TW553892B

TW553892B - Process for fabricating a microelectromechanical optical component

Info

Publication number: TW553892B
Application number: TW091115069A
Authority: TW
Inventors: Philippe Helin
Original assignee: Memscap
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2003-09-21
Also published as: FR2828185A1; US20030027370A1; CA2394108A1; JP2003149568A; EP1281664A1; US6740537B2

Description

553892 A7 B7 五、發明説明（1 ) 技術領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關於微機電元件之領域，亦稱爲MEMS ( Microelectromechanical System)作爲微機電系統之簡稱，其特別相關於用於纖維光學傳訊裝置之MEMS元件，本發明更特別的是關於製造具最佳效率及製作成本之微機電元件的製程。本製程可用以製造各式光學元件，包含在控制命令影響下移動的移動構件，其可能是光學開關、封閉器或是可變的衰減器。在其他的敘述中，本發明將更進一步的敘述關於一光學開關，但其將可輕易地轉換成一光學封閉器或衰減器。習知技術經濟部智慧財產局員工消費合作社印製一般來說，一光學開關接收至少一輸入光纖以及至少二輸出光纖，而這些光纖被放置在根據彼此而非常精確定位的光學傳播波導管中，最常見的是根據彼此做90度定位。該光學開關包括可移動以攔截傳播波導管中之光束的鏡面。當此一移動鏡面在一第一位置時，其會反射一光纖所輸出之光學光束至一第二纖維；當此一鏡面在一第二位置時，其並不會修正由第一光纖所輸出之光束的傳播，因此，該光束會在與其同直線之光纖中被傳播。此鏡面之移動係由一致動器所造成，各式的致動器早已被提出，特別是靜電致動器，特別是如US6 229 640中所敘述者。這種型式的靜電致動器包括分佈成二叉合梳的一些電極，而該二叉合梳會部分地彼此穿刺以形成一電容於本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -4- 553892 A7 B7 五、發明説明（2 ) 其相對之表面。應用該二叉合梳之間電壓將可造成其中一叉合梳相對於另一個之移動。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 既然該鏡面被扣在該電極兩梳的其中之一，因此其會因該電壓之作用而移動。當電壓消失，藉由轉回構件的影響，會發生位置回復的現象，而該轉回構件經常包含一或數個轉回構件，其係連接至基板之其餘的移動電極之梳。此一發明之一目的在於，當該鏡面獲得一足夠之距離時，使該鏡面能運用一限定之電壓値而移動。然而，利用一低電壓値則會造成該電極之該二梳之相對表面面積增加〇再者，爲了獲得最大可能振幅的移動，很重要的是，轉回構件不能運用一太大的力，而他們的硬度也因此受限。然而，該硬度尤其是由組成它之樑的厚度所決定，所以，爲了增加該鏡面之移動，則有必要減少該致動器轉回構件之樑的厚度。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製但當要結合則述兩個效果時，亦即，一1方面增加該電極之表面面積，而另一方面減少轉回構件之樑的厚度，即會產生了一個問題。這種不方便可見於從以絕緣層上有矽爲主之基板（ SOI-based substrate)所產生之微元件。這是因爲在SOI基板上，該電極及該致動器轉回構件係由向下蝕刻到氧化層而被定義，所以，該電極及該致動器轉回構件將會被該氧化層被蝕刻後而實施之後續蝕刻所釋放。這種產生在一 SOI 基板上的元件中，該轉回構件之樑與該電極也因此會有相本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 553892 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（3 ) 同之高度。