JPH11125728A - パターン作製方法 - Google Patents
パターン作製方法Info
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- JPH11125728A JPH11125728A JP9290667A JP29066797A JPH11125728A JP H11125728 A JPH11125728 A JP H11125728A JP 9290667 A JP9290667 A JP 9290667A JP 29066797 A JP29066797 A JP 29066797A JP H11125728 A JPH11125728 A JP H11125728A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】マスク層のサイドエッチを抑制して滑らかなリ
ッジ側壁を実現することができ、例えば伝搬損失の低い
光導波路の作製が可能なエッチングマスク層を形成する
パターン作製方法を提供する。 【解決手段】基板（ニオブ酸リチウム、シリコンまたは
ガリウム・ヒ素）の基板表面の一部分をエッチングし
て、基板上に突起形状のリッジパターンを形成する方法
であって、基板上に、金属材料（チタン、タンタルまた
はニッケル）よりなる薄膜層を形成し、この上に、酸化
物材料（酸化ケイ素、酸化アルミニウムまたは酸化チタ
ン）よりなる中間薄膜層を介して、金属材料よりなる薄
膜層を１回、もしくは複数回繰り返し積層する工程と、
この積層膜を一度のエッチングプロセスで、設定のパタ
ーンを有するエッチングマスク層を形成する工程を含む
パターン作製方法とする。
ッジ側壁を実現することができ、例えば伝搬損失の低い
光導波路の作製が可能なエッチングマスク層を形成する
パターン作製方法を提供する。 【解決手段】基板（ニオブ酸リチウム、シリコンまたは
ガリウム・ヒ素）の基板表面の一部分をエッチングし
て、基板上に突起形状のリッジパターンを形成する方法
であって、基板上に、金属材料（チタン、タンタルまた
はニッケル）よりなる薄膜層を形成し、この上に、酸化
物材料（酸化ケイ素、酸化アルミニウムまたは酸化チタ
ン）よりなる中間薄膜層を介して、金属材料よりなる薄
膜層を１回、もしくは複数回繰り返し積層する工程と、
この積層膜を一度のエッチングプロセスで、設定のパタ
ーンを有するエッチングマスク層を形成する工程を含む
パターン作製方法とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の一部分の厚
さを掘り下げることにより、該基板上に突起部分を有す
るリッジ構造の光制御素子を作製するためのエッチング
マスク層を形成するパターン作製方法に関する。
さを掘り下げることにより、該基板上に突起部分を有す
るリッジ構造の光制御素子を作製するためのエッチング
マスク層を形成するパターン作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板の一部分をエッチングして、リッジ
パターンを作製し、これを利用して広帯域光変調を可能
にしたマッハツェンダ形のＴｉ（チタン）熱拡散ＬｉＮ
ｂＯ3（ニオブ酸リチウム）光変調器として、図３
（ａ）および図３（ｂ）に示される速度整合形の光変調
器がある（K.Noguchi,他、“A Broadband Ti：LiNbO3 o
ptical modulator with a ridge structure,”IEEE Jou
rnal ofLightwave Technology,Vol.LT−13,pp.1164−11
68,1995）。なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）
は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。上記従来例で
は、電気光学効果を有するｚ軸カットＬｉＮｂＯ3基板
１にＴｉ熱拡散により、マッハツェンダ形のＴｉ熱拡散
光導波路２が形成されている。これは、ＬｉＮｂＯ3基
板１の上に、ＳｉＯ2よりなるバッファ層３が形成され
（図３（ａ）では省略）、さらに、そのバッファ層３の
上に中心導体（中心電極）であるＣＰＷ電極４、および
アース導体（アース電極）であるＣＰＷ電極５から構成
されているコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）形の進
行波電極が形成されている。６は、ＣＰＷ電極４と５と
の間に接続された終端抵抗、７は、ＣＰＷ電極４と５と
に接続され、変調用マイクロ波信号を、これらＣＰＷ電
極４および５に供給する変調用マイクロ波信号給電線
（給電用同軸線）である。さらに、ＣＰＷ電極４を構成
する中心導体およびＣＰＷ電極５のアース導体近傍のマ
イクロ波電界強度の強い領域の基板部分を、図３（ｂ）
に示すように、エッチングなどにより掘り込んで、リッ
ジ（突起）構造を形成している。すなわち、エッチング
などで掘り込むことにより、マイクロ波電界強度の強い
領域の基板部分を突起状に形成するものである。このよ
うにして、突起状のリッジ部分８を形成したＬｉＮｂＯ
3基板１の表面上に、バッファ層３を設ける。この際、
突起状のリッジ部分８上の二つのＴｉ熱拡散光導波路２
のうちの一方を、バッファ層３を介して中心導体である
ＣＰＷ電極４の真下に配置し、他方の光導波路２をアー
ス導体であるＣＰＷ電極５の真下に配置する構成とす
る。図３（ａ）、（ｂ）に示したＴｉ熱拡散ＬｉＮｂＯ
3光変調器では、ＣＰＷ電極４および５の厚みをある程
度厚くして、マイクロ波実効屈折率ｎmの値を下げる一
方、その時に付随して低下する特性インピーダンスＺ
を、リッジ構造の掘り込み深さを３μｍ〜４μｍと深く
