JP3179745B2 - Pattern making method - Google Patents

Pattern making method

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JP3179745B2
JP3179745B2 JP29066797A JP29066797A JP3179745B2 JP 3179745 B2 JP3179745 B2 JP 3179745B2 JP 29066797 A JP29066797 A JP 29066797A JP 29066797 A JP29066797 A JP 29066797A JP 3179745 B2 JP3179745 B2 JP 3179745B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern forming method for forming an etching mask layer for forming a ridge-structured light control element having a projection on a substrate by digging a part of the thickness of the substrate. About.

【0002】[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
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。
2. Description of the Related Art A part of a substrate is etched to form a ridge pattern, and a Mach-Zehnder-type Ti (titanium) heat diffusion LiN which enables wideband light modulation using the ridge pattern.
As a bO 3 (lithium niobate) optical modulator, FIG.
(A) and a rate-matched optical modulator shown in FIG. 3 (b) (K. Noguchi, et al., “A Broadband Ti: LiNbO 3 o
ptical modulator with a ridge structure, ”IEEE Jou
rnal of Lightwave Technology, Vol.LT-13, pp. 1164-11
68, 1995). FIG. 3A is a plan view, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. In the above conventional example, a Mach-Zehnder-type Ti heat diffusion optical waveguide 2 is formed on a z-axis cut LiNbO 3 substrate 1 having an electro-optic effect by Ti heat diffusion. This is because a buffer layer 3 made of SiO 2 is formed on a LiNbO 3 substrate 1 (omitted in FIG. 3A), and a CPW electrode serving as a center conductor (center electrode) is formed on the buffer layer 3. 4, and a coplanar waveguide (CPW) type traveling wave electrode composed of a CPW electrode 5 which is an earth conductor (earth electrode). Reference numeral 6 denotes a terminating resistor connected between the CPW electrodes 4 and 5, and reference numeral 7 denotes a modulation microwave connected to the CPW electrodes 4 and 5 and supplies a microwave signal for modulation to the CPW electrodes 4 and 5. This is a wave signal feed line (feeding coaxial line). Further, the substrate portion of the region where the microwave electric field intensity is strong near the center conductor constituting the CPW electrode 4 and the ground conductor of the CPW electrode 5 is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a ridge (projection) structure is formed by digging by etching or the like. That is, the substrate portion in the region where the microwave electric field strength is strong is formed in a protruding shape by digging by etching or the like. Thus, the LiNbO having the protruding ridge portion 8 formed thereon is formed.
(3) On the surface of the substrate 1, a buffer layer 3 is provided. On this occasion,
Two Ti thermal diffusion optical waveguides 2 on the protruding ridge portion 8
One is disposed directly below the CPW electrode 4 as the center conductor with the buffer layer 3 interposed therebetween, and the other optical waveguide 2 is disposed directly below the CPW electrode 5 as the ground conductor. Ti thermal diffusion LiNbO shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b)
3 In the optical modulator, to some extent increase the thickness of the CPW electrodes 4 and 5, while reducing the value of the effective microwave refractive index n m, characteristic impedance Z decreases concomitantly at that time
Is increased by making the digging depth of the ridge structure as deep as 3 μm to 4 μm, thereby achieving impedance matching with an external circuit. In particular, since the ridge structure is employed, the effective refractive index n m of the microwave is also reduced. Therefore, the thickness of the CPW electrodes 4 and 5 required to realize perfect velocity matching between the microwave and light is reduced. However, it may be thinner than a case without dug-out. Therefore, a decrease in the characteristic impedance Z caused by increasing the thickness of the CPW electrodes 4 and 5 as the traveling wave electrodes can be suppressed to a small value, and the CPW electrodes 4 and 5 as the traveling wave electrodes can be suppressed.
And 5 can be easily manufactured, and further, an advantage such as an increase in microwave propagation loss can be suppressed. Ti thermal diffusion LiNbO shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b)
The three- light modulator is manufactured by a process shown in FIGS. 4A to 4F as an example. FIG. 4 shows a process of fabricating a conventional optical waveguide having a ridge structure by a cross-sectional state of a substrate. FIG. 4 (a) shows that LiNbO 3 substrate 1 has
This shows a state in which the Ti thermal diffusion optical waveguide 2 is formed. to this,
A Ti film 9 having a thickness of about 1 μm is formed on the entire surface [FIG.
(B)] A resist pattern 10 having a groove formed in the dug portion is formed on the Ti film 9 by a normal photo process [FIG. 4 (c)]. Thereafter, the resist pattern 10 as a mask, the Ti film 9 on the LiNbO 3 substrate 1, CF 4
Etching by a plasma etching method using gas plasma 12 or the like and dissolving the photoresist,
A Ti pattern 11 having the same shape as the resist pattern is obtained (FIG. 4D). Using the Ti pattern 11 as a mask, the LiNbO 3 substrate 1 is etched by an ion beam etching method using an argon and fluorine-based ion beam 13 (FIG. 4E), and the Ti film 9 is dissolved with hydrofluoric acid or the like. As a result, an optical waveguide having a ridge structure having a protruding ridge portion 8 having a height of several μm as shown in FIG.

