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WO2002065186A2 - Micro-miroir optique a pivot, matrice de tels micro-miroirs et procede de realisation dudit micro-miroir. - Google Patents

Micro-miroir optique a pivot, matrice de tels micro-miroirs et procede de realisation dudit micro-miroir. Download PDF

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Publication number
WO2002065186A2
WO2002065186A2 PCT/FR2002/000545 FR0200545W WO02065186A2 WO 2002065186 A2 WO2002065186 A2 WO 2002065186A2 FR 0200545 W FR0200545 W FR 0200545W WO 02065186 A2 WO02065186 A2 WO 02065186A2
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WO
WIPO (PCT)
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micro
layer
pivot
fixed part
mirror according
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/000545
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English (en)
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WO2002065186A3 (fr
Inventor
Serge Valette
Original Assignee
Teem Photonics
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 Teem Photonics filed Critical Teem Photonics
Priority to JP2002564645A priority Critical patent/JP2004522996A/ja
Priority to EP02704815A priority patent/EP1390793A2/fr
Priority to CA002437816A priority patent/CA2437816A1/fr
Priority to US10/468,060 priority patent/US20040061961A1/en
Publication of WO2002065186A2 publication Critical patent/WO2002065186A2/fr
Publication of WO2002065186A3 publication Critical patent/WO2002065186A3/fr

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0062—Devices moving in two or more dimensions, i.e. having special features which allow movement in more than one dimension
    • G—PHYSICS
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    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
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    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/045—Optical switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0181—See-saws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/05—Type of movement
    • B81B2203/058—Rotation out of a plane parallel to the substrate

Definitions

  • the invention relates to an optical pivot micro-mirror as well as a matrix of such micro-mirrors and its production method.
  • This micro-mirror is suitable for being electrically controlled.
  • Micro-mirrors are generally used in systems involving deflections of light beams and in particular in optical routing systems or in image projection systems.
  • micro-mirrors most often using electrostatic, electro-magnetic, piezoelectric or thermoelastic forces
  • They generally use hinge configurations allowing, depending on the complexity of the technological steps involved, to oscillate around an axis (single hinge) or two axes of rotation (double hinge) most often oriented orthogonally.
  • FIG. 1a shows a view of such a micromirror with electrostatic controls allowing rotation along 2 perpendicular axes, used in optical routing systems.
  • the fixed frame 2 of the micro-mirror and the moving parts 3 and 4 articulated respectively around the hinges 5 and 6 which allow the desired rotations around the 2 orthogonal axes.
  • Each axis of rotation passes through a separate hinge.
  • the movable part 4 is covered with a layer of material of high reflectivity.
  • Figure 1b gives a very schematic sectional view of the various elements forming this type of micro-mirror (section along the axis of the hinge 5). This figure also shows the different control electrodes 7, 8, 9 and 10 of the micro-mirror.
  • the opposite electrodes 7 and 8 make it possible to rotate the mobile part 3 around the hinge 5, while the opposite electrodes 9 and 10 make it possible to rotate the mobile part around the hinge 6.
  • the movable part of the hinged micro-mirrors has limited degrees of freedom. Indeed, each hinge can only offer one axis of rotation to the movable part, this axis being in the plane of the movable part u and passing through the hinge. Also, to increase the degrees of freedom of the mobile part, it is necessary to divide the mobile part into independent patterns, located in the same plane and respectively articulated by a hinge, which complicates the structure without allowing it a large number of degrees of freedom. Currently, only micro-mirrors with double hinges have been produced. The references cited at the end of the description give examples of hinged micro-mirrors. Statement of the invention and brief description of the figures
  • the present invention relates to an optical micromirror overcoming the drawbacks of the prior art and having a movable part having a large number of axes of rotation while proposing a method of manufacturing such a micro-mirror easy to implement .
  • the micro-mirror of the invention comprises a fixed part, a mobile part comprising reflection means, the micro-mirror further comprising articulation means connecting the mobile part to the fixed part;
  • this micro-mirror is characterized in that the articulation means are formed by a pivot located under the movable part between the latter and the fixed part and capable of allowing movement of the mobile part along axes of rotation contained in the part movable and passing through the axis of the pivot.
  • a very large number of axes of rotation for the movable part is possible, since the latter can pivot around the pivot and describe in the case of a circular movable part, a cylinder.
  • the axes of rotation of the movable part correspond to all the radii describing a center semicircle, the pivot.
  • the pivot is centered under the movable part, but one can completely envisage in particular applications, an off-center pivot under the movable part and ⁇ or even a movable part of thickness. not homogeneous allowing to favor certain axes of rotations and ⁇ or certain directions of rotations.
  • the micro-mirror of the invention also advantageously comprises means for electrically controlling the movement of the movable part along all or part of said axes of rotation.
  • the electrical control means comprise a set of so-called lower electrodes arranged on the fixed part opposite the movable part and a set of so-called upper electrodes arranged on the movable part opposite the lower electrodes.
  • the set of lower electrodes comprises at least 2.n electrodes arranged in sectors around the axis of the pivot, n being the number of axes of rotation which one chooses to have the movable part take and the set of upper electrodes comprises a single electrode arranged opposite at least in part of each of the 2.n lower electrodes.
  • the set of upper electrodes comprises at least 2.n electrodes arranged in sectors around the axis of the pivot, n being the number of axes of rotation which one chooses to have the movable part take and the set of lower electrodes comprises a single electrode arranged opposite at least in part of each of the 2.n upper electrodes.
  • the electrical control means also comprises connection lines and contact sockets at the ends of the lines to connect the lower and upper electrodes to control electronics.
  • the connection lines and the contact points are advantageously made on the fixed part opposite the mobile part, the set of upper electrodes being connected to one or more of these lines via the pivot and one or more electrodes placed under the pivot, on the fixed part.
  • the connection lines are produced by metallized holes through the fixed part, the set of upper electrodes being connected to one or more of these metallized holes by means of the pivot and one or more electrodes arranged under the pivot, on the fixed part; the contact points being located at the ends of these holes on the face of the fixed part, opposite to that carrying the lower electrodes.
  • the invention can also use electrical control means using other forces than electrostatic forces and for example electromagnetic, or piezoelectric or thermoelastic forces.
  • forces for example, the control of the mobile parts by magnetic forces (Laplace forces) then requires coils and magnets adapted to generate the necessary magnetic fields.
  • the fixed part comprises at least one cavity facing at least one zone of one of the ends of the movable part, of geometric shape and dimensions such that they make it possible to separate the parameters of dimensions of the movable part and the total angular excursion ⁇ according to the different axis or axes of rotation.
  • this cavity is peripheral and is opposite a peripheral zone of the end of the movable part.
  • the reflective means comprise a layer of reflective material disposed on the side of the movable part opposite to that facing the fixed part.
  • the fixed part is made of silicon
  • the first layer is a thermal silicon oxide
  • the second layer is of monocrystalline silicon
  • the pivot is of monocrystalline silicon
  • the micro-mirror of the invention makes it possible in particular to increase the number of degrees of freedom, it comprises on the fixed part at least two superposed mobile parts: the first mobile part is connected to the fixed part by a first pivot comprising a first axis and the second movable part comprising reflecting means is connected to the first movable part by a second pivot comprising a second axis; this micro-mirror also comprises control means able to move the first movable part around n x axes of rotation contained in this first part and passing through the first axis and moving the second movable part, around n 2 axes of rotation contained in this second part and passing through the second axis.
  • the first axis and the second axis are generally parallel. They can be the same or different.
  • the control means are of the same type as those used for a single movable part but doubled.
  • the first mobile part you need on the one hand at least 2.
  • n! electrodes and on the other hand at least one electrode disposed respectively on the opposite faces of the fixed part and of the mobile part (or the reverse); and to control the second movable part, it therefore requires on the one hand at least 2.
  • n 2 electrodes and on the other hand at least one electrode disposed respectively on the facing faces of the first movable part and of the second movable part ( or the opposite) .
  • This principle can of course be generalized to a number of moving parts greater than 2, at least the last moving part comprising reflecting means.
  • the pivot can be produced as well by a homogeneous pattern, as a multi-element pattern.
  • a multi-element pattern can correspond to a superposition of materials both parallel to the axis of the pivot and perpendicular to this axis and making it possible to use different materials capable of imparting, by their combination, mechanical properties (mechanical strength / elasticity .%) and / or properties electrical (conduction / insulation) impossible to obtain with a single material.
  • a pivot can be made with parallel conductive elements separated by insulation; these elements make it possible to independently connect several electrodes of the mobile part to independent connection lines generally via also independent electrodes placed on the fixed part, under these conductive elements.
  • the invention also relates to a matrix of micro-mirrors with pivots which can be controlled independently of one another as well as to a method of manufacturing such a micro-mirror. This process allows in particular the collective realization of tnicro-
  • the term matrix includes the bar which is a special case of a matrix whose elements are arranged along a single axis.
  • the method of manufacturing the micro-mirror of the invention comprises the following steps: a) making a stack formed of a mechanical support intended to form the fixed part, of a layer of sacrificial material called the first layer and of an assembly intended to form the mobile part and comprising at least one layer of material, called the second layer b) making the pivot, c) making the movable part by etching at least the second layer of material, so as to obtain at least one pattern, d) eliminating the sacrificial layer so as to release said movable part which is then connected to the rest of the structure corresponding to the fixed part, by the pivot.
  • the steps of the method of the invention can be carried out in the previous order or in a different order, moreover in certain embodiments some of the steps can be inserted in other steps.
  • the support or the layers are not necessarily formed of a single material, thus, the support can comprise several layers and the layers can comprise several sublayers.
  • the reflecting means are produced on the second layer by mono or multilayer deposition of reflecting materials such as metals for example gold, silver, aluminum or dielectrics for example Si0 2 ⁇ Ti0 2 or from
  • Si0 2 ⁇ HFO 2 these materials are deposited for example by sputtering or evaporation under vacuum on the second layer generally after step b).
  • the reflecting means are then produced by the second layer itself.
  • the first layer is a layer of thermal oxidation material, which makes it possible to have a layer of extremely well controlled thickness which acts as a sacrificial layer.
  • the value of the angular excursion of the movable part is therefore very precise and reproducible.
  • the thermal oxidation layer can be partially removed; it must be engraved at least to allow the release of the movable part.
  • the method further comprises a step of epitaxy of the second layer, the reflecting means then being produced on the second layer after epitaxy.
  • the epitaxy of the second layer allows an increase in the thickness of this layer with the best possible mechanical continuity and the obtaining of a slightly deformable layer of high mechanical quality.
