JP2005187847A - Method for forming glass film, apparatus for manufacturing the same, and method for forming waveguide - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a glass film, in which the glass film having the same composition and the same thickness is formed on both the top and under surfaces of a substrate, and an apparatus for manufacturing the same. <P>SOLUTION: In the method for forming the glass film, an upper electrode 5 and a lower electrode 4 are arranged in such a manner that these electrodes face each other within a reaction vessel 11, applying a high voltage to the electrodes 4 and 5, the substrate 25 is arranged apart a gap 17 on the lower electrode 4, forming an open space 26 on the under surface of the substrate 25, and for forming the glass film on the top and under surfaces of the substrate 25, a halogen lamp heater 8 is positioned at the upper electrode 5 and the gas becoming a glass raw material is introduced into the reaction vessel 11 while heating the electrodes 4 and 5 to a prescribed temperature by the halogen lamp heater 8 to cause a pyrosis reaction under a plasma atmosphere, thereby forming the glass film on the top and under surfaces of the substrate 25. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板上にガラス膜を形成するガラス膜の形成方法と、そのガラス膜の製造装置、導波路の形成方法に関するものである。   The present invention relates to a method for forming a glass film on a substrate, a manufacturing apparatus for the glass film, and a method for forming a waveguide.

図6に示す従来のCVD法によるガラス膜の製造装置60は、反応容器61内にヒータのついた上部電極63と下部電極64が対向配置され、電極63、64間に高周波電源66が接続されており、下部電極64上に基板68が配置される。さらに、反応容器61内を真空状態に保つ排気装置62と、原料ガス等を供給する供給管67が接続されている。   In the conventional glass film manufacturing apparatus 60 shown in FIG. 6, an upper electrode 63 and a lower electrode 64 with a heater are disposed opposite to each other in a reaction vessel 61, and a high frequency power supply 66 is connected between the electrodes 63 and 64. The substrate 68 is disposed on the lower electrode 64. Further, an exhaust device 62 that keeps the inside of the reaction vessel 61 in a vacuum state and a supply pipe 67 that supplies a raw material gas and the like are connected.

ガラス膜を成膜する際には、上部電極63と下部電極64が加熱され、高周波電力が印加されると共に、恒温槽72内で加熱されたアルコレート系の液体ソース([Si(OC254]69、[Ge(OCH34]70、[P(OCH33]71等)が気化したガス及びO2 管73を通って供給されるO2 ガスが、供給管67を通り、ガスシャワー65から基板68に吹き付けられて、プラズマ雰囲気下で熱分解反応し、基板68上にガラス膜が成膜される。なお、74は基板68上への均一なガラス膜を形成するための側面保護板である。 When the glass film is formed, the upper electrode 63 and the lower electrode 64 are heated, high-frequency power is applied, and an alcoholate liquid source ([Si (OC 2 H 2 H) heated in the thermostat 72 is used. 5) 4] 69, [Ge (OCH 3) 4] 70, [P (OCH 3) 3] 71 , etc.) is O 2 gas supplied through the gas and O 2 tube 73 was vaporized, the supply pipe 67 , And is sprayed from the gas shower 65 onto the substrate 68 and undergoes a thermal decomposition reaction in a plasma atmosphere, and a glass film is formed on the substrate 68. Reference numeral 74 denotes a side surface protection plate for forming a uniform glass film on the substrate 68.

特開平11−288928号公報JP-A-11-288289 特開2001−348236号公報JP 2001-348236 A 特開2002−141342号公報JP 2002-141342 A

しかしながら、上述のガラス膜の形成方法には以下の問題点がある。   However, the above glass film forming method has the following problems.

上述の形成方法では、基板片面にしかガラス膜を成膜することができない。そこで、基板の両面にガラス膜を成膜する場合には、基板片面(表面)にガラス膜を成膜した後、反応容器内を一度大気圧にブレークしてから基板を裏返しに置き、再度高真空にして裏面にガラス膜を成膜しなければならなかった。   In the above forming method, a glass film can be formed only on one side of the substrate. Therefore, when forming glass films on both sides of the substrate, after forming the glass film on one side (surface) of the substrate, break the inside of the reaction vessel once to atmospheric pressure, place the substrate upside down, A glass film had to be formed on the back surface under vacuum.

しかし、この方法では、ガラス膜を形成する時間が掛かってしまうという問題がある。さらに、基板表面と基板裏面でそれぞれ別々に成膜するので、表面と裏面のガラス膜間での特性(光学的、熱的、機械的特性等)が異なるおそれがある。また、基板を下部電極上に裏返して置く際に、基板表面のガラス膜が傷付いたり、汚染されたりする。   However, this method has a problem that it takes time to form a glass film. Furthermore, since the film is separately formed on the front surface and the back surface of the substrate, the characteristics (optical, thermal, mechanical characteristics, etc.) between the front and back glass films may be different. In addition, when the substrate is turned over on the lower electrode, the glass film on the substrate surface is damaged or contaminated.

また、基板片面(表面)にガラス膜を形成すると、ガラス膜と基板との熱膨張係数の違いにより、基板に反りが生じる。その反りの生じた基板を高温熱処理すると、その基板の反りが大きくなる。反りの生じたガラス膜を加工して導波路を形成すると、TEモード、TMモード間の損失差が大きい、いわゆる偏波依存性の大きい導波路になる。基板の反りは、フォトリソグラフィ工程において、基板面内での露光パターンの寸法に分布を生じさせ、その後のドライエッチング工程において、加工寸法精度をさらに劣化させる問題がある。   Further, when a glass film is formed on one surface (front surface) of the substrate, the substrate is warped due to a difference in thermal expansion coefficient between the glass film and the substrate. When the warped substrate is heat-treated at a high temperature, the warpage of the substrate increases. When a warped glass film is processed to form a waveguide, a waveguide having a large loss difference between the TE mode and the TM mode and having a large so-called polarization dependency is obtained. The warpage of the substrate causes a distribution in the dimension of the exposure pattern in the substrate plane in the photolithography process, and further degrades the processing dimension accuracy in the subsequent dry etching process.

基板とガラス膜の熱膨張係数、軟化温度が大きく異なった場合には、上記問題が著しく発生するため、最初に基板表面にガラス膜を成膜した段階で基板が反ってしまう。また、反った基板の裏面にガラス膜を形成しても、生じた反りは戻らない。また、導波路のコア層とクラッド層との比屈折率差が大きい場合にも上記問題が著しく発生する。   When the thermal expansion coefficient and the softening temperature of the substrate and the glass film are greatly different, the above problem occurs remarkably, so that the substrate is warped when the glass film is first formed on the substrate surface. Further, even if a glass film is formed on the back surface of the warped substrate, the generated warp does not return. The above problem also occurs remarkably when the relative refractive index difference between the core layer and the clad layer of the waveguide is large.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板の上下両面に同一組成、同一膜厚のガラスを成膜するガラス膜の形成方法及び製造装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a glass film forming method and a manufacturing apparatus for forming glass with the same composition and the same film thickness on both upper and lower surfaces of a substrate.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、反応容器内で上部電極と下部電極とを対向するように配置させ、その電極に高電圧を印加すると共に、下部電極上にギャップを隔てて基板を配置し、その基板の下面に開空間を形成し、その基板の上下面にガラス膜を成膜するに際して、上部電極にハロゲンランプヒータを設け、そのハロゲンランプヒータにより電極を所望温度に加熱しながら反応容器内にガラス原料となるガスを導入し、プラズマ雰囲気下での熱分解反応を起こさせて基板の上下面にガラス膜を成膜するガラス膜形成方法である。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an upper electrode and a lower electrode are arranged to face each other in a reaction vessel, a high voltage is applied to the electrode, and a gap is formed on the lower electrode. When the substrate is placed, an open space is formed on the lower surface of the substrate, and a glass film is formed on the upper and lower surfaces of the substrate, a halogen lamp heater is provided on the upper electrode, and the electrode is brought to a desired temperature by the halogen lamp heater. This is a glass film forming method in which a gas serving as a glass raw material is introduced into a reaction vessel while being heated, and a glass film is formed on the upper and lower surfaces of a substrate by causing a thermal decomposition reaction in a plasma atmosphere.

