具有高度/可选择性控制的光学表面的微型光学台器件的制作方法

有关申请的交叉引用

本美国发明专利申请根据35u.s.c.§119(e)要求以下(多个)美国临时专利申请的优先权，这些临时申请的内容以引用的方式全部并入本文并且无论针对任何目的，视作本美国发明专利申请的一部分：

1.2015年2月20日提交的标题为“micro-opticalbenchdevicewithhighly/selectively-controlledopticalsurfaces”(代理人案号siwa-1021prov)的美国临时专利申请第62/119,073号(未决)。

2.2016年2月18日提交的标题为“micro-opticalbenchdevicewithhighly/selectively-controlledopticalsurfaces”(代理人案号siwa-1021pct)的美国发明专利申请第15/047,205号(未决)。

背景技术：

本发明通常涉及微型光学台器件，并且具体地，涉及制造微型光学台器件内的光学表面。

相关技术

微机电系统(mems)是指通过微制造技术将机械元件、传感器、致动器、和电子器件集成在公共硅衬底上。例如，通常使用集成电路(ic)工艺来制造微电子器件，而使用兼容式微加工工艺来制造微机械部件，该兼容式微加工工艺可选择性地蚀刻掉硅晶片的部分或者添加新结构层以形成机械和机电部件。由于mems器件的低成本、批处理能力、以及与标准微电子器件的兼容性，所以mems器件在光谱、轮廓测量、环境感测、折射率测量(或者材料识别)、以及多个其它传感器应用中都是极具吸引力的候选者。另外，小型尺寸的mems器件有助于将这些mems器件集成到移动装置和手持式装置中。

在光学应用中，可以将mems技术包含在微型光学台器件中以使得一个或者多个光学器件能够由mems致动器可移动地控制。在传感器和电信的两个领域中，这些应用尤其包括干涉仪、光谱仪、可调光学腔、光纤耦合器、光学开关、可变光束整形器、光学微型扫描器、可变光衰减器、可调激光器等。

通常通过使用深反应离子蚀刻(drie)工艺来在绝缘体上硅(soi)晶片上形成深度蚀刻的微型光学台，以便产生能够对与soi衬底平行传播的自由空间光束进行处理的微型光学部件和mems部件。连续模式drie和脉冲模式driebosch工艺均已用在soi晶片上。driebosch工艺是在蚀刻周期(在其中，按照几乎各向同性的方式蚀刻衬底)与钝化周期(在其中，蚀刻后的侧壁在下一个蚀刻周期中被保护不被进一步蚀刻)之间切换的循环工艺。由于工艺的循环性质，通常在蚀刻沟槽的侧壁上形成扇形槽(scallop)。尽管连续模式drie工艺避免了扇形槽的存在，但是由于能量离子偏离直线轨迹，所以可通过使用连续模式drie实现的蚀刻深度通常会受到限制。

在微型光学台内，driebosch工艺可以用于形成高低纵横比沟槽/特征。宽度窄的高纵横比沟槽对mems惯性传感器和高密度电容器而言特别令人感兴趣。另外，间隙窄的高纵横比微反射镜器件通常用于微型光学台中，以产生1-d光子带隙滤波器。在这些结构中，因为使蚀刻剂向下扩散到沟槽的底部并且使蚀刻产物向外扩散更为困难，所以维持蚀刻的深度进程是具有挑战性的。另外，由于离子在沟槽的侧壁上散射，所以对于更深的沟槽而言，到达沟槽的底部的离子的数量较少，这导致除了妨碍侧壁上的钝化层的去除之外，还导致无法高效地去除底部钝化层。这些蚀刻难题可能导致具有正轮廓的蚀刻沟槽，并且因此对可实现的蚀刻深度和纵横比设置了限制。

相反，自由空间微反射镜器件相对广泛地独立于自由空间中，并且其表面垂直度和平滑度质量通常比其纵横比更重要。通常通过优化driebosch工艺并且通过可选地减少周期的时间来控制微反射镜器件表面垂直度和粗糙度。已经提出了使用氧化，随后通过氧化蚀刻或者使用短的各向异性湿法蚀刻从所产生的表面中平滑化driebosch工艺的扇形槽的技术。另外，drie连续蚀刻工艺与driebosch工艺的组合已经用于在反射镜的顶部处产生平滑的反射镜表面。然而，在这种深度蚀刻的微型光学台中的微反射镜器件的高度是受限的，使得在超出该限制时，蚀刻后表面的垂直度将恶化而具有程度较高的负轮廓和十分粗糙的表面。

因此，需要一种用于在微型光学台器件内制造高质量深度蚀刻的微光学表面的方法，该方法通过使用优化的深度蚀刻工艺来提供对垂直度、表面粗糙度、涂层、和整体轮廓的控制。

技术实现要素：

本公开的各个方面提供了一种通过以下工艺来制造的微型光学台器件，该工艺提供对微型光学台器件的一种或者多种特性和/或微型光学台器件中的光学表面的一种或者多种特性的控制。该工艺包括：蚀刻衬底以形成临时性结构和包括光学元件的永久性结构。临时性结构的形状和在临时性结构与永久性结构之间的间隙有助于控制微型光学台和/或微型光学台中的光学元件的光学表面的特性。特性可以包括例如：表面粗糙度、表面的选择性涂层、或者表面相对于衬底的平面的倾斜角度。该工艺进一步包括：从微型光学台器件的光路去除临时性结构。