  • the second layer is a layer of monocrystalline material.
  • the use for the mobile part of monocrystalline materials makes it possible to obtain a great flatness of the surface on which the layer of reflectivity is arranged.
  • the stacking of step a) can be obtained by producing the sacrificial layer on the support, then depositing the second layer.
  • step a it is therefore possible either to carry out the stacking, or to directly take a semiconductor wafer on insulator such as SOI called "Silicon On Insolator" in English terminology, commercially available. In the latter case, at 6518
  • step a) consists on the mechanical support, to transfer the second layer, the support and ⁇ or the second layer comprising on their faces to transfer a sacrificial layer which will form after transfer the first layer.
  • the sealing of the transferred elements is carried out by the molecular adhesion technique.
  • the second layer can be associated with an intermediate support by a connecting zone capable of allowing the withdrawal of the intermediate support after postponement or in certain specific cases before postponement.
  • this bonding zone is a weakening zone obtained by ion implantation (see in particular the patents US-5,374,564 and US-6,020,252) and ⁇ or by creation of porosity in the second layer, the removal of the intermediate support is carried out according to this embrittlement zone by an appropriate treatment such as the application of mechanical forces, and ⁇ or the use of a heat treatment.
  • this connection zone is a sacrificial layer which is attacked " chemically to allow removal of the intermediate support.
  • the transfer technique used in this second mode allows the implementation of several plates and thus allows greater freedom for the realization of structures, which may have several mobile parts superposed.
  • a localized etching of the layer or layers arranged above the support is carried out before step d), so as to form a via and an epitaxy is carried out through the via, the epitaxy material in the via forming all or part of the pivot of the articulation means.
  • the pivot can be produced in several parts, in particular in the case of the second embodiment using the transfer of the second layer.
  • a deposit such as an epitaxy
  • a via comprising insulating meshes (each mesh corresponding to an opening bordered with insulator) so that these elements are isolated after production.
  • the method of the invention involves a thinning of the second layer to reduce the inertia of the mobile part and allow the operation of the micro-mirror at high frequencies.
  • This thinning of the second layer can be achieved either by the creation of a weakening zone at a depth in the second layer such that the remaining thickness, after removal of the surplus (which may be that of an intermediate support), corresponds to the desired thickness of the second layer, either by a step of reactive chemical or ionic etching or mechanical-chemical polishing up to the desired thickness or by a combination of all these techniques. If the thinning step leads to too small thicknesses of the second layer, this thickness can be re-increased during an epitaxy step.
  • one or more cavities are produced in the fixed part opposite the mobile part, advantageously by etching.
  • a peripheral cavity is etched, facing a peripheral zone of the end of the movable part.
  • the cavity or cavities make it possible to considerably increase the possibilities of movement of the mobile part.
  • any intermediate spacer layer can be avoided, the intermediate layer being able to offer only a limited clearance given its limited thickness.
  • the cavities can preferably be produced during step a) of the method indicated above.
  • the cavities are produced after step a) of the method, it may be advantageous to etch them from a rear part of the fixed part, that is to say from a part which does not carry the movable part.
  • the method of the invention comprises a step of making the set of lower electrodes and set of upper electrodes by an ion implantation of dopants followed or not by an appropriate thermal diffusion of the implanted dopants.
  • connection lines of the electrodes to a control electronics can be produced in different ways and in particular by an ion implantation of dopants followed or not by an appropriate thermal diffusion of the dopants. These lines are advantageously made on the face of the fixed part opposite the mobile part, the set of upper electrodes being connected to one or more lines by means of the pivot and of one or more electrodes placed under the pivot. on the fixed part. Contacts can also be provided at the ends of these lines for connection to the control electronics.
  • connection lines of the different electrodes are produced by metallized holes through the fixed part, the set of electrodes of the mobile part being connected to one or more of these metallized holes by means of the pivot. and one or more electrodes placed under the pivot, on the fixed part; contact sockets can also be provided at the ends of these lines for connection to the control electronics.
  • the method of the invention applies particularly well to a collective production of micro-mirrors.
  • FIGS. 2a to 2c schematically represent, in section, different positions of a movable part connected to the fixed part by a pivot according to the principle of the micro-mirror of the invention
  • FIG. 3a to 3i show schematically, in section, the different steps of a first method of manufacturing a pivot micro-mirror of the invention
  • FIG. 4a to 4g show schematically, in section, the different steps a second method of manufacturing the fixed part of a micro-mirror of the invention
  • FIGS. 5a to 5g schematically represent, in section, the different stages of a second method of manufacturing the movable part of a micro-mirror of the invention
  • FIGS. 6a to 6e schematically represent, in section, the different stages allowing after transfer of the structures obtained in FIGS. 4g and 5g to produce a micro-mirror according to this second mode
  • FIGS. 7a to 7g schematically represent, in section, the different stages of a third method of manufacturing the fixed part of a micro-mirror of the invention
  • - Figures 8a to 8c show top views of different micro-mirrors of the invention showing in particular different geometries of electrodes allowing rotations around one (fig.8a), two (fig.8b) or four axes of rotation (fig. 8c), and
  • FIG. 9 shows schematically, in section, a micro-mirror comprising two superposed moving parts.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c an example of a pivoting micro-mirror according to the invention is shown in three different positions.
  • This micro-mirror comprises a fixed part 31 and a mobile part 41 disposed above the fixed part and connected to the latter by a pivot 47.
  • the pivot is centered under the mobile part but according to the applications of the micro-mirror the pivot may not be centered.
  • Lower electrodes 33 are arranged on the face of the fixed part opposite the movable part and an upper electrode 43 is arranged on the face of the movable part opposite the fixed part so that at least a part of the upper electrode is opposite at least a part of each of the lower electrodes.
  • FIGS. 2 which are sections along a plane perpendicular to the plane of the layers and passing through the pivot, only two lower electrodes are represented on either side of the pivot. These electrodes are connected to connection lines 62 arranged on the same face.
  • An additional electrode 33 'disposed under the pivot, on the fixed part makes it possible to connect the upper electrode via the pivot to a connection line (not present in the plane of FIGS. 2).
  • the fixed part also comprises cavities 36 opposite the ends of the mobile part. These cavities are preferably peripheral and therefore only form a single cavity.
  • FIG. 2a shows the mobile part arranged in a plane parallel to the plane of the support
  • FIG. 2b illustrates the mobile part which has pivoted along an axis of rotation perpendicular to that of the pivot and perpendicular to the plane of the figure, one of the ends of the mobile part is located in the cavity 36
  • FIG. 2c illustrates the mobile part which has pivoted around the same axis of rotation but at 180 °, the opposite end of the mobile part is in turn in the cavity 36.
  • the following description sets out two methods for manufacturing a micro-mirror of the invention, knowing on the one hand that these methods allow collective production of micro-mirrors and on the other hand that numerous variants of these methods can be used without departing from the scope of the invention.
  • the first process is carried out on a wafer while that the second process is carried out on two separate plates A and B then transferred.
  • the description has been chosen by way of example for producing the micro-mirror, silicon for the support, the second layer and the pivot and a thermal silicon oxide for the first layer.
  • the first embodiment of the micro-mirror of the invention which is implemented on a wafer is illustrated in the different figures 3.
  • the thermal oxide layer is preferably produced by high temperature oxidation under a dry atmosphere (between 800 ° C and 1100 ° C under oxygen) or under a humid atmosphere (between 800 ° C and 1100 ° C under water vapor) and at atmospheric or high pressure.
  • a monocrystalline silicon layer of surface 20 is then deposited by all the known deposition techniques and in particular those of the thin layer transfer.
  • FIG. 3b shows the production of the electrodes of the electrical control means by the formation of different doped zones. 24, 24 'and 23 in the upper part of the undoped silicon support 21 and in the monocrystalline silicon layer of surface 20.
  • zones are obtained by ion implantation of doping atoms (generally boron or phosphorus) at different energies according to the desired localization depth, followed or not by thermal annealing.
  • the implantation energies will typically be between 20 and 300 keV and the doses implanted between 10 14 and 10 16 cm "2-
  • the implantation energies for forming the zones 23 will be low (15 to 100 keV) whereas in the support 21, the implanted ions having to pass through the layer of silica 22 of thickness W and in part the layer of silicon 21, the implantation energies for forming the zones 24 and 24 ′ will be higher (generally greater than 100 keV).
  • FIG. 3c shows the formation of the location 25 of the future pivot by local etching of the layers 20 and 22 to form a via above the implanted area 24 '.
  • Figure 3d illustrates an epitaxy step. This step makes it possible both to produce the pivot in doped monocrystalline silicon and to increase the thickness of the surface silicon 20 in order to increase the mechanical rigidity of what will form the mobile part of the micro-mirror.
  • the doping of the epitaxy material can be modified and for example chosen higher at the start of the process (corresponding to the formation of the pivot 27 which must be electrically 65186
  • the depression 28 which may appear in this epitaxial layer results from the presence of local etching 25.
  • FIG. 3e shows a section of the device after the epitaxy and thinning step, for example by mechanical-chemical polishing necessary to erase the depression 28 and obtain a layer of monocrystalline silicon 26 of perfect flatness.
  • Other thinning techniques can of course be used and in particular that described in US Pat. No. 5,374,564 or in US Pat. No. 6,020,252.
  • FIG. 3f shows the production of the reflection means by the formation on the layer 26 of a mirror layer of high reflectivity 29 at the wavelengths of use of the micro-mirror, for example by a metallic deposit or dielectric multilayers.
  • Figure 3g illustrates the etching step of the future mobile part of the micro-mirror.
  • This etching involves layers 29 and 26 and possibly the thermal silica layer 22.
  • This etching is carried out for example by all types of etching adapted to the materials involved (ionic etching, reactive ionic etching and ⁇ or chemical etching).
  • this etching is carried out through a mask (not shown) by a first reactive ion attack, for example with chlorinated gases to attack the aluminum, then by a second reactive ion attack using for example an SF 6 gas to attack the silicon.
  • a first reactive ion attack for example with chlorinated gases to attack the aluminum
  • a second reactive ion attack using for example an SF 6 gas to attack the silicon.
  • FIG. 3h shows a section of the component after removal of the sacrificial layer of silica 22 at least under the mobile part of the micro-mirror and therefore the release of this mobile part.
  • the removal of the layer 22 ' is carried out for example for a silicon oxide layer by a chemical attack based on hydrofluoric acid or by a reactive ionic attack based on fluorinated gases.
  • FIG. 3i gives a means of circumventing this drawback by producing in the support 21 cavities 19 passing through or not, the inner edges of which are located at a distance L 'from the axis of the pivot smaller than L / 2 and the outer edges at a distance L "greater than L / 2.
