專利名稱：光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光開關(guān)，其用于改變光信號(hào)的光路，并且特別適合應(yīng)用于2×2光開關(guān)，該2×2光開關(guān)構(gòu)造為具有兩個(gè)安裝于其上的輸出側(cè)光纖和兩個(gè)安裝于其上的輸入側(cè)光纖，并且能夠同時(shí)地將由兩個(gè)輸出側(cè)光纖分別射出的光信號(hào)輸入至對(duì)應(yīng)的輸入側(cè)光纖中，其中從每個(gè)該輸出側(cè)光纖射出光信號(hào)，而每個(gè)該輸入側(cè)光纖接受入射于其上的光信號(hào)。
背景技術(shù)：
作為示例，2000年1月23至27日，在日本宮崎舉行的第十三屆IEEE國(guó)際微機(jī)電系統(tǒng)會(huì)議(MEMS-2000)中，Philippe Helin等人發(fā)表了名為“SELFALIGNED VERTICAL MIRRORS AND V-GROOVES APPLIED TO ASELF-LATCHING MATRIX SWITCH FOR OPTICAL NETWORKS(用于光網(wǎng)的自鎖矩陣開關(guān)中采用的自對(duì)準(zhǔn)垂直反射鏡及V形凹槽)”的論文，其中介紹了一種技術(shù)，若對(duì)其表面為(100)晶面的單晶硅襯底進(jìn)行方向依賴性濕法蝕刻或化學(xué)各向異性濕法蝕刻，則可以同時(shí)制得一薄板狀或片狀反射鏡和四個(gè)V形凹槽，該薄板狀或片狀反射鏡由蝕刻過的硅襯底豎起并與其構(gòu)成整體，而該四個(gè)V形凹槽在硅襯底上沿著兩條彼此正交并通過該反射鏡中心的直線延伸。另外，該論文中還介紹到，當(dāng)由其表面為(100)晶面的硅襯底豎起的反射鏡通過對(duì)硅襯底進(jìn)行化學(xué)各向異性濕法蝕刻而制得時(shí)，反射鏡的鏡面為(100)晶面，使得鏡面的垂直性和平整性的精度相當(dāng)高，并且由此可以將光損失保持在最小值。
在上述論文中公開的光開關(guān)中，四根光纖分別安裝在以90°的間隔角形成的四個(gè)V形凹槽中，并且該光開關(guān)使得分別從兩個(gè)輸出側(cè)光纖射出的光信號(hào)通過板狀反射鏡開關(guān)，使得該光信號(hào)中的任意一個(gè)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入側(cè)光纖中。例如，對(duì)于反射鏡處于光路中的情況，光開關(guān)使得從設(shè)置于相鄰位置的兩個(gè)輸出側(cè)光纖射出的光信號(hào)由反射鏡的前鏡面或后鏡面與入射光信號(hào)成直角反射并進(jìn)入對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入側(cè)光纖，而對(duì)于反射鏡未處于光路中的情況，由另一個(gè)輸出側(cè)光纖射出的光信號(hào)直接進(jìn)入與該另一個(gè)輸出側(cè)光纖相對(duì)的一個(gè)對(duì)應(yīng)輸入側(cè)光纖。
利用上述論文中所述的制造方法，板狀反射鏡可以精確地形成在使其鏡面(前垂直表面和后垂直表面)分別與四個(gè)V形凹槽準(zhǔn)確地成45°角的位置。然而，反射鏡的厚度隨著蝕刻時(shí)間的誤差而變化，使得其厚度可以變得比預(yù)定厚度更厚或更薄，這導(dǎo)致了鏡面位置的位移。若鏡面的位置變化，則光路的軸也將偏離，使得由兩個(gè)輸出側(cè)光纖射出的光信號(hào)難以以較低的光損失同時(shí)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入側(cè)光纖。換言之，在使用一個(gè)薄板狀反射鏡構(gòu)造2×2光開關(guān)的情況中，將出現(xiàn)光路的軸偏離的問題。
另外，在先前由本申請(qǐng)人提出的日本專利申請(qǐng)No.2000-270621(于2000年9月6日提交)的圖2中示出了一種具有基本上與上述論文中介紹的光開關(guān)相同構(gòu)造的現(xiàn)有技術(shù)光開關(guān)，并且此光開關(guān)由于反射鏡厚度而導(dǎo)致的缺陷已參照其圖3介紹。詳細(xì)情況可參照日本專利申請(qǐng)No.2000-270621。
在上述論文中介紹的光開關(guān)中，為了使反射鏡的厚度為預(yù)定的厚度，向硅襯底進(jìn)行各向異性濕法蝕刻的蝕刻時(shí)間必須以很高的精度控制。因此，存在著生產(chǎn)效率非常低的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有多個(gè)反射鏡的光開關(guān)，構(gòu)造為其準(zhǔn)確地將從對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出側(cè)光纖進(jìn)入其中的光束以非常小的光損失反射，由此使反射光束進(jìn)入對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入側(cè)光纖，并且該光開關(guān)可以方便地制得。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種2×2光開關(guān)，構(gòu)造為其準(zhǔn)確地將分別從兩個(gè)輸出側(cè)光纖進(jìn)入其中的光束以非常小的光損失反射，由此使反射光束進(jìn)入對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸入側(cè)光纖，并且該2×2光開關(guān)可以方便地制得。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面在于，提供一種光開關(guān)，包括襯底；固定板狀電極；活動(dòng)板狀電極，利用與所述襯底連接的撓性梁狀元件、平行于所述固定板狀電極安裝，其中活動(dòng)板狀電極與固定板狀電極之間有預(yù)定間隔；多個(gè)反射鏡，形成在所述活動(dòng)板狀電極的表面上；多根光纖，分別定位并固定于沿著彼此平行并通過該些反射鏡的多條直線形成在襯底上的多個(gè)V形凹槽中；以及，其中，通過在固定板狀電極與活動(dòng)板狀電極之間施加電壓，活動(dòng)板狀電極和反射鏡一起朝向固定板狀電極移動(dòng)，由此開關(guān)用于入射光信號(hào)的光路，并且所述光開關(guān)的特征在于襯底和活動(dòng)板狀電極中的每一個(gè)都包括表面為(100)晶面的單晶硅；以及，多個(gè)反射鏡，其鏡面通過用具有高反射率的物質(zhì)涂覆垂直的(100)晶面而形成，垂直的(100)晶面通過對(duì)表面為(100)晶面的單晶硅進(jìn)行各向異性蝕刻而制得，并且兩個(gè)相對(duì)的鏡面彼此形成直角。
在優(yōu)選實(shí)施例中，前述反射鏡為兩個(gè)，并且每個(gè)反射鏡具有彼此形成直角的兩個(gè)鏡面，而與活動(dòng)板狀電極一體地形成在活動(dòng)板狀電極表面上的該兩個(gè)反射鏡按照使其相對(duì)的鏡面彼此形成直角的方式形成。
