JP3279495B2 - Optical waveguide film forming method - Google Patents

Optical waveguide film forming method

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JP3279495B2
JP3279495B2 JP2402897A JP2402897A JP3279495B2 JP 3279495 B2 JP3279495 B2 JP 3279495B2 JP 2402897 A JP2402897 A JP 2402897A JP 2402897 A JP2402897 A JP 2402897A JP 3279495 B2 JP3279495 B2 JP 3279495B2
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optical waveguide
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waveguide film
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vacuum vessel
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哲也 服部
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理や光通
信に用いられる光導波路の光導波膜の形成方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an optical waveguide film of an optical waveguide used for optical information processing and optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光導波路のコア層となるべき
光導波膜を基板の上に形成する方法について種々の方法
が知られており、例えば、火炎堆積法(FHD法)、平
行平板型プラズマCVD法、誘導結合型プラズマCVD
法等が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been known for forming an optical waveguide film to be a core layer of an optical waveguide on a substrate, such as a flame deposition method (FHD method) and a parallel plate type. Plasma CVD method, inductively coupled plasma CVD
The law is known.

【0003】火炎堆積法は、SiCl4 を高温加水分解
してSiO2 微粒子を基板上に堆積させた後、その堆積
層を1000℃以上の高熱で焼結してガラス化し、これ
を光導波膜とするものである。
In the flame deposition method, SiCl 4 is hydrolyzed at a high temperature to deposit fine particles of SiO 2 on a substrate, and then the deposited layer is sintered at a high temperature of 1000 ° C. or more to be vitrified. It is assumed that.

【0004】平行平板型プラズマCVD法(例えば、特
開平8−133785号公報および特開平8−2622
60号公報を参照)は、真空容器中に互いに平行に配置
された上部電極板と下部電極板との間に基板を置き、こ
れら上部電極板と下部電極板との間でプラズマを発生さ
せ、そのプラズマ内で反応ガスを活性化させて、基板上
に光導波膜を堆積するものである。
[0004] A parallel plate type plasma CVD method (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-133785 and 8-2622)
No. 60), a substrate is placed between an upper electrode plate and a lower electrode plate arranged in parallel in a vacuum vessel, and plasma is generated between the upper electrode plate and the lower electrode plate; The reaction gas is activated in the plasma to deposit an optical waveguide film on the substrate.

【0005】誘導結合型プラズマCVD法(例えば、特
開平8−262250号公報を参照)は、真空容器中に
基板を置き、コイルに高周波電力を印加してプラズマを
発生させ、そのプラズマ内でジクロルシラン(SiH2
Cl2)を活性化させて、基板上に光導波膜を堆積する
ものである。
In the inductively coupled plasma CVD method (see, for example, JP-A-8-262250), a substrate is placed in a vacuum vessel, high-frequency power is applied to a coil to generate plasma, and dichlorosilane is generated in the plasma. (SiH 2
Cl 2 ) is activated to deposit an optical waveguide film on the substrate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来法それぞれは以下のような問題点がある。すなわち、
火炎堆積法は、光導波膜を形成するのに堆積工程および
ガラス化工程の2工程を必要とし、また、堆積条件およ
び焼結条件がドーパントの種類毎に異なるため制御パラ
メータを細かに制御することが必要であることから、作
業性が悪いという問題点がある。また、1000℃以上
の高熱処理を必要とすることから、同一基板上にトラン
ジスタ等の電気素子と共に集積化することは困難であ
る。
However, each of the above-mentioned conventional methods has the following problems. That is,
The flame deposition method requires two steps, a deposition step and a vitrification step, to form an optical waveguide film. In addition, since deposition conditions and sintering conditions are different for each type of dopant, fine control of control parameters is required. However, there is a problem that workability is poor because of the necessity. In addition, since a high heat treatment at 1000 ° C. or higher is required, it is difficult to integrate the transistor and other electric elements on the same substrate.

【0007】平行平板型プラズマCVD法では、上述の
火炎堆積法が有する問題点が無い。しかし、平行電極板
により発生されるプラズマが低密度であることから、基
板上の光導波膜の堆積速度が遅いため、光導波路膜の形
成に長時間を要するという問題点がある。
[0007] The parallel plate type plasma CVD method does not have the problems of the above-described flame deposition method. However, since the plasma generated by the parallel electrode plates has a low density, the deposition rate of the optical waveguide film on the substrate is low, and thus there is a problem that it takes a long time to form the optical waveguide film.

