JP2984130B2 - Glass film for optical waveguide by plasma CVD method and method for manufacturing optical waveguide - Google Patents

Glass film for optical waveguide by plasma CVD method and method for manufacturing optical waveguide

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JP2984130B2
JP2984130B2 JP2537992A JP2537992A JP2984130B2 JP 2984130 B2 JP2984130 B2 JP 2984130B2 JP 2537992 A JP2537992 A JP 2537992A JP 2537992 A JP2537992 A JP 2537992A JP 2984130 B2 JP2984130 B2 JP 2984130B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマCVD法によっ
て希土類元素を含んだ光導波路用ガラス膜を製造するた
めの方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a glass film for an optical waveguide containing a rare earth element by a plasma CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス導波路のコア内に希土類元
素を添加することにより、レーザーや光増幅器を実現し
ようとする研究開発が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development for realizing a laser or an optical amplifier by adding a rare earth element into a core of a glass waveguide has attracted attention.

【0003】図3はガラス導波路のコア内に希土類元素
を添加する方法の従来例を示したものである。すなわ
ち、光が伝搬するコア部と、このコア部の周りにクラッ
ド層を有するガラス光導波路膜を基板上に形成させる工
程で得られる基板上のコア部用ガラス多孔質膜を、希土
類元素と遷移金属元素から選ばれた1種類以上の元素を
含む溶液中に液浸し、該元素を上記コア部に所定濃度に
添加させ、乾燥、焼結後、フォトリソグラフィ、ドライ
エッチングプロセスによりコア部表面上にクラッド層を
堆積させてレーザー用あるいは光増幅器用希土類元素添
加ガラス導波路を得る方法である(特開平2−2508
3号公報)。
FIG. 3 shows a conventional example of a method of adding a rare earth element into a core of a glass waveguide. In other words, the core porous glass film on the substrate obtained by the step of forming a glass optical waveguide film having a cladding layer around the core portion and the core portion on which light propagates on the substrate is converted into a rare-earth element by transition. Immersion in a solution containing one or more elements selected from metal elements, adding the elements to the core at a predetermined concentration, drying and sintering, photolithography, dry etching process on the core surface This is a method of obtaining a rare-earth element-doped glass waveguide for a laser or an optical amplifier by depositing a cladding layer (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 2-2508).
No. 3).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した従来
の希土類元素添加ガラス導波路の製造方法では以下のよ
うな欠点があった。
However, the above-described conventional method for manufacturing a rare-earth-element-doped glass waveguide has the following disadvantages.

【0005】(1)コア部内に希土類元素を均一に添加
することが困難であった。すなわち、上述した方法はガ
ラス多孔質膜中に液体を含浸させる方法であるため、ガ
ラス多孔質膜の厚さ方向に濃度分布を持つことになり、
コア部内での希土類元素の濃度勾配は励起効率の低下を
招いていた。
(1) It has been difficult to uniformly add a rare earth element to the core. That is, since the above-described method is a method of impregnating the liquid into the glass porous film, the glass porous film has a concentration distribution in the thickness direction,
The concentration gradient of the rare earth element in the core portion has caused a decrease in the excitation efficiency.

【0006】(2)コア部内に希土類元素を多量に添加
することは困難であった。
(2) It has been difficult to add a large amount of rare earth elements into the core.

【0007】(3)ガラス多孔質膜を堆積させた後、こ
れを焼結して透明なガラスにする方法であるため膜厚お
よび屈折率の制御が困難であった。
(3) After depositing a porous glass film, it is difficult to control the film thickness and the refractive index because it is a method of sintering this to form a transparent glass.

【0008】(4)液体を通して不純物が混入し易く、
低損失化が困難であった。
(4) It is easy for impurities to enter through the liquid,
It was difficult to reduce the loss.

【0009】(5)焼結工程が2回必要であるため工程
数が多く、製造コストの低減化が困難であった。
(5) Since the sintering step is required twice, the number of steps is large, and it has been difficult to reduce the manufacturing cost.

