JP3317313B2 - 光導波路素子の電極形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロトン交換によりチ
ャンネル光導波路が形成された光導波路素子において、
チャンネル光導波路に電圧印加するための電極を形成す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基板上にチャンネル光導波路
が形成された光導波路素子が種々提供されている。そし
て、チャンネル光導波路を形成する方法の１つとして、
プロトン交換法が知られている。このプロトン交換法に
よるチャンネル光導波路の作成は、基板表面に金属膜を
成膜し、この金属膜を所定形状の開口が残るようにエッ
チングし、この金属膜をマスクとして基板表面にプロト
ン交換処理を施す、という手順でなされる。

【０００３】ところで、上述のような光導波路素子にお
いては、チャンネル光導波路に近接させて、あるいは直
上に電極を配設し、該電極からチャンネル光導波路に電
圧を印加させることが多い。従来この種の電極は、図４
に示すような方法によって形成されていた。すなわち （１）（この番号は図中の番号と対応している）まず基
板１上にＣｒ膜等の金属膜２を成膜し、 （２）この金属膜２の上にフォトリソ法により所定形状
としたレジスト３を残し、 （３）このレジスト３をマスクとして金属膜２を、所定
形状の開口４が残るようにエッチングした後、レジスト
３を除去し、 （４）次に、この金属膜２をマスクとしてプロトン交換
を行なって、基板１の表面部分にチャンネル光導波路５
を形成し、 （５）金属膜２をすべてエッチングにより除去し、また
必要に応じてその後アニールし、 （６）その上にＡｌ等からなる導電性膜７を成膜し、 （７）この導電性膜７の上に、フォトリソ法によりチャ
ンネル光導波路５に対面する部分は除かれたレジスト８
を残し、 （８）次に上記レジスト８をマスクとしてエッチングを
行ない、導電性膜７のチャンネル光導波路５に対面する
部分を取り除く。

【０００４】以上の処理により、各チャンネル光導波路
５の左右両側部分において導電性膜７が残るので、これ
らの導電性膜７を電極として用いれば、各チャンネル光
導波路５に電圧を印加することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の方法にお
いては、フォトリソ法により（７）のようにレジスト８
を残す際に、露光装置の精度や作業者の熟練度に起因す
るバラツキにより、フォトマスクを正確に所定位置に配
置することができない。そのため、電極（導電性膜）７
は図５に拡大して示すように、その縁部がチャンネル光
導波路５の縁部と整合する正規の位置から、アライメン
トエラーＬだけずれて形成され、これが性能のバラツ
キ、ひいては歩留まりの低下の原因となっていた。

【０００６】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、プロトン交換チャンネル光導波路に電圧
を印加する電極を、その縁部がチャンネル光導波路の縁
部と整合する位置に精度良く形成することができる光導
波路素子の電極形成方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の光導
波路素子の電極形成方法は、プロトン交換時に光導波路
パターンを設定するためのマスクとして用いられた金属
膜を残しておいて、それを電極形状を規定するためのフ
ォトマスクとして利用するようにしたものであり、具体
的には請求項１に記載の通り、基板表面に金属膜を成膜
し、この金属膜を所定形状の開口が残るようにエッチン
グし、この金属膜をマスクとして基板表面にプロトン交
換処理を施し、チャンネル光導波路を形成した後、上記
金属膜の開口の縁部の少なくとも一部を残したまま基板
上にフォトレジストを塗布し、次いで上記金属膜をフォ
トマスクとして基板側から上記フォトレジストに露光
し、このフォトレジストの感光した部分を除去した後、
残ったフォトレジストをマスクとして基板上に導電性膜
を成膜し、次いで上記金属膜、フォトレジストおよびそ
の上に堆積している導電性膜を除去し、残った上記導電
性膜をチャンネル光導波路に電圧を印加するための電極
とすることを特徴とするものである。

【０００８】本発明による第２の光導波路素子の電極形
成方法は、請求項２に記載の通り、上記第１の方法にお
いて、上記フォトレジストの感光した部分を除去した
後、残ったフォトレジストをマスクとして基板上に光学
薄膜および導電性膜をこの順に成膜し、次いで上記金属
膜、フォトレジストおよびその上に堆積している光学薄
膜と導電性膜とを除去し、残った上記導電性膜および光
学薄膜をそれぞれ、チャンネル光導波路に電圧を印加す
るための電極、該電極とチャンネル光導波路との間のバ
ッファ層とすることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用および発明の効果】プロトン交換時に光導波路パ
ターンを設定するためのマスクとして用いられた金属膜
は、当然、その縁部がチャンネル光導波路の縁部と整合
している（図４の（４）参照）。したがってこの金属膜
から電極を形成し、あるいはこの金属膜を電極形状を規
定するためのフォトマスクとして利用すれば、電極の縁
部をチャンネル光導波路の縁部と精度良く整合させるこ
とができる。