請求項2の発明は、反応容器内で上部電極と下部電極とを対向するように配置させ、その電極に高電圧を印加すると共に、下部電極上にギャップを隔てて基板を配置し、その基板の下面に開空間を形成し、その基板の上下面にガラス膜を成膜するに際して、下部電極にハロゲンランプヒータを設け、そのハロゲンランプヒータの上部に石英ウインドウを設けて、そのハロゲンランプヒータにより電極を所望温度に加熱しながら反応容器内にガラス原料となるガスを導入し、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を起こさせて基板の上下面にガラス膜を成膜するガラス膜形成方法である。   According to the invention of claim 2, the upper electrode and the lower electrode are arranged to face each other in the reaction vessel, a high voltage is applied to the electrode, and a substrate is arranged on the lower electrode with a gap therebetween. When an open space is formed on the lower surface of the substrate and a glass film is formed on the upper and lower surfaces of the substrate, a halogen lamp heater is provided on the lower electrode, a quartz window is provided on the upper portion of the halogen lamp heater, and the halogen lamp heater In this glass film forming method, a gas serving as a glass raw material is introduced into a reaction vessel while heating an electrode to a desired temperature, and a thermal decomposition reaction is caused in a plasma atmosphere to form glass films on upper and lower surfaces of a substrate.

請求項3の発明は、ハロゲンランプヒータにより電極を300℃から600℃に加熱する請求項1または2記載のガラス膜形成方法である。   The invention according to claim 3 is the glass film forming method according to claim 1 or 2, wherein the electrode is heated from 300 ° C. to 600 ° C. by a halogen lamp heater.

請求項4の発明は、ハロゲンランプヒータを設けた電極と対向する電極の温度を300℃から450℃に加熱する請求項1から3いずれかに記載のガラス膜形成方法である。   The invention of claim 4 is the glass film forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the electrode facing the electrode provided with the halogen lamp heater is heated from 300 ° C to 450 ° C.

請求項5の発明は、上部電極及び下部電極とを所望の同一温度に加熱した請求項1から4いずれかに記載のガラス膜形成方法である。   A fifth aspect of the present invention is the glass film forming method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the upper electrode and the lower electrode are heated to the same desired temperature.

請求項6の発明は、ギャップの高さは、5mmから40mmの範囲内である請求項1または2記載のガラス膜形成方法である。   The invention according to claim 6 is the glass film forming method according to claim 1 or 2, wherein the height of the gap is in the range of 5 mm to 40 mm.

請求項7の発明は、基板の上下面に請求項1から6いずれかのガラス膜形成方法を用いてガラス膜を形成する工程と、
そのガラス膜が形成された基板を800℃から1350℃の範囲内の温度で高温熱処理する工程と、
上記ガラス膜をフォトリソグラフィとドライエッチングにより断面が矩形状の導波路パターンを形成する工程と、
上記導波路パターンを800℃から1350℃の範囲内の温度で高温熱処理する工程とを含む導波路形成方法である。
Invention of Claim 7 forms the glass film in the upper and lower surfaces of a board | substrate using the glass film formation method in any one of Claim 1-6,
A step of high-temperature heat treatment of the substrate on which the glass film is formed at a temperature in the range of 800 ° C. to 1350 ° C.
Forming a waveguide pattern having a rectangular cross section by photolithography and dry etching on the glass film;
And a high-temperature heat treatment of the waveguide pattern at a temperature in the range of 800 ° C. to 1350 ° C.

請求項8の発明は、ガラス膜を形成する反応容器と、該反応容器に接続され反応容器内を高真空に排気する手段と、反応容器内に上部電極と下部電極とを対向に配置させて高周波電力を印加する手段と、下部電極上にギャップを介して基板を配置すると共にその基板の下面に開空間を形成する基板固定部材と、上部電極に内蔵されたハロゲンランプヒータと、上部電極の下部電極側に設けられたガス噴出用シャワー板と、そのガス噴出用シャワー板を介して反応容器内にガラス原料となるガス等を導入する手段とを設けたガラス膜製造装置である。   The invention according to claim 8 is a reaction vessel for forming a glass film, a means connected to the reaction vessel for evacuating the inside of the reaction vessel to a high vacuum, and an upper electrode and a lower electrode arranged in the reaction vessel opposite to each other. A means for applying high-frequency power; a substrate fixing member that forms a space on the lower surface of the substrate; and a halogen lamp heater built in the upper electrode; A glass film manufacturing apparatus provided with a gas ejection shower plate provided on the lower electrode side and means for introducing a gas or the like as a glass raw material into the reaction vessel via the gas ejection shower plate.

請求項9の発明は、ガラス膜を形成する反応容器と、該反応容器に接続され反応容器内を高真空に排気する手段と、反応容器内に上部電極と下部電極とを対向に配置させて高周波電力を印加する手段と、下部電極上にギャップを介して基板を配置すると共にその基板の下面に開空間を形成する基板固定部材と、下部電極に内蔵されたハロゲンランプヒータと、そのハロゲンランプヒータの上部に設けられた石英ガラスウインドウと、上部電極の下部電極側に設けられたガス噴出用シャワー板と、そのガス噴出用シャワー円板を介して反応容器内にガラス原料となるガス等を導入する手段とを設けたガラス膜製造装置である。   The invention of claim 9 comprises a reaction vessel for forming a glass film, a means connected to the reaction vessel for exhausting the inside of the reaction vessel to a high vacuum, and an upper electrode and a lower electrode disposed in the reaction vessel opposite to each other. Means for applying high-frequency power, a substrate fixing member for disposing a substrate on the lower electrode through a gap and forming an open space on the lower surface of the substrate, a halogen lamp heater built in the lower electrode, and the halogen lamp A quartz glass window provided in the upper part of the heater, a gas ejection shower plate provided on the lower electrode side of the upper electrode, and a gas serving as a glass raw material in the reaction vessel through the gas ejection shower disc A glass film manufacturing apparatus provided with a means for introducing.

本発明によれば基板の上下面に同一組成、同一膜厚のガラス膜が成膜できるといった優れた効果を発揮する。   According to the present invention, an excellent effect that glass films having the same composition and the same film thickness can be formed on the upper and lower surfaces of the substrate is exhibited.

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に本実施の形態のガラス膜形成方法に用いる製造装置1の概略図を示す。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a manufacturing apparatus 1 used in the glass film forming method of the present embodiment.

製造装置1はクリーンユニット40によりクラス100に維持されたクリーンブース10内に設けられる。   The manufacturing apparatus 1 is provided in a clean booth 10 maintained in a class 100 by a clean unit 40.

クリーンブース10内には反応容器11が設けられ、反応容器11の内部には、上部電極5及び下部電極4が所定間隔で対向配置されている。下部電極4にはニクロム線ヒータ(抵抗型ヒータ)18が設けられ、上部電極5には少なくとも300〜600℃の温度範囲に加熱可能なハロゲンランプヒータ8が内蔵されている。   A reaction vessel 11 is provided in the clean booth 10, and an upper electrode 5 and a lower electrode 4 are arranged opposite to each other at a predetermined interval inside the reaction vessel 11. The lower electrode 4 is provided with a nichrome wire heater (resistance heater) 18, and the upper electrode 5 has a built-in halogen lamp heater 8 that can be heated to a temperature range of at least 300 to 600 ° C.

反応容器11の底部には、2つの排気口12、12を介してそれぞれ高真空排気手段として大容量排気装置13、13が設けられている。大容量排気装置13はメカニカルブースターポンプ14とドライポンプ15とで構成される。   Large capacity exhaust devices 13 and 13 are provided at the bottom of the reaction vessel 11 as high vacuum exhaust means via two exhaust ports 12 and 12, respectively. The large capacity exhaust device 13 includes a mechanical booster pump 14 and a dry pump 15.

メカニカルブースターポンプ14の排気量は8200l/min以上、ドライポンプ15の排気量は1200l/min以上である。   The displacement of the mechanical booster pump 14 is 8200 l / min or more, and the displacement of the dry pump 15 is 1200 l / min or more.

下部電極4及び上部電極5にはリード線21、21により高周波電力を印加する高周波電源22が接続されている。下部電極4上には基板固定部材24を介して基板25(図では3枚)が配置され、それにより、下部電極4と基板25の間にギャップ17が形成されている。下部電極4と基板25の間は開空間26となっている。本実施の形態では、基板25に石英基板を用いた。   The lower electrode 4 and the upper electrode 5 are connected to a high frequency power source 22 that applies high frequency power via lead wires 21 and 21. A substrate 25 (three in the figure) is disposed on the lower electrode 4 via a substrate fixing member 24, whereby a gap 17 is formed between the lower electrode 4 and the substrate 25. An open space 26 is formed between the lower electrode 4 and the substrate 25. In the present embodiment, a quartz substrate is used as the substrate 25.

