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EP1697783A1 - Composants optiques et leur procede de realisation - Google Patents

Composants optiques et leur procede de realisation

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Publication number
EP1697783A1
EP1697783A1 EP04816605A EP04816605A EP1697783A1 EP 1697783 A1 EP1697783 A1 EP 1697783A1 EP 04816605 A EP04816605 A EP 04816605A EP 04816605 A EP04816605 A EP 04816605A EP 1697783 A1 EP1697783 A1 EP 1697783A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
pads
studs
substrate
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04816605A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Claire Divoux
Marie-Hélène Vaudaine
Thierry Enot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1697783A1 publication Critical patent/EP1697783A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/42Piezoelectric device making

Definitions

  • the invention relates to the field of the production of optical components.
  • it applies to adaptive optics, where reflective membranes are mechanically deformed to correct the phase of a light beam. It also relates to the production of mechanical actuation means for the production of reflective membranes or optical components.
  • an array of actuators attached to a reflective membrane is used.
  • This one-level process does not allow decoupling of the actuation from the optical surface.
  • a single optical level requires an often difficult compromise.
  • two-level embodiments one level of which is optical, as described for example in the documents of R. Krishnamoorthy et al. "Statistical performance evaluation of electrostatic micro-actuators for a deformable mirror", SPIE Vol. 2881, pp. 35-44, and in the article by TGBifano et al. “Continuous-membrane surface- micromachined silicon deformable miror”, Optical Engineering, Vol.36, p.
  • the actuator is produced in a first mechanical level and the second mechanical level is used for optical correction.
  • the 2 levels are connected by mechanical studs, which can be made of the same material as that of the “optical” mechanical level (for example in poly silicon), by surface technology, for example by silicon oxide surface technology / poly silicon MUMPS.
  • This technology is a stack of conformal layers with, as the last layer, the optical layer, the flatness of which is degraded by the lower layers and by the very fact of producing the pads in the same material.
  • the pads can also be made of a material different from that of the "optical” mechanical level, by transferring a thin membrane onto actuators, as described for example in the documents of JAHammer et al.
  • the areas of the studs can sometimes be large, which then affects the flexibility of the membrane.
  • the problem therefore arises of finding new elements or means, in particular of mechanical activation, making it possible to produce new optical components, in particular of the type mentioned above.
  • the invention relates more precisely to a method for producing a system or means or an actuating device comprising: - the etching of a first face of a component, for example of a semiconductor substrate, or of a thin layer formed on the surface of such a semiconductor substrate, to form pads, - the etching of a second face of the component, to produce or release or release a membrane in the same material as the pads, - the production of the means for actuating the pads and the membrane.
  • the fact of first engraving one side of the initial component, then the other side makes it possible to produce the studs, then a flexible or deformable membrane, in only a fraction of the initial thickness of the component.
  • the studs and the membrane form a homogeneous whole.
  • the membrane and the studs can have a small thickness, for example a total thickness of less than 30 ⁇ m, or between 5 ⁇ m and 15 ⁇ m.
  • the invention therefore makes it possible to produce optical components at two levels integral with one another; it also makes it possible to achieve a very good optical level.
  • the component may be made of a semiconductor material or of glass, and be provided with a surface layer of semiconductor material or nitride in which the studs and the membrane are etched. It can also be of the SOI type, comprising a surface layer of silicon, an insulating layer and a substrate, the pads and the membrane being produced in the surface layer of silicon.
  • It may also be a silicon substrate covered with an insulating layer and a poly-silicon layer or a silicon substrate covered with a nitride layer, the pads and the membrane being produced respectively. in the insulator or poly-silicon or nitride layer. According to another variant, it may be a silicon substrate doped on two sides, the membrane and the pads being produced in portions doped differently from one another.
  • the actuation means can be of the electrical, magnetic or thermal type. They can be partly formed directly on the pads, or they can be made on a substrate or another substrate, which is then assembled with the actuation system.
  • the invention also relates to a mechanical activation system, for an optical component, comprising: - a membrane provided on one of its faces with studs integrally formed with the membrane, - means for actuating the studs and the membrane.
  • the membrane, flexible or deformable by the actuating means, and the studs can be produced in a component as mentioned above.
  • a system according to the invention can have the dimensions already mentioned above and be provided with reflecting means giving it optical properties.
  • the studs have a height / width ratio of less than 20.
  • FIG. 1 to 3 and 12 show a device according to the invention, or details of such a device
  • FIG. 4A to 4E show steps in the production of a device according to the invention
  • - Figures 5A to 11E show alternative methods of producing a device according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 A first embodiment of the invention is illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • actuator means forming a first level 10
  • the actuator means make it possible to move the studs and, therefore, the elements of this second level 12 linked to the studs.
  • These actuator means are for example electrodes 16, mobile, which act in combination with fixed electrodes 17 formed under the first level 10.
  • the actuator can also be constituted by magnetic or thermal or piezoelectric means.
  • the movable part of an actuator can be a magnet 30 or a coil bonded to a stud 14 with, opposite, respectively, a coil 32 or a fixed magnet, as illustrated in FIG. 3.
  • the mobile part of an actuator can be a bimetal structure produced with a first and a second layer, the second layer being at higher expansion thermal or at higher expansion than the first.
  • the fixed part can then only be a surface on which these structures can come to bear.
