JP2008058763A - Method of manufacturing wavelength converting element, and transfer die - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換素子の製造方法及び転写型、特に、周期的な分極反転構造を持つ波長変換素子の製造方法の技術に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion element manufacturing method and a transfer mold, and more particularly to a technique of a wavelength conversion element manufacturing method having a periodic polarization inversion structure.
従来、レーザ光を供給するレーザ光源において、第二高調波発生(Second−Harmonic Generation:SHG)素子等の波長変換素子が用いられている。波長変換素子を用いることで、例えば、容易に入手可能な汎用のレーザを用いて、所望の波長のレーザ光を供給することが可能となる。高い効率での波長変換を可能とするために、従来、擬似位相整合(Quasi Phase Matching:QPM)を用いる波長変換デバイスが開発されている。QPM波長変換デバイスには、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)の分極反転結晶(Periodically Poled Lithium Niobate:PPLN)を用いることができる。QPM波長変換デバイスを製造するための技術としては、例えば、特許文献1に提案されるものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, wavelength conversion elements such as second-harmonic generation (SHG) elements are used in laser light sources that supply laser light. By using the wavelength conversion element, for example, it is possible to supply laser light having a desired wavelength using a general-purpose laser that can be easily obtained. In order to enable wavelength conversion with high efficiency, a wavelength conversion device using quasi phase matching (QPM) has been conventionally developed. For the QPM wavelength conversion device, for example, a polarization inversion crystal (Periodically Poled Lithium Niobate: PPLN) of lithium niobate (LiNbO 3 ) can be used. As a technique for manufacturing the QPM wavelength conversion device, for example, there is one proposed in Patent Document 1.
分極反転構造は、絶縁体の微細なパターンを結晶基板上に形成し、基板へ高電圧を印加することで作成できる。従来の技術では、絶縁体のパターンの形成には、フォトマスクを介したフォトレジストの露光等、フォトリソグラフィ技術が用いられている。高い波長変換効率を実現するには、分極反転結晶の周期構造は均一であることが望ましい。均一な周期構造の分極反転結晶を作成するためには、絶縁体の断面形状を適宜設計し、かつ絶縁体を精度良く形成することが必要となる。しかし、フォトリソグラフィ技術により絶縁体のパターンを形成する場合、断面形状が複雑になるに従い、絶縁体の高精度な形成が困難となる。分極反転結晶を量産するには、所望の断面形状の絶縁体を簡単に作成可能であることが求められる。均一な周期構造の分極反転結晶の作成が困難であることは、高い波長変換効率の波長変換素子を量産する上で問題となる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産するための波長変換素子の製造方法、及びその波長変換素子の製造に用いられる転写型を提供することを目的とする。 The domain-inverted structure can be created by forming a fine pattern of an insulator on a crystal substrate and applying a high voltage to the substrate. In the conventional technique, a photolithography technique such as exposure of a photoresist through a photomask is used to form an insulator pattern. In order to realize high wavelength conversion efficiency, it is desirable that the periodic structure of the domain-inverted crystal is uniform. In order to create a domain-inverted crystal having a uniform periodic structure, it is necessary to appropriately design the cross-sectional shape of the insulator and to form the insulator with high accuracy. However, when an insulator pattern is formed by photolithography technology, it becomes difficult to form the insulator with high accuracy as the cross-sectional shape becomes complicated. In order to mass-produce a domain-inverted crystal, it is required that an insulator having a desired cross-sectional shape can be easily produced. The difficulty in producing a domain-inverted crystal having a uniform periodic structure is a problem in mass-producing wavelength conversion elements with high wavelength conversion efficiency. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can easily produce a polarization-inverted crystal having a uniform periodic structure, and a method for manufacturing a wavelength conversion element for mass-producing wavelength conversion elements with high wavelength conversion efficiency And a transfer mold used for manufacturing the wavelength conversion element.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光学結晶に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、パターンが設けられた転写型のパターンを絶縁層へ転写させるパターン転写工程と、光学結晶に対して絶縁層が形成された側に配置された第1電極と、絶縁層が形成された側とは反対側に配置された第2電極との間に電圧を印加する電圧印加工程と、を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法を提供することができる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, an insulating layer forming step for forming an insulating layer on an optical crystal, and a pattern for transferring a transfer-type pattern provided with the pattern to the insulating layer A voltage is applied between the transfer step, the first electrode disposed on the side where the insulating layer is formed with respect to the optical crystal, and the second electrode disposed on the side opposite to the side where the insulating layer is formed. And a voltage applying step. The method for manufacturing a wavelength conversion element can be provided.