附图说明

通过参考以下结合附图所做的详细说明可以获得对本发明的更彻底的理解，其中：

图1图示了根据本公开的各个方面的示例性driebosch蚀刻工艺；

图2图示了根据本公开的各个方面的使用driebosch蚀刻工艺蚀刻的沟槽的示例性轮廓参数；

图3图示了根据本公开的各个方面的使用临时性结构来制造微型光学台器件的示例性工艺步骤；

图4图示了根据本公开的各个方面的可以使用临时性结构来实现的蚀刻表面的示例性倾斜角度；

图5图示了根据本公开的各个方面的可以使用同一临时性结构来实现的相对的蚀刻表面的示例性倾斜角度；

图6a和图6b是图示了根据本公开的各个方面的使用临时性结构选择性地控制光学表面的倾斜角度的图表；

图7a是图示了根据本公开的各个方面的使用临时性结构蚀刻的示例性蚀刻表面的整体轮廓的侧视图；

图7b是根据本公开的各个方面的配置为从多模光纤接收源光束的微型光学台器件的示例性蚀刻表面的侧视图；

图8a至图8c图示了根据本公开的各个方面的使用临时性结构蚀刻的示例性蚀刻表面的整体轮廓的顶视图和横截面图；

图9图示了根据本公开的各个方面的可以使用临时性结构实现的相对的蚀刻表面的示例性表面粗糙度特征；

图10图示了根据本公开的各个方面的可以使用同一临时性结构来实现的相对的蚀刻表面的示例性表面粗糙度特征；

图11图示了根据本公开的各个方面的利用临时性结构来控制用于蚀刻表面的蚀刻后平滑的扩散工艺的示例性微型光学台器件；

图12图示了根据本公开的各个方面的利用临时性结构来控制蚀刻表面的选择性涂层的示例性微型光学台器件；

图13图示了根据本公开的各个方面的利用临时性结构和荫罩来控制蚀刻表面的选择性涂层的示例性微型光学台器件；

图14图示了根据本公开的各个方面的可以使用同一临时性结构来实现的相对的蚀刻表面的示例性倾斜角度、表面粗糙度、和涂层特征；

图15是根据本公开的各个方面的包括永久性结构和临时性结构的示例性微型光学台器件的顶视图；

图16a是根据本公开的各个方面的包括永久性结构、临时性结构、和面内机械止挡件的示例性微型光学台器件的顶视图；

图16b是根据本公开的各个方面的在从光路去除临时性结构之后的图16a中所示的微型光学台器件的顶视图；

图16c是根据本公开的各个方面的图16a的微型光学台器件的分解部分的顶视图；

图17是根据本公开的各个方面的包括形成在soi晶片的蚀刻止挡层中的面外机械止挡件的微型光学台器件的侧视图；

图18是根据本公开的各个方面的包括形成在soi晶片的蚀刻止挡层中的面外机械止挡件的精细结构的微型光学台器件的侧视图；

图19是根据本公开的各个方面的包括形成在soi晶片的蚀刻止挡层中的面外机械止挡件的精细结构的微型光学台器件的一部分的扫描电子显微镜图像；

图20是根据本公开的各个方面的包括形成在soi晶片的处理层中的面外机械止挡件的精细图案的微型光学台器件的侧视图；

图21是根据本公开的各个方面的包括形成在soi晶片的处理层中的面外机械止挡件的精细图案的微型光学台器件的一部分的立体图；

图22图示了根据本公开的各个方面的通过利用多个临时性结构以控制蚀刻表面的多个表面特性来制造微型光学台器件的示例性工艺；

图23图示了根据本公开的各个方面的具有临时性结构附接至致动器以从微型光学台器件的光路去除临时性结构的示例性微型光学台器件的一部分；

图24图示了根据本公开的各个方面的具有临时性结构附接至致动器以从微型光学台器件的光路去除临时性结构的微型光学台器件的示例性操作；

图25是根据本公开的各个方面的具有临时性结构附接至致动器以从微型光学台器件的光路去除临时性结构的微型光学台器件的一部分的顶视图；

图26图示了根据本公开的各个方面的包括可以制造成微型光学台器件的michelson干涉仪的示例性光谱仪；

图27图示了根据本公开的各个方面的其上具有图案化掩膜的包括永久性结构蚀刻区域和临时性结构蚀刻区域的示例性晶片；以及

图28图示了根据本公开的各个方面的用于制造微型光学台器件的示例性方法的流程图。

具体实施方式

根据本公开的各方面，可以利用提供对微型光学台器件的一种或者多种特性和/或微型光学台器件中的光学表面的一种或者多种特性的控制的工艺来制造高质量、深度蚀刻的微型光学台器件。例如，该工艺可以提供对微型光学台器件内的一个或者多个表面的垂直度、表面粗糙度、涂层和整体轮廓的高度控制。该工艺使用了辅助有临时性结构的优化的深度蚀刻工艺。临时性结构是专门设计用于在蚀刻和蚀刻后工艺期间产生更好的光学表面质量。在蚀刻工艺期间或者在工艺结束时或者经由机械致动器从微型光学台器件的光路中去除临时性结构。面内和面外机械止挡件用于增加制造操作和制造后操作的可靠性。这种微型光学台器件在自由空间传播损耗和耦合损耗较大的许多应用中有显著的性能提升。在传感器和电信的两个领域中，这些应用尤其包括干涉仪、光谱仪、可调光学腔、光纤耦合器、光学开关、可变光束整形器、光学微型扫描器、可变光衰减器、可调激光器等。

