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JPS5911085B2 - Manufacturing method of optical modulator - Google Patents
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JPS5911085B2 - Manufacturing method of optical modulator - Google Patents

Manufacturing method of optical modulator

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Publication number
JPS5911085B2
JPS5911085B2 JP8114277A JP8114277A JPS5911085B2 JP S5911085 B2 JPS5911085 B2 JP S5911085B2 JP 8114277 A JP8114277 A JP 8114277A JP 8114277 A JP8114277 A JP 8114277A JP S5911085 B2 JPS5911085 B2 JP S5911085B2
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etching
photoresist
layer
optical
mask
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JP8114277A
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紘二 多田
美樹 工原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体光集積回路や光変調器の製造方法に関する
もので、特に光学単結晶基板又はガラス等の光学材料よ
りなる基板上に形成された高屈折率の光導波層に光回路
及び電極を形成する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state optical integrated circuit or an optical modulator, and particularly relates to a method for manufacturing a solid-state optical integrated circuit or an optical modulator, and particularly relates to an optical waveguide with a high refractive index formed on an optical single crystal substrate or a substrate made of an optical material such as glass. The present invention relates to a method for forming optical circuits and electrodes in layers.

従来から、光学単結晶又はその他の材料を基板とし、基
板上に形成せしめた平面状光導波層に対して、平面内に
おいてさらに特定の領域に光通路を限定せしめる光回路
を作成する方法が種々提案されて来た。
Conventionally, there have been various methods for creating an optical circuit using an optical single crystal or other material as a substrate and using a planar optical waveguide layer formed on the substrate to further limit the optical path to a specific region within the plane. It was suggested to me.

例えば1969年 TheBellSystemTec
hnicalJOumaF′VOl.48、滝7に述べ
られているように、光導波層の製造方法として、低屈折
率の基板上に光回路パターン部分又は非導波部分の開口
を有するマスクを作り、光導波部分又は非導波部分にの
み、拡散源を蒸着の後、拡散せしめて、高屈折率又は低
屈折率の部分を形成せしめる方法、さらにはマスク開口
部分にのみ、イオン注入によつて注入元素イオンを打込
み、高屈折率又は低屈折率の領域を形成せしめる方法が
ある。以上は平面導波層内部に局部的に光導波部分を形
成する方法であるが、これらの方法に対して平面状光導
波層の光導波部分をエツチング方法により、立体的に加
工する方法がある。
For example, in 1969 The Bell System Tec
hnicalJOumaF'VOl. 48, Taki 7, as a method for manufacturing an optical waveguide layer, a mask having an opening for an optical circuit pattern portion or a non-waveguide portion is made on a substrate with a low refractive index, and A diffusion source is deposited only in the wave portion and then diffused to form a high refractive index or low refractive index portion.Furthermore, only in the mask opening portion, implanted element ions are implanted by ion implantation to form a high refractive index portion. There is a method of forming a region of refractive index or low refractive index. The above methods are for forming optical waveguide parts locally inside the planar waveguide layer, but in contrast to these methods, there is a method of three-dimensionally processing the optical waveguide part of the planar optical waveguide layer using an etching method. .

この場合には、エツチング方法、被エツチング材材質に
適するマスク材質を選択し、光回路パターン状のマスク
材料が被覆されている部分以外の領域をエツチングする
ことにより、立体的光導波路を形成することが可能であ
る。
In this case, a three-dimensional optical waveguide can be formed by selecting an etching method and a mask material suitable for the material to be etched, and etching the area other than the part covered with the mask material in the form of an optical circuit pattern. is possible.

本発明に係わる光導波路形成方法は、止述のうち後者の
方法に関連するものである。ここで光導波路のエツチン
グ加工は高精度加工が要求され、導波路の断面形状、導
波路側面の面精度は波長のオーダー以下とする必要があ
り、例えば表面粗さをσ12とすると、Exp〔一(4
πσ12C0Sθ1/λ1)2に比例するパワー損失と
なる。
The optical waveguide forming method according to the present invention is related to the latter method mentioned above. Etching of the optical waveguide requires high-precision processing, and the cross-sectional shape of the waveguide and the surface accuracy of the side surface of the waveguide must be on the order of the wavelength or less. For example, if the surface roughness is σ12, then Exp[1] (4
The power loss is proportional to πσ12C0Sθ1/λ1)2.

ただし、θ1は伝播光の光導波側面での反射角、λ1は
伝播光の波長である。光導波路の高さ及び巾は通常、数
μ又は数10μ程度の矩形状となるのが一般である。化
学エツチング方法は、レジスト膜よりエツチング部分を
写真蝕刻により除去しておき、被エツチング材の化学エ
ツチング溶液に浸漬することにより、所要部分のみエツ
チングし、光回路パターンマスク部分のみがエツチング
されずに光回路が形成されることを利用する方法である
Here, θ1 is the reflection angle of the propagating light at the optical waveguide side surface, and λ1 is the wavelength of the propagating light. The height and width of the optical waveguide are generally rectangular, with a height and width of several microns or several tens of microns. In the chemical etching method, the etched portion is removed from the resist film by photoetching, and the material to be etched is immersed in a chemical etching solution to etch only the required portion, leaving only the optical circuit pattern mask portion unetched and exposed to light. This method takes advantage of the fact that a circuit is formed.

