光導波路素子の製造方法
【課題】ＤＣドリフトが抑制された光導波路素子の製造方法を提供する。さらには、製造プロセスの途中で、ＤＣドリフトを調整することを可能とし、製造の歩留まりを改善する、光導波路素子の製造方法を提供する。
【解決手段】電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程（Ｓ１，Ｓ２）を組み込む。
【解決手段】電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程（Ｓ１，Ｓ２）を組み込む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路素子の製造方法に関し、特に、電気光学効果を有する基板に光導波路とバッファ層及び電極とを形成した光導波路素子であって、ドリフト現象を改善した光導波路素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（以下ＬＮと略す）などの電気光学効果を有する基板を用いた光導波路素子は、半導体変調器に比し低損失であり、高速動作が可能であり、広い波長範囲で特性が安定しているなどの特徴から、特に波長多重光伝送など高速光通信システムに広く用いられている。
【０００３】
この光導波路素子を実際のシステムで使用するためには、温度変化によって変動する動作点のシフト（温度ドリフト）や長期的なＤＣ電圧印加による動作点のシフト（ＤＣドリフト）をフィードバック回路にて補償する仕組みが必要になっている。このため、これらのシフト量を出来るだけ小さくするような幾つかの対策が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すように、温度ドリフトでは電極などの応力の影響をアニールによって低減させる技術や、特許文献２に示すように、ＤＣドリフトを低減させるためにバッファ層にＩｎなどの不純物をドープする技術などが開示されている。しかしながら、ＬＮ変調器の動作点シフトは極めて微妙な応力のバランスや、結晶やバッファ層中に含まれてしまう微量な不純物とそのバランスによって影響を受け、前記技術を含め、様々な対策が提案されているが、光導波路素子の温度ドリフトおよびＤＣドリフトを完全に抑圧することは、未だ実現していない。
【０００５】
一方、ＬＮ光変調器などの光導波路素子は、要望される伝送容量の増大に伴って、より高速動作し、かつより低電圧駆動できることが求められている。また、ＮＲＺフォーマットなど比較的単純な強度変調からＤＱＰＳＫや偏波合成変調器など位相や偏波情報も同時に伝送できるフォーマットに対応することを求められるようになっている。このため光導波路素子の基板構成はリッジ構造や薄板構造など複雑化し、また導波路構成もシングルのマッハツェンダー型からネスト型などへ複雑化している。
【０００６】
これらに合わせて、上述した動作点シフトのフィードバック回路による補償も複雑化し、特に長期動作保障のポイントとなるＤＣドリフトに対して、より低電圧で制御、補償できるよう、ＤＣドリフトが低減された光導波路素子が望まれている。
【０００７】
また一方で、ＤＣドリフトが低く抑圧された光導波路素子を生産、供給する上では、複雑化したウエハプロセスの最終検査を、素子が完成したウエハ上で若しくはウエハから切り出されたチップにて、ＤＣドリフトなどを評価、選別し、当該特性がシステム要求仕様を満足するよう確認する必要がある。通常この段階で特性が不良であった場合、当該ウエハ若しくはチップは破棄することになり、歩留まり低下によるコスト劣化が発生していた。これはウエハプロセスが完了してしまうと、完成品に対する良否判断によって、ウエハ若しくはチップを使用若しくは廃棄するだけとなり、ウエハ完了後に、例えばチップの評価結果を見て追加調整的にＤＣドリフト特性などを補正、調整する技術が無かったことに起因している。
【０００８】
ＤＣドリフトのメカニズムの説明は、例えば、非特許文献１のように、ＬＮ変調器などの光導波路素子の内部の等価回路で説明されている。この中で重要なことは、ＬＮ基板に形成される光導波路やバッファ層、半導電性膜（Ｓｉ膜等）、電極の各断面や表面方向における部分的な抵抗値と電気容量の全ての合成抵抗と合成容量及び各部分の抵抗と容量の比率が、ＤＣドリフトの長期的なシフトに影響することであり、より低いＤＣドリフトにするためには、電極や導波路設計のほか、各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、半導電性膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量を、精密にコントロールして製造する必要が有る。
【０００９】
しかしながら強誘電体であるＬＮと言う材料は、半導体のＳｉウエハなどに比べ結晶性が低く、製造メーカーや製造ロット、製造装置などによってバラツキが大きいと言う問題を持っており、断面や表面方向の抵抗のバラツキも大きい。またウエハプロセス中に成膜されるバッファ層や半導体膜中に微量の不純物が含まれるだけで、その抵抗値は桁が大きく変わる程変動してしまう。このため、ＬＮ変調器製造中の各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量を、精密にコントロールして製造することは極めて困難であり、従って光導波路素子のＤＣドリフトはある種のバラツキをもってしまう。
【００１０】
また、ＤＣドリフトの低下やバラツキを抑制するのを更に困難にする原因は、上記各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量が、個別に測定、分離することが極めて困難なことであり、事実上不可能なことである。従って、プロセス中のウエハ内素子や切断完了後のチップの合成抵抗値、合成容量やＤＣドリフトの傾向や程度などからこれらを類推するしか現実的な手段が無いことである。
【００１１】
従って、一旦完成されたウエハは、ウエハ状若しくは切断後のチップの特性評価によって良否を判断し、製品への組み立て工程へ移すか廃棄するかの選別をおこなうのみとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３５４４０２０号公報
【特許文献２】特許第３００１０２７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Steven K.Korotky et al.,"An RCNetwork Analysis of Long Term Ti:LiNbO3 Bias Stability",Journal of Lightwave technology, Vol.14, No.12, p.2687-2689, IEEE, Dec. 1996
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、ＤＣドリフトが抑制された光導波路素子の製造方法を提供することであり、さらには、製造プロセスの途中で、ＤＣドリフトを調整することを可能とし、製造の歩留まりを改善する、光導波路素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程を組み込むことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板に形成する工程中に行われる第一の界面拡散層熱調整工程と、該光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる第二の界面拡散層熱調整工程からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程は、光導波路素子の所定の特性値を測定した後、その測定値に応じて調整されることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３に記載の光導波路素子の製造方法において、前記第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、前記第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該基板は、ニオブ酸リチウムから構成され、該特定物質は、Ｌｉであることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の光導波路素子の製造方法において、該バッファ層内での基板表面の法線方向におけるＬｉの濃度分布は、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の濃度が、１μｍ以下の範囲で分布していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程を組み込むため、界面拡散層熱調整工程により、光導波路素子のＤＣドリフトを調整することが可能となり、製造の歩留まりも改善することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明により、界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われるため、製品の最終段階に近い状況でも光導波路素子のＤＣドリフトを調整でき、より一層製造の歩留まりも改善できる。
