JP2012150282A - Manufacturing method and manufacturing device for optical wavelength conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光波長変換素子の製造方法およびその製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical wavelength conversion element and an apparatus for manufacturing the same.
LiNbO3、LiTaO3などの強誘電体結晶の誘電分極方向を周期的に180度反転(分極反転)させることにより擬似的に位相整合をさせる方法は、擬似位相整合(QPM:Quasi Phase Matching)と呼ばれている。上記技術により、安価なレーザー光源を用いて、より高い周波数のレーザー光を得ることが可能になる。
分極反転領域を形成する方法としては、Ti拡散法、電子ビーム照射法、電圧印加法などさまざまな手法が研究開発されてきている。電圧印加法による分極反転では、電極のエッジ部分から分極反転の核が発生し、その分極反転核を起点として、強誘電体基板の第1面(+Z面)から第2面(−Z面)に渡り分極反転領域が貫通し、その後、分極反転領域が結合し、分極反転領域の形成が完了する(非特許文献1を参照)。分極反転核は電極のエッジ部分から発生するため、分極反転幅全体を反転させようとすると分極反転領域が電極の外側まで広がってしまう問題があった。また、分極反転幅の広がりを考慮して事前に電極幅を狭くしておく方法はあるが、電極のエッジ部分から分極反転核が発生するのは変わらないので分極反転領域の寸法を制御することが難しかった。そこで、特許文献1は、強誘電体から成る基板の一方の表面を所定の粗さに加工した後その加工表面に第1の金属電極を形成する第1の金属電極形成工程と、前記基板の前記第1の金属電極が形成された面と反対の面の全体表面を覆うように第2の金属電極を形成する第2の金属電極形成工程と、前記第1の金属電極と前記第2の電極との間に電界を印加して前記基板に分極反転部を形成する分極反転形成工程とからなる光波長変換素子の製造方法を開示している。
A method of performing pseudo phase matching by periodically reversing the dielectric polarization direction of a ferroelectric crystal such as LiNbO 3 or LiTaO 3 by 180 degrees (polarization inversion) is known as quasi phase matching (QPM: Quasi Phase Matching). being called. With the above technique, it becomes possible to obtain a laser beam having a higher frequency by using an inexpensive laser light source.
As a method for forming the domain-inverted region, various methods such as a Ti diffusion method, an electron beam irradiation method, and a voltage application method have been researched and developed. In polarization reversal by the voltage application method, polarization reversal nuclei are generated from the edge portion of the electrode, and the first surface (+ Z surface) to the second surface (−Z surface) of the ferroelectric substrate starting from the polarization reversal nucleus. Then, the domain-inverted region penetrates, and then the domain-inverted regions are combined to complete the formation of the domain-inverted region (see Non-Patent Document 1). Since the domain-inverted nuclei are generated from the edge portion of the electrode, there is a problem that when the entire domain-inverted width is inverted, the domain-inverted region extends to the outside of the electrode. Although there is a method of narrowing the electrode width in advance in consideration of the spread of the polarization inversion width, the polarization inversion nucleus is not generated from the edge portion of the electrode, so the size of the polarization inversion region should be controlled. It was difficult. Therefore,
しかしながら、上記の従来技術では、分極反転させない領域の分極方向の均一性は、最初の強誘電体結晶基板の品質に依存する点や分極反転核の形成位置の制御のし易さの点で問題があった。 However, in the above prior art, the uniformity of the polarization direction in the region where the polarization inversion is not performed depends on the quality of the first ferroelectric crystal substrate and the ease of controlling the formation position of the polarization inversion nucleus. was there.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発明者は、分極反転核の均一性が分極反転領域の寸法精度に影響すると考え、本発明を考案した。本発明は、分極反転核を均一で高密度に生成することで、分極反転領域の寸法を制御し易い光波長変換素子の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the inventors have devised the present invention, considering that the uniformity of domain-inverted nuclei affects the dimensional accuracy of domain-inverted regions. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical wavelength conversion element and a manufacturing apparatus thereof that can easily control the size of a domain-inverted region by generating domain-inverted nuclei uniformly and with high density.