  • the angular excursion ⁇ defined by the tangent relation ⁇ H / L 'does not then depend on L'and no longer on L.
  • This cavity can be easily produced by the rear face of the wafer, for example by preferential chemical etching as illustrated in FIG. 3i, and therefore it must pass through the thickness of the silicon support.
  • FIGS. 4, 5 and 6 The second embodiment of the invention which carries out the steps of the method on two plates A and B then which transfers these plates is shown in FIGS. 4, 5 and 6.
  • FIG. 4c illustrates a step of thermal oxidation of the support, intended to form a layer of thermal oxide 32 of perfectly controlled thickness and in general between 1 and 3 microns; during this step, generally carried out at high temperature, there is diffusion of dopants from the implanted zones and increase in the volume occupied by these zones.
  • the steps shown in fig.4b 'and fig.4c can be reversed at the cost of increasing the implantation energies for producing the doped zones 33, 33 ′ (the implanted ions then having to pass through the layer of thermal silica).
  • FIG. 4d shows the next step corresponding to the formation of the localized etching 34 of the thermal silica layer 32 above the doped zone 33 'to form a via.
  • FIG. 4e illustrates an epitaxy step which makes it possible to grow monocrystalline silicon doped in via 34.
  • the part of the articulation element 35 thus formed is of thickness generally very slightly greater than the thickness of the silica layer 32; this part of the element will constitute a part of the future pivot.
  • FIG. 4f illustrates a mechanical-chemical polishing step intended to planarize the surface of the wafer A and "erase" the possible excess thickness of the articulation element 35.
  • FIG. 4g represents a step of etching cavities 36 which make it possible to separate the dimensions of the mobile part and the maximum angular excursion ⁇ of said part.
  • the dimensions (position relative to the axis of the future pivot, width and depth) of the openings 36 are determined from the dimensions of the mobile part and of the desired angular excursion ⁇ along the different axes of rotation.
  • the cavities 36 can have a thickness much less than the thickness of the support 31.
  • These cavities can be of any shape and in particular surround the pivot.
  • FIGS. 5 show the different stages of manufacturing the wafer B.
  • a substrate 41 for example made of monocrystalline silicon, in which an electrode 43 is formed, for example by ion implantation (fig. 5b) whether or not followed by thermal annealing.
  • a thermal oxide layer 42 (fig.5c) is formed in the same way as for layer 32.
  • This layer 42 is then etched to form a via 44 (fig.5d) which extends to l 'electrode 43; this opening has dimensions very close to those of the opening 34 (fig.4d); an epitaxy step (fig.5e) from monocrystalline silicon then makes it possible to form in the opening 44 another part of the pivot which is made of doped monocrystalline silicon 45.
  • a chemical mechanical polishing step (fig.5f) allows if necessary to obtain a perfect planarization of the surface of the wafer B.
  • the step illustrated in FIG. 5g consists in creating a connection zone 46 in the wafer 41 such as a weakening zone created for example by implantation of ions.
  • This zone delimits in the wafer a layer (previously called second layer) of thickness typically between 0.1 and 2 microns between the silica layer 42, and the rest of the wafer (which may be an intermediate support).
  • This weakening zone makes it possible to separate the second layer, from the rest of the wafer, either before transfer but more generally after transfer (see in particular US Patents 5,374,564 and US 6,020,252).
  • Assembly of plates A and B The first step illustrated in Figure 6a consists in assembling the two plates A and B with the oxidized side against the oxidized side. During this assembly, the positioning of the two plates is carried out so as to align the two parts of the pivot 35 and 45 and form the pivot 47.
  • the sealing can favorably be carried out by known techniques of molecular adhesion.
  • the upper part of the layer 41 of the wafer B is separated from the assembly A and B at the level of the weakened zone 46.
  • This separation can favorably be made from a heat treatment. and ⁇ or mechanical. After this separation, there remains, see FIG. 6b, only a thin layer of monocrystalline silicon 41 ′ possibly comprising zones of different dopings.
  • the method can also comprise (see FIG. 6 c) an epitaxy step intended to increase the thickness of the monocrystalline film 41 ′ in order to increase the mechanical rigidity of what will form the movable part of the mirrors, this step can be followed by a chemical mechanical polishing step to planarize the surface.
  • the final thickness of this layer 41 ′ is for example from 5 to 60 ⁇ m.
  • a layer 48 of high reflectivity at the optical working wavelengths, either metallic or multi-dielectric, is then deposited on the layer 41 '.
  • FIG. 6d shows the next step of etching the layers 41 ′ and 48 according to the desired pattern for the mobile part of the future micro-mirror. This engraving is carried out through a mask not shown.
  • FIG. 6e illustrates the step of releasing the movable part around the pivot 47 by removing the sacrificial layers of thermal silica by chemical attack, for example using an attack bath using hydrofluoric acid or a reactive ion attack based on fluorinated gases.
  • the different manufacturing steps presented in the various Figures 3 to 6 can include many variants. In particular, the order of the different steps can in certain cases be reversed and some of the steps can be modified.
  • connection lines and the contact points to control electronics can be produced in different ways and in particular by ion implantation followed or not by an appropriate thermal diffusion of the dopants. These lines are advantageously made on the front face of the support opposite the mobile part, the electrode of the mobile part being connected to some of these lines by means of the pivot when the latter is conductive and of the electrode 33 . These connection lines can also be produced by metallized holes through the support, the electrode of the movable part being connected to some of these metallized holes by means of the pivot when the latter is conductive and of the electrode 33 .
  • FIG. 4g shows in dotted lines the embodiment through the support of metallized holes 70 connecting the electrodes 33 and 33 ′ to contact sockets 71.
  • the micro-mirror When the micro-mirror must rotate around at least two perpendicular axes of rotation while retaining the advantage of separating the value of the angular excursion ⁇ , from the dimension L of the movable part, it is advantageously carried out in the support, cavities completely surrounding the pivot 47.
  • the connection lines are made on the front face of the support, so as not to cut through the cavities, the electrical connection lines (shown by way of example in the figures 9 and designated by 62) supplying the various electrodes, the support is etched to forming a peripheral cavity before forming the doped zones 33 33 '.
  • Figures 7 illustrate this variant of the process.
  • a cavity 36 is formed by etching carried out by different methods such as reactive ion etching (corresponding to the shape of the cavity in FIG. 3g) where the preferred chemical etching (corresponding to the shape of the cavity in Figure 7b).
  • the geometry (shapes and dimensions) of the cavity 36 is determined from the shape (which can be circular, square, rectangular, octagonal ...) and the dimensions of the mobile part of the micro-mirror and the value of the total angular excursion ⁇ desired along the different axes of rotation; the value of the total angular excursion ⁇ can also take different values ⁇ i, ⁇ 2 ...
  • FIG. 7c embdiments of the doped zones
  • FIG. 7d production of the thermal oxide
  • FIG. 7e production of a via 34 in the oxide layer
  • FIG. 7f epitaxy to produce a part of the pivot
  • Figure 7g planarization of the structure
  • the following is then transferred to the wafer obtained in FIG. 7g, for example the wafer obtained in FIG. 5g and the rest of the steps of the process are carried out as described with reference to FIGS.
  • the micro-mirror obtained is for example that shown in FIGS. 2.
  • FIG. 8a shows a top view of a geometry of lower electrodes 33 in the fixed part.
  • the electrodes allowing the mobile part to oscillate in 2 positions around a single axis of rotation RI are 2 in number and are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation RI which passes through the pivot 47, the electrode 33 'central only allows the electrical connection of the mobile part.
  • FIG. 8b shows a geometry of lower electrodes 33 making it possible to obtain 4 positions around 2 perpendicular axes of rotation RI and R2 passing through the pivot; these electrodes 33 are 4 in number and are matched 2 to 2, each pair of electrodes being arranged symmetrically with respect to one of the axes; similarly, the central electrode 33 ′ only allows the electrical connection of the mobile part.
  • FIG. 8c gives an example with 4 axes of rotation (RI, R2, R3, R4) at 45 ° from each other and 4 pairs of lower electrodes 33 arranged in sectors around the axis of the pivot.
  • FIGS. 8a, 8b and 8c the various key elements of the micro-mirrors are shown in transparency. There is shown the sets of lower electrodes 33 (electrodes of the fixed part), and the upper electrode 43 (electrode of the mobile part); the lower electrode 33 'which is electrically connected to the upper electrode by the pivot 47 is drawn in dark gray while in FIG.
  • the two sets of electrodes allowing the rotation control of the micro-mirror along each of the perpendicular axes of rotation are drawn with two shades of gray which are lighter but different.
  • the reflecting surface 48 of the movable part and the traces 50 and 51 of the etched areas 36 allowing the separation of the dimensions variables of the micro-mirror and total angular excursion ⁇ are also shown.
  • connection lines 62 from the electrodes to the contact sockets 60 are also shown very schematically, these contact sockets being able to be connected to a control electronics (not shown).
  • FIG. 9 represents a schematic section of an example of micro-mirror with 2 moving parts on a fixed part 31.
  • the first movable part comprises a second layer 41; it is connected to the fixed part by a pivot 47.
  • the second movable part comprises a second layer 71 and a reflective layer 78; it is connected to the first mobile part by a pivot 77.
  • the movable part 71 comprises an electrode 73 and the movable part 41 comprises electrodes 53 arranged in sector around the pivot 77, the electrodes 73 and 53 being arranged opposite; in addition, the movable part 41 includes electrodes 43 arranged in sector around the pivot 47, these electrodes being arranged opposite the electrodes 33 of the fixed part.
  • the axes of the pivots 47 and 77 are combined; these pivots are multi-element and allow the electrodes 73, 53 and 43 of the mobile parts 41 and 71 to be connected to control electronics, via connection lines 62 arranged on the fixed part.
  • This principle can of course be generalized to a number of moving parts greater than 2.

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Abstract

L'invention concerne micro-miroir comportant une partie fixe (31), une partie mobile (41,48) comprenant des moyens de réflexion (48) et des moyens d'articulation reliant la partie mobile à la partie fixe, ce micro-miroir est caractérisé en ce que les moyens d'articulations sont formés par un pivot (47) situé sous la partie mobile entre cette dernière et la partie fixe et apte à permettre un déplacement de la partie mobile selon des axes de rotation contenus dans la partie mobile et passant par un axe du pivot, et dans lequel la partie fixe comprend au moins une cavité (36) en regard d'au moins une zone d'une extrémité de la partie mobile. L'invention concerne également une matrice de micro-miroirs à pivots ainsi qu'un procédé de fabrication de tels micro-miroirs. Ces micro-miroirs sont utilisables notamment dans des systèmes de routage optique ou de projection d'images.