【0003】[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。
In the conventional method of manufacturing an optical waveguide having a ridge structure, a Ti thin film formed by a vapor deposition method is used as an etching mask. The Ti thin film has features such as high adhesion to various substrates, a low sputtering rate against argon ions, and relatively easy patterning by plasma etching using a fluorine-based gas. However, when the Ti thin film is patterned to a thickness of about 1 μm, irregularities at the edges of the Ti pattern become large. As a result, when the substrate is etched using the Ti pattern as an etching mask, irregularities (bumps) are transferred to the side walls of the ridge portion, and in the above-described example of the light control circuit, there is a problem that the propagation loss of the optical waveguide increases. The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above problems, and found that the unevenness of the edge of the Ti pattern is caused by the formation of Ti microcrystals in the thin film during the formation of the Ti thin film. Was found. The state is shown in FIGS.
It is shown in (c). 5 (a) and 5 (b) show a BB cross section of FIG. 5 (c) which is a plan view. Ti thin film
Generally, when a film is formed at a relatively low substrate temperature of about room temperature to about 200 ° C., an amorphous Ti film 9 is formed.
Microcrystalline region 1 with nuclei formed on the NbO 3 substrate 1
4 are formed. When the Ti film 9 including the microcrystalline region 14 is patterned by etching using the photoresist pattern 10, the microcrystalline region 14 formed in the thin film has a higher etching rate than the Ti film 9 in the amorphous region. As a result, FIG. 5B and FIG.
(C) As shown in FIG.
A notch 15 of the pattern is formed. This microcrystalline region 1
No. 4 shows that crystals grow rapidly due to migration during the formation of the Ti film based on the initially formed crystal nuclei.
As the Ti film 9 is made thicker, the microcrystalline region 14 becomes larger,
And the number increases. As shown in the above example, when the Ti film 9 having a thickness of about 1 μm is formed, the microcrystalline region 14 reaches about several μm. Therefore, there is a problem in that the side etch of the Ti pattern becomes large, the unevenness of the ridge side wall becomes large, and the propagation loss of the optical waveguide increases.

【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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, suppress a side etch of a mask layer, realize a smooth ridge side wall, and produce an optical waveguide with low propagation loss. An object of the present invention is to provide a method for forming a pattern for forming an etching mask layer.