上記課題を解決するため、本発明の光波長変換素子の製造方法は、強誘電体結晶基板の裏側面に裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、前記強誘電体結晶基板の表側面に微細ラインパターンを有する微細電極を形成する微細電極形成工程と、前記強誘電体結晶基板の前記表側面をエッチングして前記微細ラインパターン部分に溝を形成するエッチング工程と、前記裏面電極と前記微細電極との間に電圧を印加する第1分極反転工程と、前記微細電極を除去する微細電極除去工程と、複数の前記溝を覆うように周期的な複数の周期電極を形成する周期電極形成工程と、前記裏面電極と前記周期電極との間に前記第1分極反転工程の電圧とは逆極性の電圧を印加する第2分極反転工程とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing an optical wavelength conversion element according to the present invention includes a back electrode forming step of forming a back electrode on the back side surface of a ferroelectric crystal substrate, and a fine pattern on the front side surface of the ferroelectric crystal substrate. A fine electrode forming step of forming a fine electrode having a line pattern, an etching step of etching the front side surface of the ferroelectric crystal substrate to form a groove in the fine line pattern portion, the back electrode and the fine electrode A first polarization reversal step of applying a voltage between, a fine electrode removal step of removing the fine electrode, and a periodic electrode formation step of forming a plurality of periodic electrodes so as to cover the plurality of grooves And a second polarization reversing step of applying a voltage having a polarity opposite to the voltage of the first polarization reversing step between the back electrode and the periodic electrode.
上記の製造方法によれば、分極反転領域の寸法精度が向上した光波長変換素子を製造することができる。 According to said manufacturing method, the optical wavelength conversion element in which the dimensional accuracy of the polarization inversion area | region improved can be manufactured.
なお、前記裏面電極形成工程と前記微細電極形成工程の順番を逆にしてもよい。 Note that the order of the back electrode forming step and the fine electrode forming step may be reversed.
上記の製造方法において、前記微細電極形成工程の溝は、電子ビーム(EB)で作成され、残留した微細電極部分の電極幅が20nmから100nmのライン状電極パターンであり、前記溝の深さが20nmから100nmであることが望ましい。 In the manufacturing method described above, the groove in the fine electrode forming step is a line-shaped electrode pattern formed by an electron beam (EB), the electrode width of the remaining fine electrode portion being 20 nm to 100 nm, and the depth of the groove is It is desirable to be 20 nm to 100 nm.
この方法によれば、微細電極の無くなった微細ラインパターン領域だけがフッ酸あるいはフッ硝酸によってエッチングされるので、複数の微細なライン状の溝を形成することができる。そして、溝深さを20〜100nmとすることによって、微細電極パターンへのダメージを少なくすることができ、微細なエッチングパターンを形成できる。そのライン状の溝によって周期分極反転時の核生成密度を向上でき、周期的な分極反転領域の寸法精度を向上させることが可能となる。 According to this method, only the fine line pattern region in which the fine electrode is eliminated is etched by hydrofluoric acid or hydrofluoric acid, so that a plurality of fine line-shaped grooves can be formed. And by making groove depth into 20-100 nm, the damage to a fine electrode pattern can be decreased and a fine etching pattern can be formed. The line-shaped grooves can improve the nucleation density at the time of periodic polarization inversion, and improve the dimensional accuracy of the periodic polarization inversion region.
さらに、前記微細電極の長手方向と前記周期電極の長手方向とが並行であることが望ましい。この方法によれば、直線性の良い周期分極反転を形成することが可能となる。 Furthermore, it is desirable that the longitudinal direction of the fine electrode and the longitudinal direction of the periodic electrode are parallel. According to this method, it is possible to form periodic polarization inversion with good linearity.
前記強誘電体結晶基板は、マグネシウムをドープしたニオブ酸リチウム、あるいはマグネシウムをドープしたタンタル酸リチウムであることが望ましい。また、マグネシウムをドープしないニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムでも良い。 The ferroelectric crystal substrate is preferably made of lithium niobate doped with magnesium or lithium tantalate doped with magnesium. Further, lithium niobate or lithium tantalate not doped with magnesium may be used.
