JPH0580224A - ガーネツト導波路加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビームによるエッチングに際して、マ
スク材が残存しうる比較的短時間のうちにガーネット膜
を深くエッチングする方法を提供する。 【構成】 一般式Ｒ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂で示される磁性ガーネ
ット膜、又は該ガーネットの酸素以外の構成元素の一部
を等価な価数を有する一種以上の元素で置き換えた置換
型ガーネット膜を導波路に加工する方法において、ガス
種にリン酸の蒸気を含む混合ガスを用いて反応性イオン
ビームエッチングあるいは反応性イオンエッチングによ
り加工するガーネット導波路の加工方法。 【効果】 容易に側壁の滑らかな導波路を形成でき、磁
性ガーネット膜を用いたデバイスの作製が容易になり、
産業上の利点が大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性ガーネット膜を用
いたデバイス、例えば導波型アイソレータ等を形成する
ためのガーネットの加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性ガーネット膜を用いて導波型
デバイスを作製する場合、ガーネットの化学的安定性、
高硬度であること及び形成温度の高さ〜９００℃により
ガーネット導波路の加工が著しく困難であった。まずガ
ーネットが化学的に安定であることから、石英系の導波
路の加工に用いられている反応性イオンエッチングを利
用しようとしても、ガーネットを構成する元素を昇華さ
せて除去しうるだけの昇華性を提供できる反応性のガス
がない。一般に用いられているフルオロカーボン系のガ
スや塩素を用いても格段の効果は認められない。溶液に
よる化学的エッチングを用いる場合、ガーネットを溶解
しうるのは、熱リン酸しか知られていない。熱リン酸を
用いれば、ガーネットの加工は一応可能であるが、等方
的なエッチングであるため、導波路の側面がテーパを持
ち、いわゆるアスペクト比を大きくすることができな
い。しかも、３μｍ以上深くエッチングしようとする
と、パターンの上部がリン酸にさらされる時間が長くな
るため、幅５μｍ以下のパターンは、パターンの両側か
らエッチングされて、結局リッジ型の導波路パターンを
形成することが困難であった。ガーネットの形成温度は
〜９００℃と高温であるため、あらかじめパターニング
を行うための有機・無機のレジストステンシルを形成し
ておいて、その後ガーネット膜を成長させ、最後にレジ
ストステンシルを溶解して不要な箇所を取去るという、
いわゆるリフトオフ法を適用することはできない。そこ
で、従来は導波路デバイス向けに磁性ガーネット膜を加
工するのにアルゴンや塩素を用いたイオンビームエッチ
ングを適用してきた。イオンビームエッチングは、イオ
ン源により加速されたイオンを衝突させることにより、
イオンが衝突した部分を構成する物質を物理的に叩き出
す、いわゆるスパッタリングによりエッチングを行うも
のである。

【０００３】従来のイオンビームエッチングにおける問
題点に次のものがある。従来の方法の工程を図２に模式
的に示す。すなわち図２は従来のガーネット膜の加工方
法を示す工程図であり、符号１は基板、例えばガドニウ
ムガリウムガーネット、２は磁性ガーネット膜、例えば
約４．５μｍの厚さのイットリウム鉄ガーネット膜、３
はフォトレジスト、例えば約４μｍの厚さのフォトレジ
ストである。図２に示すように、基板（例えばガドニウ
ムガリウムガーネット結晶）上に成長した磁性ガーネッ
ト膜（例えばイットリウム鉄ガーネットＹＩＧ）の上に
必要な部分を保護するためのマスク材をフォトレジスト
により１〜３μｍの厚さに形成する（図２Ａの工程）。
続いて、イオンビームエッチング装置内に基板を持ち込
み、アルゴンあるいは塩素イオン等を基板に照射するこ
とにより、磁性ガーネット膜を堀り下げる（図２Ｂ）。
この時、ガーネット膜が機械的硬度が高く、イオンビー
ムに対するスパッタ効率（収量）が小さいため、ガーネ
ットのエッチング深さに比べて、マスク材がいち早く除
去されてしまい、マスク材が丁度完全に除去された状態
でのガーネットのエッチング深さは、たかだか１μｍ程
度であった（図２Ｃ）。