することにより上昇させ、これにより外部回路とのイン
ピーダンスの整合を図っている。特に、リッジ構造を採
用しているので、マイクロ波実効屈折率ｎmも低下して
おり、したがってマイクロ波と光との完全な速度整合を
実現するのに必要なＣＰＷ電極４、５の厚みは、掘り込
みのない場合に比べて薄くてもよい。したがって、進行
波電極であるＣＰＷ電極４、５の厚みを厚くすることに
よって生じる特性インピーダンスＺの低下も小さく抑え
ることができると共に、進行波電極であるＣＰＷ電極４
および５の作製も容易となり、さらには、マイクロ波伝
搬損失の増大を抑えることができるなどの利点が得られ
る。図３（ａ）、（ｂ）に示したＴｉ熱拡散ＬｉＮｂＯ
3光変調器は、一例として次の図４（ａ）〜（ｆ）に示
すプロセスで作製される。なお、図４は従来のリッジ構
造の光導波路の作製過程を基板の断面状態により示した
ものである。図４（ａ）は、ＬｉＮｂＯ3基板１上に、
Ｔｉ熱拡散光導波路２が形成され状態を示す。これに、
厚さ１μｍ程度のＴｉ膜９を全面に形成し〔図４
（ｂ）〕、通常のフォトプロセスにより掘り込み部分が
溝となったレジストパターン１０をＴｉ膜９上に形成す
る〔図４（ｃ）〕。その後、レジストパターン１０をマ
スクとして、ＬｉＮｂＯ3基板１上のＴｉ膜９を、ＣＦ4
ガスプラズマ１２等を用いたプラズマエッチング法でエ
ッチングし、フォトレジストを溶解することによって、
レジストパターンと同形のＴｉパターン１１を得る〔図
４（ｄ）〕。このＴｉパターン１１をマスクとして、ア
ルゴンおよびフッ素系のイオンビーム１３を用いたイオ
ンビームエッチング法等でＬｉＮｂＯ3基板１をエッチ
ングし〔図４（ｅ）〕、Ｔｉ膜９をフッ酸等で溶解する
ことにより、図４（ｆ）に示したような高さ数μｍの突
起したリッジ部分８を有するリッジ構造の光導波路を作
製していた。
パターンを作製し、これを利用して広帯域光変調を可能
にしたマッハツェンダ形のＴｉ（チタン）熱拡散ＬｉＮ
ｂＯ3（ニオブ酸リチウム）光変調器として、図３
（ａ）および図３（ｂ）に示される速度整合形の光変調
器がある（K.Noguchi,他、“A Broadband Ti：LiNbO3 o
ptical modulator with a ridge structure,”IEEE Jou
rnal ofLightwave Technology,Vol.LT−13,pp.1164−11
68,1995）。なお、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）
は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。上記従来例で
は、電気光学効果を有するｚ軸カットＬｉＮｂＯ3基板
１にＴｉ熱拡散により、マッハツェンダ形のＴｉ熱拡散
光導波路２が形成されている。これは、ＬｉＮｂＯ3基
板１の上に、ＳｉＯ2よりなるバッファ層３が形成され
（図３（ａ）では省略）、さらに、そのバッファ層３の
上に中心導体（中心電極）であるＣＰＷ電極４、および
アース導体（アース電極）であるＣＰＷ電極５から構成
されているコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）形の進
行波電極が形成されている。６は、ＣＰＷ電極４と５と
の間に接続された終端抵抗、７は、ＣＰＷ電極４と５と
に接続され、変調用マイクロ波信号を、これらＣＰＷ電
極４および５に供給する変調用マイクロ波信号給電線
（給電用同軸線）である。さらに、ＣＰＷ電極４を構成
する中心導体およびＣＰＷ電極５のアース導体近傍のマ
イクロ波電界強度の強い領域の基板部分を、図３（ｂ）
に示すように、エッチングなどにより掘り込んで、リッ
ジ（突起）構造を形成している。すなわち、エッチング
などで掘り込むことにより、マイクロ波電界強度の強い
領域の基板部分を突起状に形成するものである。このよ
うにして、突起状のリッジ部分８を形成したＬｉＮｂＯ
3基板１の表面上に、バッファ層３を設ける。この際、
突起状のリッジ部分８上の二つのＴｉ熱拡散光導波路２
のうちの一方を、バッファ層３を介して中心導体である
ＣＰＷ電極４の真下に配置し、他方の光導波路２をアー
ス導体であるＣＰＷ電極５の真下に配置する構成とす
る。図３（ａ）、（ｂ）に示したＴｉ熱拡散ＬｉＮｂＯ
3光変調器では、ＣＰＷ電極４および５の厚みをある程
度厚くして、マイクロ波実効屈折率ｎmの値を下げる一
方、その時に付随して低下する特性インピーダンスＺ
を、リッジ構造の掘り込み深さを３μｍ〜４μｍと深く
することにより上昇させ、これにより外部回路とのイン
ピーダンスの整合を図っている。特に、リッジ構造を採
用しているので、マイクロ波実効屈折率ｎmも低下して
おり、したがってマイクロ波と光との完全な速度整合を
実現するのに必要なＣＰＷ電極４、５の厚みは、掘り込
みのない場合に比べて薄くてもよい。したがって、進行
波電極であるＣＰＷ電極４、５の厚みを厚くすることに
よって生じる特性インピーダンスＺの低下も小さく抑え
ることができると共に、進行波電極であるＣＰＷ電極４
および５の作製も容易となり、さらには、マイクロ波伝
搬損失の増大を抑えることができるなどの利点が得られ
る。図３（ａ）、（ｂ）に示したＴｉ熱拡散ＬｉＮｂＯ
3光変調器は、一例として次の図４（ａ）〜（ｆ）に示
すプロセスで作製される。なお、図４は従来のリッジ構
造の光導波路の作製過程を基板の断面状態により示した
ものである。図４（ａ）は、ＬｉＮｂＯ3基板１上に、
Ｔｉ熱拡散光導波路２が形成され状態を示す。これに、
厚さ１μｍ程度のＴｉ膜９を全面に形成し〔図４
（ｂ）〕、通常のフォトプロセスにより掘り込み部分が
溝となったレジストパターン１０をＴｉ膜９上に形成す