また、上記の製造方法の例として、マグネシウムをドープしたニオブ酸リチウム、あるいはマグネシウムをドープしたタンタル酸リチウムを用いた場合、強誘電体結晶基板の前記裏側面を結晶の+Z面側とし、前記表側面を結晶の−Z面側とし、前記エッチング工程は、フッ酸あるいはフッ硝酸を用いて前記表側面をエッチングすることを特徴とする。 Further, as an example of the manufacturing method described above, when lithium niobate doped with magnesium or lithium tantalate doped with magnesium is used, the back side surface of the ferroelectric crystal substrate is the + Z plane side of the crystal, The side surface is the −Z plane side of the crystal, and the etching step is characterized in that the front side surface is etched using hydrofluoric acid or hydrofluoric acid.
上記の強誘電体結晶基板は、弗酸あるいは弗硝酸によって−Z面だけエッチングされるので、微細ラインパターンの溝を結晶基板の−Z面に形成している。エッチング工程後、結晶基板の分極方向を全面反転して元々の+Z面と−Z面を入れ換えることによって、エッチング工程によって形成した微細な凹凸パターンが+Z面となり、この後の第2分極反転工程によって微細な凹凸パターンから分極反転の核が形成されることとなる。 Since the above ferroelectric crystal substrate is etched only in the −Z plane by hydrofluoric acid or hydrofluoric acid, a groove having a fine line pattern is formed in the −Z plane of the crystal substrate. After the etching process, by reversing the entire polarization direction of the crystal substrate and replacing the original + Z plane with the −Z plane, the fine uneven pattern formed by the etching process becomes the + Z plane. A polarization inversion nucleus is formed from the fine uneven pattern.
また、本発明の光波長変換素子製造装置は、強誘電体結晶基板の裏側面に裏面電極を形成する裏面電極形成装置と、前記強誘電体結晶基板の表側面に微細ラインパターンを有する微細電極を形成する微細電極形成装置と、前記強誘電体結晶基板の前記表側面をエッチングして前記微細ラインパターン部分に溝を形成するエッチング装置と、前記裏面電極と前記微細電極との間に電圧を印加する第1電圧印加装置と、前記微細電極を除去する微細電極除去装置と、複数の前記溝を覆うように周期的な複数の周期電極を形成する周期電極形成装置と、前記裏面電極と前記周期電極との間に前記第1電圧印加装置の電圧とは逆極性の電圧を印加する第2電圧印加装置とを備えることを特徴とする。 Further, the optical wavelength conversion element manufacturing apparatus of the present invention includes a back electrode forming apparatus for forming a back electrode on the back side surface of the ferroelectric crystal substrate, and a fine electrode having a fine line pattern on the front side surface of the ferroelectric crystal substrate. A voltage is applied between the back electrode and the fine electrode, a fine electrode forming device that forms a groove, an etching device that etches the front side surface of the ferroelectric crystal substrate to form a groove in the fine line pattern portion, and A first voltage applying device to be applied; a fine electrode removing device for removing the fine electrode; a periodic electrode forming device for forming a plurality of periodic electrodes so as to cover the plurality of grooves; the back electrode; And a second voltage applying device for applying a voltage having a polarity opposite to the voltage of the first voltage applying device between the periodic electrodes.
上記の製造装置によれば、分極反転領域の寸法精度が向上した光波長変換素子を製造することができる。 According to said manufacturing apparatus, the optical wavelength conversion element in which the dimensional accuracy of the polarization inversion area | region improved can be manufactured.
本発明によれば、全面分極反転されたことで最初の強誘電体結晶基板の分極が不均一であっても均一性を担保することができると共に、分極反転核の形成位置が制御されるために、分極反転核を均一で高密度に生成することができ、分極反転領域の寸法を制御し易いので、均一性が高い分極反転領域を形成することができる。 According to the present invention, since the entire polarization is reversed, the uniformity can be ensured even if the polarization of the first ferroelectric crystal substrate is not uniform, and the formation position of the polarization reversal nucleus is controlled. In addition, the domain-inverted nuclei can be generated uniformly and with high density, and the dimensions of the domain-inverted regions can be easily controlled, so that domain-inverted regions with high uniformity can be formed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not change the summary, it can implement suitably.