【0008】また、従来の誘導結合型プラズマCVD法
は、上述の火炎堆積法が有する問題点が無く、また、基
板上の光導波膜の堆積速度が比較的速い。しかし、反応
ガスとしてジクロルシランを使用していることから、埋
め込み性(ステップ・カバリッジ)が悪い。すなわち、
図6の断面図に示したように、従来の誘導結合型プラズ
マCVD法により、基板1上に形成された光導波膜をパ
ターニングしてコア層2を形成し、更にその上にオーバ
クラッド層3を堆積すると、コア層2の側面にはオーバ
クラッド層3が形成されない。したがって、微細な導波
路パターンを埋め込めず、あるいは、導波路パターンが
割れるという問題点がある。また、ジクロルシランを使
用することから、金属製チャンバおよび配管の内部の劣
化を招いたり、作業者の安全を損なう危険があって作業
性が悪いという問題点もある。
The conventional inductively coupled plasma CVD method does not have the problems of the above-described flame deposition method, and the deposition rate of the optical waveguide film on the substrate is relatively high. However, since dichlorosilane is used as a reaction gas, the embedding property (step coverage) is poor. That is,
As shown in the cross-sectional view of FIG. 6, an optical waveguide film formed on a substrate 1 is patterned by a conventional inductively coupled plasma CVD method to form a core layer 2, and an over cladding layer 3 is further formed thereon. Is deposited, the over cladding layer 3 is not formed on the side surface of the core layer 2. Therefore, there is a problem that a fine waveguide pattern cannot be embedded or the waveguide pattern is broken. In addition, since dichlorosilane is used, there is a problem in that the inside of the metal chamber and piping is deteriorated, and there is a risk of impairing the safety of an operator, resulting in poor workability.

【0009】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、優れた作業性と速い成膜速度で光導波
膜を形成することができ、且つ、高熱処理が不要な光導
波膜形成方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is capable of forming an optical waveguide film with excellent workability and a high film forming speed, and which does not require high heat treatment. It is an object to provide a film forming method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波膜形
成方法は、基板が置かれた真空容器内に酸素ガス、有機
シリコン化合物ガスおよび有機金属ガスを導入し、真空
容器内で酸素ガス、有機シリコン化合物ガスおよび有機
金属ガスを誘導結合高周波プラズマ状態として反応さ
せ、有機金属ガスに含まれる金属元素がドープされたシ
リコン酸化物を光導波膜として基板上に形成する、こと
を特徴とする。
According to a method for forming an optical waveguide film according to the present invention, an oxygen gas, an organic silicon compound gas and an organometallic gas are introduced into a vacuum vessel on which a substrate is placed, and the oxygen gas is introduced into the vacuum vessel. Reacting the organosilicon compound gas and the organometallic gas in an inductively-coupled high-frequency plasma state to form a silicon oxide doped with a metal element contained in the organometallic gas on the substrate as an optical waveguide film. .

【0011】この光導波膜形成方法によれば、真空容器
内に導入された酸素ガス、有機シリコン化合物ガスおよ
び有機金属ガスは、誘導結合高周波プラズマとなって反
応し、その結果、基板上には、有機金属ガスに含まれる
金属元素がドープされたシリコン酸化物が光導波膜とし
て形成される。
According to this optical waveguide film forming method, the oxygen gas, the organic silicon compound gas and the organic metal gas introduced into the vacuum vessel react as inductively coupled high-frequency plasma, and as a result, remain on the substrate. Then, a silicon oxide doped with a metal element contained in the organic metal gas is formed as an optical waveguide film.

【0012】また、有機金属ガスは、Ge,Ti,P,
B,Al,Er,As,Ga,S,SnおよびZnのう
ちの少なくとも1種の元素を含むアルコキシドであるこ
とを特徴とする。これらの何れかの元素がドープされた
光導波膜の屈折率は、その元素の種類に応じて設定され
る。
The organometallic gas includes Ge, Ti, P,
It is an alkoxide containing at least one element of B, Al, Er, As, Ga, S, Sn and Zn. The refractive index of the optical waveguide film doped with any of these elements is set according to the type of the element.

【0013】また、真空容器内への有機シリコン化合物
ガスおよび有機金属ガスの導入量比を調整して、光導波
膜の屈折率を設定することを特徴とする。また、真空容
器内の電極板の上に基板を載置し、その電極板に印加す
る高周波電力を調整して、光導波膜の屈折率を設定する
ことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the refractive index of the optical waveguide film is set by adjusting the introduction ratio of the organosilicon compound gas and the organometallic gas into the vacuum vessel. Further, the present invention is characterized in that a substrate is placed on an electrode plate in a vacuum vessel, and high-frequency power applied to the electrode plate is adjusted to set the refractive index of the optical waveguide film.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0015】先ず、本実施形態に係る光導波膜形成方法
の説明に先立って、本実施形態に係る光導波膜形成方法
を実施するのに好適な製造装置の1例について説明す
る。図1は、その製造装置の構成を説明する図である。
First, prior to the description of the optical waveguide film forming method according to the present embodiment, an example of a manufacturing apparatus suitable for performing the optical waveguide film forming method according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the manufacturing apparatus.

【0016】その内部に誘導結合高周波プラズマを発生
させるための真空容器30は、ガス導入口32、ガス排
気口34および高周波導入窓36を有している。ガス導
入口32は、酸素ガス、有機シリコン化合物ガスおよび
有機金属ガスを導入するための口であり、これらのガス
を供給するためのガス供給装置(図示せず)が接続さ
れ、また、ガス導入量を調整するためのガス流量制御装
置(図示せず)が設けられている。また、ガス排気口3
4は、真空容器34内のガスを排気するための口であ
り、真空ポンプ(図示せず)が接続され、また、排気コ
ンダクタンスを調整するための排気量調整バルブ(図示
せず)が設けられている。また、高周波導入窓36は、
真空容器30外に設けられたコイル50により発生した
高周波電磁場を真空容器30内へ透過させるためのもの
である。
A vacuum vessel 30 for generating inductively coupled high-frequency plasma therein has a gas inlet 32, a gas exhaust port 34, and a high-frequency inlet window 36. The gas inlet 32 is an inlet for introducing an oxygen gas, an organic silicon compound gas, and an organic metal gas, and is connected to a gas supply device (not shown) for supplying these gases. A gas flow controller (not shown) for adjusting the volume is provided. Gas exhaust port 3
Reference numeral 4 denotes a port for exhausting the gas in the vacuum vessel 34, to which a vacuum pump (not shown) is connected, and an exhaust amount adjusting valve (not shown) for adjusting the exhaust conductance is provided. ing. The high-frequency introduction window 36 is
This is for transmitting a high-frequency electromagnetic field generated by the coil 50 provided outside the vacuum vessel 30 into the vacuum vessel 30.