爲了增加致動器所能運用之力，因此，必須增加電極的數目，而導致該致動器消耗較多之能量，以及佔據較大部分之該基板表面面積。從一單晶矽基板所產生之光學開關亦已被提出，其被稱爲“大體積”開關（“bulk” switched)。各式依據使用基板結晶方向之製程已被發展出來，因此，當所使用之基板具有與矽晶結構之（1 〇〇 )平面平行之上表面時，同樣蝕刻該鏡面及該傳播波導管的操作模式亦可能被實現。這是因爲，由於形成阻止化學蝕刻之平面的結晶平面方向，其有可能獲得位於相同軸旁之完美傳播波導管隊列，以及直角傳播波導管的完美垂直角度。然而，由化學蝕刻所獲得之該鏡面的厚度乃是依據蝕刻時間所決定。因此，該鏡面厚度的精確度受制於蝕刻所實施情形的變化，所以，一輕微的溫度變動就可能導致該鏡面厚度相當嚴重的不精確。濕式鈾刻操作亦被應用在具有與矽晶結構之（1 1 〇 )平面平行之上表面的基板。在這個情形下，該化學鈾刻停止平面相當於該鏡面之垂直側壁，而使得該鏡面厚度可能達到非常好的精確度。然而，在此情形下，既然結晶軸並沒有與這些傳播波導管之方向相同，則傳播波導管必須在第二階段產生。因此，必須在一後續步驟中產生他們，通常需要使用一乾式倉虫刻，及活性離子蝕刻（Reactive Ion Etching，RIE )。本發明其中一目的在於使光學元件可以以最少的步驟從單晶矽基板產生。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X 297公釐） -6- 553892 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) US6 1 50 275已經敘述了從單晶矽產生微結構之製程，其（1 1 1 )結晶平面係平行於該基板之主要平面。在該文件中所述之製程主要在於結合乾式蝕刻步驟以定義在該基板上一個微結構之輪廓。此製程係由可釋放該乾蝕刻事先定義之結構的化學蝕刻步驟繼續。發明槪述本發明因此係有關於一種從一矽基板產生一微機電光學元件之製程，如此之光學元件一般包括：至少二光學傳播波導管，特別是用以接收光纖者；一壁，其可根據該傳播波導管而移動，；一靜電致動器，其可使得該活動壁關於該基板之其餘而移動，而該致動器包括：可關於彼此而移動之相對電極，其中，一些該電極被機械地連接到該活動壁，而其他之該電極則被扣在該基板之其餘上；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製由產生於該基板上之至少一樑所形成之轉回構件，其相對於該電極關於彼此之該移動。根據本發明，其所使用之基板係由單晶矽所製成，其 (1 1 1 )結晶平面平行於基板平面。本製程包括一第一系列的深活離子蝕刻步驟，以不同値定義活動壁、致動器之電極、以及致動器轉回構件之樑的高度。本製程係接續一第二濕鈾刻步驟，而可從基板之其餘釋放活動壁、電極、以及樑。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -7- 553892 A7 B7 五、發明説明（5 ) 換言之，是有可能生產一個實質上高度大於該電極及該致動器轉回構件之該樑的高度之鏡面。因此，也有可能理想化該元件之各個構件之不同高度比例。所以，該電極的蝕刻高度將被選擇大於該轉回構件之樑的高度，在這情形下，該電極之高度，也因此兩組電極間運用之力，會因相同的控制電壓而增加。同時，藉由減少該迴旋構件之樑的厚度，則後者之硬度會減少，因而可能增加鏡面之距離。此一可能性係由有差別的深活離子蝕刻所提供，以定義該電極或該迴旋構件之該壁之輪廓。用以定義該鏡面之深活離子蝕刻的深度可以有各種的選擇。因爲此深度可以選擇，所以光纖可以完全被包含在該傳播波導管中，而藉此幫助後·續槪括階段。第一蝕刻之厚度也可以較少，只要確定該鏡面足夠以攔截該光纖所輸出之光束。在此情形下，既然該鏡面之反射區接近於該基板之上表面，其存在有較好的平面及垂直面，也因此有較好的反射品質。實際上，會在深活離子蝕刻步驟前，先執行定義該光學傳播波導管、該活動壁、該電極、及該致動器轉回構件之後續位置的一遮罩步驟。