ここで、基板25の下面に形成された開空間26について説明する。   Here, the open space 26 formed on the lower surface of the substrate 25 will be described.

図2に示すように、基板固定部材24は、柱状に形成され、基板25の周縁に位置するように設けられて、基板25を下部電極4と平行に固定している。各基板固定部材24は、1つの基板25において周縁を略等分割する3箇所に設けることによって、基板25を固定するようにした。また、基板固定部材24を形成する材料にはガラス、磁器等を用いた。   As shown in FIG. 2, the substrate fixing member 24 is formed in a columnar shape and is provided at the periphery of the substrate 25, and fixes the substrate 25 in parallel with the lower electrode 4. Each substrate fixing member 24 is provided at three locations where the peripheral edge of one substrate 25 is substantially equally divided to fix the substrate 25. Further, glass, porcelain or the like was used as a material for forming the substrate fixing member 24.

また、基板25と下部電極4とのギャップ17は、5mmから40mmが好ましい。なぜなら、ギャップ17が5mmよりも小さいと、ガラス膜成膜中にプラズマが基板25の下面に回りこみにくくなる。さらに、反応容器11内に導入されるガスも基板25の下面に回りこみ難くなり、基板25の上面と下面に成膜されたガラス膜の組成、膜厚が異なる。逆に、ギャップが40mmより大きいと、基板25の上面と基板25下面との面内のガラス膜の組成や光学特性の差が大きくなり、基板25の上下面に成膜されたガラス膜の組成、膜厚の分布に不均一が生じるためである。   The gap 17 between the substrate 25 and the lower electrode 4 is preferably 5 mm to 40 mm. This is because if the gap 17 is smaller than 5 mm, it is difficult for plasma to wrap around the lower surface of the substrate 25 during the formation of the glass film. Furthermore, the gas introduced into the reaction vessel 11 also hardly flows around the lower surface of the substrate 25, and the composition and film thickness of the glass films formed on the upper surface and the lower surface of the substrate 25 are different. On the other hand, if the gap is larger than 40 mm, the difference in the composition and optical characteristics of the glass film in the plane between the upper surface of the substrate 25 and the lower surface of the substrate 25 will increase, and the composition of the glass film formed on the upper and lower surfaces of the substrate 25 will increase. This is because the film thickness distribution is non-uniform.

本実施の形態では、一枚の基板25において、柱状の基板固定部材24を基板25の下側に3本設けたが、4本以上でもよい。また、基板固定部材24は、基板25を挟む機構を備え、反応容器11の上側(上部電極5、上壁等)または側壁に固定されて、基板25を保持してもよい。その際、基板固定部材24は、柱状に限らず、2つ以上あればよい。   In the present embodiment, three columnar substrate fixing members 24 are provided on the lower side of the substrate 25 in one substrate 25, but four or more may be used. The substrate fixing member 24 may include a mechanism for sandwiching the substrate 25 and may be fixed to the upper side (the upper electrode 5, the upper wall, etc.) or the side wall of the reaction vessel 11 to hold the substrate 25. At that time, the substrate fixing member 24 is not limited to the columnar shape, but may be two or more.

図1に戻り、上部電極5の下部電極4側には、反応容器11内にガスを噴射するガス噴出用石英ガラスシャワー円板19が設けられる。シャワー円板19には多数の噴出口(ガス噴出機構)20が形成され、その噴射するガスを供給するガス供給管23がシャワー円板19の上側に接続されている。また、ガス供給管23には、ガス供給管23内を通るガスを同一温度にするためのテープヒータ45が設けられている。   Returning to FIG. 1, on the lower electrode 4 side of the upper electrode 5, there is provided a quartz glass shower disc 19 for gas ejection for injecting gas into the reaction vessel 11. The shower disk 19 is formed with a large number of jet outlets (gas jet mechanisms) 20, and a gas supply pipe 23 for supplying the jetted gas is connected to the upper side of the shower disk 19. The gas supply pipe 23 is provided with a tape heater 45 for setting the gas passing through the gas supply pipe 23 to the same temperature.

反応容器11には、基板25の出し入れをする反応容器前室42が基板出入り口41を介して隣接される。反応容器前室42には、基板表面にN2 ガスを吹き付けるガスシャワー44が設けられ、ガスシャワー44にはN2 ガスを導入するN2 ガス管43が接続されている。 The reaction container 11 is adjacent to a reaction container front chamber 42 through which a substrate 25 is taken in and out through a substrate entrance 41. The reaction vessel front chamber 42, the gas shower 44 blowing N 2 gas is provided on the substrate surface, N 2 gas pipe 43 for introducing the N 2 gas is connected to the gas shower 44.

反応容器11内に導入するガスは、ガラス膜の原料となるアルコレート系の液体ソースを気化させたガスと、そのガスに反応させるO2 、N2、NH3、C26等のガスが用いられる。 The gas introduced into the reaction vessel 11 is a gas obtained by vaporizing an alcoholate liquid source that is a raw material for the glass film, and a gas such as O 2 , N 2 , NH 3 , C 2 F 6, etc. that reacts with the gas. Is used.

アルコレート系の液体ソースとしては、[Si(OC254 ]等のSi系液体ソース28が用いられ、恒温槽29にて加熱、気化される。恒温槽29の温度は、液体ソース28の融点よりも高く、沸点よりも低い75℃とした。Si系液体ソース28を気化させたガスを供給するSi系ガス供給管27は、ガス供給管23に接続されている。 As the alcoholate-based liquid source, a Si-based liquid source 28 such as [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] is used and heated and vaporized in a thermostatic chamber 29. The temperature of the thermostatic chamber 29 was 75 ° C. higher than the melting point of the liquid source 28 and lower than the boiling point. A Si-based gas supply pipe 27 that supplies gas obtained by vaporizing the Si-based liquid source 28 is connected to the gas supply pipe 23.

Si系液体ソース28の他に、[Ge(OCH34]等のGe系液体ソース31、[P(OCH34]等のP系液体ソース34を用いてもよく、それぞれ恒温槽32、35で加熱、気化される。Ge系液体ソース31を気化させたガスを供給するGe系ガス供給管30、及びP系液体ソース34を気化させたガスを供給するP系ガス供給管33もガス供給管23に接続されている。 In addition to the Si-based liquid source 28, a Ge-based liquid source 31 such as [Ge (OCH 3 ) 4 ] and a P-based liquid source 34 such as [P (OCH 3 ) 4 ] may be used. , 35 to heat and vaporize. A Ge-based gas supply pipe 30 that supplies gas vaporized from the Ge-based liquid source 31 and a P-based gas supply pipe 33 that supplies gas vaporized from the P-based liquid source 34 are also connected to the gas supply pipe 23. .

また、O2、N2、NH3 、C26をそれぞれ反応容器11に供給するO2 ガス供給管36、N2 ガス供給管37、NH3 ガス供給管38、C26ガス供給管39がガス供給管23に接続されている。 Also, O 2, N 2, NH 3, C 2 F 6 and O 2 gas supply pipe 36 for supplying to the reaction vessel 11, respectively, N 2 gas supply pipe 37, NH 3 gas supply pipe 38, C 2 F 6 gas supply A pipe 39 is connected to the gas supply pipe 23.

次に、ガラス膜の成膜方法について説明する。   Next, a method for forming a glass film will be described.

基板25が配置された反応容器11内を大容量排気装置13、13により高真空に排気し、高周波電源22で下部電極4と上部電極5に高周波電力を印加すると共に、上部電極5を別途電源供給されるハロゲンランプヒータ8で加熱し、下部電極4をニクロム線ヒータ18で加熱する。   The inside of the reaction vessel 11 in which the substrate 25 is disposed is evacuated to a high vacuum by the large capacity exhaust devices 13, 13, high frequency power is applied to the lower electrode 4 and the upper electrode 5 by the high frequency power source 22, and Heating is performed by the supplied halogen lamp heater 8, and the lower electrode 4 is heated by the nichrome wire heater 18.