【０００４】このように、従来のガーネット膜加工方法
では、溶液を用いた化学的エッチングでは、パターン幅
５μｍ以下の導波路の形成はできず、またイオンビーム
による物理的エッチングではたかだか１μｍ程度しかエ
ッチングできないため、磁性ガーネットを用いた導波路
デバイスの構成に著しい制約があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２に示す、従来の磁
性ガーネット膜加工方法では、マスク材の耐性が低く、
導波路の構成を容易にするために期待されている４μｍ
以上のエッチング深さを得ることは困難であった。本発
明の目的は、この問題点を解決すべく、イオンビームに
よるエッチングに際して、マスク材が残存しうる比較的
短時間のうちにガーネット膜を深くエッチングする方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明はガーネット導波路の加工方法に関する発明であっ
て、一般式Ｒ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂で示される磁性ガーネット
膜、又は該ガーネットの酸素以外の構成元素の一部を等
価な価数を有する一種以上の元素で置き換えた置換型ガ
ーネット膜を導波路に加工する方法において、ガス種に
リン酸の蒸気を含む混合ガスを用いて反応性イオンビー
ムエッチングあるいは反応性イオンエッチングにより加
工することを特徴とする。

【０００７】前記のような目的を達成すために、本発明
では、リン酸を含む溶液をキャリアガスでバブリングす
ることによりイオン（ビーム）エッチング装置内にリン
酸を含む混合ガスを導入し、イオン（ビーム）により不
要な部分のガーネット膜を取去る。リン酸の蒸気をイオ
ン（ビーム）に混入させることにより、ガーネットを化
学的に除去する効果が物理的エッチングに重畳されるこ
とにより、方向性のある深いエッチングが可能となり、
従来の技術では加工が困難であった数μｍ以上の膜厚を
有するガーネット膜に対しても十分適用可能であること
を特徴とする。

【０００８】また、当然にキャリアガスと別系統で他の
ガスを導入したり、キャリアガスに実施例にないガスを
混入したりしたものによりガーネットの加工を行うもの
は、本発明の領域に含まれる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の具体的実施例について説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。

【００１０】実施例１ 図１に、本発明によるガーネット膜加工の一例を示す。
すなわち図１は本発明による磁性ガーネット膜の加工方
法の一例を示す工程図であり、符号１〜３は図２と同
義、４はリン酸を含む混合ガスをイオン化することによ
って生ずる活性種を模式的に示したものである。まず、
例えばガドニウムガリウムガーネット〔ＧＧＧ基板（１
１１）方向〕上にイットリウム鉄ガーネット膜を液層エ
ピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）により、約４．５μｍ
の厚さに形成し、ガーネット膜のパターンを得るための
約４μｍ厚のフォトレジストのマスクを通常のフォトリ
ソグラフィ技術を用いて形成した（図１Ａ）。次にこの
基板を２つに分割して、１枚の基板はガス種をアルゴン
に選んで、アルゴンイオンビームによりガーネット膜の
加工を行い、残りの１枚は、アルゴンガスでリン酸をバ
ブリングしてリン酸の蒸気を含む混合ガスのイオンビー
ムにより行った。アルゴンイオンビームでエッチングし
た基板は、約４μｍのレジストがほぼなくなるまで加工
を行ったが、ガーネット膜の加工深さは、わずかに１．
１μｍであり、導波路の加工はできなかった。一方、リ
ン酸の蒸気を含む混合ガスイオンビームにより加工した
基板では、図１Ｂ及びＣに模式的に示すように、ガーネ
ットのエッチング速度が飛躍的に高くなり、４．５μｍ
のガーネット膜を完全に掘り下げた状態で約１．７μｍ
の厚さのマスク材のフォトレジストが残っていた。アル
ゴンイオンビームに比較して、約１０倍程度速く、ガー
ネット膜を加工できることがわかった。最後に、プラズ
マリアクタを用いて、残っているレジストを酸素プラズ
マによりアッシングして取去り、図１Ｄに示すリッジ型
のイットリウム鉄ガーネット膜導波路を形成した。その
後、ＬＰＥ法によりイットリウムの一部をランタンに、
鉄の一部をガリウムに置換したクラッド層を形成して導
波損失を調べたところ、リン酸の蒸気を含むイオンビー
ムは、物理化学的エッチッグであるため、導波路側壁が
極めて滑らかになっており、〜１ｄＢ／cmの低損失導波
路が形成できることが分かった。

