JP2007101642A - 光変調器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
薄板化された基板を利用した光変調器の製造に際し、研磨工程中や研磨工程後の基板の検査や状態測定を正確に行えると共に、基板の研磨用冶具からの取外しに際し、基板の損傷を抑制することが可能な光変調器の製造方法を提供すること。
【解決手段】
電気光学効果を有する基板１で形成され、厚みが５０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路２と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器の製造方法において、該基板の一方の面上に反射膜１０を形成する反射膜形成工程と、該反射膜が形成されていない基板面を研磨する研磨工程と、該研磨工程中又は該研磨工程終了後、研磨されている面側から光Ａを照射し、該反射膜からの反射光Ｃを利用して該基板の検査又は該基板の状態を測定する検査測定工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光変調器及びその製造方法に関し、特に、電気光学効果を有する基板で形成され、厚みが５０μｍ以下の薄板を用いた光変調器に関する。

従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器などの光変調器が多用されている。
光変調周波数の広帯域化を実現するためには、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合を図ることが重要であり、これまでに、様々な方法が考案されている。具体例を挙げれば、バッファ層の厚膜化、電極の高アスペクト化やリッジ構造などがこれにあたる。

また、以下の特許文献１又は２においては、３０μｍ以下の厚みを有する極めて薄い基板（以下、「第１基板」という。）に、光導波路並びに変調電極を組み込み、第１基板より誘電率の低い他の基板を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行われている。
特開昭６４−１８１２１号公報 特開２００３−２１５５１９号公報

これらのように、薄板化された第１基板を用いることで、光変調器の設計自由度が飛躍的に高まり、例えばバッファ層を用いずとも、広帯域かつ低駆動電圧の光変調器などが作製可能となる。またさらに、マイクロ波の伝搬速度低減の観点からは、誘電率の低い材料を基板に用いることと同義に、第１基板を具体的には１５０μｍ以下とすることで、特に２６ＧＨｚ以上の領域においてマイクロ波自身の誘電体損（ｔａｎδ）の影響を低減できることが以下の非特許文献１により公開され、光変調器の広帯域化に適用されている。
Y.Yamane et.al., "Investigation of sandblast machining techniques for broadband LN modulators", Sumitomo Osaka Cement Technical report 2002, pp49-54 (2003)

他方、図１に示すように、基板を薄板化する方法としては、基板１をワックスなどの固定媒体４を介して研磨用冶具３に固定し、基板1の固定されていない方の面を研磨することで、基板の厚みを薄く形成している。
また、適正な薄板を成形するには、研磨中又は研磨終了後に、基板の割れや傷の検出を行うこと、さらには、基板の厚みや研磨面の平滑度などのように、基板の状態を正確に測定することが必要である。このため、図１に示すように光Ａを基板１に照射して基板の検査や基板の状態測定が行われている。

しかしながら、基板１に照射した光Ａ（図１に一点鎖線で示す）は、基板の上面から反射する光Ｂ、基板の下面で反射する光Ｃ、及び研磨用冶具の表面で反射する光Ｄの３つの反射光を形成する。基板の検査や基板の状態を測定するために必要な反射光は、反射光Ｂと反射光Ｃのみであるが、例えば、基板１としてニオブ酸リチウム（ＬＮ）、固定媒体としてワックス、研磨用冶具の素材としてＳＵＳを使用した場合には、反射光の大部分は反射光Ｄであり、特に反射光Ｃは、他の反射光と比較し極めて少ない光量となる。しかも、研磨用冶具の表面は、固定媒体との結着性を高めるため鏡面状態では無く、反射光Ｄは散乱光となり、検査や状態測定においては大きなノイズとなる。