本実施例では強誘電体結晶基板としてMgドープした定比組成のニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いた。基板の大きさは、直径3インチ、厚さ0.5mmを用いた。 In this embodiment, Mg-doped stoichiometric lithium niobate (LiNbO 3 ) was used as the ferroelectric crystal substrate. As the size of the substrate, a diameter of 3 inches and a thickness of 0.5 mm were used.
図1は本発明の実施例における光波長変換素子の作製工程を示したものである。本発明の実施形態の1つである光波長変換素子の製造方法では、強誘電体結晶基板の裏側面に裏面電極を形成する裏面電極形成工程300と、前記強誘電体結晶基板の表側面に微細ラインパターン10を有する微細電極を形成する微細電極形成工程301と、前記強誘電体結晶基板の前記表側面をエッチングして前記微細ラインパターン10部分に溝を形成するエッチング工程302と、前記裏面電極と前記微細電極との間に電圧を印加する第1分極反転工程303と、前記微細電極を除去する微細電極除去工程304と、複数の前記溝を覆うように周期的な複数の周期電極を形成する周期電極形成工程305と、前記裏面電極と前記周期電極との間に前記第1分極反転工程の電圧とは逆極性の電圧を印加する第2分極反転工程306とを順に実行する。なお、裏面電極形成工程300と微細電極形成工程301の順番は、逆にしてもよい。
FIG. 1 shows a manufacturing process of an optical wavelength conversion element in an embodiment of the present invention. In the method for manufacturing an optical wavelength conversion element according to one embodiment of the present invention, a back
図2から13は、各工程での強誘電体結晶基板の断面図や上面図を示したものである。図15から17は、本発明の実施形態における光波長変換素子製造装置のシステム構成図である。図中において、各装置で処理された強誘電体結晶基板は、矢印で示された次の装置へ順次搬送される。この光波長変換素子製造装置は、基板洗浄装置110、電極形成装置120,180、微細電極形成装置130、エッチング装置140、電圧印加装置150,190、電極除去装置160、絶縁膜パターン形成装置170、及びダイシング装置180を備える。
2 to 13 are sectional views and top views of the ferroelectric crystal substrate in each process. 15 to 17 are system configuration diagrams of the optical wavelength conversion element manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention. In the drawing, the ferroelectric crystal substrate processed in each apparatus is sequentially transferred to the next apparatus indicated by an arrow. The optical wavelength conversion element manufacturing apparatus includes a substrate cleaning apparatus 110, electrode forming apparatuses 120 and 180, a fine
そして、図16に示すように、微細電極形成装置130は、EBレジスト膜塗布装置131、プリベーク炉132、EB描画装置133、PEベーク炉134、現像装置135、ポストベーク炉136、電極エッチング装置137を備えている。
As shown in FIG. 16, the fine
そして、図17に示すように、絶縁膜パターン形成装置170は、基板乾燥装置171、フォトレジスト膜塗布装置172、プリベーク炉173、露光装置174、現像装置175、ポストベーク炉176を備えている。
As shown in FIG. 17, the insulating film
現像装置135、175は、現像液を保持している容器を有しており、この容器内に強誘電体結晶基板1を所定の間浸漬させることにより、EB描画やフォトで感光後のレジスト膜を現像する。現像後の強誘電体結晶基板1は、純水で洗浄された後、エアーガン又はスピンドライヤーを用いて乾燥させた。なお現像装置135、175は、上記した処理を自動で行うものであっても良いし、マニュアル操作で行うものであっても良い。
The developing devices 135 and 175 have a container for holding a developing solution, and the
電極形成装置120,180は、例えば蒸着装置やスパッタリング装置である。 The electrode forming devices 120 and 180 are, for example, vapor deposition devices or sputtering devices.
電圧印加装置150,190は、強誘電体結晶基板1に形成された電極に電圧を印加する装置であり、高電圧電源を有している。
The voltage application devices 150 and 190 are devices for applying a voltage to the electrodes formed on the
以下に、各部のより具体的な説明をする。 Hereinafter, a more specific description of each part will be given.