転写型のパターンの転写は、絶縁層に転写型を押し付けることにより行う。転写型を用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いる場合と比較して、絶縁層のパターニングを容易に行うことが可能となる。また、転写型の形状に応じて、絶縁層に形成するパターンを容易に変更することができる。転写型を用いる場合、複雑な断面形状を有するパターンや高いアスペクト比(高さと横幅の比)を有するパターンも精度良くかつ容易に形成することができる。これにより、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産することができる。 The transfer pattern is transferred by pressing the transfer mold against the insulating layer. By using the transfer mold, the insulating layer can be easily patterned as compared with the case of using a photolithography technique. Further, the pattern formed on the insulating layer can be easily changed according to the shape of the transfer mold. When the transfer mold is used, a pattern having a complicated cross-sectional shape and a pattern having a high aspect ratio (height to width ratio) can be formed with high accuracy and ease. As a result, a domain-inverted crystal having a uniform periodic structure can be easily produced, and a wavelength conversion element with high wavelength conversion efficiency can be mass-produced.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、パターンを構成する凸部を有し、凸部の断面が矩形形状を有することが望ましい。これにより、容易に形成可能な転写型を用いて、周期的な分極反転構造を作成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the transfer mold has a convex portion constituting a pattern, and the cross section of the convex portion has a rectangular shape. Thus, a periodic domain-inverted structure can be created using a transfer mold that can be easily formed.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、パターンを構成する凸部を有し、凸部の断面が波形形状を有することが望ましい。これにより、光学結晶上にて電界を集中させる位置を適宜調整し、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the transfer mold has a convex portion constituting a pattern, and a cross section of the convex portion has a corrugated shape. Thereby, the position where the electric field is concentrated on the optical crystal can be appropriately adjusted, and a domain-inverted crystal having a uniform periodic structure can be created.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、パターンを構成する凸部を有し、凸部の断面が段形状を有することが望ましい。これにより、電界を集中させる箇所を増加させることができる。電界を集中させる箇所を増加させ、分極反転核の核密度を向上させることにより、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the transfer mold has a convex portion constituting a pattern, and a cross section of the convex portion has a step shape. Thereby, the location which concentrates an electric field can be increased. By increasing the number of places where the electric field is concentrated and improving the nuclear density of the domain-inverted nuclei, domain-inverted crystals having a uniform periodic structure can be produced.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、パターンを構成する凸部を有し、凸部は、凸部の先端部に形成された複数の凹部を備えることが望ましい。これにより、電界を集中させる箇所を増加させることができる。電界を集中させる箇所を増加させ、分極反転核の核密度を向上させることにより、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the transfer mold has a convex portion constituting the pattern, and the convex portion includes a plurality of concave portions formed at the tip end portion of the convex portion. Thereby, the location which concentrates an electric field can be increased. By increasing the number of places where the electric field is concentrated and improving the nuclear density of the domain-inverted nuclei, domain-inverted crystals having a uniform periodic structure can be produced.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、基板にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層をパターニングするパターニング工程と、レジスト層及び基板をエッチングするエッチング工程と、を経て形成されることが望ましい。これにより、所望の形状のパターンを転写させるための転写型を得られる。 As a preferred embodiment of the present invention, the transfer mold is formed through a resist layer forming step for forming a resist layer on the substrate, a patterning step for patterning the resist layer, and an etching step for etching the resist layer and the substrate. It is desirable that Thereby, a transfer mold for transferring a pattern having a desired shape can be obtained.