Description

MICRO-MIROIR OPTIQUE A PIVOT, MATRICE DE TELS MICRO- MIROIRS ET PROCEDE DE REALISATION DUDIT MICRO-MIROIR
Domaine technique L'invention concerne un micro-miroir optique à pivot ainsi qu'une matrice de tels micro-miroirs et son procédé de réalisation. Ce micro-miroir est apte à être commandé électriquement .
Les micro-miroirs sont utilisés généralement dans des systèmes mettant en jeu des déflexions de faisceaux lumineux et en particulier dans les systèmes de routage optique ou dans des systèmes de projection d' images .
Etat de la technique
Les micro-miroirs à commandes électriques (le plus souvent utilisant des forces électrostatiques, électro-magnétiques, piézo-électriques ou thermoélastiques) capables de générer des positions angulaires digitales ou analogiques sont connus dans la littérature. Ils utilisent en général des configurations à charnières permettant, suivant la complexité des étapes technologiques mises en jeu, d'osciller autour d'un axe (charnière simple) ou de deux axes de rotation (charnière double) orientés le plus souvent de façon orthogonales .
La figure la montre une vue d'un tel micromiroir à commandes électrostatiques permettant une rotation suivant 2 axes perpendiculaires, utilisé dans des systèmes de routage optique. Sur le support 1 sont réalisées : l'armature fixe 2 du micro-miroir et les parties mobiles 3 et 4 articulées respectivement autour des charnières 5 et 6 qui permettent les rotations souhaitées autour des 2 axes orthogonaux. Chaque axe de rotation passe par une charnière distincte. La partie mobile 4 est recouverte d'une couche de matériau de haute réflectivité.
La figure lb donne une vue en coupe très schématisée des différents éléments formant ce type de micro-miroir (coupe suivant l'axe de la charnière 5) . Sur cette figure, on a représenté par ailleurs les différentes électrodes de commandes 7, 8, 9 et 10 du micro-miroir. Les électrodes 7 et 8 en regard, permettent de faire tourner la partie mobile 3 autour de la charnière 5, tandis que les électrodes 9 et 10 en regard, permettent de faire tourner la partie mobile autour de la charnière 6.
La partie mobile des micro-miroirs à charnières présente des degrés de liberté limités. En effet, chaque charnière ne peut offrir qu'un axe de rotation à la partie mobile, cet axe étant dans le plan de la partie mobile uet passant par la charnière. Aussi, pour augmenter les degrés de liberté de la partie mobile, il est nécessaire de diviser la partie mobile en motifs indépendants, situés dans un même plan et respectivement articulable par une charnière, ce qui complexifie la structure sans pour autant lui permettre un grand nombre de degrés de liberté. Actuellement, seuls des micro-miroirs à charnière double ont été réalisés . Les références cités en fin de description donnent des exemples de micro-miroirs à charnière. Exposé de l'invention et brève description des figures
La présente invention a pour objet un micromiroir optique palliant aux inconvénients de l'art antérieur et présentant une partie mobile ayant un grand nombre d'axes de rotation tout en proposant un procédé de fabrication d'un tel micro-miroir aisé à mettre en œuvre.
De façon plus précise, le micro-miroir de l'invention comporte une partie fixe, une partie mobile comprenant des moyens de réflexion, le micro-miroir comportant en outre des moyens d'articulation reliant la partie mobile à la partie fixe ; ce micro-miroir est caractérisé en ce que les moyens d'articulations sont formés par un pivot situé sous la partie mobile entre cette dernière et la partie fixe et apte à permettre un déplacement de la partie mobile selon des axes de rotation contenus dans la partie mobile et passant par 1 ' axe du pivo . Selon l'invention, un très grand nombre d'axes de rotation pour la partie mobile est possible, puisque celle-ci peut pivoter autour du pivot et décrire dans le cas d'une partie mobile circulaire, un cylindre. Les axes de rotation de la partie mobile correspondent à tous les rayons décrivant un demi-cercle de centre, le pivot .
En général, le pivot est centré sous la partie mobile mais on peut tout à fait envisager dans des applications particulières, un pivot décentré sous la partie mobile et\ou même une partie mobile d'épaisseur non homogène permettant de favoriser certains axes de rotations et\ou certains sens de rotations.
Le micro-miroir de l'invention comporte en outre de façon avantageuse des moyens de commande électrique du déplacement de la partie mobile selon tout ou partie desdits axes de rotation.
Selon un mode de réalisation, les moyens de commande électrique comprennent un jeu d'électrodes dites inférieures disposées .sur la partie fixe en regard de la partie mobile et un jeu d'électrodes dites supérieures disposées sur la partie mobile en regard des électrodes inférieures.
De préférence, le jeu d'électrodes inférieures comporte au moins 2.n électrodes disposées en secteurs autour de l'axe du pivot, n étant le nombre d'axes de rotation que l'on choisit de faire prendre à la partie mobile et le jeu d'électrodes supérieures comporte une seule électrode disposée en regard au moins en partie de chacune des 2.n électrodes inférieures. Selon un autre mode, le jeu d'électrodes supérieures comporte au moins 2.n électrodes disposées en secteurs autour de l'axe du pivot, n étant le nombre d'axes de rotation que l'on choisi de faire prendre à la partie mobile et le jeu d'électrodes inférieures comporte une seule électrode disposée en regard au moins en partie de chacune des 2.n électrodes supérieures .
On peut également envisager une combinaison de ces deux modes. Les moyens de commande électrique comporte en outre des lignes de connexion et des prises de contact aux extrémités des lignes pour relier les électrodes inférieures et supérieures à une électronique de commande. Selon un premier mode de réalisation, les lignes de connexion et les prises de contact sont réalisées avantageusement sur la partie fixe en regard de la partie mobile, le jeu d'électrodes supérieures étant relié à une ou plusieurs de ces lignes par l'intermédiaire du pivot et d'une ou plusieurs électrodes disposées sous le pivot, sur la partie fixe. Selon un autre mode de réalisation les lignes de connexion sont réalisées par des trous métallisés à travers la partie fixe, le jeu d'électrodes supérieures étant relié à un ou plusieurs de ces trous métallisés par l'intermédiaire du pivot et d'une ou plusieurs électrodes disposées sous le pivot, sur la partie fixe ; les prises de contact étant situées aux extrémités de ces trous sur la face de la partie fixe, opposée à celle portant les électrodes inférieures.
L'invention peut également utiliser des moyens de commande électrique utilisant d'autres forces que les forces électrostatiques et par exemple des forces électro-magnétiques, ou piézo-électriques ou encore thermo-élastiques. A titre d'exemple, la commande des partie mobiles par des forces magnétiques (forces de Laplace) nécessite alors des bobinages et des aimants adaptés pour générer les champs magnétiques nécessaires .
Selon un mode avantageux de l'invention permettant d'avoir une grande excursion angulaire de la partie mobile, la partie fixe comprend au moins une cavité en regard d'au moins une zone de l'une des extrémités de la partie mobile, de forme et de dimensions géométriques telles qu'elles permettent de désolidariser les paramètres de dimensions de la partie mobile et l'excursion angulaire Δθ totale suivant le ou les différents axes de rotation.
De façon avantageuse, cette cavité est périphérique et est en regard d'une zone périphérique de l'extrémité de la partie mobile.
Selon l'invention, les moyens réflecteurs comportent une couche de matériau réflecteurs disposée du coté de la partie mobile opposée à celle en regard de la partie fixe.
Selon un mode préféré de l'invention, la partie fixe est en silicium, la première couche est un oxyde thermique de silicium, la deuxième couche est du silicium mono-cristallin et le pivot est en silicium mono-cristallin.
La réalisation du pivot avantageusement en silicium mono-cristallin permet l'obtention d'un pivot présentant des propriétés de solidité mécanique.
Selon un mode particulier du micro-miroir de l'invention, permettant notamment d'augmenter le nombre de degré de liberté, celui-ci comporte sur la partie fixe au moins deux parties mobiles superposées : la première partie mobile est reliée à la partie fixe par un premier pivot comportant un premier axe et la deuxième partie mobile comportant des moyens réflecteurs est reliée à la première partie mobile par un deuxième pivot comportant un deuxième axe ; ce micro-miroir comporte en outre des moyens de commande aptes à déplacer la première partie mobile autour de nx axes de rotation contenues dans cette première partie et passant par le premier axe et à déplacer la deuxième partie mobile, autour de n2 axes de rotation contenues dans cette deuxième partie et passant par le deuxième axe .
Le premier axe et le deuxième axe sont généralement parallèles. Ils peuvent être identiques ou différents. Les moyens de commande sont du même type que ceux utilisés pour une seule partie mobile mais doublé. Pour commander, la première partie mobile, il faut donc d'une part au moins 2. n! électrodes et d'autre part au moins une électrode disposées respectivement sur les faces en regard de la partie fixe et de la partie mobile (ou l'inverse) ; et pour commander, la deuxième partie mobile, il faut donc d'une part au moins 2. n2 électrodes et d'autre part au moins une électrode disposée respectivement sur les faces en regard de la première partie et de la deuxième partie mobiles (ou l'inverse) . Ce principe peut bien sûr être généralisé à un nombre de parties mobiles supérieures à 2, au moins la dernière partie mobile comportant des moyens réflecteurs.
Il est bien entendu que le pivot peut être réalisé aussi bien par un motif homogène, qu'un motif multi-éléments . Un motif multi-éléments peut correspondre à une superposition de matériaux aussi bien parallèlement à l'axe du pivot que perpendiculairement à cet axe et permettant d'utiliser des matériaux différents aptes à conférer, par leur combinaison, des propriétés mécaniques (résistance mécanique/élasticité ....) et/ou des propriétés électriques (conduction/isolation ) impossibles à obtenir avec un seul matériau.
Par exemple, on peut réaliser un pivot avec des éléments conducteurs parallèles séparés par de l'isolant ; ces éléments permettent de relier de façon indépendantes plusieurs électrodes de la partie mobile à des lignes de connexion indépendantes via généralement des électrodes également indépendantes disposées sur la partie fixe, sous ces éléments conducteurs.
L ' invention concerne également une matrice de micro-miroirs à pivots pouvant être commandés indépendamment les uns des autres ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel micro-miroir. Ce procédé permet en particulier, la réalisation collective de tnicro-
0 miroirs et par exemple la réalisation d'une matrice de micro-miroirs .