印加する高周波電力は13.56MHz、1kWとし、上部電極5の加熱温度は300〜600℃の範囲内とする。なお、ここでは、上部電極5及び下部電極4の加熱温度は300〜450℃の範囲内で同一温度とした。   The applied high frequency power is 13.56 MHz and 1 kW, and the heating temperature of the upper electrode 5 is in the range of 300 to 600 ° C. In addition, the heating temperature of the upper electrode 5 and the lower electrode 4 was made into the same temperature within the range of 300-450 degreeC here.

反応容器11内の真空度は、数Paから数十Paが好ましい。真空度が低いと基板25下面へのガラス膜の成膜量が低下すると共に、不均一なガラス膜になりやすく、真空度が高すぎると、成膜速度の低下や酸素欠陥のガラス膜になりやすいためである。   The degree of vacuum in the reaction vessel 11 is preferably several Pa to several tens Pa. If the degree of vacuum is low, the amount of the glass film formed on the lower surface of the substrate 25 is reduced, and a non-uniform glass film tends to be formed. If the degree of vacuum is too high, the film forming rate is reduced and the glass film is oxygen-defected. This is because it is easy.

次に、Si系液体ソース28を恒温槽29で75℃に加熱して気化させた蒸気、O2 ガス及びC26ガスを、テープヒータ45で加熱されたガス供給管23で混合して重畳させ、反応容器11内に導入する。導入されたガスは、シャワー円板19の噴出口20から噴出され、反応容器11内で均一に拡散される。 Next, steam, O 2 gas, and C 2 F 6 gas, which are vaporized by heating the Si-based liquid source 28 to 75 ° C. in the thermostat 29, are mixed in the gas supply pipe 23 heated by the tape heater 45. Superposed and introduced into the reaction vessel 11. The introduced gas is ejected from the ejection port 20 of the shower disk 19 and is uniformly diffused in the reaction vessel 11.

2 ガスは、プラズマ雰囲気下でSi系液体ソース28を気化させたガスの熱分解反応を十分に行わせるために流し、C26ガスは、SiO2 のガラス膜内にF(フッ素)を添加させるために用いる。 The O 2 gas is flowed in order to cause a sufficient thermal decomposition reaction of the gas obtained by vaporizing the Si-based liquid source 28 in a plasma atmosphere, and the C 2 F 6 gas is F (fluorine) in the SiO 2 glass film. Used to add.

ガス供給管23内の温度は、80℃〜120℃の範囲内であるのがよい。管内温度が120℃より高いと、管内で加水分解反応が起こり、管内にガラス微粒子が付着してしまい、80℃より低いと、Si系液体ソース28の液化による付着や、C26ガスとの液体反応が起こるためである。 The temperature in the gas supply pipe 23 is preferably in the range of 80 ° C to 120 ° C. When the temperature in the tube is higher than 120 ° C., hydrolysis reaction occurs in the tube, and glass fine particles adhere to the tube. When the temperature is lower than 80 ° C., adhesion due to liquefaction of the Si-based liquid source 28, C 2 F 6 gas, This is because the liquid reaction occurs.

反応容器11内は、高周波電力により上部電極5、下部電極4間にプラズマが発生し、高真空に保たれているので、プラズマ雰囲気下での熱分解反応により、基板25の上面及び下面にFの添加されたSiO2 の低屈折率のガラス膜が形成される。 In the reaction vessel 11, plasma is generated between the upper electrode 5 and the lower electrode 4 by high-frequency power and kept at a high vacuum, so that F is formed on the upper and lower surfaces of the substrate 25 by a thermal decomposition reaction in a plasma atmosphere. Thus, a glass film having a low refractive index of SiO 2 added thereto is formed.

ガラス膜が成膜された基板25を、反応容器11から取り出す際は、反応容器11内を大気圧にブレークしてから、基板出入口41から取り出す。このとき、反応容器前室42のガスシャワー44からN2 ガスを基板25に吹き付け、基板25の上下面に付着したゴミ等を取り除く。 When taking out the substrate 25 on which the glass film has been formed from the reaction vessel 11, the inside of the reaction vessel 11 is broken to atmospheric pressure and then taken out from the substrate inlet / outlet 41. At this time, N 2 gas is sprayed onto the substrate 25 from the gas shower 44 in the reaction chamber front chamber 42 to remove dust and the like adhering to the upper and lower surfaces of the substrate 25.

また、基板25の上下面に組成の異なるガラス膜を積層する際には、反応容器11から基板25を取り出すことなく、連続してガラス膜を成膜してもよい。   Further, when glass films having different compositions are laminated on the upper and lower surfaces of the substrate 25, the glass films may be continuously formed without taking out the substrate 25 from the reaction vessel 11.

このように本実施の形態のガラス膜形成方法によれば、基板25の上面及び下面が下部電極4及び上部電極5からの輻射熱(赤外輻射熱)で十分に加熱され、プラズマも基板25の上面のみならず基板25下面に回りこんで発生し、かつガラス原料のガスとそのガスに反応するガスも基板25下面にも回りこむことができるので、基板25上面のみならず、基板25の下面にも同時にほぼ同一組成のガラス膜を成膜することができる。   As described above, according to the glass film forming method of the present embodiment, the upper surface and the lower surface of the substrate 25 are sufficiently heated by the radiant heat (infrared radiant heat) from the lower electrode 4 and the upper electrode 5, and the plasma is also the upper surface of the substrate 25. Not only the bottom surface of the substrate 25 but also the gas of the glass raw material and the gas that reacts to the gas can also flow into the bottom surface of the substrate 25. At the same time, a glass film having almost the same composition can be formed.

また、基板25下面と下部電極4間に開空間26を形成して、基板25の上面及び下面上にガラス膜を製造するので、ガラス膜の成膜時間を短くでき、極めて効率的、経済的である。   Further, since the open space 26 is formed between the lower surface of the substrate 25 and the lower electrode 4 and the glass film is manufactured on the upper surface and the lower surface of the substrate 25, the time for forming the glass film can be shortened, which is extremely efficient and economical. It is.

さらに、基板加熱用の熱源にハロゲンランプヒータ8を用いることで、基板の上面及び下面を赤外輻射熱で略均一に加熱することができ、これにより、基板の上面及び下面に膜厚及び組成の均一なガラス膜を形成することができる。   Further, by using the halogen lamp heater 8 as a heat source for heating the substrate, the upper surface and the lower surface of the substrate can be heated substantially uniformly by infrared radiation heat. A uniform glass film can be formed.

基板25の加熱にハロゲンランプヒータ8を用いているので、高速加熱、高速降温が容易となり、300℃から600℃の温度範囲に対しては、短時間で装置を立ち上げてガラス膜を成膜することが可能である。さらに、ハロゲンランプヒータ8からのパーティクルやダストの発生はほとんどなく、極めてクリーンな加熱を行うことができ、パーティクルやダストの混入のほとんどないガラス膜を得ることができる。   Since the halogen lamp heater 8 is used to heat the substrate 25, high-speed heating and high-speed temperature reduction become easy. In the temperature range from 300 ° C to 600 ° C, the apparatus is started up in a short time to form a glass film. Is possible. Furthermore, there is almost no generation of particles and dust from the halogen lamp heater 8, and extremely clean heating can be performed, and a glass film with almost no contamination of particles and dust can be obtained.

また、ハロゲンランプヒータ8と対向している側の下部電極4もニクロム線ヒータ等で300℃から450℃の温度範囲でハロゲンランプヒータ8と同一温度に加熱することで、基板の温度をより一層安定に保つことができる。   Further, the lower electrode 4 on the side facing the halogen lamp heater 8 is also heated to the same temperature as the halogen lamp heater 8 in the temperature range of 300 ° C. to 450 ° C. with a nichrome wire heater or the like, thereby further increasing the temperature of the substrate. It can be kept stable.

さらに、ガスを噴出するシャワー円板19の材質に石英ガラスを用いることで、基板25の上下面を赤外輻射熱で略均一に加熱することができると共に、ハロゲンランプヒータ8の下面がガラス膜で曇るのを防止することができる。   Further, by using quartz glass as the material of the shower disk 19 that ejects gas, the upper and lower surfaces of the substrate 25 can be heated substantially uniformly by infrared radiation heat, and the lower surface of the halogen lamp heater 8 is a glass film. Clouding can be prevented.