また、本発明の好ましい態様としては、パターニング工程において、グレイスケールリソグラフィによりレジスト層を露光することが望ましい。これにより、所望の形状のパターンを転写させるための転写型を得られる。 As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable to expose the resist layer by gray scale lithography in the patterning step. Thereby, a transfer mold for transferring a pattern having a desired shape can be obtained.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、母型上に電鋳層を形成する電鋳層形成工程と、電鋳層から母型を剥離させる剥離工程と、を経て形成されることが望ましい。これにより、所望の形状のパターンを転写させるための転写型を得られる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the transfer mold is formed through an electroformed layer forming step for forming an electroformed layer on the mother die and a peeling step for peeling the mother die from the electroformed layer. Is desirable. Thereby, a transfer mold for transferring a pattern having a desired shape can be obtained.
また、本発明の好ましい態様としては、転写型は、パターンを構成する凸部と、凸部同士の間に形成された溝部とを有し、凸部の幅が溝部の幅以下であることが望ましい。絶縁層のうち転写型の凸部に対応する部分は、パターニングにより取り除かれる。転写型の凸部の幅を適宜決定することにより、光学結晶の自発分極から分極状態が反転した分極反転領域の幅を調整することができる。転写型の凸部の幅を溝部の幅以下とすることで、分極反転領域の幅、及び光学結晶の自発分極のままの非反転領域の幅を略同じとする調整が可能となる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the transfer mold has a convex portion constituting the pattern and a groove portion formed between the convex portions, and the width of the convex portion is equal to or less than the width of the groove portion. desirable. A portion of the insulating layer corresponding to the transfer-type convex portion is removed by patterning. By appropriately determining the width of the transfer-type convex portion, the width of the domain-inverted region where the polarization state is inverted from the spontaneous polarization of the optical crystal can be adjusted. By making the width of the transfer-type convex part equal to or less than the width of the groove part, the width of the domain-inverted region and the width of the non-inverted region of the optical crystal that remains spontaneously polarized can be adjusted to be substantially the same.
また、本発明の好ましい態様としては、凸部及び凹部を合わせた幅に対して、凸部の幅が20〜50%を占めることが望ましい。これにより、分極反転領域の幅、及び非反転領域の幅を略同じとする調整ができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the width of the convex portion occupies 20 to 50% with respect to the combined width of the convex portion and the concave portion. Thereby, the width of the domain-inverted region and the width of the non-inverted region can be adjusted to be substantially the same.
また、本発明の好ましい態様としては、パターン転写工程によりパターンが転写された絶縁層を整形する絶縁層整形工程を含むことが望ましい。パターンを構成する凸部の形状を適宜調整することにより、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to include an insulating layer shaping step for shaping the insulating layer to which the pattern has been transferred by the pattern transfer step. A domain-inverted crystal having a uniform periodic structure can be created by appropriately adjusting the shape of the convex portions constituting the pattern.
また、本発明の好ましい態様としては、絶縁層整形工程において、絶縁層を加熱することが望ましい。これにより、絶縁層を適宜整形することができる。 As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable to heat the insulating layer in the insulating layer shaping step. Thereby, an insulating layer can be shape | molded suitably.