例如，可以使用深反应离子蚀刻(drie)bosch工艺来制造微型光学台器件。图1图示了根据本公开的各个方面的用于在衬底110(诸如，绝缘体上硅(soi)衬底)中制造沟槽(或者其它特征)130的示例性driebosch蚀刻工艺100。蚀刻掩膜140(诸如，光致抗蚀剂层)沉积在衬底110上，并且将蚀刻掩膜140图案化以在其中形成开口145，可以使用driebosch工艺经由开口145来蚀刻衬底110。

driebosch工艺是在蚀刻阶段/周期102(在其中，按照几乎各向同性的方式蚀刻衬底110)与钝化阶段/周期104(在其中，沟槽130的蚀刻的侧壁/表面115涂覆有钝化层120以防止侧壁115在下一个蚀刻周期中被进一步蚀刻)之间切换的循环工艺。在蚀刻阶段期间，离子轰击在称为去钝化(depassivation)的过程中选择性地从沟槽130的底部135去除钝化层120，同时保护沟槽的侧壁。

对于硅(si)蚀刻，六氟化硫(sf6)和八氟环丁烷(c4f8)分别是用于蚀刻和钝化的最常用的气体。然而，在其它示例中，例如，钝化层120可以是光致抗蚀剂(pr)、生长或者沉积的sio2或者sin、或者相对于硅具有良好的蚀刻选择性的任何其它材料。

由于工艺的循环性质，bosch工艺的蚀刻和钝化周期次数以及工艺条件控制形成在侧壁115上的扇形槽140的峰谷程度。除了扇形幅度(scallopingamplitude)之外，driebosch蚀刻工艺的重要性能指标包括：掩膜140下方的横向底切、沟槽130的蚀刻侧壁115的垂直度、与掩膜开口145有关的整体蚀刻速率、针对掩膜材料的选择性、和蚀刻深度。

图2图示了根据本公开的各个方面的使用driebosch蚀刻工艺蚀刻的沟槽的示例性轮廓参数。从图2中可以看出，各种drie轮廓参数包括蚀刻深度(d)、所产生的沟槽宽度(w)、所产生的线临界尺寸(cd)、侧壁/表面角度(β)、底切或者过度蚀刻(u)、和扇形槽的深度(s)。对于包括微反射镜器件和mems致动器(诸如，梳状驱动致动器)的微型光学台器件，沟槽宽度、临界尺寸、和底切的参数主要归因于梳状致动器的几何结构，而蚀刻深度、侧壁角度、和扇形槽的深度的参数与光学表面(微反射镜)高度和质量有关。

现在参照图3，图3图示了根据本公开的各个方面的用于通过使用临时性结构来制造微型光学台器件300的示例性工艺步骤。该制造工艺使得能够制造具有高度且选择性地控制的光学部件表面以及电气和机械部件表面的深度蚀刻的微型光学台器件。可以在超深的蚀刻深度(例如，从70μm到1000μm的范围内)内保持这种控制。实现这种超深的蚀刻深度产生具有例如在使用非相干光源时所需的高光学吞吐量的微型光学台器件。

在工艺步骤302中，提供衬底310，诸如硅(si)或者另一种类型的衬底(例如，塑料、玻璃等)。衬底310包括处理层330、蚀刻止挡或者牺牲(例如，掩埋氧化物(box))层330、和器件层340。在示例性实施例中，处理层320比器件层340厚好几倍。

在工艺步骤304中，蚀刻掩膜350(诸如，光致抗蚀剂层)沉积在器件层340上，并且将该蚀刻掩膜350图案化以在其中形成开口355a和355b。在工艺步骤306中，使用例如图1和图2中示出的driebosch工艺经由掩膜开口355a和355b蚀刻器件层340，以产生形成微型光学台器件300的永久性结构378的一个或者多个元件370和375。在一个示例中，在具有sf6和c4f8气体的电感耦合等离子体反应器中执行蚀刻。在该工艺步骤中，box层330用作各向异性(drie)蚀刻的蚀刻止挡层。box层330还可以在随后的工艺步骤中用作牺牲层，以释放任何移动部件。例如，如果元件370或者375中的任一者可移动，则可以去除牺牲层330以释放这些元件。

元件370和375可以包括光学部件、以及电气部件和机械部件并且可以锚定至衬底310或者可以是可释放的。图3中示出的元件370和375是垂直元件，使得其表面380和385与衬底310的平面垂直。然而，在其它实施例中，元件370/375的表面380/385相对于衬底310的平面可以具有不同的倾斜角度。元件的一个示例是具有在反射或者折射模式下工作的介电或者金属化表面的光学元件。元件的其它示例包括微机电系统(mems)致动器、检测器凹槽、光纤凹槽、和微型光学台器件300的其它部件。

另外，掩膜350进一步设计为使得在蚀刻工艺步骤306期间产生一个或者多个临时性结构360。例如，如图3所示，可以形成包括第一表面362和第二表面364的临时性结构360。因此，在蚀刻步骤306期间，将蚀刻掩膜350中的第一开口355a设计为形成限定元件370的表面380和临时性结构360的一个表面362的第一沟槽，并且将蚀刻掩膜350中的第二开口355b设计为形成限定临时性结构360的其它表面364和元件375的表面385的第二沟槽。