或者，可以在活動(dòng)板狀電極表面上、與活動(dòng)板狀電極一體地制造四個(gè)反射鏡，并且每個(gè)反射鏡為薄板形并具有一個(gè)鏡面，該些反射鏡按照使每個(gè)鏡面與對(duì)應(yīng)的一個(gè)V形凹槽形成45°角且兩個(gè)相對(duì)的鏡面彼此形成直角的方式形成。
V形凹槽為四個(gè)，并通過對(duì)包括其表面為(100)晶面的單晶硅的襯底進(jìn)行各向異性蝕刻而形成，且每個(gè)V形凹槽的槽面為(111)晶面。
另外，該四個(gè)V形凹槽形成為使得其中的兩個(gè)形成在活動(dòng)板狀電極的一側(cè)而其余的兩個(gè)形成在活動(dòng)板狀電極相對(duì)的一側(cè)，沿著兩條以45°角通過對(duì)應(yīng)的鏡面的平行直線。
活動(dòng)板狀電極、反射鏡和V形凹槽通過對(duì)其表面為(100)晶面的單晶硅進(jìn)行各向異性蝕刻而同時(shí)制得。
利用本發(fā)明，由于使用相同的蝕刻劑對(duì)其表面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性蝕刻，因此鏡面為(100)晶面且其中相對(duì)的兩個(gè)相對(duì)的鏡面彼此形成直角的多個(gè)反射鏡、以及用于定位并固定分別與反射鏡對(duì)齊的光纖的V形凹槽同時(shí)制得，并且，每個(gè)反射鏡和對(duì)應(yīng)的一個(gè)V形凹槽彼此高度精確地對(duì)齊。因此，無(wú)論蝕刻時(shí)間長(zhǎng)短，兩個(gè)相對(duì)的鏡面都能正確地形成直角，并且因此反射鏡總是可以將從輸出側(cè)光纖射入的入射光信號(hào)通過兩個(gè)相對(duì)的鏡面、以非常低的光損失精確地反射兩次，并使反射光信號(hào)進(jìn)入輸入側(cè)光纖。
另外，由于反射鏡和V形凹槽通過對(duì)其頂面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性蝕刻而同時(shí)制得，因此可以在各向異性蝕刻前一次進(jìn)行掩模構(gòu)圖。各向異性蝕刻僅進(jìn)行一次，并且因此反射鏡和V形凹槽可以通過一次掩模構(gòu)圖和一次各向異性蝕刻同時(shí)制得。另外，無(wú)需高精度地控制蝕刻時(shí)間，因此該光開關(guān)制造簡(jiǎn)便且生產(chǎn)效率得到極大提高。


圖1為平面圖，其主要示出了可以應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)2×2光開關(guān)示例的單晶硅襯底、活動(dòng)板狀電極、反射鏡、凹陷和V形凹槽；圖2為平面圖，其示出了分別容納于圖1所示的凹陷和V形凹槽中的微透鏡陣列和光纖的一個(gè)示例；圖3為平面圖，其示出了固定板狀電極；圖4為平面圖，其示出了可以應(yīng)用本發(fā)明的2×2光開關(guān)的一個(gè)示例；圖5為截面圖，其沿著圖4中的線5-5截取，并且沿箭頭所指方向觀察；圖6A為輪廓截面圖，用于說明由光敏樹脂形成的反射鏡的制造工藝；圖6B為輪廓截面圖，用于說明由光敏樹脂形成的反射鏡的缺點(diǎn)；圖7A、7B和7C為平面圖，用于說明反射鏡位置的移動(dòng)與光路的軸之間的關(guān)系；圖8為平面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的光開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例，其中去除了光纖和固定板狀電極；圖9為截面圖，其沿著圖8中的線9-9截取并且僅示出了截?cái)嗝妫粓D10為截面圖，其沿著圖8中的線10-10截取并且僅示出了截?cái)嗝妫粓D11為截面圖，其沿著圖8中的線11-11截取并且僅示出了截?cái)嗝妫粓D12A至12K為截面圖，用于按照工藝步驟順序說明圖8所示光開關(guān)的制造方法的一個(gè)示例，并且僅示出了截?cái)嗝?；圖13為透視圖，用于說明在圖8所示的光開關(guān)中，通過對(duì)硅進(jìn)行各向異性濕法蝕刻而由單晶硅制得反射鏡的方式；圖14為透視圖，其示出了通過對(duì)硅進(jìn)行各向異性濕法蝕刻而制得的反射鏡；圖15為輪廓平面圖，用于說明無(wú)論蝕刻時(shí)間長(zhǎng)短總是能將兩個(gè)相對(duì)的鏡面制造為彼此形成直角的方式；以及圖16為輪廓透視圖，用于說明無(wú)論蝕刻時(shí)間長(zhǎng)短總是能將相鄰的兩個(gè)V形凹槽制造為具有基本相同的形狀和深度的方式。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以按照多種不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)限制于下面所示的實(shí)施例，提供實(shí)施例更是為使本公開更加透徹且完整，以及將本發(fā)明的范圍全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
首先，將參照?qǐng)D1至5介紹適于應(yīng)用本發(fā)明的2×2光開關(guān)的示例。另外，由于2×2光開關(guān)已在上述日本專利申請(qǐng)No.2000-270621(P2000-270621)中介紹，因此其細(xì)節(jié)應(yīng)參照日本專利申請(qǐng)No.2000-270621。
圖1為平面圖，其主要示出了一般為矩形形狀的單晶硅襯底1和一般為矩形形狀且與襯底1整體形成的活動(dòng)板或平板狀電極2，兩者都是可以應(yīng)用本發(fā)明的2×2光開關(guān)的組件。在活動(dòng)板狀電極2上形成與活動(dòng)電極板2整體形成的四個(gè)薄板狀或片狀微鏡31A、32A、31B和32B?；顒?dòng)板狀電極2的兩側(cè)上，沿著襯底1的縱向，形成凹陷13A和13B以及V形凹槽14A和14B，其中每個(gè)凹陷一般成矩形形狀并與活動(dòng)板狀電極2隔開預(yù)定距離，而兩個(gè)凹槽14A彼此平行并且從襯底1的一端沿其縱向(襯底1的一個(gè)附邊)延伸至對(duì)應(yīng)的凹陷13A，其其余的兩個(gè)凹槽14B彼此平行并且從襯底1的相對(duì)端沿其縱向(襯底1的相對(duì)附邊)延伸至對(duì)應(yīng)的凹陷13B。
具有矩形形狀的窗口12形成在襯底1的中心部分處，而活動(dòng)板狀電極2位于窗口12之上并且處于其中心處，活動(dòng)板狀電極2的尺寸比窗口12的小?；顒?dòng)板狀電極2由兩根撓性梁(flexible beams，每根都稱作“撓曲件(flexure)”)21支撐，從而可以向上和向下移動(dòng)，每根撓性梁具有多個(gè)通常為直角的匝。每根柱21的前端固定于活動(dòng)板狀電極2對(duì)應(yīng)的一個(gè)對(duì)角，而其基部固定于襯底1的凹陷13A或13B與窗口12之間的位置。
