JPH112845A

JPH112845A - 光導波路素子の電極およびその形成方法

Info

Publication number: JPH112845A
Application number: JP15483197A
Authority: JP
Inventors: Isao Tsuruma; 功鶴間
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】プロトン交換チャンネル光導波路を有する光
導波路素子の光導波路に電圧を印加する電極を、その縁
部がチャンネル光導波路の縁部と整合する位置に精度良
く形成し、また導波光の伝搬損失を低く抑える。【解決手段】基板10の表面にＴａ膜21（下層金属
膜）、Ａｕ膜22（上層金属膜）をこの順に成膜して、そ
れをチャンネル光導波路11形成のためのプロトン交換の
マスクとして使用する。その後Ｔａ膜21およびＡｕ膜22
を所定形状に加工するとともに、Ａｕ膜22は平面視状態
でその縁部がチャンネル光導波路11の縁部と整合してい
る状態のままにする一方、基板10上に直接形成されてい
るＴａ膜21の方は、チャンネル光導波路11の縁部と整合
している部分が該縁部から離間するようにエッチングし
た上で、これらＴａ膜21およびＡｕ膜22を、チャンネル
光導波路11に電圧を印加するための電極として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロトン交換によ
りチャンネル光導波路が形成された光導波路素子におい
て、チャンネル光導波路に電圧を印加する電極に関する
ものである。

【０００２】また本発明は、このような光導波路素子の
電極を形成する方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、基板上にチャンネル光導波路
が形成された光導波路素子が種々提供されている。そし
て、チャンネル光導波路を形成する方法の１つとして、
プロトン交換法が知られている。

【０００４】このプロトン交換法によるチャンネル光導
波路の作成は、基板表面に金属膜を成膜し、この金属膜
を所定形状の開口が残るようにエッチングし、この金属
膜をマスクとして基板表面にプロトン交換処理を施す、
という手順でなされる。

【０００５】ところで、上述のような光導波路素子にお
いては、チャンネル光導波路に近接させて、あるいは直
上に電極を配設し、該電極からチャンネル光導波路に電
圧を印加させることが多い。従来この種の電極は、図３
に示すような方法によって形成されていた。すなわち
（１）（この番号は図中の番号と対応している）まず基
板１上にＣｒ膜等の金属膜２を成膜し、（２）この金属
膜２の上にフォトリソ法により所定形状としたレジスト
３を残し、（３）このレジスト３をマスクとして金属膜
２を、所定形状の開口４が残るようにエッチングした
後、レジスト３を除去し、（４）次に、この金属膜２を
マスクとしてプロトン交換を行なって、基板１の表面部
分にチャンネル光導波路５を形成し、（５）金属膜２を
すべてエッチングにより除去し、また必要に応じてその
後アニールし、（６）その上にＡｌ等からなる導電性膜
７を成膜し、（７）この導電性膜７の上に、フォトリソ
法によりチャンネル光導波路５に対面する部分は除かれ
たレジスト８を残し、（８）次に上記レジスト８をマス
クとしてエッチングを行ない、導電性膜７のチャンネル
光導波路５に対面する部分を取り除く。

【０００６】以上の処理により、各チャンネル光導波路
５の左右両側部分において導電性膜７が残るので、これ
らの導電性膜７を電極として用いれば、各チャンネル光
導波路５に電圧を印加することができる。

【０００７】しかし上記の方法においては、フォトリソ
法により（７）のようにレジスト８を残す際に、露光装
置の精度や作業者の熟練度に起因するバラツキにより、
フォトマスクを正確に所定位置に配置することができな
い。そのため、電極（導電性膜）７は図４に拡大して示
すように、その縁部がチャンネル光導波路５の縁部と整
合する正規の位置から、アライメントエラーＬだけずれ
て形成され、これが性能のバラツキ、ひいては歩留まり
の低下の原因となっていた。

【０００８】このような問題を解決できる光導波路素子
の電極形成方法として、特開平７−１４６４５７号に示
されるものが知られている。この電極形成方法は、プロ
トン交換時に光導波路パターンを設定するためのマスク
として用いられた金属膜を残しておいて、それを電極と
して利用するようにしたものであり、具体的には、基板
表面に金属膜を成膜し、この金属膜を所定形状の開口が
残るように加工し、この金属膜をマスクとして基板表面
にプロトン交換処理を施し、チャンネル光導波路を形成
した後、上記金属膜を、上記開口の縁部の少なくとも一
部が残る状態に加工して、電圧印加用電極とするように
したものである。