【0010】そこで、本発明は上記の問題点を有効に解
決するために案出されたものであり、その主な目的はプ
ラズマCVD法を用いてガラス膜内への希土類元素の均
一添加及びその添加量制御が容易にできると共に、製造
プロセスの簡略化を達成したプラズマCVD法による光
導波路用ガラス膜および光導波路の製造方法を提供する
ものである。
Therefore, the present invention has been devised in order to effectively solve the above problems, and a main object of the present invention is to uniformly add a rare earth element to a glass film using a plasma CVD method and to improve the uniformity of the rare earth element. An object of the present invention is to provide a glass film for an optical waveguide and a method for manufacturing an optical waveguide by a plasma CVD method, in which the amount of addition can be easily controlled and the manufacturing process is simplified.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、反応容器内に対向して設置された一対
の電極の一方に低屈折率層を有する基板を配置すると共
に、上記電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生
させ、屈折率制御用ドーパントと有機オキシシラン
混合蒸気と、希土類元素を含んだ蒸気とをそれぞれ別の
搬送系で導いてきて該プラズマ雰囲気内にそれぞれ直接
吹き付け、1000℃以下に加熱された上記基板の低屈
折率層表面にこれよりも屈折率の高い屈折率制御用ドー
パントと希土類元素を含んだ透明なガラス膜を形成した
ものである。また、第二の発明は上記電極を上下方向あ
るいは左右方向のいずれかに対向させて配置させたもの
であり、第三の発明は、上記混合蒸気と希土類元素を含
んだ蒸気の少なくとも一方の蒸気は上記電極のいずれか
一方からシャワー状にプラズマ雰囲気中に吹き付けるよ
うにしたものである。また、第四の発明は第一の発明で
形成された上記ガラス膜の表面にメタル膜を形成し、該
メタル膜表面にフォトレジストパターンを形成すると共
に、該フォトレジストパターンをマスクにして上記メタ
ル膜をパターニングしてメタルパターンを形成し、該メ
タルパターンをマスクにして上記ガラス膜をパターニン
グして上記フォトレジストおよびメタル膜を剥離してガ
ラスパターンを形成し、該ガラスパターン表面上に該ガ
ラスの屈折率よりも低い値の屈折率を有する低屈折ガラ
ス膜を被覆したものである。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, a first invention is to dispose a substrate having a low refractive index layer on one of a pair of electrodes opposed to each other in a reaction vessel, A high-frequency power is applied between the electrodes to generate plasma, and a mixed vapor of a refractive index controlling dopant and an organic oxysilane and a vapor containing a rare earth element are guided by separate transport systems, respectively, and the plasma atmosphere is introduced. each direct <br/> blown in to form a transparent glass layer containing a high refractive index controlling dopant rare earth elements having a refractive index higher than that in the heated low refractive index layer surface of the substrate to 1000 ° C. or less Things. Further, the second invention is such that the electrodes are disposed so as to be opposed in either the up-down direction or the left-right direction, and the third invention is that at least one of the mixed steam and the steam containing a rare earth element is used. Is such that one of the electrodes is sprayed into the plasma atmosphere like a shower. Further, the fourth invention the metal film is formed on the surface of the glass film formed in the first invention, formation Then co photoresist pattern on the metal film surface
The metal pattern is formed by patterning the metal film using the photoresist pattern as a mask, the glass film is patterned using the metal pattern as a mask, and the photoresist and the metal film are separated to form a glass pattern. The glass pattern surface is coated with a low refractive glass film having a refractive index lower than the refractive index of the glass.

【0012】本発明に用いる有機オキシシランとして
は、例えばSi(OCH 、Si(OC
等を用いることができる。また、屈折率制御用ドーパン
の液体としては例えばPO(OC 、B(O
、Ge(OC 、Sb(OC
、Al(OC 等を少なくとも1種含ん
だ液体を用いる。また、希土類元素を含んだ蒸気として
は、常温では固体の希土類化合物、例えば、R(DP
M) 、R(HFA) 、R(FOD) 等の希土類元
素などを加熱して気化したものを用いる。尚、RはE
r、Nd、Sm、Eu、Yb、Pr、Laなどの希土類
元素、DPMは2,2,6,6−tetramethy
l−3,5−heptanedione、HFAは1,
1,1,5,5,5−Hexafluoro−2,4−
pentanedione、FODは1,1,1,2,
2,3,3−Heptafluoro−7,7−dim
ethyl−4,6−octanedioneであり、
それぞれの化学式は以下に示した通りである。
As the organic oxysilane used in the present invention, for example, Si (OCH 3 ) 4 and Si (OC 2 H 5 ) 4
Etc. can be used. Dopan for refractive index control
The capital of the liquid for example PO (OC 2 H 5) 3 , B (O
C 2 H 5 ) 4 , Ge (OC 2 H 5 ) 4 , Sb (OC 2 H)
5 ) A liquid containing at least one kind of 4 , Al (OC 2 H 5 ) 4 or the like is used. Further, as the vapor containing the rare earth element, a rare earth compound which is solid at room temperature, for example, R (DP
M) 3 , R (HFA) 3 , R (FOD) 3, or other rare earth elements or the like are heated and vaporized. Note that R is E
Rare earth elements such as r, Nd, Sm, Eu, Yb, Pr and La, and DPM is 2,2,6,6-tetramethy
l-3,5-heptanedione, HFA is 1,
1,1,5,5,5-Hexafluoro-2,4-
pentanedione, FOD is 1,1,1,2,2
2,3,3-Heptafluoro-7,7-dim
ethyl-4,6-octanedione,
Each chemical formula is as shown below.