【００１０】それにより、本発明方法によれば、電極位
置精度が高くて性能バラツキが無い光導波路素子を安定
して製造可能となる。

【００１１】そして本発明の方法では、高いアライメン
ト精度でフォトマスクを配設するような必要無しで、上
述のようにして位置精度の高い電極を簡単に形成可能で
あるので、高性能な装置を使用することなく歩留りおよ
び作業能率を向上させることができ、光導波路素子のコ
ストダウンも実現される。

【００１２】なお上記第１の方法によれば、電極は、そ
の縁部がチャンネル光導波路の縁部と整合する状態で、
該光導波路の直上に形成される。この場合、第２の方法
によれば、チャンネル光導波路と電極との間に、容易に
バッファ層を形成可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。まず、本発明に対する参考例について
説明する。図１は、本発明に対する第１参考例による光
導波路素子の電極形成方法の処理の流れを示すものであ
る。また図２は、この方法により電極が形成された光導
波路素子の平面形状を示している。

【００１４】説明を容易にするため、まず完成した光導
波路素子について説明する。この光導波路素子は、例え
ばＬｉＮｂＯ_３ の結晶からなる基板10の表面部分にＹ
分岐光導波路が２つ結合した形のチャンネル光導波路11
が設けられ、そしてこのチャンネル光導波路11の２本平
行して延びている部分の各々の左右側部に電極12、13、
14が形成されてなるものである。これらの電極12、13、
14は図示しない駆動回路に接続されて、各チャンネル光
導波路11に所定の電圧を印加するために使用される。

【００１５】ここで電極12、13、14は、平面視状態でそ
れぞれの縁部が各チャンネル光導波路11の縁部と正確に
整合するように配設する必要がある。そうでなければ、
各チャンネル光導波路11に所定の電圧を印加することが
困難となる。

【００１６】以下、このように電極12、13、14を配設可
能にした第１参考例による方法を、図１を参照して説明
する。なお、以下の説明では各工程に順次（１）（２）
（３）…の番号を付して示すが、これらの番号は図１中
の番号と対応している（以下、同様）。

【００１７】（１）まず基板10上に、金属膜の一つであ
るＣｒ膜20を成膜する。

【００１８】（２）このＣｒ膜20の上に、公知のフォト
リソ法により所定形状、すなわち、チャンネル光導波路
11の形状に対応する切欠き部分を有する形状としたフォ
トレジスト21を残す。

【００１９】（３）上記フォトレジスト21をマスクとし
て、Ｃｒ膜20をエッチングする。それによりＣｒ膜20
は、レジスト21の切欠き部分と同形状の開口22を有する
ようにエッチングされる。

【００２０】（４）上記エッチングされたＣｒ膜20をマ
スクとして、プロトン交換およびアニールを行なって、
基板10の表面部分にチャンネル光導波路11を形成する。
このチャンネル光導波路11は、上記Ｃｒ膜20の開口22の
形状に対応した形状のものとなる。

【００２１】（５）公知のフォトリソ法により、Ｃｒ膜
20の上に所望の電極形状に対応した形状のフォトレジス
ト23を残す。なおこのレジスト23が形成された際の平面
形状を図３の（１）に示す。

【００２２】（６）上記レジスト23をマスクとしてＣｒ
膜20をエッチングし、このレジスト23に覆われていない
Ｃｒ膜20の部分を除去し、次いでレジスト23を除去す
る。なおこのときの平面形状を図３の（２）に示す。

【００２３】以上の処理により基板10上には、Ｃｒ膜20
からなる電極12、13、14が形成される。これらの電極1
2、13、14は、チャンネル光導波路11の形状を規定した
Ｃｒ膜20の開口22の縁部をそのまま残して形成されたも
のであるから、各電極12、13、14のチャンネル光導波路
11側の縁部は、該チャンネル光導波路11の側縁部と精度
良く整合するものとなる。

【００２４】（７）次に結線用パッド電極を形成するた
めに、電極12、13、14の上からＡｌ膜24を成膜する。

【００２５】（８）上記Ａｌ膜24の上に、フォトリソ法
により所定形状のフォトレジスト25を残す。

【００２６】（９）上記フォトレジスト25をマスクとし
てＡｌ膜24をエッチングし、このレジスト25に覆われて
いないＡｌ膜24の部分を除去し、次いでレジスト25を除
去する。このときの平面形状を図３の（３）に示す。以
上の処理により、Ａｌ膜24からなりそれぞれ電極12、1
3、14に接続したパッド電極26、27、28が形成される。