【0017】真空容器30の内部空間の下方には、基板
12を載置する電極板40が設けられている。この電極
板40には、整合回路42を介して屈折率調整用高周波
電源44が接続されるとともに、冷却水循環パイプ46
が接続されている。屈折率調整用高周波電源44は、周
波数が数百kHzから数MHzであって出力電力が数十
W〜数百Wの高周波電力を出力して電極板40に印加す
るものであり、電極板40に印加される電力値に依っ
て、クラッド12の上に形成される光導波膜の屈折率を
調整するためのものである。整合回路42は、屈折率調
整用高周波電源44と電極板40との間のインピーダン
ス整合をとって、屈折率調整用高周波電源44から出力
された高周波電力を電極板40に効率良く印加するため
のものである。また、冷却水循環パイプ46は、印加さ
れた高周波電力によって電極板40の温度が上昇するの
で、電極板40の内部または周囲に冷却水を循環させる
ことにより、その温度上昇を抑えるものである。
An electrode plate 40 on which the substrate 12 is mounted is provided below the inner space of the vacuum vessel 30. The electrode plate 40 is connected to a high-frequency power supply 44 for adjusting the refractive index via a matching circuit 42 and a cooling water circulation pipe 46.
Is connected. The high-frequency power supply 44 for adjusting the refractive index outputs high-frequency power having a frequency of several hundred kHz to several MHz and an output power of several tens W to several hundred W and applies the same to the electrode plate 40. The purpose of this is to adjust the refractive index of the optical waveguide film formed on the clad 12 depending on the power value applied to the optical waveguide. The matching circuit 42 performs impedance matching between the refractive index adjusting high frequency power supply 44 and the electrode plate 40 to efficiently apply the high frequency power output from the refractive index adjusting high frequency power supply 44 to the electrode plate 40. Things. Since the temperature of the electrode plate 40 rises due to the applied high-frequency power, the cooling water circulation pipe 46 suppresses the temperature rise by circulating the cooling water inside or around the electrode plate 40.

【0018】真空容器30の上方であって高周波導入窓
36に近接して設けられたコイル50は、真空容器30
の内部空間に誘導結合高周波プラズマを発生させるため
のものであり、整合回路52を介してプラズマ発生用高
周波電源54が接続されている。プラズマ発生用高周波
電源54は、周波数が数十MHzで出力電力が数百W〜
数千Wの高周波電力を出力してコイル50に印加するも
のである。また、整合回路52は、プラズマ発生用高周
波電源54とコイル50との間のインピーダンス整合を
とって、プラズマ発生用高周波電源54から出力された
高周波電力をコイル50に効率良く印加するためのもの
である。
The coil 50 provided above the vacuum vessel 30 and close to the high frequency introducing window 36 is
For generating inductively-coupled high-frequency plasma in the internal space, and a high-frequency power supply for plasma generation 54 is connected via a matching circuit 52. The plasma generating high-frequency power supply 54 has a frequency of several tens of MHz and an output power of several hundred W
It outputs high-frequency power of several thousand W and applies it to the coil 50. The matching circuit 52 performs impedance matching between the plasma-generating high-frequency power supply 54 and the coil 50 to efficiently apply the high-frequency power output from the plasma-generating high-frequency power supply 54 to the coil 50. is there.

【0019】次に、本実施形態に係る光導波膜形成方
法、および、その光導波膜形成から光導波路完成に到る
までの光導波路の製造方法について説明する。なお、光
導波路の製造工程は、大きく3工程に分けられ、本実施
形態に係る光導波膜形成工程、コア層形成工程およびオ
ーバクラッド層形成工程からなる。図2は、光導波路の
製造工程の説明図である。本実施形態に係る光導波膜形
成工程が終了した時点では、基板12上に光導波膜14
が形成されている(図2(a))。コア層形成工程で
は、表面に塗布されたレジストがマスク20を介して露
光され(図2(b))、光導波膜14をエッチングする
ことによりコア層16が形成される(図2(c))。そ
して、オーバクラッド層形成工程で、基板12およびコ
ア層16の上にオーバクラッド層18が形成される(図
2(d))。以下、光導波路の製造工程について詳細に
説明する。
Next, a method of forming an optical waveguide film according to the present embodiment and a method of manufacturing an optical waveguide from the formation of the optical waveguide film to the completion of the optical waveguide will be described. The manufacturing process of the optical waveguide is roughly divided into three processes, and includes an optical waveguide film forming process, a core layer forming process and an over cladding layer forming process according to the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the optical waveguide. When the optical waveguide film forming step according to the present embodiment is completed, the optical waveguide film 14 is formed on the substrate 12.
Are formed (FIG. 2A). In the core layer forming step, the resist applied to the surface is exposed through the mask 20 (FIG. 2B), and the core layer 16 is formed by etching the optical waveguide film 14 (FIG. 2C). ). Then, in the over cladding layer forming step, the over cladding layer 18 is formed on the substrate 12 and the core layer 16 (FIG. 2D). Hereinafter, the manufacturing process of the optical waveguide will be described in detail.

