(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＮｂＯ3基板上に光導波路および電極が設けられた光導波路素子において、
前記電極は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜の順に積層して形成されるとともに、前記Ａｕ膜は、１１５ｇｆ／ｃｍ2の荷重を加えたときのマイクロビッカース硬さが１０〜２５ｇｆ／ｍｍ2の範囲内にあることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
ＬｉＮｂＯ3 基板上に光導波路および電極が設けられ、該電極は蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜の順に積層して形成される光導波路素子の製造方法であって、
前記Ａｕ膜の蒸着は、蒸着チャンバ内温度が１０〜５０℃の範囲内で蒸着を開始し、蒸着最終温度を最高でも約１５０℃と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、ＬｉＮｂＯ3 基板上に光導波路および電極が設けられた光導波路素子およびそ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は、優れた電気光学特性を有するＬｉＮｂＯ3 結晶にＴｉを拡散させたＴｉ拡散型ＬｉＮｂＯ3 導波路が用いられる。
【０００５】
このＴｉ拡散型ＬｉＮｂＯ3 導波路は、ＬｉＮｂＯ3 基板上に厚さ数１００Åの金属Ｔｉ膜を形成し、１０００℃程度の温度で４〜１０時間の熱拡散操作を経て製造される。
【０００６】
光導波路素子に電界を印加するための電極を設ける場合は、従来より、１または２以上の金属膜を積層することが行われている。電極の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法あるいはメッキ法等が用いられ、また、電極パターンの形成方法としては、基板にダメージを与えにくいリフトオフ法が用いられる。電極の材料は、最上層としてＡｕが用いられ、Ａｕ膜の下地層として基板に対する付着強度の大きいＣｒやＴｉ等の金属が用いられる。
【０００７】
電極の最上層のＡｕ膜を蒸着法により形成する場合、Ａｕ膜と下地層との密着性を向上させるために、蒸着チャンバ内の温度（基板温度とほぼ同じ）を蒸着開始時に１００〜２００℃の範囲内に設定し、加熱、保持しながら行われる。
【０００８】
しかしながら、そのような加熱下では、耐熱性や低脱ガス性の観点から、電極パターンを形成するために使用するレジストの種類が制限され、ときには、ポリイミド等の耐熱性樹脂を用いる必要がある。この場合、キュアの手間やポリイミド膜等の上にポジレジストを形成して加工しなければならないこと、さらにはポリイミド膜等を剥離する際に加湿しなければならないこと等、製造工程が複雑になるという問題がある。
【０００９】
また、光導波路素子の電極と他の部品とをＡｌ等のワイヤを用いて熱圧着法や超音波法等により接続するワイヤボンディング工程において、加熱下で蒸着されたＡｕ膜は、Ａｌとのボンド不良を生じやすく、ボンディングの打ち直し回数の増加を余儀なくされるという問題がある。
【００１０】
さらに、電極の蒸着法により形成されたＡｕ膜を厚肉化するためにＡｕメッキを行う場合において、両者の界面が剥離しやすいという問題もある。
【００１１】
【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、ＬｉＮｂＯ3 基板上に光導波路および電極が設けられ、該電極は蒸着法により１または２層以上の金属膜により形成され、かつ、その最上層をＡｕを主要材料として形成する光導波路素子において、電極パターン形成時の工程が簡便で、また、ワイヤボンディングを行う際のボンド不良が少なく、さらに、Ａｕメッキにより電極を厚肉化する際の接着性に優れる光導波路素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光導波路素子は、ＬｉＮｂＯ3基板上に光導波路および電極が設けられた光導波路素子において、前記電極は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜の順に積層して形成されるとともに、前記Ａｕ膜は、１１５ｇｆ／ｃｍ2の荷重を加えたときのマイクロビッカース硬さが１０〜２５ｇｆ／ｍｍ2の範囲内にあることを特徴とする。
【００１３】