基板洗浄装置110では、強誘電体結晶基板1をアセトン洗浄後、純水洗浄し、そして乾燥させた。
In the substrate cleaning apparatus 110, the
電極形成装置120では、第1面1−2(+Z面側)と第2面1−3(−Z面側)に、Cr層(10nm)とAu層(40nm)をこの順に蒸着して表面電極2と裏面電極3を作成した。Cr層上にAu層を形成するのは、後述する弗酸あるいは弗硝酸によるエッチング工程でCr層が腐食されることを抑制するためである。
In the electrode forming apparatus 120, a Cr layer (10 nm) and an Au layer (40 nm) are vapor-deposited in this order on the first surface 1-2 (+ Z surface side) and the second surface 1-3 (−Z surface side).
微細電極形成装置130では、電子ビーム(EB)描画装置を用いたパターニング技術によって第2面1−3(−Z面側)の電極の一部を除去して微細ラインパターン10を作り、微細電極パターン2−2を形成した。図16を参照して、微細電極形成装置130の工程のより詳細な内容を以下に説明する。
In the fine
まず、EBレジスト膜塗布装置131で、基板の第1面1−2の電極上にEBレジスト液(例えば、東京応化工業製OEBR-CAP112PM)をスピンコートで塗布した。そして、プリベーク炉132にて130℃でプリベークを行い、EBレジスト膜11を形成した。その後、この処理と同様に、第2面1−3にもEBレジスト膜12をスピンコートで塗布した後、130℃でプリベークを行った。EBレジスト膜塗布装置131とプリベーク炉132との間を基板が往復することを避けるために、これらの装置をそれぞれ2つずつ用意して、直列配列にしてもよい。
First, an EB resist solution (for example, OEBR-CAP112PM manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied by spin coating on the electrode on the first surface 1-2 of the substrate with the EB resist film coating apparatus 131. Then, pre-baking was performed at 130 ° C. in the pre-baking furnace 132 to form the EB resist film 11. Thereafter, similarly to this treatment, the EB resist
EB描画装置133では、電子ビームでスキャンして、図3のような複数のラインが平行に並ぶ微細ラインパターン10の露光パターンをEBレジスト膜12に露光した。なお、第2面1−3にEBレジスト膜12を塗布前に、必要に応じて導電性水溶液をスピンコートによって塗布しても良い。微細ラインパターン10の長さ方向は、結晶のY軸と並行になるように形成した。電子ビーム照射の範囲は、上面から見ると、図7の溝5部分の位置に相当する。具体的には、EBレジスト膜12がある部分とEBレジスト膜12が無い部分がそれぞれ等幅になるように(例えば、50nm間隔)、ストライプ状の微細ラインパターン10になるように電子ビームを照射した。
In the EB drawing apparatus 133, the EB resist
その後、PEベーク炉134にて、110℃で露光後ベーク(PEB)を実施した。そして、現像装置135では、EBレジストを現像し、EBレジスト膜12を得る。PEベーク炉の目的は、EB露光後のレジスト内での化学反応を進めるための熱処理を実施する炉であり、この工程を実施しないと、現像が全くできなくなる。EB露光時間を長くすればある程度現像できるようになるが、露光時間がかなり長くなってしまう。
Thereafter, post-exposure baking (PEB) was performed at 110 ° C. in a PE baking furnace 134. The developing device 135 develops the EB resist to obtain the EB resist
次に、ポストベーク炉136にて、100℃でポストベークし、その後、電極エッチング装置137にてEBレジストの無い領域に露出しているAu層をAuエッチング液によって除去し、それによって露出したCr層をCrエッチング液によって除去した。その後、EBレジスト剥離液によって、EBレジスト膜11,12を除去し、図5、図7に示す構造を作製した。微細電極パターン2は図7に示したように、繋がって1つの電極を形成するようにした。
Next, post-baking is performed at 100 ° C. in the post-baking furnace 136, and then the Au layer exposed in the region without the EB resist is removed by the Au etching solution with the electrode etching device 137, and the exposed Cr is thereby removed. The layer was removed with a Cr etchant. Thereafter, the EB resist