また、基板25とガラス膜の熱膨張係数や軟化温度に大きな差があっても基板25の上面のみならず、基板25の下面にも略同一組成のガラス膜を同時に成膜することができるので、基板25への反り発生がほとんど生じない。   Further, even if there is a large difference between the thermal expansion coefficient and the softening temperature between the substrate 25 and the glass film, a glass film having substantially the same composition can be simultaneously formed not only on the upper surface of the substrate 25 but also on the lower surface of the substrate 25. The warpage to the substrate 25 hardly occurs.

本実施の形態では、アルコレート系の液体ソースを気化させたものを用いているので、わずかのギャップ内にもガスを回りこませることができ、基板表面のみならず、基板25下面にもほぼ同一組成のガラス膜を同時に成膜することができる。   In this embodiment, since an alcoholate-based liquid source is vaporized, gas can be circulated into a slight gap, and not only on the substrate surface but also on the lower surface of the substrate 25. Glass films having the same composition can be formed simultaneously.

また、基板25の反りがほとんど発生しないことから、基板25上面及び下面上にはガラス組成の異なるガラス膜を複数層形成することが容易にできる。   Further, since the substrate 25 hardly warps, it is possible to easily form a plurality of glass films having different glass compositions on the upper and lower surfaces of the substrate 25.

上部電極5及び下部電極4を所望の同一温度に加熱してガラス膜を成膜するため、基板25上面及び下面上に形成されたガラス膜はほぼ同一組成でほぼ同じ膜厚で成膜することができる。   In order to form the glass film by heating the upper electrode 5 and the lower electrode 4 to the same desired temperature, the glass films formed on the upper surface and the lower surface of the substrate 25 should be formed with substantially the same composition and almost the same film thickness. Can do.

基板25は、加熱温度に耐えることができれば、石英ガラスや多成分ガラス等のガラス材料、半導体材料(Si、GaAs、InP等)、セラミックス、高分子材料、強誘電体材料のいずれを用いてもよい。   As long as the substrate 25 can withstand the heating temperature, any of glass materials such as quartz glass and multicomponent glass, semiconductor materials (Si, GaAs, InP, etc.), ceramics, polymer materials, and ferroelectric materials can be used. Good.

基板25を形成する材料を広範囲に選択することで、反射ミラー用ガラス膜、フィルタ用ガラス膜、偏向ミラー用ガラス膜、絶縁用ガラス膜、光拡散用ガラス膜等のガラス膜に適用できる。   By selecting a material for forming the substrate 25 in a wide range, it can be applied to glass films such as a reflection mirror glass film, a filter glass film, a deflection mirror glass film, an insulating glass film, and a light diffusion glass film.

ガラス原料となるガスはアルコレート系の液体ソースを気化させたガスのほかに、SiH4 系のガスを用いてもよい。 As the glass raw material gas, an SiH 4 -based gas may be used in addition to a gas obtained by vaporizing an alcoholate-based liquid source.

また、高周波電力は、13.56MHzより高くてもよく、マイクロ波の周波数でもよい。   Further, the high frequency power may be higher than 13.56 MHz, or may be a microwave frequency.

下部電極4の加熱温度は、300℃から450℃の温度範囲内であればよく、抵抗加熱以外に赤外線加熱でもよい。電極温度が300℃より低いと、均一で低損失なガラス膜が得にくく、450℃より高いと真空を保持するための部材や装置を設けるのが難しいためである。   The heating temperature of the lower electrode 4 may be in the temperature range of 300 ° C. to 450 ° C., and may be infrared heating in addition to resistance heating. This is because if the electrode temperature is lower than 300 ° C., it is difficult to obtain a uniform and low-loss glass film, and if it is higher than 450 ° C., it is difficult to provide a member or device for maintaining a vacuum.

また、Si系液体ソース28、O2 ガス、C26ガス以外に、Ge系液体ソース31、P系液体ソース34、N2 ガス、NH3 ガスを用いることで、基板25の上下面にSiO2 膜、GeO2 を含むSiO2 膜、P25を含むSiO2 膜、さらにNが添加されたガラス膜を形成することができる。 Further, in addition to the Si-based liquid source 28, O 2 gas, and C 2 F 6 gas, a Ge-based liquid source 31, a P-based liquid source 34, N 2 gas, and NH 3 gas are used so that the upper and lower surfaces of the substrate 25 are formed. SiO 2 film, SiO 2 film containing GeO 2, SiO 2 film containing P 2 O 5, may be further formed a glass layer which N is added.

製造装置1に設けられる大容量排気装置13であるメカニカルブースターポンプ14及びドライポンプ15は2セットに限定されず、2セット以上設けてもよい。ただし、排気装置13は排気量が大きい必要がある。なぜなら、N2 、C26、NH3 等のガスは、SiO2 のガラス膜内にNやFを大量に添加させるために用いるが、酸素欠陥の少ない、かつ、OH基の混入の少ないガラス膜を成膜するために少なくとも流量100sccm流す必要があり、N2 、NH3 、C26等のガスの流量を増やすと、それに応じてO2 の流量を増やす必要がある。 The mechanical booster pump 14 and the dry pump 15 that are the large-capacity exhaust devices 13 provided in the manufacturing apparatus 1 are not limited to two sets, and two or more sets may be provided. However, the exhaust device 13 needs to have a large exhaust amount. This is because gases such as N 2 , C 2 F 6 , and NH 3 are used to add a large amount of N and F into the glass film of SiO 2 , but there are few oxygen defects and little OH group contamination. In order to form a glass film, it is necessary to flow at least 100 sccm. When the flow rate of a gas such as N 2 , NH 3 , C 2 F 6 is increased, the flow rate of O 2 needs to be increased accordingly.

よって、大流量のガスを導入し、反応容器11内を高真空度に保った状態にするには、大容量な排気装置が必要となる。これにより、反応容器11内に大流量のガスを流しながら高真空でガラス膜を成膜できる。   Therefore, in order to introduce a large flow of gas and keep the inside of the reaction vessel 11 at a high vacuum level, a large capacity exhaust device is required. Thereby, a glass film can be formed in a high vacuum while flowing a large amount of gas into the reaction vessel 11.

さらに、両面の少なくとも一方が鏡面状態に研磨された基板25を用いてもよい。鏡面状態に研磨された基板を用いることで、膜厚や屈折率等の分布がより均一なガラス膜を形成できる。   Furthermore, you may use the board | substrate 25 by which at least one of both surfaces was grind | polished in the mirror surface state. By using a substrate polished in a mirror state, a glass film with a more uniform distribution of film thickness, refractive index, and the like can be formed.

次に、他の実施の形態のガラス膜の形成方法とその製造装置について説明する。   Next, a glass film forming method and a manufacturing apparatus thereof according to another embodiment will be described.

図3に示すように、本実施の形態のガラス膜製造装置2は、基本的な構成部分が上述した図1のガラス膜製造装置1とほぼ同様であり、同一構成部分には、図1の場合と同一の符号を付してあるが、上部電極7にはニクロム線ヒータ18を設け、下部電極6にハロゲンランプヒータ8を内蔵するとともに、下部電極6上面に石英ウインドウ9を設けた点において異なる。   As shown in FIG. 3, the glass film manufacturing apparatus 2 of the present embodiment is basically the same as the glass film manufacturing apparatus 1 of FIG. 1 described above. The upper electrode 7 is provided with a nichrome wire heater 18, the lower electrode 6 is provided with a halogen lamp heater 8, and a quartz window 9 is provided on the upper surface of the lower electrode 6. Different.

石英ウインドウ9は、石英で形成された蓋体であり、ハロゲンランプヒータ8の加熱面がガラス膜の付着で曇らないようにするために設けられている。   The quartz window 9 is a lid made of quartz, and is provided to prevent the heating surface of the halogen lamp heater 8 from becoming cloudy due to the adhesion of the glass film.

図4に示すように、基板25を載置する基板固定部材24が石英ウインドウ9上に設けられている。基板25と石英ウインドウ9間は開空間26になっており、そのギャップ17(石英ウインドウ9から基板25下面までの高さ)は製造装置1と同様に5〜40mmである。   As shown in FIG. 4, a substrate fixing member 24 on which the substrate 25 is placed is provided on the quartz window 9. An open space 26 is formed between the substrate 25 and the quartz window 9, and the gap 17 (height from the quartz window 9 to the lower surface of the substrate 25) is 5 to 40 mm, as in the manufacturing apparatus 1.