る〔図４（ｃ）〕。その後、レジストパターン１０をマ
スクとして、ＬｉＮｂＯ3基板１上のＴｉ膜９を、ＣＦ4
ガスプラズマ１２等を用いたプラズマエッチング法でエ
ッチングし、フォトレジストを溶解することによって、
レジストパターンと同形のＴｉパターン１１を得る〔図
４（ｄ）〕。このＴｉパターン１１をマスクとして、ア
ルゴンおよびフッ素系のイオンビーム１３を用いたイオ
ンビームエッチング法等でＬｉＮｂＯ3基板１をエッチ
ングし〔図４（ｅ）〕、Ｔｉ膜９をフッ酸等で溶解する
ことにより、図４（ｆ）に示したような高さ数μｍの突
起したリッジ部分８を有するリッジ構造の光導波路を作
製していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のリッジ構造の光
導波路の作製方法において、エッチングマスクとして蒸
着法で形成したＴｉ薄膜を用いている。Ｔｉ薄膜は各種
基板との密着性が高く、アルゴンイオンに対するスパッ
タ率が低く、フッ素系ガスを用いたプラズマエッチング
により比較的容易にパターニングできるなどの特長を有
している。しかし、Ｔｉ薄膜を１μｍ程度に厚くしてパ
ターニングすると、Ｔｉパターンのエッジの凹凸が大き
くなる。その結果、Ｔｉパターンをエッチングマスクと
して基板をエッチングすると、リッジ部側壁に凸凹（で
こぼこ）が転写され、上述した光制御回路の例では、光
導波路の伝搬損失が増大するという問題がある。本発明
者らは、上記問題点を解決するために鋭意研究した結
果、Ｔｉパターンのエッジの凹凸は、Ｔｉ薄膜の形成時
に、Ｔｉの微結晶が薄膜中に形成されることが原因であ
ることを見出した。その状態を図５（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）は、平面図で
ある図５（ｃ）のＢ−Ｂ断面部を示す。 Ｔｉ薄膜は、
一般に基板温度が室温〜２００℃程度の比較的低温で成
膜するとアモルファスのＴｉ膜９が形成されるが、Ｌｉ
ＮｂＯ3基板１上の凹凸部などを核として微結晶領域１
４が形成される。フォトレジストパターン１０を用い
て、この微結晶領域１４を含むＴｉ膜９をエッチングに
よりパターニングすると、薄膜中に形成された微結晶領
域１４はアモルファス領域のＴｉ膜９に比べてエッチン
グ速度が大きい。その結果、図５（ｂ）および図５
（ｃ）に示すように、サイドエッチが大きく入ったＴｉ
パターンの欠け部１５が形成される。この微結晶領域１
４は、初めに形成された結晶核を基にしてＴｉ膜形成中
のマイグレーションにより急激に結晶が成長するため、
Ｔｉ膜９を厚くするほど微結晶領域１４が大きくなり、
かつその個数が増える。上述した例に示すように、厚さ
１μｍ程度のＴｉ膜９を形成する場合には、微結晶領域
１４は数μｍ程度にも達する。そのため、Ｔｉパターン
のサイドエッチが大きくなり、リッジ側壁の凸凹が大き
くなり光導波路の伝搬損失が増大するという問題があっ
た。
導波路の作製方法において、エッチングマスクとして蒸
着法で形成したＴｉ薄膜を用いている。Ｔｉ薄膜は各種
基板との密着性が高く、アルゴンイオンに対するスパッ
タ率が低く、フッ素系ガスを用いたプラズマエッチング
により比較的容易にパターニングできるなどの特長を有
している。しかし、Ｔｉ薄膜を１μｍ程度に厚くしてパ
ターニングすると、Ｔｉパターンのエッジの凹凸が大き
くなる。その結果、Ｔｉパターンをエッチングマスクと
して基板をエッチングすると、リッジ部側壁に凸凹（で
こぼこ）が転写され、上述した光制御回路の例では、光
導波路の伝搬損失が増大するという問題がある。本発明
者らは、上記問題点を解決するために鋭意研究した結
果、Ｔｉパターンのエッジの凹凸は、Ｔｉ薄膜の形成時
に、Ｔｉの微結晶が薄膜中に形成されることが原因であ
ることを見出した。その状態を図５（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）に示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）は、平面図で
ある図５（ｃ）のＢ−Ｂ断面部を示す。 Ｔｉ薄膜は、
一般に基板温度が室温〜２００℃程度の比較的低温で成
膜するとアモルファスのＴｉ膜９が形成されるが、Ｌｉ
ＮｂＯ3基板１上の凹凸部などを核として微結晶領域１
４が形成される。フォトレジストパターン１０を用い
て、この微結晶領域１４を含むＴｉ膜９をエッチングに
よりパターニングすると、薄膜中に形成された微結晶領
域１４はアモルファス領域のＴｉ膜９に比べてエッチン
グ速度が大きい。その結果、図５（ｂ）および図５
（ｃ）に示すように、サイドエッチが大きく入ったＴｉ
パターンの欠け部１５が形成される。この微結晶領域１
４は、初めに形成された結晶核を基にしてＴｉ膜形成中
のマイグレーションにより急激に結晶が成長するため、
Ｔｉ膜９を厚くするほど微結晶領域１４が大きくなり、
かつその個数が増える。上述した例に示すように、厚さ
１μｍ程度のＴｉ膜９を形成する場合には、微結晶領域
１４は数μｍ程度にも達する。そのため、Ｔｉパターン
のサイドエッチが大きくなり、リッジ側壁の凸凹が大き
くなり光導波路の伝搬損失が増大するという問題があっ
た。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消し、マスク層のサイドエッチを抑制して滑ら
かなリッジ側壁を実現することができ、伝搬損失の低い
光導波路の作製が可能なエッチングマスク層を形成する
パターン作製方法を提供することにある。
題点を解消し、マスク層のサイドエッチを抑制して滑ら
かなリッジ側壁を実現することができ、伝搬損失の低い
光導波路の作製が可能なエッチングマスク層を形成する
