JP3915644B2

JP3915644B2 - 光導波路の製造方法及び光導波路の製造装置

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Publication number: JP3915644B2
Application number: JP2002277891A
Authority: JP
Inventors: 克之井本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2007-05-16
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の製造方法及び光導波路の製造装置に係り、特に、光伝搬損失が少ないスラブ型光導波路の製造方法及び光導波路の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスラブ型光導波路は、図１２に示すように、基板１２１の表面に形成した低屈折率ガラス層１２２の内部に、断面略矩形状の高屈折率のガラス薄膜１２３を形成した構造、または図１３に示すように、低屈折率の基板１３１の表面に断面略矩形状の高屈折率のガラス薄膜１３３を形成し、そのガラス薄膜１３３を覆うように低屈折率ガラス層１３２を形成した構造を呈している。
【０００３】
図１２及び図１３に示した光導波路１２０，１３０の内、光導波路１３０は、基板１３１の表面にＣＶＤ法、電子ビーム蒸著法、スパッタリング法、火炎堆積法などを用いて高屈折率のガラス薄膜１３３を形成し、その後、フォトリソグラフィ工程、ドライエッチング工程、及び低屈折率ガラス層１３２の形成工程などを経て製造される。中でも、基板１３１の表面に、液体ソースプラズマＣＶＤ法を用いてガラス薄膜１３３を形成してなる光導波路が実用化されている。
【０００４】
液体ソースプラズマＣＶＤ法を用いてガラス薄膜を成膜する光導波路のＣＶＤ製造装置を図１４に示すように、このＣＶＤ製造装置１５０は、反応室１４０と、反応室１４０内に液体ソースを供給する供給手段１６０とで主に構成される。
【０００５】
反応室１４０には、高真空に排気するための排気装置１４１ａ，１４１ｂが接続されている。また、反応室１４０の内部には、上部電極１４２及び下部電極１４３が所望間隔で対向配置されており、電極１４２，１４３間に高周波電圧１４４を印加することで、それぞれを４００℃、５００℃に加熱する。また、下部電極１４３上には、複数枚（図１４中では３枚）の基板１４５ａ〜１４５ｃが載置されている。
【０００６】
供給手段１６０は、アルコキシド系の液体ソース１６１［Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄（以下、ＴＥＯＳと表す）］，１６２［Ｇｅ（ＯＣＨ₃）₄（以下、ＴＭＧと表す）］，１６３［Ｐ（ＯＣＨ₃）₃（以下、ＴＭＰと表す）］を貯槽した各恒温槽と、各恒温槽と反応室１４０とを接続する供給ライン１６５とで構成される。この供給ライン１６５を通って、各液体ソース１６１，１６２，１６３の蒸気及びＯ₂ガス１６４の混合ガス１６６が反応室１４０内に供給される。
【０００７】
反応室１４０内の、上部電極１４２の下面側には、同心の多重リングからなるシャワー板１４６が設けられており、このシャワー板１４６に供給ライン１６５が接続される。シャワー板１４６の下面側には多数個の穴１４７が形成されており、シャワー板１４６に供給された混合ガス１６６を、穴１４７から基板１４５ａ〜１４５ｃの上面に吹き付けると共に、プラズマ雰囲気下で熱分解を行うことにより、基板１４５ａ〜１４５ｃの表面にガラス薄膜を形成する。なお、１４８は、基板１４５ａ〜１４５ｃ上に均一なガラス薄膜を形成するための側面保護板である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４に示した製造装置１５０を用いて製造した従来の光導波路は、その光伝搬損失が、光ファイバの光伝搬損失（０．２×ｌ０^-5ｄＢ／ｃｍ）と比較して非常に大きいという問題があった。例えば、波長１５５０ｎｍにおいて、基板とガラス薄膜との比屈折率差（以下、Δと示す）が０．３％では光伝搬損失は０．０ｌｄＢ／ｃｍ程度と比較的小さいが、Δが大きくなるにしたがって光伝搬損失も増加し、Δが１．５％では０．０７ｄＢ／ｃｍ程度と非常に大きくなる。