【0020】最初に、光導波膜形成工程を行い、基板1
2の上に光導波膜14を形成する。図3は、本実施形態
に係る光導波膜形成工程のフローチャートである。この
光導波膜形成工程は、以下のステップからなる。
First, an optical waveguide film forming step is performed, and the substrate 1
The optical waveguide film 14 is formed on 2. FIG. 3 is a flowchart of the optical waveguide film forming process according to the present embodiment. This optical waveguide film forming step includes the following steps.

【0021】ステップS11では、真空容器30内の電
極板40の上に基板(例えば石英基板)12を載置した
後に、真空容器30を密閉し、冷却水循環パイプ46に
より冷却水を循環させて電極板40を200℃以下に維
持すべく冷却し、ガス排気口34に接続された真空ポン
プにより真空容器30内を排気して10-5Pa以下とす
る。
In step S11, the substrate (for example, a quartz substrate) 12 is placed on the electrode plate 40 in the vacuum vessel 30, and then the vacuum vessel 30 is closed. The plate 40 is cooled to maintain the temperature at 200 ° C. or lower, and the inside of the vacuum vessel 30 is evacuated to 10 -5 Pa or lower by a vacuum pump connected to the gas exhaust port 34.

【0022】続くステップS12では、ガス導入口32
に接続されたガス供給装置およびガス流量制御装置によ
り、酸素ガス100sccm、有機シリコン化合物ガス
としてシリコンアルコキシド10sccm、および、有
機金属ガスとしてゲルマニウムアルコキシド5sccm
を、真空容器30内に導入するとともに、ガス排気口3
4に設けられた排気量調整バルブにより、真空容器30
内の気圧を10Paとする。
In the following step S12, the gas inlet 32
100 sccm of oxygen gas, 10 sccm of silicon alkoxide as an organic silicon compound gas, and 5 sccm of germanium alkoxide as an organic metal gas by a gas supply device and a gas flow control device connected to
Is introduced into the vacuum vessel 30 and the gas exhaust port 3
The vacuum vessel 30 is controlled by the displacement control valve provided in the vacuum vessel 30.
The internal pressure is 10 Pa.

【0023】ここで、有機シリコン化合物ガスとして、
TEOS(Tetraethoxy Silane)やTMOS(Tetramet
hoxy Silane )等のシリコンアルコキシドが好適であ
る。また、有機金属ガスとして、ゲルマニム(Ge)の
他、チタン(Ti),リン(P),ホウ素(B),アル
ミニウム(Al),エルビウム(Er),砒素(A
s),ガリウム(Ga),イオウ(S),スズ(Sn)
および亜鉛(Zn)等のアルコキシドも好適である。ま
た、有機シリコン化合物ガスおよび有機金属ガスの導入
量比は、基板12上に形成される光導波膜の屈折率の所
期値に応じて適切に調整される。
Here, as the organic silicon compound gas,
TEOS (Tetraethoxy Silane) and TMOS (Tetramet
Silicon alkoxides such as hoxy silane) are preferred. As the organic metal gas, in addition to germanium (Ge), titanium (Ti), phosphorus (P), boron (B), aluminum (Al), erbium (Er), arsenic (A)
s), gallium (Ga), sulfur (S), tin (Sn)
And alkoxides such as zinc (Zn) are also suitable. Further, the introduction ratio of the organosilicon compound gas and the organometallic gas is appropriately adjusted according to the desired value of the refractive index of the optical waveguide film formed on the substrate 12.

【0024】更に続くステップS13では、屈折率調整
用高周波電源44により、例えば周波数400kHzで
出力電力50W〜500Wの高周波電力を電極板40に
印加するとともに、プラズマ発生用高周波電源54によ
り、例えば周波数13.56MHzで出力電力1000
Wの高周波電力をコイル50に印加して、所定時間この
状態を維持する。
In the following step S13, a high-frequency power of, for example, 400 kHz and an output power of 50 W to 500 W is applied to the electrode plate 40 by the high-frequency power supply 44 for adjusting the refractive index, and the high-frequency power supply 54 for generating plasma, for example, has a frequency of 13 kHz. Output power 1000 at .56 MHz
The high frequency power of W is applied to the coil 50, and this state is maintained for a predetermined time.