該遮罩可藉由，例如：沈積一二氧化矽層或PECVD (電漿輔助化學氣相沈積）技術而達成。此層可藉由包含平版印刷接著蝕刻之便利方法所形成〇在實際上有益的是，本製程包含二連續的深活離子蝕刻步驟，亦即：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-!! P. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 553892 A7 B7 五、發明説明（6 ) 一第一深活離子蝕刻步驟，以定義該活動壁、該電極、以及該致動器轉回構件之高度；以及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一第二深活離子蝕刻步驟，以初始定義後續濕式蝕刻步驟之體積。實際上，在這兩個深活離子蝕刻步驟期間，將實施以下敘述：首先，一二氧化砂（Si〇2)層一致沈積於在該第一鈾刻步驟所蝕刻之區域；以及接著，從該初始蝕刻區域之底層移除此一二氧化5夕層〇此一名詞“一致”沈積是表示，該沈積是以一樣的厚度被實施於整個基板之可視表面。活離子蝕刻的後續步驟將會發生在這些區域之底層，而可開始定義該濕式蝕刻步驟之體積。在濕式蝕刻步驟之後，進行一金屬化步驟，以使該活動壁成爲可反射。此一步驟亦使得該電極被金屬化，因而可應用該控制電壓。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製根據本發明之另一特徵，在該深活離子蝕刻步驟期間，以定義出位於形成部分該致動器轉回構件之樑每一側的一些小保護樑，而該小保護樑藉由小面積的連結部而與該致動器轉回構件的該樑進行連接，而該小保護樑將會在該濕式蝕刻期間被從該基板之其餘釋放。位於該轉回構件之樑每一側的這些小保護樑使得基板在深活離子鈾刻期間的裝載效應增加。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) μ規格（21〇'〆297公釐） -9 - 553892 經濟部智慧財產局員工涓費合作社印製 A7 B7五、發明説明（7 ) ^ ~~ 這是因爲，爲了使該鏡面獲得一足夠之距離，該轉回構件必須相對地大大地變形。該轉回構件之樑的一些部分也因此移動了大約相同於該鏡面移動之距離。該轉回構件之樑因此而位於寬廣的開放空間中。然而，皆知，深活離子蝕刻之深度是依據表面區域的蝕刻特色而定，而較小表面積的蝕刻特色是，比起較大面積者而言，其蝕刻深度較淺。這個現象，稱之爲“裝載效應（load effect ) ”，其被應用在當爲了製造出似乎是矛盾共存的兩個因素，他們是，一方面是該轉回構件之樑大小所需要的精確度，另一方面是這些樑所處之通道的寬度時，以定義該轉回構件之樑。這是因爲該轉回構件之樑的剖面是決定這些轉回構件硬度的優先因素。而爲了獲得精確的硬度，則需要控制這些轉回構件之樑的剖面。爲了做到這點，該轉回構件之樑的精確輪廓以非常小寬度的特徵來定義。在這些特徵之外，將會產生在圍繞該轉回構件之樑的開放空間中更暴露於該深活離子鈾刻之該小保護樑。在深活離子蝕刻期間之裝載效應現象，因此可見於區別小保護樑與該轉回構件之樑的狹窄特徵。該活離子蝕刻深度在該小保護樑的兩側是不一樣的。因此，在該小保護樑面對該轉回構件將會移動的開放空間的那一側，該蝕刻將會較深；相對地，在該小保護樑面對該轉回構件之樑的那一側，此蝕刻將會實質上較淺，以產生該樑較小的厚度，因此而具有較能控制且較理想的硬度 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 553892 A7 __B7 五、發明説明（8 ) 。所以，使用小保護樑讓創造一額外的蝕刻深度以及控制該轉回構件之樑的剖面，因此及硬度，成爲可能。既然該小保護樑藉由小面積的連接部連接到該迴旋構件之樑，他們實質上在決定該轉回構件之樑的硬度上並沒有扮演任何一部份，但比起長度，反而對重量做出貢獻。根據本發明之製程，其可以被應用在獲得各式的光學元件上。而這些元件可能是擁有兩個同直線光學傳播波導管的可變衰減器或封閉器。也可能有組合兩對同直線傳播波導管之開關類的元件，其中一對與另一對垂直。在這情形下，該鏡面沿與該傳播波導管成45度的平面移動。