【００２４】
請求項３に係る発明により、界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板に形成する工程中に行われる第一の界面拡散層熱調整工程と、該光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる第二の界面拡散層熱調整工程からなるため、光導波路素子のＤＣドリフトを多段階で調整することができ、ＤＣドリフトの発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００２５】
請求項４に係る発明により、界面拡散層熱調整工程は、光導波路素子の所定の特性値を測定した後、その測定値に応じて調整されため、光導波路素子の特性に応じた調整を行うことが可能となる。
【００２６】
請求項５に係る発明により、第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いため、各々の工程で最も効果的にＤＣドリフトを調整することが可能となる。
【００２７】
請求項６に係る発明により、基板は、ニオブ酸リチウムから構成され、特定物質は、Ｌｉであるため、ニオブ酸リチウム基板を利用した際に発生するＤＣドリフトを、基板を加熱した際に生ずるＬｉの拡散によって、効果的に抑制することが可能となる
【００２８】
請求項７に係る発明により、バッファ層内での基板表面の法線方向におけるＬｉの濃度分布は、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の濃度が、１μｍ以下の範囲で分布しているため、製造工程中の界面拡散層熱調整工程によりＤＣドリフトを効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】界面拡散層熱調整工程４００℃を実施した場合のＳＩＭＳを用いた基板界面近傍の分析例である。
【図２】界面拡散層熱調整工程の温度（２００℃〜７００℃）を変化させた場合の基板界面近傍のＬｉの濃度分布を示すグラフである。
【図３】界面拡散層熱調整工程を実施していない場合のＤＣドリフトの様子を示すグラフである。
【図４】界面拡散層熱調整工程３００℃を実施した場合のＤＣドリフトの様子を示すグラフである。
【図５】界面拡散層熱調整工程６００℃を実施した場合のＤＣドリフトの様子を示すグラフである。
【図６】本発明を適応可能なマッハツェンダ型光変調器の平面図を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ’における断面図を示す図である。
【図８】従来の製造方法（プロセスフロー）の一例を示す図である。
【図９】本発明の製造方法（プロセスフロー）の例（その１）を示す図である。
【図１０】本発明の製造方法（プロセスフロー）の例（その２）を示す図である。
【図１１】本発明の製造方法（プロセスフロー）の例（その３）を示す図である。
【図１２】形成方法（プロセスＡ：スパッタリング法，プロセスＢ：真空蒸着法）が異なるバッファ層に対して、界面拡散層熱調整工程を実施した際の温度とＤＣドリフトとの関連を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の光導波路素子の製造方法について、以下に詳細に説明する。
本発明者らは光導波路素子の製造工程における各プロセスで決定される、ＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量に関して、プロセス終了後にそれらプロセスで得られる構造や特性に大きく影響せずに、基板内部の断面や表面方向の抵抗や容量を調整し、ＤＣドリフトを抑圧、調整することが出来ないかを検討した。その結果、基板、バッファ層、Ｓｉ半導体膜及び電極などの各界面に着目、特にＬＮ基板とバッファ層界面に存在するＬｉ原子の量や範囲とＤＣドリフトとの関連性に着目した。
【００３１】
図１は、ＬＮ基板とバッファ層界面近傍をＳＩＭＳ（Secondary
Ion-microprobe Mass Spectrometry：２次イオン質量分析）で分析した一例である。この分析に用いたＬＮ基板は通常のウエハプロセスに加え、界面拡散層熱調整工程として４００℃、５時間の熱調整を実施したものである。グラフの縦軸は元素の量に相当し、横軸は０がバッファ層表面方向、＋側に進むに連れＬＮ基板側になり、Ｌｉの量が急激に増加している部分がＬＮ基板とバッファ層の境界になる。Ｌｉ原子は境界から約１μｍ内程度の範囲に分布しているが、この領域をＬｉ原子の界面拡散層と見ることが出来る。
【００３２】
この界面拡散層は、Ｌｉの存在量や存在領域の大きさに応じて、バッファ層（ＳｉＯ２）やＬＮ基板とは異なる抵抗及び電気容量を持つことが想定される。この部分の抵抗値及び電気容量は直接測定することは極めて難しく、変調器の合成抵抗や合成容量から類推若しくは、ＤＣドリフトの挙動から想定することが現実的な方法となっている。
【００３３】
もしここで、この界面拡散層におけるＬｉの量や領域を、各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量に関して、それらプロセスで得られる構造や特性に大きく影響せずに、調整することが出来れば、この界面拡散層の抵抗値および容量を調整することが出来る事に相当すると考えられる。言い換えればＤＣドリフトの挙動を調整することができることになる。
【００３４】
この界面拡散層に於けるＬｉの量や領域を調整する手段として、従来のウエハプロセスに対して、界面拡散層熱調整工程を導入しＬｉの量や存在領域を調整すれば、結晶品質を含むＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜、電極形成などの各ウエハプロセスによって決定されてしまうＤＣドリフト特性を更に変更調整することが出来ることになる。
【００３５】
図２は上記技術思想に基き、バッファ層工程が終了した各ウエハに対して、各種温度の界面拡散層熱調整工程を導入し（時間はいずれも５時間実施した）、上記分析と同様にＳＩＭＳを用いてＬＮとバッファ層の境界領域のＬｉ量を調べたものである。界面拡散層熱調整工程の温度が２００℃から７００℃になるに従ってＬＮとバッファ層の界面におけるＬｉの量がおよそ１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）から３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）に変化していることが判る。またその存在領域は１μｍ以下に渡って調整できていることが判り、この濃度分布においては、ＤＣドリフトが効果的に抑制が可能である。なお、この界面拡散層領域の抵抗値および容量値は、直接分離して測定することは出来ないが、それぞれ異なったＬｉの分布量と分布領域を持っており、それぞれ異なった値になっていると想定される。
【００３６】
これらウエハからこの界面拡散層熱調整工程を実施しなかった（温度０℃に相当）サンプルＡ（図３）及び界面拡散層熱調整工程をそれぞれ３００℃（サンプルＢ，図４）および６００℃（サンプルＣ，図５）として最終工程まで進め、各光導波路素子のＤＣドリフトを測定したものが図３乃至５である。界面拡散層熱調整工程の調整温度によって拡散層のＬｉ量及び領域が変化しそれらに応じて、ＤＣドリフト特性が変化していることが実施データから判る。図３乃至５の各グラフについては、後で詳述する。