【0025】コイル50に高周波電力が印加されると、
電磁誘導により高周波電磁場が発生し、その高周波電磁
場は高周波導入窓36を透過して、真空容器30の内部
空間にも高周波電磁場が生じる。そして、この高周波電
磁場により真空容器30内のガス(酸素ガス、有機シリ
コン化合物ガスおよび有機金属ガス)が高温に加熱され
て電離しプラズマ状態となる。このようにして発生する
プラズマを誘導結合高周波プラズマという。そして、プ
ラズマとなったこれらのガスが反応し、その結果、有機
金属ガスに含まれる金属元素がドープされたシリコン酸
化物が、光導波膜14として基板12上に形成される
(図2(a))。
When high frequency power is applied to the coil 50,
A high-frequency electromagnetic field is generated by the electromagnetic induction, and the high-frequency electromagnetic field is transmitted through the high-frequency introduction window 36, so that a high-frequency electromagnetic field is also generated in the internal space of the vacuum vessel 30. Then, the gas (oxygen gas, organosilicon compound gas, and organometallic gas) in the vacuum vessel 30 is heated to a high temperature by the high-frequency electromagnetic field and ionized to be in a plasma state. The plasma generated in this way is called inductively coupled high frequency plasma. Then, these gases turned into plasma react, and as a result, silicon oxide doped with a metal element contained in the organometallic gas is formed on the substrate 12 as the optical waveguide film 14 (FIG. 2A )).

【0026】なお、真空容器30内のプラズマの電子密
度をプローブ測定したところ、電子密度1013以上の高
密度プラズマが得られていることが確認された。これ
は、本発明では、コイル50に高周波電力を印加して誘
導結合高周波プラズマを発生させることにより、誘導加
熱の効果が加わるため、平行平板型プラズマCVD法の
場合よりも高密度のプラズマが発生したものと考えられ
る。また、屈折率調整用高周波電源44により周波数4
00kHzで電力値300Wの高周波電力を電極板40
に印加して、上記のプラズマ状態を約15分間継続して
光導波膜14を基板12上に形成したところ、得られた
光導波膜14の厚みは8μmであり、光導波膜14の屈
折率は1.4615であった。さらに、屈折率調整用高
周波電源44から出力される高周波電力の電力値を50
Wから500Wまでの各値で光導波膜14を形成したと
ころ、光導波膜14の屈折率はその電力値と線形関係に
あることが確認された。
When the electron density of the plasma in the vacuum chamber 30 was measured by a probe, it was confirmed that high-density plasma having an electron density of 10 13 or more was obtained. This is because, in the present invention, the high-frequency power is applied to the coil 50 to generate the inductively coupled high-frequency plasma, so that the effect of induction heating is added. It is thought that it was done. In addition, a frequency of 4
The high frequency power having a power value of 300 W at 00 kHz is
And the above-mentioned plasma state was continued for about 15 minutes to form the optical waveguide film 14 on the substrate 12. The thickness of the obtained optical waveguide film 14 was 8 μm, and the refractive index of the optical waveguide film 14 was Was 1.4615. Further, the power value of the high-frequency power output from the high-frequency power supply
When the optical waveguide film 14 was formed at each value from W to 500 W, it was confirmed that the refractive index of the optical waveguide film 14 had a linear relationship with the power value.

【0027】以上のようにして所期の屈折率および厚み
の光導波膜14が基板12上に形成されると、屈折率調
整用高周波電源44およびプラズマ発生用高周波電源5
4それぞれの出力を停止し、ガス導入口32およびガス
排気口34それぞれを閉じ、また、冷却水循環パイプ4
6による冷却水の循環も停止して、光導波膜14が表面
に形成された基板12(図2(a))を真空容器30内
から外に取り出す。以上で、光導波膜形成工程は終了す
る。
When the optical waveguide film 14 having the desired refractive index and thickness is formed on the substrate 12 as described above, the high-frequency power supply 44 for adjusting the refractive index and the high-frequency power supply 5
4, the output of each gas is stopped, the gas inlet 32 and the gas outlet 34 are closed, and the cooling water circulation pipe 4
The circulation of the cooling water by 6 is also stopped, and the substrate 12 (FIG. 2A) on which the optical waveguide film 14 is formed is taken out of the vacuum vessel 30. Thus, the optical waveguide film forming step is completed.

【0028】このように、本発明に係る光導波膜形成方
法は、1工程で済み、且つ、取り扱い容易なガスを用い
るので、作業性に優れている。また、火炎堆積法では必
要であった高熱の焼結工程が、本方法では不要であるの
で、基板12は高温となることはなく、したがって、ト
ランジスタ等の電気素子をも基板12上に集積化するこ
とが可能である。また、冷却水循環パイプ46により冷
却水が循環された電極板40の上に基板12が載置され
ることも、基板12が高温となるのを防いでいる。ま
た、ガスを誘導結合高周波プラズマとして反応させて光
導波膜14を形成するので、光導波膜14の成膜速度が
速い。さらに、光導波膜14の屈折率は、有機金属ガス
に含まれる金属元素の種類、有機シリコン化合物ガスと
有機金属ガスとの導入量比、および、電極板40に印加
される高周波電力の電力値のうちの何れかを調整するこ
とにより、初期の値に設定されるので、光導波膜14の
屈折率の制御が容易である。
As described above, the method for forming an optical waveguide film according to the present invention requires only one step and uses a gas which can be easily handled, and thus is excellent in workability. In addition, since the high-temperature sintering step, which was required in the flame deposition method, is not required in the present method, the substrate 12 does not reach a high temperature. Therefore, electric elements such as transistors are integrated on the substrate 12. It is possible to Also, the substrate 12 is placed on the electrode plate 40 in which the cooling water is circulated by the cooling water circulation pipe 46, which also prevents the substrate 12 from becoming hot. Further, since the gas is reacted as inductively coupled high-frequency plasma to form the optical waveguide film 14, the film forming speed of the optical waveguide film 14 is high. Further, the refractive index of the optical waveguide film 14 depends on the type of the metal element contained in the organometallic gas, the introduction ratio between the organosilicon compound gas and the organometallic gas, and the power value of the high-frequency power applied to the electrode plate 40. By adjusting any of the above, the initial value is set, so that the refractive index of the optical waveguide film 14 can be easily controlled.