通过在与元件370和375相同的蚀刻步骤期间制造临时性结构360，可以控制元件370和375的朝向临时性结构表面362和364的表面380和385的一种或者多种特性。表面特性的示例包括但不限于，表面380和385相对于衬底310的平面的倾斜角度、表面380和385的粗糙度、表面380和385的整体轮廓、和表面380和385的选择性涂层。另外，临时性结构360的形状和在临时性结构360与永久性结构378之间的间隙(宽度)的大小可以进一步有助于控制微型光学台器件300的一种或者多种特性。例如，如果微型光学台器件300包括干涉仪，则临时性结构360可以用于控制由干涉仪产生的干涉图案的可见性。另外，临时性结构360可以进一步用于控制干涉仪的干涉光束在横向方向上相对于干涉仪的光学接收元件(例如，检测器、光纤等)的光轴的对准。

如图3所示，在器件层340内形成永久性结构378(包括元件370和375)和临时性结构360。然而，在其它实施例中，可以在处理层320内或者在器件层340和处理层320的组合内形成永久性结构的元件370和375中的一个或者多个元件，和/或临时性结构360。在本公开的一个方面中，将微型光学台器件300的光学元件(例如，元件370和/或375)制造为使得微型光学台器件300的光轴390与衬底310的平面平行并且位于衬底310内。光学元件370和375可以进一步包括衬底310的不同晶面。例如，可以在衬底310的第一晶面内制造光学元件370，而可以在衬底310的第二晶面内制造光学元件375。

在工艺步骤308中，从微型光学台器件300的光路395去除(多个)临时性结构360。如本文所使用的，术语光路395指的是在微型光学台器件300的两个元件(例如，元件370和375)之间的并且沿着光轴390的路径，其中光束经过该路径传播。在本公开的方面中，可以通过从永久性结构378释放或者蚀刻(多个)临时性结构360来从光路395去除(多个)临时性结构360。在本公开的另一方面中，可以从微型光学台器件300的光路390机电地去除(多个)临时性结构360。

为了实现对制造的元件370和375的表面380和385的一种或者多种特性和/或微型光学台器件300的一种或者多种特性的期望控制，可以改变蚀刻掩膜350的掩膜开口355的相应宽度。例如，现在参照图4，可以通过改变掩膜开口的宽度来控制蚀刻表面相对于衬底的平面的倾斜角度或者相对于微型光学台器件的光轴的倾斜角度。例如，第一宽度w1可以用于产生相对于衬底的平面具有大于90度的第一倾斜角β1的第一表面385a，第二宽度w2可以用于产生相对于衬底的平面具有零度倾斜角β2的第二表面385b，并且第三宽度w3可以用于产生相对于衬底的平面具有小于90度的第三倾斜角度β3的第三表面385c。从图5中可以看出，对于不同的蚀刻表面380和385，可以通过使用可以在工艺期间或者结束时去除的同一临时性结构360来在同一微型光学台器件300中实现不同的倾斜角度。例如，通过控制用于产生临时性结构360的掩膜开口355a和355b的相应宽度，还可以控制朝向临时性结构360的相对表面380和385的倾斜角度。在图5中示出的示例中，第一开口355a可以将宽度选择为产生相对于衬底的平面具有大于90度的第一倾斜角度β1的表面380，并且第二开口355b可以将宽度选择为产生相对于衬底的平面具有小于90度的第二倾斜角度β3的相对表面385。

在一些应用中，在较大蚀刻深度的范围内控制侧壁/表面角度的垂直度对于实现所需的光学规范可能很重要。例如，当需要高光学吞吐量时，在不同的应用中可能需要近似于λ/100的较大蚀刻深度，其中，λ是近红外光谱中的光波长。侧壁角度在这种较大蚀刻深度的范围内的垂直度可以用来维持在光束与将侧壁用作光学界面的面内技术的衬底之间的平行度。例如，可能需要接近90的垂直度以避免光束削波并且允许在不牺牲许多微型光学部件的性能的情况下将它们集成在光学台内。另外，当考虑光束的干涉时，在光束光轴保持平行时使干涉条纹可见性最大化。

如图3至图5所示，在driebosch工艺期间通过使用临时性结构来控制掩膜开口的宽度可以使得能够在蚀刻深度的范围内达到优于90±0.05度的垂直度。现在参照图6a和图6b，通过在硅晶片上以及soi上优化drie工艺，能够在高达600至1000μm的蚀刻深度的范围内达到优于90±0.05度的垂直度。测量不同的沟槽宽度的侧壁角度，并且在图6a中描绘了结果。用w0表示侧壁接近最为理想的90°的标称沟槽宽度，并且将该标称沟槽宽度用作曲线的标准化表示中的参考。通过在蚀刻之后切割晶片并且测量沟槽在顶部和底部处的宽度来测量角度。在图6b中示出了沟槽的对应深度。围绕理想值改变沟槽宽度大约400％会导致侧壁角度变化大约±1度，而且由于drie滞后效应，还会导致蚀刻深度变化大约为±100μm。因此，如图6a所示，能够在沟槽宽度的变化大约±15％的范围内实现对垂直度的±0.1度的控制。