Selon l'invention, le terme de matrice inclus la barrette qui est un cas particulier d'une matrice dont les éléments sont disposés suivant un seul axe.
Le procédé de fabrication du micro-miroir de l'invention comporte les étapes suivantes : a) réalisation d'un empilement formé d'un support mécanique destiné à former la partie fixe, d'une couche de matériau sacrificielle appelé première couche et d'un ensemble destiné à former la partie mobile et comprenant au moins une couche de matériau, appelée seconde couche b) réalisation du pivot, c) réalisation de la partie mobile par gravure d'au moins la deuxième couche de matériau, de façon à obtenir au moins un motif, d) élimination de la couche sacrificielle de façon à libérer ladite partie mobile qui est alors reliée au reste de la structure correspondant à la partie fixe, par le pivot.
Les étapes du procédé de l'invention peuvent être réalisées dans l'ordre précédent ou dans un ordre différent, de plus dans certains modes de réalisations certaines des étapes peuvent s'insérer dans d'autres étapes. Selon l'invention, le support ou les couches ne sont pas formés forcément d'un seul matériau, ainsi, le support peut comporter plusieurs couches et les couches peuvent comporter plusieurs sous-couches.
De préférence, les moyens réflecteurs sont réalisés sur la deuxième couche par dépôt mono ou multicouches de matériaux réflecteurs tels que des métaux par exemple de l'or, de l'argent, de l'aluminium ou des diélectriques par exemple du Si02\Ti02 ou du
Si02\HFO2 ; ces matériaux sont déposés par exemple par pulvérisation cathodique ou évaporation sous vide sur la deuxième couche généralement après l'étape b) .
Si la deuxième couche présente une réflectivité suffisante pour l'application envisagée, les moyens réflecteurs sont alors réalisés par la deuxième couche elle-même .
De façon avantageuse, la première couche est une couche de matériau d'oxydation thermique, ce qui permet d'avoir une couche d'épaisseur extrêmement bien contrôlée qui joue le rôle de couche sacrificielle. La valeur de l'excursion angulaire de la partie mobile est donc très précise et reproductible.
La couche d'oxydation thermique peut être partiellement éliminée ; elle doit être gravée au moins pour permettre la libération de la partie mobile.
De façon avantageuse, le procédé comporte en outre une étape d'épitaxie de la deuxième couche, les moyens réflecteurs étant alors réalisés sur la deuxième couche après épitaxie. L' épitaxie de la deuxième couche permet, une augmentation de l'épaisseur de cette couche avec la meilleure continuité mécanique possible et l'obtention d'une couche peu déformable de grande qualité mécanique
(notamment résistance mécanique) qui conservera une excellente planéité même après l'étape d) de libération.
Selon un mode préféré de l'invention la deuxième couche est une couche de matériau monocristallin. L'utilisation pour la partie mobile de matériaux mono-cristallins permet d'obtenir une grande planéité de la surface sur laquelle la couche de réflectivité est disposée.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'empilement de l'étape a) peut être obtenu par la réalisation de la couche sacrificielle sur le support, puis le dépôt de la deuxième couche.
Pour l'étape a) on peut donc soit réaliser l'empilement, soit prendre directement une plaquette de semi-conducteur sur isolant tel que du SOI appelé "Silicon On Insolator" en terminologie anglo-saxonne, disponible dans le commerce. Dans ce dernier cas, à 6518
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titre d'exemple, on utilisera favorablement les substrats SOI mettant en jeu une couche de silice thermique (par exemple les plaquettes commercialisées sous l'appellation "Unibond" par la société SOITEC) . Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'étape a) consiste sur le support mécanique, à reporter la deuxième couche, le support et\ou la deuxième couche comportant sur leurs faces à reporter une couche sacrificielle qui formera après report la première couche.
De façon avantageuse le scellement des éléments reportés (support ou couche d'oxyde d'une part et deuxième couche ou couche d'oxyde d'autre part) est réalisé par la technique d'adhésion moléculaire. On aurait pu également utiliser pour ce scellement un élément de scellement et par exemple une colle.
La deuxième couche peut être associée à un support intermédiaire par une zone de liaison apte à permettre le retrait du support intermédiaire après report ou dans certains cas particuliers avant report.
Selon une première mise en œuvre de ce report, cette zone de liaison est une zone de fragilisation obtenue par implantation ionique (voir notamment les brevets US-5 374 564 et US-6 020 252) et\ou par création de porosité dans la deuxième couche, le retrait du support intermédiaire est réalisé selon cette zone de fragilisation par un traitement approprié tels que l'application de forces mécaniques, et\ou l'utilisation d'un traitement thermique. Selon une deuxième mise en œuvre de ce report, cette zone de liaison est une couche sacrificielle qui est attaquée "chimiquement pour permettre le retrait du support intermédiaire.
La technique de report utilisée dans ce deuxième mode permet la mise en œuvre de plusieurs plaquettes et permet ainsi d'avoir une plus grande liberté pour la réalisation de structures, qui peuvent avoir plusieurs parties mobiles superposées.
Selon un mode avantageux, pour réaliser le pivot, on effectue avant l'étape d) , une gravure localisée de la ou des couches disposées au-dessus du support, de façon à former un via et on réalise une épitaxie à travers le via, le matériau épitaxie dans le via formant tout ou partie du pivot des moyens d' articulation. Le pivot peuvent être réalisé en plusieurs parties, notamment dans le cas du deuxième mode de réalisation utilisant le report de la deuxième couche.
Ainsi, le pivot est réalisé par :
- des gravures localisées avant report, de façon à former un premier via dans la ou les couches disposées au-dessus du support, et de façon à former un deuxième via dans la ou les couches disposées sur la deuxième couche, en regard du support,
- une épitaxie à travers le premier via formant une première partie du pivot et une épitaxie dans le deuxième via formant une deuxième partie du pivot, ces deux parties étant mises en regard au cours du report et forment après report le pivot .
Dans le cas d'un pivot à motif multi-éléments, comportant par exemple des éléments conducteurs parallèles à l'axe du pivot, ces éléments sont par 065186
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exemple réalisés par un dépôt (tel qu'une épitaxie) dans un via comportant des mailles isolantes (chaque maille correspondant à une ouverture bordée d'isolant) de sorte que ces éléments sont isolés après réalisation.
De façon avantageuse, le procédé de l'invention met en jeu un amincissement de la deuxième couche pour diminuer l'inertie de la parties mobile et permettre le fonctionnement du micro-miroir à fréquences élevées. Cet amincissement de la deuxième couche peut être réalisé soit par la création d'une zone de fragilisation à une profondeur dans la deuxième couche telle que l'épaisseur restante, après retrait du surplus (qui peut être celle d'un support intermédiaire), corresponde à l'épaisseur désirée de la deuxième couche, soit par une étape de gravure chimique ou ionique réactive ou de polissage mécano-chimique jusqu'à l'épaisseur désirée ou encore par combinaison de toutes ces techniques. Si l'étape d'amincissement conduit à des épaisseurs trop faibles de la deuxième couche, cette épaisseur peut être ré-augmentée au cours d'une étape d' épitaxie.
Selon un mode avantageux de l'invention une ou des cavités sont réalisées dans la partie fixe en regard de la partie mobile, avantageusement par gravure. Généralement, une cavité périphérique est gravée, en regard d'une zone périphérique de l'extrémité de la partie mobile.
La ou les cavités permettent d'augmenter considérablement les possibilités de débattement de la partie mobile. Lorsqu'elles sont directement pratiquées dans la partie fixe, toute couche intercalaire d'espacement peut être évitée, la couche intercalaire ne pouvant offrir qu'un débattement limité compte tenu de son épaisseur limitée. Les cavités peuvent être réalisées de préférence au cours de l'étape a) du procédé indiqué précédemment .
Il est toutefois possible de réaliser les cavités à tout moment . Lorsque les cavités sont réalisées postérieurement à l'étape a) du procédé, il peut être avantageux de les graver depuis une partie arrière de la partie fixe, c'est-à-dire depuis une partie qui ne porte pas la partie mobile.
Selon un mode de réalisation, le micro-miroir étant à commande électrique, et la partie fixe et la partie mobile étant au moins dans les parties en regard, en matériaux semi-conducteurs, le procédé de l'invention comprend une étape de réalisation du jeu d'électrodes inférieures et du jeu d'électrodes supérieures par une implantation ionique de dopants suivie ou non d'une diffusion thermique appropriée des dopants implantés.
De façon avantageuse, quel que soit le type d'électrodes réalisées, elles peuvent s'étendre dans des régions de la partie fixe situées en dehors des cavités. Ceci permet d'ajuster librement la profondeur des cavités, et donc l'amplitude de débattement de la partie mobile, sans pour autant augmenter la distance entre les électrodes en regard (les tensions de commande du micro-miroir étant liées à la distance entre les électrodes en regard) . Les lignes de connexion des électrodes à une électronique de commande peuvent être réalisées de différentes manières et notamment par une implantation ionique de dopants suivie ou non d'une diffusion thermique appropriée des dopants. Ces lignes sont réalisées avantageusement sur la face de la partie fixe en regard de la partie mobile, le jeu d'électrodes supérieures étant relié à une ou plusieurs lignes par l'intermédiaire du pivot et d'une ou de plusieurs électrodes disposées sous le pivot sur la partie fixe. Des prises de contact peuvent en outre être prévues aux extrémités de ces lignes en vue de leur connexion à l'électronique de commande.
Selon un autre mode de réalisation les lignes de connexion des différents électrodes sont réalisées par des trous métallisés à travers la partie fixe, le jeu d'électrodes de la partie mobile étant relié à un ou plusieurs de ces trous métallisés par l'intermédiaire du pivot et d'une ou de plusieurs électrodes disposées sous le pivot, sur la partie fixe; des prises de contact peuvent en outre être prévues aux extrémités de ces lignes en vue de leur connexion à l'électronique de commande.
Le procédé de l'invention s'applique particulièrement bien à une réalisation collective de micro-miroirs .