【0013】 [0013]

【0014】[0014]

【作用】本発明は上述したような構成により、上記2種
類の蒸気を別々の搬送系で搬送するようにした結果、基
板の低屈折率層表面に散乱損失が極めて低く、透明なコ
ア用ガラス膜を形成することが可能となる。また、プラ
ズマ雰囲気内に直接、希土類元素を含んだ蒸気と、屈折
率制御用ドーパンを含んだ有機オキシシランの蒸気と
混入させるので、希土類元素および屈折率制御用ドーパ
を不要に気化させることなく均一にガラス膜中に混
入させることができ。さらに、希土類元素を含んだ蒸
気を百数十℃に保って1000℃以下のプラズマ雰囲気
中に混入させるのでプラズマ雰囲気中の温度勾配の極端
な低下を抑えることができ、基板面内、基板間での希土
類元素含有量の不均一性を小さくできる。さらに、希土
類元素のガラス膜中への添加量は希土類元素を含んだ化
合物の加熱温度、蒸気搬送用のキャリアガスGの流量を
調節することによって容易に制御することができる。し
かも得られたガラス膜は透明なガラス膜であるのでその
後、熱処理することなく、その上にメタル膜形成、フォ
トリソグラフィによるレジスト膜のパターニング、ドラ
イエッチングによるメタル膜のパターニング及びガラス
膜のパターニングを行うことによって容易に光導波路を
実現することができ、その製造方法も簡易化される。
According to the present invention, as described above, the two kinds of vapors are transported by separate transport systems, and as a result, the scattering loss on the surface of the low refractive index layer of the substrate is extremely low, and the transparent core glass is provided. A film can be formed. Also, directly into the plasma atmosphere, a vapor containing a rare earth element, including the refractive index control dopant preparative since the mixed vapor of the organic oxysilane, a rare earth element and a refractive index control beam dopa <br/> down bets required Ru can be mixed in uniformly in the glass film without vaporizing the. Further, since the vapor containing the rare-earth element is mixed at a temperature of a few hundred degrees Celsius in a plasma atmosphere of 1000 ° C. or less, the temperature gradient in the plasma atmosphere can be prevented from drastically lowering. Can reduce the non-uniformity of the rare earth element content. Further, the amount of the rare earth element added to the glass film can be easily controlled by adjusting the heating temperature of the compound containing the rare earth element and the flow rate of the carrier gas G for carrying the vapor. Moreover, since the obtained glass film is a transparent glass film, thereafter, without heat treatment, a metal film is formed thereon, a resist film is patterned by photolithography, a metal film is patterned by dry etching, and a glass film is patterned. Thereby, the optical waveguide can be easily realized, and the manufacturing method thereof is also simplified.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付図面に基づ
いて詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0016】図1は本発明の製造方法に用いるプラズマ
CVD装置の一実施例を示したものである。
FIG. 1 shows an embodiment of a plasma CVD apparatus used in the manufacturing method of the present invention.

【0017】図示するように、このプラズマCVD装置
1の反応容器である密閉ハウジング2内には上部電極3
と、3つの基板6a,6b,6cを搭載した下部電極4
とが向かい合うように設けられており、これら電極3,
4間には高周波(周波数13.56MHz)電力を印加
することによりプラズマ5が発生するようになってい
る。
As shown, an upper electrode 3 is provided in a closed housing 2 which is a reaction vessel of the plasma CVD apparatus 1.
And lower electrode 4 on which three substrates 6a, 6b, 6c are mounted
Are provided so as to face each other.
A plasma 5 is generated by applying a high frequency (frequency: 13.56 MHz) power between the four.

【0018】また、この上部電極3にはバルブ8aを備
えた蒸気搬送系の一つであるガス供給管8が接続されて
おり、このガス供給管8には二つのガス供給タンク7
a、7bが接続されて、これらガス供給タンク7a、7
b内のそれぞれの蒸気を混合して通過させ、図示矢印Y
2 に示すように、上部電極3側に供給するようになって
いる。さらに、この上部電極3には、多数のガス噴出孔
3bが形成された円板状のガスシャワー部3aが設けら
れており、ガス供給管8から供給された蒸気を図示矢印
1 に示すように、電極3、4間で発生するプラズマ5
内に均一に吹き付けるようになっている。
The upper electrode 3 is connected to a gas supply pipe 8 which is one of vapor transport systems having a valve 8a. The gas supply pipe 8 has two gas supply tanks 7 connected thereto.
a, 7b are connected to these gas supply tanks 7a, 7b.
b, mixed with each other and passed therethrough, and indicated by arrow Y
As shown in FIG. 2 , supply is made to the upper electrode 3 side. Furthermore, this upper electrode 3, and a plurality of gas ejection holes 3b are disc-shaped formed gas shower unit 3a provided, to indicate the steam supplied from the gas supply pipe 8 to the arrow Y 1 The plasma 5 generated between the electrodes 3 and 4
It is designed to spray evenly inside.