四個(gè)薄板狀微鏡31A、32A、31B和32B具有彼此基本相同的形狀和尺寸，兩個(gè)微鏡31A和31B設(shè)置在第一直線上，該第一直線基本通過活動(dòng)板狀電極2的中心并且與水平線形成45°角。其余的兩個(gè)微鏡32A和32B設(shè)置在第二直線上，該第二直線基本通過活動(dòng)板狀電極2的中心并且與第一直線正交。這些微鏡31A、32A、31B和32B設(shè)置在使得其從第一與第二之間的交點(diǎn)沿徑向總是離開基本形同距離的位置，并且對(duì)應(yīng)的兩個(gè)V形凹槽14A和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)V形凹槽14B的軸線基本通過微鏡的中心。
兩個(gè)凹陷13A和13B具有彼此相同的形狀和尺寸，并且在凹陷13A和13B中分別容納有微透鏡陣列9A和9B。微透鏡陣列9A具有彼此平行并排設(shè)置的兩個(gè)微透鏡94A和95A，如圖2所示，而微透鏡陣列9B也具有彼此平行并排設(shè)置的兩個(gè)微透鏡94B和95B，如圖2所示。由于兩根光纖4A和5A與微透鏡陣列9A對(duì)齊并安裝于其上，而兩根光纖4B和5B與微透鏡陣列9B對(duì)齊并安裝于其上，對(duì)于分別在對(duì)應(yīng)的凹陷13A和13B中容納微透鏡陣列9A和9B的情況，分別安裝于微透鏡陣列9A和9B的光纖4A、5A和4B、5B同時(shí)分別容納并定位于V形凹槽14A和14B中。
輸出側(cè)光纖和輸入側(cè)光纖安裝于每個(gè)微透鏡陣列。在所示的示例中，兩根安裝于微透鏡陣列9A的光纖4A和5A中的一根光纖4A為輸出側(cè)光纖，而另一根光纖5A為輸入側(cè)光纖。類似地，兩根安裝于微透鏡陣列9B的光纖4B和5B中的一根光纖4B為輸出側(cè)光纖，而另一根光纖5B為輸入側(cè)光纖。這些光纖布置為使得安裝于一個(gè)微透鏡陣列9A的輸出側(cè)光纖4A與安裝于另一個(gè)微透鏡陣列9B的輸入側(cè)光纖5B相對(duì)且與其對(duì)齊(其設(shè)置在相同的光軸上)，而安裝于一個(gè)微透鏡陣列9A的輸入側(cè)光纖5A與安裝于另一個(gè)微透鏡陣列9B的輸出側(cè)光纖4B相對(duì)且與其對(duì)齊(其設(shè)置在相同的光軸上)。
如圖3所示，固定的或靜止的板狀電極8由形狀和尺寸基本與襯底1相同的單晶硅襯底構(gòu)成。通過蝕刻去除固定板狀電極8的周邊部分，從而在電極8頂面的中心部分形成一般為矩形形狀的抬升部分81，抬升部分81具有與襯底1的窗口12基本相同的形狀和尺寸。固定的板狀電極8安裝于襯底1的下側(cè)，使得其起到固定電極作用的抬升部分81與活動(dòng)板狀電極2以其間預(yù)定的間隔相對(duì)。
圖4為平面圖，其中包括具有圖1所示的襯底1的2×2光開關(guān)、安裝在襯底1上的圖2所示光纖4A、5A和微透鏡陣列9A的組件、安裝在襯底1上的圖2所示光纖4B、5B和微透鏡陣列9B的組件、以及安裝于襯底1的圖3所示固定板狀電極8。圖5為沿圖4中的線5-5截取并沿箭頭所指方向觀察的截面圖。
如圖4所示，在所示2×2光開關(guān)中，在活動(dòng)板狀電極2上，在安裝于一個(gè)微透鏡陣列9A的輸出側(cè)光纖4A與安裝于另一個(gè)微透鏡陣列9B的輸入側(cè)光纖5B之間，與電極2一體地形成兩個(gè)反射鏡31A和32B，使得其分別與對(duì)應(yīng)的光纖形成45°的角度，類似地，在活動(dòng)板狀電極2上，在安裝于一個(gè)微透鏡陣列9A的輸入側(cè)光纖5A與安裝于另一個(gè)微透鏡陣列9B的輸出側(cè)光纖4B之間，與電極2一體地形成兩個(gè)反射鏡32A和31B，使得其分別與對(duì)應(yīng)的光纖形成45°的角度。
另外，如圖5所示，固定板狀電極8安裝于襯底1的下側(cè)，使得其抬升部分81與形成在襯底1中的窗口12相配合。因此，固定板狀電極8的抬升部分81和活動(dòng)板狀電極2以其間預(yù)定的間隔通過窗口12彼此相對(duì)，并且允許活動(dòng)板狀電極2通過窗口12向下位移或移動(dòng)。結(jié)果，若固定板狀電極8與活動(dòng)板狀電極2之間施加預(yù)定的電壓，從而沿著使固定板狀電極8與活動(dòng)板狀電極2彼此吸引的方向在其間產(chǎn)生靜電吸引，活動(dòng)板狀電極2向下位移，并且因此形成在活動(dòng)板狀電極2頂面上并且由其豎起的反射鏡31A、32A和31B、32B也向下位移至使得反射鏡處于由光纖形成的光路外。由此，可以開關(guān)從輸出側(cè)光纖4A或4B輸出的光信號(hào)通過其傳播的光路。
另外，如上構(gòu)造的2×2光開關(guān)通過使用顯微機(jī)械加工技術(shù)制造，并且四個(gè)反射鏡31A、32A和31B、32B使用光刻由光敏樹脂形成。具體而言，四個(gè)反射鏡31A、32A和31B、32B通過在硅襯底1的頂面上涂覆光敏樹脂，僅曝光所形成的光敏樹脂薄膜其上將要形成反射鏡的部分，其后使用溶劑去除除曝光部分外的光敏樹脂薄膜，從而形成四個(gè)鏡體，并且以金屬涂覆這些鏡體的鏡面。
按此方式，在使用光敏樹脂形成反射鏡的情況下，由于在反射鏡制造過程中光敏樹脂的硬化導(dǎo)致難以使鏡面平坦，并且因此，對(duì)光的反射特性劣化。因此，產(chǎn)生了導(dǎo)致光損失增加的一個(gè)因素。另外，光敏樹脂其上將要形成反射鏡的部分在反射鏡的制造過程中曝光。在此曝光中，如圖6A所示，通過掩模M的窗口W暴露的光L的一部分由于衍射而在掩模的周圍部分傾斜行進(jìn)。由于一部分暴露的光傾斜地行進(jìn)以及其它原因，所形成的鏡體m具有了與正交于活動(dòng)板狀電極2頂面的垂直平面以角度θ傾斜的垂直面(鏡面)。結(jié)果，難以使鏡面垂直。因此，沉積在鏡體m表面上的金屬涂層c的表面也以角度θ傾斜，并且由入射的光束LB產(chǎn)生的反射光束LBR以角θ從平行于活動(dòng)板狀電極2的頂面的水平面向上偏離。這也產(chǎn)生了導(dǎo)致光損失增大的一個(gè)因素。
另外，在如上構(gòu)造的光開關(guān)中，V形凹槽14A、14B和反射鏡31A、32A和31B、32B使用掩模構(gòu)圖和蝕刻單獨(dú)地形成。因此，很有可能由于V形凹槽14A、14B與反射鏡31A、32A和31B、32B之間位置的相互關(guān)系而產(chǎn)生位移或誤差，并且這也成為了導(dǎo)致光損失增大的一個(gè)因素。例如，以反射鏡31A和32A為例，若反射鏡31A和32A從以虛線示出的、其將要形成的正確位置移動(dòng)到圖7A所示由實(shí)線示出的位置，則從輸出側(cè)光纖4A射出的光束無(wú)法進(jìn)入輸入側(cè)光纖5A，因?yàn)楣馐姆瓷涔廨S如圖所示地偏離。另外，若反射鏡31A、32A的位置從以虛線示出的、其將要形成的正確位置移動(dòng)到圖7B所示由實(shí)線示出的位置，盡管從輸出側(cè)光纖4A射出的光束偏離了圖示的其反射光軸，但其仍然進(jìn)入了輸入側(cè)光纖5A。另外，若反射鏡31A、32A的位置從以虛線示出的、其將要形成的正確位置移動(dòng)到圖7C所示由實(shí)線示出的位置，從輸出側(cè)光纖4A射出的光束在未與其反射光軸發(fā)生任何偏離的情況下進(jìn)入輸入側(cè)光纖5A。