【００３７】
従って、電極設計や各ウエハプロセスの条件が決定され後、これら設計やウエハプロセス条件に最も適した界面拡散層熱調整工程を適応すれば、更にＤＣドリフトが抑圧された光導波路素子を提供することが出来る。
【００３８】
特に注目すべき特徴の一つは、界面拡散層熱調整工程が図２から判るように、２００℃程度の温度でも界面拡散層のＬｉ量および領域を調整することが出来ることである。この特徴は、複雑化したウエハプロセスの結果、最終製品に到達する最終歩留まりを、ウエハプロセスが完了した後に更に改善／調整する手段を提供する画期的なものである。
【００３９】
即ち、ウエハプロセスが完全に終了しウエハからチップを切り出した後、そのチップのＤＣドリフト特性を測定し、プロセスのバラツキなど含めた期待されたＤＣドリフト特性に及ばなかった場合、更に付加的に界面拡散層熱調整工程をウエハプロセス中に実施した調整温度より低い温度で実施し、ＤＣドリフト特性を微調成することが可能であることを意味している。
【００４０】
言い換えれば、プロセス設計及びウエハ製造パラメータ、使用材料などで大枠決まってしまうＤＣドリフト特性の疎調整を、第一の界面拡散層熱調整工程としてウエハプロセスの中で実施し、製造のバラツキや材料のバラツキなどで生じるＤＣドリフト特性の期待値からのズレを第二の界面拡散層熱調整工程としてウエハ基板上又チップをウエハから切り離した後調整実施することによって、製造歩留まりを改善し、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００４１】
さらに、第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いため、第一の界面拡散層熱調整工程で大幅にＤＣドリフトを抑制し、第二の界面拡散層熱調整工程では、所定の特性を得るため、ＤＣドリフトを微調整することも可能となる。さらに、チップ化した後の熱調整工程では、チップの切断面にもＬｉが拡散してくるため、過剰な加熱は、基板内のＬｉの欠乏の原因ともなる。このように、各々の工程で最も効果的にＤＣドリフトを調整することが好ましい。
【００４２】
基板の状態や、バッファ層の形成方法など各種の条件によっても処理温度が異なるが、例えば、スパッタリング法でバッファ層を形成した場合には、第一の界面拡散層熱調整工程では３００〜６００℃、第二の界面拡散層熱調整工程では１００〜３００℃、より好ましくは、２００〜３００℃が好適な範囲である。
【００４３】
これらＤＣドリフト量は、界面拡散層の抵抗値および容量値のみで決定されるのではなく、ＬＮ基板の抵抗や容量およびＳｉ膜の抵抗や容量などとの相対的な抵抗値、容量値の比率が関与する。このため、全く同じ界面拡散層であってもＬＮ基板やＳｉ膜などのプロセスが異なれば異なったＤＣドリフト特性となり、また、異なったウエハプロセスに最適な界面拡散層熱調整工程の条件も異なることは言うまでも無い。
【００４４】
また、上記Ｌｉの量や存在量域は、バッファ層の緻密度など成膜条件や成膜装置などによっても異なるであろうし、ＬＮ基板の製造条件によっても異なることが想定されるが、界面拡散層が存在し、この部分のＬｉの量と範囲を従来のウエハプロセスとは別に、界面拡散層熱調整工程によって付加的に変更、調整できることは言うまでもない。
【００４５】
上記界面拡散層と表現している領域は、ＬＮとバッファ層の接触部だけを指し示しているのではなく、Ｌｉの存在量が調整されたバッファ層内の領域、またＬＮ基板内の領域を含んだ領域を示していることは、本発明の内容から明らかである。
【００４６】
また、特許文献１に示すような、ウエハプロセスやチップ処理のプロセス中にアニールを行うものが開示されているが、従来技術のアニールは、基板や膜体の内部応力の緩和や、金属信号電極の内部応力を低減させることを目的としており、本発明のように、Ｌｉなどの拡散によって界面拡散層を形成させること、およびこれらの量及び領域を熱調整工程によって調整し、ＤＣドリフト特性を低減、調整するような、本発明の技術思想とは全く異なるものである。
【００４７】
本発明は、電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための界面拡散層熱調整工程を組み込むことを特徴とする。
【００４８】
この構成により、例えば、電気光学効果を有する基板であるＬＮを主とした強誘電体を用いた光導波路素子において、ＬＮ基板とバッファ層界面に、比較的多いＬｉ原子が、特定物質として比較的広い範囲に渡って存在しており、これらＬｉ原子の濃度分布（存在量及び存在領域）を界面拡散層熱調整工程によって調整することが出来る。そして、光導波路素子のＤＣドリフト特性が各基板、バッファ層、Ｓｉ膜などの断面や表面方向の抵抗と容量の大きさ、比率で変化すると言う原理を組み合わせ、産業上有用なＤＣドリフトがより抑圧された光導波路素子を提供し、歩留まりを改善しコストを低く抑えた光導波路素子を提供することが可能となる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の実施例を説明する。
図６は本発明を適応することが可能なマッハツエンダ型変調器の一例を示す平面図であり、図７は図６のＡ−Ａ’における断面図である。本例は、ＺｃｕｔのＬＮ（ニオブ酸リチウム）基板７にＴｉを熱拡散させることによって光導波路１を形成し、この光導波路に電界を印加させるための信号電極５、接地電極４を設けて構成されている。ここでは図示されていないが、レーザーなどの光源から光導波路に入射された光は一旦２分岐され、信号電極に印加される電圧によって変調が掛けられる構成になっている。
【００５０】
Ｔｉを熱拡散して形成された導波路１上には電極による光吸収を低減させ、変調の帯域を拡大させることを目的としてバッファ層（ＳｉＯ２層）２を形成する。バッファ層はスパッタリングや真空蒸着、ＣＶＤなどの形成方法が良く用いられるが、それぞれの成膜装置の特徴や製造条件によって、膜抵抗などの電気的特性や内部応力など機械的特性が大きく異なるため、ウエハサイズや成膜工程前後のウエハプロセスとの整合性、導波路設計などを考慮して、適切な成膜装置、製造条件が選ばれる。本実施例では「プロセスＡ」と表現しているものは、スパッタリング法にてＳｉＯ２を１．６μｍの厚さで形成したものを示している。
【００５１】
バッファ層２を形成したウエハ上にはウエハの焦電効果による動作点変動を防止する目的で導電層、例えばＳｉ膜３を形成する。Ｓｉ膜成膜後導波光を制御するための電極（４，５）を形成する。
【００５２】
電極形成が終了したウエハはそれぞれのチップに切り出され、ここでは図示されていない金属筐体などに実装され、光導波路素子として使用可能な状態に組み立て上げられる。光導波路素子の作り込みが完成したウエハが、良好な状態であるか、問題点が無いかなど、ウエハ状態で検査を行うが、個々の光導波路素子に切り出した、チップ状態でも測定を実施して実装可否を事前検証する。特に光との相互作用が関連する損失（光の伝搬損失や結合損失）や駆動電圧、消光比、ＤＣドリフトなどの測定項目はチップ状態で簡易的に検査を実施し、モジュール化に伴う歩留まりの向上を図りまたウエハプロセスの異常検出を行っている。多くの場合これらの検査は全数ではなく抜き取りで良い。それは上記項目の多くが同一ウエハで同一の傾向にあるためである。これら一連のプロセスは図８に表した光導波路素子の製造方法（プロセスフロー）で代表されるものである。
【００５３】
図９乃至１１は本発明の光導波路素子の製造方法を説明するプロセスフローであり、従来のプロセスフロー（図８）に、界面拡散層熱調整工程を加えたものである。図９の実施例では、従来のウエハプロセスフローに対してバッファ層形成工程終了後に新たに界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）として、６００℃、５時間の熱処理を行った。
【００５４】
図２のＬｉの拡散による濃度分布から分かるとおり、この６００℃の熱処理によってバッファ層とＬＮの界面にはおよそ１×１０２１（ａｔｍｓ／ｃｍ３）程度のＬｉが０．７μｍ程度の領域に渡って存在するように調整されており、従来の界面拡散層熱調整工程を実施しない場合と比較し、Ｌｉの量と分布が大きく異なることが分かる。