【００２７】なお、上記（４）の工程におけるアニール
は省かれてもよい。このようなアニールがなされた場合
は、チャンネル光導波路11と基板10との屈折率差が小さ
くなって、チャンネル光導波路11が目視では全く認めら
れないこともある。そうなると、前述した従来方法では
フォトマスクを高いアライメント精度で所定位置に配設
することが非常に困難となるので、本発明方法が特に有
効である。

【００２８】また上記工程（４）と（５）との間におい
て、背面露光法、リフトオフ法により、チャンネル光導
波路11とパッド電極27との間にＳｉＯ_２ 等からなるバ
ッファ層を配設することもできる。

【００２９】さらにプロトン交換用マスク金属として
は、上記第１参考例におけるＣｒの他に、Ｔａ、Ｗ等
の、プロトン交換に使用する酸に侵されない金属、ある
いはそれらの合金、積層構造等を使用することができ
る。またパッド電極材料としてはＡｌの他に、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の導電性金属あるいは合金、積
層構造等も適宜選択可能である。

【００３０】次に図６および図７を参照して、本発明の
一つの実施例について説明する。図６は、本実施例の方
法の処理の流れを示すものである。ここに図示される
（１）、（２）、（３）、（４）までの工程、つまりプ
ロトン交換チャンネル光導波路11を形成するまでの工程
は、第１参考例におけるのと同じである。なお図６およ
び図７において、図１中のものと同等の要素には同番号
を付してあり、それらについての重複した説明は省略す
る（以下、同様）。上記（４）の工程の後、（５）Ｃｒ
膜20の上にポジ型のフォトレジスト30を塗布した後、基
板10の裏面側にフォトマスク31を配してこのマスク31越
しに背面露光する。このときの平面形状を図７の（１）
に示す。図示されるようにフォトマスク31は、中央部に
電極長さを規定するための開口31ａを有するものであ
る。

【００３１】（６）フォトレジスト30の、背面露光によ
り感光した部分、つまりチャンネル光導波路11に対面す
る部分を現像により除去する。

【００３２】（７）フォトレジスト30の上から、バッフ
ァ層となる光学薄膜としてのＳｉＯ_２膜32、電極となる
Ｃｒ膜33をこの順に成膜する。

【００３３】（８）リフトオフによりＣｒ膜20から上の
部分を除去する。このときの平面形状を図７の（２）に
示す。図示されるように、各チャンネル光導波路11の真
上部分のみにＳｉＯ_２ 膜32、およびＣｒ膜33が残る状
態となるので、これらのＣｒ膜33をチャンネル光導波路
11に電圧印加する電極34、35とする。

【００３４】（９）次に結線用パッドを形成するため
に、電極34、35の上からＡｌ膜36を成膜する。

【００３５】（10）上記Ａｌ膜36の上に、フォトリソ法
により所定形状のフォトレジスト37を残す。（11）上記
レジスト37をマスクとしてＡｌ膜36をエッチングし、こ
のレジスト37に覆われていないＡｌ膜36の部分を除去
し、次いでレジスト37を除去する。このときの平面形状
を図７の（３）に示す。以上の処理により、Ａｌ膜36か
らなりそれぞれ電極34、35に接続したパッド電極38、39
が形成される。

【００３６】以上のようにして形成された電極34、35の
側縁部は、フォトレジスト30に形成された切欠き30ａ
（図６の（６）参照）によって位置規定され、そしてこ
れらの切欠きは、チャンネル光導波路11の形状を規定し
たＣｒ膜20の開口22（図６の（３）参照）の縁部によっ
て位置規定されたものであるから、結局各電極34、35の
側縁部はチャンネル光導波路11の側縁部と精度良く整合
するものとなる。

【００３７】なお上記実施例の方法において、（９）〜
（11) のパッド電極形成工程をリフトオフに代えること
もできる。そのようにすれば、パッド電極形成において
エッチング処理が不要となるので、電極材料としてＣｒ
以外の例えばＡｌ等も使用可能となる。この点は第１参
考例の工程（７）〜（９）についても同様であり、その
場合は電極材料となるＣｒ膜20をＡｌ膜等と置換え可能
である。