一般にこの化学エツチング方法では、サイドエツチング
と呼ばれる現象が顕著であり、通常レジスト膜の直下の
側面及び下部分のエツチングが進行し、導波路断面形状
は矩形からずれ、台形又は三角形状となりやすい欠点が
ある。一方、光回路加工の望ましい方法としては、上述
のサイドエツチングが生じにくいドライエツチング、即
ちイオンエツチング、スパツタエツチング、プラズマエ
ツチング等が挙げられる。
In general, this chemical etching method has the disadvantage that a phenomenon called side etching is noticeable, and etching progresses on the side surface and lower part directly below the resist film, and the cross-sectional shape of the waveguide tends to deviate from a rectangle and become trapezoidal or triangular. be. On the other hand, preferred methods for processing optical circuits include dry etching, which is less likely to cause side etching, such as ion etching, sputter etching, and plasma etching.

特にイオンエツチングはエツチングに関与する加速イオ
ンの指向性が良いので、サイドエツチングが生じにくい
利点がある。通常イオンエツチング用パターンマスクと
しては、基板よりエツチング速度の小さい金属マスクが
使われる。エツチング速度比が大なるほどサイドエツチ
ングが生じにくく、導波路の断面形状も矩形を保持し、
光導波路加工方法の条件は適切なものとなる。このパタ
ーンマスクは一般に被加工材上に蒸着又はスパツタリン
グによつてエツチング又はリフトオフ法に従つて被覆さ
れる。この場合、所定の光導波路を形成した後、通常マ
スクを除去する必要がある。
In particular, ion etching has the advantage that side etching is less likely to occur because the accelerated ions involved in etching have good directivity. A metal mask, which has a lower etching speed than the substrate, is usually used as a pattern mask for ion etching. As the etching speed ratio increases, side etching is less likely to occur, and the cross-sectional shape of the waveguide also maintains a rectangular shape.
The conditions for the optical waveguide processing method are appropriate. This pattern mask is generally coated onto the workpiece by vapor deposition or sputtering, according to an etching or lift-off method. In this case, it is usually necessary to remove the mask after forming a predetermined optical waveguide.

従来の光導波層に直接金属又は酸化物をパターンマスク
として付着せしめる場合には、エツチング後のパターン
マスクの除去に化学溶剤又はスパツタ、エツチング等の
方法によつて行われるが、これらの方法では化学的に不
安定な基板、例えばτ 強酸に非耐食性を示すビスマス
シリコンオキサイド又はビスマスゲルマニウムオキサイ
ド単結晶や、マスク除去用溶剤と反応する基板、例えば
弗化水素ど反応するニオブ酸リチウム単結晶等には適用
できない欠点がある。
When a metal or oxide is directly deposited as a pattern mask on a conventional optical waveguide layer, the pattern mask is removed after etching using a chemical solvent, sputtering, etching, or other methods; For substrates that are unstable due to There are drawbacks that make it unapplicable.

次に、上述の方法によつて矩形光導波路を形成し、これ
を例えば偏検光子と組み合わせ、電気光学効果を利用し
て光変調器とする場合、幅数μ〜数10μ、深さ数μ〜
数10μの光導波路に電極を形成する方法が問題となる
が、従来方法により、ノ既に矩形光導波路を形成したあ
と電極を形成することは、以下のような理由で困難であ
る。
Next, a rectangular optical waveguide is formed by the method described above, and when this is combined with, for example, a polarizing analyzer to make an optical modulator by utilizing the electro-optic effect, the width is several microns to several tens of microns and the depth is several microns. ~
The problem is how to form electrodes on an optical waveguide of several tens of microns, but it is difficult to form electrodes after a rectangular optical waveguide has already been formed using conventional methods for the following reasons.

先ずフオトエッチング法を用いる場合、ソフトオフ法や
必要な開口部を露光によつて設ける方法が考えられるが
、既に数μ〜数10μの凹凸を持つ面にレジストを均一
に塗布することは不可能であるため、正確なマスキング
は困難である。
First, when using the photo-etching method, the soft-off method and the method of creating the necessary openings by exposure can be considered, but it is impossible to uniformly apply resist to a surface that already has unevenness of several microns to several tens of microns. Therefore, accurate masking is difficult.

又フオトエツチング以外の方法として、所定の開口部を
持つ金属マスクを用いて電極材料を付着せしめる方法も
考えられるが、巾が数10μ以下の正確な金属マスクは
加工精度上製作は困難である。若しマスキングできたと
しても、わずかのマスクのずれや光導波路とのすき間の
存在によつて導波路側面に電極材料が回り込み、動作特
性に悪影響をおよぼす。電極形成用マスクをあらかじめ
作つておいても化学エツチングやイオンビームエツチン
グで形成された光導波路は、サイドエツチング効果によ
つて必ずしも所定の導波路幅にならず、上と同様に電極
材料の回り込みを生じるなどの理由で非常に困難である
As a method other than photoetching, a method of attaching the electrode material using a metal mask having a predetermined opening may be considered, but it is difficult to manufacture an accurate metal mask with a width of several tens of microns or less due to processing accuracy. Even if masking is possible, a slight misalignment of the mask or the presence of a gap with the optical waveguide will cause the electrode material to wrap around the side surface of the waveguide, adversely affecting the operating characteristics. Even if a mask for electrode formation is made in advance, optical waveguides formed by chemical etching or ion beam etching will not necessarily have the desired waveguide width due to side etching effects, and as above, the wraparound of the electrode material may occur. This is extremely difficult due to the number of reasons such as