爲了理想化該轉回構件之硬度及該電極之體積間的妥協，得到了一個實値上大小較習知技術小的致動器。因此，藉由增加基礎開關細胞的濃度及整合密度，可以使得該光學傳播波導管以一足夠產生多個基於矩陣模式中基礎細胞之開關的方式較靠近在一起。簡單圖式說明本發明實施的方式以及因其而產生之優點，將藉由下列附加圖式所支持之實施例說明而淸楚呈現，其爲：第一圖：其係爲根據本案所產生光學開關之主要區域的整體透試圖；第二圖（a )〜（h ):其係爲根據本發明所產生微元件之基礎構件結構所在區域以及本發明之製程各式連續步本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) B裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 553892 A7 B7 五、發明説明（10) 10 致動器 11 電極 12 電極 13 梳 14 梳 15 樑 16 樑 20 基板 21 基板 22 Si02 層 8 1 小保護樑 24 放釋放結構 40 金屬層 100 光纖 101 光束 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂發明說明經濟部智慧財產局員工消費合作社印製正如已經提到的，本發明係有關於製造一可爲各種不同型態之光學微元件的製程。其可爲，舉例而言，一開關，如實施例所述，也可爲一可變化之衰減器或封閉器。一般而W，一光學開關（1)，如第一圖所示，包含四光學傳播波導管（2、3、4、5)。此四傳播波導管（2-5) 分組成爲成對之同直線波導管，因此，兩波導管（2、4) 彼此排成列，正如其他對（3、5 )之波導管，此兩對的波本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 553892 A7 B7 五、發明説明（11) 導管（2-5)兩者互相垂直，而且，此些傳播波導管（2-5) 是打算爲光纖（未顯示於圖一中）所使用，以允許訊號能以光線光束之形式被傳遞。這些傳播波導管（2-5)亦可爲瞄準構件所使用，以著重於由光纖所輸出之光束。實質上，該光學開關（1 )亦包含形成一鏡面之一活動壁（6)，其面（7)是可反射的，以使在輸入波導管中傳遞之光束可以被反射進入輸出波導管。此鏡面（6)可與基板之主要平面做平行移動，以與該波導管方向成45度角的方向。此45度角之定向，雖然並不一定需要，然而就線路干擾、反射品質、及矽表面佔有率而言可構成一理想狀態〇該鏡面（6 )乃被一致動器（1 0 )所驅動。此致動器包括複數個電極（11、12 )，其分組在一起成爲兩叉合的梳，因此，一些電極（11 )被扣在該基板之其餘，而形成與該基板主要平面方向垂直的數平面。該致動器亦包含移動電極（12)，其亦被安排而形成與該基板主要平面方向垂直的梳，這些電極（12)被穿插進入該固定梳之電極（11 )之間，而該固定梳及該移動梳電極（1 1、1 2 )相面對的表面構成一電容。在該電極（11、I2)之間提供一電壓，則可以產生造成該移動梳（1 4 )相對該固定梳（1 3 )移動之靜電形式力。該移動梳（1 4 )相對該固定梳（1 3 )之移動，則因由兩個樑（1 5、1 6 )結合該移動梳（1 4 )至該基板之其餘所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-14- 553892 A7 B7 五、發明説明（12) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 構成之轉回構件的存在而受阻礙。這些樑（1 5、1 6 )因爲前述靜電力之影響而經歷變形，並且當該靜電力消失時，該移動梳（1 4 )向後回到其休息的位置。在圖中所顯示之樑（1 5、1 6 )其與現實相較係爲特別簡化者，唯一目的只是爲了使圖式簡單易懂。當然，本發明所涵蓋很多可替代的轉回構件實施例，其實際上移動之擴充比起圖中所示之樑要大了許多。一般而言，根據本發明之製程並不限制如圖一所示之開關，其結構只是作爲舉例之用。而根據本發明之製程，相反的，可被應用到非常多不同的機械結構，若他們使用上述的主要構件，亦即，形成一鏡面之活動壁、電極，其中一些可以移動而其他則固定、以及由一或多個樑所形成之轉回構件。