按此方式，若光開關(guān)構(gòu)造為使得輸出側(cè)光纖4A和輸入側(cè)光纖5A彼此鄰接，并且彼此平行地并排設(shè)置，而從輸出側(cè)光纖4A射出的光束每次以90°的角度反射兩次，即總計(jì)反射180°，隨后進(jìn)入輸入側(cè)光纖5A，則降低了反射軸的偏離。另外，在上述日本專利申請(qǐng)No.2000-270621中詳細(xì)介紹了制造上述2×2光開關(guān)的方法，并且對(duì)該方法的前述以外的說明在此略去。
本發(fā)明適合應(yīng)用于2×2光開關(guān)，該光開關(guān)具有例如圖1至5所示的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)并使用上述Philippe Helin等人的論文中公開的用于形成反射鏡和V形凹槽的技術(shù)制得。應(yīng)用了本發(fā)明的2×2光開關(guān)具有兩個(gè)或四個(gè)與活動(dòng)板狀電極一體形成并由該活動(dòng)板狀電極豎起的反射鏡，反射鏡高度精確地形成在使得兩個(gè)相對(duì)的鏡面形成直角且每個(gè)鏡面總是與光路軸保持45°的合適角度的位置，即使是沒有以很高的精度控制蝕刻時(shí)間。因此，提供了一種2×2光開關(guān)，其中的光損失可以保持為最小值，并且可以容易地制造。
圖8為平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的光開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例，其中去除了光纖和固定板狀電極，圖9為截面圖，其沿著圖8中的線9-9截取并且僅示出了截面，圖10為截面圖，其沿著圖8中的線10-10截取并且僅示出了截面，而圖11為截面圖，其沿著圖8中的線11-11截取并且僅示出了截面。
如截面圖9至11所示，圖8所示的光開關(guān)由兩個(gè)形成于SOI(絕緣硅)襯底1上的2×2光開關(guān)構(gòu)成，該SOI襯底1具有包括二氧化硅層(SiO2層)11和兩個(gè)形成在二氧化硅層11的兩個(gè)表面上的單晶硅層10T和10B的三層結(jié)構(gòu)，其每一層都具有預(yù)定的厚度。另外，為了清楚說明，在圖8中，與圖1至5相對(duì)應(yīng)的元件和部分，對(duì)于一個(gè)2×2光開關(guān)將以相同的附圖標(biāo)記附加“-1”來表示，而對(duì)于另一個(gè)2×2光開關(guān)將以相同的附圖標(biāo)記附加“-2”來表示，并且除非必要，將略去其說明。
如圖8所示，SOI襯底1具有透過其中形成一般為矩形形狀的開口43，在此示例中，開口43從襯底1下側(cè)邊緣的中心部分沿著圖中其縱向方向朝向其上側(cè)邊緣以襯底1附邊長(zhǎng)度的2/3延伸，使得襯底1具有由位于開口43兩側(cè)的矩形部分1L和1R以及連接于矩形部分1L與1R之間的中路部分1C組成的倒置溝道形狀，圖中的每個(gè)矩形部分的垂直邊比其水平邊長(zhǎng)。
一個(gè)2×2光開關(guān)包括一般為方形形狀的活動(dòng)板狀電極2-1；兩個(gè)反射鏡35-1和36-1，與活動(dòng)板狀電極2-1一體地形成在活動(dòng)板狀電極2-1上并由其豎起，每個(gè)反射鏡在平面中具有一般為直角等腰三角形的形狀；V形凹槽14A-1和14B-1，分別形成在襯底1具有較長(zhǎng)垂直邊的矩形部分1L和1R上，位于活動(dòng)板狀電極2-1的兩側(cè)，一對(duì)凹槽14A-1彼此平行地形成在矩形部分1L上，而另一對(duì)凹槽14B-1彼此平行地形成在矩形部分1R上；以及，撓性梁21-1，用于支撐活動(dòng)板狀電極2-1，使其可以向上或向下移動(dòng)，撓性梁具有多個(gè)一般為矩形的匝。柱21-1的前端連接于活動(dòng)板狀電極2-1對(duì)應(yīng)的一個(gè)角，而其基部連接于形成在襯底1上、一般為截棱錐形狀的電極支撐41-1的基部。在電極支撐41-1的頂面上，形成電極45-1。另外，平面中一般為直角等腰三角形的兩個(gè)反射鏡35-1和36-1形成為使得其形成90°角的垂直角沿著圖中的垂直方向彼此相對(duì)且兩個(gè)反射鏡對(duì)稱。兩個(gè)平行的V形凹槽14A-1和兩個(gè)平行的V形凹槽14B-1形成為使得其沿著水平方向(分別沿著具有較長(zhǎng)垂直邊的矩形部分1L和1R的對(duì)應(yīng)附邊的方向)彼此平行且沿著水平線彼此對(duì)齊。
另一個(gè)2×2光開關(guān)包括一般為方形形狀的活動(dòng)板狀電極2-2；兩個(gè)反射鏡35-2和36-2，與活動(dòng)板狀電極2-2一體地形成在活動(dòng)板狀電極2-2上并由其豎起，每個(gè)反射鏡在平面中具有一般為直角等腰三角形的形狀；V形凹槽14A-2和14B-2，分別形成在襯底1具有較長(zhǎng)垂直邊的矩形部分1L和1R上，位于活動(dòng)板狀電極2-2的兩側(cè)，一對(duì)凹槽14A-2彼此平行地形成在矩形部分1L上，而另一對(duì)凹槽14B-2彼此平行地形成在矩形部分1R上；以及，撓性梁21-2，用于支撐活動(dòng)板狀電極2-2，使其可以向上或向下移動(dòng)，撓性梁具有多個(gè)一般為矩形的匝。柱21-2的前端連接于活動(dòng)板狀電極2-2對(duì)應(yīng)的一個(gè)角，而其基部連接于形成在襯底1上、一般為截棱錐形狀的電極支撐41-2的基部。在電極支撐41-2的頂面上，形成電極45-2。另外，平面中一般為直角等腰三角形的兩個(gè)反射鏡35-2和36-2形成為使得其形成90°角的垂直角沿著圖中的垂直方向彼此相對(duì)且兩個(gè)反射鏡對(duì)稱。兩個(gè)平行的V形凹槽14A-2和兩個(gè)平行的V形凹槽14B-2形成為使得其沿著水平方向(分別沿著具有較長(zhǎng)垂直邊的矩形部分1L和1R的對(duì)應(yīng)附邊的方向)彼此平行且沿著水平線彼此對(duì)齊。
兩個(gè)活動(dòng)板狀電極2-1和2-2位于襯底1的開口43內(nèi)，并且由分別由對(duì)應(yīng)的撓性梁21-1和21-2支撐為可在開口43內(nèi)的空間中向上和向下移動(dòng)。另外，在此示例中，兩個(gè)電極支撐41-1和41-2形成在中路部分1C上，使得其沿著圖中的水平方向并排設(shè)置。