本発明の目的は、先ず上述の電極形成の難点を解決する
ため、前述の矩形波光導波路形成以前に、所定の図形の
電極を形成することにより、任意の形状の電極を正確に
形成すると共に、上述の光導波層に光回路を形成する上
での欠点を解決するため、マスクの形成方法を改良する
ことにより、サイドエツチングが生ぜず、かつ金属マス
クの除去に際し、基板や光導波層を損傷しない、光導波
路を形成する方法を提供することにある。
An object of the present invention is to first solve the above-mentioned difficulties in forming electrodes by forming electrodes in a predetermined shape before forming the above-mentioned rectangular waveguide, thereby accurately forming electrodes in arbitrary shapes, and In order to solve the above-mentioned drawbacks in forming optical circuits on the optical waveguide layer, we improved the method of forming the mask so that side etching does not occur and when removing the metal mask, the substrate and optical waveguide layer can be removed. An object of the present invention is to provide a method for forming an optical waveguide without damage.

本発明は、光学単結晶又は光学材料よりなる基板上に形
成された光導波層に光回路及び電極を形成する方法にお
いて、上記光導波層の表面に電極材料層を付着せしめ、
その上を第1フオトレジスト層で被覆した後、所定の電
極パターンマスクを通して上記第1フオトレジスト面を
露光し、現像することにより、該第1フオトレジストの
電極パターンを形成し、ドライエツチング叉は化学エツ
チングによつて上記電極材料層をエツチングすることに
より、所定の電極を形成せしめた後、残つた第1フオト
レジストを化学的に除去して、上記導波層の表面に電極
のみが存在する状態にし、次いで、上記電極を含む導波
層の表面に第2フオトレジスト層、例えばチタン、クロ
ムなどの金属又は例えば酸化チタン、二酸化硅素、酸化
アルミニウムなどの酸化物マスクおよび第3フオトレジ
スト層を順次被覆した後、表面層より順にフオトレジス
ト層には露光、現像を金属又は酸化物マスクにはドライ
エツチング(例えばイオンエツチング、スパツタエツチ
ング、プラズマエツチングなど)又は化学エツチングを
施すことにより、上記3層を重ねた所定の光回路パター
ンを作成し、しかる後表面全面に対しドライエツチング
を施すことにより、上記光導波層に光回路を形成させた
後、上記第2フオトレジストを除去することにより、上
記多被覆層を除去することを特徴とする光変調器の製造
方法である。
The present invention provides a method for forming an optical circuit and an electrode on an optical waveguide layer formed on a substrate made of an optical single crystal or an optical material, in which an electrode material layer is attached to the surface of the optical waveguide layer,
After covering it with a first photoresist layer, the first photoresist surface is exposed to light through a predetermined electrode pattern mask and developed to form an electrode pattern of the first photoresist, followed by dry etching or etching. After etching the electrode material layer by chemical etching to form a predetermined electrode, the remaining first photoresist is chemically removed so that only the electrode exists on the surface of the waveguide layer. Then, a second photoresist layer, such as a metal such as titanium, chromium, or an oxide mask such as titanium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide, etc., and a third photoresist layer are applied to the surface of the waveguide layer including the electrodes. After the sequential coating, the photoresist layer is exposed to light and developed, and the metal or oxide mask is subjected to dry etching (for example, ion etching, sputter etching, plasma etching, etc.) or chemical etching, starting from the surface layer. By creating a predetermined optical circuit pattern with stacked layers, and then dry etching the entire surface to form an optical circuit in the optical waveguide layer, and then removing the second photoresist, This is a method of manufacturing an optical modulator, characterized in that the multi-coating layer described above is removed.

本発明において、基板となる光学単結晶とは電気光学効
果、圧電効果、非線型効果、レーザーホスト等の光学的
特性を有する材料、例えばニオブ酸リチウム、タンタル
酸リチウム、ビスマスシリコンオキサイド、ビスマスゲ
ルマニウムオキサイド等のビスマスオキサイドのシレナ
イト族、ガリウム砒素、ガリウムリンなどの単結晶を意
味し、光学材料とはガラスなどの透明な材料を意味する
In the present invention, the optical single crystal that serves as a substrate is a material that has optical properties such as electro-optic effect, piezoelectric effect, nonlinear effect, and laser host, such as lithium niobate, lithium tantalate, bismuth silicon oxide, and bismuth germanium oxide. It refers to single crystals such as sirenite group of bismuth oxide, gallium arsenide, gallium phosphide, etc., and optical material refers to transparent materials such as glass.

又それらの基板上に形成された光導波層とは、基板より
屈折率の高い薄膜層であり、例えばエピタキシャル法、
拡散法、イオン打込法などにより形成されたものである
。本発明における前述の任意のサイズの電極を正確に形
成しうる特徴は、例えばLiTaO3のZ板上にLiN
bO3をエピタキシヤル成長させて、z方向に電圧を印
加して光変調を行う場合に大いに有用となる。
The optical waveguide layer formed on these substrates is a thin film layer having a higher refractive index than the substrate, for example, by epitaxial method,
It is formed by a diffusion method, an ion implantation method, or the like. The feature of the present invention that allows the above-mentioned electrode of any size to be formed accurately is that, for example, LiN
This is very useful when epitaxially growing bO3 and applying a voltage in the z direction to perform optical modulation.