因此，各式幾何結構或設計可以依據本案而產生。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製根據本發明之製程將可藉由第二圖（a )〜（h )獲得淸楚的瞭解。首先，所使用的基板必須是單晶矽基板，亦稱爲“大體積”矽（bulk silicon)。之所以選擇單晶矽基板是因其（1 11 )結晶面與基板（20 )之主要平面互相平行。在一第一步驟中，該基板（2 1 )被覆蓋以一二氧化矽層（ 22 ) ( Si02 )。該層可以以任何已知的方式沈積，特別是藉由已知之製程，如電漿輔助化學氣相沈積（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, PEVCD)。此一二氧化石夕層（ 22)係作爲一深活離子触刻（Deep Reactive Ion Etching，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -15- 553892 A7 B7 五、發明説明（13) DRIE )步驟之遮罩，在其餘的敘述中將稱之爲“深蝕刻”（ Deep Etching)。此特徵藉由方便的平版印刷及鈾刻方法而被定義在此二氧化矽層上，如第二圖（b)所示。接著，產生在該二氧化矽層之該特徵（23 )的垂直下方的該矽基板（2 1 )經歷一第一深蝕刻步驟。此步驟是用以定義將被釋放之部分（24)的高度h，而兩區域（25、26 )因此也根據該將被釋放結構（24)之高度而被蝕刻成一深度。之後，如第二圖（d )所示，一層（3 0 )的二氧化矽被沈積，而此一沈積會一致地被實施以覆蓋將被釋放之區域（24 )及其相鄰區域（27、28 )之側壁。此層（30 )係用以於後續非等向乾式蝕刻步驟的期間，提供對矽基板之 1保護，如第二圖（e )所示。在此步驟期間，該二氧化矽一致層（30)會被向下蝕刻被挖空之區域（25、26)之底層 (3 1 )的平面，因此，此蝕刻步驟使得在這些被鈾刻區域 (25、26)之底層的基板顯露出來。接著則進行一第二乾式蝕刻步驟，如第二圖（f)所示。該第二蝕刻步驟被實行一深度P，以定義出將被釋放之結構（24 )以及該基板之其餘（2 1 )之間的距離，而此一深度p可依據將得到之該結構的形式而做調整。控制此一距離P，特別是，可避免該可移動結構與該基板之其餘間之連結。接著進行一濕式非等向性蝕刻步驟，如第二圖（g)所示。此濕式蝕刻步驟係從已被該深蝕刻之第二步驟所蝕刻的該區域（3 3)開始進行。該非等向性蝕刻可以是氫氧化鈉（本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ιίΊ· ^nt. HI ϋ·^— mi m .^n ami an (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 553892 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（14) NaOH)或四甲基銨氫氧化物（TMAH)或乙二胺鄰苯二酹 (EDP )。整個製程中，基板結晶方向的選擇在此一步驟中非常特別重要。這是因爲跟其他（100)或（110)平面的族群比起來，在所提及之非等向性蝕刻方面，（111)平面的族群有非常高的選擇性，該（111 )平面因此對於該蝕刻而言構成了停止面。既然預先蝕刻之該區域（3 3 )的該底層（ 34)爲（111)平面族群之一，因此，實際上將不會發生過度蝕刻的現象，而會發生側蝕（underetching)的現象。該側蝕則會被屬於（1 1 1 )平面族群的平面（35、36 )所限制。這些平面形成了一個六邊形，而在該六邊形中，平面（ 3〇與平面（35、36)結晶方向之夾角爲19.4度。此鈾刻步驟一直持續到將被釋放之結構（24 )下之所有基板皆被移除爲止。因此，此一濕式非等向性蝕刻步驟在將被釋放之結構 (24 )之下定義出了一開放區域（3 7 )。所以，正如第二圖（a )〜（h )所示，該基板外層經歷一金屬化製程。此金屬化不只在基板之表面，也在將被釋放之區域（24)的側壁（41、42 )，同時，還在相鄰區域（45、46 )相面對的側壁（43、44)上皆沈積一金屬層（40)。