  • the reference 20 designates a thin layer, for example a layer of silicon or germanium or of indium phosphide (InP), for example also of a SOI type substrate.
  • the assembly rests on a substrate 18, for example made of silicon, or glass.
  • the second mechanical level 12 as well as the connection pads 14 are produced in the same layer 20, without bonding or transfer.
  • This layer has for example been previously manufactured (by deposition, epitaxy or any other method) on a substrate of very good flatness, for example a flatness of a few ⁇ m on a substrate diameter of 100 mm or 200 mm; the roughness is for example less than 5 nm.
  • the starting substrate ensures good flatness of the reflecting surface, due to this very good flatness.
  • the homogeneity of material between the studs 14 and the level 12 makes it possible not to degrade the optical surface by differential expansion effects between the 2 materials.
  • a method for producing a system according to the invention may include the steps illustrated diagrammatically in FIGS. 4A - 4C.
  • a starting component is a substrate 50 carrying a thin surface layer 60.
  • the latter is of low thickness, for example between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • the assembly can for example be an SOI substrate.
  • An SOI structure typically comprises a layer of silicon, and under which is made a buried layer of silicon oxide, which itself rests on a silicon substrate, which plays the role of mechanical support.
  • the substrate 50 can also be a silicon substrate covered with an insulator and a layer of poly-silicon; it can also be a silicon substrate coated with nitride, or a silicon substrate, or in a other semiconductor material, doped on two sides, or a glass substrate coated with nitride.
  • the layer in which the pads and the membrane 52 are made has a thickness E for example of between 5 ⁇ m and 20 ⁇ m or 30 ⁇ m.
  • a reflective deposit can then be produced on the external surface 55 of the membrane 52.
  • the activation means or a first part of these means, in this case a layer 56 of mobile electrodes, can then be produced directly on the substrate thus etched, for example using a sacrificial layer ( Figure 4D).
  • the assembly is then assembled with a substrate 58 (FIG. 4E) on which fixed electrodes
  • FIG. 5A illustrates the embodiment which has just been described in the case where the starting component is an SOI component provided comprising a thin layer 501 of silicon, a thin layer 502 of insulator (in general silicon dioxide) and a substrate 503 proper, made of silicon.
  • This structure allows etching of the pads and of the surface 52 in the thin layer of silicon.
  • FIG. 5A there is first etching of the pads 54, then etching of the substrate 503 to release the membrane 52 (FIG. 5A).
  • FIG. 5A the assembly obtained, illustrated in FIG.
  • the layer 56 of mobile electrodes is produced directly on a substrate 58, for example made of silicon or silicon nitride covered with a metal, on which, as explained above in conjunction with the FIG. 4E, fixed electrodes 57 have already been produced.
  • the mobile electrodes are obtained by sealing a thin layer 56 (for example made of silicon or silicon nitride) on a substrate containing cavities; the vents 59 make it possible to balance the pressures during the process and thereafter.
  • the reference 61 designates a layer of the means forming electrical insulator, for example a layer of electrical insulator, which makes it possible to separate the two levels of electrodes.
  • FIGS. 7A to 7J An SOI 50 substrate is first used to produce part of the actuators (mobile electrode) as well as the optical membrane.
  • This substrate 50 (FIG. 7A) comprises a layer of semiconductor material 501 (for example silicon with a thickness of 15 ⁇ m), an insulating layer 502 (for example silicon dioxide with a thickness of 0.5 ⁇ m), and a substrate made of semiconductor material 503 (for example silicon with a thickness of 500 ⁇ m). It is oxidized on the surface (insulation layers 60, 61, FIG. 7B), to form an etching mask.
  • the insulating layer 61 located on the rear face is locally etched (FIG. 7C) for the subsequent step of etching the substrate 503 which will make it possible to define or release the membrane.
  • the thin layer 501 is partially etched (for example on 10 ⁇ m, in RIE etching) on the front face (FIG. 7D) to make the pads 54 for connection between activation means, for example mobile electrodes, and optical membrane.
  • An oxide deposit 66, followed by a planarization of the oxide for example by PMC, chemical mechanical polishing, provides a flat surface for the rest of the process ( Figure 7E).
  • a layer 68 of poly-silicon (thickness of approximately 1 to 2 ⁇ m) is deposited (FIG.
  • the substrate 503 is etched on the rear face, which frees the membrane 52 and the layer 502.
  • the oxide is removed on the rear face (FIG. 7J) and on the front face.
  • the dry etching of the membranes makes it possible to produce optical membranes; thus, the buried SOI oxide 502 is for example etched in HF (FIG. 7J).
  • the assembly can be made component against component or substrate against substrate: in other words, one can assemble in one go several components being on the same substrate or, beforehand, cut each component and make the assembly of the components one by one.
  • the semiconductor material of the layer 501, used to form the membrane 52 is monocrystalline silicon, we obtain both very good mechanical behavior of this membrane, but also a low roughness (peak to peak imprints less than 100 nm) and very good flatness. Fingerprint effects are limited.
  • Electrical connections 74, 75 can then be made laterally, as illustrated in FIG. 9, which represents a top view of the device. These fixed electrodes can then be connected to voltage supply means.
  • the example which has just been described relates to an embodiment starting from an SOI substrate.