また、５０μｍ以下という極めて薄い状態の薄板は、機械的衝撃に極めて弱く、研磨用冶具から取り外す際に、容易に破損する危険性がある。しかも、光導波路２が形成されている部分は、それ以外の薄板の部分と比較して物性が異なるため、機械的応力が集中し易く、損傷を受け易いという欠点がある。光変調器において光導波路に発生する損傷は、光変調器の性能を大きく左右し、極めて重要な問題といえる。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、薄板化された基板を利用した光変調器の製造に際し、研磨工程中や研磨工程後の基板の検査や状態測定を正確に行えると共に、基板の研磨用冶具からの取外しに際し、基板の損傷を抑制することが可能な光変調器の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板で形成され、厚みが５０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器の製造方法において、該基板の一方の面上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、該反射膜が形成されていない基板面を研磨する研磨工程と、該研磨工程中又は該研磨工程終了後、研磨されている面側から光を照射し、該反射膜からの反射光を利用して該基板の検査又は該基板の状態を測定する検査測定工程とを有することを特徴とする。
本発明における「反射膜」とは、照射光を効率的に反射させるものに限らず、特定波長（単一波長だけでなく、離散的波長、連続波長でも良い。以下同様である）の光を反射させるものや、特定波長を吸収し反射を抑制するものも含むものである。
また、反射膜は、必ずしも基板の全面に形成される必要は無く、少なくとも検査測定工程で必要とする基板面に形成されていれば良い。

請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光変調器の製造方法において、該基板の反射膜を形成した面を固定媒体を介して研磨用冶具に固定することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項２に記載の光変調器の製造方法において、研磨された基板である該薄板を該研磨用冶具から取り外す際に、該固定媒体を軟化させ、該薄板の固定面に平行な方向に該薄板と該研磨用冶具とを相対的に移動させて両者を分離することを特徴とする。
なお、「薄板の固定面」とは、薄板における薄板が研磨用冶具に固定されている側の面を意味する。

請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器の製造方法において、該基板の光導波路が形成された面に、該反射膜を形成することを特徴とする。

請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器の製造方法において、該反射膜を形成する材料は、Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕの少なくとも一つを含むことを特徴とする。

請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器の製造方法において、該反射膜は、該基板の一方の面上に形成されたバッファ層の上に形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板で形成され、厚みが５０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器の製造方法において、該基板の一方の面上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、該反射膜が形成されていない基板面を研磨する研磨工程と、該研磨工程中又は該研磨工程終了後、研磨されている面側から光を照射し、該反射膜からの反射光を利用して該基板の検査又は該基板の状態を測定する検査測定工程とを有するため、基板に照射された光の反射光が、基板の外表面（表面又は裏面）から反射する反射光のみとすることが可能となり、極めて正確に基板の検査や基板の状態を測定することが可能となる。

請求項２に係る発明により、基板の反射膜を形成した面を固定媒体を介して研磨用冶具に固定するため、ノイズとなる研磨用冶具の表面から反射する反射光を除去することが可能となり、極めて正確に基板の検査や基板の状態を測定することが可能となる。

請求項３に係る発明により、研磨された基板である薄板を研磨用冶具から取り外す際に、固定媒体を軟化させ、該薄板の固定面に平行な方向に該薄板と該研磨用冶具とを相対的に移動させて両者を分離するため、薄板において機械的応力に対し特に脆弱な方向である薄板の面に垂直な方向からの応力の付与を避けることができ、薄板の研磨用冶具からの取外し時の損傷を抑制することができる。
しかも、薄板に形成された反射膜が薄板の固定面を保護する役目を担っているため、より一層、薄板の損傷を抑制することが可能となる。

請求項４に係る発明により、基板の光導波路が形成された面に、反射膜を形成するため、薄板において得に脆弱な光導波路部分を反射膜で保護でき、光導波路部分の損傷を抑制し、光変調器の性能劣化を防止することが可能となる。

請求項５に係る発明により、反射膜を形成する材料は、Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕの少なくとも一つを含むため、基板表面に真空蒸着やメッキ法などで極めて容易に反射膜を形成できると共に、反射光の反射効率を大きく向上させることが可能となる。