パターン作製方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、基板表面の一部分をエッチングして、該基
板上に突起形状のリッジパターンを形成するパターン作
製方法であって、上記基板上に、エッチングマスク層で
ある金属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料より
なる薄膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介し
て上記金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回
繰り返し積層する工程と、上記積層した薄膜層をレジス
トパターンを用いてエッチングすることにより、設定の
パターンを有するエッチングマスク層を形成する工程を
含むパターン作製方法とするものである。また、本発明
は請求項２に記載のように、請求項１において、基板上
のリッジパターンに光導波路を形成したパターン作製方
法とするものである。また、本発明は請求項３に記載の
ように、請求項１または請求項２において、エッチング
マスク層を形成する工程は、一度のエッチングプロセス
で行うパターン作製方法とするものである。また、本発
明は請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３
のいずれか１項において、基板は、ニオブ酸リチウム、
シリコンもしくはガリウム・ヒ素からなり、金属材料よ
りなる薄膜層は、チタン、タンタル、ニッケルのうちよ
り選択される少なくとも１種からなり、酸化物材料より
なる薄膜層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2等）、酸化アルミ
ニウム（Ａｌ2Ｏ3等）、酸化チタン（ＴｉＯ2等）のう
ちより選択される少なくとも１種からなるパターン作製
方法とするものである。
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、基板表面の一部分をエッチングして、該基
板上に突起形状のリッジパターンを形成するパターン作
製方法であって、上記基板上に、エッチングマスク層で
ある金属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料より
なる薄膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介し
て上記金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回
繰り返し積層する工程と、上記積層した薄膜層をレジス
トパターンを用いてエッチングすることにより、設定の
パターンを有するエッチングマスク層を形成する工程を
含むパターン作製方法とするものである。また、本発明
は請求項２に記載のように、請求項１において、基板上
のリッジパターンに光導波路を形成したパターン作製方
法とするものである。また、本発明は請求項３に記載の
ように、請求項１または請求項２において、エッチング
マスク層を形成する工程は、一度のエッチングプロセス
で行うパターン作製方法とするものである。また、本発
明は請求項４に記載のように、請求項１ないし請求項３
のいずれか１項において、基板は、ニオブ酸リチウム、
シリコンもしくはガリウム・ヒ素からなり、金属材料よ
りなる薄膜層は、チタン、タンタル、ニッケルのうちよ
り選択される少なくとも１種からなり、酸化物材料より
なる薄膜層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2等）、酸化アルミ
ニウム（Ａｌ2Ｏ3等）、酸化チタン（ＴｉＯ2等）のう
ちより選択される少なくとも１種からなるパターン作製
方法とするものである。
【０００６】本発明のパターン作製方法は、請求項１に
記載のように、基板上に、エッチングマスク層である金
属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料よりなる薄
膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介して上記
金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回繰り返
し積層し、積層した薄膜層をレジストパターンを用いて
エッチングすることにより、設定のパターンを有するエ
ッチングマスク層を形成するパターン作製方法としてい
るため、例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上に、金属材料によ
り構成される薄膜層（例えばＴｉ薄膜層）を形成した
後、その上に酸化物材料により構成される中間薄膜層
（例えばＳｉＯ2薄膜層）を薄く形成し、さらにその上
に、再び、上記Ｔｉ薄膜層を形成すると、このＴｉ薄膜
層内に形成される微結晶の成長は上記中間薄膜層である
ＳｉＯ2膜によって抑制できるので、これによりＴｉパ
ターンのサイドエッチを抑止することができるため、側
壁が滑らかなリッジ構造の伝搬損失の低い光導波路を作
製できる効果がある。また、請求項２に記載のように、
例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上のリッジパターン形成部分
に光導波路を設けた基板を用いているので、その光導波
路の上部に、リッジ側壁が滑らかで伝搬損失の低い高性
能の光導波路を歩留まり良く作製できる効果がある。ま
た、請求項３に記載のように、例えば、ＳｉＯ2中間薄
膜層のエッチングも、積層したＴｉ薄膜層のエッチング
と同時にＣＦ4ガス等を用いて行うことができるので、
一度のエッチングプロセスでエッチングマスク層を作製
