JP2000352636A - 光導波路素子の作製方法 - Google Patents

光導波路素子の作製方法

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JP2000352636A
JP2000352636A JP20074599A JP20074599A JP2000352636A JP 2000352636 A JP2000352636 A JP 2000352636A JP 20074599 A JP20074599 A JP 20074599A JP 20074599 A JP20074599 A JP 20074599A JP 2000352636 A JP2000352636 A JP 2000352636A
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optical waveguide
substrate
pattern
mask
alignment pattern
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Katsuhiro Shindou
勝寛 神道
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路パターンと電極パターンとの位置合
わせ作業に必要な、基板側位置合わせパターンとマスク
側位置合わせパターンとアライメントを正確に行うこと
ができる光導波路素子の作製方法を提供すること。 【解決手段】 基板側位置合わせパターン21Bを、エ
ッチング異方性を有するドライエッチング法で形成する
ことにより、位置合わせパターン21Bのエッジを明確
に現し、これによりマスク側位置合わせパターン15A
とのアライメントを容易かつ正確に行うことを可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光変調器等に用い
られる光導波路素子の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光変調器等に用いられる光導波路素子
は、例えばLiNbO(ニオブ酸リチウム)基板上に
Ti(チタン)薄膜による光導波路のパターンを形成し
た後、熱拡散処理を行って光導波路を形成し、この光導
波路の近傍に当該光導波路を挟むように一対の電極薄膜
を形成することにより構成され、これら電極間に印加さ
れる電界で基板材料が圧電効果により変位することによ
り屈折率変化を生じさせ、これによって光導波路を通過
する光を変調する。このようなTi拡散法による光導波
路は、フォトリソグラフィー工程、成膜工程、熱拡散工
程を行い、加工工程、組み立て工程の後、完成する。
【0003】図13及び図14を参照してTi拡散法に
よる光導波路の作製工程を簡単に説明する。まず、基板
1の上面にフォトレジスト2による光導波路のレジスト
パターンを形成し(図13A)、その上からTiを成膜
する(図13B)。その後、レジスト2をリフトオフし
て基板1上の不要Ti膜を除去し(図13C)、基板1
を所定温度で数時間加熱してTiを基板1中に拡散さ
せ、光導波路4を形成する(図14A)。電極薄膜5
は、光導波路4の近傍に配置され、光導波路4を間に挟
むように一対、形成される(図14B)。
【0004】一般に、光導波路のパターン幅は通常数μ
m(使用波長、マルチモード又はシングルモード等に依
存する)程度で、電極間のギャップは仕様により変わる
が、おおよそ10μm程度である。また、変調指数mp
は、mp=ζ・k・l・n・r・Vm/gの式で表され
る。ここで、ζは変調効率、kはレーザ光の波数、lは
電極長、nは屈折率、rは電気光学定数、Vmは変調電
圧、gは電極間のギャップである。変調指数は光導波路
をデバイスとして使用する際重要な指数であるが、変調
効率ζが何らかの理由で変化すると、上式により変調指
数mpが変化する。
【0005】光導波路パターンと電極パターンとの位置
合わせは、光導波路パターンの形成と同時に基板上に形
成されるTi拡散路で成る位置合わせパターン(基板側
位置合わせパターン)と、電極パターンマスクに配置さ
れる位置合わせパターン(マスク側位置合わせパター
ン)とを、光学顕微鏡にて観察しながらアライメント、
すなわち重ね合わせて整列させることにより行ってい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
基板側位置合わせパターンは、光導波路と同様に熱拡散
により形成したTiのパターンであるため、図15に示