また、本発明の好ましい態様としては、絶縁層整形工程において、絶縁層をエッチングすることが望ましい。絶縁層整形工程では、例えば、絶縁層の厚み方向へエッチングを進行させる異方性エッチングを行うことができる。かかる異方性エッチングにより、絶縁層の厚みを調節することができる。また、パターン転写工程で形成された凹部において光学結晶を完全に露出させることができる。光学結晶を完全に露出させることで、電圧印加工程において印加する電圧を低減することが可能となる。 As a preferred embodiment of the present invention, it is desirable to etch the insulating layer in the insulating layer shaping step. In the insulating layer shaping step, for example, anisotropic etching in which etching proceeds in the thickness direction of the insulating layer can be performed. By this anisotropic etching, the thickness of the insulating layer can be adjusted. Further, the optical crystal can be completely exposed in the recess formed in the pattern transfer process. By completely exposing the optical crystal, it is possible to reduce the voltage applied in the voltage application step.
さらに、本発明によれば、上記の波長変換素子の製造方法において用いられることを特徴とする転写型を提供することができる。かかる転写型を用いることで、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産することができる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a transfer mold that is used in the above-described method for manufacturing a wavelength conversion element. By using such a transfer mold, a domain-inverted crystal having a uniform periodic structure can be easily produced, and a wavelength conversion element with high wavelength conversion efficiency can be mass-produced.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例に係る波長変換素子の製造方法により製造されたSHG素子10を示す。SHG素子10は、例えばPPLNである。SHG素子10は、周期的に並列された分極反転構造11を備える。分極反転構造11は、コヒーレント長lCごとに非線形光学定数dの符号を反転させて構成されている。SHG素子10は、SHG素子10へ入射するレーザ光L1を、2分の1の波長のレーザ光L2に変換して出射させる。
FIG. 1 shows an
図2〜図4は、本実施例に係る波長変換素子の製造方法によりSHG素子10を製造する手順を説明するものである。図2に示す工程1a〜1dは、SHG素子10の製造に用いる転写型を製造する手順を示す。工程1aに示すレジスト層形成工程では、基板20上にレジスト層21を形成する。基板20は、例えばシリコンウェハである。工程1bでは、マスク22を介してレジスト層21を露光する。そして、レジスト層21のうち露光された部分を取り除くことにより、工程1cに示すように、レジスト層21がパターニングされる。工程1b及び1cは、レジスト層21をパターニングするパターニング工程である。
2 to 4 illustrate a procedure for manufacturing the
次に、工程1dに示すエッチング工程において、レジスト層21及び基板20をエッチングする。レジスト層21及び基板20のエッチングには、異方性ドライエッチングを用いることができる。これにより、レジスト層21のパターンを基板20に転写させる。レジスト層21のパターンを基板20に転写させることで、所定のパターンが設けられた転写型23を得る。なお、基板20としては、シリコンウェハの他、ガラス部材や石英部材を用いることとしても良い。
Next, in the etching step shown in step 1d, the resist
図3及び図4に示す工程1e〜1iは、工程1a〜1dにより形成された転写型23を用いてSHG素子10を製造する手順を示す。工程1eでは、光学結晶であるニオブ酸リチウム(LN)基板24にレジスト層25を形成する。レジスト層25は、導体間の絶縁を目的とする絶縁層であって、絶縁体により構成される。レジスト層25は、例えば、絶縁体である有機フォトレジスト等の樹脂を10μm程度成膜することで形成できる。樹脂の成膜は、スピンコートにより行うことができる。工程1eは、光学結晶に絶縁層を形成する絶縁層形成工程である。