することが可能となり、パターン作製の効率をいっそう
向上できる効果がある。また、請求項４に記載のよう
に、基板として、ニオブ酸リチウムの他に、シリコンも
しくはガリウム・ヒ素を用いることができ、また、金属
材料よりなる薄膜層（マスク材料）は、チタンの他に、
タンタルまたはニッケルを用いることができ、さらに、
酸化物材料よりなる中間薄膜層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ
2等）の他に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3等）、酸化
チタン（ＴｉＯ2等）を用いることができるので、エッ
チングマスク層の利用範囲をいっそう拡大できる効果が
ある。
記載のように、基板上に、エッチングマスク層である金
属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料よりなる薄
膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介して上記
金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回繰り返
し積層し、積層した薄膜層をレジストパターンを用いて
エッチングすることにより、設定のパターンを有するエ
ッチングマスク層を形成するパターン作製方法としてい
るため、例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上に、金属材料によ
り構成される薄膜層（例えばＴｉ薄膜層）を形成した
後、その上に酸化物材料により構成される中間薄膜層
（例えばＳｉＯ2薄膜層）を薄く形成し、さらにその上
に、再び、上記Ｔｉ薄膜層を形成すると、このＴｉ薄膜
層内に形成される微結晶の成長は上記中間薄膜層である
ＳｉＯ2膜によって抑制できるので、これによりＴｉパ
ターンのサイドエッチを抑止することができるため、側
壁が滑らかなリッジ構造の伝搬損失の低い光導波路を作
製できる効果がある。また、請求項２に記載のように、
例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上のリッジパターン形成部分
に光導波路を設けた基板を用いているので、その光導波
路の上部に、リッジ側壁が滑らかで伝搬損失の低い高性
能の光導波路を歩留まり良く作製できる効果がある。ま
た、請求項３に記載のように、例えば、ＳｉＯ2中間薄
膜層のエッチングも、積層したＴｉ薄膜層のエッチング
と同時にＣＦ4ガス等を用いて行うことができるので、
一度のエッチングプロセスでエッチングマスク層を作製
することが可能となり、パターン作製の効率をいっそう
向上できる効果がある。また、請求項４に記載のよう
に、基板として、ニオブ酸リチウムの他に、シリコンも
しくはガリウム・ヒ素を用いることができ、また、金属
材料よりなる薄膜層（マスク材料）は、チタンの他に、
タンタルまたはニッケルを用いることができ、さらに、
酸化物材料よりなる中間薄膜層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ
2等）の他に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3等）、酸化
チタン（ＴｉＯ2等）を用いることができるので、エッ
チングマスク層の利用範囲をいっそう拡大できる効果が
ある。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を引用し、さらに詳細に説明する。図１（ａ）〜
（ｆ）は、本発明による光制御素子の作製手順を示す工
程図である。図において、図１（ａ）は、ＬｉＮｂＯ3
基板１上に、Ｔｉ熱拡散光導波路２が形成されたもので
ある。これに、厚さ５００ｎｍ程度のＴｉ膜９ａ、厚さ
１００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜１４、厚さ５００ｎｍ程度
のＴｉ膜９ｂを、それぞれ順次形成した〔図１
（ｂ）〕。次に、通常のフォトプロセスにより掘り込み
部分を溝としたフォトレジストパターン１０をＴｉ膜９
ｂ上に形成した〔図１（ｃ）〕。その後、ＬｉＮｂＯ3
基板１上のＳｉＯ2膜１６およびＴｉ膜９ａ、９ｂを、
ＣＦ4プラズマ１２を用いたプラズマエッチング法等に
よりエッチングし、フォトレジストを溶解し除去するこ
とによって、フォトレジストパターン１０と同形のＴｉ
パターン１１ａ、１１ｂ、およびＳｉＯ2パターン１７
を得た。これを、アルゴンおよびフッ素系イオンビーム
１３を用いたイオンビームエッチング法などでエッチン
グし〔図１（ｅ）〕、Ｔｉパターン１１ａ、１１ｂ、お
よびＳｉＯ2パターン１７をフッ酸で溶解することによ
り、〔図１（ｆ）〕に示すように、突起したリッジ部分
８を有するリッジ構造の光導波路を作製した。図２
（ａ）〜（ｃ）にリッジ構造の詳細を示す。なお、図２
（ａ）、（ｂ）は、平面図である図２（ｃ）のＢ−Ｂ断
面部を示す。図２（ａ）〜（ｃ）において、ＬｉＮｂＯ
3基板１の上に、第一のＴｉ膜９ａ、ＳｉＯ2膜１６、さ
らに第二のＴｉ膜９ｂが形成されており、Ｔｉ膜９ａ、
９ｂ中には微結晶領域１８が生成されている。従来の手
順と異なるところは、途中にＳｉＯ2膜１６が挾まれて
いるので、Ｔｉ膜９ｂ中の微結晶の成長は、ＳｉＯ2膜
１６の界面でいったん停止する。そのため、微結晶領域
１８の成長を抑制することが可能となり、図２（ｃ）に
示すように、Ｔｉパターンの欠け部１９を、従来例の図
５（ｃ）で示したＴｉパターンの欠け部１５よりも大幅
に小さくすることができ、側壁が滑らかな伝搬損失の低
いリッジ構造の光導波路を作製することが可能となる。