  • a starting substrate 150 is made of silicon or AsGa. It is doped, so as to comprise two lateral zones 151, 153, of a first type of doping, which surround a zone or intermediate layer 152 doped using a second type of doping.
  • the two layers or zones 153 and 152 together have a total thickness of approximately 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, for example 20 ⁇ m.
  • the difference in doping between the first and the second doping is of the order of magnitude of 10 7 cm -3 .
  • the first doping is of the order of 10 20 to 10 21 cm -3 and the second doping is approximately 10 14 cm -3 .
  • the different doping zones make it possible to carry out selective etching: a first etching step, in the layer 153, makes it possible to produce pads 154. Then an etching of the zone 151 makes it possible to release a membrane in the layer 152 (FIG. 10B ).
  • a first etching step in the layer 153, makes it possible to produce pads 154.
  • an etching of the zone 151 makes it possible to release a membrane in the layer 152 (FIG. 10B ).
  • part of the component has been formed, on which a layer of activation means can be formed, or else which can be assembled with a substrate-activation means assembly, as illustrated in FIG. 6.
  • pads 154 and the membrane formed in layer 152 are made of the same material, even if the two zones are doped differently, and without any connecting element between the pads and the membrane.
  • FIGS. 11A to 11E give other steps of this embodiment.
  • a silicon substrate 151 is produced, or selected. It is p ++ doped, for example at 10 21 cm -3 .
  • This silicon layer 152 is p ⁇ doped.
  • the dopant is for example boron.
  • a second epitaxy step (FIG. 11C) makes it possible to grow a layer 153 of p ++ silicon, for example at 10 21 cm -3 .
  • a structure similar to that described above was thus obtained in connection with FIG. 10A.
  • an etching of studs 154 is carried out in the layer 153, for example by a wet chemical process, in particular by a mixture of HNA (mixture of sulfuric acid H2SO4, hydrofluoric acid HF, and HN0 3 ) .
  • HNA mixture of sulfuric acid H2SO4, hydrofluoric acid HF, and HN0 3
  • a protective layer 162 is deposited on the layer 153 and the pads 154, a mask 160 is positioned on the rear face, and the component is etched on the rear face by HNA wet etching, so as to release a membrane in layer 152.
  • the component obtained is similar to that of FIG. 10B, and can therefore be assembled with, for example, a substrate such as that of FIG. 6.
  • a layer of mobile electrodes 156 is produced on the layer 153 and the pads 154, the assembly then being assembled with a substrate such as that of the figure. 4E.
  • FIG. 12 represents an enlargement of two studs 154 and of a portion of the membrane 152.
  • the thickness L of the studs + membrane assembly is for example between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m, for example again around 20 ⁇ m. Due to the use of an etching technique, the ratio between the height B of the studs and their width A, as illustrated in FIG. 12, is less than 20. B being between 5 ⁇ m and approximately 15 ⁇ m, A could be quite small, for example of the order of l ⁇ m, or between 0.5 and 1.5 ⁇ m.
  • the flexibility of the membrane is hardly affected by the presence of the studs on one of its sides.
  • the pads are, for example, spaced about 500 ⁇ m apart.
  • the invention therefore makes it possible to produce patterns of small size.
  • the optical footprint of the device is therefore minimal, which gives it a high quality, unlike the patterns which can be obtained by etching in thick substrates, for example with a thickness close to 200 ⁇ m.
  • L is much weaker than 200 ⁇ m since it does not correspond to the total thickness of the substrate but only to a fraction of this substrate.
  • the invention applies to the field of adaptive optics, or even to the production of micro-mirrors.
  • optical mechanical part can also be chosen to be very rigid so as not to deform and the mobile part can then be chosen to be flexible to meet the requirements of the actuator.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation d'un système d'actionnement pour un composant optique comportant la gravure d'une première face d'un composant, pour y former des plots, la gravure d'une deuxième face du composant, pour dégager une membrane dans le même matériau que les plots, la réalisation des moyens d'actionnement des plots et de la membrane.