【0019】このガス供給タンク7a内には有機オキシ
シランの液体14aが貯蔵され、一方のガス供給タンク
7b内には屈折率制御用ドーパンの液体14bが貯蔵
され、これら液体14a、14bは、それぞれのガス供
給タンク7a、7bを囲繞するように設けられた恒温槽
13a、13bで所定温度に保たれている。
[0019] This is the gas supply tank 7a liquid 14a of the organic oxysilane is stored, stored liquid 14b of the refractive index control dopant metropolitan in one of the gas supply tank 7b, these liquids 14a, 14b are respectively gas supply tank 7a, a thermostat 13a which is provided so as to surround the 7b, is maintained at a predetermined temperature at 13b.

【0020】また、これらガス供給タンク7a、7bに
はそれぞれガス噴出管15a、15bが設けられてお
り、図示矢印9a、9bに示すように、酸化性ガス、酸
化性ガスを含んだ不活性ガスあるいは不活性ガスのいず
れかをガス供給タンク7a、7b内の液体14a、14
b内へ吹き込み、貯蔵されている有機オキシシラン及び
屈折率制御用ドーパンをこれらのガスで気泡化させて
蒸気化させ、ガス供給管8側へ送るようになっている。
The gas supply tanks 7a and 7b are provided with gas ejection pipes 15a and 15b, respectively. As shown by arrows 9a and 9b in the drawing, an oxidizing gas and an inert gas containing the oxidizing gas are provided. Alternatively gas supply tank 7a any inert gas, the liquid in 7b 14a, 14
blown into the b, and organic oxysilane and refractive index control beam dopant bets are stored is vaporized by bubbling with these gases, and to feed to the gas supply pipe 8.

【0021】また、このガス供給管8にはヒーター(図
示せず)等の加熱手段が設けられて恒温槽13の温度と
等しいかそれよりも若干高い温度に加熱されており、ガ
ス管8内を搬送する際に蒸気が冷却されて液化して、こ
れに溜まるのを防止するようになっている。尚、このガ
ス管8の加熱温度は通常、数十℃である。
The gas supply pipe 8 is provided with a heating means such as a heater (not shown) and is heated to a temperature equal to or slightly higher than the temperature of the thermostatic bath 13. When the steam is conveyed, the steam is cooled and liquefied to prevent accumulation in the steam. The heating temperature of the gas pipe 8 is usually several tens of degrees Celsius.

【0022】一方、下部電極4の下部にはヒータ(図示
せず)が取り付けられており、基板6a、6b、6cを
1000℃以下に加熱できるようになっている。また、
上記ハウジング2の底部中央には排気口9が形成されて
おり、さらに、この排気口には液体窒素トラップ1
0、ロータリーポンプ11および排気装置12が順に接
続されて、密閉ハウジング2内を真空排気するようにな
っている。
On the other hand, a heater (not shown) is attached below the lower electrode 4 so that the substrates 6a, 6b and 6c can be heated to 1000 ° C. or less. Also,
The center of the bottom of the housing 2 is formed with an exhaust port 9, further liquid nitrogen trap 1 to the exhaust port 9
0, a rotary pump 11 and an exhaust device 12 are connected in order to evacuate the inside of the sealed housing 2.

【0023】また、密閉ハウジング2の側部には、常温
で通常固体である希土類元素を含んだ化合物16を貯蔵
する貯蔵容器18が接続されている。この貯蔵容器18
にはヒータ17と、キャリアガスGを容器18内に導入
する導入管19が設けられており、貯蔵されている希土
類元素を含んだ化合物16を百数十℃以上に加熱して、
これを蒸気化させると共に、その蒸気をキャリアガスG
と共に、他の搬送系である導入管18aを介して電極
3,4間で発生するプラズマ5内へ導入するようになっ
ている。
A storage container 18 for storing a compound 16 containing a rare earth element, which is usually solid at normal temperature, is connected to the side of the closed housing 2. This storage container 18
Is provided with a heater 17 and an introduction pipe 19 for introducing the carrier gas G into the container 18, and heats the stored compound 16 containing a rare earth element to more than one hundred and several tens of degrees Celsius,
This is vaporized, and the vapor is converted into carrier gas G.
At the same time, the plasma is introduced into the plasma 5 generated between the electrodes 3 and 4 via an introduction tube 18a which is another transport system.

【0024】次に、このプラズマCVD装置1を用いて
本発明の光導波路用ガラス膜の形成方法を説明する。
Next, a method for forming a glass film for an optical waveguide of the present invention using the plasma CVD apparatus 1 will be described.

【0025】先ず、液体窒素トラップ装置10、ロータ
リーポンプ11および排気装置12を駆動させて、密閉
ハウジング2内を真空排気した後、この状態で下部電極
4上に載置した基板6a,6b,6cをヒーター(図示
せず)によって1000℃以下に加熱し、これら上下の
電極3,4間に高周波電力を印加してプラズマ5を発生
させる。
First, the inside of the closed housing 2 is evacuated by driving the liquid nitrogen trap device 10, the rotary pump 11 and the exhaust device 12, and then the substrates 6a, 6b, 6c placed on the lower electrode 4 in this state. Is heated to 1000 ° C. or lower by a heater (not shown), and high-frequency power is applied between these upper and lower electrodes 3 and 4 to generate plasma 5.