【００５５】
また、図１０は本発明の光導波路素子の製造方法の他の一例であり、チップ切り出しを行い、チップの特性を測定後に界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）として、２００℃、１時間の熱処理を行っている。
【００５６】
さらに、図１１は本発明の光導波路素子の製造方法の他の一例であり、バッファ層形成工程終了後に界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）を実施し、かつチップ切り出しを行い、その後チップの特性を測定した後に、界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）を実施している。
【００５７】
本発明の製造方法にて作製されたウエハ、及び従来の製造方法から作製されたウエハから、それぞれチップを切り出し、それぞれモジュールを作製しＤＣドリフト特性を測定したのが、図３乃至５である。各グラフの縦軸は規格化したＤＣドリフト量であり、横軸は経過時間を表している。各々のグラフには、Ｓ１で示す界面拡散層熱調整工程を行った場合と、Ｓ１，Ｓ２の両方の界面拡散層熱調整工程を行った場合の２つの測定結果を記載している。
【００５８】
規格化ＤＣドリフトの結果（図３乃至５）から明らかなように、本発明を実施したモジュールの規格化ＤＣドリフト（図４及び５）は大幅に改善されており、またチップ化後の界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）を更に追加した場合には、更に改善していることが分かる。
【００５９】
ここで「プロセスＡ」と表現したバッファ層を形成した後、界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）として３００℃、５時間の熱調整を実施したウエハを作製し、規格化ＤＣドリフト試験を実施したのが図４である。また、同様に「プロセスＡ」のバッファ層に、６００℃、５時間の熱調整を実施したのが図５である。図４及び図５の本発明を実施したモジュールの規格化ＤＣドリフトは、従来例プロセスのモジュール（図３）に比べ改善していることがわかる。なお、上記実施例は、チップをウエハから切り出した後にＤＣドリフト特性を測定した。しかし、ウエハ状態で測定する為、ウエハの一部を切断しバットジョイント、又は、ルチル等の高屈折率結晶のプリズムで光結合させ、ＤＣドリフト特性を測定し、その後、ウエハ状態で、界面拡散層熱調整工程を実施することも可能であることは言うまでもない。
【００６０】
これら界面拡散層の熱調整温度と規格化ＤＣドリフトの関連をグラフ化したのが図１２である。このグラフからプロセスＡのバッファ層を形成する場合では、界面拡散層熱調整温度として最適な温度は６５０−７００℃程度と想定されるが、界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）としてはそれらより低めの温度、例えば６００℃などを選択することが好ましい。これはプロセスのバラツキやウエハ材料などのバラツキで規格化ＤＣドリフトが最小となる熱調整温度が異なった場合も、追加若しくは微調整としての界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）によってＤＣドリフト特性を改善させることが出来るようにするためである。
【００６１】
上記の実施例では、「プロセスＡ」としてスパッタリング法にてＳｉＯ２を形成した場合を例示したが、プロセス設計や材料、成膜方法などが異なった場合、同じ界面拡散層熱調整工程を実施しても最適となる調整温度は異なる。例えばＳｉＯ２の成膜を真空蒸着法にて１．２μｍの厚さに形成した場合を「プロセスＢ」とし例示したものを図８にプロットした。この場合、規格化ＤＣドリフトが最小になる界面拡散層熱調整温度の最適値は２８０℃程度であり、このような場合は界面拡散層熱調整工程Ｓ１若しくはＳ２として２００℃程度が選ばれる。
【００６２】
上述のように、電極設計や各ウエハプロセスの条件が決定され後、これら設計やウエハプロセス条件に最も適した界面拡散層熱調整工程を適応すれば、更にＤＣドリフトが抑圧されたＬＮ変調器を提供することが出来る。
【００６３】
なお、本発明の製造方法に加えて、従来のバッファ層形成工程内に膜の内部応力を緩和させることを目的としたアニールを行う場合もあるが、本発明の界面拡散層熱調整工程の温度は、アニール温度よりも高いため、本発明の界面拡散層熱調整工程を前記アニールの作用も含め同時に行うことも本発明の応用例として実施することができる。
【００６４】
また、上記実施例ではチップ測定を実施した後、第二の界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）を適応した例を上げたが、ウエハプロセスの安定度や生産工程の効率的運用などから、チップ測定前に第二の界面拡散層熱調整工程を実施し、その後、チップ測定を実施しても良いことは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、ＤＣドリフトが抑制された光導波路素子の製造方法を提供することであり、さらには、製造プロセスの途中で、ＤＣドリフトを調整することを可能とし、製造の歩留まりを改善する、光導波路素子の製造方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 光導波路
２ バッファ層
３ Ｓｉ膜
４ 接地電極
５ 信号電極
６ 基板／バッファ層境界面
７ 基板
Ｓ１ 第一の界面拡散層熱調整工程
Ｓ２ 第二の界面拡散層熱調整工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路素子の製造方法に関し、特に、電気光学効果を有する基板に光導波路とバッファ層及び電極とを形成した光導波路素子であって、ドリフト現象を改善した光導波路素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（以下ＬＮと略す）などの電気光学効果を有する基板を用いた光導波路素子は、半導体変調器に比し低損失であり、高速動作が可能であり、広い波長範囲で特性が安定しているなどの特徴から、特に波長多重光伝送など高速光通信システムに広く用いられている。
【０００３】
この光導波路素子を実際のシステムで使用するためには、温度変化によって変動する動作点のシフト（温度ドリフト）や長期的なＤＣ電圧印加による動作点のシフト（ＤＣドリフト）をフィードバック回路にて補償する仕組みが必要になっている。このため、これらのシフト量を出来るだけ小さくするような幾つかの対策が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すように、温度ドリフトでは電極などの応力の影響をアニールによって低減させる技術や、特許文献２に示すように、ＤＣドリフトを低減させるためにバッファ層にＩｎなどの不純物をドープする技術などが開示されている。しかしながら、ＬＮ変調器の動作点シフトは極めて微妙な応力のバランスや、結晶やバッファ層中に含まれてしまう微量な不純物とそのバランスによって影響を受け、前記技術を含め、様々な対策が提案されているが、光導波路素子の温度ドリフトおよびＤＣドリフトを完全に抑圧することは、未だ実現していない。
【０００５】
一方、ＬＮ光変調器などの光導波路素子は、要望される伝送容量の増大に伴って、より高速動作し、かつより低電圧駆動できることが求められている。また、ＮＲＺフォーマットなど比較的単純な強度変調からＤＱＰＳＫや偏波合成変調器など位相や偏波情報も同時に伝送できるフォーマットに対応することを求められるようになっている。このため光導波路素子の基板構成はリッジ構造や薄板構造など複雑化し、また導波路構成もシングルのマッハツェンダー型からネスト型などへ複雑化している。
【０００６】
これらに合わせて、上述した動作点シフトのフィードバック回路による補償も複雑化し、特に長期動作保障のポイントとなるＤＣドリフトに対して、より低電圧で制御、補償できるよう、ＤＣドリフトが低減された光導波路素子が望まれている。