图7a是图示了根据本公开的各个方面的通过使用临时性结构蚀刻的示例性蚀刻表面380和385的整体轮廓的侧视图。在与总体器件高度h对应的总体蚀刻深度的范围内蚀刻各个蚀刻表面。在图7a中，总体器件高度由第一高度h1和第二高度h2组成。第一器件高度比第二高度大得多，例如，三倍或者以上。可以在第一高度的顶部和第一高度的底部处测量宽度，并且类似地，可以在第二高度的顶部和第二高度的底部处测量宽度，并且可以在相应高度的范围内从相对于总体蚀刻深度的宽度差中导出第一高度和第二高度的相应倾斜角度。

例如，如图7a所示，表面380的倾斜角度具有针对第一高度h1的第一倾斜角度a1，并且具有针对第二高度h2的第二倾斜角度a2。第二倾斜角度比第一倾斜角度小例如0.5度或者更多。第一倾斜角度的垂直度接近90度，具有例如0.05度的小制造公差。因此，可以通过测量跨蚀刻深度的沟槽宽度并且绘制相对于深度的宽度来评估蚀刻表面380的平坦度。然后可以从沟槽宽度深度的曲线的斜率导出平坦度。在例如斜率恒定时，可以将表面380视为是平坦的。

图7b是根据本公开的各个方面的被配置为从多模光纤700接收源光束的微型光学台器件300的示例性蚀刻表面380的侧视图。多模光纤700传送光进入微型光学台器件300和/或将光从微型光学台器件300接出。光纤分别具有芯直径d1和包层直径d2，其中，芯直径大于包层直径。在一些示例中，光纤的总体直径d2可以大于结构的总体器件层高度h1+h2。例如，器件层高度可以是300μm或者更大，高达1000μm。

图8a至图8c图示了根据本公开的各个方面的通过使用临时性结构蚀刻的示例性蚀刻表面的整体轮廓的顶视图和横截面图。如图8a所示，临时性结构360的形状可以用于控制微型光学台器件内的光学元件370的整体轮廓。可以在掩膜图案上调制临时性结构360与光学元件370之间的间隙(宽度)以产生光学元件的期望轮廓。在图8b和图8c中的两个不同的横截面中分别示出了临时性结构360和光学元件370的所产生的表面轮廓362和380。因此，控制临时性结构360的形状/轮廓可以进一步控制光学元件370在光学元件370的表面380上沿面内方向的不同位置处的面外蚀刻轮廓。

现在参照图9，表面粗糙度对通过任何光学mems芯片/裸片实现的光学响应具有显著影响。drie配方以及沟槽宽度都是确定所产生的粗糙度的因素。在本公开的方面中，可以优化在永久性结构378与临时性结构360之间的掩膜开口355的宽度，以在永久性结构378的元件375的朝向临时性结构360的表面385上实现大约为10nm的均方根粗糙度。

如图9所示，通过改变掩膜大小开口355的宽度，可以实现drie扇形槽深度的变化。例如，第一宽度w1可以用于产生具有第一表面粗糙度σ1的第一表面385a，并且小于第一宽度w1的第二宽度w2可以用于产生具有相对于第一表面粗糙度σ1有所改善的第二表面粗糙度σ2的第二表面385b。因此，通过在掩膜设计上使用非常接近需要对其蚀刻扇形槽进行控制的表面385b的临时性结构360，可以减小沟槽宽度以便降低表面粗糙度。例如，可以通过使用扫描电子显微镜或者通过使用原子力显微镜中的任一者来表征/测量粗糙度。

现在参照图10，可以通过使用可以在工艺期间或者结束时去除的同一临时性结构360来在微型光学台器件300中同时实现具有不同的粗糙度的表面380和385。例如，通过控制用于产生临时性结构360的掩膜开口355a和355b的相应宽度，还可以控制朝向临时性结构360的相对表面380和385的表面粗糙度。在图10中示出的示例中，第一开口355a可以将宽度选择为产生具有第一表面粗糙度σ1的表面380，并且第二开口355b可以将宽度选择为产生具有相对于第一表面粗糙度σ1有所改善的第二表面粗糙度σ2的表面385。

现在参照图11，蚀刻表面的蚀刻后平滑通常依赖扩散机制。例如，通常通过使用碱性蚀刻或者氧化和氧化蚀刻来进行蚀刻后平滑。然而，还可以利用其它平滑方法。在这种扩散工艺中，宽度较大的沟槽会经受较大扩散，因此，更为平滑。例如，如图11所示，通过使用氧化，较宽的沟槽中生长的氧化物1100的厚度将会更厚并且消耗的硅也会更厚。这种较大扩散会导致较宽的沟槽中的较小的粗糙度。

在本公开的方面中，临时性结构360还可以用于控制在蚀刻表面的蚀刻后平滑中使用的扩散工艺。例如，通过控制用于产生临时性结构360的掩膜开口355a和355b的相应宽度，朝向临时性结构360的相对的表面380和385的氧化厚度也可以得到控制，从而更平滑。在图11中示出的示例中，第一开口355a可以将宽度选择为产生具有第一氧化厚度t1的表面380，并且第二开口355b可以将更小的宽度选择为产生具有小于第一氧化厚度t1的第二氧化厚度t2的表面385。