【0026】次に、ガス供給管8のバルブ8aを開にし
てガス供給タンク7a,7bに貯蔵されている液体14
aおよび14bの混合蒸気を電極3側から密閉ハウジン
グ2内のプラズマ5内にシャワー状に均一に噴出し、そ
れと同時に希土類元素を含んだ蒸気も導入管18aより
プラズマ5雰囲気内へ直接導入する。すると、これら液
体14aおよび14bと希土類元素を含んだ蒸気が電極
4上に搭載されている基板6a〜6cの低屈折率層の上
に蒸着し、屈折率の高い屈折率制御用ドーパントと希土
類元素を含んだSiO2 ガラス膜を形成することにな
る。尚、本実施例では液体14aの有機オキシシランと
してSi(OC2 5 4 、液体14bの屈折率制御
用ドーパントとしてGe(OC2 5 4 、化合物1
としてEr(DPM)3 それぞれ用いて基板6a,
6b,6c上にGeとErを含んだSiO2 膜を約10
μm形成し、このSiO2 膜を測定した結果、この膜は
透明な膜であり、その膜厚および屈折率の基板内面均一
性も±0.2%および±0.01%と良好であった。
Next, the valve 8a of the gas supply pipe 8 is opened to open the liquid 14 stored in the gas supply tanks 7a and 7b.
The mixed vapor of a and 14b is uniformly jetted from the electrode 3 side into the plasma 5 in the closed housing 2 in a shower shape, and at the same time, the vapor containing the rare earth element is directly introduced into the plasma 5 atmosphere from the introduction pipe 18a. Then, the liquids 14a and 14b and the vapor containing the rare earth element are deposited on the low refractive index layers of the substrates 6a to 6c mounted on the electrode 4, and the refractive index controlling dopant having a high refractive index and the rare earth element are vaporized. the will form a SiO 2 glass film containing. In this example, Si (OC 2 H 5 ) 4 was used as the organic oxysilane of the liquid 14a, Ge (OC 2 H 5 ) 4 was used as the refractive index controlling dopant of the liquid 14b, and Compound 1 was used.
Substrate 6a, using Er (DPM) 3 as 6 respectively ,
About 10 g of SiO 2 film containing Ge and Er on 6b and 6c.
and μm formed, the SiO 2 films by changing many manufacturing conditions, the film is a transparent film, its thickness and the inner surface of the substrate index homogeneity was good and ± 0.2% and ± 0.01% .