このようにして微細電極パターン2の形成が完了する。微細電極部分の電極幅は、20nmから100nmのライン状電極パターンであることが望ましく、電子ビームの照射における寸法条件によって制御できる。なお、上記のプリベークやPEベークやポストベークの時間は、用いる装置によって適宜調整する。上記のプリベークやPEベークやポストベークの雰囲気は空気である。
In this way, the formation of the
その後、エッチング装置140では、微細電極パターン12形成した強誘電体結晶基板1を室温で3分程度弗硝酸に浸漬して、電極の無い開口部分に露出している強誘電体結晶基板1の第2面1−3の表面をエッチングして溝5を形成した。エッチングによって形成された溝の深さは50nm程度である。溝の深さは、20nmから100nmであることが望ましく、エッチング条件を適宜変更することで制御できる。
Thereafter, in the etching apparatus 140, the
その後、電圧印加装置150では、図8に示すように、裏面電極3をプラスの電位、微細電極パターン2をマイナスの電位として、1.5kV、1msのパルスを2万回印加して、下向きの分極方向を上向きに全面反転させた。高電圧パルスの印加条件は、分極方向が全面反転して、かつ結晶が破壊されない条件であればよく、適宜変更可能である。
After that, as shown in FIG. 8, the voltage application device 150 applies a 1.5 kV, 1 ms pulse 20,000 times, with the
分極方向を全面反転させた後、電極除去装置160では、微細電極パターン2を、Auエッチング液とCrエッチング液によって除去した(図9)。このとき、裏面電極3をエッチングしないように、あらかじめテープ等によって保護しておく。
After reversing the polarization direction over the entire surface, the electrode removing apparatus 160 removed the
次に、絶縁膜パターン形成装置170では、+Z面に変化した第2面1−3に絶縁膜パターン6を形成した。より詳細な内容を図17に示した。
まず、基板乾燥装置171では、基板を乾燥ベークした。
次に、フォトレジスト膜塗布装置172では、まず、ヘキサメチルジシラザン処理(OAP処理とも呼ばれる。東京応化工業社製OAP(商品名))をした後、第2面1−3にフォトレジスト(例えば、東京応化工業製OFPR−800)をスピンコートで塗布した。次に、プリベーク炉173で、基板を90℃でプリベークした。その後、露光装置174で、マスクアライナーなどの露光機によって所望のパターンをフォトレジストに感光させた。その後、現像装置175で、現像を行い、次に、ポストベーク炉176で、基板を130℃でポストベークした。これらの処理によって周期分極反転パターンに相当する絶縁膜パターン6の形成を行った。
Next, in the insulating film
First, the substrate drying apparatus 171 dry-baked the substrate.
Next, in the photoresist film coating apparatus 172, first, hexamethyldisilazane treatment (also referred to as OAP treatment, OAP (trade name) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is performed, and then a photoresist (for example, on the second surface 1-3). , Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. OFPR-800) was applied by spin coating. Next, the substrate was prebaked at 90 ° C. in a prebaking furnace 173. Thereafter, a desired pattern was exposed to the photoresist by an exposure device 174 using an exposure machine such as a mask aligner. Thereafter, development was performed in the developing device 175, and then the substrate was post-baked at 130 ° C. in a post-baking furnace 176. By these processes, the insulating film pattern 6 corresponding to the periodic polarization inversion pattern was formed.