现在参照图12，在制造通过使用硅的蚀刻侧壁/表面来使用光束的面内传播的微型光学台器件300的其中一个难题是选择性地金属化或者涂覆一些表面，同时保护其它表面，尤其是当在不同的光学结构/元件之间的传播距离较小时。用于选择性地涂覆表面的一种技术包括使用荫罩。然而，大多数荫罩具有光学传播距离限制，在该光学传播距离限制以下，荫罩无法有效地保护表面。因此，在本公开的方面中，临时性结构360可以用于在金属化或者其它涂层工艺期间保护一些表面。

在图12中示出的示例中，微型光学台器件300包括永久性结构，该永久性结构包括具有相对的表面380和385的元件370和375。涂覆涂层材料1200(例如，金属化层、介电层、或者其它类型的涂层材料)将被涂覆到其中一个表面380，而不是另一个表面385。通过在掩膜设计上使用非常接近于需要保护免于涂层材料1200的表面385的临时性结构360，临时性结构360可以阻挡涂层到达受保护的表面385，这取决于溅射角度。在执行选择性涂层工艺之后，可以去除临时性结构360，从而保留涂覆了涂层材料1200的表面380和免受涂层材料涂覆的表面385。

现在参照图13，除了临时性结构360之外，荫罩1300还可以用于在选择性涂层工艺期间保护各个表面。例如，荫罩1300可以用于防止soi/硅晶片/衬底中的一些区域(例如，在元件/结构或者包括多个元件/结构的区域之间具有较大的光学传播距离的、应该防止被涂层材料涂覆的这些区域)被涂层材料1200涂覆，而临时性结构360用于防止soi/硅晶片/衬底中的其它区域(例如，未经涂覆的表面385)被待沉积在已涂覆的表面380上的涂层材料1200涂覆。

图14图示了根据本公开的各个方面的可以通过使用同一临时性结构来实现的相对的蚀刻表面的示例性倾斜角度、表面粗糙度、和涂层特征。如图14所示，可以通过使用临时性结构来产生与临时性结构(在图14中去除)相对的两个蚀刻表面380和385相对于衬底的平面(或者微型光学台器件的光轴)的不同的倾斜角度β1和β2。另外，可以使用同一临时性结构在蚀刻表面380和385期间产生两个蚀刻表面380和385的不同的均方根表面粗糙度σ1和σ2。在一些示例中，还可以在蚀刻后平滑工艺期间，也使用同一临时性结构，使粗糙度最小化。此外，无论是用介电涂层材料或者金属化涂层材料1200来涂覆表面，可以通过使用同一临时性结构选择性地执行涂层工艺，使得一些蚀刻表面(即，表面385)涂覆有涂层材料1200，而其他表面(即，表面380)未涂覆有涂层材料1200。

图15是根据本公开的各个方面的包括永久性结构378和临时性结构360的示例性微型光学台器件300的顶视图。微型光学台器件300被制造在soi晶片1500上。在图15中示出的示例中，将临时性结构360渗透以包含释放孔1510来促进临时性结构360的去除。在其它示例中，临时性结构360可以是没有任何孔、空格、或者间隙的固体结构。去除临时性结构可以例如在hf释放步骤期间进行。在这种hf释放(蒸汽或者液体)期间，(多个)临时性结构360可以在hf溶液内脱落，然后在该工艺结束时被去除。向临时性结构360提供释放孔1510有助于在hf释放步骤期间去除临时性结构360。作为另一示例，可以在随后的蚀刻步骤期间去除临时性结构360，而可以通过氧化物或者特氟龙(teflon)的钝化层来保护其它制造的元件的蚀刻表面。在另一示例中，可以将临时性结构360设计为足够薄，以便通过在氧化平滑工艺期间完全消耗掉该临时性结构360来将其去除。

在本公开的方面中，(多个)临时性结构可以进一步设计为在释放临时性结构之后防止(多个)临时性结构接触(多个)其它永久性结构。例如，可以将(多个)临时性结构360的形状和在(多个)临时性结构与(多个)永久性结构之间的相应间隙设计为在释放(多个)临时性结构时防止在(多个)临时性结构与(多个)永久性结构之间的粘滞(stiction)。

另外，现在参照图16a，为了实现安全去除(多个)临时性结构，可以在临时性结构360内或者在永久性结构378的相邻表面上形成一个或者多个机械止挡件1600。在图16a中示出的示例中，机械止挡件附接至永久性结构378的在与临时性结构相邻的表面上(或者形成为永久性结构378的一部分)。

因此，在图16a中，图示了微型光学台器件300，该微型光学台器件300包括临时性结构360a和360b和永久性结构378，其中，机械面内止挡件1600附接至永久性结构378的在与临时性结构360a和360b相邻的表面上。在朝向永久性结构378的第一固定光学表面1610的光路395a内制造临时性结构360a。在永久性结构378的第二固定光学表面1620与永久性结构378的可移动光学表面1630之间的光路395b内制造临时性结构360b。可移动光学表面1620已经涂覆有涂层材料(例如，金属化)1200。在图16a中应该注意，由临时性结构360a和360b控制的两个固定光学表面1610和1620和可移动光学表面1630在衬底的不同晶面内。