【０００９】この特開平７−１４６４５７号に示される
電極形成方法において、プロトン交換時に光導波路パタ
ーンを設定するためのマスクとして用いられた金属膜
は、当然、その縁部がチャンネル光導波路の縁部と整合
している。したがってこの金属膜から電極を形成すれ
ば、電極の縁部をチャンネル光導波路の縁部と精度良く
整合させることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
して電極を形成した光導波路素子においては、比較的大
きな導波光の伝搬損失が認められる。

【００１１】上記の金属膜からなる電極と基板との間に
ＳｉＯ₂等からなるバッファ層を形成すると、導波光の
伝搬損失を低減できるが、そのようなバッファ層を形成
すると光導波路素子の作成プロセスが複雑化し、また、
ＤＣドリフトの増大等の別の問題も生じる。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、プロトン交換チャンネル光導波路に電圧を印加
する電極を、その縁部がチャンネル光導波路の縁部と整
合する位置に精度良く形成することができ、その上、導
波光の伝搬損失を低く抑えることもできる、光導波路素
子の電極形成方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１３】また本発明は、縁部がチャンネル光導波路
の縁部と整合する位置に精度良く形成されて、その上、
導波光の伝搬損失を低く抑えることもできる、光導波路
素子の電極を提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による光導波路素
子の電極形成方法は、基本的には前記特開平７−１４６
４５７号の方法と同様に、プロトン交換時に光導波路パ
ターンを設定するためのマスクとして用いられた金属膜
を残しておいて、それを電極として利用するようにした
ものであるが、金属膜を積層膜とし、基板上に直接形成
した金属膜は成膜後に光導波路縁部から離れるようにエ
ッチングして、導波光の伝搬損失を低減できるようにし
たものである。

【００１５】すなわち本発明による光導波路素子の電極
形成方法は、具体的には、基板表面に下層金属膜および
上層金属膜をこの順に成膜し、これらの金属膜を所定形
状の開口が残るように加工し、これらの金属膜をマスク
として前記基板表面にプロトン交換処理を施し、チャン
ネル光導波路を形成した後、下層および上層金属膜を、
上記開口の縁部の少なくとも一部を残して所定形状に加
工するとともに、下層金属膜を、少なくとも上記チャン
ネル光導波路の縁部と整合している部分が該縁部から離
間するようにエッチングして、これら下層および上層金
属膜を、チャンネル光導波路に電圧を印加するための電
極とすることを特徴とするものである。

【００１６】なお上記の下層および上層金属膜は、それ
ぞれ単一の層として形成してもよいし、あるいは複数の
層として形成してもよい。

【００１７】またこの光導波路素子の電極形成方法にお
いて、下層金属膜を、チャンネル光導波路の縁部と整合
している部分が該縁部から離間するようにエッチングす
るためには、上層金属膜をマスクとして下層金属膜をサ
イドエッチングする手法を用いるのが望ましい。

【００１８】そして、そのような手法を用いる場合、下
層金属膜はＴａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１
つから形成し、上層金属膜はＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのうちの
少なくとも１つから形成するのが望ましい。

【００１９】一方、本発明による光導波路素子の電極
は、前述したようにプロトン交換チャンネル光導波路が
形成された光導波路素子の基板上に形成され、該光導波
路に電圧を印加する電極において、基板上において、縁
部がチャンネル光導波路の縁部から離れた状態に成膜さ
れた下層金属膜と、この下層金属膜の上に成膜され、基
板表面に垂直な方向から見た状態で縁部がチャンネル光
導波路の縁部と整合する状態に形成された上層金属膜と
からなることを特徴とするものである。

【００２０】なお上記の下層および上層金属膜は、それ
ぞれ単一の層からなるものであってもよいし、あるいは
複数の層からなるものであってもよい。

【００２１】またこの光導波路素子の電極において、下
層金属膜はＴａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１
つからなり、上層金属膜はＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのうちの少
なくとも１つからなるのが望ましい。

【００２２】さらに、この光導波路素子の電極におい
て、基板はＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０≦ｘ≦１）結
晶、あるいはこれにＭｇまたはＺｎがドープされた結晶
の基板であるのが望ましい。