ここで、例えば電子ビーム蒸着法を用いると、第一のＴ
ｉ膜９ａの成膜の直後に、ＳｉＯ2膜１６、続いて、さ
らに第二のＴｉ膜９ｂを同一の装置、かつ同一のバッチ
で形成することができる。また、ＳｉＯ2膜１６のエッ
チングも、Ｔｉ膜９ａおよび９ｂのエッチングと同時
に、ＣＦ4（四フッ化炭素）ガスのＣＦ4プラズマ１２を
用いて行うことができ、さらに、エッチングマスク層の
除去もフッ酸で同時に行うことが可能である。したがっ
て、本発明の光制御素子の作製方法では、ＳｉＯ2膜１
６の形成プロセスが新たに加わる外は、従来と全く同じ
装置、およびプロセスでリッジパターンを作製できるメ
リットがある。上記実施の形態では、ｚ軸カットのＬｉ
ＮｂＯ3基板を用いたが、ｘ軸カットのＬｉＮｂＯ3基板
を用いても良いし、その他の基板、例えばＳｉ基板やＧ
ａＡｓ基板を用いても良い。エッチングマスク層の金属
材料よりなる薄膜層としては、Ｔｉの他に、微結晶が生
じ易いＴａやＮｉ等の他の金属膜を用いても良い。ま
た、酸化物材料よりなる中間薄膜層としては、ＳｉＯ2
等の酸化ケイ素の他に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ
3等）や酸化チタン（ＴｉＯ2等）の薄膜を用いることが
できる。上記実施の形態では、エッチングマスク層の金
属材料よりなる薄膜層として、膜厚が５００ｎｍ程度の
Ｔｉ膜を用いる例を挙げたが、この金属材料よりなる薄
膜層の膜厚は、エッチングマスク層全体の膜厚（例え
ば、１μｍ）から適宜設定することができ、２００ｎｍ
〜７００ｎｍ程度が好ましい。膜厚が２００ｎｍ未満と
なると、例えば１μｍ程度の厚さのマスク層を設定する
と、積層回数が多くなり、成膜に長時間かかり、また、
７００ｎｍを超えると、微結晶領域が成長して大きくな
り易く、また微結晶領域の数が増加し、リッジ側壁の凸
凹が大きくなるので好ましくない。また、酸化物材料よ
りなる中間薄膜層として、膜厚が１００ｎｍ程度のＳｉ
Ｏ2膜を用いる例を挙げたが、これもエッチングマスク
層全体の膜厚から適宜設定することができるが、１０ｎ
ｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。膜厚が１０ｎｍ未満で
は薄膜に欠陥が生じ易いので微結晶領域の成長を抑制す
る効果が少なく、また、２００ｎｍを超えるとエッチン
グ抵抗が増加し、一度のエッチングプロセスでパターニ
ングすることが難しくなる。
て図面を引用し、さらに詳細に説明する。図１（ａ）〜
（ｆ）は、本発明による光制御素子の作製手順を示す工
程図である。図において、図１（ａ）は、ＬｉＮｂＯ3
基板１上に、Ｔｉ熱拡散光導波路２が形成されたもので
ある。これに、厚さ５００ｎｍ程度のＴｉ膜９ａ、厚さ
１００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜１４、厚さ５００ｎｍ程度
のＴｉ膜９ｂを、それぞれ順次形成した〔図１
（ｂ）〕。次に、通常のフォトプロセスにより掘り込み
部分を溝としたフォトレジストパターン１０をＴｉ膜９
ｂ上に形成した〔図１（ｃ）〕。その後、ＬｉＮｂＯ3
基板１上のＳｉＯ2膜１６およびＴｉ膜９ａ、９ｂを、
ＣＦ4プラズマ１２を用いたプラズマエッチング法等に
よりエッチングし、フォトレジストを溶解し除去するこ
とによって、フォトレジストパターン１０と同形のＴｉ
パターン１１ａ、１１ｂ、およびＳｉＯ2パターン１７
を得た。これを、アルゴンおよびフッ素系イオンビーム
１３を用いたイオンビームエッチング法などでエッチン
グし〔図１（ｅ）〕、Ｔｉパターン１１ａ、１１ｂ、お
よびＳｉＯ2パターン１７をフッ酸で溶解することによ
り、〔図１（ｆ）〕に示すように、突起したリッジ部分
８を有するリッジ構造の光導波路を作製した。図２
（ａ）〜（ｃ）にリッジ構造の詳細を示す。なお、図２
（ａ）、（ｂ）は、平面図である図２（ｃ）のＢ−Ｂ断
面部を示す。図２（ａ）〜（ｃ）において、ＬｉＮｂＯ
3基板１の上に、第一のＴｉ膜９ａ、ＳｉＯ2膜１６、さ
らに第二のＴｉ膜９ｂが形成されており、Ｔｉ膜９ａ、
９ｂ中には微結晶領域１８が生成されている。従来の手
順と異なるところは、途中にＳｉＯ2膜１６が挾まれて
いるので、Ｔｉ膜９ｂ中の微結晶の成長は、ＳｉＯ2膜
１６の界面でいったん停止する。そのため、微結晶領域
１８の成長を抑制することが可能となり、図２（ｃ）に
示すように、Ｔｉパターンの欠け部１９を、従来例の図
５（ｃ）で示したＴｉパターンの欠け部１５よりも大幅
に小さくすることができ、側壁が滑らかな伝搬損失の低
いリッジ構造の光導波路を作製することが可能となる。
ここで、例えば電子ビーム蒸着法を用いると、第一のＴ
ｉ膜９ａの成膜の直後に、ＳｉＯ2膜１６、続いて、さ
らに第二のＴｉ膜９ｂを同一の装置、かつ同一のバッチ
で形成することができる。また、ＳｉＯ2膜１６のエッ
チングも、Ｔｉ膜９ａおよび９ｂのエッチングと同時
に、ＣＦ4（四フッ化炭素）ガスのＣＦ4プラズマ１２を
用いて行うことができ、さらに、エッチングマスク層の
除去もフッ酸で同時に行うことが可能である。したがっ
て、本発明の光制御素子の作製方法では、ＳｉＯ2膜１
６の形成プロセスが新たに加わる外は、従来と全く同じ
装置、およびプロセスでリッジパターンを作製できるメ
リットがある。上記実施の形態では、ｚ軸カットのＬｉ
ＮｂＯ3基板を用いたが、ｘ軸カットのＬｉＮｂＯ3基板
を用いても良いし、その他の基板、例えばＳｉ基板やＧ
ａＡｓ基板を用いても良い。エッチングマスク層の金属
材料よりなる薄膜層としては、Ｔｉの他に、微結晶が生
じ易いＴａやＮｉ等の他の金属膜を用いても良い。ま
た、酸化物材料よりなる中間薄膜層としては、ＳｉＯ2
等の酸化ケイ素の他に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ
