JP2004063506A

JP2004063506A - Processing method of ferroelectric film

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Publication number: JP2004063506A
Application number: JP2002215779A
Authority: JP
Inventors: Kouji Enbutsu; 圓佛　晃次; Seiji Toyoda; 豊田　誠治; Kazuo Fujiura; 藤浦　和夫; Masahiro Sasaura; 笹浦　正弘; Kaneyuki Imai; 今井　欽之; Ikutake Yagi; 八木　生剛; Atsushi Abe; 阿部　淳; Naoto Sugimoto; 杉本　直登; Takashi Kurihara; 栗原　隆
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: JP4109504B2

Abstract

【課題】導波路の構成を容易にするために、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜をより深くエッチングする方法の提供。
【解決手段】一般式ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１）またはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）で示される結晶膜の加工方法であって、レジストと、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、バナジウム、タングステンおよびクロムからなる群から選択される一種以上の金属薄膜とを積層したマスク材を該結晶膜上に設ける工程と、窒素、アルゴン、酸素、塩素、塩化水素、三塩化ホウ素からなる群から選択される一種以上のガスのイオンを用いるイオンビームエッチングにより、該結晶膜を加工する工程とを備えたことを特徴とする加工方法。
【選択図】　　　　図１Provided is a method for etching a KTN / KLTN crystal film deeper to facilitate the configuration of a waveguide.
In A general formula _{_{_{KTa 1-x Nb x O 3}}} (0 ≦ x ≦ 1) or _{_{_{K 1-y Li y Ta 1}}} -x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1,0 <y ≦ 1) A method for processing a crystal film as shown, comprising: forming a mask material obtained by laminating a resist and one or more metal thin films selected from the group consisting of titanium, zirconium, niobium, tantalum, molybdenum, vanadium, tungsten and chromium. Forming a crystal film by ion beam etching using ions of one or more gases selected from the group consisting of nitrogen, argon, oxygen, chlorine, hydrogen chloride, and boron trichloride. A processing method characterized by comprising:
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、以下ＫＴＮと称する）および／またはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１、以下ＫＬＴＮと称する）なる組成を有する結晶薄膜を用いたデバイス、例えば波長変換デバイスや光スイッチデバイス等を形成するための該結晶膜の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＫＴＮおよび／またはＫＬＴＮ（以下、ＫＴＮ／ＫＬＴＮと称する）結晶をポーリング処理して、強誘電体結晶中に半永久的に非線形光学効果を誘起したデバイスが見出されていた。また、近年ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶に電界を印加することにより、電界を印加している間だけ非線形光学効果が誘起されることが見出され、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶を光波長変換デバイスへ応用することが検討されてきている。
【０００３】
ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶を光波長変換デバイス中に用いる場合、該結晶を導波路形状、好ましくは４μｍ以上の高さを有するリッジ導波路形状に加工することが望ましい。しかしながら、従来、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶薄膜を用いて導波型デバイスを作製する場合、材料の物理的および化学的安定性および形成温度（〜１０００℃）の高さにより導波路加工が著しく困難であった。
【０００４】
まず、ＫＴＮ／ＫＬＴＮなる組成を有する結晶薄膜が化学的に安定であることから、石英系の導波路の加工に用いられている反応性イオンエッチングを利用しようとしても、ＫＴＮ／ＫＬＴＮを構成する元素を昇華させて除去しうるだけの昇華性を提供できる反応性ガスはない。一般に用いられているフルオロカーボン系のガスあるいは塩素を用いても格段の効果は認められない。
【０００５】
溶液による化学的エッチングを用いる場合、ＫＴＮ／ＫＬＴＮを溶解しうるエッチャントとしては、フッ酸しか知られていない。フッ酸を用いればＫＴＮ／ＫＬＴＮの加工は一応は可能であるが、フッ酸によるエッチングは等方エッチングであるために、大きなアスペクト比を有するパターンを形成することができない。しかも３μｍ以上深くエッチングしようとすると、形成するパターンの上部がフッ酸にさらされる時間が長くなるため、凸部の形状が丸みを帯びてきたり、格子欠陥から生じる窪み（いわゆるピット）が拡大しエッチング面の荒れが生じたりすることがあった。
【０００６】
また、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶の形成温度は〜１０００℃と高温であるため、あらかじめパターニングを行うための有機または無機のレジストステンシルを形成しておいて、その後成長させ、最後にレジストステンシルを溶解して不要な箇所を取り去るという、いわゆるリフトオフ法を適用することはできない。
【０００７】
そこで、従来はＫＴＮ／ＫＬＴＮを用いた導波路デバイスを作製するために、アルゴンまたは塩素を用いたイオンビームエッチングを適用してきた。イオンビームエッチングは、イオン源によりアルゴンまたは塩素イオンを生成し、該イオンを加速して衝突させることにより、イオンが衝突した部分を構成する物質を物理的に叩き出す、いわゆるスパッタリングによりエッチングを行うものである。その際のマスク材として、通常のリソグラフィーに用いるフォトレジストを利用してきた。
【０００８】
図３に、イオンビームエッチングを用いる従来方法の工程を模式的に示す。図３中、１１は、例えばＫＴａＯ_３のような基板を示し；１２は、例えば厚さ４μｍのＫＴＮのようなＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜を示し；１３は例えば約４μｍの厚さのフォトレジストのようなマスク材を示す。
【０００９】