【００２３】

【発明の効果】プロトン交換時に光導波路パターンを設
定するためのマスクとして用いられた下層および上層金
属膜は、当然、その縁部がチャンネル光導波路の縁部と
整合している。したがって、チャンネル光導波路の縁部
と整合している上層金属膜の縁部には特に何も加工を加
えなければ、この上層金属膜からなる電極部分の縁部を
チャンネル光導波路の縁部と精度良く整合させることが
できる。それにより本発明方法によれば、電極位置精度
が高くて性能バラツキが無い光導波路素子を安定して製
造可能となる。

【００２４】また本発明の方法では、基板上に直接形成
した下層金属膜を、光導波路縁部から離れるようにエッ
チングすることにより、導波光の伝搬損失を低減可能と
なる。以下、その理由を詳しく説明する。

【００２５】本発明者の研究によると、前記特開平７−
１４６４５７号の方法により電極を形成した場合に導波
光の伝搬損失が生じやすい原因は、導波光のしみ出し光
（エバネッセント光）が、チャンネル光導波路の縁部と
整合している電極と干渉することにあることが分かっ
た。この知見に基づいて本発明においては、電極を構成
するために基板上に直接形成した下層金属膜を、光導波
路縁部から離れるようにエッチングしているので、この
下層金属膜と導波光のしみ出し光とが干渉することがな
くなり、そこで、導波光の伝搬損失を著しく低減するこ
とができる。

【００２６】なおＡｕ、ＰｔおよびＡｇと、Ｔａ、Ｃ
ｒ、ＷおよびＭｏとについて検討すると、適当なエッチ
ング液を選ぶことにより、前者をエッチングしないで後
者のみを選択的にエッチングすることが可能である。そ
こで、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇのうちの少なくとも１つから上
層金属膜を形成し、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏのうちの少な
くとも１つから下層金属膜を形成しておけば、これら両
金属膜をエッチング液に浸漬し、上層金属膜をマスクと
して作用させることにより、下層金属膜の側縁部のみを
容易にエッチングすること（いわゆるサイドエッチン
グ）ができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による光導波路素子の電極形成方法の処理の流れ
を示すものである。また図２は、この処理の流れにおけ
る光導波路基板の平面形状を示している。

【００２８】説明を容易にするため、まず完成した光導
波路素子について説明する。図２の（５）は、完成した
光導波路素子の平面形状を示している。この光導波路素
子は、例えばＬｉＮｂＯ₃結晶のＸ板からなる基板10の
表面部分に方向性光結合器を構成する２本のチャンネル
光導波路11、11がＹ方向に延びる状態に設けられ、そし
てこれらのチャンネル光導波路11、11の相近接して平行
に延びている部分の各左右側部に電極12、13、14が形成
されてなるものである。電極12、14はパッド電極15を介
して、また電極13はパッド電極16を介して図示外の駆動
回路に接続され、各チャンネル光導波路11に所定の電圧
を印加するために使用される。

【００２９】ここで電極12、13、14は、平面視状態でそ
れぞれの縁部が各チャンネル光導波路11の縁部と正確に
整合するように配設する必要がある。そうでなければ、
各チャンネル光導波路11に所定の電圧を印加することが
困難となる。

【００３０】以下、このように電極12、13、14を配設可
能にした本発明による光導波路素子の電極形成方法を、
図１を参照して説明する。なお、以下の説明では各工程
に順次（１）（２）（３）…の番号を付して示すが、こ
れらの番号は図１中の番号と対応している。

【００３１】（１）まず基板10上に、公知のリソグラフ
ィ法により、チャンネル光導波路11の形状のレジストパ
ターン20を形成する。図２の（１）は、この状態を示し
ている。なお図１の（１）〜（11）はそれぞれ、図２の
Ａ−Ａ線に沿った部分の立断面形状を示している。

【００３２】（２）その上に、スパッタによりＴａ膜2
1、Ａｕ膜22、Ｔａ膜23をこの順に成膜する。第１の金
属膜としてのＴａ膜21、第２の金属膜としてのＡｕ膜2
2、第３の金属膜としてのＴａ膜23の膜厚は、それぞれ
一例として15ｎｍ、100 ｎｍ、15ｎｍとする。

【００３３】（３）基板10をアセトン中に浸漬し、超音
波洗浄を行なって、レジストパターン20およびその上の
Ｔａ膜21、Ａｕ膜22、Ｔａ膜23をリフトオフ除去する。
図２の（２）は、この状態を示している。