製造装置2及び製造装置2で形成するガラス膜形成方法は、上述の実施の形態と同様の作用効果を有する。さらに、下部電極6にハロゲンランプヒータ8を設けることで、基板25の上面および下面をより均一に加熱することができる。また、ハロゲンランプヒータ8が下部電極6に内蔵され、そのヒータ8の加熱面を保護するために石英ウインドウ9を設けたため、ガス噴出用シャワー円板19のガス噴出機構20を石英ガラスの代わりに金属系の材料で構成してもよい。   The manufacturing apparatus 2 and the glass film forming method formed by the manufacturing apparatus 2 have the same effects as the above-described embodiment. Furthermore, by providing the halogen lamp heater 8 on the lower electrode 6, the upper surface and the lower surface of the substrate 25 can be heated more uniformly. In addition, since the halogen lamp heater 8 is built in the lower electrode 6 and the quartz window 9 is provided to protect the heating surface of the heater 8, the gas ejection mechanism 20 of the gas ejection shower disk 19 is used instead of quartz glass. You may comprise with a metal-type material.

さらに、下部電極6及び上部電極7の両方にハロゲンランプヒータ8を設けてもよい。このとき、下部電極6及び上部電極7の加熱温度の範囲を300〜600℃とすることができ、反応容器11内の温度をより高温で均一にすることができる。   Furthermore, a halogen lamp heater 8 may be provided on both the lower electrode 6 and the upper electrode 7. At this time, the heating temperature range of the lower electrode 6 and the upper electrode 7 can be set to 300 to 600 ° C., and the temperature in the reaction vessel 11 can be made uniform at a higher temperature.

次に、上述のガラス膜形成方法を用いた導波路の形成方法について図5(a)〜(d)により説明する。   Next, a method for forming a waveguide using the above glass film forming method will be described with reference to FIGS.

先ず、図5(a)に示すように、直径4インチの石英ガラス基板50の上下面に低屈折率の下部クラッド層となるガラス膜を成膜する。以下<例1a>に成膜条件と形成されたガラス膜の特性結果について述べる。なお、<例2a>は<例1a>の成膜条件を変えたものである。   First, as shown in FIG. 5A, a glass film to be a lower clad layer having a low refractive index is formed on the upper and lower surfaces of a quartz glass substrate 50 having a diameter of 4 inches. Hereinafter, <Example 1a> describes the film formation conditions and the characteristic results of the formed glass film. <Example 2a> is obtained by changing the film forming conditions of <Example 1a>.

<例1a>
製造装置1における上部電極5及び下部電極4を同一の400℃に加熱した状態で、[Si(OC254 ]を気化したガスとO2 ガスとC26ガスとをテープヒータ45で所望の温度に加熱されたガス供給配管23で、ガス流量比O2 :C26が4:1となるよう混合して重畳させてから反応容器11内に導入し、35分間プラズマ雰囲気下で下部クラッドとなる第1ガラス膜51、52を成膜する。
<Example 1a>
In a state where the upper electrode 5 and the lower electrode 4 in the manufacturing apparatus 1 are heated to the same 400 ° C., a gas obtained by vaporizing [Si (OC 2 H 5 ) 4 ], an O 2 gas, and a C 2 F 6 gas are used as a tape heater. In the gas supply pipe 23 heated to a desired temperature in 45, the gas flow ratio O 2 : C 2 F 6 is mixed and superposed so as to be 4: 1, then introduced into the reaction vessel 11, and plasma is supplied for 35 minutes. First glass films 51 and 52 to be a lower clad are formed in an atmosphere.

この工程で基板50上面には、例えば、波長632.8nmにおいて屈折率が1.4381±0.0008のガラス膜51を2.0μm±0.2μmの厚さで形成でき、基板50下面には、同波長における屈折率が1.4378±0.0006のガラス膜52を1.9μm±0.3μmの厚さで形成できた。   In this step, for example, a glass film 51 having a refractive index of 1.4381 ± 0.0008 at a wavelength of 632.8 nm and a thickness of 2.0 μm ± 0.2 μm can be formed on the upper surface of the substrate 50. A glass film 52 having a refractive index of 1.4378 ± 0.0006 at the same wavelength could be formed with a thickness of 1.9 μm ± 0.3 μm.

第1ガラス膜51、52は、石英ガラス基板50の上面及び下面に対してほぼ400℃に加熱した状態で成膜して得られているので、温度に対して安定なガラス膜であり、このガラス膜をさらに高い温度800〜1350℃の範囲で加熱処理してもガラス膜の屈折率はほとんど変わらない、安定したガラス膜であった。   Since the first glass films 51 and 52 are obtained by forming the first glass films 51 and 52 on the upper and lower surfaces of the quartz glass substrate 50 while being heated to approximately 400 ° C., the first glass films 51 and 52 are glass films that are stable with respect to temperature. Even when the glass film was heat-treated at a higher temperature in the range of 800 to 1350 ° C., the refractive index of the glass film remained almost unchanged and was a stable glass film.

<例2a>
上部電極5及び下部電極4の加熱温度、使用ガス及び成膜時間は同じであるが、O2 ガスとC26ガスの流量比をO2 :C26=13:1とした。これにより基板上面には、例えば、波長632.8nmにおける屈折率が1.4146±0.0012のガラス膜を1.8μm±0.42μmの厚みで形成でき、基板下面には同波長における屈折率が1.4142±0.0015のガラス膜を1.8μm±0.52μmの厚さで形成することができた。
<Example 2a>
The heating temperature of the upper electrode 5 and the lower electrode 4, using gas and the film forming time is the same, the flow ratio of O 2 gas and C 2 F 6 gas O 2: C 2 F 6 = 13: set to 1. Thereby, for example, a glass film having a refractive index of 1.4146 ± 0.0012 at a wavelength of 632.8 nm can be formed on the upper surface of the substrate with a thickness of 1.8 μm ± 0.42 μm, and the refractive index at the same wavelength can be formed on the lower surface of the substrate. A glass film having a thickness of 1.4142 ± 0.0015 could be formed with a thickness of 1.8 μm ± 0.52 μm.

次に、図5(b)に示すように、第1ガラス膜51、52上に、基板50上面ではコア層を形成する第2ガラス膜を成膜する。以下<例1b>に成膜条件と形成されたガラス膜の特性結果について述べる。なお、<例2b>は<例1b>の成膜条件を変えたものである。   Next, as shown in FIG. 5B, a second glass film that forms a core layer on the upper surface of the substrate 50 is formed on the first glass films 51 and 52. Hereinafter, <Example 1b> describes the film formation conditions and the characteristic results of the formed glass film. <Example 2b> is obtained by changing the film forming conditions of <Example 1b>.

<例1b>
上部電極5及び下部電極4を同一の400℃に加熱した状態で、[Si(OC254 ]を恒温槽で75℃に加熱して気化させた蒸気とO2 ガスとN2 ガスをテープヒータ45で80℃で加熱されたガス供給配管23に導入する。ガス流量比はN2 :O2 =10:1で混合して重畳させてから反応容器11内に導入し、35分間プラズマ雰囲気下で第2ガラス膜53、54を形成した。
<Example 1b>
While the upper electrode 5 and the lower electrode 4 are heated to the same temperature of 400 ° C., steam, O 2 gas, and N 2 gas vaporized by heating [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] to 75 ° C. in a constant temperature bath. Is introduced into the gas supply pipe 23 heated at 80 ° C. by the tape heater 45. The gas flow ratio was N 2 : O 2 = 10: 1 mixed and superimposed, and then introduced into the reaction vessel 11 to form second glass films 53 and 54 in a plasma atmosphere for 35 minutes.

これにより、基板50上面の第1ガラス膜51の上層には、例えば、波長632.8nmにおける屈折率が1.47014±0.0007の第2ガラス膜53を1.8μm±0.53μmの厚さで形成でき、基板50下面の第1ガラス膜52の上層(図では下側)には、同波長における屈折率が1.4696±0.0016の第2ガラス膜54を1.7μm±0.61μmの厚さで形成することができた。   Thus, for example, the second glass film 53 having a refractive index of 1.47014 ± 0.0007 at a wavelength of 632.8 nm is formed on the upper layer of the first glass film 51 on the upper surface of the substrate 50 with a thickness of 1.8 μm ± 0.53 μm. A second glass film 54 having a refractive index of 1.4696 ± 0.0016 at the same wavelength is 1.7 μm ± 0 on the upper layer (lower side in the figure) of the first glass film 52 on the lower surface of the substrate 50. It was possible to form with a thickness of 61 μm.