在形成活動(dòng)板狀電極2-1和2-2的同時(shí)，通過在SOI襯底1的頂面上，對(duì)一個(gè)單晶硅層(圖9至11中上側(cè)上的較厚單晶硅層)10T進(jìn)行方向依賴性濕法蝕刻或化學(xué)各向異性濕法蝕刻，形成平面中都具有一般為直角等腰三角形形狀的反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2，單晶硅層10T的表面為(100)晶面。反射鏡35-1彼此形成90°角的兩個(gè)垂直表面35-1A和35-1B、反射鏡36-1彼此形成90°角的兩個(gè)垂直表面36-1A和36-1B、反射鏡35-2彼此形成90°角的兩個(gè)垂直表面35-2A和35-2B、以及反射鏡36-2彼此形成90°角的兩個(gè)垂直表面36-2A和36-2B，如上述Philippe Helin等人的論文中所述，其垂直性和平整性具有很高的精度，并且因此可以基本完全地反射入射光(以很小的光損失)，并且反射光幾乎不會(huì)從水平面垂直地偏離。實(shí)際上，垂直表面35-1A和35-1B、36-1A和36-1B、35-2A和35-2B、以及36-2A和36-2B涂覆有諸如鉻(Cr)、金(Au)等的金屬，從而形成鏡面。另外，圖8中，盡管每個(gè)反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2顯示為具有一般為直角等腰三角形的形狀，這僅是為了方便理解。實(shí)際上，每個(gè)反射鏡的角成為更高階的晶面，不會(huì)導(dǎo)致有角的形狀。實(shí)際上，垂直角部分成為相當(dāng)萎縮的形狀。然而，反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2的兩個(gè)鏡面35-1A和35-1B、36-1A和36-1B、35-2A和35-2B、以及36-2A和36-2B保持為，兩個(gè)鏡面彼此以很高的精度形成90°的角度。
另外，在形成反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2時(shí)，V形凹槽14A-1和14B-1、14A-2和14B-2也通過向SOI襯底1的上側(cè)單晶硅層10T進(jìn)行各向異性濕法蝕刻同時(shí)形成。因此，這些V形凹槽14A-1和14B-1、14A-2和14B-2以及反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2可以同時(shí)以很高的精度在預(yù)定位置制得，而無(wú)需精確控制蝕刻時(shí)間，如下所述。
因此，即使沒有精確控制蝕刻時(shí)間，也可以以很高的精度制得與對(duì)應(yīng)的活動(dòng)板狀電極一體形成的兩個(gè)反射鏡，使得每一對(duì)將入射光束每次以90°反射兩次的相對(duì)的兩個(gè)鏡面35-1A和36-1A、35-1B和36-1B、35-2A和36-2A、以及35-2B和36-2B總是與光路的軸保持45°的合適角度。由于反射鏡鏡面的垂直性和平整性具有很高的精度，因此可以正確地以90°的角度反射入射光束，由此可以使光損失最小化。另外，由于通過對(duì)單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻同時(shí)形成反射鏡、活動(dòng)板狀電極、V形凹槽和撓性梁，因此其便于制造，并且明顯改善了生產(chǎn)效率。
另外，在上述實(shí)施例中，已經(jīng)討論了兩個(gè)2×2光開關(guān)形成于SOI襯底1的上側(cè)單晶硅層10T上的情況。顯然，將要形成在SOI襯底1上的2×2光開關(guān)的數(shù)量可以是一個(gè)或多于兩個(gè)。另外，顯然，通過對(duì)單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻，可以在每個(gè)活動(dòng)板狀電極上形成圖4所示的四個(gè)薄板狀反射鏡，即可以按照與反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2的兩個(gè)鏡面35-1A和35-1B、36-1A和36-1B、35-2A和35-2B、以及36-2A和36-2B相同的角度位置制造八個(gè)薄板狀反射鏡，并且可以獲得相同的功能和效果。
接著，將參照?qǐng)D12A至12K介紹制造工藝的示例，其中在SOI襯底1的上側(cè)單晶硅層10T(其表面為(100)晶面)上形成活動(dòng)板狀電極2-1和2-2、撓性梁21-1和21-2、反射鏡35-1、36-1和35-2、36-2、V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2、電極支撐41-1和41-2、電極45-1和45-2等等。另外，圖12A至12K為截面圖，其僅示出了對(duì)應(yīng)于圖11的截面。為簡(jiǎn)化附圖，圖中未示出構(gòu)成另一個(gè)2×2光開關(guān)的活動(dòng)板狀電極2-2、反射鏡35-2、36-2、V形凹槽14B-1、14B-2、電極支撐41-2、電極45-2等，該另一個(gè)2×2光開關(guān)具有與2×2光開關(guān)基本相同的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)。另外，由于可以將具有與例如圖3和5所示的固定板狀電極基本相同的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的固定板狀電極用作固定板狀電極，因此不再說明其制造工藝。
首先，如圖12A所示，制備三層結(jié)構(gòu)的SOI襯底1，該三層結(jié)構(gòu)具有一般為矩形的形狀和預(yù)定的尺寸，其包括二氧化硅層(SiO2層)11、以及形成在二氧化硅層11的兩個(gè)表面上的上單晶硅層10T和下單晶硅層10B，每一層都具有預(yù)定的厚度。在本示例中，上單晶硅層10T形成為使得其頂面為(100)晶面，并且比下單晶硅層10B厚得多。
接著，如圖12B所示，使用水蒸氣氧化法或CVD法，在上單晶硅層10T和下單晶硅層10B的表面上形成上氧化膜(SiO2層)51T和下氧化膜(SiO2層)51B。
接著，在上SiO2層51T的表面上涂覆光致抗蝕劑，并且對(duì)光致抗蝕劑進(jìn)行掩模構(gòu)圖，以形成預(yù)定的窗口，隨后，通過蝕刻去除上SiO2層51T與將要形成電極支撐41-1和41-2的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分，由此在上SiO2層51T中形成窗口W1，如圖12C所示。另外，圖中未示出形成在上SiO2層51T中與將要形成電極支撐41-2的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的窗口W1。
接著，通過蒸發(fā)，在上SiO2層51T包括窗口W1在內(nèi)的整個(gè)表面上沉積鉻(Cr)和金(Au)的雙層金屬薄膜，并且利用掩模構(gòu)圖金屬薄膜上的光致抗蝕劑，從而形成預(yù)定的窗口，隨后，通過蝕刻去掉除窗口W1上及附近的部分以外的金屬薄膜。結(jié)果，如圖12D所示，在上單晶硅層10T與將要形成電極支撐41-1和41-2的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的表面上形成了電極45-1和45-2。電極45-2未示出。
接著，利用掩模構(gòu)圖覆蓋SOI襯底1下單晶硅層10B表面的下SiO2層51B上的光致抗蝕劑，從而形成預(yù)定的窗口，接著，如圖12E所示，通過蝕刻去除下單晶硅層10B和下SiO2層51B與將要形成活動(dòng)板狀電極2-1的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分。
接著，在SOI襯底1SiO2層11的暴露表面上進(jìn)行光致抗蝕劑的掩模構(gòu)圖，以形成用于在SiO2層11中制造柱21-1和21-2的窗口W2，如圖12F所示。