Description

COMPOSANTS OPTIQUES ET LEUR PROCEDE DE REALISATION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'invention concerne le domaine de la réalisation de composants optiques. En particulier elle s'applique à l'optique adaptative, où on déforme mécaniquement des membranes réfléchissantes pour corriger la phase d'un faisceau lumineu . Elle concerne également la réalisation de moyens d' actionnement mécanique en vue de la réalisation de membranes réfléchissantes ou de composants optiques. Pour déformer une surface optique, on utilise une matrice d' actionneurs accrochée à une membrane réfléchissante. On connaît des réalisations avec un seul niveau mécanique et optique, par exemple une membrane réfléchissante libre vis-à-vis d'une matrice d'électrodes. Des exemples en sont donnés dans le document US - 6108121 et dans l'article de G.Robert et al. « le micro-miroir adaptatif : un micro-composant d'optique adaptative », Second Forum Ademis, 1997, p. 161 - 165. Ce procédé à un niveau (à la fois mécanique et optique) ne permet pas de découpler 1' actionnement de la surface optique. Par exemple, on veut souvent à la fois une surface optique très souple pour corriger le faisceau et un actionneur très rigide pouvant fonctionner à des fréquences supérieures au kHz pour travailler en temps réel. Un seul niveau optique oblige à réaliser un compromis souvent difficile. Sont également connues des réalisations à deux niveaux dont un niveau est optique, comme décrit par exemple dans les documents de R.Krishnamoorthy et al. « Statistical performance évaluation of electrostatic micro-actuators for a deformable mirror », SPIE Vol. 2881, p.35 - 44, et dans l'article de T.G.Bifano et al. « Continuous-membrane surface- micromachined silicon deformable miror », Optical Engineering, Vol.36, p. 1354 - 1360, 1997. L'actionneur est réalisé dans un premier niveau mécanique et le deuxième niveau mécanique sert à la correction optique. Les 2 niveaux sont reliés par des plots mécaniques, qui peuvent être réalisés dans le même matériau que celui du niveau mécanique « optique » (par exemple en poly silicium) , par technologie de surface, par exemple par technologie de surface en oxyde de silicium/poly silicium MUMPS. Cette technologie est un empilement de couches conformes avec, en dernière couche, la couche optique, dont la planéité est dégradée par les couches inférieures et par le fait même de réaliser les plots dans le même matériau. Les plots peuvent aussi être réalisés dans un matériau différent de celui du niveau mécanique « optique », par report d'une membrane fine sur des actionneurs, comme décrit par exemple dans les documents de J.A.Hammer et al. « Design and fabrication of a continuous membrane deformable mirror », Proc. Of SPIE, Vol. 4985, p.259 - 270, grâce à l'utilisation de substrat SOI et de plots en indium, ou par report d'une membrane comprenant déjà des plots, grâce à l'utilisation de substrat double SOI et scellement de ces membranes sur des actionneurs (comme décrit dans C.Divoux et al. « A novel electrostatic actuator for licro deformable mirrors : fabrication and test ») , ou encore à l'aide d'une membrane collée par une couche adhésive aux actionneurs piézoélectriques. Dans tous les cas, on observe des problèmes d'empreintes de plots sur le côté optique de la membrane, qui se traduit par une mauvaise planéité ou rugosité . En outre les surfaces des plots peuvent parfois être importantes, ce qui nuit alors à la flexibilité de la membrane. II se pose donc le problème de trouver de nouveaux éléments ou moyens, notamment d' activation mécanique, permettant de réaliser de nouveaux composants optiques, notamment du type évoqué ci-dessus . II se pose aussi le problème de réaliser des composants du type évoqué ci-dessus et présentant des empreintes de plots réduites, et une planéité, ainsi qu'une flexibilité, améliorées.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne plus précisément un procédé de réalisation d'un système ou de moyens ou d'un dispositif d'actionnement comportant : - la gravure d'une première face d'un composant, par exemple d'un substrat semi-conducteur, ou d'une couche mince formée en surface d'un tel substrat semi-conducteur, pour former des plots, - la gravure d' une deuxième face du composant, pour réaliser ou dégager ou libérer une membrane dans le même matériau que les plots, - la réalisation des moyens d' actionnement des plots et de la membrane. Le fait de graver d' abord une face du composant initial, puis l'autre face, permet de réaliser les plots, puis une membrane souple ou deformable, dans une fraction seulement de l'épaisseur initiale du composant. Les plots et la membrane forment un ensemble homogène. Ainsi, la membrane et les plots peuvent avoir une épaisseur faible, par exemple une épaisseur totale inférieure à 30μm, ou comprise entre 5μm et 15 μm. L'invention permet donc de réaliser des composants optiques à deux niveaux solidaires l'un de l'autre ; elle permet également de réaliser un niveau optique de très bonne qualité. Le composant peut être en un matériau semiconducteur ou en verre, et être muni d'une couche superficielle de matériau semi-conducteur ou de nitrure dans lequel les plots et la membrane sont gravés. Il peut aussi être de type SOI, comportant une couche superficielle de silicium, une couche d'isolant et un substrat, les plots et la membrane étant réalisés dans la couche superficielle de silicium. Il peut encore s'agir d'un substrat silicium recouvert d'une couche d'isolant et d'une couche de poly-silicium ou d'un substrat silicium recouvert d'une couche de nitrure, les plots et la membrane étant réalisés respectivement dans la couche d'isolant ou de poly-silicium ou de nitrure. Selon