(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に蒸着された金属膜の金属の熱拡散により光導波路を形成する光導波路素子の製造方法において、前記基板上に蒸着された前記金属膜の酸化度を測定して金属膜の良否を判定し、良品を熱拡散工程に移すことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、金属膜の酸化度の評価指標としてシート抵抗を用い、前記金属膜のシート抵抗が２０〜４５Ω／□の範囲内にあるものを良品として熱拡散工程に移すことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の製造方法において、ＬｉＮｂＯ３  基板上にＴｉの拡散による光導波路を形成することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路素子の製造方法に関し、特に、基板に金属の熱拡散により光導波路を形成した光導波路素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光導波路は、放射を一定領域に閉じ込め、そのエネルギーの流れを経路の軸に平行に案内して伝搬させる機能を有する。そのため、現在では、光ファイバケーブルで代表される光の導波線路を光導波路に変えることによって、光学部品の小型化を図るようにしている。
【０００３】
前記光導波路としては、例えばＧａＡｓ系、ＩｎＰ系の半導体導波路、Ｓｉ上に酸化膜を形成したり、ガラス基板を用いる誘電体（ガラス）導波路、ＬｉＮｂＯ３  やＬｉＴａＯ３  結晶で構成した強誘電体結晶導波路がある。
【０００４】
特に、光導波路型変調器等のように、光導波路を伝送する光ビームに電極を通じて情報を乗せるような光学素子として、優れた電気光学特性を有するＬｉＮｂＯ３  結晶基板にＴｉを拡散させたＴｉ拡散型ＬｉＮｂＯ３  導波路が用いられている。
【０００５】
前記Ｔｉ拡散型ＬｉＮｂＯ３  導波路は、ＬｉＮｂＯ３  結晶基板上にＴｉを蒸着して厚み数百ÅのＴｉ膜を形成し、１０００℃程度の温度で４〜１０時間熱拡散させて局所的に屈折率を増大させることにより光導波路を作製するものである。このとき、熱拡散させるＴｉ量は、蒸着によるＴｉの成膜の厚みで調整される。
【０００６】
しかしながら、Ｔｉ膜を真空蒸着装置等の成膜装置で作製する場合、同一のＴｉ膜の厚みに調整しながらも、熱拡散後の導波路の特性にバラツキが生じることがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、基板に金属膜の金属熱拡散により光導波路を形成する光導波路素子の製造方法において、導波路の損失のバラツキが少なく、かつ、損失のレベルの低い、改良された光導波路素子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明に係る光導波路素子の製造方法は、基板上に蒸着された金属膜の金属の熱拡散により光導波路を形成する光導波路素子の製造方法において、前記基板上に蒸着された前記金属膜の酸化度を測定して金属膜の良否を判定し、良品を熱拡散工程に移すことを特徴とする。
【０００９】
本発明者等は、同一の金属膜の厚みに調整した場合において、導波路特性にバラツキが生じる原因について種々検討した結果、真空蒸着装置等の成膜装置のチャンバの汚れによるコンタミネーション、真空度の変動、水蒸気分圧の変動等により、金属膜の酸化度にバラツキが生じ、これが導波路特性のバラツキの原因となっていることを見出した。
【００１０】
したがって、金属膜の酸化度を測定し、実質的に、該酸化度が所定の範囲内にある金属膜の良品のみを熱拡散工程で処理することで、導波路の損失のバラツキが少なく、かつ、損失のレベルの低い、良好な光導波路素子を得ることができる。ここで、所定の酸化度については、光導波路の個別の所要品質レベル等に応じて適宜設定することができる。
【００１１】
このとき、金属膜の酸化度の評価指標としてシート抵抗を用い、前記金属膜のシート抵抗が２０〜４５Ω／□の範囲内となるものを良品として、熱拡散工程に移すことにより、金属膜の酸化度を容易かつ適正に把握することができ、上記した本発明の効果を好適に発揮することができる。
【００１２】
また、本発明に係る光導波路素子の製造方法において、基板としてＬｉＮｂＯ３  基板を用い金属としてＴｉを用いて熱拡散による光導波路を形成することにより、上記した本発明の効果を一層好適に発揮することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光導波路素子の製造方法を、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示す本実施の形態に係る製造方法により製造された光導波路素子１０は、ＬｉＮｂＯ３  基板１２に所定形状の光導波路１４が形成されており、該光導波路１４上に偏光子１６、及び位相変調器１８が設けられている。