実施例で形成した絶縁膜パターン6は、レジストが無い部分が3μmで、周期が6.8μmのストライプ状のラインパターンを形成した。そのラインパターンの長さ方向は、弗硝酸エッチングによって形成した溝5と並行になるよう(結晶のY軸と並行になるように)形成した(図10の平面図を参照)。本実施例では、レジストが無い部分が3μmであるので、その幅の中には30本程度の溝5があることになる。なお、図を簡略化するために、図11〜図13には、1つの絶縁膜6でカバーされる溝5が2本であるようにしか図示していないが、本来は、多数の溝5が存在する。
The insulating film pattern 6 formed in the example was a striped line pattern having a resist-free portion of 3 μm and a period of 6.8 μm. The length direction of the line pattern was formed so as to be parallel to the
次に、電極形成装置180では、図11に示すように、蒸着装置を用いて、絶縁膜パターン6を覆うように強誘電体結晶基板の表側面1−3の全面に周期電極7を形成した。本実施例ではCr(厚さ200nm)を用いた。絶縁膜で覆われる部分と覆われていない部分を任意の周期性を持って形成することで、強誘電体結晶基板の表側面1−3と周期電極7が接する通電領域と絶縁膜パターン6で覆われる非通電領域の周期的なパターンを作っている。
Next, in the electrode forming apparatus 180, as shown in FIG. 11, the
次に、電圧印加装置190では、図12,13に示すように、強誘電体結晶基板1の第2面1−3と第1面1−2の間に、第2面1−3が正電圧となるように高電圧パルスを印加した。高電圧パルスの印加条件として、実施例では裏面電極3をマイナスの電位、周期電極7をプラスの電位として、1.3kV、1msのパルスを4万回印加した。図12に示すように、溝5の下から反転核が発生し、最終的には図13に示すように周期分極反転パターンを形成した。
Next, in the voltage application device 190, as shown in FIGS. 12 and 13, the second surface 1-3 is positive between the second surface 1-3 and the first surface 1-2 of the
次に、ダイシング装置200では、基板の裏面にダイシングテープを貼り付け、そして、基板を擬似位相整合素子単位に個片化する。なお、ダイシング装置180で先に個片化してから、電圧印加装置190による処理を行っても良い。 Next, in the dicing apparatus 200, a dicing tape is attached to the back surface of the substrate, and the substrate is separated into individual quasi phase matching elements. Note that the processing by the voltage application device 190 may be performed after the dicing device 180 first separates into pieces.
本発明の実施例の場合(図13)は、後述の比較例と比較すると、周期電極7の下には溝5が多数存在するために、そこから分極反転核が効率良く均一に多数発生した効果によって、アスペクト比が高い分極反転が形成され、比較例に比べ反転領域の広がりを抑制し、制御性を向上させることが可能となった。溝5の間隔が20nmより小さい場合には、弗酸あるいは弗硝酸エッチングの際、電極下への回り込みによって近傍の溝5同士が結合してしまい、効果が小さくなった。また、例えば、分極反転周期が6.8μmの場合には、溝5の間隔を100nmより大きくすると分極反転の核密度が低下してしまい、溝の効果が小さくなってしまう。ただし、分極反転周期が6.8μmより大きい場合には、それに比例して溝5の間隔を100nmより広げても効果は得られる。溝5の深さは、近傍の溝5との間隔と同じ程度が良い。
(比較例)
比較例の断面図を図14に示す。比較例の製造方法は、実施例の方法から、微細電極形成工程301から微細電極除去工程304を除いたものである。具体的には、基板は、基板洗浄装置110を通過後、電極形成装置120で裏面電極(比較例の場合、第2面1−3:−Z面に形成する)のみ形成した。その後、絶縁膜パターン形成装置170以降の工程は、実施例と同じ工程である(絶縁膜パターン6と周期電極7は第1面1−2:+Z面に形成する)。比較例の場合、電極7が無いレジスト膜6の下内部まで分極反転が進行し、分極反転領域が広がってしまい、隣接する領域とかなり接近してしまう。
In the case of the example of the present invention (FIG. 13), as compared with a comparative example described later, a large number of
(Comparative example)
A cross-sectional view of the comparative example is shown in FIG. The manufacturing method of the comparative example is obtained by removing the fine
1 強誘電体結晶基板
1−2 強誘電体結晶基板の第1面
1−3 強誘電体結晶基板の第2面
2 表面電極
2−2 微細電極パターン
3 裏面電極
4−1,4−2 分極方向
5 溝
6 絶縁膜パターン
7 周期電極
10 微細ラインパターン
11,12 EBレジスト膜
110 基板洗浄装置
120,180 電極形成装置
130 微細電極形成装置
131 EBレジスト膜塗布装置
132 プリベーク炉
133 EB描画装置
134 PEベーク炉
135 現像装置
136 ポストベーク炉
137 電極エッチング装置
140 エッチング装置
150,190 電圧印加装置
160 電極除去装置
170 絶縁膜パターン形成装置
171 基板乾燥装置
172 フォトレジスト膜塗布装置
173 プリベーク炉
174 露光装置
175 現像装置
176 ポストベーク炉
200 ダイシング装置
105,190 電圧印加装置
300 裏面電極形成工程
301 微細電極形成工程
302 エッチング工程
303 第1分極反転工程
304 微細電極除去工程
305 周期電極形成工程
306 第2分極反転工程
1 Ferroelectric Crystal Substrate 1-2 First Surface 1-3 of Ferroelectric Crystal
Claims (8)
前記強誘電体結晶基板の表側面に微細ラインパターンを有する微細電極を形成する微細電極形成工程と、
前記強誘電体結晶基板の前記表側面をエッチングして前記微細ラインパターン部分に溝を形成するエッチング工程と、
前記裏面電極と前記微細電極との間に電圧を印加する第1分極反転工程と、
前記微細電極を除去する微細電極除去工程と、
複数の前記溝を覆うように周期的な複数の周期電極を形成する周期電極形成工程と、
前記裏面電極と前記周期電極との間に前記第1分極反転工程の電圧とは逆極性の電圧を印加する第2分極反転工程と