図３（ａ）に示すように、基板１１上に成長したＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜１２の上に必要な部分を保護するためのマスク材１３としてフォトレジストを１〜３μｍの厚さに成膜する。続いて、図３（ｂ）に示すようにイオンビームエッチング装置内に基板を配置し、アルゴンあるいは塩素イオンを基板に照射することにより、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜１２をエッチングする。このとき、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜１２が機械的硬度が高く、イオンビームに対するスパッタ効率（収量）が小さく、かつマスク材１３の耐性が十分ではないため、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜１２のエッチング深さに比べてマスク材１３がいち早く除去されてしまう。図３（ｃ）に示すように、マスク材１３が丁度完全に除去された状態でエッチングを停止した場合、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜１２のエッチング深さは、１μｍ程度に過ぎなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示す、従来のＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜の加工方法では、マスク材の耐性が低く、導波路の構成を容易にするために期待されている４μｍ以上のエッチング深さを得ることは困難であった。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、マスク材のイオンビームに対する耐性を著しく向上させることにより、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜１２をより深くエッチングする方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明を概説すれば、本発明は一般式ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１）またはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）で示される結晶膜の加工方法であって：レジストと、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、バナジウム、タングステン、クロムの中から選択される一種以上の金属薄膜とを積層したマスク材を該結晶膜上に設ける工程と；窒素、アルゴン、酸素、塩素、塩化水素、三塩化ホウ素の中から選択される一種以上のガスのイオンを用いるイオンビームエッチングにより、該結晶膜を加工する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜の加工方法の１つの実施形態を図１に示す。図１中、１は基板を示し、２はＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜を示し、３はレジストを示し、４は金属薄膜を示し、５は金属薄膜４を加工するためのフォトレジストを示す。
【００１４】
最初に、図１（ａ）に示すように、基板１上に、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２およびレジスト３を積層する。基板１は、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２をエピタキシャル成長させる際のテンプレートとして機能し、かつ加工終了後のデバイスでは、ＫＴＮ／ＫＬＴＮコアのクラッドとしても機能する。基板１は約１０００℃のＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶生成温度に耐えることも必要であり、好ましくはＫＴａＯ_３が用いられる。
【００１５】
ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により、基板１の上に形成される。前述のようにＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２は加工困難な素材であるので、最終的に所望される導波路の高さと等しい厚さに形成することが好ましい。ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２の厚さは、好ましくは４〜１０μｍである。本発明で用いられるＫＴＮおよびＫＬＴＮは、２次の光学非線形効果を有するものであり、１２００〜８０００ｐｍ／Ｖの光学非線形定数を有する。さらに、本発明で用いられるＫＴＮおよびＫＬＴＮは、組成に依存する−２５０〜４００℃のキュリー温度を有する。
【００１６】
あるいはまた、組成の異なる２つの層のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜を、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２として積層してもよい。この場合、第１層（下層）のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の屈折率を第２層（上層）のものよりも小さくして、得られる導波路のクラッド層とすることが好ましい。第１層および第２層のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の屈折率は、所望される用途に依存し、当業者であれば容易に決定することができるものである。
【００１７】
レジスト３は、有機レジスト、無機レジスト、または有機レジストと無機レジストとの積層体である。有機レジストとしては、フォトレジスト、ＰＭＭＡ、ポリイミド、およびエポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上を用いることができる。また、無機レジストとしては、酸化亜鉛、酸化シリコン、酸化アルミ、および窒化シリコンからなる群から選択される一種以上を用いることができる。レジスト３は、３〜１５μｍ、好ましくは４〜１２μｍの厚さを有する。また、レジスト３として積層体を用いる場合には、積層体の全厚が、３〜１５μｍ、好ましくは４〜１２μｍであるべきである。この範囲内の厚さを有することによって、イオンビームエッチングによりＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２を加工する間、所定の部位のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２を保護することが可能となる。
【００１８】
レジスト３は、当該技術において知られている任意の方法により形成することができる。例えば、有機レジストを用いる場合には、ディップコート、スピンコート、ロールコートおよびナイフコートなどを用いることができる。レジスト３そのものあるいはその一部として、有機レジストを用いる場合には、後述するイオンビームエッチングに対する抵抗性を高めるために完全に硬化させることが好ましい。例えば、光照射および／またはベーク（フォトレジストの場合）、乾燥（ＰＭＭＡの場合）、乾燥およびイミド化（ポリイミドの場合）、あるいは架橋（エポキシ樹脂の場合）などの工程を用いることができる。また、無機レジストを用いる場合には、蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法を用いることができる。
【００１９】
本発明のレジスト３は、２種以上の有機レジストの積層体であってもよいし、２種以上の無機レジストの積層体であってもよいし、あるいは１種以上の有機レジストと１種以上の無機レジストの積層体であってもよい。積層体をレジスト３として用いる場合、その積層順序は任意であり、当業者が容易に決定し得るものである。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、レジスト３の上に金属薄膜４を形成する。用いることができる金属は、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、バナジウム、タングステン、およびクロムからなる群から選択される。一種以上の金属を積層して、金属薄膜４を形成してもよい。金属薄膜４は、蒸着ないしスパッタ法により形成することができる。金属薄膜４の厚さは、０．５〜３μｍ、好ましくは１．０〜２．５μｍである。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、金属薄膜４を加工するためのフォトレジスト５を通常のフォトプロセスを用いて作製する。フォトレジスト５は、慣用のフォトレジストを用いて作製することができる。
【００２２】
続いて、図１（ｄ）に示すように、フォトレジスト５をマスクとして用いて、金属薄膜４を加工する。金属薄膜４の加工は、ＣＦ_４などのフルオロカーボン系ガスまたは塩素を用いる反応性イオンエッチング、あるいはＡｒなどの不活性ガスを用いるイオンビームエッチングにより実施することができる。
【００２３】