【００１５】
製造した光導波路素子１０のＬｉＮｂＯ３  基板１２のサイズは、幅（図１中、Ｚ方向）が約３ｍｍ、光導波路１４方向（図１中、Ｙ方向）の長さが約３０ｍｍであり、偏光子１６のサイズは、光導波路１４の長さ方向（図１中、Ｙ方向）に対応する部分が約１ｍｍ、光導波路１４の幅方向（図１中、Ｚ方向）に対応する部分が約２ｍｍである。
【００１６】
図２に示すように、前記光導波路素子１０は、ＬｉＮｂＯ３  基板１２にＴｉの熱拡散により光導波路１４が形成されており、光導波路１４上にＡｌ２  Ｏ３  膜２０、およびＡｌ膜２２から形成される偏光子１６が設けられている。
【００１７】
この場合、ＬｉＮｂＯ３  基板１２の厚みは約１ｍｍであり、光導波路１４の幅、深さはともに数μｍである。また、光導波路１４上に積層される偏光子１６の各膜の厚みは、Ａｌ２  Ｏ３  膜２０が５００Å、Ａｌ膜２２が３０００Åである。
【００１８】
本実施の形態に係る光導波路素子１０の製造方法について、以下に説明する。
【００１９】
図３に示すように、先ず、ＬｉＮｂＯ３  基板１２を準備し、これを洗浄する（図３Ａ）。次いで、前記ＬｉＮｂＯ３  基板１２上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜１３とする（図３Ｂ）。その後、フォトレジスト膜１３を露光、現像処理して、光導波路１４を形成するための開口１５を設ける（図３Ｃ）。その後、開口１５を含むフォトレジスト膜１３の全面に４００Åの厚みのＴｉ膜１７を形成する（図３Ｄ）。Ｔｉ膜の形成は、蒸着装置を用いて真空度２．０×１０−４Ｐａ、常温で蒸着することにより行う。次いで、ＬｉＮｂＯ３  基板１２上のフォトレジスト膜１３をリフトオフ処理して、該フォトレジスト膜１３上に形成されたＴｉ膜１７をフォトレジスト膜１３とともに除去する（図３Ｅ）。次いで、後述する方法により、Ｔｉ膜１７のシート抵抗Ｒｓを測定し、シート抵抗Ｒｓが２０〜４５Ω／□の範囲内にある場合は、Ｔｉ膜１７が良好であると判定し、引き続き、ＬｉＮｂＯ３  基板１２を熱拡散炉に投入して、Ｔｉを約１０００℃の温度で、４〜１０時間熱拡散させて熱処理を行う。この熱処理により、Ｔｉ膜１７が酸化されることによって、ＬｉＮｂＯ３  基板１２内に拡散されて、Ｔｉの拡散による光導波路１４が形成される（図３Ｆ）。さらに、定法により、偏光子１６、及び位相変調器１８を設けることにより、図１に示す光導波路素子１０が完成する。なお、蒸着により形成されたＴｉ膜１７のシート抵抗Ｒｓが２０〜４５Ω／□の範囲を外れる場合は、Ｔｉ膜１７が不良であると判定し、その後の製造工程から外す。
【００２０】
ここで、Ｔｉ膜１７のシート抵抗Ｒｓの測定は、図４の概念図に示すように、４探針法を利用した方法により行う。
【００２１】
すなわち、ＬｉＮｂＯ３  基板１２上に形成されたＴｉ膜１７に等間隔Ｓ（ｃｍ）に設けられた４本の探針２８を押しつけて電流ｉ（Ａ）を流し、電圧ｅ（Ｖ）を測定することで、以下の式を用いてシート抵抗Ｒｓを求める。
【００２２】
まず、Ｔｉ膜１７の抵抗率ρ（Ω／ｃｍ）は、
ρ＝（ｅ・π・ｔ・Ｆ）／（ｉ・ｌｎ２）
で表される。ここで、πは円周率であり、ｔはＴｉ膜１７の厚み（単位ｃｍ）であり、ＦはＴｉ膜１７が探針２８の間隔Ｓに比べて半無限に広がっていることを前提とする本式においてその条件を満たさない場合（目安として、Ｔｉ膜１７の端部と探針２８との間隔が探針２８の間隔Ｓの１０倍以下の場合）の補正係数である。本実施の形態におけるＴｉ膜１７の厚みは４００Åであり、用いた４探針装置の探針２８の間隔Ｓは０．１ｃｍであることから補正係数Ｆは１とした。このとき、シート抵抗Ｒｓは、
Ｒｓ＝ρ／ｔ
で定義することができ、上式より、
Ｒｓ＝ρ／ｔ＝（π／ｌｎ２）・（ｅ／ｉ）
となり、電流ｉと電圧ｅを測定することによりシート抵抗Ｒｓ（単位Ω／□）が求まる。
【００２３】
なお、製造工程においてシート抵抗Ｒｓを測定する場合は、シート抵抗Ｒｓ測定用のダミーウエハを各蒸着バッチに入れる方法や製品ウエハ上にシート抵抗Ｒｓ測定用のエリアを設ける方法等を用いる。
【００２４】
図５にシート抵抗Ｒｓと導波路の損失との関係を示す。ここでシート抵抗Ｒｓを測定するための光導波路素子１０の光導波路作製条件として、Ｔｉ膜１７の厚みを４００Åと４５０Åの２水準とし、Ｔｉ膜１７を蒸着中の酸素分圧を種々変えることによって種々の酸化度のＴｉ膜１７を得て、それぞれについて、シート抵抗Ｒｓと、導波路の損失を測定した。
【００２５】