【０００９】
従来の光導波路において光伝般損失が大きい原因を調べてみると、波長が１５５０ｎｍ、Δが１．５％の場合におけるＣＶＤガラス薄膜の光伝搬損失が０．０１ｄＢ／ｃｍ程度と大きいことに起因していた。ＣＶＤガラス薄膜の光伝搬損失が大きい主な原因は、ＣＶＤ法によるガラス薄膜の作成方法に起因しているものと思われるが、具体的な要因は明らかでなかった。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、光伝搬損失が小さい光導波路の製造方法及び光導波路の製造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る光導波路の製造方法は、反応室と連通部を介して接続された予備室内に少なくとも表層に低屈折率層を有する基板を搬入・配設し、連通部を閉じた状態で、反応室内を所定の真空度及び温度に調整し、予備室内を反応室と略同等の真空度及び温度に調整した後、連通部を開放して基板を予備室から反応室へ搬入し、連通部を閉じ、プラズマ雰囲気下で熱分解を行い基板表面に高屈折率のガラス薄膜を形成するものである。
【００１４】
これによって、ガラス薄膜内に伝搬した光が不均一に散乱することによって生じる光散乱損失を著しく低減することができ、光伝搬損失が小さい光導波路を得ることができる。
【００１６】
また、ガラス薄膜を形成した後、連通部を開放して、反応室を所定の真空度及び温度に保持したまま、成膜後の基板を反応室と略同等の真空度及び温度を有する予備室へ搬出し、その後、予備室外へ取り出すことが好ましい。
【００１８】
また、基板表面に洗浄ガスを吹き付けながら、基板を予備室内に搬入することが好ましい。基板表面に洗浄ガスを吹き付けながら、基板を予備室から外部へ搬送してもよい。
【００１９】
また、ガラス薄膜に超短パルスのレーザビームを照射し、ガラス薄膜の内部に、ガラス薄膜よりも更に高屈折率なパターン部を形成することが好ましい。
【００２０】
また、ガラス薄膜を成膜した基板を、ドライクリーン容器内に配設された石英製のピン上に載置し、１０００〜１３００℃の温度に加熱する熱処理を施すことが好ましい。
【００２１】
また、ガラス薄膜を成膜した基板を予備室内に搬入・配設し、連通部を閉じた状態で、反応室内を所定の真空度及び温度に調整し、予備室内を反応室と略同等の真空度及び温度に調整した後、連通部を開放して、基板を予備室から反応室へ搬入し、連通部を閉じて第２熱分解を行い、ガラス薄膜の表面を覆うように低屈折率のガラス薄膜を形成することが好ましい。
【００２２】
これによって、基板表面及びガラス薄膜表面に付着する異物粒子の数を制御することができ、その結果、光伝搬損失が小さい光導波路を得ることができる。
また、本発明に係る光導波路の製造装置は、所定の真空度に調整する第１の排気手段及び所定の温度に調整する第１の加熱手段を備え、高真空、プラズマ雰囲気下で基板にガラス薄膜を形成するための反応室と、反応室にソースを供給する供給手段と、反応室に開閉手段を備えた連通部を介して接続された予備室からなり、予備室は予備室内を反応室と略同等の真空度に調整する第２の排気手段及び予備室内を反応室と略同等の温度に調整する第２の加熱手段と、基板を予備室から反応室へあるいは反応室から予備室へ搬送する搬送手段を備えるものである。また、基板表面に洗浄ガスを吹き付けながら、基板を予備室内に搬入し、あるいは基板を予備室から外部に搬送する洗浄搬送手段を更に備えることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２４】
本発明者は、ＣＶＤ法を用いて種々のプロセス条件で作成したガラス薄膜について、それぞれ光伝搬損失を測定し、光伝搬損失の増加要因を新しい観点から検討・究明を行った。
【００２５】
その結果、ガラス薄膜の成膜前に、基板表面にパーティクル（異物粒子）が付着すると（又はガラス薄膜の成膜中に、ガラス薄膜中にパーティクルが混入すると）、パーティクルの上に形成されるガラス薄膜は、パーティクルを核としてドーム状に成長し、結果的にガラス薄膜表面にドーム状の盛り上がり部が形成される。このガラス薄膜内に光信号が伝播していくと、盛り上がり部の直下の部分で光信号が不均一に散乱されて散乱損失を引き起こし、これによって光伝搬損失が増大してしまうということがわかった。特に、光伝搬損失は、ガラス薄膜を成膜する前に基板表面に付着していたパーティクル数の影響を非常に強く受けていることを初めて見出し、パーティクル数と光伝搬損失との相関関係を導き出した。