【００３４】（４）140 ℃〜200 ℃に加熱したピロリン
酸中に基板10を所定時間浸漬し、それにより基板10の露
出部分をプロトン交換して、基板10の表面部分にチャン
ネル光導波路11を形成する。このチャンネル光導波路11
は、プロトン交換時にＴａ膜21、Ａｕ膜22、Ｔａ膜23が
マスクとして作用するので、上記レジストパターン20の
形状に対応した形状のものとなる。

【００３５】（５）洗浄後、340 ℃〜450 ℃で所定時間
熱処理した後、フッ硝酸により表面のＴａ膜23をエッチ
ング除去する。

【００３６】（６）Ｔａ膜21およびＡｕ膜22を電極形状
に加工するため、リソグラフィ法によりレジストパター
ン25を形成する。図２の（３）は、この状態を示してい
る。

【００３７】（７）レジストパターン25からはみ出して
いるＡｕ膜22を、ヨウ素系のエッチング液でエッチング
除去する。

【００３８】（８）プラズマアッシャーまたはレジスト
剥離液によりレジストパターン25を除去し、また上記
（７）でパターニングされたＡｕ膜22をマスクとして、
Ｔａ膜21をフッ硝酸によりエッチング除去する。ここま
での処理により、それぞれ下層金属膜としてのＴａ膜21
および上層金属膜としてのＡｕ膜22からなる電極12、1
3、14が形成される。

【００３９】なお上記フッ硝酸によるエッチングの時間
をある程度長めに設定することにより、Ｔａ膜21の端部
は、Ａｕ膜22の端部より内側に入り込んだ所までエッチ
ング（サイドエッチング）される。したがって、プロト
ン交換時に光導波路パターンを設定するためのマスクと
して作用したＡｕ膜22の縁部は、平面視状態でチャンネ
ル光導波路11の縁部と整合しているのに対し、Ｔａ膜21
の縁部は、チャンネル光導波路11の縁部から離間するこ
とになる。このＴａ膜21のサイドエッチング量、つまり
その縁部のチャンネル光導波路縁部からの離間量は、通
常は100 ｎｍ以上、望ましくは500 ｎｍ以上に設定す
る。

【００４０】（９）次にパッド電極形成のため、リソグ
ラフィ法によりレジストパターン26を形成する。図２の
（４）は、この状態を示している。

【００４１】（10）その上に、Ｃｒ膜27、Ａｕ膜28をこ
の順に蒸着する。

【００４２】（11）次にレジストパターン26をリフトオ
フして、それぞれＣｒ膜27、Ａｕ膜28からなるパッド電
極15、16を形成する。以上の処理により、光導波路素子
が完成する。図２の（５）は、この完成状態を示してい
る。

【００４３】こうして形成された電極12、13、14は、チ
ャンネル光導波路11の形状を規定したＡｕ膜22の縁部を
そのまま残して形成されたものであるから、各電極12、
13、14のチャンネル光導波路11側の縁部は、該チャンネ
ル光導波路11の側縁部と精度良く整合するものとなる。

【００４４】そして特に、基板10上に直接層成されてい
るＴａ膜21については、その縁部をチャンネル光導波路
11の縁部から離間させているので、チャンネル光導波路
11に光を導波させたとき、Ｔａ膜21が導波光のしみ出し
光に干渉することがなくなり、そこで、導波光の伝搬損
失を低く抑えることができる。

【００４５】また上記（３）の工程において、レジスト
パターン20およびその上のＴａ膜21、Ａｕ膜22、Ｔａ膜
23がリフトオフで除去されるが、このときＡｕ膜22は露
出していないので、前述したＡｕ粒子の再付着によるシ
ョート等の問題や、Ａｕの表面の汚れによる密着悪化の
問題が防止される。

【００４６】このように、レジストパターン20およびそ
の上のＴａ膜21、Ａｕ膜22、Ｔａ膜23をリフトオフして
プロトン交換用の開口を形成する場合は、エッチングを
適用する場合よりも開口の寸法精度が高くなり、ひいて
はチャンネル光導波路11の寸法精度が高くなる。

【００４７】そして、以上のようにして形成された電極
12、13、14は最終的に、低抵抗のＡｕ膜22が露出してな
り、そこから電圧が印加されるようになるので、この光
導波路素子は高速動作が可能なものとなる。