【0029】続いて、コア層形成工程を行い、光導波膜
14を所定形状のコア層16にパターニングする。すな
わち、光導波膜14が形成された基板12の表面全体に
レジストを塗布し、所定パターンのマスク20を用いて
フォトリソグラフィにより導波路パターンを露光・転写
する(図2(b))。そして、このフォトリソグラフィ
により得られたレジストパターンをマスクとしてドライ
エッチングを行うことにより、光導波膜14のうちの不
要部分を除去して、コア層16を形成する(図2
(c))。このドライエッチングとして約90分間のC
4 RIEを行ったところ、コア層16の高さは8.5
μmであった。
Subsequently, a core layer forming step is performed to pattern the optical waveguide film 14 into a core layer 16 having a predetermined shape. That is, a resist is applied to the entire surface of the substrate 12 on which the optical waveguide film 14 is formed, and the waveguide pattern is exposed and transferred by photolithography using a mask 20 having a predetermined pattern (FIG. 2B). Then, by performing dry etching using the resist pattern obtained by the photolithography as a mask, unnecessary portions of the optical waveguide film 14 are removed, and the core layer 16 is formed.
(C)). About 90 minutes of C
When F 4 RIE was performed, the height of the core layer 16 was 8.5.
μm.

【0030】最後に、オーバクラッド層形成工程を行
い、基板12およびコア層16の上にオーバクラッド層
18を形成する。図4は、オーバクラッド層形成工程の
フローチャートである。このオーバクラッド層形成工程
は、以下のステップからなる。
Finally, an over cladding layer forming step is performed to form an over cladding layer 18 on the substrate 12 and the core layer 16. FIG. 4 is a flowchart of the over cladding layer forming step. This over cladding layer forming step includes the following steps.

【0031】ステップS21では、真空容器30内の電
極板40の上に、コア層16が形成されている基板12
を載置し、真空容器30を密閉し、冷却水循環パイプ4
6により冷却水を循環させて電極板40を200℃以下
に維持すべく冷却し、ガス排気口34に接続された真空
ポンプにより真空容器30内を排気して10-5Pa以下
とする。
In step S21, the substrate 12 on which the core layer 16 is formed is placed on the electrode plate 40 in the vacuum vessel 30.
And the vacuum vessel 30 is sealed, and the cooling water circulation pipe 4
The cooling water is circulated by 6 to cool the electrode plate 40 so as to maintain it at 200 ° C. or less, and the inside of the vacuum vessel 30 is evacuated to 10 -5 Pa or less by a vacuum pump connected to the gas exhaust port 34.

【0032】続くステップS22では、ガス導入口32
に接続されたガス供給装置およびガス流量制御装置によ
り、酸素ガス100sccmおよび有機シリコン化合物
ガス10sccmを真空容器30内に導入するととも
に、ガス排気口34に設けられた排気量調整バルブによ
り、真空容器30内の気圧を10Paとする。
In the following step S22, the gas inlet 32
100 sccm of oxygen gas and 10 sccm of organic silicon compound gas are introduced into the vacuum vessel 30 by a gas supply device and a gas flow control device connected to the vacuum vessel 30, and the vacuum vessel 30 is provided by a displacement control valve provided at a gas exhaust port 34. The internal pressure is 10 Pa.

【0033】更に続くステップS23では、屈折率調整
用高周波電源44により、例えば周波数400kHzで
出力電力50W〜600Wの高周波電力を電極板40に
印加するとともに、プラズマ発生用高周波電源54によ
り、例えば周波数13.56MHzで出力電力1000
Wの高周波電力をコイル50に印加して、所定時間この
状態を維持する。
In the subsequent step S23, a high-frequency power of, for example, 400 kHz and an output power of 50 W to 600 W is applied to the electrode plate 40 by the high-frequency power source 44 for adjusting the refractive index, and the high-frequency power source 54 for generating plasma, for example, has a frequency of 13 kHz. Output power 1000 at .56 MHz
The high frequency power of W is applied to the coil 50, and this state is maintained for a predetermined time.

【0034】コイル50に高周波電力が印加されると高
周波電磁場が発生し、その高周波電磁場は高周波導入窓
36を透過して、真空容器30の内部空間にも高周波電
磁場が生じて、真空容器30内のガス(酸素ガスおよび
有機シリコン化合物ガス)が高温に加熱されてプラズマ
状態となる。そして、これらのガスが反応し、その結
果、シリコン酸化物からなるオーバクラッド層18が基
板12上に形成される(図2(d))。このようなプラ
ズマ状態を約60分間継続してオーバクラッド層18を
基板12上に形成したところ、得られたオーバクラッド
層18の厚みは30μmであった。
When high-frequency power is applied to the coil 50, a high-frequency electromagnetic field is generated. The high-frequency electromagnetic field is transmitted through the high-frequency introduction window 36, and a high-frequency electromagnetic field is also generated in the internal space of the vacuum vessel 30. (Oxygen gas and organic silicon compound gas) are heated to a high temperature to be in a plasma state. Then, these gases react, and as a result, an over cladding layer 18 made of silicon oxide is formed on the substrate 12 (FIG. 2D). When the overcladding layer 18 was formed on the substrate 12 by maintaining such a plasma state for about 60 minutes, the thickness of the obtained overcladding layer 18 was 30 μm.