通過蝕刻利用窗口W2去除上單晶硅層10T的部分下側(cè)后，如圖12G所示，在SiO2層11和下SiO2層51B的整個(gè)表面上涂覆光致抗蝕劑層53，以保護(hù)SOI襯底1的下表面。
接著，在覆蓋上單晶硅層10T表面的SiO2層51上進(jìn)行光致抗蝕劑掩模構(gòu)圖以形成預(yù)定的窗口，隨后通過蝕刻以預(yù)定的厚度或深度去除上單晶硅層10T與SOI襯底1中路部分1C上的電極支撐41-1和41-2的周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分，以減小上單晶硅層10T的厚度。然而，在此情況下，上單晶硅層10T與其上將要形成撓性梁21-1和21-2的電極支撐的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分在此步驟中未被蝕刻，因?yàn)槠浜穸韧ㄟ^以下工藝步驟中的各向異性濕法蝕刻而減小。此工藝步驟使得兩個(gè)電極支撐41-1和41-2分開。圖12H中示出了上單晶硅層10T與電極支撐41-1的周邊區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分以預(yù)定厚度去除以減小其厚度的情況。
接著，如圖12I所示，在上SiO2層51T的表面上進(jìn)行光致抗蝕劑掩模構(gòu)圖，以形成窗口W3，隨后通過各向異性濕法蝕刻以相當(dāng)大的深度去除上單晶硅層10T與將要形成反射鏡35-1、36-1、35-2、36-2、以及柱21-1和21-2的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分。同時(shí)，通過此各向異性濕法蝕刻，分別在與SOI襯底1的矩形部分1L和1R相對(duì)應(yīng)的區(qū)域上形成V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2。另外，對(duì)于柱21-2，其一部分在圖中示出，而反射鏡35-2、36-2、以及V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2未在圖中示出。
下面，將說明在制造反射鏡35-1和36-1時(shí)進(jìn)行的化學(xué)各向異性蝕刻。如圖13所示，例如，在上單晶硅層10T與其上將要形成活動(dòng)板狀電極2-1的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分的整個(gè)表面上形成SiO2層，隨后在SiO2層上進(jìn)行光致抗蝕劑掩模蝕刻，以形成一對(duì)掩模M。每個(gè)掩模M具有基本為直角等腰三角形的形狀，并且掩模M對(duì)設(shè)置為使得其成直角的垂直角以其間的預(yù)定間隔彼此相對(duì)。上單晶硅層10T其頂面為(100)晶面，如上所述，并且垂直方向以及硅層10T沿著包括垂直角的直角等腰三角形的兩條邊延伸的方向(與V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2形成45°角的方向)為(100)方向，而硅層10T沿著直角等腰三角形的底延伸的方向(與V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2平行的方向)為(110)方向。
接著，使用適合的蝕刻劑對(duì)上單晶硅層10T進(jìn)行化學(xué)各向異性蝕刻。施加于硅層10T上的此化學(xué)各向異性蝕刻產(chǎn)生了具有三角柱形狀的兩個(gè)反射鏡35-1和35-2，如圖14所示，每個(gè)反射鏡形成直角的垂直表面57A和57B為(100)晶面。在此示例中，70℃、35重量百分比的KOH溶液用作蝕刻劑。
每個(gè)反射鏡形成直角的垂直表面57A和57B具有非常高精度的垂直性和平整性，如上述Philippe Helin等人的論文中所述，因此其可以以非常低的光損失反射入射光束，并且反射的光束不可能從水平面垂直地偏離。另外，在下面的工藝步驟中，在垂直表面57A和57B上通過蒸發(fā)沉積了兩層由鉻(Cr)和金(Au)構(gòu)成的金屬薄膜，以形成鏡面。
另外，在圖14中，盡管每個(gè)制得的反射鏡35-1和36-1顯示為具有一般為直角等腰三角形的形狀，這是出于方便理解的目的。實(shí)際上，每個(gè)反射鏡的角成為了更高階的晶面，并且不具有與每個(gè)掩模M相同的形狀。即，每個(gè)角不具有成角的形狀。特別是，垂直角部分成為了相當(dāng)萎縮的形狀。因此，每個(gè)反射鏡既不具有一般的直角等腰三角形的形狀也不具有一般的三角形形狀。然而，每個(gè)反射鏡的兩個(gè)鏡面57A和57B彼此以很高的精度形成了90°的角度。另外，從每個(gè)反射鏡35-1和36-1的底部豎起垂直表面成為了(111)面，并且因此其變?yōu)榱藘A斜表面(與V形凹槽的一個(gè)槽面類似的表面)。
作為各向異性蝕刻的結(jié)果，如圖12J所示，去除上單晶硅層10T與反射鏡35-1、36-1、35-2、36-2和柱21-1、21-2將要形成的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的部分，僅保留其下側(cè)部分作為非常薄的層。另一方面，盡管未在圖中示出，作為此各向異性濕法蝕刻的結(jié)果，V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2分別形成在與SOI襯底1的矩形部分1L和1R相對(duì)應(yīng)的區(qū)域上，如圖10所示。在此情況下，每個(gè)V形凹槽的深度設(shè)置為具有比光纖直徑更大的值。另外，反射鏡35-2、36-2和V形凹槽14A-1、14A-2、14B-1、14B-2未在圖12J中示出。
接著，如圖12K，去除SOI襯底1頂面上其余的SiO2層，并且剝落SOI襯底1下側(cè)上的光致抗蝕劑層53。另外，在后面的工藝步驟中，去除下單晶硅層10B下側(cè)上其余的下SiO2層51B以及SiO2層11(除已經(jīng)形成了下單晶硅層10B的部分以外)，使得開口43(見圖8)形成在活動(dòng)板狀電極2-1、2-2和柱21-1、21-2之下。由此，制得了圖8至11所示的光開關(guān)。
如上所述，當(dāng)通過對(duì)頂面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻同時(shí)制得反射鏡35-1、36-1、35-2、36-2和V形凹槽14A-1、14A-2、14B-1、14B-2時(shí)，在進(jìn)行各向異性濕法蝕刻前可以一次進(jìn)行掩模構(gòu)圖。由于僅進(jìn)行一次各向異性濕法蝕刻，反射鏡和V形凹槽可以通過一次掩模構(gòu)圖和一次各向異性濕法蝕刻同時(shí)形成，這導(dǎo)致了對(duì)生產(chǎn)效率或制造工藝的明顯改善。