Steps 1e to 1i shown in FIGS. 3 and 4 show a procedure for manufacturing the
次に、工程1f、1gに示すパターン転写工程において、転写型23のパターンをレジスト層25へ転写させる。転写型23のパターンの転写は、転写型23のうちパターンが形成された側をレジスト層25へ押し付けることにより行う。レジスト層25への転写型23の押し付けは、精密な圧力保持により行うことが望ましい。これにより、工程1gに示すように、パターニングされたレジスト層25を得る。
Next, in the pattern transfer step shown in steps 1f and 1g, the pattern of the
工程1hは、工程1gに示す構成を挟んで配置された第1電極26と第2電極27との間に電圧を印加する電圧印加工程である。第1電極26は、LN基板24に対してレジスト層25が形成された側に配置されている。第2電極27は、LN基板24に対してレジスト層25が形成された側とは反対側に配置されている。第1電極26、第2電極27は、LN基板24の外縁に沿って配置されたOリング29によって、LN基板24に固定されている。第1電極26、LN基板24、レジスト層25、Oリング29によって囲まれた空間内には、液体電極19が充填される。同様に、第2電極27、LN基板24、Oリング29によって囲まれた空間内にも、液体電極19が充填される。液体電極19としては、導電性液体、例えばLiCl水溶液を用いることができる。
Step 1h is a voltage application step of applying a voltage between the
電源28は、第1電極26及び第2電極27の間に電圧を印加する。電圧の印加は、高電圧パルスを印加することにより行う。電圧の印加により、レジスト層25が取り除かれた位置から分極反転領域が徐々に成長していく。分極反転領域とは、LN基板24の自発分極から分極状態が反転した領域である。そして、LN基板24の自発分極のままの非反転領域と分極反転領域とが略同じ幅となったとき、電圧の印加を停止させる。このようにして、工程1iに示すように、周期的な分極反転構造11を持つPPLN基板30を得る。さらに、PPLN基板30の所望の大きさへのダイシング、研磨、光学膜の形成等を経てSHG素子10が完成する。
The
図5は、転写型23のパターンと分極反転構造11とについて説明するものである。転写型23は、パターンを構成する凸部31を有する。凸部31は、図示する断面に直交する方向を長手方向として形成されている。凸部31は、所定の間隔で設けられている。凸部31同士の間には溝部32が形成される。図5に示す断面構成において、転写型23の凸部31は矩形形状を有する。図5に示す断面は、凸部31の長手方向に対して直交する断面である。
FIG. 5 illustrates the pattern of the
転写型23の凸部31が押し付けられることにより、レジスト層25には、矩形形状の断面の溝部33が形成される。また、溝部33同士の間には、矩形形状の断面の凸部34が形成される。本実施例で用いる転写型23は、図2を用いて説明した手順により容易に形成可能である。これにより、容易に形成可能な転写型23を用いて、周期的な分極反転構造を作成することができる。
By pressing the
転写型23の凸部31を押し付けることでレジスト層25の溝部33を形成する場合、レジスト層25の溝部33の幅d3は、転写型23の凸部31の幅d1より若干大きくなる。また、電圧の印加により、LN基板24の分極反転領域は、レジスト層25の溝部33の位置から、LN基板24の厚み方向、及び厚み方向に垂直な横方向へ拡がる。よって、PPLN基板30の分極反転領域の幅d5は、レジスト層25の溝部33の幅d3より大きくなる。PPLN基板30の非反転領域の幅d6は、レジスト層25の凸部34の幅d4より小さくなる。
When the
転写型23の凸部31の幅d1を適宜決定することにより、PPLN基板30に形成される分極反転領域の幅d5を調整することができる。PPLN基板30の分極反転領域の幅d5と非反転領域の幅d6とを略同じとするには、転写型23の凸部31の幅d1を溝部32の幅d2以下とする必要がある。好ましくは、転写型23の凸部31及び溝部32を合わせた幅(d1+d2)に対して、凸部31の幅d1が20〜50%を占めることが望ましい。これにより、PPLN基板30の分極反転領域の幅d5、及び非反転領域の幅d6を略同じとする調整が可能となる。
By appropriately determining the width d1 of the
転写型23を用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いる場合と比較して、レジスト層25のパターニングを容易に行うことが可能となる。これにより、均一な周期構造の分極反転結晶を容易に作成可能とし、高い波長変換効率の波長変換素子を量産できるという効果を奏する。光学結晶であるLN基板24は、非線形光学定数が大きいためQPM波長変換デバイスに適している。光学結晶としては、LN基板24以外の他の光学結晶、例えば、タンタル酸リチウム(LiTaO3:LT)基板等を用いても良い。
By using the
