[发明专利]微加工结构的选择性阶梯覆盖

说明书

具有两个或更多个层级的开口的荫罩实现了微光学工作台设备内的微加工结构的选择性阶梯覆盖。荫罩包括在荫罩的顶面内的第一开口和在荫罩的底面内的第二开口。第二开口与第一开口对准并且具有小于第一开口的第一宽度的第二宽度。第一开口与第二开口之间的交叠部在荫罩内形成孔，通过该孔可以发生微光学工作台设备内的微加工结构的选择性涂覆。

相关申请的交叉引用

本美国实用专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求以下美国临时专利申请的优先权，这些美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文并且为了所有目的构成本美国实用专利申请的部分：

1.2015年2月20日提交的题为“Selective Step Coverage for Micro-Fabricated Structures”(代理人案卷号SIWA-1020PROV)的待决的美国临时申请序列号62/119,065。

2.2016年2月18日提交的题为“Selective Step Coverage For Micro-Fabricated Structures”的待决的美国实用申请序列号15/047,032。

技术领域

本发明总体上涉及微光学工作台设备中的光学表面的金属化或薄膜涂覆，并且特别是涉及提供微光学工作台设备内的微加工结构的光学表面的选择性阶梯覆盖的荫罩的制造。

背景技术

深度蚀刻的微光学平台通常使用深反应离子蚀刻(DRIE)工艺形成在绝缘体上硅(SOI)晶片上，以便产生能够处理平行于SOI衬底传播的自由空间光束的微光学和微机电系统(MEMS)部件。传统上，使用一级荫罩来提供在深度蚀刻的微光学工作台内的光学表面的阶梯覆盖和选择性金属化或薄膜涂覆。

然而，保护附近的光学表面免受薄膜涂覆的影响需要将涂覆的表面和未涂覆的表面分离足够的距离，以避免未涂覆的表面的无意的涂覆。因此，微光学工作台设备内的光学传播距离受限于荫罩的设计规则。

图1示出了用于在对衬底110(诸如，绝缘体上硅(SOI)晶片/衬底)的蚀刻表面进行金属化时使用的示例性的现有技术的一级荫罩100。衬底110包括器件层120、蚀刻停止或牺牲(例如，隐埋氧化物(BOX))层130和处理层140。微光学工作台设备170的各种微加工结构(例如，结构152和162)使用例如DRIE Bosch工艺被蚀刻到器件层120中以暴露微光学表面150和160。为了在表面之一(例如，表面150)上溅射涂覆材料155(例如，金属层)，荫罩中需要有宽度为L_m的开口，假设金属化角度θ_m。根据几何形状，金属化开口宽度由下式给出：

L_m＝M+(h+D₂)tanθ_m (等式1)

其中M、h和D₂分别为未对准裕度、SOI器件层高度和荫罩厚度。

为了保护相对的微光学表面(例如，表面160)不被金属化，需要到金属化开口的保护距离L_p。保护距离与金属化开口宽度和器件层高度成正比，并且由下式给出：

其中，D₁是除了在SOI晶片上方的凹陷部分之外的荫罩的厚度。因此，金属化表面150与受保护表面160之间的总距离由下式给出：

从以上等式可以推测，增加器件层高度(其可能被需要以用于获得更好的光耦合效率)直接影响可以使用用于垂直微光学表面的金属化或薄膜涂覆的一级荫罩来实现的最小光学传播距离。另一方面，增加一级荫罩的厚度增加了所需要的金属化开口，同时减小了保护距离。

因此，需要一种荫罩，其被设计为提供微光学工作台设备内的微加工结构的选择性阶梯覆盖，同时光学表面之间的保护距离最小。