を備えたことを特徴とする光波長変換素子の製造方法。 A back electrode forming step of forming a back electrode on the back side surface of the ferroelectric crystal substrate;
A fine electrode forming step of forming a fine electrode having a fine line pattern on the front side surface of the ferroelectric crystal substrate;
An etching step of etching the front side surface of the ferroelectric crystal substrate to form a groove in the fine line pattern portion;
A first polarization inversion step of applying a voltage between the back electrode and the fine electrode;
A fine electrode removal step of removing the fine electrode;
A periodic electrode forming step of forming a plurality of periodic electrodes so as to cover the plurality of grooves;
A method of manufacturing an optical wavelength conversion element, comprising: a second polarization reversal step of applying a voltage having a polarity opposite to the voltage of the first polarization reversal step between the back electrode and the periodic electrode.
前記エッチング工程は、フッ酸あるいはフッ硝酸を用いて前記表側面をエッチングすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光波長変換素子の製造方法。 The back side surface of the ferroelectric crystal substrate is the + Z plane side of the crystal, the front side surface is the −Z plane side of the crystal,
6. The method of manufacturing an optical wavelength conversion element according to claim 1, wherein the etching step etches the front side surface using hydrofluoric acid or hydrofluoric acid.
前記強誘電体結晶基板の表側面に微細ラインパターンを有する微細電極を形成する微細電極形成装置と、
前記強誘電体結晶基板の前記表側面をエッチングして前記微細ラインパターン部分に溝を形成するエッチング装置と、
前記裏面電極と前記微細電極との間に電圧を印加する第1電圧印加装置と、
前記微細電極を除去する微細電極除去装置と、
複数の前記溝を覆うように周期的な複数の周期電極を形成する周期電極形成装置と、
前記裏面電極と前記周期電極との間に前記第1電圧印加装置の電圧とは逆極性の電圧を印加する第2電圧印加装置と
を備えることを特徴とする光波長変換素子製造装置。
A back electrode forming apparatus for forming a back electrode on the back side surface of the ferroelectric crystal substrate;
A fine electrode forming apparatus for forming a fine electrode having a fine line pattern on a front side surface of the ferroelectric crystal substrate;
An etching apparatus for etching the front side surface of the ferroelectric crystal substrate to form a groove in the fine line pattern portion;
A first voltage applying device for applying a voltage between the back electrode and the fine electrode;
A fine electrode removing device for removing the fine electrode;
A periodic electrode forming apparatus that forms a plurality of periodic electrodes so as to cover the plurality of grooves;
An optical wavelength conversion device manufacturing apparatus comprising: a second voltage application device that applies a voltage having a polarity opposite to that of the voltage of the first voltage application device between the back electrode and the periodic electrode.
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CN110350069A (en) * | 2013-07-24 | 2019-10-18 | 晶元光电股份有限公司 | Luminous die and correlation technique comprising wavelength conversion material |
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- 2011-01-19 JP JP2011008968A patent/JP2012150282A/en active Pending
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CN110350069B (en) * | 2013-07-24 | 2023-06-30 | 晶元光电股份有限公司 | Light emitting die including wavelength conversion material and method of making same |
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