次に、図１（ｅ）に示すように、金属薄膜４をマスクとして用いて、レジスト３を加工する。レジスト３の加工は、酸素ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより実施することができる。酸素ガスプラズマを用いる反応性イオンエッチングにより、金属薄膜加工用のフォトレジスト５も同時に除去され、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２を加工するための、レジスト３および金属薄膜４の積層体が形成される。
【００２４】
引き続いて、図１（ｆ）に示すように、レジスト３および金属薄膜４の積層体をマスクとして用いて、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２を加工する。ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２の加工は、窒素、アルゴン、酸素、塩素、塩化水素および三塩化ホウ素からなる群から選択される一種以上のガスを用いるイオンビームエッチングにより実施される。本発明のレジスト３および金属薄膜４の積層体からなるマスク材はイオンビームに対する耐性が極めて高いため、従来の技術では加工が困難であった数μｍ以上の膜厚を有するＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工に対しても十分適用可能である。実際には、これらのガスを用いるイオンビームエッチングは非選択的であるが、マスク材の耐性が極めて高いので、数μｍ以上の膜厚のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜をエッチング除去した段階において、少なくともレジスト３の一部が残存して、所望されるリッジ形状を有し、エッチング面の荒れのないＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜導波路を形成することができる。
【００２５】
最後に、酸素ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより残存するレジスト３を除去し、図１（ｇ）に示されるリッジ型のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜導波路を形成する。
【００２６】
リフトオフ法によってマスク材を形成する、本発明によるＫＴＮ／ＫＬＴＮ結晶膜の加工方法の別の実施形態を図２に示す。
【００２７】
最初に、図１（ａ）の工程と同様に、基板１上にＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２および第１レジスト３ａを積層する（図２（ａ））。第１レジスト３ａは、有機レジスト、無機レジストおよび有機レジストと無機レジストとの積層体からなる群から選択される１種以上のものから形成される。用いることができる有機レジストおよび無機レジストは前述と同様である。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１レジスト３ａ上にリフトオフ用ステンシル６を形成する。リフトオフ用ステンシル６は、当該技術において知られているフォトレジストなどから形成することができる。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２レジスト３ｂおよび金属薄膜４を積層する。第２レジスト３ｂは、任意選択の構成層であり、第１レジスト３ａがＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２の加工に充分な厚さを有する場合には省略可能である。第２レジスト３ｂは、有機レジスト、無機レジストおよび有機レジストと無機レジストとの積層体からなる群から選択される１種以上のものから形成される。用いることができる有機レジストおよび無機レジストは前述と同様である。金属薄膜４として用いることができる金属は、前述と同様である。また、その形成は、蒸着ないしスパッタのような当該技術において知られている任意の手法を用いることができる。
【００３０】
そして、図２（ｄ）に示すように、リフトオフ用ステンシル６上に形成された第２レジスト３ｂおよび金属薄膜４とともにリフトオフ用ステンシル６を除去する。このリフトオフは、当該技術において知られている方法にて実施することができ、例えばアセトン中で超音波を照射することにより実施できる。
【００３１】
その後、図１（ｅ）と同様に第１レジスト３ａを酸素ガスプラズマによる反応性イオンエッチングにより除去する（図２（ｅ））。そして、図１（ｆ）と同様に、第１レジスト３ａ、第２レジスト３ｂ、金属薄膜４の積層体をマスクとして、窒素、アルゴン、酸素、塩素、塩化水素および三塩化ホウ素からなる群から選択される一種以上のガスを用いるイオンビームエッチングを行い、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜２を加工する（図２（ｆ））。最後に、残存するレジストを当該技術において知られている任意の方法により除去して、リッジ形状のＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜導波路を形成する（図２（ｇ））。なお、図２（ｆ）には、第１レジスト３ａのみが残存する場合を示したが、第２レジスト３ｂないし金属薄膜４が残存してもよいことは当業者には明白である。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
最初に、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）により、ＫＴａＯ_３板上に約４．５μｍの厚さのＫＴＮ膜を形成し、次いで約４μｍ厚のフォトレジストをスピンコートした。次に、フォトレジストを約２００℃でハードベークした後、蒸着法により基板上全面に約１μｍの厚さのチタン薄膜を形成した。
【００３４】
然る後、チタン薄膜を加工するためのフォトレジストのマスクを通常のフォトリソグラフィー技術を用いて形成した。続いて、チタン薄膜をアルゴンイオンビームエッチングにより加工した。さらに、酸素ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングによりチタン薄膜下部のフォトレジストを加工して、チタン薄膜とポリイミドからなる幅５μｍ、高さ５μｍの２層の積層型マスク材のパターンを得た。
【００３５】
その後、再びアルゴンイオンビームエッチングによるＫＴＮ膜の加工を行った。積層型マスク材に覆われていないＫＴＮ膜を完全に除去した状態で、約１．５μｍの厚さのマスク材のフォトレジストがなお残存した。最後に、酸素ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより残存するフォトレジストを除去して、幅５μｍ、高さ４．５μｍのリッジ型のＫＴＮ膜導波路を形成した。
【００３６】
その後、導波損失を調べたところ、〜２ｄＢ／ｃｍの低損失導波路が形成できることがわかった。さらに、屈折率を前記リッジ型のＫＴＮ導波路より低く調節したＫＴＮをＬＰＥ法により上部クラッド層として形成して導波損失を調べたところ、〜１ｄＢ／ｃｍの低損失導波路が形成できることがわかった。このことから、エッチングしてリッジ型としたＫＴＮ膜の側壁は十分滑らかであることが明らかとなった。
【００３７】
（実施例２〜４）
実施例１で示したＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工方法に対し、有機レジストとしてＰＭＭＡ、ポリイミドおよびエポキシ樹脂を適用して、その効果を調べた。
【００３８】
ＫＴａＯ_３基板上に厚さ７μｍのＫＬＴＮ膜をＬＰＥ法により成長した３枚の基板を用意した。第１の基板には、ＰＭＭＡ溶液をスピンコートし、溶媒を揮発させてＰＭＭＡからなる膜厚１０μｍのレジストを成膜した。第２の基板には、ポリアミド酸溶液をスピンコートし、続いて溶媒の揮発およびイミド化を行いポリイミドからなる膜厚１０μｍのレジストを成膜した。第３の基板には、エポキシ樹脂溶液をスピンコートし、続いて架橋を行うことにより、エポキシ樹脂からなる膜厚１０μｍのレジストを成膜した。
【００３９】
３枚の基板をイオンビームスパッタ装置に導入しタンタルターゲットを用いてアルゴンイオンビームスパッタによりタンタル薄膜を１．２μｍの厚さに堆積した。その後、タンタル薄膜を加工するためのレジストマスクを通常のフォトリソグラフィー技術により形成し、アルゴンイオンビームエッチングを用いてタンタル薄膜を加工した。
【００４０】