これにより、電極パターン形成時の工程、特に、ポジ型のリフトオフ処理を施す際の工程が簡便で、また、Ａｌの細いワイヤを用いて光導波路素子の電極の最上層のＡｕ膜と他の部品とを接続するワイヤボンディングを行う際のボンド不良の発生が少なく、さらに、蒸着による薄層のＡｕ膜にＡｕメッキを施し電極を厚肉化する際の接着性に優れる光導波路素子を得ることができる。ここで、マイクロビッカース硬さが１０未満であると、光導波路素子の端面の研磨加工やダイシング加工等を行う際に形状が変化し、あるいは傷が付き易いことから適当でなく、一方、マイクロビッカース硬さが２５を超えると、ボンド不良率が著しく増加して好ましくない。
【００１４】
次に、本発明に係る光導波路素子の製造方法は、ＬｉＮｂＯ3 基板上に光導波路および電極が設けられ、該電極は蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜の順に積層して形成される光導波路素子の製造方法であって、前記Ａｕ膜の蒸着は、蒸着チャンバ内温度が１０〜５０℃の範囲内で蒸着を開始し、蒸着最終温度を最高でも約１５０℃とすることを特徴とする。
【００１５】
これにより、光導波路素子の電極の最上層に形成されるＡｕを主要材料とする金属膜のマイクロビッカース硬さを１０〜２５の範囲内にすることができ、本発明に係る光導波路素子を好適に製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光導波路素子およびその製造方法の好適な実施の形態例を図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に示す本実施の形態に係る光導波路素子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、及び位相変調器としての電極１８が設けられている。
【００１８】
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。
【００１９】
図２に示すように、前記光導波路素子１０は、約１ｍｍの厚み（図１中、Ｘ方向）のＬｉＮｂＯ3 基板１２上に約２００Åの厚みのＴｉ膜２０、約１００Åの厚みのＰｔ膜２２および約５０００Åの厚みのＡｕを主要材料とする金属膜（以下、Ａｕ膜という。）２４の順に積層された電極１８が設けられている。
【００２０】
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、図３を用いて以下に説明する。
【００２１】
まず、ＬｉＮｂＯ3 基板１２を洗浄処理する（図３Ａ）。ついで、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２６を形成する（図３Ｂ）。その後、フォトレジスト膜２６を露光、現像処理して、後に電極が形成される部分に開口部２８を形成する（図３Ｃ）。その後、蒸着装置を用いて、開口部２８を含め、フォトレジスト膜２６全面にＴｉを蒸着してＴｉ膜２０を形成する。さらに、蒸着により、Ｔｉ膜２０上にＰｔ膜２２、Ａｕ膜２４の順に積層する（図３Ｄ）。最後に、ＬｉＮｂＯ3 基板１２上のフォトレジスト膜２６をリフトオフ処理して、該フォトレジスト膜２６上に形成されていたＴｉ膜２０、Ｐｔ膜２２およびＡｕ膜２４をフォトレジスト膜２６とともに除去する（図３Ｅ）。この結果、ＬｉＮｂＯ3 基板１２上に、Ｔｉ膜２０、Ｐｔ膜２２およびＡｕ膜２４の順に積層された電極１８が形成される。これと別途、あるいは並行して、ＬｉＮｂＯ3 基板１２上にＴｉの熱拡散により光導波路１４を形成し、該光導波路１４上に、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 膜とＡｌ膜とを蒸着により積層して偏光子１６を形成し、図１の光導波路素子１０が完成する。
【００２２】
図３Ｄに示す各金属を蒸着する工程において、Ｔｉ膜２０およびＰｔ膜２２は、一般的な方法により、例えば、蒸着チャンバ内で約２．０×１０-4Ｐａの真空度、約１５０℃の蒸着開始温度（蒸着チャンバ内温度であり、基板温度とほぼ等しい。）で蒸着を開始する。蒸着過程で蒸着チャンバ内の温度は上昇し、蒸着最終温度は２００℃を超える。一方、最上層のＡｕ膜２４の形成は、同じく約２．０×１０-4Ｐａの真空度、約１０〜５０℃の範囲内の蒸着開始温度で蒸着を開始する。この場合の蒸着最終温度は、最高でも約１５０℃程度に留まる。
【００２３】
最上層のＡｕ膜２４を蒸着する際の蒸着チャンバ内の蒸着開始温度を種々変えて電極１８を形成したときの、該電極１８のＡｕ膜２４のマイクロビッカース硬さおよびボンド不良率の結果を図４に示す。
【００２４】