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur des exemples de réalisations, donnés à titre explicatif et non limitatif. Elle se réfère par ailleurs à des dessins annexés sur lesquels :
- les figures la et lb déjà décrites, illustrent schématiquement respectivement en perspective et en coupe un micro-miroir à double charnière de l'art antérieur,
- les figures 2a à 2c représentent schématiquement, en coupe, différentes positions d'une partie mobile reliée à la partie fixe par un pivot selon le principe du micro-miroir de l'invention,
- les figures 3a à 3i représentent schématiquement, en coupe, les différentes étapes d'un premier mode de fabrication d'un micro-miroir à pivot de 1 ' invention, - les figures 4a à 4g représentent schématiquement, en coupe, les différentes étapes d'un deuxième mode de fabrication de la partie fixe d'un micro-miroir de l'invention,
- les figures 5a à 5g représentent schématiquement, en coupe, les différentes étapes d'un deuxième mode de fabrication de la partie mobile d'un micro-miroir de l'invention,
- les figures 6a à 6e représentent schématiquement, en coupe, les différentes étapes permettant après report des structures obtenues dans les figures 4g et 5g de réaliser un micro-miroir selon ce deuxième mode ,
- les figures 7a à 7g représentent schématiquement, en coupe, les différentes étapes d'un troisième mode de fabrication de la partie fixe d'un micro-miroir de l'invention, - les figures 8a à 8c représentent des vues de dessus de différents micro-miroirs de l'invention montrant en particulier différentes géométries d'électrodes permettant des rotations autour d'un (fig.8a), de deux (fig.8b) ou de quatre axes de rotation (fig.8c),et
- la figure 9 représente schématiquement, en coupe, un micro-miroir comportant deux parties mobiles superposées .
Exposé Détaillé de modes de réalisation
Pour simplifier l'ensemble de la description qui suit, on prendra à titre d'exemple un pivot centré et une partie mobile d'épaisseur homogène. Sur les figures 2a, 2b et 2c, on a représenté un exemple de micro-miroir à pivot selon l'invention dans trois positions différentes.
Ce micro-miroir comporte une partie fixe 31 et une partie mobile 41 disposée au-dessus de la partie fixe et reliée à celle-ci par un pivot 47. Dans cet exemple, le pivot est centré sous la partie mobile mais suivant les applications du micro-miroir le pivot peut ne pas être centré .
Des électrodes inférieures 33 sont disposées sur la face de la partie fixe en regard de la partie mobile et une électrode supérieure 43 est disposée sur la face de la partie mobile en regard de la partie fixe de façon à ce qu'au moins une partie de l'électrode supérieure soit en regard d'au moins une partie de chacune des électrodes inférieures. Sur les figures 2 qui sont des coupes selon un plan perpendiculaire au plan des couches et passant par le pivot, seuls deux électrodes inférieures sont représentées de part et d'autre du pivot. Ces électrodes sont reliées à des lignes de connexion 62 disposées sur la même face. Une électrode supplémentaire 33' disposée sous le pivot, sur la partie fixe permet de relier l'électrode supérieure par l'intermédiaire du pivot à une ligne de connexion (non présente dans le plan des figures 2) .
Pour augmenter l'excursion angulaire de la partie mobile, la partie fixe comporte en outre des cavités 36 en regard des extrémités de la partie mobile. Ces cavités sont de préférence périphériques et ne forment donc qu'une cavité unique.
La figure 2a montre la partie mobile disposée dans un plan parallèle au plan du support ; la figure 2b, illustre la partie mobile qui a pivoté selon un axe de rotation perpendiculaire à celui du pivot et perpendiculaire au plan de la figure, une des extrémités de la partie mobile se trouve dans la cavité 36 ; la figure 2c illustre la partie mobile qui a pivoté autour du même axe de rotation mais à 180°, l'extrémité opposée de la partie mobile se trouve à son tour dans la cavité 36.
La description qui suit expose deux procédés de fabrication d'un micro-miroir de l'invention sachant d'une part que ces procédés permettent une réalisation collective de micro-miroirs et d'autre part que de nombreuses variantes de ces procédés peuvent être utilisées sans sortir du cadre de l'invention. Le premier procédé est réalisé sur une plaquette tandis que le deuxième procédé est réalisé sur deux plaquettes séparées A et B puis reportées.
Par ailleurs, pour simplifier, la description, on a choisi à titre d'exemple pour réaliser le micro- miroir, du silicium pour le support, la deuxième couche et le pivot et un oxyde thermique de silicium pour la première couche .
Le premier mode de réalisation du micro-miroir de l'invention qui est mise en œuvre sur une plaquette est illustré sur les différentes figures 3.
Pour cela, on réalise (voir figure 3a en coupe) une plaquette de type SOI "Silicon on Insulator" ou on en prend une plaquette de ce type disponible dans le commerce . Pour réaliser une telle plaquette on utilise un support en silicium non dopé 21 sur lequel on fait croître une couche diélectrique de silice thermique 22.
La couche d'oxyde thermique est réalisée de préférence par une oxydation à haute température sous atmosphère sèche (entre 800° C et 1100°C sous oxygène) ou sous atmosphère humide (entre 800°C et 1100°C sous vapeur d'eau) et à pression atmosphérique ou à haute pression. Une couche de silicium mono-cristallin de surface 20 est ensuite déposée par toutes les techniques connues de dépôt et en particulier celles du report de couche mince- La figure 3b montre la réalisation des électrodes des moyens de commande électrique par la formation de différentes zones dopées 24, 24' et 23 dans la partie supérieure du support en silicium 21 non dopé et dans la couche de silicium mono-cristallin de surface 20. Ces zones sont obtenues par implantation ionique d'atomes dopants (en général Bore ou Phosphore) à différentes énergies suivant la profondeur de localisation souhaitée, suivies ou non par un recuit thermique. Suivant les profondeurs de localisation désirées et l'épaisseur de la couche diélectrique 22, les énergies d' implantation seront typiquement comprises entre 20 et 300 keV et les doses implantées entre 1014 et 1016 cm"2- A titre d'exemple, dans la couche 20, d'épaisseur W typiquement comprise entre 0.1 micron et 0.6 micron, les énergies d'implantation pour former les zones 23 seront faibles (15 à 100 keV) alors que dans le support 21, les ions implantées devant traverser la couche de silice 22 d'épaisseur W et en partie la couche de silicium 21, les énergies d'implantation pour former les zones 24 et 24 'seront plus élevées (en général supérieures à 100 keV) .
La figure 3c montre la formation de l'emplacement 25 du futur pivot par gravure locale des couches 20 et 22 pour former un via au-dessus de la zone implantée 24'.
La figure 3d illustre une étape d' épitaxie. Cette étape permet à la fois de réaliser le pivot en silicium mono-cristallin dopé et d'augmenter l'épaisseur du silicium de surface 20 afin d'accroître la rigidité mécanique de ce qui formera la partie mobile du micro-miroir.
Durant cette étape d' épitaxie, le dopages du matériau épitaxie peut être modifié et par exemple choisi plus élevée au début du procédé (correspondant à la formation du pivot 27 qui doit être électriquement 65186
21
relié à une zone implantée du support) qu'en fin de procédé où il ne s'agit que d'augmenter l'épaisseur de la couche 20 pour former la couche de silicium monocristallin 26 dont l'épaisseur pourra atteindre plusieurs microns suivant les spécifications désirées. La dépression 28 qui peut apparaître dans cette couche épitaxiée résulte de la présence de la gravure locale 25.
La figure 3e montre une coupe du dispositif après l'étape d' épitaxie et d'amincissement par exemple par un polissage mécano- chimique nécessaire pour effacer la dépression 28 et obtenir une couche de silicium mono-cristallin 26 de planéité parfaite. D'autres techniques d'amincissement peuvent bien entendu être utilisées et en particulier celle décrite dans le brevet US-5 374 564 ou dans le brevet US-6 020 252.
La figure 3f montre la réalisation des moyens de réflexions par la formation sur la couche 26 d'une couche miroir de haute réflectivité 29 aux longueurs d'ondes d'utilisation du micro-miroir par exemple par un dépôt métallique ou multicouches diélectriques.
La figure 3g illustre l'étape de gravure de la future partie mobile du micro-miroir. Cette gravure, dont la géométrie et les dimensions dépendent des spécifications optiques attendues et donc des applications visées (par exemple carrés de côtés ou cercle de diamètres de l'ordre de quelques dizaines de microns à quelques millimètres) , met en jeu les couches 29 et 26 et éventuellement la couche de silice thermique 22. Cette gravure est réalisée par exemple par tous types de gravure adaptée aux matériaux mis en jeu (gravure ionique, ionique réactive et\ou gravure chimique) . A titre d'exemple, pour des couches 29 en aluminium, 26 en silicium, cette gravure est réalisée à travers un masque (non représenté) par une première attaque ionique réactive par exemple avec des gaz chlorés pour attaquer l'aluminium, puis par une seconde attaque ionique réactive utilisant par exemple un gaz SF6 pour attaquer le silicium.
La figure 3h montre une coupe du composant après enlèvement de la couche sacrificielle de silice 22 au moins sous la partie mobile du micro-miroir et donc la libération de cette partie mobile . L' enlèvement de la couche 22 'est réalisé par exemple pour une couche d'oxyde de silicium par une attaque chimique à base d'acide fluorhydrique ou par une attaque ionique réactive à base de gaz fluorés. Dans la structure représentée figure 3h, l'amplitude Δθ de l'excursion angulaire totale est déterminée par la hauteur H du pivot et la largeur L de la partie -mobile dans son plan de rotation (sinus Δθ = H/2L) ; les extrémités de la partie mobile du micro- miroir peuvent se trouver alors en butée avec le plan du support. Cette configuration a donc l'inconvénient, pour une hauteur H de pivot donnée, de lier entièrement l'excursion angulaire totale Δθ et la dimension L de la partie mobile dans le plan de rotation considéré. La figure 3i donne un moyen de contourner cet inconvénient en réalisant dans le support 21 des cavités 19 traversantes ou non dont les bords intérieurs sont situés à une distance L' de l'axe du pivot plus petite que L/2 et les bords extérieurs à une distance L" plus grande que L/2. L'excursion angulaire Δθ définie par la relation tangente Δθ =H/L' ne dépend alors de L'et non plus de L.
Cette cavité peut être facilement réalisée par la face arrière de la plaquette, par exemple par une gravure chimique préférentielle comme illustré figure 3i, et de ce fait elle doit traverser l'épaisseur du support silicium.
Le second mode de réalisation de l'invention qui effectue les étapes du procédé sur deux plaquettes A et B puis qui reporte ces plaquettes est représenté sur les figures 4, 5 et 6.
• Préparation de la plaquette A
A partir d'un support mécanique par exemple une plaquette de silicium non dopé 31 (fig.4a), on réalise les différentes électrodes 33, 33' de la partie fixe par implantation ionique suivie ou non d'un recuit thermique (fig.4b) . La figure 4c illustre une étape d'oxydation thermique du support, destinée à former une couche d'oxyde thermique 32 d'épaisseur parfaitement contrôlée et en général comprise entre 1 et 3 microns ; au cours de cette étape réalisée en général à haute température, il y a diffusion des dopants des zones implantées et accroissement du volume occupé par ces zones . Les étapes représentées fig.4b ' et fig.4c peuvent être inversées au prix de l'augmentation des énergies d'implantation pour réaliser les zones dopées 33, 33' (les ions implantés devant alors traverser la couche de silice thermique) .