encore une variante, il peut s'agir d'un substrat silicium dopé sur deux côtés, la membrane et les plots étant réalisés dans des portions dopées différemment l'une de l'autre. Les moyens d' actionnement peuvent être de type électrique ou magnétique ou thermique. Ils peuvent être en partie formés directement sur les plots, ou bien ils peuvent être réalisés sur un substrat ou un autre substrat, qui est ensuite assemblé avec le système d'actionnement. L'invention concerne également un système d' activation mécanique, pour un composant optique, comportant : - une membrane munie sur une de ses faces de plots intégralement formés avec la membrane, - des moyens d'actionnement des plots et de la membrane . La membrane, souple ou deformable par les moyens d'actionnement, et les plots peuvent être réalisés dans un composant tel que mentionné ci-dessus. Un système selon l'invention peut avoir les dimensions déjà invoquées ci-dessus et être muni de moyens réfléchissants lui conférant des propriétés optiques. De préférence les plots ont un rapport hauteur/largeur inférieur à 20.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
- Les figures 1 à 3 et 12 représentent un dispositif selon l'invention, ou des détails d'un tel dispositif, - les figures 4A à 4E représentent des étapes de réalisation d'un dispositif selon 1' invention. - les figures 5A à 11E représentent des variantes de procédés de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION DE L' INVENTION Un premier mode de réalisation de l'invention est illustré sur les figures 1 et 2. Sur ces figures, des moyens actionneurs, formant un premier niveau 10, sont couplés à un deuxième niveau 12 par des plots 14 de liaison. Les moyens actionneurs permettent de mouvoir les plots et, donc, les éléments de ce deuxième niveau 12 liés aux plots. Ces moyens actionneurs sont par exemple des électrodes 16, mobiles, qui agissent en combinaison avec des électrodes fixes 17 formées sous le premier niveau 10. En variante l' actionneur peut aussi être constitué par des moyens magnétiques ou thermiques ou piézo-électriques . Dans le cas de moyens magnétiques d'actionnement, la partie mobile d'un actionneur peut être un aimant 30 ou une bobine collée sur un plot 14 avec, en vis-à-vis, respectivement, une bobine 32 ou un aimant, fixe, comme illustré sur la figure 3. Dans le cas de moyens thermiques ou piézo-électriques d'actionnement, la partie mobile d'un actionneur peut être une structure bilame réalisée avec une première et une deuxième couches, la deuxième couche étant à plus forte dilatation thermique ou à plus forte dilatation que la première. La partie fixe peut alors être uniquement une surface sur laquelle ces structures peuvent venir s'appuyer. Sur la figure 1, la référence 20 désigne une couche mince, par exemple une couche en silicium ou en germanium ou en Phosphure d' indium (InP), par exemple encore d' un substrat de type SOI . L'ensemble repose sur un substrat 18, par exemple en silicium, ou en verre. Le second niveau mécanique 12 ainsi que les plots de liaison 14 sont réalisés dans la même couche 20, sans collage ni report. Cette couche a par exemple été préalablement fabriquée (par déposition, épitaxie ou tout autre méthode) sur un substrat de très bonne planéité, par exemple une planéité de quelques μm sur un diamètre de substrat de 100 mm ou 200 mm; la rugosité est par exemple inférieure à 5 nm. Le substrat de départ assure une bonne planéité de la surface réfléchissante, du fait de cette très bonne planéité. L'homogénéité de matériau entre les plots 14 et le niveau 12 permet de ne pas dégrader la surface optique par des effets de dilation différentiel entre les 2 matériaux. L'absence d'interface entre les plots 14 et ce niveau 12 limite en outre les dégradations dues au procédé de réalisation. Enfin, comme on le reverra plus loin, la faible épaisseur de l'ensemble membrane 12 — plots 14 permet de réaliser un composant de grande qualité, avec des défauts, tels que les empreintes optiques, limités. L'invention concerne donc un dispositif à membrane deformable ou souple, muni de moyens actionneurs formés de manière homogène avec la membrane et permettant de déformer cette membrane. Un procédé pour réaliser un système selon l'invention peut comporter les étapes illustrées schématiquement sur les figures 4A - 4C. Un composant de départ est un substrat 50 portant une couche mince superficielle 60. Cette dernière est d'épaisseur faible, par exemple comprise entre 10 μm et 30 μm. L' ensemble peut être par exemple un substrat SOI. Une structure SOI (abréviation de Silicon on Insulator, ou Silicium sur Isolant) comporte, typiquement, une couche de silicium, et sous laquelle est réalisée une couche enterrée d'oxyde de silicium, qui repose elle-même sur un substrat en silicium, qui joue le rôle de support mécanique. De telles structures sont par exemple décrites dans FR-2 681 472. Le substrat 50 peut aussi être un substrat silicium recouvert d'un isolant et d'une couche de poly-silicium ; ce peut être aussi un substrat silicium recouvert de nitrure, ou un substrat silicium, ou en un autre matériau semi-conducteur, dopé sur deux côtés, ou un substrat de verre recouvert de nitrure. On procède à une gravure de plots 54 dans la couche 60, par une face du composant de départ dite face avant 51 (figure 4B) . Puis une gravure en face arrière 53 permet de dégager une membrane 52 (figure 4C) dans la couche
60. Ces deux étapes peuvent aussi être réalisées dans l'ordre inverse. On obtient ainsi un ensemble de plots