此一金屬化過程在該被釋放結構（24)作爲一鏡面時，提供了所必須的反射能，而當該被釋放結構（24 )被作爲靜電致動器中之一電極時，此金屬化製程則可以確保每一梳的等電位。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 553892 A7 B7 五、發明説明（15) 根據本發明之製程，其可以在元件中定義各種高度標準的移動結構。因此，如第三圖所示，在第二圖（h )中所詳細敘述之製程，可藉由可進行不同蝕刻程度之一第一深蝕刻步驟來負責該裝載效應。因此，如第三圖（a)所示，在第一蝕刻步驟期間，可決定出具有彼此不同高度hl3 h2，h3 的區域（52、52、53)。在一致的二氧化矽沈積以及非等向性蝕刻該區域（5 1· 53 )的底層之後（這些並未顯示），該製程，如第三圖（b )所示，在預先鈾刻好之區域（51-53 )的底層繼續一第二深蝕刻。此第二深蝕刻步驟可以依據將產生之結構型態而發生於不同深度。正如已經提到者，此第二深蝕刻步驟可以決定分隔被釋放結構（5 7、5 8、5 9 )與隱藏於其中之洞穴（60、61、62)之底層（57、58、59)間的距離。在形成如第四圖（a )〜（c )所舉例之電極的特殊例子中，進彳了一第一*触刻步驟以形成不问深度之區域（6 5、 66 )，而在外側的區域（65 )則是被較深地鈾刻以在未來電極（68、09)之外定義更厚的結構。如第四圖（b )所示之第二深蝕刻步驟期間，區域（65 、66)被鈾刻，以定義區域（、71 ),而使如第四圖（c )所示之後續濕式蝕刻步驟可以開始。在此濕式蝕刻期間，爲了釋放各個電極（68、69)以及定義該電極（68、69 )位於其上之一個地塊（land) (72)，各個區域（71)被依與基板平行的平面而擴大，直到他們彼此連接。該地塊 (7 2 )與該電極（6 8、6 9 )側面區域（7 0 )經濕式蝕刻所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公着） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 553892 A7 _ B7 _ 五、發明説明（16) 產生之洞穴（7 4 )的底層（7 3 )相較，乃位於一較高的位置。在此法中，如第五圖所示，產生了兩叉合梳，而其電極（6 8、6 9 )則是彼此穿插。一般而言，這些梳的高度大槪在10〜1〇〇微米之間。爲了更簡化，在第四、五圖中所述之電極的數目被限制在5，但其數目是可以根據致動器之結構而做出調整的。根據本發明的另一特徵，該製程可以非常精確地定義出轉回構件之樑。因此，如第六圖（a )所示，進行一第一深蝕刻步驟，以定義該轉回構件之樑（80 )與位於該樑（ 8〇 )之每一側的兩個小側面保護樑（8 1 )。如第七圖所示，該小保護樑（8 1 )係透過非常小部分的連接區域（82 ) 與該樑（80)做出連接，而在該樑（80)與該小保護樑（8 1) 之間的被蝕刻區域（83 )亦在尺寸上很小，一般約在3至 1 〇微米之間。這未來的樑與小保護樑（80、8 1 )被限制在側向相當寬的區域（S5 )。這是因爲這些區域（85 )的側壁（86、 87 )之間的距離符合該轉回構件意欲在裡面移動的空間，因此，這是與鏡面的移動相同層次的距離。所以，在樑（ 8〇 )與小保護樑（8 1 )之間較小寬度之區域（83 )則造成了裝載效應現象。在第六圖所示之實施例中，該區域（85 )與（83 )的相對尺寸與真實大小在實際上是不相同的，其只是爲了使本發明之製程中的某些特徵更容易被瞭解。實際上，該空本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-19- 553892 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（17) 間（85)比所示來的寬了許多。該側壁（90)主導了該轉回構件之該樑（80)剖面的決定，因此，以及其硬度特徵。而硬度的精確度可確保使用相同製程所產生之各式元件的效率具有好的同質性。