【0027】通常、上記化合物16は百数十℃以上の温
度で加熱することにより気化する。この気化した蒸気は
上記温度に保たれた搬送系内を酸化性あるいは不活性ガ
ス等のキャリアガスGによって密閉ハウジング2内に搬
送され、プラズマ5雰囲気中に直接吹き付けられる。こ
の百数十℃以上に保たれた希土類元素を含んだ蒸気のプ
ラズマ5内への導入は矢印Y1 に示すようにプラズマ5
内へ吹き付ける低温の蒸気によってプラズマ流が乱れる
のを補う効果をもつ。他方、ガス供給管8から供給され
る屈折率制御用ドーパントを含んだ有機オキシシラン
(通常常温では液体)の蒸気は、数十℃に保たれたガス
供給管8内を酸化性ガスあるいは酸化性ガスを含んだ不
活性ガスによって搬送され、プラズマ5雰囲気中に直接
導かれる。ここで上記2種類の蒸気を別々の搬送系で搬
送してプラズマ5雰囲気中へ直接導くようにした理由
は、同じ搬送系を用いた場合、一方の化合物16の気化
温度の都合上、搬送系を百数十℃に保っておく必要があ
るが、このような高温では他方のドーパントを含んだ有
機オキシシランが分解反応を起こし易く、そのため搬送
系の途中でSiO2 系の微粒子が発生し、その微粒子が
プラズマ5雰囲気中に送り込まれ、基板上に堆積された
ガラス膜中に混入するためである。すなわち、実験の結
果、このガラス膜中に混入したガラス微粒子はその大き
さが数μmから10μm程度もあり、光導波路を構成し
た場合に散乱損失を誘引する原因となることが分かっ
た。そこで、本発明のように上記2種類の蒸気を別々の
搬送系で直接プラズマ5雰囲気中へ搬送するようにした
結果、散乱損失が極めて低く透明なコア用ガラス膜を形
成することに成功した。また、1000℃以下の低温プ
ラズマ雰囲気内に百数十℃の希土類元素を含んだ蒸気
と、数十℃の屈折率制御用ドーパントを含んだ有機オキ
シシランの蒸気を混入させるので、希土類元素および屈
折率制御用ドーパントを不要に気化させることなく均一
にガラス膜中に混入させることができた。さらに、希土
類元素を含んだ蒸気を百数十℃に保って1000℃以下
にプラズマ雰囲気中に混入させるのでプラズマ雰囲気中
の温度勾配の極端な低下を抑えることができ、基板面
内、基板間での希土類元素含有量の不均一性を小さくで
きた。また、希土類元素のガラス膜中への添加量は希土
類元素を含んだ化合物の加熱温度、蒸気搬送用のキャリ
アガスGの流量を調節することによって容易に制御する
ことができる。しかも得られたガラス膜は透明なガラス
膜であるので、その後熱処理することなく、その上にメ
タル膜形成、フォトリゾグラフィによるレジスト膜のパ
ターニング、ドライエッチングによるメタル膜のパター
ニング及びガラス膜のパターニングを行うことによって
光導波路を実現することができる。
Usually, the compound 16 is vaporized by heating at a temperature of one hundred and several tens of degrees C. or more. The vaporized vapor is transported into the closed housing 2 by a carrier gas G such as an oxidizing or inert gas in the transport system maintained at the above temperature, and is directly blown into the plasma 5 atmosphere. Plasma 5 as the introduction to this hundred ℃ above kept vapor in the plasma 5 including the rare earth elements shown in the arrow Y 1
It has the effect of compensating for the disturbance of the plasma flow due to the low-temperature steam blown into the inside. On the other hand, the vapor of organic oxysilane (usually liquid at normal temperature) containing the refractive index controlling dopant supplied from the gas supply pipe 8 oxidizes the oxidizing gas or the oxidizing gas in the gas supply pipe 8 kept at several tens of degrees Celsius. And transported directly into the plasma 5 atmosphere. Here, the reason that the two kinds of vapors are transported by separate transport systems and directly led into the atmosphere of the plasma 5 is that, when the same transport system is used, the transport system is difficult due to the vaporization temperature of one compound 16. However, at such a high temperature, the organic oxysilane containing the other dopant is liable to cause a decomposition reaction, so that SiO 2 -based fine particles are generated in the middle of the transport system. This is because the fine particles are sent into the atmosphere of the plasma 5 and mixed into the glass film deposited on the substrate. That is, as a result of the experiment, it was found that the glass fine particles mixed in the glass film had a size of several μm to 10 μm, which caused scattering loss when an optical waveguide was formed. Thus, as described in the present invention, the two types of vapors are directly transported into the plasma 5 atmosphere by separate transport systems, and as a result, a transparent core glass film having extremely low scattering loss was successfully formed. In addition, since a vapor containing a rare earth element at a temperature of a few hundred degrees Celsius and an organic oxysilane vapor containing a dopant for controlling a refractive index at a temperature of several tens degrees Celsius are mixed in a low-temperature plasma atmosphere of 1000 ° C. or less, the rare earth element and the refractive index The control dopant could be uniformly mixed into the glass film without unnecessary vaporization. Further, since the vapor containing the rare earth element is mixed in the plasma atmosphere at a temperature of not less than 1000 ° C. while maintaining the temperature at a hundred and several tens of degrees Celsius, it is possible to suppress an extreme decrease in the temperature gradient in the plasma atmosphere. Can reduce the non-uniformity of the rare earth element content. Further, the amount of the rare earth element added to the glass film can be easily controlled by adjusting the heating temperature of the compound containing the rare earth element and the flow rate of the carrier gas G for carrying the vapor. Moreover, since the obtained glass film is a transparent glass film, the metal film is formed thereon, the resist film is patterned by photolithography, the metal film is patterned by dry etching, and the glass film is patterned without heat treatment. By doing so, an optical waveguide can be realized.

【0028】尚、上述したように、この有機オキシシラ
ンとしては、本実施例のSi(OC2 5 4 以外に、
例えばSi(OCH3 4 等を用いることができ、屈折
率制御用ドーパンドの液体としては本実施例のGe(O
2 5 )以外に、例えばPO(OC2 5 3 、B
(OC2 5 4 、Sb(OC2 5 4 、Al(OC
2 5 4 等を少なくとも1種含んだ液体を用いること
ができる。
As described above, the organic oxysilanes include, in addition to Si (OC 2 H 5 ) 4 of this embodiment,
For example, Si (OCH 3 ) 4 or the like can be used. As the liquid for the dopant for controlling the refractive index, Ge (OCH 3 ) of this embodiment is used.
In addition to C 2 H 5 ), for example, PO (OC 2 H 5 ) 3 , B
(OC 2 H 5 ) 4 , Sb (OC 2 H 5 ) 4 , Al (OC
A liquid containing at least one kind of 2 H 5 ) 4 or the like can be used.

【0029】次に、このガラス膜を用いて光導波路を作
成する方法について説明する。
Next, a method of forming an optical waveguide using this glass film will be described.