さらに、基板裏面および光導波路上面に電極を形成する
必要のある例としては、基板材料として光導電性材料を
用い、光導波路として光導電性を示さない材質を用いた
例をとると、基板裏面と光導波路に相対向する電極を形
成し、この電極間に電圧を印加し、被変調光を光導波路
に導波させるものである。次に、基板を光導電性材料に
する光を照射することにより、基板層は低抵抗となるた
め、印加電界はほとんど光導波層に加わり、低電圧で充
分な光変調を行うことができるとともに、光照射による
変調電圧の制御も可能であり、光による光変調も可能で
ある。
Furthermore, as an example in which it is necessary to form electrodes on the back surface of the substrate and the top surface of the optical waveguide, there is an example in which a photoconductive material is used as the substrate material and a material that does not exhibit photoconductivity is used as the optical waveguide. An electrode is formed facing the optical waveguide, and a voltage is applied between the electrodes to guide the modulated light into the optical waveguide. Next, by irradiating the substrate with light that makes it a photoconductive material, the substrate layer has a low resistance, so most of the applied electric field is applied to the optical waveguide layer, making it possible to perform sufficient optical modulation with a low voltage. It is also possible to control the modulation voltage by light irradiation, and optical modulation by light is also possible.

従つて基板材料として光導電性材質を用い、光導波層と
してほとんど光導電性を示さない材質を用いることはこ
の有用性による。以下、本発明を図面を用いて実施例に
より詳述する。第1図、第2図は本発明方法の実施例を
説明するため、それぞれ電極の形成方法、光導波層の光
回路形成方法を加工工程順に示した断面図である。第1
図イにおいて、1は基板で、例えばタンタル酸リチウム
単結晶よりなり、2はその表面に形成された基板1とは
屈折率の異なる、例えばより高屈折率のニオブ酸リチウ
ムよりなる光導波層である。先ず光導波層2の上に電極
材料3としてAuを厚さ数百〜数千λ蒸着するか、Cr
を数百λ蒸着した後Auを数百〜数千λ蒸着する。ここ
で電極材料3として特にAu又はCrとAuの複合層を
用いる理由は、LiNbO3、LiTaO3等の電気光
学単結晶はHCl,.HNO3、叩 などの酸にエツチ
ングされ、これらによつて化学エツチングする電極材料
を用いた場合には、電極パターンを形成する時に基板層
及び光導波層もエツチングされるが、一方Auは、水の
他、ヨード液(KI+2+H2O)によつてもエツチン
グが可能であり、LiNbO3、LiTaO3等の電気
光学単結晶がこのヨード液にほとんどエツチングされな
いためである。Y.Crは酸化物との密着性が良く、光
導波層上にCrを、次にAuを付着させると、CrとA
uの密着性も良いため、強固な電極が形成でき、かつ硫
酸系のCrエツチング液{H2OとH2SO4とCe(
SO4)2および/又はCe(SO4)2.2(NH4
)2.S04.XH20とよりなる溶液}がヨード液同
様、基板および導波層をほとんどエツチングしないとい
う利点をもつ。次に、Au又はCrとAuの複合層3の
上に第1フオトレジスト4を塗布し、これを所定の電極
パターンマスクを通して露光し、現像することにより、
電極として必要なマスクパターンを形成する。第1図口
において、4はこのようにして形成された第1フオトレ
ジストよりなるマスクパターンであり、この状態で上記
ヨード液、Crエツチング液を用い、Au又はCrとA
uの複合層の電極材料3を化学エツチングすることによ
り、光導波層2の表面に所定の電極3を形成することが
できる。次に、光導波層2に光回路を形成する方法を第
2図により説明する。先ず、電極3を含む導波層2の表
面に、ポジタイプの第2フオトレジスト5を通常のスピ
ーナにより厚さ2〜3μ塗布する。
Therefore, the use of a photoconductive material as the substrate material and the use of a material that exhibits almost no photoconductivity as the optical waveguide layer is based on this usefulness. Hereinafter, the present invention will be explained in detail by examples using the drawings. 1 and 2 are cross-sectional views showing a method for forming an electrode and a method for forming an optical circuit in an optical waveguide layer in the order of processing steps, respectively, in order to explain an embodiment of the method of the present invention. 1st
In Figure A, 1 is a substrate made of, for example, lithium tantalate single crystal, and 2 is an optical waveguide layer formed on the surface of which is made of lithium niobate, which has a different refractive index from that of the substrate 1, for example, has a higher refractive index. be. First, on the optical waveguide layer 2, as the electrode material 3, Au is vapor-deposited to a thickness of several hundred to several thousand λ, or Cr
After several hundred λ of Au is deposited, several hundred to several thousand λ of Au is deposited. Here, the reason why particularly Au or a composite layer of Cr and Au is used as the electrode material 3 is that electro-optic single crystals such as LiNbO3, LiTaO3, etc. are prepared using HCl, . When an electrode material that is chemically etched by an acid such as HNO3 or acetic acid is used, the substrate layer and optical waveguide layer are also etched when forming an electrode pattern. In addition, etching is also possible with an iodine solution (KI+2+H2O), and electro-optic single crystals such as LiNbO3 and LiTaO3 are hardly etched by this iodine solution. Y. Cr has good adhesion with oxides, and when Cr and then Au are deposited on the optical waveguide layer, Cr and A are bonded together.
Since the adhesion of u is also good, a strong electrode can be formed.
SO4)2 and/or Ce(SO4)2.2(NH4
)2. S04. A solution consisting of XH20}, like the iodine solution, has the advantage of hardly etching the substrate and waveguide layer. Next, a first photoresist 4 is applied on the Au or composite layer 3 of Cr and Au, and this is exposed through a predetermined electrode pattern mask and developed.
Form a mask pattern required as an electrode. In FIG. 1, 4 is a mask pattern made of the first photoresist formed in this way, and in this state, using the above-mentioned iodine solution and Cr etching solution, Au or Cr and A
A predetermined electrode 3 can be formed on the surface of the optical waveguide layer 2 by chemically etching the electrode material 3 of the composite layer of u. Next, a method for forming an optical circuit in the optical waveguide layer 2 will be explained with reference to FIG. First, a positive type second photoresist 5 is applied to a thickness of 2 to 3 μm on the surface of the waveguide layer 2 including the electrode 3 using a conventional spinner.