転写型は、矩形形状の断面の凸部31を備えるものに限られない。転写型の形状は、適宜変更しても良い。例えば、図6に示す転写型40の凸部41は、断面において波形形状を有する。レジスト層25には、凸部41の波形を反転させた形状の溝部42が形成される。矩形形状を有する上記の溝部33(図5参照)を形成する場合と比較すると、波形を有する溝部42を形成する場合、LN基板24上のうち電界が集中する位置は、溝部42の中心に近い位置となる。このように、転写型に形成される凸部の形状に応じて、溝部42において電界を集中させる位置を調整することが可能となる。電界を集中させる位置を適宜調整することにより、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。
The transfer mold is not limited to the one having the
図7に示す転写型43の凸部44は、断面において段形状を備える。図中下部には、パターンが転写されたレジスト層25の上面構成を示す。図中上部に示すレジスト層25の断面は、図中下部の上面構成におけるAA断面である。転写型43の凸部44の先端部には、矩形形状の断面の凹部45が形成されている。レジスト層25に形成される溝部46には、転写型43の凹部45の形状が転写された凸部47が形成される。図中下部の平面構成に示すように、凸部47は、溝部46の長手方向へ並列させて形成される。
The
矩形形状を有する上記の溝部33(図5参照)を形成する場合と比較すると、段形状を有する溝部46を形成する場合、LN基板24上において電界を集中させる箇所を増加させることが可能となる。電界を集中させる箇所を増加させ、分極反転核の核密度を向上させることにより、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することが可能となる。なお、転写型43に形成する段形状は図7に示すものに限られず、適宜変形することができる。例えば、パターンを構成する凸部の先端部に、さらに凸部を形成しても良い。
Compared with the case where the above-described groove portion 33 (see FIG. 5) having a rectangular shape is formed, when the
図8に示す転写型50の凸部51は、複数の凹部52を備える。複数の凹部52は、凸部51の先端部に形成されている。複数の凹部52は、図中上部に示す断面において並列させて設けられている。凸部51内に並列させる凹部52の数は図示する4つである場合に限られず、複数であれば良い。断面において、各凹部52は、略同じ矩形形状を備える。
The
レジスト層25に形成される溝部53には、転写型50の凹部52の矩形形状が転写された複数の構造体54が形成される。断面において各構造体54は、略同じ矩形形状を備える。図中下部の平面構成に示すように、構造体54は、直交する二方向へ並列させて形成される。複数の構造体54を持つ溝部53を形成する場合、段形状を有する上記の溝部46(図7参照)を形成する場合より更に、電界を集中させる箇所を増加させることが可能となる。これにより、更に均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。
In the
転写型の凸部に形成される凹部は、矩形形状を有する場合に限られない。例えば、図9に示す転写型55の凹部56は、断面において三角形状を有する。レジスト層25に形成される溝部53には、転写型55の凹部56の三角形状が転写された複数の構造体57が形成される。この場合も、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。
The concave portion formed in the convex portion of the transfer mold is not limited to a rectangular shape. For example, the
図10に示す転写型60の凹部62は、断面において波形形状を有する。レジスト層25に形成される溝部53には、転写型60の凹部62の波形形状が転写された複数の構造体64が形成される。この場合も、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。なお、転写型の凸部に形成する凹部の形状は図8〜図10に示すものに限られず、適宜変形することができる。以上のように、転写型の形状に応じて、レジスト層25に形成するパターンを容易に変更することができる。転写型を用いる場合、複雑な断面形状を有するパターンを精度良くかつ容易に形成することができる。特に、シリコン部材で転写型を構成する場合、高いアスペクト比、例えば1以上のアスペクト比を有するパターンを精度良くかつ容易に形成することができる。
The
本実施例に係る波長変換素子の製造方法において、絶縁層整形工程によりレジスト層25を整形することとしても良い。絶縁層整形工程では、パターン転写工程によりパターンが転写されたレジスト層25を整形する。図11には、絶縁層整形工程においてレジスト層25の加熱を行う場合について示している。レジスト層25をベイクすることにより、凸部34の角を丸く整形することができる。このように、レジスト層25を適宜整形することで、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。