【0030】先ず、上記ガラス膜表面上にメタルマスク
用のメタル膜、例えばW、Ti、Cr、WSi等をスパ
ッタリングにより0.5〜1μmの厚さに形成する。そ
のメタル膜の上にフォトレジストパターンを形成するた
めのフォトリゾグラフィを行った後、ドライエッチング
プロセスを行う。この場合、まず上記フォトレジストパ
ターンをマスクにしてメタルのエッチングを行い、次い
で上記フォトレジスト及びメタルのパターンをマスクに
してガラス膜をエッチングし、略矩形状のパターンを得
る。最後にフォトレジストおよびメタル膜を剥離する。
その後、上記パタン表面上にクラッドガラス膜を被覆す
る。このクラッドガラス膜の屈折率は上ラス膜の屈折率
よりも低い値のものを用いる。
First, a metal film for a metal mask, for example, W, Ti, Cr, WSi or the like is formed on the glass film surface to a thickness of 0.5 to 1 μm by sputtering. After performing photolithography for forming a photoresist pattern on the metal film, a dry etching process is performed. In this case, first, metal etching is performed using the photoresist pattern as a mask, and then the glass film is etched using the photoresist and metal pattern as a mask to obtain a substantially rectangular pattern. Finally, the photoresist and the metal film are removed.
Thereafter, a clad glass film is coated on the pattern surface. The refractive index of the clad glass film is lower than that of the upper lath film.

【0031】次に、図2は本発明のプラズマCVD法に
よる光導波路用ガラス膜の製造方法と装置の他の実施例
を示したものである、本実施例が図1の方法及び装置と
異なる点は希土類元素を含んだ蒸気をプラズマ5内に吹
き付ける点である。すなわち、本実施例は円板状のガス
シャワー部3aが備えられた上部電極3の外周を囲繞す
るように蒸気カバー3cを設けると共に、これに希土類
元素を含んだ蒸気を発生する容器18からの導入管18
aを接続したものであり、希土類元素を含んだ蒸気を円
板状のガスシャワー部3aが備えられた上部電極3の外
周よりプラズマ5内に吹き付けるようにしたものであ
る。この方法はプラズマ5内に上記蒸気をより均一に吹
き付けることが可能となる。その結果、さらに屈折率制
御用ドーパンを含んだSiO ガラス膜内に希土類元
素を均一に添加することができる。
Next, FIG. 2 shows another embodiment of a method and an apparatus for manufacturing a glass film for an optical waveguide by the plasma CVD method of the present invention. This embodiment is different from the method and the apparatus of FIG. A point is a point at which a vapor containing a rare earth element is blown into the plasma 5. That is, in the present embodiment, the steam cover 3c is provided so as to surround the outer periphery of the upper electrode 3 provided with the disk-shaped gas shower section 3a, and the steam cover 3c is provided from the vessel 18 for generating steam containing a rare earth element. Introductory pipe 18
a, and a vapor containing a rare-earth element is blown into the plasma 5 from the outer periphery of the upper electrode 3 provided with the disk-shaped gas shower portion 3a. This method makes it possible to spray the vapor into the plasma 5 more uniformly. As a result, it is possible to uniformly doped with a rare earth element further SiO 2 in the glass film containing a refractive index controlling dopant and.

【0032】尚、以上の実施例は、一対の電極3,4が
上部と下部に配置するように構成たが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、例えば基板を一方の固定さ
せる手段があれば、電極3,4が左右に位置するように
対向させて配置させてもよい。また、排気口12の位置
も反応容器2内の底部ではなく、側面や上部に設けても
よい。すなわち図1及び図2において、X方向およびY
方向のいずれか上になってもよい。また基板の枚数も上
記実施例に限定されず、必要に応じて変えることもでき
る。
[0032] The above embodiment has a pair of electrodes 3 and 4 is configured to be positioned at the top and bottom, the present invention is not limited thereto, one fixed to the substrate, for example If there is a means, the electrodes 3 and 4 may be arranged facing each other so as to be located on the left and right. Further, the position of the exhaust port 12 may be provided on the side surface or the upper portion instead of the bottom portion in the reaction vessel 2. That is, in FIG. 1 and FIG.
It may be on any of the directions. Also, the number of substrates is not limited to the above embodiment, but can be changed as needed.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、希土類元
素をガラス膜中に均一に添加することができると共に、
その添加量も容易に制御することができ、さらに、透明
なガラス膜を形成できる。しかも、製造方法が簡易であ
るため、製造コストの低減化等を容易に達成できる等と
いった優れた効果を有する。
In summary, according to the present invention, the rare earth element can be uniformly added to the glass film.
The addition amount can be easily controlled, and a transparent glass film can be formed. In addition, since the manufacturing method is simple, there is an excellent effect that the manufacturing cost can be easily reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に用いるプラズマCVD装置の一実施例
を示した概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a plasma CVD apparatus used in the present invention.

【図2】本発明に用いるプラズマCVD装置の他の実施
例を示した概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing another embodiment of the plasma CVD apparatus used in the present invention.

