JP2005187847A - Method for forming glass film, apparatus for manufacturing the same, and method for forming waveguide - Google Patents
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Abstract
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
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(OC2H5)4]69、[Ge(OCH3)4]70、[P(OCH3)3]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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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、C2F6等のガスが用いられる。
The gas introduced into the
アルコレート系の液体ソースとしては、[Si(OC2H5)4 ]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
Si系液体ソース28の他に、[Ge(OCH3)4]等のGe系液体ソース31、[P(OCH3)4]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
また、O2、N2、NH3 、C2F6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、C2F6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
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
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
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
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C2F6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
O2 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、C2F6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
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、C2F6ガスとの液体反応が起こるためである。
The temperature in the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
また、Si系液体ソース28、O2 ガス、C2F6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、P2O5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
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 、C2F6、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 、C2F6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
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
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 |
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
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
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
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
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
<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(OC2H5)4 ]を気化したガスとO2 ガスとC2F6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 :C2F6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
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
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
<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C2F6ガスの流量比をO2 :C2F6=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
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
<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(OC2H5)4 ]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
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
<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(OC2H5)4 ]の流量を6sccm、[Ge(OCH3)4]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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (9)
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.
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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GB2478269A (en) * | 2009-12-18 | 2011-09-07 | Surrey Nanosystems Ltd | Nanomaterials growth system and method |
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