すようにパターン断面形状4Aは、基板1から約30
盛り上がっており、しかも角がだれた形状となる。この
ため、光学顕微鏡で観察すると図16に示すようにエッ
ジ(パターン部分とそれ以外の部分との境界)がぼけて
見える。その結果、基板側位置合わせパターンとマスク
側位置合わせパターンとを正確にアライメントするのが
非常に困難となる。
【0007】したがって図17Aに示すように、例えば
10μm程度の電極5、5間に、6μmから7μm程度
の光導波路4のパターンを正確に配置することが難しく
なり、図17Bに示すようにアライメントずれが生じ、
光導波路4を伝搬する導波路光の電極5による伝搬損
失、変調効率変化による変調指数のバラツキ等の問題が
発生し、デバイス性能に悪影響を及ぼす。
【0008】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、基板
側位置合わせパターンとマスク側位置合わせパターンと
を正確にアライメントすることができる光導波路素子の
作製方法を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明は、基板上に形成される基板側位置合わ
せパターンを、エッチング異方性が得られるドライエッ
チング法で形成することにより、位置合わせパターンの
エッジを明確に現し、これによりマスク側位置合わせパ
ターンとのアライメント(重ね合わせ)を正確、かつ容
易に行うことを可能とする。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0011】本実施の形態では、Xカットニオブ酸リチ
ウム基板を使用し、図1に示すようにTi熱拡散法に
て、例えば図11に示すようなY分岐型導波路の光導波
路変調素子を作製する場合のプロセスに従って説明す
る。
【0012】まず、ニオブ酸リチウム基板を洗浄後、フ
ォトレジストを基板にコートする。その後、図2に示す
ように光導波路パターンマスクを用いて基板1上にレジ
ストによる光導波路パターン2Aを形成すると同時に、
十文字形状の基板側位置合わせパターン2Bを4箇所形
成する(ステップS1)。次いで、光導波路パターン2
Aがドライエッチングされるのを防ぐ目的で、図3に示
すように基板側位置合わせパターン2B以外をマスク6
により覆い、基板側位置合わせパターン2Bのみを例え
ばイオンミリング装置によりドライエッチングを行う
(ステップS2)。数分間ドライエッチングを行った後
の基板側位置合わせパターン21Bを図8に示す。な
お、マスク6としては、例えばアルミニウムやステンレ
ス、チタンなどの金属材料が用いられる。
【0013】図4及び図5に、基板1を複数枚同時に処
理する一形態を示す。4枚の基板1をエッチング治具7
上のゴム製シート8の上に並べ、各基板1上の位置合わ
せパターン2Bに対応する部分に開口9aを有するマス
ク9を基板押えも兼ねてエッチング治具7に複数のネジ
10を介して固定する。そして、エッチング治具7を図
6に示すイオンミリング装置11の内部に配置し、イオ
ン源12から照射されるイオンビーム13によって基板
側位置合わせパターン2Bをドライエッチングする。こ
のときのエッチング条件の一例を以下に挙げる。 イオン電流 600mA イオン加速電圧 700V 基板の面の法線方向に対するビーム入射角 0度 エッチング時間 3分30秒 導入ガス アルゴン(Ar) 2×10−4Torr
【0014】次に、電子ビーム蒸着法等により、Ti膜
を数10nm成膜する(ステップS3)。このとき、ス
テップS2において形成した基板側位置合わせパターン
21Bは、図9に示すようにマスク14、14により覆
われており、この位置合わせパターン21BにTi膜が
成膜されないようにする。
【0015】続いて、Tiを成膜した基板1をアセトン
中に浸漬しながら超音波洗浄にかけてリフトオフを行
い、光導波路パターン2A以外に付着している不要Ti
膜およびレジスト2を剥離、除去する(ステップS
4)。次いで、基板1を1000℃程度で数時間加熱
し、Tiを基板1中に拡散させる(ステップS5)。T
iが拡散した部分はニオブ酸リチウムの屈折率より〜×
10−2程度高くなるため、この部分が光を閉じ込める
光導波路4となる。
【0016】次に、電極薄膜5(図14参照)のパター
ニングを行う(ステップS6)。電極薄膜5のパターニ
ングは光導波路のパターニングと同様な方法で行われ、
図10に示すように電極パターンマスク15を用いて、
電極パターンを形成する。Xカットニオブ酸リチウム基
板の場合、電極パターンと導波路パターンは図17Aの
ように配置するので、その位置合わせが重要となる。