La figure 4d montre l'étape suivante correspondant à la formation de la gravure localisée 34 de la couche de silice thermique 32 au-dessus de la zone dopée 33' pour former un via. Puis, la figure 4e illustre une étape d' épitaxie qui permet de faire croître du silicium mono-cristallin dopé dans le via 34. La partie de l'élément d'articulation 35 ainsi formé est d'épaisseur généralement très légèrement supérieure à l'épaisseur de la couche de silice 32 ; cette partie d'élément va constituer une partie du futur pivot. La figure 4f illustre une étape de polissage mécano-chimique destinée à planariser la surface de la plaquette A et "gommer" l'excès d'épaisseur éventuel de l'élément d'articulation 35.
La figure 4g représente une étape de gravure de cavités 36 qui permettent de désolidariser les dimensions de la partie mobile et l'excursion angulaire maximale Δθ de ladite partie. Les dimensions (position par rapport à l'axe du futur pivot, largeur et profondeur) des ouvertures 36 sont déterminées à partir des dimensions de la partie mobile et de l'excursion angulaire Δθ souhaitée suivant les différents axes de rotation.
Contrairement au cas où le procédé de l'invention est réalisé sur une plaquette et dans lequel les cavités 19 doivent traverser le support, dans ce deuxième mode de réalisation, où le procédé est réalisé sur deux plaquettes qui sont ensuite reportées, les cavités 36 peuvent avoir une épaisseur très inférieure à l'épaisseur du support 31. Ces cavités peuvent être de forme quelconque et en particulier entourer le pivot . • Préparation de la plaquette B
Les figures 5 montrent les différentes étapes de fabrication de la plaquette B. On prend tout d'abord un substrat 41 (fig.5a) par exemple en silicium monocristallin, dans lequel on forme une électrode 43 par exemple par une implantation ionique (fig.5b) suivie ou non d'un recuit thermique. Puis, on forme une couche d'oxyde thermique 42 (fig.5c) de la même façon que pour la couche 32. On grave ensuite cette couche 42 pour former un via 44 (fig.5d) qui s'étend jusqu'à l'électrode 43 ; cette ouverture a des dimensions très voisines de celles de l'ouverture 34 (fig.4d ) ; une étape d' épitaxie (fig.5e) à partir du silicium monocristallin permet alors de former dans l'ouverture 44 une autre partie du pivot qui est en silicium mono- cristallin 45 dopé. Une étape de polissage mécano- chimique (fig.5f) permet si nécessaire d'obtenir une planarisation parfaite de la surface de la plaquette B.
L'étape illustrée figure 5g consiste à créer une zone de liaison 46 dans la plaquette 41 telle qu'une zone de fragilisation crée par exemple par implantation d'ions. Cette zone délimite dans la plaquette une couche (appelée précédemment deuxième couche) d'épaisseur typiquement comprise entre 0,1 et 2 microns entre la couche de silice 42, et le reste de la plaquette (qui peut être un support intermédiaire) . Cette zone de fragilisation permet de séparer la deuxième couche, du reste de la plaquette, soit avant report mais plus généralement après report (voir en particulier les brevets US 5 374 564 et US 6 020 252) . • Assemblage des plaquettes A et B La première étape illustrée figure 6a consiste à assembler les deux plaquettes A et B face oxydée contre face oxydée. Au cours de cet assemblage, le positionnement des deux plaquettes est réalisé de façon à aligner les deux parties du pivot 35 et 45 et former le pivot 47.
Le scellement peut favorablement être réalisé par les techniques connues d'adhésion moléculaire.
Les deux plaquettes A et B étant assemblées, la partie supérieure de la couche 41 de la plaquette B est séparée de l'ensemble A et B au niveau de la zone fragilisée 46. Cette séparation peut favorablement se faire à partir d'un traitement thermique et\ou mécanique. Après cette séparation, il ne reste, voir figure 6b qu'une couche mince de silicium mono- cristallin 41' comportant éventuellement des zones de différents dopages.
Si la couche 41' est trop mince, le procédé peut comporter en outre (voir figure 6c) une étape d' épitaxie destinée à augmenter l'épaisseur du film mono-cristallin 41' afin d'accroître la rigidité mécanique de ce qui formera la partie mobile des miroirs, cette étape pouvant être suivie d'une étape de polissage mécano-chimique pour planariser la surface. L'épaisseur finale de cette couche 41' est par exemple de 5 à 60 μm. Une couche 48 de haute réflectivité aux longueurs d'ondes optiques de travail soit métallique soit multi-couches diélectriques est ensuite déposée sur la couche 41'. La figure 6d montre l'étape suivante de gravure des couches 41' et 48 selon le motif désiré pour la partie mobile du futur micro-miroir. Cette gravure est réalisée à travers un masque non représenté.
La figure 6e illustre l'étape de libération de la partie mobile autour du pivot 47 par suppression des couches sacrificielles de silice thermique par attaque chimique par exemple à l'aide d'un bain d'attaque utilisant de l'acide fluorhydrique ou d'une attaque ionique réactive à base de gaz fluorés. Les différentes étapes de fabrication présentées dans les diverses figures 3 à 6 peuvent comporter de nombreuses variantes. En particulier l'ordre des différentes étapes peut dans certain cas être inversé et certaines des étapes peuvent être modifiées.
Ainsi, par exemple, on aurait pu réaliser qu'une seule couche d'oxydation thermique sur la plaquette A et ainsi former le pivot par un élément unique dans cette couche ; la couche de silicium mono- cristallin aurait été reportée directement sur cette couche d' oxyde .
Pour simplifier la description, on n'a pas représenté sur les figures précédentes les lignes de connexions des électrodes et les prises de contact à une électronique de commande. Ces lignes de connexion peuvent être réalisées de différentes manière et notamment par implantation ionique suivie ou non d'une diffusion thermique appropriée des dopants. Ces lignes sont réalisées avantageusement sur la face avant du support en regard de la partie mobile, l'électrode de la partie mobile étant reliée à certaines de ces lignes par l'intermédiaire du pivot lorsque celui-ci est conducteur et de l'électrode 33'. Ces lignes de connexion peuvent aussi être réalisées par des trous métallisés à travers le support, l'électrode de la partie mobile étant reliée à certains de ces trous métallisés par l'intermédiaire du pivot lorsque celui- ci est conducteur et de l'électrode 33'. A titre d'exemple, on a représenté uniquement figure 4g en pointillés la réalisation à travers le support de trous métallisés 70 reliant les électrodes 33 et 33 'à des prises de contact 71.
Lorsque le micro-miroir doit tourner autour d'au moins deux axes de rotation perpendiculaires tout en conservant l'avantage de séparer la valeur de l'excursion angulaire Δθ, de la dimension L de la partie mobile, on réalise de façon avantageuse dans le support, des cavités entourant complètement le pivot 47. Dans le cas où les lignes de connexions sont réalisées sur la face avant du support, pour ne pas couper par les cavités, les lignes de connexions électriques (représentées à titre d'exemple sur les figures 9 et désignées par 62) alimentant les différentes électrodes, on grave le support pour y former une cavité périphérique avant de former les zones dopées 33 33'.
Les figures 7 illustrent cette variante du procédé . A partir d'une plaquette 31 (voir figure 7a), on forme une cavité 36 par gravure réalisée par différentes méthodes comme la gravure ionique réactive (correspondant à la forme de la cavité de la figure 3g) où la gravure chimique préférentielle (correspondant à la forme de la cavité de la figure 7b) . Dans tous les cas, la géométrie (formes et dimensions) de la cavité 36 est déterminée à partir de la forme (qui peut être circulaire, carrée, rectangulaire, octogonale...) et des dimensions de la partie mobile du micro-miroir et de la valeur de l'excursion angulaire totale Δθ souhaitée suivant les différents axes de rotation ; la valeur de l'excursion angulaire totale Δθ pouvant d'ailleurs prendre des valeurs différentes Δθi, Δθ2... suivant chacun des axes de rotation. Les autres étapes de fabrication représentées figure 7c (réalisations des zones dopées) , figure 7d (réalisation de l'oxyde thermique), figure 7e (réalisation d'un via 34 dans la couche d'oxyde), figure 7f (épitaxie pour réaliser une partie du pivot) et figure 7g (planarisation de la structure) peuvent être identiques à celles décrites précédemment. Pour obtenir, la structure finale, on reporte ensuite sur la plaquette obtenue figure 7g, par exemple la plaquette obtenue figure 5g et on effectue comme décrit en référence aux figures 6 le reste des étapes du procédé. Le micro-miroir obtenu est par exemple celui représenté sur les figures 2.
La figure 8a montre en vue de dessus une géométrie d'électrodes inférieures 33 dans la partie fixe. Les électrodes permettant de faire osciller la partie mobile suivant 2 positions autour d'un seul axe de rotation RI, sont au nombre de 2 et sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation RI qui passe par le pivot 47, l'électrode 33' centrale permet uniquement la liaison électrique de la partie mobile.
La figure 8b montre une géométrie d'électrodes inférieures 33 permettant d'obtenir 4 positions autour de 2 axes de rotation perpendiculaires RI et R2 passant par le pivot ; ces électrodes 33 sont au nombre de 4 et sont appariées 2 à 2, chaque couple d'électrodes étant disposé symétriquement par rapport à un des axes ; de même, l'électrode 33' centrale permet uniquement la liaison électrique de la partie mobile.
On peut ainsi envisager un grand nombre de couple d'électrodes disposées de part et d'autres d'un axe de symétrie. La figure 8c donne un exemple à 4 axes de rotations (RI, R2 , R3 , R4) à 45° les uns des autres et 4 couples d'électrodes inférieures 33 disposées en secteurs autour de l'axe du pivot. Sur les figures 8a, 8b et 8c les différents éléments clés des micro-miroirs sont représentés en transparence. On a représenté les jeux d'électrodes inférieures 33 (électrodes de la partie fixe) , et l'électrode supérieure 43 (électrode de la partie mobile) ; l'électrode inférieure 33 'qui est reliée électriquement à l'électrode supérieure par le pivot 47 est dessinée en gris foncé tandis que sur la figure 8b les deux jeux d'électrodes permettant la commande de rotation du micro-miroir suivant chacun des axes de rotation perpendiculaires sont dessinés avec deux nuances de gris plus claires mais différentes. La surface réfléchissante 48 de la partie mobile et les traces 50 et 51 des zones gravées 36 permettant la séparation des variables dimension du micro-miroir et excursion angulaire totale Δθ sont également représentés.