【0035】このようにして所期の厚みのオーバクラッ
ド層18が基板12上に形成されると、屈折率調整用高
周波電源44およびプラズマ発生用高周波電源54それ
ぞれの出力を停止し、ガス導入口32およびガス排気口
34それぞれを閉じ、また、冷却水循環パイプ46によ
る冷却水の循環も停止して、コア層16およびオーバク
ラッド層18が表面に形成された基板12(図2
(d))を真空容器30内から外に取り出す。以上で、
オーバクラッド層形成工程は終了する。
When the overcladding layer 18 having the desired thickness is thus formed on the substrate 12, the outputs of the refractive index adjusting high-frequency power supply 44 and the plasma generating high-frequency power supply 54 are stopped, and the gas inlet 32 and the gas exhaust port 34 are closed, and the circulation of the cooling water by the cooling water circulation pipe 46 is also stopped, so that the substrate 12 having the core layer 16 and the over cladding layer 18 formed on the surface (FIG.
(D) is taken out of the vacuum container 30. Above,
The over cladding layer forming step ends.

【0036】以上のようにして製造された光導波路の断
面を電子顕微鏡で観察したところ、図5に示した断面図
のように、良好な埋め込み特性が得られた。これは、上
述したオーバクラッド層形成工程によれば、基板12の
上面ならびにコア層18の上面および側面に有機シリコ
ン化合物ガスが付着した後、この有機シリコン化合物と
酸素とが反応してシリコン酸化物が生成されるので、こ
のシリコン酸化物がオーバクラッド層18としてコア層
16の側面にも形成されることに因る。
When the cross section of the optical waveguide manufactured as described above was observed with an electron microscope, good embedding characteristics were obtained as shown in the cross-sectional view of FIG. According to the above-described overcladding layer forming step, after the organosilicon compound gas adheres to the upper surface of the substrate 12 and the upper surface and side surfaces of the core layer 18, the organosilicon compound reacts with oxygen to react with the silicon oxide. Is generated, so that this silicon oxide is also formed on the side surface of the core layer 16 as the over cladding layer 18.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、真空容器内に導入された酸素ガス、有機シリコン
化合物ガスおよび有機金属ガスは、誘導結合高周波プラ
ズマとなって反応し、その結果、基板上には、有機金属
ガスに含まれる金属元素がドープされたシリコン酸化物
が光導波膜として形成される。
As described above in detail, according to the present invention, oxygen gas, organosilicon compound gas and organometallic gas introduced into the vacuum vessel react as inductively coupled high-frequency plasma. On the substrate, a silicon oxide doped with a metal element contained in an organic metal gas is formed as an optical waveguide film.

【0038】したがって、本発明に係る光導波膜形成工
程は、1工程で済み、且つ、取り扱い容易なガスを用い
るので、作業性に優れている。また、火炎堆積法では必
要であった高熱の焼結工程が、本方法では不要であるの
で、基板は高温となることはなく、トランジスタ等の電
気素子をも基板上に集積化することが可能である。ま
た、ガスを誘導結合高周波プラズマとして反応させて光
導波膜を形成するので、光導波膜の成膜速度が速い。さ
らに、光導波膜の屈折率は、有機金属ガスに含まれる金
属元素の種類、有機シリコン化合物ガスと有機金属ガス
との導入量比、および、電極板に印加される高周波電力
の電力値のうちの何れかを調整することにより、初期の
値に設定されるので、光導波膜の屈折率の制御が容易で
ある。
Therefore, the optical waveguide film forming step according to the present invention is completed in one step, and a gas which is easy to handle is used, so that the workability is excellent. In addition, since the high-temperature sintering step, which was required in the flame deposition method, is not required in the present method, the substrate does not reach a high temperature, and electric elements such as transistors can be integrated on the substrate. It is. Further, since the gas is reacted as inductively coupled high-frequency plasma to form the optical waveguide film, the film formation speed of the optical waveguide film is high. Further, the refractive index of the optical waveguide film depends on the type of the metal element contained in the organometallic gas, the introduction ratio of the organosilicon compound gas to the organometallic gas, and the power value of the high-frequency power applied to the electrode plate. Is adjusted to an initial value, so that the refractive index of the optical waveguide film can be easily controlled.

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

【図1】本実施形態に係る光導波膜形成方法を実施する
のに好適な製造装置の構成の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a manufacturing apparatus suitable for performing an optical waveguide film forming method according to an embodiment.

【図2】光導波路の製造工程の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of an optical waveguide.

【図3】本実施形態に係る光導波膜形成工程のフローチ
ャートである。
FIG. 3 is a flowchart of an optical waveguide film forming process according to the embodiment.

【図4】オーバクラッド層形成工程のフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart of an over cladding layer forming step.

