【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野で広く用いられる光導波路用ガラス膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、光導波路用ガラス膜形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置を示す（例えば、特許文献１参照）。この種のＣＶＤ装置は、真空チャンバ５内に上部シャワー電極１と、下部電極２とを備えて構成されている。上部電極１には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、電源装置３を介して印加されており、下部電極２には、３８０ｋＨｚの高周波電力が、電源装置４を介して印加されている。６は真空ポンプ、７は各電極を加熱するヒータ、８はチャンバ内に原料ガスを供給するガス供給装置を示す。下部電極２上には基板９が設置される。
【０００３】
ガラス膜の形成時には、加熱され気化した原料ガスを上部シャワー電極１から真空チャンバ５内に導入し、真空ポンプ６にてある一定の圧力となるように真空引きを行う。その後、上部シャワー電極１に１３．５６ＭＨｚ、下部電極２に３８０ｋＨｚの高周波電力を同時に印加してプラズマを発生し、下部電極２上の基板９にガラス膜を形成する。
【０００４】
光導波路の製造工程には、コアガラス膜形成工程、コアを伝搬する光を閉じ込めるクラッド膜形成工程等があり、ガラス膜に要求される特性には、屈折率が安定していること、膜厚の面内分布が少ないこと、ガラス膜形成後の基板反り量が少ないこと等が挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２２９９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、屈折率に関しては、成膜後の熱処理によって安定させることができる。しかし、基板上のガラス膜の膜厚面内分布は、成膜条件や成膜後のクリーニング条件、装置のメンテナンス状態等に大きく左右される。成膜条件に関しては、ガラス膜の原料となるＴＥＯＳ（テトラエトキシジシラン）と酸素の混合ガスの流量によって面内分布が変化し、図５に示すように、チャンバ５内のガス圧力が高くなるほど膜厚面内分布が大きくなる。
【０００７】
その値は、４００ｍＴｏｒｒで２％程度であったのに対し、１０００ｍＴｏｒｒでは１４．５％であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、成膜条件の中で特にガス圧力に依存することなく均一なガラス膜を形成できるガラス膜の形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、真空容器内に設置された上部シャワー電極、下部電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、上部シャワー電極より導入されたガラスの原料ガスを分解して下部電極上に設置された基板上にガラス膜を形成するガラス膜の形成方法において、成膜時に真空容器内に原料ガスを導入すると共に、Ａｒガスを導入することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、ガラスの原料ガスがＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）と酸素の混合ガスであり、酸素流量がＴＥＯＳ流量の２０倍以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、成膜時の真空容器内の圧力が１００〜１０００ｍＴｏｒｒであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項記載のものにおいて、成膜時の上部電極に印加する高周波電力が５０〜２５０Ｗ、下部電極に印加する電力が５０〜１０００Ｗであることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、成膜時に原料ガスとＡｒガスを導入し、ガス粒子同士の衝突確率を増加させてプラズマの電子密度を上昇し、原料ガスの分解効率を高め、これによりチャンバ内で均一なプラズマを形成することができることから膜厚の面内分布を低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に適用されるプラズマＣＶＤ装置を示している。このプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ５内に上部シャワー電極１と、下部電極２とを備えて構成されている。上部電極１には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、電源装置３を介して印加されており、下部電極２には、３８０ｋＨｚの高周波電力が、電源装置４を介して印加されている。６は真空ポンプ、７は各電極を加熱するヒータ、８はチャンバ内に原料ガスを供給するガス供給装置を示す。下部電極２上にはシリコン基板９が設置される。
【００１６】
この実施形態では、ガス供給装置８の他に、Ａｒガス供給装置１１、及びガス混合装置１０を備えて構成される。
【００１７】
ガラス膜の形成時には、まず、真空チヤンバ５内を、５×１０−３Ｔｏｒｒ以下まで排気し、ヒータ７によって、上部電極１を２５０℃に加熱し、下部電極２を３００℃に加熱する。
【００１８】
その後、チャンバ５内にＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、酸素を１０００ｓｃｃｍ導入し、チャンバ５内の圧力を１Ｔｏｒｒとする。
【００１９】
ついで、上部電極１に、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、下部電極２に、３８０ｋＨｚ、２００Ｗの高周波電力を印加して、真空チャンバ５内にプラズマを発生させ、下部電極２上に設置したシリコン基板９上にガラス膜を膜圧２μｍで形成した。
【００２０】
また、シリコン基板９を使用せずに石英基板を使用して、同じ条件にて当該石英基板上に膜厚２μｍのガラス膜を形成し、両基板を１１００℃酸素雰囲気中で３時間熱処理を行った。
【００２１】
そして、まず、この段階で、両基板の膜圧評価を行った。膜厚評価にはプリズムカプラを使用し、λ＝６３３ｎｍで膜厚を評価した。膜厚面内分布は、シリコン基板９上の５点の測定値より算出した。基板の反り評価は、石英基板の裏面を触針段差計にて測定し、反り量を応力換算式に代入して求めた。その結果、シリコン基板９の膜厚面内分布は１４．４％、石英基板の反り評価（内部応力）は、２４．５Ｍｐａであった。
【００２２】
つぎに、成膜条件を上記と同様に、ＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、酸素を１０００ｓｃｃｍ、チャンバ５内の圧力を１Ｔｏｒｒに設定し、上部電極１に１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、下部電極２に、３８０ｋＨｚ、２００Ｗの高周波電力を印加し、ヒータ７によって、上部電極１を２５０℃に加熱し、下部電極２を３００℃に加熱し、Ａｒガスを４００、７００、８００、９００、１０００ｓｃｃｍ導入し、それぞれの流量における膜厚面内分布と、反り評価（内部応力）を評価した。
【００２３】
膜厚面内分布は、図２に示すように、Ａｒ流量の増加と共に減少し、４００ｓｃｃｍで７．３％、９００ｓｃｃｍでは最小の２．５％となった。また、反り評価（内部応力）は、図３に示すように、Ａｒガスの４００、７００、８００、９００、１０００ｓｃｃｍの導入により、最大で１５Ｍｐａ、最小で−１１Ｍｐａ程度と低減された。
【００２４】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜時のガス圧力に依存することなく膜厚の面内分布の少ない均一なガラス膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマＣＶＤ装置を示す構造図。
【図２】本発明による膜厚面内分布のＡｒガス流量依存性を示す図。
【図３】本発明による反り評価のＡｒガス流量依存性を示す図。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置を示す構造図。
【図５】従来の膜厚面内分布のガス圧力依存性を示す図。
【符号の説明】
１ 上部シャワー電極
２ 下部電極