【0005】[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(Al23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。
Means for Solving the Problems In order to achieve the object of the present invention, the present invention is configured as described in the claims. That is, the present invention provides a pattern manufacturing method for forming a projection-shaped ridge pattern on a substrate by etching a part of the surface of the substrate as described in claim 1, wherein an etching mask layer is formed on the substrate. Is formed on the thin film layer made of a metal material, and the thin film layer made of the above metal material is repeatedly laminated one or more times on the thin film layer made of the metal material via an intermediate thin film layer made of an oxide material. And a step of forming an etching mask layer having a set pattern by etching the laminated thin film layer using a resist pattern. According to a second aspect of the present invention, there is provided a pattern manufacturing method according to the first aspect, wherein an optical waveguide is formed on a ridge pattern on a substrate. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the step of forming the etching mask layer is a pattern forming method performed by a single etching process. In addition, the present invention provides, as described in claim 4, claims 1 to 3
In any one of the above, the substrate is lithium niobate,
The thin film layer made of silicon or gallium arsenide and made of a metal material is made of at least one selected from titanium, tantalum and nickel, and the thin film layer made of an oxide material is made of silicon oxide (such as SiO 2 ). This is a method for producing a pattern comprising at least one selected from aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ) and titanium oxide (such as TiO 2 ).

【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(Al23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。
According to a first aspect of the present invention, a thin film layer made of a metal material as an etching mask layer is formed on a substrate, and an oxidized film is formed on the thin film layer made of the metal material. An etching mask having a set pattern by repeatedly laminating a thin film layer made of the above metal material once or a plurality of times via an intermediate thin film layer made of a material material and etching the laminated thin film layer using a resist pattern. For example, a thin film layer made of a metal material (for example, a Ti thin film layer) is formed on a LiNbO 3 substrate, and then an intermediate thin film made of an oxide material is formed on the LiNbO 3 substrate. When a layer (for example, a SiO 2 thin film layer) is formed thinly and the above-mentioned Ti thin film layer is formed thereon, the microcrystals formed in the Ti thin film layer are formed. Growth can be suppressed by the SiO 2 film, which is the intermediate thin film layer, so that side etching of the Ti pattern can be suppressed. Therefore, the effect of producing an optical waveguide having a ridge structure with smooth side walls and low propagation loss can be produced. is there. Also, as described in claim 2,
For example, since a substrate in which an optical waveguide is provided on a ridge pattern forming portion on a LiNbO 3 substrate is used, a high-performance optical waveguide having a smooth ridge side wall and a low propagation loss can be manufactured with a high yield above the optical waveguide. effective. Further, as described in claim 3, for example, the etching of the SiO 2 intermediate thin film layer can be performed simultaneously with the etching of the laminated Ti thin film layer by using CF 4 gas or the like.
An etching mask layer can be formed by one etching process, and there is an effect that the efficiency of pattern formation can be further improved. Further, as the substrate, silicon or gallium arsenide can be used as the substrate in addition to lithium niobate, and the thin film layer (mask material) made of a metal material is made of titanium in addition to titanium. ,
Tantalum or nickel can be used, and
The intermediate thin film layer made of an oxide material is made of silicon oxide (SiO 2).
In addition to 2 ), aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ) and titanium oxide (such as TiO 2 ) can be used, so that the use range of the etching mask layer can be further expanded.