所以，在第一深鈾刻步驟之後，進行一第二深鈾刻步驟，如第六圖（b )所示，以定義將開始濕式蝕刻之區域（ 92、93)。此濕式蝕刻在該樑（80)與該小保護樑（81) 下被橫向進行，以定義區域（94 )，而其上設有該樑（80 )與該小保護樑（8 1 )。該濕式蝕刻開始於側向區域（92),以定義在轉回構件周圍之開放空間的底層（95)。爲了移除連接該小保護樑（81 )與該地塊（96 )之二氧化矽層，整個二氧化矽層可能被移除，然後，該基板則被氧化。連接該小保護樑（8 1 )到該轉回構件之該樑（8〇 )的小尺寸區域（82)，如第八圖所示，表示，整個集合的硬度係單獨決定於該樑（80 )的硬度。該小保護樑（8 1 )扮演如重量的角色，但他們的剖面則幾乎不影響該樑（80 ) 的硬度特性。至於傳播波導管的深度，則有數種情形可以想像。因此，如第九圖所示，該第一乾式蝕刻步驟可以定義一約在 10至1〇〇微米間之相對限制高度H!。此高度將可定義反射鏡面的高度，而該第二濕式蝕刻步驟則是相對於該基板（20 )的上表面而定義出該波導管（4 )的深度。高度山及H2皆可被選擇成光纖（100)所輸出之光束本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-20- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 553892 A7 _____B7_ 五、發明説明（18) 的中心（1 〇 1 )位於與大約符合波導管（4 )側壁（1 02 )之位置的鏡面中心等高的方式。在此情形，既然反射發生在鏡面的上部，所以反射特性與平坦化則被完全控制，以提供最佳的光學行爲。在另外的情形中，如第十圖所示，該第一乾式鈾刻之深度H3與大於第九圖所示之仏之値，一般約在60至100 微米之間。在此情形，該光纖（1 〇〇 )所輸出之光束（1 〇 1 )之中心則根據該傳播波導管之側壁（1 03 )而被該鏡面之較低部分所反射。此反射特性則因此稍微不及於第九圖所示之實施例。另一方面，因爲第二深蝕刻步驟被實施於一深度H4,而使得該波導管（4)的底層（1〇5)可藉由一大於或等於該光纖（100 )之直徑的距離而遠離該基板之上表面之平面（2〇 )。在此情形中，光纖（100 )並不會從該基板之上部平面（20)突出，進而可幫助整個操作。當然，各種作爲一光學開關之設計的解釋可以被調變而成爲一可變化之衰減器或封閉器。在此情形下，相對於該傳播波導管之該鏡面的該壁承受方向可能就會不同。而爲了形成開關、封閉器、或衰減器的矩陣，這些基礎細胞亦可以被重組。依據前述，根據本發明製程所產生之光學元件具有許多優點，特別是：鏡面移動的最佳化。既然轉回構件係依據與電極深度無關的深度而定尺寸，則使得降低這些轉回構件之硬度及增加靜電力成爲可能；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公ϋ ~ -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

553892 A7 B7 五、發明説明（19) 致動器能量耗損之最佳化。因爲增加了電極的高度；此種微元件所佔據之矽表面降低。因此，允許多個元件如開關矩陣之產生；包括有限個步驟之生產製程；以及在傳播波導管中適當選擇光纖位置之可能性。 J— - - - --- 1- —II - _ — - I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22-

Claims

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 553892 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍1 1· 一種從一矽基板生產一微機電光學元件之製程，包括：至少二光學傳播波導管（2-5 )，特別是用以接收光纖者；一壁（6)，可根據該傳播波導管（2-5)而移動；一靜電致動器（1 0 )，可使得該活動壁（6 )相對於該基板之其餘（2 1 )而移動，而該致動器包括：可相對於彼此而移動之正對電極（1 1、1 2 )，其中，一些該電極（I2)被機械地連接到該活動壁（6)，而其他該電極（1 1 )則被扣在該基板之其餘（2 1 )上；至少一樑（1 5、1 6 )所形成產生於該基板之轉回構件，係相對於該電極（1 1、12 )之彼此移動，其特徵在於= 其所使用之基板是由單晶矽所製成，其（1 1 1 )結晶平面平行於基板平面（20); 其包括一第一系列的深活離子蝕刻步驟，以不同値界定活動壁（6 )、致動器（1 ]，1 2 )之電極、以及致動器轉回構件之樑（15,16)之高度（h、h2、h3);以及其包括一第二濕蝕刻步驟，可從基板之其餘釋放活動壁（6)、電極（11，12)、以及樑（.15，16)。 