この場合、既に形成した電極3は、その厚みが数百〜数
千λと薄いためにフオトレジストの塗布に何ら悪影響を
与えないことは、平面粗さλ/5、すなわち約1000
λの凹凸に研磨仕上げされた鏡面にフオトレジストでパ
ターンを形成した場合でも何ら分解能が劣化しなかつた
ことより明らかである。第2フオトレジスト5の上にス
パツタリングにより、金属マスク6(例えばチタン、ク
ロムなど)又は酸化物マスク6(例えば酸化チタン、二
酸化硅素、酸化アルミニウムなど)を全面に蒸着する。
In this case, since the already formed electrode 3 has a thin thickness of several hundred to several thousand λ, it does not have any adverse effect on the application of the photoresist.
This is clear from the fact that the resolution did not deteriorate at all even when a pattern was formed using photoresist on a polished mirror surface with an unevenness of λ. A metal mask 6 (eg, titanium, chromium, etc.) or an oxide mask 6 (eg, titanium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide, etc.) is deposited on the entire surface of the second photoresist 5 by sputtering.

さらに金属マスク6上の全面にポジ又はネガタイブの第
3フオトレジスト7を厚さ2〜3μ塗布する(イ図)。
次に通常の光露光法によつて所望の光回路パターンマス
ク(図示せず)を通して第3フオトレジスト7面に露光
し、現像すると、口図に示す如く第3フオトレジスト7
の光回路パターンが形成される。
Further, a positive or negative third photoresist 7 is applied to a thickness of 2 to 3 μm over the entire surface of the metal mask 6 (FIG. 1).
Next, the surface of the third photoresist 7 is exposed to light through a desired optical circuit pattern mask (not shown) by a normal light exposure method and developed, so that the third photoresist 7 is exposed as shown in the diagram.
An optical circuit pattern is formed.

次に化学エツチング又はスパツタエツチングによつて金
属マスク6をエツチングすると、ハ図に示す如く、レジ
スト7残留部以外が除去され、光回路用金属製パターン
マスクができ上る。
Next, when the metal mask 6 is etched by chemical etching or sputter etching, as shown in Figure C, the remaining portion of the resist 7 is removed, and a metal pattern mask for optical circuits is completed.

ここで化学エツチングにLiNbO3、LiTaO3等
の電気光学単結晶がエツチングされる溶剤、例えばHF
:HNO3=1:1混合溶液を用いる場合には、基板層
の裏面及び側面に適当な厚さでレジストを塗布すること
により、基板層のエツチングを防ぐことができる。
In chemical etching, electro-optic single crystals such as LiNbO3 and LiTaO3 are etched using a solvent such as HF.
:HNO3=1:1 mixed solution, etching of the substrate layer can be prevented by applying a resist to the back and side surfaces of the substrate layer to an appropriate thickness.

以上の工程で得られたパターン化された第3フオトレジ
スト7および金属マスク6をフオトマスクとし、再度表
面を露光すると、金属マスク6によつて蔽われている個
所は遮光されるので、現像の際その部分のフオトレジス
ト5は溶解せず、二図に示す如く、残存する。
When the patterned third photoresist 7 and metal mask 6 obtained in the above steps are used as a photomask and the surface is exposed again, the areas covered by the metal mask 6 are shielded from light, so during development. The photoresist 5 in that area is not dissolved and remains as shown in FIG.

ここで、フオトレジスト7がポジタイプの場合は現像時
に除去されるが、ネガタイプの場合は必ずしも除去され
ない。しかる後、イオンエツチングによつて表面全面に
わたりエツチングを行なうと、光回路パターン部分はホ
図に示す上から順次層7,6,5とエツチングされる。
この場合の多被覆層7,6,5がなくなるまでの被エツ
チング材のエツチング深さD,は、各被覆層の材質、厚
さ及び被エツチング材(光導波層2)材質によつて次式
(1)に従う。
Here, if the photoresist 7 is a positive type, it is removed during development, but if it is a negative type, it is not necessarily removed. Thereafter, when the entire surface is etched by ion etching, the optical circuit pattern portion is etched into layers 7, 6, and 5 sequentially from the top as shown in FIG.
In this case, the etching depth D of the material to be etched until the multi-coating layers 7, 6, and 5 are removed is determined by the following formula depending on the material and thickness of each coating layer and the material of the material to be etched (optical waveguide layer 2). Follow (1).