【図3】従来の希土類元素ガラス導波路の製造方法を示
す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a method for manufacturing a conventional rare earth element glass waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 反応容器 3,4 基板 5 プラズマ 6a,6b、6c 基板 8a、18a 搬送系 14a 有機オキシシラン 14b 屈折率制御用ドーパン 16 希土類元素化合物2 reaction containers 3 and 4 substrate 5 plasma 6a, 6b, 6c substrate 8a, 18a transport system 14a organic oxysilane 14b for refractive index control dopant preparative 16 rare-earth compound

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社アドバンスリサーチセンタ内 (56)参考文献 特開 平3−220506(JP,A) 特開 平3−122281(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/12 - 6/14 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsuyuki Imoto 3550 Kida Yomachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Advanced Research Center Co., Ltd. (56) References JP-A-3-220506 (JP, A) JP Hei 3-122281 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 6/ 12-6/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反応容器内に対向して設置された一対の
電極の一方に低屈折率層を有する基板を配置すると共
に、上記電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生
させ、屈折率制御用ドーパントと有機オキシシランとの
混合蒸気と、希土類元素を含んだ蒸気とをそれぞれ別の
搬送系で導いてきて該プラズマ雰囲気内にそれぞれ直接
吹き付け、1000℃以下に加熱された上記基板の低屈
折率層表面にこれよりも屈折率の高い屈折率制御用ドー
パントと希土類元素を含んだ透明なガラス膜を形成した
ことを特徴とするプラズマCVD法による光導波路用ガ
ラス膜の製造方法。
1. A substrate having a low refractive index layer is disposed on one of a pair of electrodes opposed to each other in a reaction vessel, and a high-frequency power is applied between the electrodes to generate plasma, and a refractive index is generated. The mixed vapor of the control dopant and the organic oxysilane, and the vapor containing the rare earth element are respectively guided by different transport systems and directly blown into the plasma atmosphere, respectively, and the low refraction of the substrate heated to 1000 ° C. or less is performed. A method for producing a glass film for an optical waveguide by a plasma CVD method, comprising forming a transparent glass film containing a refractive index controlling dopant having a higher refractive index and a rare earth element on the surface of a refractive index layer.
【請求項2】 上記電極を上下方向あるいは左右方向の
いずれかに対向させて配置させたことを特徴とする請求
項1記載のプラズマCVD法による光導波路用ガラス膜
の製造方法。
2. The method for producing a glass film for an optical waveguide by a plasma CVD method according to claim 1, wherein the electrodes are arranged so as to face either the vertical direction or the horizontal direction.
【請求項3】 上記混合蒸気と希土類元素を含んだ蒸気
の少なくとも一方の蒸気は上記電極のいずれか一方から
シャワー状にプラズマ雰囲気中に吹き付けるようにした
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマCVD法によ
る光導波路用ガラス膜の製造方法。
3. The plasma according to claim 1, wherein at least one of the mixed vapor and the vapor containing the rare earth element is blown from one of the electrodes into a plasma atmosphere like a shower. A method for producing a glass film for an optical waveguide by a CVD method.
【請求項4】 反応容器内に対向して設置された一対の
電極の一方に低屈折率層を有する基板を配置すると共
に、上記電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生
させ、屈折率制御用ドーパントと有機オキシシランとの
混合蒸気と、希土類元素を含んだ蒸気とをそれぞれ別の
搬送系で導いてきて該プラズマ雰囲気内にそれぞれ直接
吹き付け、1000℃以下に加熱された上記基板の低屈
折率層表面にこれよりも屈折率の高い屈折率制御用ドー
パントと希土類元素を含んだ透明なガラス膜を形成した
後、該ガラス膜の表面にメタル膜を形成し、該メタル膜
表面にフォトレジストパターンを形成すると共に、該フ
ォトレジストパターンをマスクにして上記メタル膜をパ
ターニングしてメタルパターンを形成し、該メタルパタ
ーンをマスクにして上記ガラス膜をパターニングして上
記フォトレジストおよびメタル膜を剥離してガラスパタ
ーンを形成し、該ガラスパターン表面上に該ガラスの屈
折率よりも低い値の屈折率を有する低屈折ガラス膜を被
覆したことを特徴とする光導波路の製造方法。
4. A substrate having a low-refractive-index layer is disposed on one of a pair of electrodes opposed to each other in a reaction vessel, and a high-frequency power is applied between the electrodes to generate a plasma, The mixed vapor of the control dopant and the organic oxysilane, and the vapor containing the rare earth element are respectively guided in separate transport systems, and are directly blown into the plasma atmosphere, respectively, and heated to 1000 ° C. or less. After forming a transparent glass film containing a higher refractive index controlling dopant and a rare earth element on the surface of the low refractive index layer of the substrate, a metal film is formed on the surface of the glass film, and the metal film is formed. A photoresist pattern is formed on the surface, and the metal film is patterned using the photoresist pattern as a mask to form a metal pattern. The metal pattern is used as a mask. Patterning the glass film, peeling the photoresist and the metal film to form a glass pattern, and coating the glass pattern surface with a low refractive glass film having a refractive index lower than that of the glass. A method for manufacturing an optical waveguide, comprising:
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