3等）や酸化チタン（ＴｉＯ2等）の薄膜を用いることが
できる。上記実施の形態では、エッチングマスク層の金
属材料よりなる薄膜層として、膜厚が５００ｎｍ程度の
Ｔｉ膜を用いる例を挙げたが、この金属材料よりなる薄
膜層の膜厚は、エッチングマスク層全体の膜厚（例え
ば、１μｍ）から適宜設定することができ、２００ｎｍ
〜７００ｎｍ程度が好ましい。膜厚が２００ｎｍ未満と
なると、例えば１μｍ程度の厚さのマスク層を設定する
と、積層回数が多くなり、成膜に長時間かかり、また、
７００ｎｍを超えると、微結晶領域が成長して大きくな
り易く、また微結晶領域の数が増加し、リッジ側壁の凸
凹が大きくなるので好ましくない。また、酸化物材料よ
りなる中間薄膜層として、膜厚が１００ｎｍ程度のＳｉ
Ｏ2膜を用いる例を挙げたが、これもエッチングマスク
層全体の膜厚から適宜設定することができるが、１０ｎ
ｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。膜厚が１０ｎｍ未満で
は薄膜に欠陥が生じ易いので微結晶領域の成長を抑制す
る効果が少なく、また、２００ｎｍを超えるとエッチン
グ抵抗が増加し、一度のエッチングプロセスでパターニ
ングすることが難しくなる。
【０００８】
【発明の効果】本発明のパターン作製方法は、請求項１
に記載のように、基板上に、エッチングマスク層である
金属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料よりなる
薄膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介して上
記金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回繰り
返し積層し、積層した薄膜層をレジストパターンを用い
てエッチングすることにより、設定のパターンを有する
エッチングマスク層を形成するパターン作製方法として
いるため、例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上に、金属材料に
より構成される薄膜層（例えばＴｉ薄膜層）を形成した
後、その上に酸化物材料により構成される中間薄膜層
（例えばＳｉＯ2薄膜層）を薄く形成し、さらにその上
に、再び、上記Ｔｉ薄膜層を形成すると、このＴｉ薄膜
層内の微結晶の成長を、上記中間薄膜層であるＳｉＯ2
膜により抑制することができるため、これによりＴｉパ
ターンのサイドエッチを抑止することができ、側壁が滑
らかなリッジ構造の伝搬損失の低い光導波路を作製でき
る効果がある。また、請求項２に記載のように、例え
ば、ＬｉＮｂＯ3基板上のリッジパターン部分に光導波
路を形成した基板を用いるので、その上部にリッジ側壁
が滑らかで伝搬損失の低い高性能の光導波路を歩留まり
良く作製できる。また、請求項３に記載のように、例え
ば、ＳｉＯ2中間薄膜層のエッチングも、積層したＴｉ
薄膜層のエッチングと同時にＣＦ4ガス等を用いて行う
ことができるので、エッチングマスク層の形成が簡易と
なり、パターン作製の効率が向上する。また、請求項４
に記載のように、基板として、ニオブ酸リチウムの他
に、シリコンもしくはガリウム・ヒ素を用いることがで
き、また、マスク材料（金属材料よりなる薄膜層）とし
てチタンの他に、タンタルまたはニッケルを用いること
ができ、さらに、中間薄膜層（酸化物材料よりなる中間
層）として酸化ケイ素（ＳｉＯ2等）の他に、酸化アル
ミニウム（Ａｌ2Ｏ3等）または酸化チタン（ＴｉＯ
2等）を用いることができるので、エッチングマスク層
の利用範囲をいっそう拡大することができる。
に記載のように、基板上に、エッチングマスク層である
金属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料よりなる
薄膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介して上
記金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回繰り
返し積層し、積層した薄膜層をレジストパターンを用い
てエッチングすることにより、設定のパターンを有する
エッチングマスク層を形成するパターン作製方法として
いるため、例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上に、金属材料に
より構成される薄膜層（例えばＴｉ薄膜層）を形成した
後、その上に酸化物材料により構成される中間薄膜層
（例えばＳｉＯ2薄膜層）を薄く形成し、さらにその上
に、再び、上記Ｔｉ薄膜層を形成すると、このＴｉ薄膜
層内の微結晶の成長を、上記中間薄膜層であるＳｉＯ2
膜により抑制することができるため、これによりＴｉパ
ターンのサイドエッチを抑止することができ、側壁が滑
らかなリッジ構造の伝搬損失の低い光導波路を作製でき
る効果がある。また、請求項２に記載のように、例え
ば、ＬｉＮｂＯ3基板上のリッジパターン部分に光導波
路を形成した基板を用いるので、その上部にリッジ側壁
が滑らかで伝搬損失の低い高性能の光導波路を歩留まり
良く作製できる。また、請求項３に記載のように、例え
ば、ＳｉＯ2中間薄膜層のエッチングも、積層したＴｉ
薄膜層のエッチングと同時にＣＦ4ガス等を用いて行う
ことができるので、エッチングマスク層の形成が簡易と
なり、パターン作製の効率が向上する。また、請求項４
に記載のように、基板として、ニオブ酸リチウムの他
に、シリコンもしくはガリウム・ヒ素を用いることがで
き、また、マスク材料（金属材料よりなる薄膜層）とし
てチタンの他に、タンタルまたはニッケルを用いること
ができ、さらに、中間薄膜層（酸化物材料よりなる中間