請求項６に係る発明により、反射膜は、基板の一方の面上に形成されたバッファ層の上に形成されているため、反射膜が基板上に直接形成される場合と比較し、反射膜の形成時や反射膜の除去時、さらには反射膜から基板への不純物の拡散など、基板に損傷を与える危険性が少なく、優れた薄板を成形することが可能となる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有する基板で形成され、厚みが５０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器の製造方法において、該基板の一方の面上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、該反射膜が形成されていない基板面を研磨する研磨工程と、該研磨工程中又は該研磨工程終了後、研磨されている面側から光を照射し、該反射膜からの反射光を利用して該基板の検査又は該基板の状態を測定する検査測定工程とを有することを特徴とする。

図２に示すように、本発明の主な特徴は、基板１の研磨用冶具に固定される面（固定面）上に反射膜１０を形成し、基板１の上面側から光Ａを照射した際に、基板１から反射される光を、基板の上面から反射される反射光Ｂと基板の下面から反射される反射光Ｃとに制限したことにある。
この構成により、基板の検査や基板の状態を測定する際にノイズとなる、研磨用冶具３の表面からの反射光を除去することができ、検査や測定の精度を向上させることが可能となるものである。

しかも、反射膜１０は、基板１の下面を保護する機能を有し、基板の研磨時や研磨終了後の基板１と研磨用冶具３との取り外しの際に、基板の下面が損傷することを防止している。さらに、基板の下面に光導波路が形成されている場合には、薄板において得に脆弱な光導波路部分を反射膜で保護でき、光導波路部分の損傷を抑制し、光変調器の性能劣化を防止することも可能となる。

図２には図示されていないが、反射膜１０は、基板１の下面に形成されたＳｉＯ_２などのバッファ層の上に形成することも可能である。この場合は、反射膜が基板上に直接形成される場合と比較し、反射膜の形成時や反射膜の除去時、さらには反射膜から基板への不純物の拡散など、基板に損傷を与える危険性が少なく、優れた薄板を成形することが可能となる。

反射膜１０としては、照射光Ａを効率的に反射させるものに限らず、特定波長の光を反射させるものや、特定波長を吸収し反射を抑制するものなど、対象とする基板の種類や、基板検査の種類、さらには測定する基板の状態に応じて種々のものを採用することができる。
例えば、基板自体が透過波長や反射波長に対する波長選択性を有する場合は、選択される波長に合わせて反射効率を調整した材料を選定することが望ましい。また、基板内の比較的大きな割れや傷の検出を行う際には、可能な限り多くの光量を反射することが好ましいため、金属色や白色系の反射光を形成するＡｌ，Ｔｉ，Ａｕなどが好適に利用可能である。また、ミクロン以下の極めて微細な欠陥を発見するためには、波長の短い光に対応する反射膜を利用することがより好ましい。さらに、基板内の状態を観察するには、基板の下面からの反射光を極力抑制するものが好ましい。

基板の厚さを測定する際には、反射光の光量変化を検出して測定する場合は反射光量の大きな反射膜が好ましく、単一波長の光を照射し反射光の変位や干渉縞などを測定する場合には照射光の波長に対する反射特性のみが高い反射膜などを使用することができる。また、基板の研磨された面の平滑度を検査する場合には、求められる平滑度を測定可能な波長を有する光を照射し、該照射光を効率的に反射する反射膜を使用することが好ましい。
なお、一つの基板に設ける反射膜は一種類に限らず、反射膜が配置される基板の面を複数の領域に分割し、検査や測定項目に応じた複数種類の反射膜を配置したり、反射膜を所定のパターン形状に形成することも可能である。反射膜は、少なくとも検査測定工程で必要とする基板面に形成されていれば良い。

電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）結晶が好適に利用される。

光導波路は、基板上にＴｉなどの不純物を熱拡散して形成される。また、図示されていないが、研磨終了後には、薄板上には変調電極が形成される。変調電極の形成方法は、ＴｉやＡｕなどの下地層を蒸着法で形成し、フォトリソグラフィー法により所定の電極パターンを残して下地層をマスクし、電解メッキ法によりＡｕ電極を形成する。その後、フォトレジスト膜や下地層の一部をウェットエッチングにより除去する。
必要に応じて、反射膜にＴｉやＡｕなどを使用し、該反射膜を変調電極の下地層と兼用することも可能である。これにより、製造工程を増やすことなく反射膜を使用した光変調器の製造方法を実現することができる。