54-membrane 52 en un seul matériau, les plots et la membrane étant formés intégralement, donc sans assemblage entre eux. La couche dans laquelle sont réalisés les plots et la membrane 52 a une épaisseur E par exemple comprise entre 5μm et 20μm ou 30 μm. La membrane 52 seule a une épaisseur e d'environ lμm à 5μm, qui assure une bonne souplesse en vue de sa déformation. Des essais successifs permettent de déterminer1 -un temps de gravure, afin de s'arrêter à la~ bonne profondeur. Dans le cas d'une gravure RIE ou d'une gravure humide, on peut obtenir une homogénéité de +/- 5% avec les technologies actuelles . Un dépôt réfléchissant peut ensuite être réalisé sur la surface extérieure 55 de la membrane 52. Les moyens d' activation, ou une première partie de ces moyens, en l'espèce une couche 56 d'électrodes mobiles, peuvent ensuite être réalisés directement sur le substrat ainsi gravé, par exemple à l'aide d'une couche sacrificielle (figure 4D) . L'ensemble est ensuite assemblé avec un substrat 58 (figure 4E) sur lequel des électrodes fixes
57 ont été réalisées. Selon une variante, les électrodes mobiles, ou la couche 56 d'électrodes mobiles, peuvent aussi être réalisées sur le même substrat que l'électrode fixe. La figure 5A illustre le mode de réalisation qui vient d' être décrit dans le cas où le composant de départ est un composant SOI muni comportant une couche mince 501 de silicium, une couche mince 502 d'isolant (en général du dioxyde de silicium) et un substrat 503 proprement dit, en silicium. Cette structure permet une gravure des plots et de la surface 52 dans la couche mince de silicium. Comme déjà expliqué ci-dessus, il y a d'abord gravure des plots 54, puis gravure du substrat 503 pour dégager la membrane 52 (figure 5A) . Ensuite peut être formée, directement sur la couche 501, une couche 56 d'électrodes mobiles. L'ensemble obtenu, illustré en figure 5B, peut être assemblé avec un substrat tel que celui de la figure 4E. Selon une variante illustrée en figure 6, on réalise la couche 56 d'électrodes mobiles directement sur un substrat 58, par exemple en silicium ou en nitrure de silicium recouvert d'un métal, sur lequel, comme expliqué ci-dessus en liaison avec la figure 4E, on a déjà réalisé des électrodes fixes 57. Les électrodes mobiles sont obtenues par scellement d'une couche mince 56 (par exemple en silicium ou en nitrure de silicium) sur un substrat contenant des cavités ; les évents 59 permettent d'équilibrer les pressions pendant le procédé et par la suite. La référence 61 désigne une couche des moyens formant isolant électrique, par exemple une couche d'isolant électrique, qui permet de séparer les deux niveaux d'électrodes. La structure de la figure 5A peut ensuite être assemblée avec celle de la figure 6 pour obtenir le composant voulu. Un exemple détaillé d'une autre réalisation va être décrit en liaison avec les figures 7A à 7J. Un substrat SOI 50 est tout d'abord utilisé pour réaliser une partie des actionneurs (électrode mobile) ainsi que la membrane optique. Ce substrat 50 (figure 7A) comporte une couche de matériau semi-conducteur 501 (par exemple du silicium d'épaisseur 15μm) , une couche d'isolant 502 (par exemple du dioxyde de silicium d'épaisseur 0,5μm), et un substrat en matériau semi-conducteur 503 (par exemple du silicium d'épaisseur 500μm) . Il est oxydé en surface (couches d'isolant 60, 61, figure 7B) , pour former un masque de gravure. La couche d'isolant 61 située en face arrière est gravée localement (figure 7C) en vue de l'étape ultérieure de gravure du substrat 503 qui permettra de définir ou de libérer la membrane. La couche mince 501 est gravée partiellement (par exemple sur lOμm, en gravure RIE) en face avant (figure 7D) pour réaliser les plots 54 de liaison entre moyens d' activation, par exemple des électrodes mobiles, et membrane optique. Un dépôt d'oxyde 66, suivi d'une planarisation de l'oxyde (par exemple par PMC, polissage mécano chimique), permet d'avoir une surface plane pour la suite du procédé (figure 7E) . Une couche 68 de poly-silicium (épaisseur d'environ 1 à 2μm) est déposée (figure 7F) et gravée en face avant pour réaliser les actionneurs (figure 7G) . La couche sacrificielle est ensuite éliminée par gravure HF de l'oxyde (figure 7H) . Puis (figure 71) on grave le substrat 503, en face arrière, ce qui libère la membrane 52 et la couche 502. Pour une membrane 52 de diamètre supérieur à 10 mm, et d'épaisseur inférieure à 5μm, il est préférable, préalablement à l'étape de la figure 71, d'oxyder les actionneurs, réalisés en face avant, avec la même épaisseur d'oxyde que celle de la couche 502, et ce afin d'équilibrer les contraintes mécaniques sur cette membrane pendant la gravure face arrière. Puis l'oxyde est retiré en face arrière (figure 7J) et en face avant. En face arrière, la gravure sèche des membranes permet de réaliser des membranes optiques ; ainsi, l'oxyde enterré 502 du SOI est par exemple gravé en HF (figure 7J) . Un dépôt métallique en face arrière
505 de la membrane obtenue par gravure permet de former une surface réfléchissante. Comme illustré sur la figure 8, on réalise, sur un autre substrat 58 (par exemple en silicium) , muni d'une couche 59 d'isolant (lμm d'oxyde thermique par exemple) , des électrodes 57 en métal ainsi que des pistes 70 et des plots d'adressage (non représentés sur la figure 8) . Un isolant est ensuite déposé partout, puis gravé au niveau des plots d'adressage. Des butées 72 sont réalisées pour supporter la membrane optique et les actionneurs. Les 2 substrats ou éléments ainsi formés sont ensuite assemblés pour former un composant. L'assemblage peut être maintenu mécaniquement, à l'aide de points de colle en périphérie. L'assemblage peut être fait composant contre composant ou substrat contre substrat : autrement dit, on peut assembler en une seule fois plusieurs composants se trouvant sur le même substrat ou, préalablement, découper chaque