【００４８】さらに、プロトン交換の後に、汚染物質が
付着していることが多いＴａ膜23を除去すると、清浄な
Ａｕ膜22の表面が得られる。これにより、Ａｕ膜22とパ
ッド電極15、16との接触抵抗を低減できることは勿論、
Ａｕ膜22をメッキの下地電極とする場合にはメッキ液の
濡れ性が良好となるため、均一なメッキ膜が得られるよ
うになる。

【００４９】また、プロトン交換前に基板表面に付着し
た細かいゴミを除去するために、ブラシスクラブ等の物
理的除去法を採用しても、比較的硬いＴａ膜23は傷付く
ことがなく、よってチャンネル光導波路11のパターン欠
陥が生じ難くなっている。

【００５０】なお以上の実施形態では、Ｔａ膜21、Ａｕ
膜22およびＴａ膜23を所定形状に加工してからＴａ膜23
を除去しているが、Ｔａ膜23を除去してからＴａ膜21お
よびＡｕ膜22を所定形状に加工するようにしてもよい。

【００５１】また図５に示す第２の実施形態のように、
Ｔａ膜21のサイドエッチングがなされないようにエッチ
ング時間を設定する以外は第１の実施形態と同様にして
パッド電極15、16の形成までを行ない（同図（１）の状
態）、その後、Ｔａ膜21の端部をフッ硝酸またはＣＦ₄
によるドライエッチングでサイドエッチングする（同図
（２）の状態）ようにしてもよい。

【００５２】しかし第１の実施形態では、Ｔａ膜21のエ
ッチング時間を調整するだけで該Ｔａ膜21をサイドエッ
チングできるので、プロセス上の負荷を最小限に抑えら
れるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による光導波路素子の
電極形成方法を工程を追って示す説明図

【図２】図１の各工程における光導波路基板の平面形状
を示す平面図

【図３】従来の光導波路素子の電極形成方法を工程を追
って示す説明図

【図４】従来方法によって形成された電極の位置ずれを
説明する概略図

【図５】本発明の第２の実施形態による光導波路素子の
電極形成方法を工程を追って示す説明図

【符号の説明】

10 基板 11 チャンネル光導波路 12、13、14 電極 15、16 パッド電極 20、25、26 レジストパターン 21 Ｔａ膜（下層金属膜） 22 Ａｕ膜（上層金属膜） 23 Ｔａ膜 27 Ｃｒ膜 28 Ａｕ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面に下層金属膜および上層金属膜
をこの順に成膜し、これらの金属膜を所定形状の開口が残るように加工し、これらの金属膜をマスクとして前記基板表面にプロトン
交換処理を施し、チャンネル光導波路を形成した後、前記下層および上層金属膜を、前記開口の縁部の少なく
とも一部を残して所定形状に加工するとともに、前記下
層金属膜を、少なくとも前記チャンネル光導波路の縁部
と整合している部分が該縁部から離間するようにエッチ
ングして、これら下層および上層金属膜を、前記チャンネル光導波
路に電圧を印加するための電極とすることを特徴とする
光導波路素子の電極形成方法。
【請求項２】前記下層金属膜を、前記上層金属膜をマ
スクとしてサイドエッチングすることにより、該下層金
属膜を、前記チャンネル光導波路の縁部と整合している
部分が該縁部から離間するようにエッチングすることを
特徴とする請求項１記載の光導波路素子の電極形成方
法。
【請求項３】前記下層金属膜をＴａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ
のうちの少なくとも１つから形成し、前記上層金属膜をＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのうちの少なくとも
１つから形成することを特徴とする請求項２記載の光導
波路素子の電極。
【請求項４】プロトン交換チャンネル光導波路が形成
された光導波路素子の基板上に形成され、該光導波路に
電圧を印加する電極において、前記基板上において、縁部が前記チャンネル光導波路の
縁部から離れた状態に成膜された下層金属膜と、この下層金属膜の上に成膜され、基板表面に垂直な方向
から見た状態で縁部が前記チャンネル光導波路の縁部と
整合する状態に形成された上層金属膜とからなることを
特徴とする光導波路素子の電極。
【請求項５】前記下層金属膜がＴａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ
のうちの少なくとも１つからなり、前記上層金属膜がＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのうちの少なくとも
１つからなることを特徴とする請求項４記載の光導波路
素子の電極。
【請求項６】前記基板がＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０
≦ｘ≦１）結晶、あるいはこれにＭｇまたはＺｎがドー
プされた結晶の基板であることを特徴とする請求項４ま
たは５記載の光導波路素子の電極。