図５から明らかなように、シート抵抗Ｒｓを２０〜４５の範囲内とすることにより、導波路の損失の値を小さく、かつ、そのバラツキを４．１〜４．５の狭い範囲内とすることができて好適であり、一方、シート抵抗Ｒｓが２０未満および４５を超えると、いずれの場合においても導波路の損失が増大し、かつ、最大７．５まで大きくバラツキを生じており、好ましくないことがわかる。ここで、Ｔｉ膜１７として好適なもの（良品）の範囲内では、Ｔｉ膜１７の厚みが４００Å、４５０Åと異なるにもかかわらず、シート抵抗Ｒｓと導波路の損失との関係がほぼ一致する傾向を示すことから、導波路特性を管理する手段としては、Ｔｉ膜１７の厚みを厳密に調整する通常の方法よりも、シート抵抗Ｒｓを測定する方法の方が有効であることがわかる。また、シート抵抗Ｒｓに代えて通常の抵抗Ｒを酸化度の指標とする方法は、抵抗Ｒ測定用のパターンをウエハ上に形成する必要があり、かつ、そのパターンの寸法精度のバラツキにより、直接、抵抗Ｒ測定の精度に影響を及ぼすことから、この方法よりもシート抵抗Ｒｓ測定法の方が有用である。
【００２６】
なお、シート抵抗Ｒｓの測定方法として、外部磁界によってＴｉ膜１７内に発生する渦電流を利用した方法等を用いることもできる。
【００２７】
図６は、本実施の形態に係る光導波路素子１０のＴｉ膜１７のシート抵抗ＲｓとＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）によって測定したＴｉ膜１７中に含有される酸素濃度（任意尺度による酸素原子のピーク強度）との関係を示す。シート抵抗Ｒｓと酸素濃度とは高度の相関があり、該シート抵抗Ｒｓが、酸素濃度（酸化度）の指標として有用であることが検証された。また、図５と図６に示すように、導波路の損失とＴｉ膜１７の酸化度とに相関があることもわかった。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光導波路素子の製造方法によれば、基板上に蒸着された金属膜の金属の熱拡散により光導波路を形成する光導波路素子の製造方法において、前記基板上に蒸着された前記金属膜の酸化度を測定して金属膜の良否を判定し、良品を熱拡散工程に移すようにしている。
【００２９】
したがって、金属膜の酸化度を測定し、実質的に、該酸化度が所定の範囲内にある金属膜の良品のみを熱拡散工程で処理することで、導波路特性のバラツキが少ない光導波路素子を得るという効果を達成することができる。
【００３０】
このとき、金属膜の酸化度の評価指標としてシート抵抗を用い、前記金属膜のシート抵抗が２０〜４５Ω／□の範囲内にある金属膜を良品として、熱拡散工程に移すようにすることにより、金属膜の酸化度を好適にかつ簡易に測定できる。
【００３１】
また、ＬｉＮｂＯ３  基板上にＴｉの拡散による光導波路を形成する方法において、本発明の効果を一層好適に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る製造方法により製造した光導波路素子の平面図である。
【図２】図１の光導波路素子のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の光導波路素子を製造する工程を説明するための図であり、
図３Ａは、ＬｉＮｂＯ３  基板を洗浄する工程を示し、
図３Ｂは、ＬｉＮｂＯ３  基板上にフォトレジスト膜を形成する工程を示し、
図３Ｃは、フォトレジスト膜を露光、現像処理して、開口部を形成する工程を示し、
図３Ｄは、フォトレジスト膜上にＴｉ膜を形成する工程を示し、
図３Ｅは、フォトレジスト膜をリフトオフして光導波路用のＴｉ膜のみを残し、Ｔｉ膜のシート抵抗を測定する工程を示し、
図３Ｆは、熱拡散により、ＬｉＮｂＯ３  基板上に光導波路を形成する工程を示す図である。
【図４】シート抵抗測定法として４探針法を用いるときの測定原理を説明するための概念図である。
【図５】本実施の形態に係る光導波路素子のＴｉ膜のシート抵抗と導波路の損失との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る光導波路素子のＴｉ膜のシート抵抗とＴｉ膜中に含有される酸素濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…光導波路素子                １２…ＬｉＮｂＯ３  基板
１４…光導波路                    １６…偏光子
１７…Ｔｉ膜（金属膜）            １８…位相変調器
２０…Ａｌ２  Ｏ３  膜                ２２…Ａｌ膜
２８…探針
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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