【０００７】
また一方で、ＤＣドリフトが低く抑圧された光導波路素子を生産、供給する上では、複雑化したウエハプロセスの最終検査を、素子が完成したウエハ上で若しくはウエハから切り出されたチップにて、ＤＣドリフトなどを評価、選別し、当該特性がシステム要求仕様を満足するよう確認する必要がある。通常この段階で特性が不良であった場合、当該ウエハ若しくはチップは破棄することになり、歩留まり低下によるコスト劣化が発生していた。これはウエハプロセスが完了してしまうと、完成品に対する良否判断によって、ウエハ若しくはチップを使用若しくは廃棄するだけとなり、ウエハ完了後に、例えばチップの評価結果を見て追加調整的にＤＣドリフト特性などを補正、調整する技術が無かったことに起因している。
【０００８】
ＤＣドリフトのメカニズムの説明は、例えば、非特許文献１のように、ＬＮ変調器などの光導波路素子の内部の等価回路で説明されている。この中で重要なことは、ＬＮ基板に形成される光導波路やバッファ層、半導電性膜（Ｓｉ膜等）、電極の各断面や表面方向における部分的な抵抗値と電気容量の全ての合成抵抗と合成容量及び各部分の抵抗と容量の比率が、ＤＣドリフトの長期的なシフトに影響することであり、より低いＤＣドリフトにするためには、電極や導波路設計のほか、各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、半導電性膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量を、精密にコントロールして製造する必要が有る。
【０００９】
しかしながら強誘電体であるＬＮと言う材料は、半導体のＳｉウエハなどに比べ結晶性が低く、製造メーカーや製造ロット、製造装置などによってバラツキが大きいと言う問題を持っており、断面や表面方向の抵抗のバラツキも大きい。またウエハプロセス中に成膜されるバッファ層や半導体膜中に微量の不純物が含まれるだけで、その抵抗値は桁が大きく変わる程変動してしまう。このため、ＬＮ変調器製造中の各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量を、精密にコントロールして製造することは極めて困難であり、従って光導波路素子のＤＣドリフトはある種のバラツキをもってしまう。
【００１０】
また、ＤＣドリフトの低下やバラツキを抑制するのを更に困難にする原因は、上記各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量が、個別に測定、分離することが極めて困難なことであり、事実上不可能なことである。従って、プロセス中のウエハ内素子や切断完了後のチップの合成抵抗値、合成容量やＤＣドリフトの傾向や程度などからこれらを類推するしか現実的な手段が無いことである。
【００１１】
従って、一旦完成されたウエハは、ウエハ状若しくは切断後のチップの特性評価によって良否を判断し、製品への組み立て工程へ移すか廃棄するかの選別をおこなうのみとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３５４４０２０号公報
【特許文献２】特許第３００１０２７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Steven K.Korotky et al.,"An RCNetwork Analysis of Long Term Ti:LiNbO3 Bias Stability",Journal of Lightwave technology, Vol.14, No.12, p.2687-2689, IEEE, Dec. 1996
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解消し、ＤＣドリフトが抑制された光導波路素子の製造方法を提供することであり、さらには、製造プロセスの途中で、ＤＣドリフトを調整することを可能とし、製造の歩留まりを改善する、光導波路素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程を組み込むことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板に形成する工程中に行われる第一の界面拡散層熱調整工程と、該光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる第二の界面拡散層熱調整工程からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程は、光導波路素子の所定の特性値を測定した後、その測定値に応じて調整されることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３に記載の光導波路素子の製造方法において、前記第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、前記第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いことを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該基板は、ニオブ酸リチウムから構成され、該特定物質は、Ｌｉであることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の光導波路素子の製造方法において、該バッファ層内での基板表面の法線方向におけるＬｉの濃度分布は、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の濃度が、１μｍ以下の範囲で分布していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程を組み込むため、界面拡散層熱調整工程により、光導波路素子のＤＣドリフトを調整することが可能となり、製造の歩留まりも改善することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明により、界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われるため、製品の最終段階に近い状況でも光導波路素子のＤＣドリフトを調整でき、より一層製造の歩留まりも改善できる。
【００２４】
請求項３に係る発明により、界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板に形成する工程中に行われる第一の界面拡散層熱調整工程と、該光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる第二の界面拡散層熱調整工程からなるため、光導波路素子のＤＣドリフトを多段階で調整することができ、ＤＣドリフトの発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００２５】
請求項４に係る発明により、界面拡散層熱調整工程は、光導波路素子の所定の特性値を測定した後、その測定値に応じて調整されため、光導波路素子の特性に応じた調整を行うことが可能となる。
【００２６】
請求項５に係る発明により、第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いため、各々の工程で最も効果的にＤＣドリフトを調整することが可能となる。
【００２７】
請求項６に係る発明により、基板は、ニオブ酸リチウムから構成され、特定物質は、Ｌｉであるため、ニオブ酸リチウム基板を利用した際に発生するＤＣドリフトを、基板を加熱した際に生ずるＬｉの拡散によって、効果的に抑制することが可能となる
【００２８】
請求項７に係る発明により、バッファ層内での基板表面の法線方向におけるＬｉの濃度分布は、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の濃度が、１μｍ以下の範囲で分布しているため、製造工程中の界面拡散層熱調整工程によりＤＣドリフトを効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】界面拡散層熱調整工程４００℃を実施した場合のＳＩＭＳを用いた基板界面近傍の分析例である。