<例2b>
上部電極5及び下部電極4を400℃に加熱した状態で、[Si(OC254 ]の流量を6sccm、[Ge(OCH34]の流量を0.8sccmに設定し、恒温槽で75℃に加熱して気化させた蒸気と、O2 ガスとN2 ガスをテープヒータ45で80℃に加熱された供給配管23に導入する。ガス流量比N2 :O2は14:1で混合して重畳させてから反応容器11内に導入し、35分間プラズマ雰囲気下で第2ガラス膜を形成した。
<Example 2b>
With the upper electrode 5 and the lower electrode 4 heated to 400 ° C., the flow rate of [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] is set to 6 sccm and the flow rate of [Ge (OCH 3 ) 4 ] is set to 0.8 sccm, and the temperature is kept constant. Steam vaporized by heating to 75 ° C. in the tank, and O 2 gas and N 2 gas are introduced into the supply pipe 23 heated to 80 ° C. by the tape heater 45. The gas flow ratio N 2 : O 2 was mixed at 14: 1 and superimposed, and then introduced into the reaction vessel 11 to form a second glass film in a plasma atmosphere for 35 minutes.

これにより、基板上面の第1ガラス膜上層には、例えば、波長632.8nmにおける屈折率が1.499±0.0005の第2ガラス膜を1.94μm±0.06μmの厚さで形成でき、基板下面の第1ガラス膜の上層には、同波長における屈折率が1.498±0.0008の第2ガラス膜を1.93μm±0.18μmの厚さで形成することができた。   Thereby, for example, a second glass film having a refractive index of 1.499 ± 0.0005 at a wavelength of 632.8 nm can be formed on the first glass film upper layer on the upper surface of the substrate with a thickness of 1.94 μm ± 0.06 μm. On the upper surface of the first glass film on the lower surface of the substrate, a second glass film having a refractive index of 1.498 ± 0.0008 at the same wavelength could be formed with a thickness of 1.93 μm ± 0.18 μm.

次に、図5(c)に示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングにより第2ガラス膜53を断面が矩形状のコア層55に形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, a second glass film 53 is formed on the core layer 55 having a rectangular cross section by photolithography and dry etching.

基板50上面の第2ガラス膜53を酸素雰囲気中において、1000℃で2時間加熱処理した後、室温まで下げ、その後、第2ガラス膜53上にフォトレジストを塗布、ベーキング処理する。そのレジスト膜上にコア層55の導波路パターンの描かれたフォトマスクを置いて、フォトマスクの上方から紫外線を照射する。紫外線照射後、現像してコア層55の導波路パターンと同じフォトレジストパターンが第2ガラス膜53上に得られる。次に、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、リアクティブイオンエッチング装置(RIE)を用いたドライエッチング工程で、エッチングガスとしてCHF3 ガスを流しながら、第2ガラス膜53をパターニングし、断面が矩形状のコア層55が得られる。 The second glass film 53 on the upper surface of the substrate 50 is heat-treated at 1000 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere, then lowered to room temperature, and then a photoresist is applied onto the second glass film 53 and baked. A photomask on which the waveguide pattern of the core layer 55 is drawn is placed on the resist film, and ultraviolet rays are irradiated from above the photomask. After the ultraviolet irradiation, development is performed to obtain the same photoresist pattern as the waveguide pattern of the core layer 55 on the second glass film 53. Next, using the photoresist pattern as an etching mask, the second glass film 53 is patterned while a CHF 3 gas is allowed to flow as an etching gas in a dry etching process using a reactive ion etching apparatus (RIE). A core layer 55 having a shape is obtained.

次に、図5(d)に示すように、コア層55を有する基板を再び装置1に入れ、上述の第1ガラス膜51、52と同じ組成からなる第3ガラス膜56、57を、コア層55上、第1ガラス膜51上層及び第2ガラス膜54上層(図では下側)に約10μmの膜厚で形成した。   Next, as shown in FIG. 5D, the substrate having the core layer 55 is put into the apparatus 1 again, and the third glass films 56 and 57 having the same composition as the first glass films 51 and 52 are replaced with the cores. On the layer 55, the upper layer of the first glass film 51 and the upper layer of the second glass film 54 (lower side in the figure) were formed with a film thickness of about 10 μm.

その後、基板を1100℃で酸素雰囲気中において2時間高温熱処理を施し、導波路58の完成とする。なお、高温熱処理は、800℃〜1350℃の範囲内で施せばよい。   Thereafter, the substrate is subjected to high-temperature heat treatment at 1100 ° C. in an oxygen atmosphere for 2 hours to complete the waveguide 58. In addition, what is necessary is just to give high temperature heat processing within the range of 800 to 1350 degreeC.

次に、上述の形成方法で作製された導波路58の反りと光学特性の測定結果について説明する。   Next, the measurement results of the warpage and optical characteristics of the waveguide 58 manufactured by the above-described forming method will be described.

導波路58の反りの発生は、ガラス膜形成前の直径4インチの石英ガラス基板50の反りが約7μmであったの対して、導波路58形成後のガラス基板の反りは約9μmであり、導波路形成による反りはほとんどない。なぜなら、基板50の上面及び下面に同一条件で、同一組成、同一膜厚のガラス膜が、上述のガラス膜形成方法により形成したためである。   The warpage of the waveguide 58 occurs when the quartz glass substrate 50 having a diameter of 4 inches before the glass film formation is about 7 μm, whereas the warpage of the glass substrate after the formation of the waveguide 58 is about 9 μm. There is almost no warpage due to the waveguide formation. This is because glass films having the same composition and the same film thickness are formed on the upper and lower surfaces of the substrate 50 under the same conditions by the above-described glass film forming method.

長さが30cmの直線とS字状の曲線で構成した導波路パターンからなる導波路58において、TEモード及びTMモードでの波長1550nmにおける伝搬損失を測定した。その結果、TE及びTMモード間での損失差は0.04dB以下とほとんどなく、偏波依存性の極めて小さい導波路が形成できた。また、導波路58の伝搬損失は波長1550nmにおいて、0.007dB/kmであり、超低損失の導波路が形成できた。   Propagation loss at a wavelength of 1550 nm in the TE mode and TM mode was measured in the waveguide 58 composed of a waveguide pattern composed of a straight line having a length of 30 cm and an S-shaped curve. As a result, the difference in loss between the TE and TM modes was almost 0.04 dB or less, and a waveguide with extremely small polarization dependence could be formed. The propagation loss of the waveguide 58 is 0.007 dB / km at a wavelength of 1550 nm, and an ultra-low loss waveguide can be formed.

さらに、本実施の形態の導波路の形成方法では、基板50の上下面にガラス膜が形成されるので、基板50上面側のガラス膜をフォトリソグラフィやドライエッチングにより導波路のコアパターンに形成するのに失敗したとしても、基板50下面に積層された第1及び第2ガラス膜52、54を用いて導波路パターンを加工できる。これにより、基板を無駄にすることが少なくなり、導波路の作製歩留まりの改善や、導波路の低コスト化が可能になる。   Furthermore, in the method for forming a waveguide according to the present embodiment, glass films are formed on the upper and lower surfaces of the substrate 50. Therefore, the glass film on the upper surface side of the substrate 50 is formed in the core pattern of the waveguide by photolithography or dry etching. Even if it fails, the waveguide pattern can be processed using the first and second glass films 52 and 54 laminated on the lower surface of the substrate 50. As a result, it is possible to reduce the waste of the substrate, improve the production yield of the waveguide, and reduce the cost of the waveguide.

また、製造装置2を用いて、図5(a)〜(d)に示した工程で導波路を作製しても、導波路58と同等な、反りがほとんどなく、温度変化に対する光学特性が安定し、かつ伝送損失及び偏波依存損失の非常に小さい導波路を作製することができる。   Further, even if a waveguide is manufactured in the steps shown in FIGS. 5A to 5D using the manufacturing apparatus 2, there is almost no warpage equivalent to the waveguide 58, and the optical characteristics with respect to temperature change are stable. In addition, a waveguide with very small transmission loss and polarization dependent loss can be produced.