2.如申請專利範圍第1項所述之製程，其特徵在於，在該深活離子蝕刻步驟前，其包含有定義該光學傳播波導管（25)、該活動壁（6)、該電極（11、12) 、·及該致動器轉回構件（1 5、1 6 )之後續位置的一遮罩步驟。本張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-23- 553892 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍2 3 .如申請專利範圍第1項所述之製程，其特徵在，其包含二連續的深活離子蝕刻步驟，亦即：一第一深活離子蝕刻步驟，以定義該活動壁、該電極、以及該致動器轉回構件之高度；以及一第二深活離子蝕刻步驟，以初始定義後續濕式鈾刻步驟之體積。 4.如申請專利範圍第3項所述之製程，其特徵在於，在該二深活離子蝕刻步驟之間，進行以下敘述：首先，沈積一二氧化矽（Si02 )層（3〇 )在該初始蝕刻之區域；以及接著，移除沈積在該初始鈾刻區域之底層（3 1 )之二氧化砂層。 5 .如申請專利範圍第1項所述之製程，其特徵在於，在該深離活離子步驟期間，定義位於該致動器轉回構件之樑（80 )之每一側的一些小保護樑（8 1 )，而該小保護樑 (8 1 )藉由小面積的連結部（82 )而被加入該致動器轉回構件的該樑（S0)，並且在其中，該小保護樑會在該濕式蝕刻期間被從該基板之其餘釋放。 6. 如申請專利範圍第1項所述之製程，其特徵在，在該濕式蝕刻步驟之後，實施一金屬化.步驟。’ _ 7. —種從一矽基板晶圓產生之微機電光學元件，包括至少二光學傳播波導管（2-5)，特別是用以接收光纖者；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 553892 A8 B8 C8 _____ D8 六、申請專利範圍3 一壁（6)，可根據通道而移動；一靜電致動器（1.0 )，可使得該活動壁（6 )相對於該基板之其餘（21)而移動，該致動器包括：可相對於彼此而移動之正對電極（1 1、1 2 )，其中，一些該電極（12 )被機械地連接到該活動壁（6 )，而其他該電極（1 1 )則被扣在該.基板之其餘（21 )上；至少一樑（15、16)所形成產生於該基板之轉回構件，係相對於該電極（1 1、1 2 )之彼此移動，其特徵在於：其所使用之基板係由單晶矽所製成，其（1 1 1 )結晶平面平行於基板平面；以及該活動壁（6 )、該致動器電極（1 1、1 2 )、以及致動器轉回構件之樑（1 5、1 6 )具有不同値之高度。 8. 如申請專利範圍第7項所述之元件，其特徵在，其至少在該活動壁（6)及該電極（11、12)上具有一金屬層 (40 ) 〇 9. 如申請專利範圍第7項所述之元件，其特徵在，其更包含位於該致動器轉回構件之樑（8 0 )之每一側的一些小保護樑（8 1 )，而該小保護樑（8 1 )藉由小面積的連結部（82)而被加入該致動器轉回構件.的該樑（80)。 1 0.如申請專利範圍第7項所述之元件，其特徵在，其包括兩個同直線光學傳播波導管。 1 1 .如申請專利範圍第7項所述之元件，其特徵在，其包括兩對同直線光學傳播波導管（2-5)，而且，每一對本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-25- 553892 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍4 與另一對互相垂直。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） -26-