【図２】界面拡散層熱調整工程の温度（２００℃〜７００℃）を変化させた場合の基板界面近傍のＬｉの濃度分布を示すグラフである。
【図３】界面拡散層熱調整工程を実施していない場合のＤＣドリフトの様子を示すグラフである。
【図４】界面拡散層熱調整工程３００℃を実施した場合のＤＣドリフトの様子を示すグラフである。
【図５】界面拡散層熱調整工程６００℃を実施した場合のＤＣドリフトの様子を示すグラフである。
【図６】本発明を適応可能なマッハツェンダ型光変調器の平面図を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ’における断面図を示す図である。
【図８】従来の製造方法（プロセスフロー）の一例を示す図である。
【図９】本発明の製造方法（プロセスフロー）の例（その１）を示す図である。
【図１０】本発明の製造方法（プロセスフロー）の例（その２）を示す図である。
【図１１】本発明の製造方法（プロセスフロー）の例（その３）を示す図である。
【図１２】形成方法（プロセスＡ：スパッタリング法，プロセスＢ：真空蒸着法）が異なるバッファ層に対して、界面拡散層熱調整工程を実施した際の温度とＤＣドリフトとの関連を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の光導波路素子の製造方法について、以下に詳細に説明する。
本発明者らは光導波路素子の製造工程における各プロセスで決定される、ＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量に関して、プロセス終了後にそれらプロセスで得られる構造や特性に大きく影響せずに、基板内部の断面や表面方向の抵抗や容量を調整し、ＤＣドリフトを抑圧、調整することが出来ないかを検討した。その結果、基板、バッファ層、Ｓｉ半導体膜及び電極などの各界面に着目、特にＬＮ基板とバッファ層界面に存在するＬｉ原子の量や範囲とＤＣドリフトとの関連性に着目した。
【００３１】
図１は、ＬＮ基板とバッファ層界面近傍をＳＩＭＳ（Secondary
Ion-microprobe Mass Spectrometry：２次イオン質量分析）で分析した一例である。この分析に用いたＬＮ基板は通常のウエハプロセスに加え、界面拡散層熱調整工程として４００℃、５時間の熱調整を実施したものである。グラフの縦軸は元素の量に相当し、横軸は０がバッファ層表面方向、＋側に進むに連れＬＮ基板側になり、Ｌｉの量が急激に増加している部分がＬＮ基板とバッファ層の境界になる。Ｌｉ原子は境界から約１μｍ内程度の範囲に分布しているが、この領域をＬｉ原子の界面拡散層と見ることが出来る。
【００３２】
この界面拡散層は、Ｌｉの存在量や存在領域の大きさに応じて、バッファ層（ＳｉＯ２）やＬＮ基板とは異なる抵抗及び電気容量を持つことが想定される。この部分の抵抗値及び電気容量は直接測定することは極めて難しく、変調器の合成抵抗や合成容量から類推若しくは、ＤＣドリフトの挙動から想定することが現実的な方法となっている。
【００３３】
もしここで、この界面拡散層におけるＬｉの量や領域を、各プロセスで決定されるＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜などの断面方向と表面方向の抵抗や電気容量に関して、それらプロセスで得られる構造や特性に大きく影響せずに、調整することが出来れば、この界面拡散層の抵抗値および容量を調整することが出来る事に相当すると考えられる。言い換えればＤＣドリフトの挙動を調整することができることになる。
【００３４】
この界面拡散層に於けるＬｉの量や領域を調整する手段として、従来のウエハプロセスに対して、界面拡散層熱調整工程を導入しＬｉの量や存在領域を調整すれば、結晶品質を含むＬＮ基板やバッファ層、Ｓｉ膜、電極形成などの各ウエハプロセスによって決定されてしまうＤＣドリフト特性を更に変更調整することが出来ることになる。
【００３５】
図２は上記技術思想に基き、バッファ層工程が終了した各ウエハに対して、各種温度の界面拡散層熱調整工程を導入し（時間はいずれも５時間実施した）、上記分析と同様にＳＩＭＳを用いてＬＮとバッファ層の境界領域のＬｉ量を調べたものである。界面拡散層熱調整工程の温度が２００℃から７００℃になるに従ってＬＮとバッファ層の界面におけるＬｉの量がおよそ１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）から３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）に変化していることが判る。またその存在領域は１μｍ以下に渡って調整できていることが判り、この濃度分布においては、ＤＣドリフトが効果的に抑制が可能である。なお、この界面拡散層領域の抵抗値および容量値は、直接分離して測定することは出来ないが、それぞれ異なったＬｉの分布量と分布領域を持っており、それぞれ異なった値になっていると想定される。
【００３６】
これらウエハからこの界面拡散層熱調整工程を実施しなかった（温度０℃に相当）サンプルＡ（図３）及び界面拡散層熱調整工程をそれぞれ３００℃（サンプルＢ，図４）および６００℃（サンプルＣ，図５）として最終工程まで進め、各光導波路素子のＤＣドリフトを測定したものが図３乃至５である。界面拡散層熱調整工程の調整温度によって拡散層のＬｉ量及び領域が変化しそれらに応じて、ＤＣドリフト特性が変化していることが実施データから判る。図３乃至５の各グラフについては、後で詳述する。
【００３７】
従って、電極設計や各ウエハプロセスの条件が決定され後、これら設計やウエハプロセス条件に最も適した界面拡散層熱調整工程を適応すれば、更にＤＣドリフトが抑圧された光導波路素子を提供することが出来る。
【００３８】
特に注目すべき特徴の一つは、界面拡散層熱調整工程が図２から判るように、２００℃程度の温度でも界面拡散層のＬｉ量および領域を調整することが出来ることである。この特徴は、複雑化したウエハプロセスの結果、最終製品に到達する最終歩留まりを、ウエハプロセスが完了した後に更に改善／調整する手段を提供する画期的なものである。
【００３９】
即ち、ウエハプロセスが完全に終了しウエハからチップを切り出した後、そのチップのＤＣドリフト特性を測定し、プロセスのバラツキなど含めた期待されたＤＣドリフト特性に及ばなかった場合、更に付加的に界面拡散層熱調整工程をウエハプロセス中に実施した調整温度より低い温度で実施し、ＤＣドリフト特性を微調成することが可能であることを意味している。
【００４０】
言い換えれば、プロセス設計及びウエハ製造パラメータ、使用材料などで大枠決まってしまうＤＣドリフト特性の疎調整を、第一の界面拡散層熱調整工程としてウエハプロセスの中で実施し、製造のバラツキや材料のバラツキなどで生じるＤＣドリフト特性の期待値からのズレを第二の界面拡散層熱調整工程としてウエハ基板上又チップをウエハから切り離した後調整実施することによって、製造歩留まりを改善し、製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００４１】
さらに、第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いため、第一の界面拡散層熱調整工程で大幅にＤＣドリフトを抑制し、第二の界面拡散層熱調整工程では、所定の特性を得るため、ＤＣドリフトを微調整することも可能となる。さらに、チップ化した後の熱調整工程では、チップの切断面にもＬｉが拡散してくるため、過剰な加熱は、基板内のＬｉの欠乏の原因ともなる。このように、各々の工程で最も効果的にＤＣドリフトを調整することが好ましい。
【００４２】
基板の状態や、バッファ層の形成方法など各種の条件によっても処理温度が異なるが、例えば、スパッタリング法でバッファ層を形成した場合には、第一の界面拡散層熱調整工程では３００〜６００℃、第二の界面拡散層熱調整工程では１００〜３００℃、より好ましくは、２００〜３００℃が好適な範囲である。
【００４３】
これらＤＣドリフト量は、界面拡散層の抵抗値および容量値のみで決定されるのではなく、ＬＮ基板の抵抗や容量およびＳｉ膜の抵抗や容量などとの相対的な抵抗値、容量値の比率が関与する。このため、全く同じ界面拡散層であってもＬＮ基板やＳｉ膜などのプロセスが異なれば異なったＤＣドリフト特性となり、また、異なったウエハプロセスに最適な界面拡散層熱調整工程の条件も異なることは言うまでも無い。