【0007】[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
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(Al2
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
2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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 (a)-
(F) is a process drawing showing the procedure for manufacturing the light control element according to the present invention. In the figure, FIG. 1A shows LiNbO 3
In this example, a Ti thermal diffusion optical waveguide 2 is formed on a substrate 1. A Ti film 9a having a thickness of about 500 nm, a SiO 2 film 14 having a thickness of about 100 nm, and a Ti film 9b having a thickness of about 500 nm were sequentially formed thereon [FIG.
(B)]. Next, a photoresist pattern 10 having a trench at the dug portion is formed by a normal photo process to form a Ti film 9.
b (FIG. 1C). Then, LiNbO 3
The SiO 2 film 16 and the Ti films 9a and 9b on the substrate 1 are
Etching is performed by a plasma etching method using CF 4 plasma 12 or the like, and the photoresist is dissolved and removed, so that the same Ti pattern as the photoresist pattern 10 is obtained.
Patterns 11a and 11b and SiO 2 pattern 17
I got This is etched by an ion beam etching method using an argon and fluorine-based ion beam 13 (FIG. 1 (e)), and the Ti patterns 11a, 11b and the SiO 2 pattern 17 are dissolved with hydrofluoric acid to obtain [ As shown in FIG. 1F, an optical waveguide having a ridge structure having a protruding ridge portion 8 was manufactured. FIG.
(A) to (c) show details of the ridge structure. Note that FIG.
(A), (b) shows the BB cross section of FIG. 2 (c) which is a plan view. In FIGS. 2A to 2C, LiNbO
3. On the substrate 1, a first Ti film 9a, a SiO 2 film 16, and a second Ti film 9b are formed.
9b, a microcrystalline region 18 is generated. The difference from the conventional procedure is that the growth of microcrystals in the Ti film 9b stops once at the interface of the SiO 2 film 16 because the SiO 2 film 16 is sandwiched in the middle. Therefore, the growth of the microcrystalline region 18 can be suppressed, and as shown in FIG. 2C, the chipped portion 19 of the Ti pattern is replaced with the chipped portion of the Ti pattern shown in FIG. 15, it is possible to manufacture an optical waveguide having a ridge structure with a smooth side wall and a low propagation loss.
Here, for example, when the electron beam evaporation method is used, the first T
Immediately after the formation of the i film 9a, the SiO 2 film 16 and subsequently the second Ti film 9b can be formed in the same apparatus and in the same batch. The etching of the SiO 2 film 16 can be performed simultaneously with the etching of the Ti films 9a and 9b by using the CF 4 plasma 12 of CF 4 (carbon tetrafluoride) gas, and the etching mask layer can be removed. It is possible to carry out simultaneously with hydrofluoric acid. Therefore, in the method for manufacturing a light control element of the present invention, the SiO 2 film 1
Except for the addition of the forming process of No. 6, there is an advantage that a ridge pattern can be formed with the same apparatus and process as the conventional one. In the above embodiment, the z-axis cut Li
Although the NbO 3 substrate was used, an x-axis cut LiNbO 3 substrate may be used, or another substrate such as a Si substrate or a G substrate may be used.
An aAs substrate may be used. As the thin film layer made of a metal material of the etching mask layer, other metal films such as Ta and Ni in which microcrystals are easily generated may be used in addition to Ti. Further, as the intermediate thin film layer made of an oxide material, SiO 2
Aluminum oxide (Al 2 O)
3 ) or a thin film of titanium oxide (TiO 2 or the like). In the above-described embodiment, an example in which a Ti film with a thickness of about 500 nm is used as the thin film layer made of a metal material of the etching mask layer is described. Can be appropriately set based on the film thickness (for example, 1 μm) of 200 nm.
About 700 nm is preferable. When the film thickness is less than 200 nm, for example, when a mask layer having a thickness of about 1 μm is set, the number of laminations increases, and it takes a long time to form a film.
If the thickness exceeds 700 nm, microcrystalline regions are likely to grow and become large, and the number of microcrystalline regions is increased. Further, as an intermediate thin film layer made of an oxide material, a Si film having a thickness of about 100 nm is used.
Although an example in which an O 2 film is used has been described, this can also be appropriately set based on the film thickness of the entire etching mask layer.
It is preferably about m to 200 nm. If the film thickness is less than 10 nm, defects are likely to occur in the thin film, so that the effect of suppressing the growth of the microcrystalline region is small. On the other hand, if it exceeds 200 nm, the etching resistance increases and it becomes difficult to perform patterning in one etching process.