【0017】つまり、従来の熱拡散パターン(図16)
による基板側位置合わせパターンではパターンエッジが
シャープでないため、顕微鏡にて観察すると位置合わせ
パターンのエッジはぼやけてしまう。それゆえ、この基
板側位置合わせパターンと、同じく十文字形状に形成さ
れたマスク側位置合わせパターン15Aのアライメント
を正確に行うのは非常に難しい。
【0018】これに対して本実施の形態によれば、図8
に示したようにドライエッチング法により形成した位置
合わせパターン21Bのエッジは、エッチング異方性に
よりパターン断面形状が図7に示すように基板1の面に
対して垂直方向に形成されるので、図16に示す従来の
位置合わせパターンに比べてシャープに観察することが
可能となり、これによりマスク側位置合わせパターン1
5Aとのアライメントが正確かつ容易となり、アライメ
ント精度も向上する。また、アライメント精度が向上す
ることにより、素子の変調効率のバラツキが小さくな
る。
【0019】また、アライメント精度が向上することに
より、アライメントずれによる光導波路4と電極薄膜5
との干渉により導波路光が電極により伝搬損失を受ける
ことがない。その結果、本実施の形態のようにY分岐型
の導波路デバイスの場合、電極5側の出射光量不足によ
る不良や、電極5側の出射光量と非電極側の出射光量の
アンバランス不良を低減できる。
【0020】各位置合わせパターン21B、15Aの十
文字形状の交点を基板上4箇所で合致させることによ
り、基板側位置合わせパターン21Bとマスク側位置合
わせパターン15Aとのアライメントを完了させた後、
電極パターンマスク15の開口15aを介して基板1上
に、電子ビーム蒸着法等により電極薄膜5を成膜する
(ステップS7)。本実施の形態では、電極薄膜5とし
て、Ti膜を下地としたAu膜を用いた。その後、Ti
リフトオフと同様に電極パターン以外の不要電極膜を剥
離する(ステップS8)。
【0021】続いて、電極薄膜5等の保護のため、二酸
化珪素等の保護膜を蒸着等により形成し(ステップS
9)、電極引き出し用の窓のパターニングを光導波路の
パターニングと同様な方法で行う(ステップS10)。
そして、保護膜窓部をケミカルエッチングにより形成す
る(ステップS11)。次いで、ウェーハ状態の基板1
を切断し、光導波路4に光を結合させるために端面が鏡
面に研磨処理されて、図11に示すような光導波路素子
16が作製される(ステップS12)。光導波路素子1
6は最終的に、ベースに接着固定され、図示しない筐体
(ホルダ)に収納され、更に上記保護膜の窓部を介して
電極薄膜5と外部電極とがワイヤボンディングされる
(S13)。
【0022】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0023】例えば以上の実施の形態では、光導波路素
子16として、LiNbOを基板に用いた電気光学効
果による光変調素子を例にとり説明したが、これだけに
限らず、例えば、基板としてLiTaOなどの他の圧
電材料を用いたり、あるいはLiNbOを基板に用い
た音響光学効果による光偏光素子にも、本発明は適用可
能である。
【0024】また、以上の実施の形態では、基板側位置
合わせパターン21Bおよびマスク側位置合わせパター
ン15Aをともに同一形状で形成したが、例えば図12
に示すように、マスク側位置合わせパターン15Aを基
板側位置合わせパターン21Bの線幅とほぼ同一の間隔
をあけて形成される十文字形状で形成してもよく、マス
ク側位置合わせパターン15Aの内部に基板側位置合わ
せパターン21Bを収容させることにより、基板1と電
極パターンマスク15とをアライメントさせるようにし
てもよい。なお、これら位置合わせパターンは必ずしも
十文字形状で形成しなければならないというわけではな
く、他の形状で形成することも当然、可能である。
【0025】さらに、以上の実施の形態では、基板側位
置合わせパターン21Bを形成するのにイオンミリング
装置を用いたが、これに代えて、RIE(Reacti
veIon Etching)法など、他のドライエッ
チング法を用いることも可能である。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路素
子の作製方法によれば、基板側位置合わせパターンをド
ライエッチング法により形成したので、エッチング異方
性により位置合わせパターンのエッジを明確に観察する
ことが可能となり、これによりマスク側位置合わせパタ
ーンとのアライメントが正確かつ容易となるとともに、
アライメント精度も向上する。また、アライメント精度