In the method for manufacturing a wavelength conversion element according to this embodiment, the resist
図12は、絶縁層整形工程においてレジスト層25のエッチングを行う場合について説明するものである。ここでは、レジスト層25の厚み方向へエッチングを進行させる異方性エッチング(エッチバック)を行う場合について説明する。異方性エッチングにより、レジスト層25の厚みを調節することができる。例えば、パターン転写工程では所望の高さより若干高い凸部34を形成することとし、異方性エッチングを施すことで凸部34の高さを調節することとしても良い。
FIG. 12 illustrates a case where the resist
このように、エッチングによりレジスト層25を適宜整形することで、均一な周期構造の分極反転結晶を作成することができる。また、異方性エッチングを施すことで、レジスト層25の溝部33においてLN基板24を完全に露出させることができる。LN基板24を完全に露出させることで、電圧印加工程において印加する電圧を低減することが可能となる。
Thus, by appropriately shaping the resist
転写型は、図2に示す手順により製造する場合に限られない。図13に示すように、電鋳層形成工程により転写型を製造することとしても良い。工程2aにおいて、母型70を形成する。母型70は、例えば、ガラスやシリコンにより構成できる。工程2bに示す電鋳層形成工程では、母型70上に電鋳層71を形成する。電鋳層71は、例えば、ニッケル等による電界鍍金を施すことで形成できる。次に、工程2cに示す剥離工程において、電鋳層71から母型70を剥離させる。かかる手順により得た電鋳層71を転写型として用いることができる。電鋳は、サブミクロンオーダーの凹凸を忠実に転写できることを特徴とする。これにより、母型70の形状を正確に転写し、正確な形状の転写型を製造できる。
The transfer mold is not limited to the case of manufacturing according to the procedure shown in FIG. As shown in FIG. 13, a transfer mold may be manufactured by an electroformed layer forming step. In step 2a, the mother die 70 is formed. The mother die 70 can be made of glass or silicon, for example. In the electroformed layer forming step shown in step 2 b, the
図14は、グレイスケールリソグラフィを用いて転写型を製造する手順を説明するものである。工程3aに示すレジスト層形成工程では、基板80上にレジスト層81を形成する。工程3bでは、グレイスケールマスク82を介してレジスト層81を露光する。工程3bは、グレイスケールマスク82を用いたグレイスケールリソグラフィによりレジスト層81を露光する。グレイスケールマスク82は、所望の形状に対応させて光の透過率を変化させたマスクであって、例えば、HEBSマスクを用いることができる。
FIG. 14 illustrates a procedure for manufacturing a transfer mold using gray scale lithography. In the resist layer forming step shown in step 3a, a resist
レジスト層81のうち露光された部分を露光量に応じて取り除くことにより、工程3cに示すように、レジスト層81がパターニングされる。工程3b及び3cは、レジスト層81をパターニングするパターニング工程である。工程3dに示すエッチング工程では、レジスト層81及び基板80のエッチングを行う。レジスト層81のパターンを基板80に転写させることで、転写型83を得る。
By removing the exposed portion of the resist
透過光量が適宜設定されたグレイスケールマスク82を用いることにより、所望の形状の転写型83を得ることができる。なお、グレイスケールマスク82に代えて、クロムマスクに微小開口面積分布を持たせた面積階調マスクを用いることとしても良い。さらに、マスクを介した露光の他、強度が変調された電子線又はレーザ光を用いた露光により所望の形状を得ることとしても良い。本実施例により製造されたSHG素子10は、例えば、レーザ光を用いて画像を表示するプロジェクタのレーザ光源、レーザ加工、レーザ光を用いる光通信技術等に適用することができる。
By using the
以上のように、本発明に係る波長変換素子の製造方法は、周期的な分極反転構造を持つ波長変換素子を製造する場合に適している。 As described above, the method for manufacturing a wavelength conversion element according to the present invention is suitable for manufacturing a wavelength conversion element having a periodic polarization inversion structure.