【0008】[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(Al23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。
According to the method for producing a pattern of the present invention,
As described in the above, a thin film layer made of a metal material which is an etching mask layer is formed on the substrate, and the metal material is formed on the thin film layer made of the metal material via an intermediate thin film layer made of an oxide material. Or a plurality of thin film layers are repeatedly laminated, and the laminated thin film layer is etched using a resist pattern to form an etching mask layer having a set pattern. For example, LiNbO (3 ) After forming a thin film layer made of a metal material (for example, a Ti thin film layer) on a substrate, an intermediate thin film layer made of an oxide material (for example, a SiO 2 thin film layer) is formed thin on the thin film layer. When the above-mentioned Ti thin film layer is formed thereon again, the growth of microcrystals in this Ti thin film layer is caused by SiO 2 which is the above-mentioned intermediate thin film layer.
Since it can be suppressed by the film, side etching of the Ti pattern can be suppressed, and there is an effect that an optical waveguide having a smooth ridge structure and low propagation loss can be manufactured. Further, since a substrate having an optical waveguide formed on a ridge pattern portion on a LiNbO 3 substrate is used, for example, a high-performance optical waveguide having a smooth ridge side wall and low propagation loss is provided on the upper portion thereof. It can be manufactured with good yield. Further, as described in claim 3, for example, the etching of the SiO 2 intermediate thin film layer is also performed by the stacked Ti 2 layer.
Since the etching can be performed using CF 4 gas or the like at the same time as the etching of the thin film layer, the formation of the etching mask layer is simplified, and the efficiency of pattern formation is improved. Claim 4
As described in above, silicon or gallium arsenide can be used as a substrate in addition to lithium niobate, and tantalum or nickel is used as a mask material (a thin film layer made of a metal material) in addition to titanium. Further, in addition to silicon oxide (such as SiO 2 ), aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ) or titanium oxide (such as TiO 2 ) as an intermediate thin film layer (an intermediate layer made of an oxide material).
2 ) can be used, so that the usable range of the etching mask layer can be further expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing a light control element having a ridge structure exemplified in the embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram showing details of a ridge structure exemplified in the embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional light control element having a ridge structure.

【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。
FIG. 4 is a process chart showing a method for manufacturing a conventional light control element having a ridge structure.

【図5】従来のリッジ構造の詳細を示す図。FIG. 5 is a diagram showing details of a conventional ridge structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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1 ... LiNbO 3 substrate 2 ... Ti thermal diffusion optical waveguide 3 ... buffer layer 4 ... CPW electrode 5 ... CPW electrode 6 ... terminating resistor 7 ... feed line 8 ... ridge 9 ... Ti film 9a ... Ti film 9b ... Ti film 10 ... the photoresist pattern 11 ... Ti pattern 11a ... Ti pattern 11b ... Ti pattern 12 ... CF 4 plasma 13 ... argon and fluorinated ion beam 14 ... chipped portion 16 ... SiO 2 film of the microcrystalline regions 15 ... Ti pattern 17 ... SiO 2 pattern 18: microcrystalline region 19: chipped portion of Ti pattern 20: etched portion

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02F 1/00 - 1/125 G02F 1/29 - 7/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6/14 G02F 1/00-1/125 G02F 1/29-7/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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。
1. A method for forming a ridge pattern having a protruding shape on a substrate by etching a part of the surface of the substrate, comprising forming a thin film layer made of a metal material as an etching mask layer on the substrate. Forming a thin film layer of the metal material once or a plurality of times on the thin film layer of the metal material via an intermediate thin film layer of an oxide material; and A method for producing a pattern, comprising a step of forming an etching mask layer having a set pattern by etching using a resist pattern.
【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。
2. The method according to claim 1, wherein an optical waveguide is formed on a ridge pattern on the substrate.
【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。
3. The pattern manufacturing method according to claim 1, wherein the step of forming the etching mask layer is performed by a single etching process.
【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。
4. The thin film layer according to claim 1, wherein the substrate is made of lithium niobate, silicon or gallium arsenide, and the thin film layer made of a metal material is
The thin film layer made of an oxide material is made of at least one selected from titanium, tantalum, and nickel, and is made of at least one selected from silicon oxide, aluminum oxide, and titanium oxide. Pattern making method.
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