【００３８】次に図８および図９を参照して、本発明の
第２参考例について説明する。図８に示す工程（１）〜
（５）は、前記実施例の工程（１）〜（５）と同じであ
る。ただしこの場合は、ネガ型のフォトレジスト40が用
いられる。なおフォトマスク31も、前記実施例で用いら
れたものと同形状のものである。上記（５）の工程の
後、（６）フォトレジスト40の、背面露光により感光し
なかった部分を現像により除去する。これにより、チャ
ンネル光導波路11に対面する部分のみにフォトレジスト
40が残る。

【００３９】（７）次に上記フォトレジスト40をマスク
としてエッチングを行ない、Ｃｒ膜20を除去する。この
ときの平面形状を、図９の（１）に示す。

【００４０】（８）次にＡｌ膜41を成膜する。

【００４１】（９）フォトレジスト40をリフトオフす
る。

【００４２】（10）残っているＡｌ膜41の上に、フォト
リソ法により所定形状のフォトレジスト42を残す。この
ときの平面形状を図９の（２）に示す。

【００４３】（11）上記フォトレジスト42をマスクとし
てＡｌ膜41をエッチングする。

【００４４】以上の処理により基板10上には、Ａｌ膜41
からなる電極43、44、45が形成される。このときの平面
形状を図９の（３）に示す。これらの電極43、44、45の
チャンネル光導波路11側の縁部は、フォトレジスト40に
よって位置規定され、そしてこのフォトレジスト40は、
チャンネル光導波路11の形状を規定したＣｒ膜20の開口
22（図８の（３）参照）の縁部によって位置規定された
ものであるから、結局各電極43、44、45の側縁部はチャ
ンネル光導波路11の側縁部と精度良く整合するものとな
る。

【００４５】なおこの場合も、第１参考例のものと同様
の結線用パッド電極を形成するのであれば、工程（４）
と（５）との間において、背面露光法、リフトオフ法に
より、チャンネル光導波路11と結線用パッド電極との間
にＳｉＯ_２ 等からなるバッファ層を配設することがで
きる。また本参考例では、特に電極44がチャンネル光導
波路11の上部にも位置する形状とされているが、上述の
ようなバッファ層を形成すれば、該電極44とチャンネル
光導波路11との間にもこのバッファ層が介装されること
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に対する第１参考例の方法を工程を追っ
て示す説明図

【図２】上記第１参考例の方法によって電極が形成され
た光導波路素子を示す斜視図

【図３】上記第１参考例の方法により基板表面部の構造
が変化する様子を順次示す概略平面図

【図４】従来の光導波路素子の電極形成方法を工程を追
って示す説明図

【図５】従来方法によって形成された電極の位置ずれを
説明する概略図

【図６】本発明の一実施例の方法を工程を追って示す説
明図

【図７】上記実施例の方法により基板表面部の構造が変
化する様子を順次示す概略平面図

【図８】本発明に対する第２参考例の方法を工程を追っ
て示す説明図

【図９】上記第２参考例の方法により基板表面部の構造
が変化する様子を順次示す概略平面図

【符号の説明】

10 基板 11 チャンネル光導波路 12、13、14、34、35、43、44、45 電極 20、33 Ｃｒ膜 21、23、25、30、37、40、42 フォトレジスト 22 Ｃｒ膜の開口 24、36、41 Ａｌ膜 26、27、28、38、39 パッド電極 31 フォトマスク 32 ＳｉＯ_２ 膜（バッファ層）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表面に金属膜を成膜し、 この金属膜を所定形状の開口が残るようにエッチング
   し、 この金属膜をマスクとして前記基板表面にプロトン交換
   処理を施し、チャンネル光導波路を形成した後、 前記金属膜の開口の縁部の少なくとも一部を残したまま
   前記基板上にフォトレジストを塗布し、 次いで前記金属膜をフォトマスクとして基板側から前記
   フォトレジストに露光し、 このフォトレジストの感光した部分を除去した後、 残ったフォトレジストをマスクとして基板上に導電性膜
   を成膜し、 次いで前記金属膜、フォトレジストおよびその上に堆積
   している導電性膜を除去し、残った前記導電性膜を前記
   チャンネル光導波路に電圧を印加するための電極とする
   ことを特徴とする光導波路素子の電極形成方法。
2. 【請求項２】 前記フォトレジストの感光した部分を除
   去した後、 残ったフォトレジストをマスクとして基板上に光学薄膜
   および導電性膜をこの順に成膜し、 次いで前記金属膜、フォトレジストおよびその上に堆積
   している光学薄膜と導電性膜とを除去し、残った前記導
   電性膜および光学薄膜をそれぞれ、前記チャンネル光導
   波路に電圧を印加するための電極、該電極とチャンネル
   光導波路との間のバッファ層とすることを特徴とする請
   求項１記載の光導波路素子の電極形成方法。