本実施の形態のガラス膜の製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the glass film of this Embodiment. 図1の製造装置の下部電極に基板を固定する構造を示し、(a)はその平面図であり、(b)は側面図である。The structure which fixes a board | substrate to the lower electrode of the manufacturing apparatus of FIG. 1 is shown, (a) is the top view, (b) is a side view. 他の実施の形態のガラス膜の製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the glass film of other embodiment. 図3の製造装置の下部電極に基板を固定する構造を示し、(a)はその平面図であり、(b)は側面図である。The structure which fixes a board | substrate to the lower electrode of the manufacturing apparatus of FIG. 3 is shown, (a) is the top view, (b) is a side view. (a)〜(d)は、基板両面にガラス膜を成膜し、導波路を形成する工程断面図である。(A)-(d) is process sectional drawing which forms a glass film in both surfaces of a board | substrate, and forms a waveguide. 従来のCVD法によるガラス膜の製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing apparatus of the glass film by the conventional CVD method.

符号の説明Explanation of symbols

1 製造装置
4 下部電極
5 上部電極
8 ハロゲンランプヒータ
9 石英ウインドウ
11 反応容器
13 大容量排気装置
17 ギャップ
19 ガス噴射用シャワー円板
22 高周波電源
23 ガス供給管
24 基板固定部材
25 基板
26 開空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 4 Lower electrode 5 Upper electrode 8 Halogen lamp heater 9 Quartz window 11 Reaction container 13 Large capacity exhaust apparatus 17 Gap 19 Gas injection shower disk 22 High frequency power supply 23 Gas supply pipe 24 Substrate fixing member 25 Substrate 26 Open space

Claims (9)

反応容器内で上部電極と下部電極とを対向するように配置させ、その電極に高電圧を印加すると共に、下部電極上にギャップを隔てて基板を配置し、その基板の下面に開空間を形成し、その基板の上下面にガラス膜を成膜するに際して、上部電極にハロゲンランプヒータを設け、そのハロゲンランプヒータにより電極を所望温度に加熱しながら反応容器内にガラス原料となるガスを導入し、プラズマ雰囲気下での熱分解反応を起こさせて基板の上下面にガラス膜を成膜することを特徴とするガラス膜形成方法。   In the reaction vessel, the upper electrode and the lower electrode are arranged to face each other, a high voltage is applied to the electrode, and a substrate is arranged on the lower electrode with a gap, and an open space is formed on the lower surface of the substrate. When a glass film is formed on the upper and lower surfaces of the substrate, a halogen lamp heater is provided on the upper electrode, and a gas serving as a glass raw material is introduced into the reaction vessel while heating the electrode to a desired temperature by the halogen lamp heater. A glass film forming method comprising causing a thermal decomposition reaction in a plasma atmosphere to form glass films on the upper and lower surfaces of a substrate. 反応容器内で上部電極と下部電極とを対向するように配置させ、その電極に高電圧を印加すると共に、下部電極上にギャップを隔てて基板を配置し、その基板の下面に開空間を形成し、その基板の上下面にガラス膜を成膜するに際して、下部電極にハロゲンランプヒータを設け、そのハロゲンランプヒータの上部に石英ウインドウを設けて、そのハロゲンランプヒータにより電極を所望温度に加熱しながら反応容器内にガラス原料となるガスを導入し、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を起こさせて基板の上下面にガラス膜を成膜することを特徴とするガラス膜形成方法。   In the reaction vessel, the upper electrode and the lower electrode are arranged to face each other, a high voltage is applied to the electrode, and a substrate is arranged on the lower electrode with a gap, and an open space is formed on the lower surface of the substrate. When a glass film is formed on the upper and lower surfaces of the substrate, a halogen lamp heater is provided on the lower electrode, a quartz window is provided on the upper portion of the halogen lamp heater, and the electrode is heated to a desired temperature by the halogen lamp heater. A glass film forming method comprising introducing a gas as a glass raw material into a reaction vessel and causing a thermal decomposition reaction in a plasma atmosphere to form glass films on the upper and lower surfaces of the substrate. 上記ハロゲンランプヒータにより電極を300℃から600℃に加熱する請求項1または2記載のガラス膜形成方法。   The glass film forming method according to claim 1 or 2, wherein the electrode is heated from 300 ° C to 600 ° C by the halogen lamp heater. 上記ハロゲンランプヒータを設けた電極と対向する電極の温度を300℃から450℃に加熱する請求項1から3いずれかに記載のガラス膜形成方法。   The glass film forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein a temperature of an electrode facing the electrode provided with the halogen lamp heater is heated from 300 ° C to 450 ° C. 上記上部電極及び上記下部電極とを所望の同一温度に加熱した請求項1から4いずれかに記載のガラス膜形成方法。   The glass film forming method according to claim 1, wherein the upper electrode and the lower electrode are heated to a desired same temperature. 上記ギャップの高さは、5mmから40mmの範囲内である請求項1から5いずれかに記載のガラス膜形成方法。   The glass film forming method according to claim 1, wherein a height of the gap is in a range of 5 mm to 40 mm. 基板の上下面に請求項1から6いずれかのガラス膜形成方法を用いてガラス膜を形成する工程と、
そのガラス膜が形成された基板を800℃から1350℃の範囲内の温度で高温熱処理する工程と、
上記ガラス膜をフォトリソグラフィとドライエッチングにより断面が矩形状の導波路パターンを形成する工程と
上記導波路パターンを800℃から1350℃の範囲内の温度で高温熱処理する工程とを含むことを特徴とする導波路形成方法。
Forming a glass film on the upper and lower surfaces of the substrate using the glass film forming method according to claim 1;
A step of high-temperature heat treatment of the substrate on which the glass film is formed at a temperature in the range of 800 ° C. to 1350 ° C.
A step of forming a waveguide pattern having a rectangular cross section by photolithography and dry etching on the glass film, and a step of high-temperature heat-treating the waveguide pattern at a temperature in the range of 800 ° C. to 1350 ° C. A method for forming a waveguide.
ガラス膜を形成する反応容器と、該反応容器に接続され反応容器内を高真空に排気する手段と、反応容器内に上部電極と下部電極とを対向に配置させて高周波電力を印加する手段と、下部電極上にギャップを介して基板を配置すると共にその基板の下面に開空間を形成する基板固定部材と、上部電極に内蔵されたハロゲンランプヒータと、上部電極の下部電極側に設けられたガス噴出用シャワー板と、そのガス噴出用シャワー板を介して反応容器内にガラス原料となるガス等を導入する手段とを設けたことを特徴とするガラス膜製造装置。   A reaction vessel for forming a glass film, a means connected to the reaction vessel for evacuating the inside of the reaction vessel to a high vacuum, and a means for applying high-frequency power by disposing the upper electrode and the lower electrode oppositely in the reaction vessel; A substrate fixing member for disposing a substrate on the lower electrode through a gap and forming an open space on the lower surface of the substrate; a halogen lamp heater built in the upper electrode; and a lower electrode side of the upper electrode. An apparatus for producing a glass film, comprising: a gas ejection shower plate; and means for introducing a gas or the like as a glass raw material into the reaction vessel through the gas ejection shower plate. ガラス膜を形成する反応容器と、該反応容器に接続され反応容器内を高真空に排気する手段と、反応容器内に上部電極と下部電極とを対向に配置させて高周波電力を印加する手段と、下部電極上にギャップを介して基板を配置すると共にその基板の下面に開空間を形成する基板固定部材と、下部電極に内蔵されたハロゲンランプヒータと、そのハロゲンランプヒータの上部に設けられた石英ガラスウインドウと、上部電極の下部電極側に設けられたガス噴出用シャワー板と、そのガス噴出用シャワー板を介して反応容器内にガラス原料となるガス等を導入する手段とを設けたことを特徴とするガラス膜製造装置。
A reaction vessel for forming a glass film, a means connected to the reaction vessel for evacuating the inside of the reaction vessel to a high vacuum, and a means for applying high-frequency power by disposing the upper electrode and the lower electrode oppositely in the reaction vessel; A substrate fixing member for disposing a substrate on the lower electrode through a gap and forming an open space on the lower surface of the substrate; a halogen lamp heater built in the lower electrode; and an upper portion of the halogen lamp heater. A quartz glass window, a gas ejection shower plate provided on the lower electrode side of the upper electrode, and means for introducing gas or the like as a glass raw material into the reaction vessel through the gas ejection shower plate are provided. A glass film manufacturing apparatus characterized by the above.
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