【００１１】実施例２ 実施例１で示したリン酸の蒸気を含むガスによるガーネ
ット膜加工方法を用いて、イットリウム鉄ガーネットの
イットリウムの一部をビスマスあるいは希土類元素に、
鉄の一部をガリウムあるいはアルミに置換した磁性ガー
ネット膜を加工して、約４μｍのフォトレジストのマス
ク材がなくなる時点での加工深さの測定を行った。その
結果を、下記表１に示す。

【００１２】

【表１】 表１ 各ガーネット膜に対する加工深さ イットリウムを置換する元素 最大加工深さ（μｍ） ビスマス １７．５ ランタン １６．７ ガドリニウム １６．３ ルテチウム １６．４

【００１３】表１から分かるように、本発明による加工
方法により、各種磁性ガーネット膜を十分深く加工でき
る。また、希土類の中でセリウム、プラセオジム、ネオ
ジム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、ジスプ
ロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテ
ルビウムが適宜混合された原料を用いて作製したガーネ
ット膜についても、１６．９μｍの加工深さを得た。な
お、鉄の一部を置換していないガーネット膜についても
加工深さが少なくとも１０μｍ以上取れることは容易に
類推できる。

【００１４】実施例３ 実施例１と同一の条件で約４μｍの厚さのフォトレジス
トのマスクパターンまで形成したイットリウム鉄ガーネ
ット膜基板を反応性イオンエッチング装置にセットし
て、アルゴン、酸素、窒素、塩素等を含む混合ガスをキ
ャリアガスとしてリン酸を含む溶液をバブリングして真
空槽内に導入し、高周波電力を印加して、ガーネット膜
の加工を試みた。同時にセットしたフォトレジストを全
面にコートしたシリコン基板をモニターとして、フォト
レジストがほとんどなくなるまでエッチングを行った結
果、４．５μｍのガーネット膜は完全に加工できている
上、更に基板材料のガドリウムガリウムガーネットまで
約３μｍほどエッチングされていた。加工した側壁を走
査電子顕微鏡で観察したところ、非常に滑らかな加工面
であった。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁性ガーネット膜の加工方法において、リン酸の蒸気を
含む混合ガスを用いて、反応性イオンビームエッチング
あるいは反応性イオンエッチングによりガーネット膜を
エッチングすればリン酸の化学的効果をそのままドライ
工程に持込むことが可能となり、容易に側壁の滑らかな
導波路を形成でき、磁性ガーネット膜を用いたデバイス
の作製が容易になり、産業上の利点が大きいものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁性ガーネット膜の加工方法の一
例を示す工程図である。

【図２】従来のガーネット膜の加工方法を示す工程図で
ある。

【符号の説明】

１…基板、２…磁性ガーネット膜、３…フォトレジス
ト、４…リン酸を含む混合ガスをイオン化することによ
って生ずる活性種を模式的に示したもの

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋川 篤 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式Ｒ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂で示される磁性ガ
   ーネット膜、又は該ガーネットの酸素以外の構成元素の
   一部を等価な価数を有する一種以上の元素で置き換えた
   置換型ガーネット膜を導波路に加工する方法において、
   ガス種にリン酸の蒸気を含む混合ガスを用いて反応性イ
   オンビームエッチングあるいは反応性イオンエッチング
   により加工することを特徴とするガーネット導波路の加
   工方法。