層）として酸化ケイ素（ＳｉＯ2等）の他に、酸化アル
ミニウム（Ａｌ2Ｏ3等）または酸化チタン（ＴｉＯ
2等）を用いることができるので、エッチングマスク層
の利用範囲をいっそう拡大することができる。
【図１】本発明の実施の形態で例示したリッジ構造の光
制御素子の作製方法を示す工程図。
制御素子の作製方法を示す工程図。
【図２】本発明の実施の形態で例示したリッジ構造の詳
細を示す図。
細を示す図。
【図３】従来のリッジ構造の光制御素子の構成を示す模
式図。
式図。
【図４】従来のリッジ構造の光制御素子の作製方法を示
す工程図。
す工程図。
【図５】従来のリッジ構造の詳細を示す図。
１…ＬｉＮｂＯ3基板 ２…Ｔｉ熱拡散光導波路 ３…バッファ層 ４…ＣＰＷ電極 ５…ＣＰＷ電極 ６…終端抵抗 ７…給電線 ８…リッジ部分 ９…Ｔｉ膜 ９ａ…Ｔｉ膜 ９ｂ…Ｔｉ膜 １０…フォトレジストパターン １１…Ｔｉパターン １１ａ…Ｔｉパターン １１ｂ…Ｔｉパターン １２…ＣＦ4プラズマ １３…アルゴンおよびフッ素系イオンビーム １４…微結晶領域 １５…Ｔｉパターンの欠け部 １６…ＳｉＯ2膜 １７…ＳｉＯ2パターン １８…微結晶領域 １９…Ｔｉパターンの欠け部 ２０…エッチング部分
Claims (4)
- 【請求項１】基板表面の一部分をエッチングして、該基
板上に突起形状のリッジパターンを形成するパターン作
製方法であって、上記基板上に、エッチングマスク層で
ある金属材料よりなる薄膜層を形成し、該金属材料より
なる薄膜層上に、酸化物材料よりなる中間薄膜層を介し
て上記金属材料よりなる薄膜層を１回、もしくは複数回
繰り返し積層する工程と、上記積層した薄膜層をレジス
トパターンを用いてエッチングすることにより、設定の
パターンを有するエッチングマスク層を形成する工程を
含むことを特徴とするパターン作製方法。 - 【請求項２】請求項１において、基板上のリッジパター
ンに光導波路を形成してなることを特徴とするパターン
作製方法。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、エッチ
ングマスク層を形成する工程は、一度のエッチングプロ
セスで行うことを特徴とするパターン作製方法。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
おいて、基板は、ニオブ酸リチウム、シリコンもしくは
ガリウム・ヒ素からなり、金属材料よりなる薄膜層は、
チタン、タンタル、ニッケルのうちより選択される少な
くとも１種からなり、酸化物材料よりなる薄膜層は、酸
化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンのうちより選
択される少なくとも１種からなることを特徴とするパタ
ーン作製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29066797A JP3179745B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | パターン作製方法 |
| KR1019980031149A KR19990023275A (ko) | 1997-08-01 | 1998-07-31 | 포토레지스트 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29066797A JP3179745B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | パターン作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125728A true JPH11125728A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3179745B2 JP3179745B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=17758943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29066797A Expired - Lifetime JP3179745B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-10-23 | パターン作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3179745B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021157064A (ja) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | Tdk株式会社 | 光変調器の製造方法及びこれに用いるフォトマスク |
-
1997
- 1997-10-23 JP JP29066797A patent/JP3179745B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021157064A (ja) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | Tdk株式会社 | 光変調器の製造方法及びこれに用いるフォトマスク |
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|---|---|
| JP3179745B2 (ja) | 2001-06-25 |
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