ここで、マイクロビッカース硬さは、１１５ｇｆ／ｃｍ2 の荷重を加えて測定した。単位は、ｇｆ／ｍｍ2 である。また、ボンド不良率は、電極１８の最上層のＡｕ膜２４にＡｌの細いワイヤを超音波法によりワイヤボンディングしたときの接合不良の回数の割合をｐｐｍで示した。
【００２５】
図４より、蒸着開始温度が５０℃を超えると、Ａｕ膜２４のマイクロビッカース硬さが急激に大きくなるとともに、ボンド不良率が著しく増加することがわかる。
【００２６】
蒸着技術において、蒸着温度を下げると、金属膜の結晶構造が均一となりマイクロビッカース硬さが小さくなることは一般的に知られている。そのため、従来は、光導波路素子の電極を構成するＡｕ膜２４を形成する場合、Ａｕ膜２４と下地層との密着性を向上させるために、１００〜２００℃の温度範囲内に蒸着開始温度が設定されていたが、本実施の形態においては、下地層の種類や膜厚等を最適化することにより、１０〜５０℃の範囲内を蒸着開始温度とした場合においても、上記した問題は生じない。
【００２７】
ここで、蒸着開始温度を１０℃未満とすると、チャンバ内に結露が発生しやすくなり、また、排気速度が低下するため好ましくない。
【００２８】
本実施の形態において、Ａｕ膜２４のマイクロビッカース硬さを所定の範囲内の小さい値とすることにより、ワイヤボンディングを良好に行うことができる。
【００２９】
また、図３に示す本実施の形態に係る光導波路素子の製造工程では、蒸着温度が低いことから、リフトオフ処理するフォトレジスト膜２６として、ポリイミド等の耐熱樹脂を用いることなく一般的なノボラック樹脂−ナフトキノンジアジド化合物系のレジスト等を用いてポジ型処理を行うことができ、したがって、アセトン等の溶剤を用いて室温でリフトオフすることが可能となり、電極パターンを形成する工程が簡略化される。
【００３０】
さらに、Ａｕ膜２４を厚肉化するためにＡｕメッキを施す場合、Ａｕ膜２４の熱膨張係数がＡｕメッキの熱膨張係数に近づくために、両者の界面の接着性が良好である。
【００３１】
さらにまた、本実施の形態に係る光導波路素子１０の電極１８は、導電率が約２．５×１０-6Ω・ｃｍであり、バルク並に優れることがわかった。
【００３２】
【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によれば、ＬｉＮｂＯ3 基板上に光導波路および電極が設けられた光導波路素子において、前記電極は、１または２層以上の金属膜により形成されるとともに、その最上層は、Ａｕを主要材料とし、マイクロビッカース硬さが１０〜２５の範囲内にある。
【００３３】
このため、電極パターン形成時の工程、特に、ポジ型のリフトオフ処理を施す際の工程が簡便で、また、Ａｌの細いワイヤを用いて光導波路素子の電極の最上層のＡｕ膜と他の部品とを接続するワイヤボンディングを行う際のボンド不良が少なく、さらに、蒸着による薄層のＡｕ膜にＡｕメッキを施して電極を厚肉化する際の接着性に優れる光導波路素子を得ることができるという効果が達成される。
【００３４】
また、本発明に係る光導波路素子の製造方法によれば、ＬｉＮｂＯ3 基板上に光導波路および電極が設けられ、該電極は蒸着法により１または２層以上の金属膜により形成される光導波路素子の製造方法において、前記電極の最上層は、Ａｕを主要材料として、蒸着チャンバ内温度が１０〜５０℃の範囲で蒸着を開始して形成される。
【００３５】
このため、光導波路素子の電極の最上層に形成されるＡｕを主要材料とする金属膜のマイクロビッカース硬さを１０〜２５の範囲内にすることができ、本発明に係る光導波路素子を好適に製造することができる。
【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の光導波路素子の製造工程を説明するための図であり、
図３Ａは、基板の洗浄処理工程を示し、
図３Ｂは、フォトレジスト膜の形成処理工程を示し、
図３Ｃは、フォトレジスト膜の露光、現像処理工程を示し、
図３Ｄは、蒸着処理によるＡｕ膜の形成処理工程を示し、
図３Ｅは、リフトオフ処理による電極の形成処理工程を示す図である。
【図４】蒸着開始温度とマイクロビッカース硬さおよびボンド不良率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
１８…電極                      ２０…Ｔｉ膜
２２…Ｐｔ膜                    ２４…Ａｕ膜
２６…フォトレジスト膜
【図１】
0003954192.tif 000002
【図２】
0003954192.tif 000003
【図３】
0003954192.tif 000004
【図４】
0003954192.tif 000005