【図5】本実施形態に係る光導波膜形成方法により製造
された光導波路の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical waveguide manufactured by the optical waveguide film forming method according to the embodiment.

【図6】従来の誘導結合型プラズマCVDにより製造さ
れた光導波路の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an optical waveguide manufactured by a conventional inductively coupled plasma CVD.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…基板、14…光導波膜、16…コア層、18…オ
ーバクラッド層、20…マスク、30…真空容器、32
…ガス導入口、34…ガス排気口、36…高周波導入
窓、40…電極板、42…整合回路、44…屈折率調整
用高周波電源、46…冷却水循環パイプ、50…コイ
ル、52…整合回路、54…プラズマ発生用高周波電
源。
12: substrate, 14: optical waveguide film, 16: core layer, 18: over cladding layer, 20: mask, 30: vacuum vessel, 32
... gas inlet, 34 ... gas exhaust port, 36 ... high frequency introduction window, 40 ... electrode plate, 42 ... matching circuit, 44 ... high frequency power supply for refractive index adjustment, 46 ... cooling water circulation pipe, 50 ... coil, 52 ... matching circuit , 54 ... High frequency power supply for plasma generation.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−262250(JP,A) 特開 平8−262260(JP,A) 特開 平8−260156(JP,A) 特開 平6−59147(JP,A) 特開 平8−166520(JP,A) 特開 平8−262251(JP,A) 特開 平7−41951(JP,A) 特開 平7−41953(JP,A) M.V.Bazylenko et. al.,Electronics Le tters,1996年6月20日,Vol. 32 No.13,pp.1198−1199 M.Svalgaard et.a l.,Electronics Let ters,1994年8月18日,Vol.30 No.17,pp.1401−1403 下田毅 et.al.,1996年電子情 報通信学会総合大会講演論文集,1996年 3月11日,エレクトロニクス1,p. 230 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 - 6/14 G02F 1/00 - 1/035 G02F 1/29 - 3/02 C03C 15/00 - 23/00 C03B 1/00 - 5/44 C03B 8/00 - 8/04 C03B 19/12 - 20/00 C23C 16/00 - 16/50 Continuation of front page (56) References JP-A-8-262250 (JP, A) JP-A-8-262260 (JP, A) JP-A-8-260156 (JP, A) JP-A-6-59147 (JP, A) JP-A-8-166520 (JP, A) JP-A-8-262251 (JP, A) JP-A-7-41951 (JP, A) JP-A-7-41953 (JP, A) V. Bazilenko et. Al. , Electronics Letters, June 20, 1996, Vol. 32 No. 13, pp. 1198-1199 M.P. Svalgaard et. a l. , Electronics Letters, August 18, 1994, Vol. 30 No. 17, pp. 1401-1403 Takeshi Shimoda et. al. , 1996, IEICE General Conference, March 11, 1996, Electronics 1, p. 230 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6/12-6 / 14 G02F 1/00-1/035 G02F 1/29-3/02 C03C 15/00-23/00 C03B 1/00-5/44 C03B 8/00-8/04 C03B 19/12-20/00 C23C 16/00-16/50

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板が置かれた真空容器内に酸素ガス、
有機シリコン化合物ガスおよび有機金属ガスを導入し、
前記真空容器内で前記酸素ガス、前記有機シリコン化合
物ガスおよび前記有機金属ガスを誘導結合高周波プラズ
マ状態として反応させ、前記有機金属ガスに含まれる金
属元素がドープされたシリコン酸化物を光導波膜として
前記基板上に形成する、ことを特徴とする光導波膜形成
方法。
1. An oxygen gas in a vacuum vessel in which a substrate is placed.
Introduce organosilicon compound gas and organometallic gas,
The oxygen gas, the organosilicon compound gas and the organometallic gas are reacted in an inductively coupled high-frequency plasma state in the vacuum vessel, and a silicon oxide doped with a metal element contained in the organometallic gas is used as an optical waveguide film. Forming an optical waveguide film on the substrate.
【請求項2】 前記有機金属ガスは、Ge,Ti,P,
B,Al,Er,As,Ga,S,SnおよびZnのう
ちの少なくとも1種の元素を含むアルコキシドである、
ことを特徴とする請求項1記載の光導波膜形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the organometallic gas is Ge, Ti, P,
An alkoxide containing at least one element of B, Al, Er, As, Ga, S, Sn and Zn;
The method for forming an optical waveguide film according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記真空容器内への前記有機シリコン化
合物ガスおよび前記有機金属ガスの導入量比を調整し
て、前記光導波膜の屈折率を設定する、ことを特徴とす
る請求項1記載の光導波膜形成方法。
3. The refractive index of the optical waveguide film is set by adjusting an introduction ratio of the organosilicon compound gas and the organometallic gas into the vacuum vessel. Optical waveguide film forming method.
【請求項4】 前記真空容器内の電極板の上に前記基板
を載置し、前記電極板に印加する高周波電力を調整し
て、前記光導波膜の屈折率を設定する、ことを特徴とす
る請求項1記載の光導波膜形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the substrate is placed on an electrode plate in the vacuum vessel, and a high-frequency power applied to the electrode plate is adjusted to set a refractive index of the optical waveguide film. The method for forming an optical waveguide film according to claim 1.
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