【００２６】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る光導波路１０は、少なくとも表層に低屈折率層を有する基板１１の、表面１１ａに付着するパーティクル数（異物粒子の数）を３０個以内、好ましくは２０個以内に制御した状態で、基板表面１１ａに高屈折率のガラス薄膜１２を形成し、そのガラス薄膜１２の表面１２ａを覆うように低屈折率ガラス薄膜１３を形成してなるものである。
【００２７】
好ましくは、基板表面１１ａに付着するパーティクル数を３０個以内、望ましくは２０個以内に制御した状態で、基板表面１１ａにガラス薄膜１２を形成し、ガラス薄膜１２の表面１２ａに付着するパーティクル数を１０個以内に制御した状態で、ガラス薄膜表面１２ａに低屈折率ガラス薄膜１３を形成する。
【００２８】
より好ましくは、基板表面１１ａに付着するパーティクル数およびガラス薄膜１２中に混入するパーティクル数を３０個以内、望ましくは２０個以内に制御した状態で、基板表面１１ａにガラス薄膜１２を形成し、ガラス薄膜１２の表面１２ａに付着するパーティクル数を１０個以内に制御した状態で、ガラス薄膜表面１２ａに低屈折率ガラス薄膜１３を形成する。
【００２９】
ここで言う、少なくとも表層に低屈折率層を有する基板１１とは、少なくとも基板１１の表層部が低屈折率層で構成された基板１１のことであり、当然、基板１１の全体を低屈折率層で構成したものであってもよい。また、パーティクル数とは、表面１１ａ（又は１２ａ）において検出される粒径が１〜６μｍの各異物粒子の総和である。
【００３０】
基板１１の構成材としては、スラブ型光導波路の基板として慣用的に用いられているものであれば全て適用可能であり、特に限定するものではなく、例えば、ＳｉＯ₂基板や、ガラス基板の表面にＳｉＯ₂からなる低屈折率層を形成したものなどが挙げられる。
【００３１】
ガラス薄膜１２の構成材としては、ＳｉＯ₂にＧｅＯ₂のみを添加したもの、ＳｉＯ₂にＧｅＯ₂及びＰ₂Ｏ₅を添加したものを用いることができる。その場合、基板１１とガラス薄膜１２とのΔが０．５〜４％の範囲になるように、ＧｅＯ₂、又はＧｅＯ₂及びＰ₂Ｏ₅の添加量を調整することが好ましい。この添加量の調整により、Δの調整が可能となる。また、ガラス薄膜１２内に、少なくとも１種の希土類元素を、１００〜３０００ｐｐｍの範囲で添加してもよい。
【００３２】
低屈折率ガラス薄膜１３の構成材としては、ＳｉＯ₂、又はＳｉＯ₂にＦを添加したものを用いることができる。
【００３３】
次に、本発明に係る光導波路１０の製造方法を、添付図面に基づいて説明する。
【００３４】
本発明に係る光導波路の製造方法に用いるＣＶＤ製造装置の概略図を図５に示す。ここで、図１，図１４と同様の部材については同じ符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、ＣＶＤ製造装置５０は、図１４に示したＣＶＤ製造装置１５０と略同じ構成を呈しており、反応室１４０と、反応室１４０内に液体ソースを供給する供給手段１６０と、反応室１４０と連通部６４を介して接続された予備室６０とで主に構成される。
【００３６】
反応室１４０に搬入される直前の各基板１１を一旦収容する予備室６０には、高真空に排気するための排気装置６１が接続されている。また、予備室６０には、各基板１１を、予備室６０外から予備室６０内に又は予備室６０内から予備室６０外に出し入れするための供給・取り出しライン６２が接続されている。このライン６２の一部の領域を、基板洗浄部６３に形成する。基板洗浄部６３は、例えば、ライン６２上に、洗浄ガスをシャワー状に吹き付けるための吹き付け装置（図示せず）を設けることで構成される。
【００３７】
反応室１４０と予備室６０とを接続する連通部６４内部には、開閉手段６５が設けられる。開閉手段６５としては、連通部６４を気密に開閉自在とすることができるものであれば特に限定するものではなく、例えば、バルブやシャッターなどが適用可能である。
【００３８】