次に、タンタル薄膜をマスクにしてガス種として酸素を用いたイオンビームエッチングによりレジストを加工して、ＫＬＴＮ膜をエッチングするための２層のマスク材のパターニングを終えた。その後、ガス種を窒素に切り替えて窒素イオンビームエッチングにより、ＫＬＴＮ膜のエッチングを行った。マスク剤に覆われていない厚さ７μｍのＫＬＴＮ膜を完全に除去した時点で、残存するマスク材の厚さを測定した。結果を以下の表に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
このことから、ＰＭＭＡ、ポリイミドおよびエポキシと、タンタル薄膜とを積層したマスクを用いれば窒素イオンビームに対する耐性が十分であり、ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工が容易に行えることがわかった。
【００４３】
（実施例５〜８）
マスク材として有機レジスト、無機レジストおよび金属薄膜からなる３層の多層膜を用いる、アルゴンと酸素およびアルゴンと塩素の混合ガスイオンビームによるＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工を行った。
【００４４】
まず、ＫＴａＯ_３基板上に厚さ７μｍのＫＴＮ膜をＬＰＥ法により成長した４枚の基板を用意した。次に、有機レジストとして８μｍ厚のフォトレジストをスピンコートし、約２００℃でハードベークした。次に、ハードベークした有機レジスト上に、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、無機レジストおよび金属薄膜の２層膜をパターニングするための厚さ５μｍのフォトレジストからなるリフトオフ用ステンシルを形成した。
【００４５】
以上の４枚の基板について、焼結体のターゲットを用いるＲＦマグネトロンスパッタ法により、厚さ約２．５μｍの酸化亜鉛、酸化シリコン、酸化アルミ、窒化シリコン膜をそれぞれ形成した。然る後、その上にＤＣマグネトロンスパッタ法により、厚さ約０．８μｍのニオブ薄膜を堆積した。次に、アセトン中で超音波をかけてリフトオフ用ステンシルをその上の不要な膜ごと除去して、幅５μｍの無機レジストと金属薄膜の２層積層体を形成した。
【００４６】
次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いて、無機レジストおよび金属薄膜をマスクとして、酸素イオンにより下部のハードベークしたフォトレジストを除去した。以上により、有機レジスト、無機レジストおよび金属薄膜よりなる３層の積層マスク材のパターンが得られた。
【００４７】
酸化亜鉛および酸化シリコンを無機レジストに選んだ２枚の基板は、アルゴンと酸素の混合ガスを用いたイオンビームエッチングにより、ＫＴＮ膜のエッチングを行った。また、酸化アルミニウムおよび窒化シリコンを無機レジストに選んだ２枚の基板はアルゴンと塩素の混合ガスを用いたイオンビームエッチングにより、ＫＴＮ膜のエッチングを行った。これら４枚の基板について、積層マスク材に覆われていない厚さ７μｍのＫＴＮ膜を完全に除去した状態で、導波路となるＫＴＮ膜上の残存しているレジストの膜厚を測定した。結果を以下の表に示した。最後に、残存する有機レジストの積層体を、酸素ガスプラズマを用いる反応性イオンエッチングにより除去して、幅５μｍ、高さ７μｍのリッジ型のＫＴＮ膜導波路を形成した。
【００４８】
【表２】

【００４９】
その後、導波損失を調べたところ、〜２．５ｄＢ／ｃｍの低損失導波路が形成できることがわかった。さらに、屈折率を前記リッジ型のＫＴＮ膜より低く調節したＫＴＮ膜をＬＰＥ法により上部クラッド層として形成して導波損失を調べたところ、〜１．２ｄＢ／ｃｍの低損失導波路が形成できることがわかった。このことから、エッチングしてリッジ型としたＫＴＮ膜の側壁は十分滑らかであることが明らかとなった。
【００５０】
以上のように、有機レジストにフォトレジストを、無機レジストに酸化亜鉛、酸化シリコン、酸化アルミ、窒化シリコンのいずれか、金属薄膜にニオブを使用して、アルゴンと酸素あるいは塩素の混合ガスによりイオンビームエッチングすれば容易にＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工が可能であり、導波路作製工程に適用可能であることがわかった。
【００５１】
（実施例９〜１３）
マスク材として有機レジストおよび金属薄膜からなる２層の多層膜を用いる、アルゴン、酸素、窒素および塩素の混合ガスイオンビームによるＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工を行った。金属薄膜として、ジルコニウム、モリブデン、バナジウム、タングステンおよびクロムを用いた。
【００５２】
まず、５枚のＫＴａＯ_３基板上にクラッド層となる厚さ４μｍのＫＬＴＮ膜をＬＰＥ法により成長させた。次に、該クラッド層よりも大きな屈折率を有し、導波路層となるＫＴＮ膜を、ＬＰＥ法により６μｍの厚さに成長させた。これら５枚の基板上にまず７μｍ厚のフォトレジストをスピンコートし、約２００℃でハードベークした。次に、ハードベークまで施したこれら５枚の基板に金属薄膜をパターニングするためのリフトオフ用レジストステンシルを実施例３と同様の手法で形成した。
【００５３】
有機レジスト上に、金属薄膜をパターニングするためのリフトオフ用ステンシルを通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、厚さ５μｍのフォトレジストにより形成した。ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、この５枚の基板にそれぞれジルコニウム、モリブデン、バナジウム、タングステン、クロムの薄膜を約０．８μｍの厚さに堆積した。続いてアセトン中でステンシルをリフトオフして、金属薄膜のマスクパターンを形成した。
【００５４】
金属薄膜をマスクにして、酸素プラズマによる反応性イオンエッチングにより７μｍのハードベークしたレジストを加工した。この際、金属薄膜は、酸素プラズマではほとんど損傷を受けず、２層のマスク材のパターニング終了時点で金属薄膜の膜厚は変化していない。次に、２層マスク材のパターニングまで終了した５枚の基板に対して、アルゴン、酸素、窒素、塩素の混合ガスでのイオンビームエッチングにより、導波路層となる６μｍ厚のＫＴＮ膜を加工した。２層マスク剤に覆われていない部分の導波路膜を完全に除去した時点で、残存するマスク剤の厚さを測定した。結果を以下の表に示す。
【００５５】
【表３】

【００５６】
最後に、導波路膜上のレジストを酸素プラズマによりアッシングして除去し、さらにパターン形成された導波路層を覆うように、ＫＬＴＮ膜からなるクラッド層をＬＰＥ法により形成して導波路を作製した。これら導波路の損失を調べたところ、すべて１．５ｄＢ／ｃｍ以下で低損失であった。
【００５７】
以上のように、有機レジストにフォトレジストを、金属薄膜にジルコニウム、モリブデン、バナジウム、タングステン、クロムのいずれかを使用して、アルゴン、酸素、窒素、塩素の混合ガスによりイオンビームエッチングすれば容易にＫＬＴＮ膜の加工が可能であり、導波路作製工程に適用可能であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明によるＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工方法の別の一例を示す工程図である。
【図３】従来のフォトレジストマスクを用いたイオンビームエッチングによるＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜の加工方法を模式的に示す工程図である。
【符号の説明】
１　基板
２　ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜
３　レジスト
４　金属薄膜
５　金属薄膜加工用のフォトレジスト
６　リフトオフ用ステンシル
１１　基板
１２　ＫＴＮ／ＫＬＴＮ膜
１３　マスク材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to KTa _1-x Nb _x O ₃ (0 ≦ x ≦ 1, hereinafter referred to as KTN) and / or K _1-y Li _y Ta _1-x Nb _x O ₃ (0 ≦ x ≦ 1, 0 < The present invention relates to a method of processing a crystal film for forming a device using a crystal thin film having a composition of y ≦ 1 (hereinafter referred to as KLTN), for example, a wavelength conversion device or an optical switch device.