ここで、 Ds:被エツチング材のエツチング深さ Dml:第3フオトレジスト7の層厚 Dm2:金属又は酸化物マスク6の層厚 Dnl3:第2フオトレジスト5の層厚 Rs:被エツチング材の加工速度 Rnll:第3フオトレジスト7の加工速度Rm2:金
属叉は酸化物マスク6の加工速度Rnl3:第2フオト
レジスト5の加工速度このように、本発明は多層を積層
してマスク材として使用しても単一マスクと同等のマス
ク効果があることがわかる。
Here, Ds: Etching depth of the material to be etched Dml: Layer thickness of the third photoresist 7 Dm2: Layer thickness of the metal or oxide mask 6 Dnl3: Layer thickness of the second photoresist 5 Rs: Processing of the material to be etched Speed Rnll: Processing speed of the third photoresist 7 Rm2: Processing speed of the metal or oxide mask 6 Rnl3: Processing speed of the second photoresist 5 As described above, in the present invention, multilayers are laminated and used as a mask material. It can be seen that the mask effect is equivalent to that of a single mask.

本発明の効果を有効に発揮させるためには、被エツチン
グ材の予定エツチング深さを、(1)式で与えられD8
よりも小として、各種エツチング条件を選定する必要が
ある。
In order to effectively exhibit the effects of the present invention, the planned etching depth of the material to be etched must be D8 given by equation (1).
It is necessary to select various etching conditions as smaller than .

このような条件下では、フオトレジスト5はエツチング
されずに残存する。
Under such conditions, the photoresist 5 remains without being etched.

所定のエツチング深さを得た時点では第2図ホに示すよ
うに、矩形光導波層2が形成され、この上に存在するA
u又はCrとAuの複合層の電極3も同様に残存してお
り、残るマスクパターン5又は5,6は、第2フオトレ
ジスト5をそれに有効な除去剤によつて除去することに
よつて、へ図に示す如く除去され、正確にAu又はCr
とAt複合電極3の形成された矩形導波路2が得られる
。本発明においては、上述の予定エツチング深さを適当
に選ぶことにより、イオンエツチング中金属又は酸化物
マスク6を容易に除去できると共に、フオトレジスト5
が残存するので、被加工基材を何ら損傷せずに、サイド
エツチングがなく、精度の高い光回路パターンが得られ
る。
When a predetermined etching depth is obtained, a rectangular optical waveguide layer 2 is formed as shown in FIG.
Similarly, the electrode 3 of the u or Cr and Au composite layer remains, and the remaining mask pattern 5 or 5, 6 is removed by removing the second photoresist 5 with an effective remover. is removed as shown in the figure, and Au or Cr is precisely
A rectangular waveguide 2 having an At composite electrode 3 formed therein is obtained. In the present invention, by appropriately selecting the above-mentioned planned etching depth, the metal or oxide mask 6 can be easily removed during ion etching, and the photoresist 5 can be removed easily.
remains, so a highly accurate optical circuit pattern can be obtained without any damage to the substrate to be processed and without side etching.

又本発明においては、マスク6と光導波層2の間に第2
フオトレジスト5を有するので、被加工基材と反応性の
ある金属又は酸化物マスク材を用いる時にも適用でき、
任意のマスク材質を選定することが可能となる。
Further, in the present invention, a second layer is provided between the mask 6 and the optical waveguide layer 2.
Since it has a photoresist 5, it can be applied even when using a metal or oxide mask material that is reactive with the substrate to be processed.
It becomes possible to select any mask material.

最後に、基板裏面に通常のフオトエツチング法によつて
Au電極8を形成すると、例えば偏検光子と組合せ、紫
外〜青色光照射のもとで電圧を印加することによつて、
精密な導波路及び電極を有する光変調器を製造すること
ができる。
Finally, when the Au electrode 8 is formed on the back surface of the substrate by the usual photoetching method, for example, by combining it with a polarizing analyzer and applying a voltage under ultraviolet to blue light irradiation,
Optical modulators with precise waveguides and electrodes can be manufactured.

次に本発明の実施例について述べる。Next, embodiments of the present invention will be described.

実施例 LiTaO2のZ板を基板としてLiNbO3層を厚さ
約10μエピタキシャル成長させた。
EXAMPLE A LiNbO3 layer was epitaxially grown to a thickness of about 10 μm using a LiTaO2 Z plate as a substrate.

先ずLiNbO3層の表面を、約3μ程度エピタキシャ
ル層が残るように平面粗さλ/10、平行度10秒以下
に光学研磨を施し、その後第1図に示す方法により、C
rを厚さ約400λ.Auを厚さ約2000λフオトレ
ジストを厚さ2μそれぞれ順に付着せしめた後、フオト
エツチング法によりフオトレジストの電極パターンを形
成せしめ、K:12:H2O=60y:20f:100
7の常温のヨード液で約30秒間Auをエツチングした
後、常温のCrエツチング液(H2SO4とCe(SO
4)2.2(NH4)2S04.2H20より成るエツ
チング液)で化学エツチングを行い、その後フオトレジ
ストを除去し、所定の電極パターンを得た。
First, the surface of the LiNbO3 layer was optically polished to a plane roughness of λ/10 and a parallelism of less than 10 seconds so that an epitaxial layer of about 3 μm remained, and then C was polished by the method shown in FIG.
r to a thickness of about 400λ. After sequentially depositing Au photoresists with a thickness of approximately 2000λ and a thickness of 2μ each, an electrode pattern of the photoresists was formed by photoetching, K: 12: H2O = 60y: 20f: 100.
After etching Au for about 30 seconds with a room temperature iodine solution in Step 7, a room temperature Cr etching solution (H2SO4 and Ce(SO
4) Chemical etching was performed using an etching solution consisting of 2.2(NH4)2S04.2H20), and then the photoresist was removed to obtain a predetermined electrode pattern.