３ １３．５６ＭＨｚ高周波電源
４ ３８０ｋＨｚ高周波電源
５ 真空チャンバ
６ 真空ポンプ
７ ヒータ
８ 原料ガス供給装置
９ 基板
１０ ガス混合装置
１１ Ａｒガス供給装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a glass film for an optical waveguide widely used in the optical communication field.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a plasma CVD apparatus used for forming a glass film for an optical waveguide (for example, see Patent Document 1). This type of CVD apparatus includes an upper shower electrode 1 and a lower electrode 2 in a vacuum chamber 5. 13.56 MHz high frequency power is applied to the upper electrode 1 via a power supply device 3, and 380 kHz high frequency power is applied to the lower electrode 2 via a power supply device 4. Reference numeral 6 denotes a vacuum pump, 7 denotes a heater for heating each electrode, and 8 denotes a gas supply device for supplying a source gas into the chamber. A substrate 9 is provided on the lower electrode 2.
[0003]
When forming the glass film, the heated and vaporized source gas is introduced from the upper shower electrode 1 into the vacuum chamber 5, and the vacuum pump 6 is evacuated to a certain pressure. Thereafter, high-frequency power of 13.56 MHz is simultaneously applied to the upper shower electrode 1 and 380 kHz to the lower electrode 2 to generate plasma, and a glass film is formed on the substrate 9 on the lower electrode 2.
[0004]
The optical waveguide manufacturing process includes a core glass film forming process, a cladding film forming process for confining light propagating through the core, and the like. The characteristics required for the glass film include a stable refractive index, Is small, and the amount of substrate warpage after the glass film is formed is small.
[0005]
[Patent Document 1]
JP, 2002-22990, A
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the refractive index can be stabilized by heat treatment after film formation. However, the in-plane distribution of the glass film on the substrate greatly depends on the film forming conditions, the cleaning conditions after film formation, the maintenance state of the apparatus, and the like. Regarding the film forming conditions, the in-plane distribution changes depending on the flow rate of the mixed gas of TEOS (tetraethoxydisilane) and oxygen, which are the raw materials of the glass film, and as shown in FIG. The distribution in the thick plane increases.
[0007]
The value was about 2% at 400 mTorr, whereas it was 14.5% at 1000 mTorr.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a glass film capable of forming a uniform glass film without depending on the gas pressure in the film forming conditions, which solves the above-mentioned problems of the related art. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a high-frequency power is applied to an upper shower electrode and a lower electrode provided in a vacuum vessel to generate plasma, and a raw material gas of glass introduced from the upper shower electrode is decomposed to lower the lower electrode. In a method for forming a glass film on a substrate provided thereon, a source gas is introduced into a vacuum vessel and an Ar gas is introduced at the time of film formation.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the raw material gas for the glass is a mixed gas of TEOS (tetraethoxysilane) and oxygen, and the oxygen flow rate is 20 times or more the TEOS flow rate. I do.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the pressure in the vacuum chamber at the time of film formation is 100 to 1000 mTorr.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the high frequency power applied to the upper electrode during film formation is 50 to 250 W, and the power applied to the lower electrode is 50 to 1000 W. There is a feature.
