを防ぐように前記少なくとも１つの機械的ストッパの寸法を選択するステップを更に具えることを特徴とする方法。
6. 請求項２に記載の方法において、前記基板は、デバイス層、ハンドル層、及び前記デバイス層とハンドル層との間にエッチングストップ層を含み、前記基板をエッチングするステップは、前記永久構造物と前記一時構造物とを形成すべく前記基板の前記デバイス層をエッチングするステップを更に具えることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、前記少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップは、前記少なくとも１つの機械的ストッパを、前記一時構造物と前記ハンドル層との間のエッチングストップ層に、又は前記ハンドル層内に形成するステップを更に具えることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップは、前記少なくとも１つの機械的ストッパを、前記一時構造物と前記ハンドル層との間に形成すべく前記エッチングストップ層をエッチングするステップを更に具えることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記一時構造物の第１の幅は、前記永久構造物の第１の光学素子の第１の幅よりも大きく、前記エッチングストップ層をエッチングするステップは、
   前記第１の光学素子と前記ハンドル層との間の前記エッチングストップ層を除去し、且つ前記一時構造物と前記ハンドル層との間に前記エッチングストップ層の跡を残すべく、タイムリリースプロセスを用いて前記エッチングストップ層をエッチングするステップであって、前記エッチングストップ層の跡は、前記少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップを更に具え、前記一時構造物を除去するステップは、
   前記一時構造物を前記少なくとも１つの機械的ストッパからリリースすべく、物理力を前記一時構造物に加えるステップを更に具えることを特徴とする方法。
10. 請求項７に記載の方法において、前記少なくとも１つの機械的ストッパを形成するステップは、前記少なくとも１つの機械的ストッパを前記ハンドル層内に作るべく前記基板のエッチング後に熱酸化を前記基板に適用するステップを更に具えることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記少なくとも１つの機械的ストッパは、前記一時構造物に隣接する前記永久構造物の少なくとも１つの表面上の前記永久構造物に取り付けられることを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法において、前記一時構造物は拡散構造（permeated structure）であることを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法において、前記永久構造物と前記一時構造物とを形成すべく前記基板をエッチングするステップは、
    前記一時構造を用いて、前記基板の面に対する或いは前記マイクロオプティカルベンチデバイスの光軸に対する前記少なくとも２つの光学素子のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの表面の粗さ又は傾斜角を制御するステップを更に具えることを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法において、中に少なくとも１つの開口を有するパターンマスクを設けるステップを更に具え、第１の開口は、第１の光学素子の第１表面と前記一時構造物の第２の表面とを規定する第１のトレンチを形成するためのものであり、前記第１の光学素子の前記第１の表面は、前記一時構造物の前記第２の表面に面することを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記第１の光学素子の前記第１の表面に所望の傾斜角を作るべく前記第１の開口の第１のサイズを選択するステップを更に具えることを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法において、前記第１のトレンチの幅は、４０μｍ以上であることを特徴とする方法。
17. 請求項１４に記載の方法において、
    前記第１のトレンチの所望の幅を作るべく前記第１の開口の第１のサイズを選択するステップと、
    前記第１の光学素子の第１の表面の傾斜角の変動が１度以下となるように、前記基板のエッチング中に前記第１のトレンチのトレンチ幅を、前記所望の幅の周りで４００パーセント以下で変えるステップと、を更に具えることを特徴とする方法。
18. 請求項１４に記載の方法において、前記パターンマスクは、前記一時構造物の前記第２の表面とは反対の前記一時構造物の第３の表面と、前記一時構造物の前記第３の表面に面する第２の光学素子の第４の表面とを規定する第２のトレンチを形成するための第２の開口を更に含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記第１の表面、前記第２の表面、前記第３の表面、及び前記第４の表面のそれぞれの傾斜角を作るべく前記第１の開口の第１のサイズと前記第２の開口の第２のサイズとを選択するステップを更に含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記一時構造物の前記第２及び第３の表面の前記それぞれの傾斜角は、互いの０．１度以内であることを特徴とする方法。