反応室１４０における上部電極１４２の下面側に設けられるシャワー板１４６を取り囲むように、側面保護板５８が設けられる。この側面保護板５８における連通部６４に臨んだ部分には、穴５８ａが形成される。この穴５８ａを介して、基板搬送機構６６が側面保護板５８の内部空間に挿抜され、各基板１１が予備室６０から反応室１４０へ又は反応室１４０から予備室６０へ搬入・搬出される。
【００３９】
このような構成の製造装置５０を用い、先ず、連通部６４の開閉手段６５を閉じた状態で、排気装置１４１ａ，１４１ｂを稼働させて反応室１４０内を所定の真空度（例えば、１０Ｐａ程度）に排気する。これと並行して、高周波電圧１４４により、高周波（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１ｋＷ）を電極１４２，１４３間に印加し、図示しない加熱手段などを用いて電極１４２を３５０℃、電極１４３を４００℃にまで昇温加熱する。一方、反応室１４０と連通部６４を介して接続された予備室６０においては、各基板１１が、ライン６２を介して予備室６０外から予備室６０内に搬入される。この搬入時、ライン６２の中途に形成した基板洗浄部６３において、各基板１１の表面のガス洗浄を行うことが好ましい。
【００４０】
次に、開閉手段６５を閉じた状態のまま排気装置６１を稼働させて、予備室６０内の真空度が反応室１４０内の真空度と略同等になるまで真空排気する。また、この時、図示しない加熱手段を用いて、予備室６０内の温度は反応室１４０内の温度と略同等（例えば、３５０〜４００℃）に加熱・昇温される。
【００４１】
次に、開閉手段６５を開放し、連通部６４を介して予備室６０及び反応室１４０を連通させた後、矢印Ｂ１の方向に基板搬送機構６６を移動させ、各基板１１を、予備室６０から、連通部６４及び穴５８ａを介して、予め昇温されておいた反応室１４０へ搬入し、電極１４３上に載置する。その後、基板搬送機構６６を矢印Ｂ２の方向に移動させ、再び開閉手段６５を閉じる。
【００４２】
次に、アルコキシド系の各液体ソース１６１，１６２，１６３の蒸気及びＯ₂ガス１６４の混合ガス１６６を、供給ライン１６５を介して、反応室１４０内に供給する。反応室１４０内に供給された混合ガス１６６を、シャワー板１４６の穴１４７を介して各基板１１の上面に吹き付けると共に、プラズマ雰囲気下で熱分解し、各基板１１上にガラス薄膜１２（図１参照）を形成する。
【００４３】
次に、ガラス薄膜１２を成膜した後、開閉手段６５を閉じた状態で、排気装置６１を稼働させて予備室６０内を反応室１４０と略同等の真空度にする。その後、開閉手段６５を開放して基板搬送機構６６を矢印Ｂ１方向に移動させ、成膜後の各基板１１を基板搬送機構６６上に載置した後、基板搬送機構６６を矢印Ｂ２方向に移動させ、成膜後の各基板１１を反応室１４０から予備室６０へ搬出する。この搬出時、電極１４２，１４３を所定の温度（３５０℃及び４００℃）に保持したままにしておくことが好ましい。また、この搬出時、予備室６０内の温度も、反応室１４０内の温度と略同等（例えば、３５０〜４００℃）に昇温される。
【００４４】
次に、各基板１１を反応室１４０から予備室６０へ搬出した後、開閉手段６５を閉じ、ライン６２を介して各基板１１を予備室６０内から予備室６０外に取り出す。この取出しの際、ライン６２の中途に設けられた基板洗浄部６３により、各基板１１上に形成されたガラス薄膜表面のガス洗浄を行う。
【００４５】
その後、ガラス薄膜１２を成膜した各基板１１の表面に、図１に示した低屈折率ガラス薄膜１３を形成する。低屈折率ガラス薄膜１３の形成方法は、図５の製造装置５０と同様のものを用い、液体ソースとしてＴＥＯＳ１６１だけを用いる以外は、ガラス薄膜１２の成膜方法と略同じである。これによって、ガラス薄膜１２の表面１２ａを、例えば、ＳｉＯ₂で構成される低屈折率ガラス薄膜１３で覆うことができる。尚、液体ソースと共に混合するＯ₂ガス１６４にＣＦ₄を添加し、Ｆを含有するＳｉＯ₂で構成される低屈折率ガラス薄膜を形成してもよい。
【００４６】
ここで、前述の方法で製造した低パーティクルのガラス薄膜１２の表面１２ａを、低屈折率ガラス薄膜１３で覆う際、ガラス薄膜１２の表面１２ａ（ガラス薄膜１２と低屈折率ガラス薄膜１３との界面）に付着するパーティクル数が１０個以内となるように制御を行う。これにより、ガラス薄膜１２の低伝搬損失特性を、図１に示した３次元のスラブ型光導波路１０においても保持することができる。尚、当然のことながら、光導波路１０の低損失特性は、ガラス薄膜１２の表面１２ａを低屈折率ガラス薄膜１３で覆った構造により達成されるものである。