その後第2図に示す光回路形成方法によつて光導波層を
加工した。用いたフオトレジストはすべてポジタイプの
厚さ2μのものであり、金属マスクには、Tiを高周波
スパツタリングにより付着せしめた。第2図、イに示す
各被覆層の厚さは次の通りであつた。
Thereafter, the optical waveguide layer was processed by the optical circuit forming method shown in FIG. The photoresists used were all positive type with a thickness of 2 μm, and Ti was deposited on the metal mask by high frequency sputtering. The thickness of each coating layer shown in FIG. 2A was as follows.

第2フオトレジスト.5の厚さ 2 μ金属マスク6
のチタンの厚さ 0.3μ第3フオトレジスト7の厚
さ 22 口〜ホ図に示すマスクの巾を3μとした。
Second photoresist. 5 thickness 2 μ metal mask 6
Thickness of titanium: 0.3μ Thickness of third photoresist 7: 22 The width of the mask shown in Figures 1 to 5 was 3μ.

ホ図の工程でのイオンエツチング加工条件は次の通りで
あつた。
The ion etching processing conditions in the process shown in Figure E were as follows.

加速イオンリアルゴン 加速電圧:1000 イオン電流:1.077LA/CrA エツチング時間:120分 叉(1)式において、フオトレジスト材としてAZ一1
350(商品名:米、シグレ一社製、ナフトキノンジア
ジド系熱分解剤とアルカリ可溶性ノボラツク樹脂の混合
)を用いた場合、Dnll=2X104λ、貼=600
λ/分、Dm2=2×103λ、Rm2=200λ/分
で、LiNbO3のエツチング加工速度は270λ/分
であるので、エツチング120分後のエツチング深さは
約3μとなる。
Accelerated ion realon acceleration voltage: 1000 Ion current: 1.077 LA/CrA Etching time: 120 minutes In formula (1), AZ-1 was used as the photoresist material.
When using 350 (trade name: manufactured by Shigure Ichi, USA, a mixture of naphthoquinone diazide thermal decomposition agent and alkali-soluble novolac resin), Dnll = 2X104λ, paste = 600
λ/min, Dm2=2×103λ, Rm2=200λ/min, and the etching speed of LiNbO3 is 270λ/min, so the etching depth after 120 minutes of etching is about 3μ.

本実験の結果、エツチング深さはほぼ同上の計算通り約
3μとなつた。このイオンエツチング後、第2フオトレ
ジスト材の除去溶液を用いて除去した結果、残存したチ
タン金属マスクは完全にフォトレジストと共に除去でき
た。
As a result of this experiment, the etching depth was about 3 microns, almost as calculated above. After this ion etching, the remaining titanium metal mask was completely removed together with the photoresist as a result of removing it using a second photoresist material removal solution.

得られた光回路はサイドエツチングがなく、精度の高い
ものであつた。さらにCrとAu複合電極3は矩形導波
路2の上に、それと同じ巾で残存しており、本発明の有
用性が示された。
The obtained optical circuit was free from side etching and had high precision. Furthermore, the Cr and Au composite electrode 3 remained on the rectangular waveguide 2 with the same width, demonstrating the usefulness of the present invention.