另外，由于反射鏡和V形凹槽通過各向異性濕法蝕刻同時(shí)制得，單晶硅層使用相同的蝕刻劑蝕刻一次，并且因此可以控制一對(duì)反射鏡35-1、36-1的相對(duì)鏡面35-1A和36-1A、35-1B和36-1B以及另一對(duì)反射鏡35-2、36-2的相對(duì)鏡面35-2A和36-2A、35-2B和36-2B的蝕刻速度，使其基本等于彼此平行的V形凹槽14A-1、14A-2和14B-1、14B-2的蝕刻速度。因此，可以使由于蝕刻速度、蝕刻時(shí)間等的誤差導(dǎo)致的光路軸的偏離基本為零，并且因此，分別從分別位于并固定于V形凹槽中的輸出側(cè)光纖發(fā)射的光束基本完全由反射鏡反射，以使反射光束進(jìn)入分別位于并固定于V形凹槽中的對(duì)應(yīng)輸入側(cè)光纖。
下面，將參照?qǐng)D15和16進(jìn)一步討論上述情況。圖15為平面圖，用于說明當(dāng)利用上述使用相同蝕刻劑的各向異性濕法蝕刻同時(shí)制得反射鏡35-1和36-1時(shí)，在一對(duì)反射鏡35-1和36-1的相對(duì)鏡面35-1A和36-1A由于蝕刻時(shí)間的誤差而被多去除了Δx的情況下，光束傳播的情況。
在圖15中，相對(duì)的鏡面35-1A和36-1A的蝕刻速度基本相同，因?yàn)槊總€(gè)鏡面都是(100)晶面。因此，即使蝕刻時(shí)間出現(xiàn)誤差，例如，即使蝕刻時(shí)間比預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)且鏡面35-1A和36-1A通過蝕刻多去除了Δx，造成其從圖15中虛線所示的正確位置偏移至黑實(shí)線所示的位置，由鏡面35-1A和36-1A形成的角仍然是直角而未發(fā)生變化。結(jié)果，如圖中實(shí)線所示，從輸出側(cè)光纖4A射出的光束以45°的角度準(zhǔn)確入射在鏡面35-1A上，并在相同的水平面上由鏡面35-1A沿著與入射光束準(zhǔn)確形成90°角的方向反射。因此，反射光束以45°的角度準(zhǔn)確入射在鏡面36-1A上，并在相同的水平面上由鏡面36-1A沿著與入射光束準(zhǔn)確形成90°角的方向反射，使得反射光束進(jìn)入輸入側(cè)光纖5A。
按此方式，利用使用兩個(gè)都是(100)晶面的相對(duì)鏡面將入射光束90°、90°地反射兩次的構(gòu)造，無(wú)論蝕刻時(shí)間長(zhǎng)短，由將要制得的鏡面35-1A和36-1A形成的角度總是為90°(直角)，并且每個(gè)鏡面35-1A和36-1A總是與入射光束保持所需角度(45°)。因此，水平面內(nèi)，光路的軸未發(fā)生偏離。換言之，可以同時(shí)制得相對(duì)的兩個(gè)鏡面35-1A和36-1A、35-1B和36-1B、35-2A和36-2A、以及35-2B和36-2B，每一對(duì)總是彼此以很高的精度形成90°角。因此，水平面內(nèi)，光路的軸未發(fā)生偏離，并且可以在很小的光損失下，以總計(jì)180°的角度反射入射光束，以發(fā)射反射光束。
圖16為透視圖，用于說明，在利用上述使用相同蝕刻劑的各向異性濕法蝕刻同時(shí)制得相鄰的兩個(gè)V形凹槽14A-1的情況下，彼此平行的兩個(gè)相鄰V形凹槽(用于固定輸出側(cè)光纖和用于固定輸入出側(cè)光纖)14A-1的深度Δz即使是蝕刻時(shí)間存在誤差也不改變的方式。
在圖16中，相鄰的V形凹槽14A-1的蝕刻速度基本相同。另外，每個(gè)V形凹槽14A-1形成字母“V”的槽面或壁為(111)晶面，因此，其時(shí)刻速度明顯小于(100)晶面的蝕刻速度。因此，即使蝕刻時(shí)間存在誤差，即無(wú)論蝕刻時(shí)間長(zhǎng)短，當(dāng)這些V形凹槽14A-1的蝕刻深度Δz達(dá)到(111)晶面時(shí)，其難以繼續(xù)向前。因此，位于并固定于V形凹槽14A-1中的一個(gè)之中的輸出側(cè)光纖4A和位于并固定于V形凹槽14A-1中的另一個(gè)之中的輸入側(cè)光纖5A總是處于相同的水平面，并且因此光束沿垂直方向沒有偏離，且光路的軸在水平面內(nèi)也沒有偏離。結(jié)果，從輸出側(cè)光纖4A射出的光束以45°的角度準(zhǔn)確入射在鏡面35-1A上，并且由鏡面35-1A沿著相同水平面內(nèi)與入射光束準(zhǔn)確地成90°角的方向反射。因此，反射光束以45°的角度準(zhǔn)確入射在鏡面36-1A上，并且由鏡面36-1A沿著相同水平面內(nèi)與入射光束準(zhǔn)確地成90°角的方向反射，使得反射光束進(jìn)入輸入側(cè)光纖5A。
按此方式，由于相鄰V形凹槽的蝕刻在V形凹槽到達(dá)(111)晶面后難以繼續(xù)，因此其蝕刻深度基本相同，使得無(wú)需高精度地控制蝕刻時(shí)間，可以同時(shí)制得相鄰的V形凹槽14A-1、14A-2、14B-1、14B-2，用于在相同的水平面內(nèi)定位輸出側(cè)光纖和輸入側(cè)光纖。另外，若采用了兩個(gè)V形凹槽彼此平行地并排設(shè)置的構(gòu)造，如圖8所示，可以在很小的空間內(nèi)制造多溝道2×2光開關(guān)。
在上述實(shí)施例中，用70℃、35重量百分比的KOH溶液作為蝕刻劑，但顯然可以使用其它的蝕刻劑。另外，盡管反射鏡和V形凹槽通過對(duì)頂面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻同時(shí)制得，但反射鏡和V形凹槽的也可以使用各向異性干法蝕刻同時(shí)制得。
另外，通過對(duì)頂面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻，在每個(gè)活動(dòng)板狀電極上形成了每個(gè)都具有兩個(gè)彼此形成直角的鏡面的兩個(gè)反射鏡，顯然，可以通過對(duì)頂面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻，在每個(gè)活動(dòng)板狀電極上形成四個(gè)圖4所示的薄板狀反射鏡。在制造四個(gè)薄板狀反射鏡的情況下，可以通過按照使得四個(gè)掩模以90°的間角設(shè)置并且相鄰兩個(gè)掩模的主側(cè)彼此形成直角的方式，在頂面為(100)晶面的單晶硅層的表面上形成每個(gè)都具有一般為矩形的形狀的四個(gè)掩模，并且隨后對(duì)單晶硅層進(jìn)行各向異性濕法蝕刻。每個(gè)所形成的薄板狀反射鏡其鏡面具有一般為梯形的形狀。在此情況下，由于兩個(gè)相對(duì)的鏡面為(100)晶面，因此其彼此形成了準(zhǔn)確的直角，并且其垂直性和平整性的精度相當(dāng)高。因此，顯然可以獲得與上述情況相同的功能和效果。另外，在每個(gè)反射鏡的垂直表面上通過蒸發(fā)形成了由鉻和金構(gòu)成的兩層金屬薄膜，由此形成鏡面，但也可以在每個(gè)反射鏡的垂直表面上涂覆一層的金屬薄膜。另外，金屬薄膜可以通過蒸發(fā)以外的手段或方法涂覆在每個(gè)反射鏡的垂直表面上。當(dāng)然，可以在每個(gè)反射鏡的垂直表面上涂覆金屬以外的適合高反射率物質(zhì)或材料。
另外，在上述實(shí)施例中，通過應(yīng)用各向異性蝕刻，與反射鏡一同在SOI襯底的矩形部分上制得了其深度比光纖的直徑大的V形凹槽，每個(gè)矩形部分其垂直邊比水平邊長(zhǎng)。然而，在通過蝕刻上單晶硅層與SOI襯底中路部分上的電極支撐的周邊區(qū)域向?qū)?yīng)的部分以減小其厚度至預(yù)定厚度的工藝步驟中，SOI襯底的矩形部分可以通過蝕刻同時(shí)去除，以使其成為薄膜狀部分，并且在通過應(yīng)用各向異性蝕刻制造反射鏡時(shí)，僅用于定位光纖的淺V形凹槽同時(shí)形成在薄膜狀部分上。顯然，襯底不限于SOI襯底。