将止挡件1600分布在永久性结构378和(多个)临时性结构360a和360b上被设计为防止在可释放临时性结构360a和360b与永久性结构378之间的粘滞。可以进一步计算止挡件1600的尺寸以防止在临时性结构表面与相邻的永久性结构表面之间的吸引力使表面接触，从而进一步防止在(多个)可释放临时性结构360a和360b与永久性结构378之间的粘滞。因此，通过使用机械止挡件1600，可以例如通过使用hf释放工艺来去除临时性结构360a和360b，而不损坏永久性结构378中的剩余光学元件，如图16b所示。

图16c是根据本公开的各个方面的图16a的分解部分微型光学台器件的顶视图。可以从图16c中看出，光学表面(例如，固定光学表面1620)的光学质量不仅可以由在光学表面1620与相邻临时性结构360b之间的间隙1640a控制，而且还可以由设计中的各种其它间隙(例如，间隙1640b和1640c)控制。间隙1640a-1640c影响反应物在深度蚀刻工艺期间的消耗分布。因此，深度蚀刻反应器内的设计的整体蚀刻速率可以由不同的间隙1640a-1640c以及临时性结构360b释放孔大小和装置中的其它可释放结构控制。在本公开的方面中，临时性结构360与永久性结构378之间的间隙可以全部相等。

现在参照图17，面外机械止挡件1700还可以用于在去除临时性结构360期间保护永久性结构表面。如图17所示，可以例如在临时性结构360与处理层320的上表面之间产生面外机械止挡件1700。

例如，通过控制box层330的蚀刻时间，可以将面外机械止挡件1700形成为氧化物的小/精细结构(例如，圆锥体)。这些机械止挡件1700可以在临时性结构360从器件层320脱落(或者从器件的光路去除临时性结构360)之后得以保留。例如，可以通过使用时间释放工艺来蚀刻box层330，以去除在可移动永久性结构与处理层320之间的box层330并且在临时性结构360与处理层320之间保留box层330的痕迹从而形成机械止挡件1700，并且然后，可以向临时性结构360施加物理力以从机械止挡件1700释放临时性结构360。例如，机械止挡件1700的尺寸可以由机械止挡件1700上方的临时性结构360的宽度和box层330的蚀刻时间控制。

现在参照图18，这种面外机械止挡件1700具有两种功能。第一，止挡件1700在去除临时性结构360期间防止在临时性结构360与衬底(或者处理层320)之间的粘滞。第二，当移动结构1800和1810通过使在其间的可能的接触面积最小化而使该移动结构1800和1810大体上从其静止位置移位时，止挡件1700防止微型光学台器件300中的移动结构(例如，结构1800和1810)粘滞到处理层320中。例如，当移动结构1800和1810移位时，可以减小弹簧(spring)沿面外方向的刚度，从而使移动结构1800和1810更多地经受住面外粘滞。通过包括面外机械止挡件，可以防止这种面外粘滞。图19提供了微型光学台器件300的一部分的扫描电子显微镜图像，其示出了处理层320上的氧化物的面外止挡件(微型圆锥体)1700。

现在参照图20，还可以在处理层320的上表面中形成面外机械止挡件2000。例如，在包含热氧化步骤的蚀刻后平滑工艺期间，如工艺步骤2010和2020所示，取决于在器件层340中是否存在对应结构，从处理层消耗的硅量或者生出的氧化物的量将是不同的(t1,t2)。在释放步骤中，如工艺步骤2030所示，蚀刻氧化物，并且可以在处理层320的上表面中保留面外机械止挡件2000的图案。如工艺步骤2040所示，这些机械止挡件2000可以在临时性结构360从器件层320脱落(或者从器件的光路去除临时性结构360)之后得以保留。

保留在处理层上的精细结构2000的最终形状(或者图案)例如取决于所使用的平滑工艺。在图21中提供了微型光学台器件300的一部分的立体图，其示出了形成处理层320中与临时性结构对应的面外机械止挡件2000的精细图案。

一般而言，在金属化步骤之前应该去除用于drie并且在反射镜前面的临时性结构，而在金属化之后应该去除防止其它元件被金属化的那些临时性结构。为了使得两种类型的临时性结构都能够在同一微型光学台器件内使用，可以将临时性结构设计为具有不同的释放时间。

图22图示了根据本公开的各个方面的通过使用多个临时性结构控制蚀刻表面的多个表面特性来制造微型光学台器件的示例性工艺。微型光学台器件300包括第一临时性结构360a、第二临时性结构360b、和元件370和375。将第一临时性结构360a设计为控制例如元件375的倾斜角度和/或表面粗糙度。将第二临时性结构360b设计为在选择性涂层工艺期间保护元件370。将各个临时性结构360a和360b设计为具有不同的释放时间，以防止两个临时性结构360a和360b在同一释放步骤期间被去除。例如，临时性结构360a和360b的厚度可以基于期望释放时间而变化。在图22中示出的示例中，临时性结构360a比临时性结构360b更薄(在宽度上)。

例如，在工艺步骤2200期间，通过例如使用将持续时间选择为去除临时性结构360a而不是临时性结构360b的受控hf释放来释放元件375前面的第一临时性结构360a。在工艺步骤2210中，向元件375的表面涂覆涂层材料(即，金属化)120，同时临时性结构360b防止元件370的表面被金属化。然后，在工艺步骤2220中，通过例如使用另一hf释放工艺来去除第二临时性结构360b。