[0002]
[Prior art]
A device has been found in which a KTN and / or KLTN (hereinafter, referred to as KTN / KLTN) crystal is subjected to a poling treatment to induce a semi-permanent nonlinear optical effect in a ferroelectric crystal. In addition, it has recently been found that by applying an electric field to the KTN / KLTN crystal, a nonlinear optical effect is induced only while the electric field is being applied, so that the KTN / KLTN crystal can be applied to an optical wavelength conversion device. It is being considered.
[0003]
When a KTN / KLTN crystal is used in an optical wavelength conversion device, it is desirable to process the crystal into a waveguide shape, preferably a ridge waveguide shape having a height of 4 μm or more. However, conventionally, when fabricating a waveguide device using a KTN / KLTN crystal thin film, waveguide processing is extremely difficult due to the physical and chemical stability of the material and the high forming temperature (up to 1000 ° C.). Was.
[0004]
First, since a crystalline thin film having a composition of KTN / KLTN is chemically stable, even if an attempt is made to use reactive ion etching used for processing a quartz-based waveguide, elements constituting KTN / KLTN are used. No reactive gas can provide sublimability enough to be sublimated and removed. Even if a commonly used fluorocarbon gas or chlorine is used, no remarkable effect is observed.
[0005]
When chemical etching using a solution is used, only hydrofluoric acid is known as an etchant that can dissolve KTN / KLTN. If hydrofluoric acid is used, processing of KTN / KLTN is possible for the time being, but etching with hydrofluoric acid is an isotropic etching, so that a pattern having a large aspect ratio cannot be formed. In addition, when the etching is performed at a depth of 3 μm or more, the time for exposing the upper portion of the pattern to be exposed to hydrofluoric acid becomes longer, so that the shape of the convex portion becomes rounded, and the pits (so-called pits) resulting from lattice defects are enlarged, and the etching is performed. In some cases, the surface became rough.
[0006]
In addition, since the formation temperature of the KTN / KLTN crystal is as high as 1000 ° C., an organic or inorganic resist stencil for patterning is formed in advance, then grown, and finally the resist stencil is dissolved. The so-called lift-off method of removing unnecessary portions cannot be applied.
[0007]
Therefore, conventionally, ion beam etching using argon or chlorine has been applied to fabricate a waveguide device using KTN / KLTN. In ion beam etching, argon or chlorine ions are generated by an ion source, and the ions are accelerated and collided to physically strike out a material constituting a portion where the ions collide, thereby performing etching by so-called sputtering. It is. As a mask material at that time, a photoresist used for ordinary lithography has been used.
[0008]
FIG. 3 schematically shows steps of a conventional method using ion beam etching. In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a substrate such as KTaO ₃ ; 12 denotes a KTN / KLTN film such as KTN having a thickness of 4 μm; 13 denotes a film such as a photoresist having a thickness of about 4 μm. 2 shows a mask material.
[0009]
As shown in FIG. 3A, a photoresist is formed to a thickness of 1 to 3 μm as a mask material 13 for protecting a necessary portion on the KTN / KLTN crystal film 12 grown on the substrate 11. . Subsequently, as shown in FIG. 3B, the substrate is placed in an ion beam etching apparatus, and the KTN / KLTN crystal film 12 is etched by irradiating the substrate with argon or chlorine ions. At this time, since the KTN / KLTN crystal film 12 has a high mechanical hardness, a low sputtering efficiency (yield) with respect to an ion beam, and the resistance of the mask material 13 is not sufficient, the etching depth of the KTN / KLTN crystal film 12 is reduced. In comparison, the mask material 13 is quickly removed. As shown in FIG. 3C, when the etching was stopped while the mask material 13 was just completely removed, the etching depth of the KTN / KLTN crystal film 12 was only about 1 μm.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method of processing the KTN / KLTN crystal film shown in FIG. 3, the resistance of the mask material is low, and it is difficult to obtain an etching depth of 4 μm or more which is expected to facilitate the configuration of the waveguide. there were.
[0011]
The present invention has been made in view of such a situation, and it is an object of the present invention to provide a method of etching a KTN / KLTN crystal film 12 deeper by remarkably improving the resistance of a mask material to an ion beam.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To summarize the present invention, the present invention relates to the general formula KTa _1-x Nb _x O ₃ (0 ≦ x ≦ 1) or K _1-y Li _y Ta _1-x Nb _x O ₃ (0 ≦ x ≦ 1, 0 <Y ≦ 1) a method of processing a crystal film represented by the following formula: a resist and a thin film of at least one metal selected from titanium, zirconium, niobium, tantalum, molybdenum, vanadium, tungsten, and chromium Providing a mask material on the crystal film; processing the crystal film by ion beam etching using ions of one or more gases selected from nitrogen, argon, oxygen, chlorine, hydrogen chloride, and boron trichloride. And a step of performing
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of a method for processing a KTN / KLTN crystal film according to the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, 1 indicates a substrate, 2 indicates a KTN / KLTN film, 3 indicates a resist, 4 indicates a metal thin film, and 5 indicates a photoresist for processing the metal thin film 4.