由上述內(nèi)容顯見，在本發(fā)明中，由于每個(gè)都具有(100)晶面的鏡面且兩個(gè)相對(duì)的鏡面彼此形成直角的多個(gè)反射鏡、以及用于定位并固定分別與反射鏡對(duì)齊的光纖的V形凹槽同時(shí)通過使用相同的蝕刻劑對(duì)表面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性蝕刻而制得，因此每個(gè)反射鏡和對(duì)應(yīng)的一個(gè)V形凹槽彼此精確對(duì)齊。另外，無(wú)論蝕刻時(shí)間長(zhǎng)短，兩個(gè)相對(duì)的鏡面總是正確地形成直角，并且不會(huì)出現(xiàn)光路的軸在水平面內(nèi)發(fā)生偏離。無(wú)論蝕刻時(shí)間如何，每個(gè)晶面的垂直性和平整性總是很高，并且在垂直平面中，光路的軸不會(huì)發(fā)生偏離。因此，獲得了反射鏡可以總是在相同的平面內(nèi)、利用兩個(gè)相對(duì)的鏡面、以很小的光損失將從輸出側(cè)光纖射出的光信號(hào)精確地反射兩側(cè)并使反射光信號(hào)進(jìn)入輸入側(cè)光纖的顯著優(yōu)點(diǎn)。
另外，由于反射鏡和V形凹槽通過對(duì)頂面為(100)晶面的單晶硅層進(jìn)行各向異性蝕刻同時(shí)制得，因此可以在進(jìn)行各向異性蝕刻前一次進(jìn)行掩模構(gòu)圖。各向異性蝕刻僅進(jìn)行一次，并且因此反射鏡和V形凹槽可以通過一次掩模構(gòu)圖和一次各向異性蝕刻同時(shí)制得。另外，無(wú)需高精度地控制蝕刻時(shí)間，因此還獲得了光開關(guān)制造簡(jiǎn)便和生產(chǎn)效率極大提高的優(yōu)點(diǎn)。
雖然本發(fā)明已通過舉例的方式參照其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了介紹，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯見，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的基礎(chǔ)上對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)、替換、改動(dòng)和/或輔助的改善。因此，應(yīng)理解本發(fā)明不限于所示實(shí)施例，且應(yīng)包括所有屬于由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的改進(jìn)、替換、改動(dòng)和/或輔助的改善。
權(quán)利要求
1.一種光開關(guān)，包括襯底；固定板狀電極；活動(dòng)板狀電極，利用與所述襯底連接的撓性梁狀元件、平行于所述固定板狀電極地安裝，其中活動(dòng)板狀電極與固定板狀電極之間有預(yù)定間隔；多個(gè)反射鏡，形成在所述活動(dòng)板狀電極的表面上；多根光纖，分別定位并固定于沿著彼此平行并通過該些反射鏡的多條直線形成在襯底上的多個(gè)V形凹槽中；以及其中，通過在固定板狀電極與活動(dòng)板狀電極之間施加電壓，活動(dòng)板狀電極和反射鏡一起朝向固定板狀電極移動(dòng)，由此開關(guān)用于入射光信號(hào)的光路，并且所述光開關(guān)的特征在于襯底和活動(dòng)板狀電極中的每一個(gè)都包括表面為(100)晶面的單晶硅；以及多個(gè)反射鏡，其鏡面通過用具有高反射率的物質(zhì)涂覆垂直的(100)晶面而形成，垂直的(100)晶面通過對(duì)表面為(100)晶面的單晶硅進(jìn)行各向異性蝕刻而制得，并且兩個(gè)相對(duì)的鏡面彼此形成直角。
2.如權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其中該反射鏡為兩個(gè)，并且每個(gè)反射鏡具有彼此形成直角的兩個(gè)鏡面，而與活動(dòng)板狀電極一體地形成在活動(dòng)板狀電極表面上的該兩個(gè)反射鏡按照使其相對(duì)的鏡面彼此形成直角的方式形成。
3.如權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其中該反射鏡為四個(gè)，并且每個(gè)反射鏡為薄板狀形狀并具有一個(gè)鏡面，而與活動(dòng)板狀電極一體地形成在活動(dòng)板狀電極表面上的該些反射鏡按照使每個(gè)鏡面與對(duì)應(yīng)的一個(gè)V形凹槽形成45。角且兩個(gè)相對(duì)的鏡面彼此形成直角的方式形成。
4.如權(quán)利要求1、2或3中任意一項(xiàng)所述的光開關(guān)，其中該多個(gè)V形凹槽通過對(duì)包括其表面為(100)晶面的單晶硅的襯底進(jìn)行各向異性蝕刻而形成，且每個(gè)V形凹槽的槽面為(111)晶面。
5.如權(quán)利要求4所述的光開關(guān)，其中該V形凹槽為四個(gè)，其中的兩個(gè)形成在活動(dòng)板狀電極的一側(cè)而其余的兩個(gè)形成在活動(dòng)板狀電極相對(duì)的一側(cè)，一側(cè)上的兩個(gè)V形凹槽和相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)V形凹槽相對(duì)且彼此對(duì)齊。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的光開關(guān)，其中該活動(dòng)板狀電極、反射鏡和V形凹槽通過對(duì)其表面為(100)晶面的單晶硅進(jìn)行各向異性蝕刻而同時(shí)制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光開關(guān)，其可以方便地制得并且?guī)缀醪划a(chǎn)生光損失。一活動(dòng)電極板通過撓性梁狀元件以其間預(yù)定的間隔與固定電極板平行地設(shè)置，至少兩個(gè)反射鏡設(shè)置在活動(dòng)電極板的表面上，并且至少三個(gè)V形凹槽用于固定光纖，上述活動(dòng)電極板、反射鏡和V形凹槽通過各向異性蝕刻同時(shí)形成于其表面為(100)晶面的單晶硅襯底上。兩個(gè)相對(duì)的反射鏡布置為其鏡面形成直角，而兩個(gè)平行的V形凹槽形成為以相對(duì)于這些鏡面的45°的角度彼此相對(duì)。輸出側(cè)和輸入側(cè)光纖分別容納并固定于兩個(gè)V形凹槽的一個(gè)和另一個(gè)中。
文檔編號(hào)G02B6/35GK1559019SQ0281878
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2002年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者則松俊英 申請(qǐng)人:日本航空電子工業(yè)株式會(huì)社