次に、光変調器の薄板を製造する方法について説明する。
図３は、薄板の製造方法を示した一つの実施例である。
（ａ）基板１を準備し、（ｂ）基板１の表面に光導波路２を形成する。（ｃ）光導波路２を形成した基板の面上に、バッファ層１１及び反射膜１０を順次形成する。

（ｄ）反射膜１０を形成した基板の面を研磨用冶具３の表面に対向させて、ワックスなどの固定媒体４で基板１を研磨用冶具３に固定する。（ｅ）基板１の反射膜が形成されていない基板面を研磨する。研磨工程中又は研磨工程終了後、研磨されている面側から光を照射し、反射膜からの反射光を利用して該基板の検査又は該基板の状態を測定する。

（ｆ）薄板１を研磨用冶具３から取り外す際には、研磨用冶具３などを加熱することにより、固定媒体を加熱し軟化させる。固定媒体が軟化した状態で、矢印Ｅに示すように薄板１の固定面に平行な方向に薄板１を押し、薄板１と研磨用冶具３とを相対的に移動させて両者を分離する。これにより、薄板において機械的応力に対し特に脆弱な方向である薄板の面に垂直な方向からの応力の付与を避け、薄板の損傷を抑制することができる。
しかも、薄板１に形成された反射膜１０が薄板の固定面を保護する役目を担っているため、より一層、薄板の損傷を抑制することが可能となる。

（ｇ）研磨用冶具３から取り外した薄板の状態である。上述したように反射膜１０を変調電極の下地層として使用する場合には、この後、フォトリソグラフィー法により所定の電極パターンを残して下地層をマスクし、電解メッキ法によりＡｕ電極を形成する。さらに、フォトレジスト膜や下地層の一部をウェットエッチングにより除去することとなる。
（ｈ）反射膜１０やバッファ層１１が不要な場合には、全て除去される。

図３は、薄板の製造方法の一例を示したものであり、本発明は図３の方法に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、（ｂ）の光導波路２を形成せず、（ｈ）の薄板１を成形した後に、光導波路を形成することも可能である。

本発明に係る光変調器の製造方法によれば、薄板化された基板を利用した光変調器の製造に際し、研磨工程中や研磨工程後の基板の検査や状態測定を正確に行えると共に、基板の研磨用冶具からの取外しに際し、基板の損傷を抑制することが可能な光変調器の製造方法を提供することが可能となる。

従来の光変調器の製造時における検査測定の状態を示す図である。 本発明に係る光変調器の製造時における検査測定の状態を示す図である。 本発明に係る光変調器の薄板の製造方法を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 光導波路
３ 研磨用冶具
４ 固定媒体
１０ 反射膜
１１ バッファ層

Claims (6)

1. 電気光学効果を有する基板で形成され、厚みが５０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器の製造方法において、
   該基板の一方の面上に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
   該反射膜が形成されていない基板面を研磨する研磨工程と、
   該研磨工程中又は該研磨工程終了後、研磨されている面側から光を照射し、該反射膜からの反射光を利用して該基板の検査又は該基板の状態を測定する検査測定工程とを有することを特徴とする光変調器の製造方法。
2. 請求項１に記載の光変調器の製造方法において、該基板の反射膜を形成した面を固定媒体を介して研磨用冶具に固定することを特徴とする光変調器の製造方法。
3. 請求項２に記載の光変調器の製造方法において、研磨された基板である該薄板を該研磨用冶具から取り外す際に、該固定媒体を軟化させ、該薄板の固定面に平行な方向に該薄板と該研磨用冶具とを相対的に移動させて両者を分離することを特徴とする光変調器の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器の製造方法において、該基板の光導波路が形成された面に、該反射膜を形成することを特徴とする光変調器の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器の製造方法において、該反射膜を形成する材料は、Ａｌ，Ｔｉ，Ａｕの少なくとも一つを含むことを特徴とする光変調器の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器の製造方法において、該反射膜は、該基板の一方の面上に形成されたバッファ層の上に形成されていることを特徴とする光変調器の製造方法。
   

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