还可以从微型光学台器件的光路中机电地去除(多个)临时性结构。图23图示了根据本公开的各个方面的示例性微型光学台器件300的一部分，微型光学台器件300的临时性结构360附接至致动器2300(诸如，微机电系统(mems)致动器)以从微型光学台器件的光路中去除该临时性结构360。临时性结构360在由mems致动器2300致动时的运动方向可以从光学表面2310的前面去除临时性结构360，其中光学表面2310具有由临时性结构360控制的一种或者多种特性。mems致动器可以进一步包括或者耦合至微型闩锁(闩锁)2305。

现在参照图24，当微型光学台器件300形成包括两个光学表面2410和2420的光学干涉仪2400的至少一部分时，临时性结构360可以耦合至mems致动器2300并且使用mems致动器从两个表面2410与2420之间的光路395移开。然后可以通过机械闩锁2305将临时性结构360锁定至特定位置。图25图示了微型光学台器件300的顶视图，该微型光学台器件300包括具有分束器2510和移动反射镜2520的光学干涉仪2400和附接至包括闩锁2305的mems致动器2300的有源临时性结构360。在图24中应该注意，由临时性结构360控制的两个光学表面2410和2420在衬底的不同晶面内。

图26中示出了包括干涉仪的光谱仪的示例，干涉仪可以使用一个或者多个临时性结构来制造成微型光学台器件。在图26中示出的示例中，光谱仪2600包括michelson干涉仪2605。然而，在其它示例中，可以利用其它类型的干涉仪(诸如，fabry-perot和mach-zehnder干涉仪)。在图26中，通过分束器2620将来自宽带源2610的准直光i0分成两个光束i1和i2。一个光束i1被固定反射镜2630反射，并且另一个光束i2被耦合至致动器2650(诸如，mems致动器)的移动反射镜2640反射。

在一个示例中，mems致动器2650由梳状驱动器和弹簧形成。通过向梳状驱动器施加电压，跨致动器2650产生电位差，该致动器2650在其中感应电容，从而产生驱动力以及来自弹簧的回复力，从而使可移动反射镜2640位移至用于反射光束l2的期望位置。然后在反射光束之间产生大体上等于反射镜2640位移的两倍的光程长度差(opd)。

反射光束在分束器2620处干涉，从而允许时间相关性的光在由移动反射镜提供的各个不同的光程差(opd)处测量。由检测器2660在移动反射镜的许多离散位置处测量信号(称为干涉图)。然后可以例如使用由处理器2670执行的傅里叶变换来获得光谱。

处理器2670可以是单个处理装置或者多个处理装置。这种处理装置可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、逻辑电路系统、模拟电路系统、数字电路系统、和/或基于电路系统和/或操作指令的硬编码来操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置。处理器2670可以具有相关联的存储器和/或存储器元件，该相关联的存储器和/或存储器元件可以是处理器的单个存储器装置、多个存储器装置、和/或嵌入式电路系统。这种存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪速存储器、高速缓存存储器、和/或存储数字信息的任何装置。

除了使用临时性结构实现的选择性处理之外，由(多个)临时性结构提供的控制可以在生产中在整个晶片内以及在不同的晶片之间实现高均匀性。例如，现在参照图27，可以通过控制在蚀刻体积2710与保持体积(由临时性结构区域2720和永久性结构区域2730形成)之间的比率在整个晶片2700内并且在不同的晶片之间实现均匀性。通过在蚀刻期间存在，但在工艺结束时去除的临时性结构区域2720来减小蚀刻面积2710。

由于反应器内的蚀刻物质的变化，临时性结构2720和永久性结构2730区域还可以在整个晶片内变化，以抵消影响并且提高均匀性。例如，分别在芯片2740上的临时性区域2720和永久性区域2730的厚度t1和t2(因此，分别在临时性区域2720与永久性区域2730之间的蚀刻面积g1)可以与分别在另一芯片2750上的临时性区域2720和永久性区域2730的厚度t3和t4(因此，分别在临时性区域2720和永久性区域2730之间的蚀刻面积g2)不同。

图28图示了根据本公开的各个方面的用于制造微型光学台器件的示例性方法2800的流程图。可以例如通过使用图3中示出的工艺来实施该方法2800以产生图3至图26中示出的任何微型光学台器件。该方法2800通过提供衬底(诸如，soi晶片或者衬底或者其它类型的衬底)从框2810开始。在框2820中，蚀刻衬底以形成临时性结构和包括至少两个光学元件的永久性结构，在该衬底中，永久性结构与微型光学台器件对应。

在框2830中，临时性结构用于控制微型光学台器件的至少一种特性。例如，特性可以包括但不限于：永久性结构的光学元件的一个或者多个表面相对于衬底的平面的倾斜角度、表面的粗糙度、表面轮廓、和表面的选择性涂层中的一个或者多个。在微型光学台形成干涉仪的本公开的方面中，特性可以包括但不限于：由干涉仪产生的干涉图案的可见性和/或干涉仪的干涉光束在横向方向上相对于干涉仪的光学接收元件(例如，检测器、光纤等)的光轴的对准。

在框2840中，从包括至少两个光学元件的微型光学台器件的光路去除临时性结构。例如，可以从衬底释放或者蚀刻临时性结构，或者可以从光路机电地去除临时性结构。

本领域的技术人员将认识到，可以在广泛的应用中修改并且改变本申请中描述的创新构思。因此，本主题的范围不应该局限于所讨论的任何特定的示例性教导，而是应该通过所附的权利要求书来定义。