以上述べたように、本発明方法は、光導波路に光回路を
形成する以前に、所定の図形の電極を形成させるので、
任意の形状の電極を正確に形成することができると共に
、電極を含む光導波層表面上にフオトレジスト一金属叉
は酸化物マスクーフオトレジストの3層を被覆し、上よ
り順次光回路パターンを形成し、イオンエツチングによ
り光導波層に光回路を形成させるので、精度の高い光回
路パターンが得られ、被加工基材を何ら損傷せず、かつ
サイドエツチングがなく、又被加工基材と反応性のある
マスク材も使用でき、任意のマスク材質を選定すること
ができ、従つて良質な光変調器を製造することができる
利点がある。
As described above, the method of the present invention forms electrodes with a predetermined shape before forming an optical circuit on an optical waveguide.
In addition to being able to accurately form electrodes of arbitrary shapes, the surface of the optical waveguide layer including the electrodes is coated with three layers of photoresist, metal or oxide mask photoresist, and an optical circuit pattern is sequentially formed from above. Since the optical circuit is formed on the optical waveguide layer by ion etching, a highly accurate optical circuit pattern can be obtained, there is no damage to the substrate to be processed, there is no side etching, and there is no reaction with the substrate to be processed. It is possible to use a mask material having a certain property and to select an arbitrary mask material, which has the advantage that a high-quality optical modulator can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、イ〜ハ、第2図、イ〜へは、本発明方法の実施
例を説明するため、それぞれ電極の形成方法、光導波層
の光回路形成方法を加工工程順に示した断面図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・光導波層、3,8
・・・・・・電極(Au又はCr,5Auの複合層)、
4・・・・・・第1フオトレジスト、5・・・・・・第
2フオトレジスト、6・・・・・・金属又は酸化物マス
ク、7・・・・・・第3フオトレジスト。
1, A to C, and FIG. 2, A to I are cross-sectional views showing a method for forming an electrode and a method for forming an optical circuit in an optical waveguide layer in the order of processing steps, respectively, in order to explain an embodiment of the method of the present invention. It is. 1... Substrate, 2... Optical waveguide layer, 3, 8
... Electrode (Au or Cr, 5Au composite layer),
4...First photoresist, 5...Second photoresist, 6...Metal or oxide mask, 7...Third photoresist.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光学単結晶又は光学材料よりなる基板上に形成され
た光導波層に光回路及び電極を形成する方法において、
上記光導波層の表面に電極材料層を付着せしめ、その上
を第1フォトレジスト層で被覆した後、所定の電極パタ
ーンマスクを通して上記第1フォトレジスト面を露光し
、現像することにより、該第1フォトレジストの電極パ
ターンを形成し、ドライエッチング又は化学エッチング
によつて上記電極材料層をエッチングすることにより、
所定の電極を形成せしめた後、残つた第1フォトレジス
トを化学的に除去して、上記導波層の表面に電極のみが
存在する状態にし、次いで上記電極を含む導波層の表面
に第2フォトレジスト層、金属又は酸化物マスクおよび
第3フォトレジスト層を順次被覆した後、表面層より順
に、フォトレジスト層には露光、現像を、金属又は酸化
物マスクにはドライエッチング又は化学エッチングを施
すことにより、上記3層を重ねた所定の光回路パターン
を作成し、しかる後表面全面に対しドライエッチングを
施すことにより、上記光導波層に光回路を形成させた後
、上記第2フォトレジストを除去することにより、上記
多被覆層を除去することを特徴とする光変調器の製造方
法。 2 基板が光導電性材質より成り、光導波層がほとんど
光導電性を示さない材質より成る請求の範囲第1項記載
の光変調器の製造方法。 3 電極材料が金又はクロムと金の複合層より成り、上
記金の化学エッチングに沃化カリウム、ヨードおよび水
より成るヨード液を使用し、上記クロムの化学エッチン
グに硫酸系のクロムエッチング液を使用する請求の範囲
第1項記載の光変調器の製造方法。 4 金属マスクがチタン又はクロムよりなり、酸化物マ
スクが酸化チタン、二酸化硅素又は酸化アルミニウムよ
りなる請求の範囲第1項、第2項又は第3項記載の光変
調器の製造方法。 5 ドライエッチングがイオンエッチング、スパッタエ
ッチング又はプラズマエッチングである請求の範囲第1
項、第2項、第3項又は第4項記載の光変調器の製造方
法。 6 最終のドライエッチングが、光導波層の予定エッチ
ング深さを次式で与えられる、d_sより小として、エ
ッチング条件を選定して行われる請求の範囲第1項乃至
第5項のうちいずれか一つ記載の光変調器の製造方法。 d_s=R_s(d_m_1/R_m_1+d_m_2
/R_m_2+d_m_3/R_m_3)ただし、d_
s:多被覆層がなくなるまでの被エッチング材のエッチ
ング深さd_m_1:第3フォトレジストの層厚 d_m_2:金属又は酸化物マスクの層厚d_m_3:
第2フォトレジストの層厚 R_s:被エッチング材の加工速度 R_m_1:第3フォトレジストの加工速度R_m_2
:金属又は酸化物マスクの加工速度R_m_3:第2フ
ォトレジストの加工速度。
[Claims] 1. A method for forming an optical circuit and electrodes on an optical waveguide layer formed on a substrate made of an optical single crystal or an optical material,
After depositing an electrode material layer on the surface of the optical waveguide layer and covering it with a first photoresist layer, the first photoresist surface is exposed to light through a predetermined electrode pattern mask and developed. 1. By forming an electrode pattern of photoresist and etching the electrode material layer by dry etching or chemical etching,
After forming a predetermined electrode, the remaining first photoresist is chemically removed so that only the electrode exists on the surface of the waveguide layer, and then a second photoresist is formed on the surface of the waveguide layer including the electrode. After sequentially coating the second photoresist layer, the metal or oxide mask, and the third photoresist layer, the photoresist layer is exposed and developed, and the metal or oxide mask is subjected to dry etching or chemical etching, starting from the surface layer. A predetermined optical circuit pattern in which the three layers are stacked is created by applying the photoresist, and then dry etching is performed on the entire surface to form an optical circuit in the optical waveguide layer. A method of manufacturing an optical modulator, characterized in that the multi-coating layer is removed by removing. 2. The method of manufacturing an optical modulator according to claim 1, wherein the substrate is made of a photoconductive material and the optical waveguide layer is made of a material that exhibits almost no photoconductivity. 3. The electrode material is made of gold or a composite layer of chromium and gold, and an iodine solution consisting of potassium iodide, iodine, and water is used for the chemical etching of the gold, and a sulfuric acid-based chromium etching solution is used for the chemical etching of the chromium. A method of manufacturing an optical modulator according to claim 1. 4. The method for manufacturing an optical modulator according to claim 1, 2, or 3, wherein the metal mask is made of titanium or chromium, and the oxide mask is made of titanium oxide, silicon dioxide, or aluminum oxide. 5 Claim 1 wherein the dry etching is ion etching, sputter etching or plasma etching
4. A method for manufacturing an optical modulator according to item 2, item 3, or item 4. 6. Any one of claims 1 to 5, wherein the final dry etching is performed by selecting etching conditions such that the planned etching depth of the optical waveguide layer is smaller than d_s, which is given by the following formula: A method for manufacturing the optical modulator according to item 1. d_s=R_s(d_m_1/R_m_1+d_m_2
/R_m_2+d_m_3/R_m_3) However, d_
s: Etching depth of the material to be etched until the multi-coating layer is removed d_m_1: Layer thickness of the third photoresist d_m_2: Layer thickness of the metal or oxide mask d_m_3:
Layer thickness R_s of the second photoresist: Processing speed R_m_1 of the material to be etched: Processing speed R_m_2 of the third photoresist
: Processing speed of metal or oxide mask R_m_3: Processing speed of second photoresist.
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