[0013]
In the present invention, a source gas and an Ar gas are introduced at the time of film formation, the probability of collision between gas particles is increased, the electron density of the plasma is increased, the decomposition efficiency of the source gas is increased, and thus a uniform plasma is formed in the chamber. Can be formed, so that the in-plane distribution of the film thickness can be reduced.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
[0015]
FIG. 1 shows a plasma CVD apparatus applied to the present embodiment. This plasma CVD apparatus is provided with an upper shower electrode 1 and a lower electrode 2 in a vacuum chamber 5. 13.56 MHz high frequency power is applied to the upper electrode 1 via a power supply device 3, and 380 kHz high frequency power is applied to the lower electrode 2 via a power supply device 4. Reference numeral 6 denotes a vacuum pump, 7 denotes a heater for heating each electrode, and 8 denotes a gas supply device for supplying a source gas into the chamber. A silicon substrate 9 is provided on the lower electrode 2.
[0016]
In this embodiment, an Ar gas supply device 11 and a gas mixing device 10 are provided in addition to the gas supply device 8.
[0017]
When forming the glass film, first, the inside of the vacuum chamber 5 is evacuated to 5 × 10 −3 Torr or less, and the heater 7 heats the upper electrode 1 to 250 ° C. and the lower electrode 2 to 300 ° C.
[0018]
After that, 30 sccm of TEOS and 1000 sccm of oxygen are introduced into the chamber 5, and the pressure in the chamber 5 is set to 1 Torr.
[0019]
Next, a high frequency power of 13.56 MHz and 100 W is applied to the upper electrode 1, and a high frequency power of 380 kHz and 200 W is applied to the lower electrode 2 to generate plasma in the vacuum chamber 5. A glass film was formed on the placed silicon substrate 9 at a film pressure of 2 μm.
[0020]
Further, using a quartz substrate without using the silicon substrate 9, a glass film having a thickness of 2 μm is formed on the quartz substrate under the same conditions, and both substrates are heat-treated at 1100 ° C. in an oxygen atmosphere for 3 hours. Was.
[0021]
First, at this stage, the film pressure of both substrates was evaluated. The film thickness was evaluated using a prism coupler at λ = 633 nm. The film thickness in-plane distribution was calculated from measured values at five points on the silicon substrate 9. The warpage of the substrate was determined by measuring the back surface of the quartz substrate with a stylus profilometer and substituting the amount of warpage into a stress conversion formula. As a result, the in-plane distribution of the film thickness of the silicon substrate 9 was 14.4%, and the warpage evaluation (internal stress) of the quartz substrate was 24.5 Mpa.
[0022]
Next, in the same manner as described above, TEOS was set to 30 sccm, oxygen was set to 1000 sccm, the pressure in the chamber 5 was set to 1 Torr, high frequency power of 13.56 MHz and 100 W was applied to the upper electrode 1, Then, high frequency power of 380 kHz and 200 W is applied, the upper electrode 1 is heated to 250 ° C. by the heater 7, the lower electrode 2 is heated to 300 ° C., and Ar gas is introduced at 400, 700, 800, 900 and 1000 sccm. The in-plane distribution of the film thickness at each flow rate and the evaluation of warpage (internal stress) were evaluated.
[0023]
As shown in FIG. 2, the in-plane distribution of the film thickness decreased with an increase in the Ar flow rate, and became 7.3% at 400 sccm and the minimum 2.5% at 900 sccm. Further, as shown in FIG. 3, the warpage evaluation (internal stress) was reduced to about 15 Mpa at the maximum and to about −11 Mpa at the minimum by introducing 400, 700, 800, 900 and 1000 sccm of Ar gas.
[0024]
As described above, the present invention has been described based on one embodiment, but it is apparent that the present invention is not limited to this.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, a uniform glass film having a small in-plane distribution of the film thickness can be formed without depending on the gas pressure at the time of film formation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural view showing a plasma CVD apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the dependence of the in-plane distribution of the film thickness on the flow rate of Ar gas according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the warpage evaluation on the Ar gas flow rate according to the present invention.
FIG. 4 is a structural view showing a conventional plasma CVD apparatus.
FIG. 5 is a view showing gas pressure dependency of a conventional film thickness distribution in a plane.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 upper shower electrode 2 lower electrode 3 13.56 MHz high frequency power supply 4 380 kHz high frequency power supply 5 vacuum chamber 6 vacuum pump 7 heater 8 raw material gas supply device 9 substrate 10 gas mixing device 11 Ar gas supply device