21. 請求項１４に記載の方法において、前記第１の光学素子の前記第１の表面の所望の表面粗さを作るように前記第１の開口の第１のサイズを選択するステップを更に具えることを特徴とする方法。
22. 請求項１に記載の方法において、選択的コーティングを前記基板のエッチング表面に適用するステップを更に具え、ここで前記一時構造物と第１の光学素子の第１の表面との間の第１の隙間を選択することにより、前記一時構造物が、前記選択的コーティングが前記第１の光学素子の前記第１の表面に適用されることが防止されることを特徴とする方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、前記基板をエッチングするステップは、
    更なる一時構造物と永久構造物の更なる光学素子とを形成すべく前記基板をエッチングするステップであって、前記更なる一時構造物と前記永久構造物の前記更なる光学素子とを形成すべく前記基板をエッチングするステップは、
    前記更なる一時構造物を用いて、そのエッチング中に前記更なる光学素子の更なる表面の更なる表面特性を制御するステップを更に含み、
    前記選択的コーティングを前記基板の前記エッチング表面に適用するステップの前に、前記更なる一時構造物を除去するステップを更に具えることを特徴とする方法。
24. 請求項１に記載の方法において、熱酸化を前記基板にそのエッチング後に適用するステップを更に具え、前記一時構造物により、前記熱酸化を適用した後の第１の光学素子の第１の表面の粗さが更に制御されることを特徴とする方法。
25. 請求項１に記載の方法において、前記永久構造物と前記一時構造物とを形成すべく前記基板をエッチングするステップは、前記一時構造物を用いて、前記面内方向の第１の光学素子の第１の表面の異なる位置で面外方向の前記少なくとも２つの光学素子のうちの前記第１の光学素子のプロファイルが制御されるステップを更に具えることを特徴とする方法。
26. 請求項１に記載の方法において、少なくとも２つの光学素子は、前記基板の異なる結晶面を含むことを特徴とする方法。
27. 請求項１に記載の方法において、前記一時構造物と前記永久構造物との間のそれぞれの隙間が等間隔であることを特徴とする方法。
28. 請求項１に記載の方法において、前記一時構造物の除去中に前記一時構造物と前記永久構造物間のスティクションを防ぐステップを更に具えることを特徴とする方法。
29. 請求項１に記載の方法において、前記基板をエッチングするステップは、前記少なくとも２つの光学素子と、前記少なくとも２つの光学素子のうちの第１の光学素子に結合したマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）アクチュエータとを形成するように前記基板をエッチングするステップを更に具えることを特徴とする方法。
30. マイクロオプティカルベンチデバイスを製造する方法であって、
    基板を提供するステップと、
    少なくとも２つの光学素子を含む永久構造物と、一時構造物と、前記一時構造物に結合したマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）アクチュエータとを作成すべく前記基板をエッチングするステップであって、前記基板をエッチングするステップは、
    前記少なくとも２つの光学素子のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの表面特性を、そのエッチング中に前記一時構造物を用いて制御するステップであって、前記少なくとも２つの光学素子は前記マイクロオプティカルベンチデバイスの光路内にあるステップを更に含み、
    前記マイクロオプティカルベンチデバイスの前記光路から前記一時構造物が変位するように前記ＭＥＭＳアクチュエータをアクティベートするステップと、を具えることを特徴とする方法。
31. 請求項３０に記載の方法において、前記ＭＥＭＳアクチュエータはラッチを具え、
    前記ラッチを用いて、前記一時構造物を前記マイクロオプティカルベンチデバイスの光路から外れる位置にラッチするステップを更に具えることを特徴とする方法。
32. 請求項１に記載の方法において、前記マイクロオプティカルベンチデバイスは、分光計又は干渉計を含むことを特徴とする方法。
33. 請求項３２に記載の方法において、前記永久構造物と前記一時構造物とを形成すべく前記基板をエッチングするステップは、前記一時構造物を用いて、前記干渉計によって作られる干渉パターンの視認性を制御するステップを更に具えることを特徴とする方法。
34. 請求項３２に記載の方法において、前記永久構造物と前記一時構造物とを形成すべく前記基板をエッチングするステップは、前記一時構造物を用いて、前記干渉計の光学受光素子の光軸に対して横方向の前記干渉計の干渉ビームのアラインメントを制御するステップを更に具えることを特徴とする方法。

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