【００４４】
また、上記Ｌｉの量や存在量域は、バッファ層の緻密度など成膜条件や成膜装置などによっても異なるであろうし、ＬＮ基板の製造条件によっても異なることが想定されるが、界面拡散層が存在し、この部分のＬｉの量と範囲を従来のウエハプロセスとは別に、界面拡散層熱調整工程によって付加的に変更、調整できることは言うまでもない。
【００４５】
上記界面拡散層と表現している領域は、ＬＮとバッファ層の接触部だけを指し示しているのではなく、Ｌｉの存在量が調整されたバッファ層内の領域、またＬＮ基板内の領域を含んだ領域を示していることは、本発明の内容から明らかである。
【００４６】
また、特許文献１に示すような、ウエハプロセスやチップ処理のプロセス中にアニールを行うものが開示されているが、従来技術のアニールは、基板や膜体の内部応力の緩和や、金属信号電極の内部応力を低減させることを目的としており、本発明のように、Ｌｉなどの拡散によって界面拡散層を形成させること、およびこれらの量及び領域を熱調整工程によって調整し、ＤＣドリフト特性を低減、調整するような、本発明の技術思想とは全く異なるものである。
【００４７】
本発明は、電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための界面拡散層熱調整工程を組み込むことを特徴とする。
【００４８】
この構成により、例えば、電気光学効果を有する基板であるＬＮを主とした強誘電体を用いた光導波路素子において、ＬＮ基板とバッファ層界面に、比較的多いＬｉ原子が、特定物質として比較的広い範囲に渡って存在しており、これらＬｉ原子の濃度分布（存在量及び存在領域）を界面拡散層熱調整工程によって調整することが出来る。そして、光導波路素子のＤＣドリフト特性が各基板、バッファ層、Ｓｉ膜などの断面や表面方向の抵抗と容量の大きさ、比率で変化すると言う原理を組み合わせ、産業上有用なＤＣドリフトがより抑圧された光導波路素子を提供し、歩留まりを改善しコストを低く抑えた光導波路素子を提供することが可能となる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の実施例を説明する。
図６は本発明を適応することが可能なマッハツエンダ型変調器の一例を示す平面図であり、図７は図６のＡ−Ａ’における断面図である。本例は、ＺｃｕｔのＬＮ（ニオブ酸リチウム）基板７にＴｉを熱拡散させることによって光導波路１を形成し、この光導波路に電界を印加させるための信号電極５、接地電極４を設けて構成されている。ここでは図示されていないが、レーザーなどの光源から光導波路に入射された光は一旦２分岐され、信号電極に印加される電圧によって変調が掛けられる構成になっている。
【００５０】
Ｔｉを熱拡散して形成された導波路１上には電極による光吸収を低減させ、変調の帯域を拡大させることを目的としてバッファ層（ＳｉＯ２層）２を形成する。バッファ層はスパッタリングや真空蒸着、ＣＶＤなどの形成方法が良く用いられるが、それぞれの成膜装置の特徴や製造条件によって、膜抵抗などの電気的特性や内部応力など機械的特性が大きく異なるため、ウエハサイズや成膜工程前後のウエハプロセスとの整合性、導波路設計などを考慮して、適切な成膜装置、製造条件が選ばれる。本実施例では「プロセスＡ」と表現しているものは、スパッタリング法にてＳｉＯ２を１．６μｍの厚さで形成したものを示している。
【００５１】
バッファ層２を形成したウエハ上にはウエハの焦電効果による動作点変動を防止する目的で導電層、例えばＳｉ膜３を形成する。Ｓｉ膜成膜後導波光を制御するための電極（４，５）を形成する。
【００５２】
電極形成が終了したウエハはそれぞれのチップに切り出され、ここでは図示されていない金属筐体などに実装され、光導波路素子として使用可能な状態に組み立て上げられる。光導波路素子の作り込みが完成したウエハが、良好な状態であるか、問題点が無いかなど、ウエハ状態で検査を行うが、個々の光導波路素子に切り出した、チップ状態でも測定を実施して実装可否を事前検証する。特に光との相互作用が関連する損失（光の伝搬損失や結合損失）や駆動電圧、消光比、ＤＣドリフトなどの測定項目はチップ状態で簡易的に検査を実施し、モジュール化に伴う歩留まりの向上を図りまたウエハプロセスの異常検出を行っている。多くの場合これらの検査は全数ではなく抜き取りで良い。それは上記項目の多くが同一ウエハで同一の傾向にあるためである。これら一連のプロセスは図８に表した光導波路素子の製造方法（プロセスフロー）で代表されるものである。
【００５３】
図９乃至１１は本発明の光導波路素子の製造方法を説明するプロセスフローであり、従来のプロセスフロー（図８）に、界面拡散層熱調整工程を加えたものである。図９の実施例では、従来のウエハプロセスフローに対してバッファ層形成工程終了後に新たに界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）として、６００℃、５時間の熱処理を行った。
【００５４】
図２のＬｉの拡散による濃度分布から分かるとおり、この６００℃の熱処理によってバッファ層とＬＮの界面にはおよそ１×１０２１（ａｔｍｓ／ｃｍ３）程度のＬｉが０．７μｍ程度の領域に渡って存在するように調整されており、従来の界面拡散層熱調整工程を実施しない場合と比較し、Ｌｉの量と分布が大きく異なることが分かる。
【００５５】
また、図１０は本発明の光導波路素子の製造方法の他の一例であり、チップ切り出しを行い、チップの特性を測定後に界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）として、２００℃、１時間の熱処理を行っている。
【００５６】
さらに、図１１は本発明の光導波路素子の製造方法の他の一例であり、バッファ層形成工程終了後に界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）を実施し、かつチップ切り出しを行い、その後チップの特性を測定した後に、界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）を実施している。
【００５７】
本発明の製造方法にて作製されたウエハ、及び従来の製造方法から作製されたウエハから、それぞれチップを切り出し、それぞれモジュールを作製しＤＣドリフト特性を測定したのが、図３乃至５である。各グラフの縦軸は規格化したＤＣドリフト量であり、横軸は経過時間を表している。各々のグラフには、Ｓ１で示す界面拡散層熱調整工程を行った場合と、Ｓ１，Ｓ２の両方の界面拡散層熱調整工程を行った場合の２つの測定結果を記載している。
【００５８】
規格化ＤＣドリフトの結果（図３乃至５）から明らかなように、本発明を実施したモジュールの規格化ＤＣドリフト（図４及び５）は大幅に改善されており、またチップ化後の界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）を更に追加した場合には、更に改善していることが分かる。
【００５９】
ここで「プロセスＡ」と表現したバッファ層を形成した後、界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）として３００℃、５時間の熱調整を実施したウエハを作製し、規格化ＤＣドリフト試験を実施したのが図４である。また、同様に「プロセスＡ」のバッファ層に、６００℃、５時間の熱調整を実施したのが図５である。図４及び図５の本発明を実施したモジュールの規格化ＤＣドリフトは、従来例プロセスのモジュール（図３）に比べ改善していることがわかる。なお、上記実施例は、チップをウエハから切り出した後にＤＣドリフト特性を測定した。しかし、ウエハ状態で測定する為、ウエハの一部を切断しバットジョイント、又は、ルチル等の高屈折率結晶のプリズムで光結合させ、ＤＣドリフト特性を測定し、その後、ウエハ状態で、界面拡散層熱調整工程を実施することも可能であることは言うまでもない。
【００６０】