On a représenté très schématiquement également les lignes de connexions 62 des électrodes à des prises de contact 60, ces prises de contact étant aptes à être connectées à une électronique de commande (non représentée) .
Les différentes fonctionnalités précédentes sont bien sûr réalisables aussi bien dans le cas de l'utilisation d'une plaquette unique que de plusieurs plaquettes. L'utilisation de plus de deux plaquettes peut être envisageable pour permettre en particulier la réalisation de structures complexes par exemple des micro-miroirs à plusieurs parties mobiles superposées.
La figure 9 représente une coupe schématique d'un exemple de micro-miroir à 2 parties mobiles sur une partie fixe 31.
La première partie mobile comporte une deuxième couche 41 ; elle est reliée à la partie fixe par un pivot 47. La deuxième partie mobile comporte une deuxième couche 71 et une couche réflective 78 ; elle est reliée à la première partie mobile par un pivot 77. Dans cet exemple, pour permettre la commande du micro-miroir, la partie mobile 71 comporte une électrode 73 et la partie mobile 41 comporte des électrodes 53 disposées en secteur autour du pivot 77, les électrodes 73 et 53 étant disposées en regard ; de plus, la partie mobile 41 comporte des électrodes 43 disposées en secteur autour du pivot 47, ces électrodes étant disposées en regard des électrodes 33 de la partie fixe. Dans cet exemple, les axes des pivots 47 et 77 sont confondus ; ces pivots sont multi-éléments et permettent de relier les électrodes 73, 53 et 43 des parties mobiles 41 et 71 à une électronique de commande, via des lignes de connexion 62 disposées sur la partie fixe.
Ce principe peut bien sûr être généralisé à un nombre de parties mobiles supérieures à 2.
Références • "Mirrors on a chip", IEEE SPECTRUM, November
93
• L.J. Hornbeck, "micro-machining and microfabrication" "95", October 95, Austin (US)
• D.J Bischop and V.A Aksyuk, "Optical MEMS ans er high-speed networking requirements" , Electronic
Design, 5 April 99

Claims

REVENDICATIONS
1. Micro-miroir comportant une partie fixe (31) , une partie mobile (41, 48) comprenant des moyens de réflexion (48) et des moyens d'articulation reliant la partie mobile à la partie fixe, ce micro-miroir est caractérisé en ce que les moyens d'articulations sont formés par un pivot (47) situé sous la partie mobile entre cette dernière et la partie fixe et apte à permettre un déplacement de la partie mobile selon des axes de rotation (RI, R2 , R3 , R4) contenus dans la partie mobile et passant par un axe du pivot, et dans lequel la partie fixe comprend au moins une cavité (36) en regard d'au moins une zone d'une extrémité de la partie mobile.
2. Micro-miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de commande électrique du déplacement de la partie mobile selon tout ou partie desdits axes de rotation.
3. Micro-miroir selon la revendication 2, caractérisé en ce que, les moyens de commande électrique comprennent un jeu d'électrodes (33) dites inférieures disposées sur la partie fixe, sur une face dite avant, en regard de la partie mobile et un jeu d'électrodes (43) dites supérieures disposées sur la partie mobile, sur une face dite arrière, en regard des électrodes inférieures.
4. Micro-miroir selon la revendication 3, caractérisé en ce que le jeu d'électrodes inférieures comporte au moins 2.n électrodes (33) disposées en secteurs autour de l'axe du pivot, n étant le nombre d'axes de rotation que l'on choisi de faire prendre à la partie mobile et le jeu d'électrodes supérieures comporte une seule électrode (43) disposée en regard d'au moins une partie de chacune des 2.n électrodes inférieures .
5. Micro-miroir selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande électrique comporte en outre des lignes de connexion (62) et des prises de contact (60) aux extrémités des lignes pour relier les électrodes inférieures et supérieures à une électronique de commande, ces lignes de connexion et ces prises de contact sont réalisées sur la face avant de la partie fixe, le jeu d'électrodes supérieures étant relié à une ou plusieurs de ces lignes par l'intermédiaire du pivot et d'une ou plusieurs électrodes (33') disposées sous le pivot, sur la face avant de la partie fixe.
6. Micro-miroir selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande électrique comporte en outre des lignes de connexion (62) et des prises de contact (60) aux extrémités des lignes pour relier les électrodes inférieures et supérieures à une électronique de commande, ces lignes de connexion sont formées par des trous métallisés (70) réalisés à travers la partie fixe, le jeu d'électrodes inférieures étant en contact électrique avec lesdits trous et le jeu d'électrodes supérieures étant relié à un ou plusieurs de ces trous métallisés par l'intermédiaire du pivot et d'une ou plusieurs électrodes (33') disposées sous le pivot sur la face avant de la partie fixe, les prises de contact (71) étant situées par ailleurs aux extrémités de ces trous sur une face arrière de la partie fixe, opposée à la face avant.
7. Micro-miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette cavité est périphérique et est en regard d'une zone périphérique de l'extrémité de la partie mobile.
8. Micro-miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réflecteurs comportent une couche de matériau réflecteurs disposée sur une face dite avant de la partie mobile opposée à celle en regard de la partie fixe.
9. Micro-miroir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte sur la partie fixe au moins deux parties mobiles superposées, la première partie mobile (41, 48) étant reliée à la partie fixe (31) par un premier pivot
(47) comportant un premier axe et la deuxième partie mobile (71, 78) étant reliée à la première partie mobile par un deuxième pivot (77) comportant un deuxième axe, ce micro-miroir comportant en outre des moyens de commande aptes à déplacer la première partie mobile autour de ni axes de rotation contenues dans cette première partie et passant par le premier axe et la deuxième partie mobile autour de n2 axes de rotation contenues dans cette deuxième partie et passant par le deuxième axe, au moins la deuxième partie mobile comportant des moyens réflecteurs.
10. Matrice de micro-miroirs utilisant des micro-miroirs selon l'une quelconque des revendications précédentes .
11. Matrice de micro-miroirs selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque micromiroir comprend des moyens de commande aptes à articuler chaque micro-miroir indépendamment les uns des autres.
12. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) réalisation d'un empilement formé d'un support mécanique destiné à former la partie fixe, d'une couche de matériau sacrificielle appelée première couche et d'un ensemble destiné à former la partie mobile et comprenant au moins une couche de matériau appelée seconde couche, b) réalisation du pivot, c) réalisation de la partie mobile par gravure d'au moins la deuxième couche de matériau, de façon à obtenir au moins un motif, d) élimination de la couche sacrificielle de façon à libérer ladite partie mobile qui est alors reliée au reste de la structure correspondant à la partie fixe, par le pivot, le procédé comprenant en outre la réalisation d'une ou de plusieurs cavités par gravure dans une face de la partie fixe en regard de la partie mobile.
13. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens réflecteurs sont réalisés sur la deuxième couche, par dépôt mono ou multi -couches de matériaux réflecteurs .
14. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première couche est réalisée par oxydation thermique du support et\ou de la deuxième couche.
15. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d' épitaxie de la deuxième couche, les moyens réflecteurs étant alors réalisés sur la deuxième couche après épitaxie.
16. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'empilement de l'étape a) peut être obtenu par la réalisation de la couche de matériau sacrificielle sur le support, puis le dépôt de la deuxième couche.
17. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape a) consiste sur le support mécanique, à reporter la deuxième couche, le support et\ou la deuxième couche comportant sur leurs faces à reporter une couche sacrificielle qui formera après report la première couche .
18. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 17, caractérisé en ce que le report comporte une étape de scellement par adhésion moléculaire.
19. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que la deuxième couche est associée à un support intermédiaire par une zone de liaison, apte à permettre le retrait du support intermédiaire .
20. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que le pivot est réalisé par une gravure localisée de la ou des couches disposées au-dessus du support, de façon à former un via et par dépôt d'un matériau dans le via, le matériau déposé dans le via formant tout ou partie du pivot .
21. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 17, caractérisé en ce que le pivot est réalisé par :
- des gravures localisées avant report, de façon à former un premier via dans la ou les couches disposées au-dessus du support, et de façon à former un deuxième via dans la ou les couches disposées sur la deuxième couche, en regard du support,
- un dépôt de matériau à travers le premier via formant une première partie du pivot et un dépôt de matériau dans le deuxième via formant une deuxième partie du pivot, ces deux parties étant mises en regard au cours du report et forment après report le pivot.
22. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce le dépôt de matériau dans un via est réalisé par une épitaxie.
23. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'amincissement de la deuxième couche .
24. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 12, caractérisé en ce que le micro-miroir étant à commande électrique, et la partie fixe et la partie mobile étant au moins dans les parties en regard, en matériaux semi-conducteurs, le procédé de l'invention comprend une étape de réalisation d'un jeu d'électrodes inférieures et d'un jeu d'électrodes supérieures respectivement sur les faces en regard des parties fixe et mobile, par une implantation ionique de dopants suivie ou non d'une diffusion thermique appropriée des dopants implantés.
25. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 24, caractérisé en ce que des lignes de connexion des électrodes inférieures et supérieures à une électronique de commande sont en outre réalisées par une implantation ionique de dopants suivie ou non d'une diffusion thermique appropriée des dopants, ces lignes sont réalisées sur la face de la partie fixe en regard de la partie mobile, le jeu d'électrodes supérieures étant relié à une ou plusieurs lignes par l'intermédiaire du pivot et d'au moins une électrode (33') disposée sous le pivot, sur la partie fixe ; des prises de contact sont en outre être prévues aux extrémités de ces lignes en vue de leur connexion à l'électronique de commande.
26. Procédé de fabrication du micro-miroir selon la revendication 24, caractérisé en ce que des lignes de connexion des électrodes supérieures et inférieures sont réalisées par des trous métallisés à travers la partie fixe, le jeu d'électrodes supérieures étant relié à un ou plusieurs de ces trous métallisés par l'intermédiaire du pivot et d'au moins une électrode (33') disposée sous le pivot, sur la partie fixe ; des prises de contact sont en outre prévues aux extrémités de ces trous sur la face de la partie fixe opposée à celle portant les électrodes inférieures, en vue de la connexion des lignes à une électronique de commande .
27. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la partie fixe est en silicium, la première couche est un oxyde de silicium, la deuxième couche est du silicium mono-cristallin et le pivot est en silicium mono-cristallin.
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