【００４７】
製造装置１５０を用いた従来の製造方法によれば、基板１４５ａ〜１４５ｃを反応室１４０へ搬入した後、電極１４２，１４３を昇温し、その後に、ガラス薄膜の形成を行っていた。このため、昇温中の熱対流によって、反応室１４０の側壁、内壁、電極１４２，１４３、又はシャワー板１４６等に付着していたパーティクルが、反応室１４０内で舞い上がるおそれがあった。その結果、成膜前の基板１４５ａ〜１４５ｃの表面や、成膜中のガラス薄膜表面に、多数のパーティクルが付着するおそれがあった。
【００４８】
これに対して、製造装置５０を用いた本発明に係る製造方法によれば、反応室１４０と略同等の真空度に保たれた予備室６０から反応室１４０へ、各基板１１を搬入するようにしている。よって、この搬入の際に、予備室６０と反応室１４０との気圧差によって反応室１４０内に空気が流入し、反応室１４０内が攪拌されることがなくなり、反応室１４０内でパーティクルが舞い上がるおそれはない。また、反応室１４０内は予め昇温された状態で真空排気されているため、昇温時の熱対流によって舞い上がったパーティクルは反応室１４０外に排出される。よって、反応室１４０内のパーティクル数をかなり低減することができる。
【００４９】
これらの結果、各基板１１の表面（基板１１とガラス薄膜１２との界面）に付着するパーティクル数を、３０個以内、好ましくは２０個以内に制御することができるようになり、また、ガラス薄膜１２の成膜中にガラス薄膜１２中に侵入するパーティクル数も抑制することができる。ここで、反応室１４０及び予備室６０内の真空度等を制御することで、各基板１１の表面に付着する又はガラス薄膜１２中に侵入するパーティクル数をある程度低減することができ、ガラス薄膜１２の成膜前に反応室１４０内を真空排気しておくと共に加熱しておくことで、その低減効果がより高まる。
【００５０】
また、各基板１１を、予備室６０外から予備室６０内に搬入する際、ライン６２の中途に形成した基板洗浄部６３において各基板１１の表面のガス洗浄を行うことで、各基板１１の表面に付着するパーティクル数を更に低減することができる。
【００５１】
また、各基板１１を、予備室６０から反応室１４０へ搬入する際および反応室１４０から予備室６０へ搬出する際に、予備室６０内の温度は反応室１４０内の温度と略同等（例えば、３５０〜４００℃）に昇温されているので、予備室６０と反応室１４０との温度差によって予備室６０及び反応室１４０内の僅かな空気に流れが生じることもなくなる。その結果、反応室１４０内の攪拌が更に低減され、反応室１４０内でのパーティクルの舞い上がりが更に抑制される。
【００５２】
また、ガラス薄膜を成膜した後も、電極１４２，１４３を所望の温度（３５０℃及び４００℃）に保持しておいた状態のまま、基板１１を反応室１４０から予備室６０へ搬出することで、反応室１４０内の側壁、内壁、電極１４２，１４３、又はシャワー板１４６などに付着していたパーティクルが、反応室１４０内で舞い上がるのを更に抑制することができる。その結果、成膜前に基板表面１１ａにパーティクルが付着せず、また、成膜中にガラス薄膜１２中にパーティクルが侵入したり、成膜後にガラス薄膜表面１２ａにパーティクルが付着したりすることがなくなる。
【００５３】
また、一般に、ガラス薄膜１２の成膜温度が低い程、未反応物が発生し易く、これがパーティクルとなって反応室内に付着すると言われているが、製造装置５０を用いた本発明に係る製造方法によれば、３５０〜４００℃の温度範囲でガラス薄膜１２を成膜しても、基板表面１１ａへのパーティクルの付着を抑えることができるため、図１４に示した製造装置１５０を用いた従来の製造方法のそれ（４００〜５００℃）と比較して、成膜温度を低くすることができた。その結果、低損失特性のガラス薄膜１２を、従来よりも低コストで成膜することが可能となる。
【００５４】