10 SHG素子、11 分極反転構造、20 基板、21 レジスト層、22 マスク、23 転写型、24 LN基板、25 レジスト層、26 第1電極、27 第2電極、28 電源、29 Oリング、30 PPLN基板、31 凸部、32 溝部、33 溝部、34 凸部、40 転写型、41 凸部、42 溝部、43 転写型、44 凸部、45 凹部、46 溝部、47 凸部、50 転写型、51 凸部、52 凹部、53 溝部、54 構造体、55 転写型、56 凹部、60 転写型、62 凹部、64 構造体、70 母型、71 電鋳層、80 基板、81 レジスト層、82 グレイスケールマスク、83 転写型 10 SHG element, 11 polarization inversion structure, 20 substrate, 21 resist layer, 22 mask, 23 transfer type, 24 LN substrate, 25 resist layer, 26 first electrode, 27 second electrode, 28 power supply, 29 O-ring, 30 PPLN Substrate, 31 convex portion, 32 groove portion, 33 groove portion, 34 convex portion, 40 transfer mold, 41 convex portion, 42 groove portion, 43 transfer mold, 44 convex portion, 45 concave portion, 46 groove portion, 47 convex portion, 50 transfer mold, 51 Convex part, 52 concave part, 53 groove part, 54 structure, 55 transfer mold, 56 concave part, 60 transfer mold, 62 concave part, 64 structure, 70 matrix, 71 electroformed layer, 80 substrate, 81 resist layer, 82 gray scale Mask, 83 Transfer type
Claims (14)
パターンが設けられた転写型の前記パターンを前記絶縁層へ転写させるパターン転写工程と、
前記光学結晶に対して前記絶縁層が形成された側に配置された第1電極と、前記絶縁層が形成された側とは反対側に配置された第2電極との間に電圧を印加する電圧印加工程と、を含むことを特徴とする波長変換素子の製造方法。 An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the optical crystal;
A pattern transfer step of transferring the pattern of the transfer mold provided with a pattern to the insulating layer;
A voltage is applied between the first electrode disposed on the side on which the insulating layer is formed with respect to the optical crystal and the second electrode disposed on the side opposite to the side on which the insulating layer is formed. And a voltage applying step. A method of manufacturing a wavelength conversion element, comprising:
前記凸部は、前記凸部の先端部に形成された複数の凹部を備えることを特徴とする請求項4に記載の波長変換素子の製造方法。 The transfer mold has a convex portion constituting the pattern,
The said convex part is equipped with the several recessed part formed in the front-end | tip part of the said convex part, The manufacturing method of the wavelength conversion element of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
基板にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記レジスト層をパターニングするパターニング工程と、
前記レジスト層及び前記基板をエッチングするエッチング工程と、を経て形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。 The transfer mold is
A resist layer forming step of forming a resist layer on the substrate;
A patterning step of patterning the resist layer;
The method of manufacturing a wavelength conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion element is formed through an etching step of etching the resist layer and the substrate.
母型上に電鋳層を形成する電鋳層形成工程と、
前記電鋳層から前記母型を剥離させる剥離工程と、を経て形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。 The transfer mold is
An electroformed layer forming step of forming an electroformed layer on the matrix;
The method for producing a wavelength conversion element according to any one of claims 1 to 5, wherein the method is formed through a peeling step of peeling the matrix from the electroformed layer.
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