[0014]
First, as shown in FIG. 1A, a KTN / KLTN film 2 and a resist 3 are laminated on a substrate 1. The substrate 1 functions as a template when the KTN / KLTN film 2 is epitaxially grown, and also functions as a clad of the KTN / KLTN core in the device after the processing. The substrate 1 also needs to withstand a KTN / KLTN crystal formation temperature of about 1000 ° C., and preferably, KTaO ₃ is used.
[0015]
The KTN / KLTN film 2 is formed on the substrate 1 by a liquid phase epitaxy (LPE) method. As described above, since the KTN / KLTN film 2 is a material that is difficult to process, it is preferable that the KTN / KLTN film 2 be formed to have a thickness equal to the finally desired height of the waveguide. The thickness of the KTN / KLTN film 2 is preferably 4 to 10 μm. KTN and KLTN used in the present invention have a second-order optical nonlinear effect and have an optical nonlinear constant of 1200 to 8000 pm / V. Furthermore, KTN and KLTN used in the present invention have a Curie temperature of -250 to 400C depending on the composition.
[0016]
Alternatively, two layers of KTN / KLTN films having different compositions may be stacked as the KTN / KLTN film 2. In this case, it is preferable to make the refractive index of the KTN / KLTN film of the first layer (lower layer) smaller than that of the second layer (upper layer) to form a cladding layer of the obtained waveguide. The refractive index of the KTN / KLTN films of the first and second layers depends on the desired application and can be easily determined by those skilled in the art.
[0017]
The resist 3 is an organic resist, an inorganic resist, or a laminate of an organic resist and an inorganic resist. As the organic resist, at least one selected from the group consisting of photoresist, PMMA, polyimide, and epoxy resin can be used. As the inorganic resist, at least one selected from the group consisting of zinc oxide, silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride can be used. The resist 3 has a thickness of 3 to 15 μm, preferably 4 to 12 μm. When a laminate is used as the resist 3, the total thickness of the laminate should be 3 to 15 μm, preferably 4 to 12 μm. By having a thickness in this range, it is possible to protect the KTN / KLTN film 2 at a predetermined position while processing the KTN / KLTN film 2 by ion beam etching.
[0018]
The resist 3 can be formed by any method known in the art. For example, when an organic resist is used, dip coating, spin coating, roll coating, knife coating, or the like can be used. When an organic resist is used as the resist 3 itself or a part thereof, it is preferable to completely cure the resist 3 in order to increase resistance to ion beam etching described later. For example, steps such as light irradiation and / or baking (for photoresist), drying (for PMMA), drying and imidization (for polyimide), or crosslinking (for epoxy resin) can be used. When an inorganic resist is used, a method such as evaporation, sputtering, or CVD can be used.
[0019]
The resist 3 of the present invention may be a laminate of two or more organic resists, a laminate of two or more inorganic resists, or one or more organic resists and one or more And a laminate of the inorganic resist described above. When a laminate is used as the resist 3, the order of lamination is arbitrary and can be easily determined by those skilled in the art.
[0020]
Next, as shown in FIG. 1B, a metal thin film 4 is formed on the resist 3. The metals that can be used are selected from the group consisting of titanium, zirconium, niobium, tantalum, molybdenum, vanadium, tungsten, and chromium. The metal thin film 4 may be formed by laminating one or more metals. The metal thin film 4 can be formed by vapor deposition or sputtering. The thickness of the metal thin film 4 is 0.5 to 3 μm, preferably 1.0 to 2.5 μm.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist 5 for processing the metal thin film 4 is manufactured by using a normal photo process. The photoresist 5 can be manufactured using a conventional photoresist.
[0022]
Subsequently, as shown in FIG. 1D, the metal thin film 4 is processed using the photoresist 5 as a mask. The processing of the metal thin film 4 can be performed by reactive ion etching using a fluorocarbon-based gas such as CF ₄ or chlorine, or ion beam etching using an inert gas such as Ar.
[0023]
Next, as shown in FIG. 1E, the resist 3 is processed using the metal thin film 4 as a mask. The processing of the resist 3 can be performed by reactive ion etching using oxygen gas plasma. By the reactive ion etching using oxygen gas plasma, the photoresist 5 for processing the metal thin film is also removed at the same time, and a laminated body of the resist 3 and the metal thin film 4 for processing the KTN / KLTN film 2 is formed.
[0024]
Subsequently, as shown in FIG. 1F, the KTN / KLTN film 2 is processed by using a stacked body of the resist 3 and the metal thin film 4 as a mask. The processing of the KTN / KLTN film 2 is performed by ion beam etching using one or more gases selected from the group consisting of nitrogen, argon, oxygen, chlorine, hydrogen chloride, and boron trichloride. Since the mask material comprising the laminate of the resist 3 and the metal thin film 4 of the present invention has extremely high resistance to ion beams, processing of a KTN / KLTN film having a film thickness of several μm or more, which has been difficult with conventional techniques. Is sufficiently applicable. Actually, ion beam etching using these gases is non-selective, but since the resistance of the mask material is extremely high, at least at the stage where the KTN / KLTN film having a thickness of several μm or more is removed by etching, at least the resist 3 is removed. Is left, a KTN / KLTN film waveguide having a desired ridge shape and having no roughened etched surface can be formed.
[0025]
Finally, the remaining resist 3 is removed by reactive ion etching using oxygen gas plasma to form a ridge type KTN / KLTN film waveguide shown in FIG. 1 (g).
[0026]
FIG. 2 shows another embodiment of a method for processing a KTN / KLTN crystal film according to the present invention, in which a mask material is formed by a lift-off method.
[0027]
First, the KTN / KLTN film 2 and the first resist 3a are stacked on the substrate 1 as in the step of FIG. 1A (FIG. 2A). The first resist 3a is formed from at least one selected from the group consisting of an organic resist, an inorganic resist, and a laminate of an organic resist and an inorganic resist. Organic resists and inorganic resists that can be used are the same as described above.