が向上することにより、素子の変調効率のバラツキが小
さくなる。
【0027】また、請求項2および請求項3によれば、
基板側位置合わせパターンの形成に伴う光導波路への影
響、および光導波路の形成に伴う基板側位置合わせパタ
ーンへの影響を回避できるとともに、請求項4の構成に
より、基板側位置合わせパターンとマスク側位置合わせ
パターンとの正確なアライメント作業に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による光導波路素子の作製
方法のフロー図である。
【図2】基板上に形成される光導波路パターンと位置合
わせパターンとの関係を示す平面図である。
【図3】基板上の位置合わせパターンをドライエッチン
グするときの態様を説明する平面図である。
【図4】複数枚の基板を同時に処理する場合の基板とマ
スクとの関係を説明する平面図である。
【図5】図4の分解斜視図である。
【図6】基板を収容したドライエッチング装置の概略構
成図である。
【図7】本実施の形態における位置合わせパターンの断
面形状を示す図である。
【図8】本実施の形態における基板上の位置合わせパタ
ーンの写真である。
【図9】光導波路パターンへ金属膜を成膜するときの態
様を説明する平面図である。
【図10】電極パターンのパターニングを行うときの態
様を説明する平面図である。
【図11】作製した光導波路素子の平面図である。
【図12】基板および電極パターンマスクに形成される
位置合わせパターンの他の態様を説明する図である。
【図13】光導波路素子の作製工程を示す模式図であ
り、Aは光導波路のレジストパターンを、Bは成膜工程
を、そしてCはリフトオフ後の光導波路パターンを示
す。
【図14】光導波路素子の作製工程を示す模式図であ
り、Aは成膜した金属膜の基板中への熱拡散工程を示
し、Bは電極膜の形成工程を示す。
【図15】従来の熱拡散による基板上の位置合わせパタ
ーンの断面形状を示す図である。
【図16】従来技術における基板上の位置合わせパター
ンの写真である。
【図17】基板上の光導波路と電極との位置関係を示す
模式図であり、Aは光導波路に対して電極が正規の位置
に配置されている状態を示し、Bは電極が正規の位置に
配置されていない状態を示す。
【符号の説明】
1…基板、2…フォトレジスト、2A…光導波路パター
ン、21B…基板側位置合わせパターン、4…光導波
路、5…電極薄膜、6、9、14…マスク、15…電極
パターンマスク、15A…マスク側位置合わせパター
ン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に光導波路のパターンを形成した
    後、前記光導波路の近傍に配置され前記光導波路素子を
    挟むようにして形成される一対の電極薄膜を備えた光導
    波路素子の作製方法であって、前記光導波路のパターン
    と前記電極薄膜のパターンとの位置合わせを、前記基板
    上に形成される基板側位置合わせパターンと前記電極薄
    膜のパターンマスクに形成されるマスク側位置合わせパ
    ターンとを相重ね合わせることによって行うようにした
    光導波路素子の作製方法において、 前記基板側位置合わせパターンを、ドライエッチング法
    で形成することを特徴とする光導波路素子の作製方法。
  2. 【請求項2】 前記基板側位置合わせパターンをドライ
    エッチング法で形成する際、前記光導波路のパターンは
    マスキングされることを特徴とする請求項1に記載の光
    導波路素子の作製方法。
  3. 【請求項3】 前記光導波路は、この光導波路素子のパ
    ターンに沿って成膜した金属膜を熱拡散させることによ
    り形成され、 前記金属膜を成膜する際、前記基板側位置合わせパター
    ンはマスキングされることを特徴とする請求項1に記載
    の光導波路素子の作製方法。
  4. 【請求項4】 前記基板側位置合わせパターンおよび前
    記マスク側位置合わせパターンはともに、十文字形状で
    あることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか
    に記載の光導波路素子の作製方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100483619B1 (ko) * 2002-12-06 2005-04-18 삼성전기주식회사 광 도파로의 정렬 위치 검사방법
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