これら界面拡散層の熱調整温度と規格化ＤＣドリフトの関連をグラフ化したのが図１２である。このグラフからプロセスＡのバッファ層を形成する場合では、界面拡散層熱調整温度として最適な温度は６５０−７００℃程度と想定されるが、界面拡散層熱調整工程（Ｓ１）としてはそれらより低めの温度、例えば６００℃などを選択することが好ましい。これはプロセスのバラツキやウエハ材料などのバラツキで規格化ＤＣドリフトが最小となる熱調整温度が異なった場合も、追加若しくは微調整としての界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）によってＤＣドリフト特性を改善させることが出来るようにするためである。
【００６１】
上記の実施例では、「プロセスＡ」としてスパッタリング法にてＳｉＯ２を形成した場合を例示したが、プロセス設計や材料、成膜方法などが異なった場合、同じ界面拡散層熱調整工程を実施しても最適となる調整温度は異なる。例えばＳｉＯ２の成膜を真空蒸着法にて１．２μｍの厚さに形成した場合を「プロセスＢ」とし例示したものを図８にプロットした。この場合、規格化ＤＣドリフトが最小になる界面拡散層熱調整温度の最適値は２８０℃程度であり、このような場合は界面拡散層熱調整工程Ｓ１若しくはＳ２として２００℃程度が選ばれる。
【００６２】
上述のように、電極設計や各ウエハプロセスの条件が決定され後、これら設計やウエハプロセス条件に最も適した界面拡散層熱調整工程を適応すれば、更にＤＣドリフトが抑圧されたＬＮ変調器を提供することが出来る。
【００６３】
なお、本発明の製造方法に加えて、従来のバッファ層形成工程内に膜の内部応力を緩和させることを目的としたアニールを行う場合もあるが、本発明の界面拡散層熱調整工程の温度は、アニール温度よりも高いため、本発明の界面拡散層熱調整工程を前記アニールの作用も含め同時に行うことも本発明の応用例として実施することができる。
【００６４】
また、上記実施例ではチップ測定を実施した後、第二の界面拡散層熱調整工程（Ｓ２）を適応した例を上げたが、ウエハプロセスの安定度や生産工程の効率的運用などから、チップ測定前に第二の界面拡散層熱調整工程を実施し、その後、チップ測定を実施しても良いことは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、ＤＣドリフトが抑制された光導波路素子の製造方法を提供することであり、さらには、製造プロセスの途中で、ＤＣドリフトを調整することを可能とし、製造の歩留まりを改善する、光導波路素子の製造方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 光導波路
２ バッファ層
３ Ｓｉ膜
４ 接地電極
５ 信号電極
６ 基板／バッファ層境界面
７ 基板
Ｓ１ 第一の界面拡散層熱調整工程
Ｓ２ 第二の界面拡散層熱調整工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、
該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程を組み込む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に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる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に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板に形成する工程中に行われる第一の界面拡散層熱調整工程と、該光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる第二の界面拡散層熱調整工程からなることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程は、光導波路素子の所定の特性値を測定した後、その測定値に応じて調整されることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の光導波路素子の製造方法において、前記第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、前記第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該基板は、ニオブ酸リチウムから構成され、該特定物質は、Ｌｉであることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光導波路素子の製造方法において、該バッファ層内での基板表面の法線方向におけるＬｉの濃度分布は、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の濃度が、１μｍ以下の範囲で分布していることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項１】
電気光学効果を有する基板に、光導波路を形成する工程と、バッファ層を形成する工程と、電極を形成する工程とを有する、光導波路素子の製造方法において、
該バッファ層を形成した後に、該バッファ層内の特定物質の濃度分布を加熱によって調整するための１段階又は複数段階の界面拡散層熱調整工程を組み込む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に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる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に記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程が、光導波路素子をウエハ基板に形成する工程中に行われる第一の界面拡散層熱調整工程と、該光導波路素子をウエハ基板上又ウエハ基板から切り出した後に行われる第二の界面拡散層熱調整工程からなることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該界面拡散層熱調整工程は、光導波路素子の所定の特性値を測定した後、その測定値に応じて調整されることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の光導波路素子の製造方法において、前記第一の界面拡散層熱調整工程の加熱温度は、前記第二の界面拡散層熱調整工程の加熱温度より高いことを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子の製造方法において、該基板は、ニオブ酸リチウムから構成され、該特定物質は、Ｌｉであることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光導波路素子の製造方法において、該バッファ層内での基板表面の法線方向におけるＬｉの濃度分布は、１×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）〜３×１０２１（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）の濃度が、１μｍ以下の範囲で分布していることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２４９４９（Ｐ２０１３−２４９４９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７３５５（Ｐ２０１１−１５７３５５）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【特許番号】特許第５０８３４３７号（Ｐ５０８３４３７）
【特許公報発行日】平成２４年１１月２８日（２０１２．１１．２８）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【特許番号】特許第５０８３４３７号（Ｐ５０８３４３７）
【特許公報発行日】平成２４年１１月２８日（２０１２．１１．２８）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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