[0028]
Next, as shown in FIG. 2B, a lift-off stencil 6 is formed on the first resist 3a. The lift-off stencil 6 can be formed from a photoresist or the like known in the art.
[0029]
Next, as shown in FIG. 2C, the second resist 3b and the metal thin film 4 are laminated. The second resist 3b is an optional constituent layer, and can be omitted when the first resist 3a has a sufficient thickness for processing the KTN / KLTN film 2. The second resist 3b is formed of at least one selected from the group consisting of an organic resist, an inorganic resist, and a laminate of an organic resist and an inorganic resist. Organic resists and inorganic resists that can be used are the same as described above. The metals that can be used as the metal thin film 4 are the same as those described above. In addition, any method known in the art such as vapor deposition or sputtering can be used for the formation.
[0030]
Then, as shown in FIG. 2D, the lift-off stencil 6 is removed together with the second resist 3b and the metal thin film 4 formed on the lift-off stencil 6. This lift-off can be performed by a method known in the art, for example, by irradiating ultrasonic waves in acetone.
[0031]
Thereafter, similarly to FIG. 1E, the first resist 3a is removed by reactive ion etching using oxygen gas plasma (FIG. 2E). Then, similarly to FIG. 1 (f), using a stacked body of the first resist 3a, the second resist 3b, and the metal thin film 4 as a mask, a selection is made from the group consisting of nitrogen, argon, oxygen, chlorine, hydrogen chloride and boron trichloride. The KTN / KLTN film 2 is processed by performing ion beam etching using one or more types of gases (FIG. 2F). Finally, the remaining resist is removed by any method known in the art to form a ridge-shaped KTN / KLTN film waveguide (FIG. 2G). Although FIG. 2F shows a case where only the first resist 3a remains, it is obvious to those skilled in the art that the second resist 3b or the metal thin film 4 may remain.
[0032]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
[0033]
(Example 1)
First, a KTN film having a thickness of about 4.5 μm was formed on a KTaO ₃ plate by a liquid phase epitaxial growth method (LPE method), and then a photoresist having a thickness of about 4 μm was spin-coated. Next, after hard-baking the photoresist at about 200 ° C., a titanium thin film having a thickness of about 1 μm was formed on the entire surface of the substrate by an evaporation method.
[0034]
Thereafter, a photoresist mask for processing the titanium thin film was formed by using ordinary photolithography technology. Subsequently, the titanium thin film was processed by argon ion beam etching. Further, the photoresist under the titanium thin film was processed by reactive ion etching using oxygen gas plasma to obtain a pattern of a two-layered mask material having a width of 5 μm and a height of 5 μm made of the titanium thin film and polyimide.
[0035]
Thereafter, the KTN film was processed again by argon ion beam etching. With the KTN film not covered with the laminated mask material completely removed, the mask material photoresist having a thickness of about 1.5 μm still remained. Finally, the remaining photoresist was removed by reactive ion etching using oxygen gas plasma to form a ridge type KTN film waveguide having a width of 5 μm and a height of 4.5 μm.
[0036]
Thereafter, when the waveguide loss was examined, it was found that a low-loss waveguide of 〜2 dB / cm could be formed. Further, when KTN whose refractive index was adjusted to be lower than that of the ridge type KTN waveguide was formed as an upper cladding layer by the LPE method and the waveguide loss was examined, it was found that a low-loss waveguide of 〜1 dB / cm could be formed. Was. From this, it became clear that the side wall of the KTN film which was etched to have a ridge shape was sufficiently smooth.
[0037]
(Examples 2 to 4)
With respect to the processing method of the KTN / KLTN film shown in Example 1, PMMA, polyimide and epoxy resin were applied as an organic resist, and the effect was examined.
[0038]
_Three substrates were prepared by growing a KLTN film having a thickness of 7 μm on a KTaO ₃ substrate by an LPE method. On the first substrate, a PMMA solution was spin-coated, and the solvent was volatilized to form a 10 μm-thick resist film of PMMA. On the second substrate, a polyamic acid solution was spin-coated, followed by volatilization and imidization of the solvent to form a polyimide resist having a thickness of 10 μm. An epoxy resin solution was spin-coated on the third substrate, followed by cross-linking to form a 10 μm-thick resist made of an epoxy resin.
[0039]
The three substrates were introduced into an ion beam sputtering apparatus, and a tantalum thin film was deposited to a thickness of 1.2 μm by argon ion beam sputtering using a tantalum target. Thereafter, a resist mask for processing the tantalum thin film was formed by a normal photolithography technique, and the tantalum thin film was processed using argon ion beam etching.
[0040]
Next, using a tantalum thin film as a mask, the resist was processed by ion beam etching using oxygen as a gas species, and patterning of a two-layer mask material for etching the KLTN film was completed. After that, the gas type was changed to nitrogen, and the KLTN film was etched by nitrogen ion beam etching. When the 7 μm-thick KLTN film not covered with the mask agent was completely removed, the thickness of the remaining mask material was measured. The results are shown in the table below.
[0041]
[Table 1]

[0042]
From this, it was found that the use of a mask in which PMMA, polyimide, epoxy, and a tantalum thin film were laminated had sufficient resistance to a nitrogen ion beam, and that the KTN / KLTN film could be easily processed.
[0043]
(Examples 5 to 8)
The KTN / KLTN film was processed by a mixed gas ion beam of argon and oxygen and argon and chlorine using a three-layered multilayer film composed of an organic resist, an inorganic resist and a metal thin film as a mask material.
[0044]
First, four substrates were prepared by growing a 7 μm thick KTN film on a KTaO ₃ substrate by the LPE method. Next, a photoresist having a thickness of 8 μm was spin-coated as an organic resist and hard-baked at about 200 ° C. Next, a lift-off stencil made of a 5 μm-thick photoresist for patterning a two-layer film of an inorganic resist and a metal thin film was formed on the hard-baked organic resist by using a usual photolithography technique.
[0045]
About the above four substrates, zinc oxide, silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride films each having a thickness of about 2.5 μm were formed by RF magnetron sputtering using a sintered target. Thereafter, a niobium thin film having a thickness of about 0.8 μm was deposited thereon by DC magnetron sputtering. Next, the lift-off stencil was removed together with unnecessary films thereon by applying ultrasonic waves in acetone to form a two-layer laminate of an inorganic resist and a metal thin film having a width of 5 μm.