composant et faire l'assemblage des composants un à un. On obtient alors un dispositif identique à celui de la figure 1. Dans le cas où le matériau semi-conducteur de la couche 501, utilisé pour former la membrane 52 est du silicium monocristallin, on obtient à la fois un très bon comportement mécanique de cette membrane, mais aussi une faible rugosité (empreintes pic à pic inférieures à 100 nm) et une très bonne planéité. Les effets d'empreinte sont limités. Des connexions électriques 74, 75 peuvent ensuite être réalisées latéralement, comme illustré sur la figure 9, qui représente une vue de dessus de dispositif. Ces électrodes fixes peuvent ensuite être reliées à des moyens d'alimentation en tension. L'exemple qui vient d'être décrit concerne une réalisation à partir d'un substrat SOI. Selon un autre mode de réalisation, illustré en figure 10A, un substrat de départ 150 est en silicium ou en AsGa. Il est dopé, de manière à comporter deux zones latérales 151, 153, d'un premier type de dopage, qui entourent une zone ou couche intermédiaire 152 dopée à l'aide d'un deuxième type de dopage. Les deux couches ou zones 153 et 152 ont, à elles deux, une épaisseur totale d'environ lOμm à 30μm, par exemple 20μm. Avantageusement, la différence de dopage entre le premier et le deuxième dopage est de l'ordre de grandeur de 107 cm-3. Par exemple le premier dopage est de l'ordre de 1020 à 1021 cm-3 et le deuxième dopage est d'environ de 1014 cm-3. Les zones de dopages différents permettent d'effectuer des gravures sélectives : une première étape de gravure, dans la couche 153, permet de réaliser des plots 154. Puis une gravure de la zone 151 permet de dégager une membrane dans la couche 152 (figure 10B) . Là encore, on a formé une partie du composant, sur lequel on peut former une couche de moyens d' activation, ou bien qui peut être assemblée avec un ensemble substrat - moyens d' activation, tel qu'illustré sur la figure 6. Les plots 154 et la membrane formée dans la couche 152 sont bien réalisées dans un même matériau, quand bien même les deux zones sont dopées différemment, et sans aucun élément de liaison entre les plots et la membrane. Là encore, on évite donc les problèmes posés par les techniques de l'art antérieur, à savoir les problèmes d'empreintes de plots et de mauvaise planéité ou de rugosité. Les figures 11A à 11E donnent d' autres étapes de ce mode de réalisation. Tout d'abord (figure 11A) un substrat 151 en silicium est réalisé, ou sélectionné. Il est dopé p++, par exemple à 1021 cm-3. Puis (figure 11B) est réalisée une première épitaxie d'une couche 152, d'épaisseur E voisine de
20μm, par exemple comprise entre lOμm et 30μm. Cette couche 152 en silicium est dopée p~. Le dopant est par exemple du bore . Une deuxième étape d' épitaxie (figure 11C) permet de faire croître une couche 153 en silicium p++, par exemple à 1021 cm-3. On a ainsi obtenu une structure similaire à celle décrite ci-dessus en liaison avec la figure 10A. Il est ensuite procédé à une gravure de plots 154 dans la couche 153, par exemple par un procédé chimique par voie humide, notamment par un mélange de HNA (mélange d'acide sulfurique H2S04, d'acide fluorhydrique HF, et de HN03) . Enfin (figures 11D et 11E) une couche 162 de protection est déposée sur la couche 153 et les plots 154, un masque 160 est positionné en face arrière, et le composant est gravé en face arrière par gravure humide HNA, de manière à libérer une membrane dans la couche 152. Le composant obtenu est similaire à celui de la figure 10B, et peut dès lors être assemblé avec, par exemple, un substrat tel que celui de la figure 6. Selon une variante, une couche d'électrodes mobiles 156 est réalisée sur la couche 153 et les plots 154, l'ensemble étant ensuite assemblé avec un substrat tel que celui de la figure 4E. La figure 12 représente un agrandissement de deux plots 154 et d'une portion de la membrane 152. Ces plots sont ceux du mode de réalisation précédent, mais les considérations qui suivent peuvent s'appliquer aux autres modes de réalisation. Selon l'invention, quel que soit le mode de réalisation envisagé, l'épaisseur L de l'ensemble plots + membrane est par exemple compris entre lOμm et 30μm, par exemple encore d'environ 20μm. Du fait de l'utilisation d'une technique de gravure, le rapport entre la hauteur B des plots et leur largeur A, tel qu'illustrés sur la figure 12, est inférieur à 20. B étant compris entre 5 μm et environ 15μm, A pourra être assez faible, par exemple de l'ordre de lμm, ou compris entre 0,5 et 1,5 μm. Il en résulte que la souplesse de la membrane, d'épaisseur comprise entre lμm, ou 5 μm, et 10 μm, n'est guère affectée par la présence des plots sur un de ses côtés. Les plots sont par exemple espacés d'environ 500 μm. L'invention permet donc de réaliser des motifs de petite taille. L'empreinte optique du dispositif est donc minime, ce qui lui confère une grande qualité, à la différence des motifs qui peuvent être obtenus par gravure dans des substrats épais, par exemple d'épaisseur voisine de 200μm. Selon l'invention, L est beaucoup plus faible que 200μm puisqu'elle ne correspond pas à l'épaisseur totale du substrat mais seulement à une fraction de ce substrat . L'invention s'applique au domaine de l'optique adaptative, ou encore à la réalisation de micro-miroirs . Dans le cas d'un micro-miroir de scanner ou de déviation de faisceau, ou de pointage, il n'y a pas de nécessité de produire beaucoup de force sur la partie optique, mais il peut être important de produire un angle significatif. La partie mécanique optique pourra aussi être choisie très rigide pour ne pas se déformer et la partie mobile pourra être alors choisie souple pour satisfaire les exigences de l' actionneur .