[0046]
Next, using a reactive ion etching (RIE) apparatus, using the inorganic resist and the metal thin film as a mask, the lower hard-baked photoresist was removed by oxygen ions. As described above, a three-layered mask material pattern including an organic resist, an inorganic resist, and a metal thin film was obtained.
[0047]
The KTN film was etched by ion beam etching using a mixed gas of argon and oxygen on two substrates in which zinc oxide and silicon oxide were selected as inorganic resists. The KTN film was etched by ion beam etching using a mixed gas of argon and chlorine on two substrates in which aluminum oxide and silicon nitride were selected as inorganic resists. With respect to these four substrates, the thickness of the remaining resist on the KTN film serving as a waveguide was measured with the 7 μm-thick KTN film not covered with the laminated mask material completely removed. The results are shown in the table below. Finally, the remaining layer of the organic resist was removed by reactive ion etching using oxygen gas plasma to form a ridge type KTN film waveguide having a width of 5 μm and a height of 7 μm.
[0048]
[Table 2]

[0049]
Thereafter, when the waveguide loss was examined, it was found that a low-loss waveguide of about 2.5 dB / cm could be formed. Further, when a KTN film whose refractive index was adjusted to be lower than that of the ridge-type KTN film was formed as an upper cladding layer by the LPE method and the waveguide loss was examined, it was found that a low-loss waveguide of ~ 1.2 dB / cm could be formed. I understood. From this, it became clear that the side wall of the KTN film which was etched to have a ridge shape was sufficiently smooth.
[0050]
As described above, a photoresist is used as an organic resist, zinc oxide, silicon oxide, aluminum oxide, or silicon nitride is used as an inorganic resist, and niobium is used as a metal thin film. It has been found that the KTN / KLTN film can be easily processed by etching and can be applied to the waveguide manufacturing process.
[0051]
(Examples 9 to 13)
The KTN / KLTN film was processed by a mixed gas ion beam of argon, oxygen, nitrogen and chlorine using a two-layer multilayer film composed of an organic resist and a metal thin film as a mask material. As the metal thin film, zirconium, molybdenum, vanadium, tungsten and chromium were used.
[0052]
First, a 4 μm-thick KLTN film serving as a cladding layer was grown on five KTaO ₃ substrates by the LPE method. Next, a KTN film having a refractive index larger than that of the cladding layer and serving as a waveguide layer was grown to a thickness of 6 μm by the LPE method. First, a photoresist having a thickness of 7 μm was spin-coated on these five substrates and hard-baked at about 200 ° C. Next, a lift-off resist stencil for patterning a metal thin film was formed on these five substrates subjected to hard baking in the same manner as in Example 3.
[0053]
A lift-off stencil for patterning the metal thin film was formed on the organic resist by using a photoresist having a thickness of 5 μm by using a usual photolithography technique. A thin film of zirconium, molybdenum, vanadium, tungsten, and chromium was deposited to a thickness of about 0.8 μm on each of the five substrates by DC magnetron sputtering. Subsequently, the stencil was lifted off in acetone to form a mask pattern of the metal thin film.
[0054]
Using the metal thin film as a mask, a 7 μm hard-baked resist was processed by reactive ion etching using oxygen plasma. At this time, the metal thin film is hardly damaged by the oxygen plasma, and the thickness of the metal thin film does not change at the time of completion of the patterning of the two-layer mask material. Next, a 6 μm-thick KTN film serving as a waveguide layer was processed by ion beam etching using a mixed gas of argon, oxygen, nitrogen, and chlorine on the five substrates that had been subjected to the patterning of the two-layer mask material. . When the portion of the waveguide film not covered with the two-layer masking agent was completely removed, the thickness of the remaining masking agent was measured. The results are shown in the table below.
[0055]
[Table 3]

[0056]
Finally, the resist on the waveguide film was removed by ashing with oxygen plasma, and a clad layer made of a KLTN film was formed by the LPE method so as to cover the patterned waveguide layer, thereby producing a waveguide. . When the loss of these waveguides was examined, all were 1.5 dB / cm or less and low loss.
[0057]
As described above, if the photoresist is used as the organic resist, and zirconium, molybdenum, vanadium, tungsten, or chromium is used as the metal thin film and ion beam etching is performed using a mixed gas of argon, oxygen, nitrogen, and chlorine, it is easily performed. It has been found that the KLTN film can be processed and can be applied to the waveguide manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process chart showing an example of a method for processing a KTN / KLTN film according to the present invention.
FIG. 2 is a process chart showing another example of a method for processing a KTN / KLTN film according to the present invention.
FIG. 3 is a process diagram schematically showing a conventional method for processing a KTN / KLTN film by ion beam etching using a photoresist mask.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 KTN / KLTN film 3 Resist 4 Metal thin film 5 Photoresist for metal thin film processing 6 Stencil for lift-off 11 Substrate 12 KTN / KLTN film 13 Mask material

Claims

Crystal film represented by the general formula _{_{_{KTa 1-x Nb x O 3}}} (0 ≦ x ≦ 1) or _{_{_{K 1-y Li y Ta 1}}} -x Nb x O 3 (0 ≦ x ≦ 1,0 <y ≦ 1) Processing method,
A step of providing a mask material on the crystal film, in which a resist and one or more metal thin films selected from the group consisting of titanium, zirconium, niobium, tantalum, molybdenum, vanadium, tungsten, and chromium are stacked.
Processing the crystal film by ion beam etching using ions of one or more gases selected from the group consisting of nitrogen, argon, oxygen, chlorine, hydrogen chloride, and boron trichloride. Processing method.

The method according to claim 1, wherein the resist is selected from the group consisting of an organic resist, an inorganic resist, and a laminate of an organic resist and an inorganic resist.

The method according to claim 2, wherein the organic resist is at least one selected from the group consisting of photoresist, PMMA, polyimide, and epoxy resin.

The processing method according to claim 2, wherein the inorganic resist is at least one selected from the group consisting of zinc oxide, silicon oxide, aluminum oxide, and silicon nitride.