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un système d'actionnement pour un composant optique comportant : - la gravure d'une première face (51) d'un composant, pour y former des plots (14, 54, 154), - la gravure d'une deuxième face (53) du composant, pour dégager une membrane souple ou deformable (12, 52, 152) , dans le même matériau que les plots, - la réalisation des moyens (16, 17, 30,
32, 56, 57) d'actionnement des plots et de la membrane.
2. Procédé selon la revendication 1, la membrane et les plots ayant une épaisseur totale inférieure à 30μm, ou comprise entre 5μm et 15 μm.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, la membrane ayant une épaisseur comprise entre 1 μm et 5 μm.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, le composant étant en un matériau semi-conducteur ou en verre (51), et étant muni d'une couche superficielle (60) de matériau semi-conducteur ou de nitrure dans lequel les plots et la membrane sont gravés.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, le composant étant de type SOI, comportant une couche superficielle de silicium (501) , une couche d'isolant (502) et un substrat (503), les plots et la membrane étant réalisés dans la couche superficielle de silicium.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, le composant étant un substrat silicium recouvert d'une couche d'isolant et d'une couche de poly-silicium ou un substrat silicium recouvert d'une couche de nitrure, les plots et la membrane étant réalisés respectivement dans la couche d'isolant ou de poly-silicium ou de nitrure.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, le composant étant un substrat silicium dopé sur deux côtés (151, 153), la membrane et les plots étant réalisés dans des portions (152, 153) dopées différemment l'une de l'autre.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, les moyens d'actionnement étant de type électrique ou magnétique ou thermique ou piézo-électrique.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, les moyens d'actionnement étant de type électrique et comportant une ou plusieurs électrodes mobiles (16, 56) , liées aux plots de dispositif, et une ou plusieurs électrodes fixes (17, 57) .
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, les moyens d'actionnement étant de type magnétique et comportant une ou plusieurs bobines (30) ou aimants mobiles, lié (e) s aux plots de dispositif, et un ou plusieurs aimants (32) ou bobines fixes.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, comportant en outre une étape de réalisation, sur les plots, d'une première partie (56) des moyens d' actionnement .
12. Procédé selon la revendication 11, comportant en outre une étape d'assemblage avec un deuxième substrat (58) sur lequel est réalisée une deuxième partie (57) des moyens d'actionnement, qui coopère avec la première partie pour actionner les plots et la membrane.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, les moyens d'actionnement (16, 17, 30, 32, 56, 57) étant réalisés par une étape d'assemblage de la membrane et des plots avec un deuxième substrat (58) sur lequel ces moyens ont été préalablement formés.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, les plots ayant largeur, ou une base de largeur, inférieure à 2 μm.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, les plots ayant un rapport hauteur/largeur inférieur à 20.
16. Procédé de réalisation d'un composant optique comportant la réalisation d'un système d'actionnement selon l'une des revendications 1 à 15, et la formation de moyens réfléchissants sur la membrane . 17. Système d' activation mécanique, pour un composant optique, comportant : - une membrane (12, 52, 152) munie sur une de ses faces de plots (14, 54, 154) intégralement formés avec la membrane, les plots ou la membrane étant réalisés : • dans une couche superficielle (60) de matériau semi-conducteur ou de nitrure, formée sur un matériau semi-conducteur ou en verre (50) , • ou dans la couche superficielle (501) de silicium d'un composant de type SOI, • ou dans une couche superficielle de poly- silicium ou de nitrure reposant soit directement sur un substrat, soit sur une couche isolante reposant elle-même sur un substrat, • ou dans des zones (152, 153) dopées différemment d'un substrat semi-conducteur. - des moyens (16,
17, 30, 32, 56, 57) d'actionnement des plots et de la membrane.
18. Système selon la revendication 17, la membrane et les plots ayant une épaisseur totale inférieure à 30μm ou comprise entre 5μm et 30μm.
19. Système selon la revendication 17 ou 18, la membrane souple ayant une épaisseur comprise entre 1 μm et 5 μm.
20. Système selon l'une des revendications 17 à 19, la membrane étant souple.
21. Système selon l'une des revendications 17 à 20, les moyens d'actionnement étant de type électrique ou magnétique ou thermique .
22. Système selon l'une des revendications 17 à 20, les moyens d'actionnement étant de type électrique et comportant une ou plusieurs électrodes mobiles (16, 56) , liées aux plots de dispositif, et une ou plusieurs électrodes fixes (17, 57) .
23. Système selon l'une des revendications 17 à 20, les moyens d'actionnement étant de type magnétique et comportant une ou plusieurs bobines ou aimants mobiles (30), lié(e)s aux plots de dispositif, et un ou plusieurs aimants ou bobines fixes (32) .
24. Système selon l'une des revendications
17 à 23, les plots ayant largeur, ou une base de largeur, inférieure à 2 μm.
25. Système selon l'une des revendications 17 à 24, les plots ayant un rapport hauteur/largeur inférieur à 20.
26. Composant optique comprenant un système d' activation selon l'une des revendications 17 à 25, et des moyens réfléchissants sur la membrane.
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