また、この取り出した成膜後の基板１１に対して、低屈折率ガラス薄膜１３を成膜するのに先立って、適宜熱処理を施してもよい。具体的には、各基板１１を容器内に配置する。この容器内部には、細径の石英ピンが複数本（例えば、３本）立てられており、この石英ピン上に各基板１１を載置する。その後、この容器を密閉すると共に、容器内部にＯ₂ガスを導入してドライなクリーン状態に保った後、赤外線ランプで１０００〜１３００℃の温度に加熱する。このように、細径の石英ピンのような尖端形状を有する支持物で各基板１１を支持し、熱処理を行うことで、支持物による基板１１への影響を最小に抑えることができ、これによって、ガラス薄膜１２にパーティクルの付着がなく、かつ、基板１１に不要な歪みを発生させることなく、高温度加熱を行なうことができる。その結果、ガラス薄膜１２内の残留歪みを除去することができ、更なる低損失化（０．００２ｄＢ／ｃｍ）及び低偏波依存性（長さ８０ｍｍの伝搬長に対するＴＥモードとＴＭモードの伝搬損失差が０．０５ｄＢ以下）を達成することができた。
【００５５】
尚、本発明に係る製造方法においては、アルコキシド系の液体ソースとして３種類（ＴＥＯＳ、ＴＭＧ、及びＴＭＰ）を使用した場合について説明を行ったが、この３種に特に限定するものではなく、２種又は４種以上を用いてもよい。使用する液体ソースを適宜変えることで、種々のΔのガラス薄膜を製造することができるようになる。
【００５６】
また、本実施の形態の製造方法においては、ガラス薄膜を一時に形成する基板の枚数が３枚の場合について説明を行ったが、枚数は特に限定するものではなく、１枚、２枚、又は４枚以上の複数枚であってもよい。ガラス薄膜を一時に形成する基板の枚数が多い程、低価格でガラス薄膜を製造することができる。
【００５７】
次に、本発明に係る光導波路の作用を、添付図面に基づいて説明する。
【００５８】
先ず、パーティクル数と光伝搬損失との関係について調べた。
【００５９】
直径が４インチφ、厚みが０．５ｍｍの石英ガラス基板の表面に付着するパーティクル数を約２０〜１０００個の範囲で制御し、基板上に、膜厚が約５μｍ以下の、ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅ガラス薄膜を成膜し、試料を作製した。ここで、パーティクル数が３００個未満の試料は、図５に示したＣＶＤ製造装置５０を用い、また、パーティクル数が３００個以上の試料は、図１４に示した従来のＣＶＤ製造装置１５０を用いて作成した。また、ガラス薄膜と石英ガラス基板との比屈折率差（Δ）は約１．８％とし、また、ガラス薄膜の主成分であるＳｉＯ₂に対するＧｅＯ₂及びＰ₂Ｏ₅の添加量は、ほぼ同量とした。
【００６０】
基板表面に付着するパーティクル数が異なる各試料について、ガラス薄膜内に半導体レーザー光を伝搬させ、光伝搬損失の測定を行った。
【００６１】
パーティクル数の検出には、半導体レーザ光源からのレーザ光を反射鏡で覆われた被測定物基板の全表面に照射し、被測定物からのパーティクルによる反射光をフォトセンサーに集光させることによって光学的に検出を行うパーティクルカウンターを用いた。このカウンターは、パーティクルを、３段階（Ｓ：１〜３μｍ、Ｍ：３〜５μｍ、Ｌ：５μｍ以上）の大きさに分類して表示することができる。ここで言うパーティクル数は、直径４インチφの基板全表面で検出した各サイズのパーティクル数の総和である。
【００６２】
また、光伝搬損失の測定は、プリズムカップリング方式で行った。具体的には、波長が１５５０ｎｍで、ＴＥモードの半導体レーザ光をチョッパでチョッピングしつつ、プリズムを通して被測定用ガラス薄膜内に入射し、ガラス薄膜内を伝搬させる。この時、ガラス薄膜上面に設けた光ファイババンドルを伝搬方向に移動させながら、ガラス薄膜から放射されるストリーク光を受光器で受け入れて同期検波することで、伝搬距離と受光パワーとの関係から光伝搬損失を評価する。
【００６３】
その結果、図６に示すように、パーティクル数が減少するのに伴って光伝搬損失は著しく減少しており、このことから、光伝搬損失は、パーティクル数に強く依存しているということがわかる。具体的には、パーティクル数を３０個以内に制御することで、光伝搬損失が０．００５ｄＢ／ｃｍの低損失値が得られる。好ましくは、パーティクル数を２０個以内に制御することで、光伝搬損失が０．００３ｄＢ／ｃｍの低損失値が得られる。このような超低損失値は、今までに実現・達成されておらず、本発明によって初めて得られたものである。このことから、基板上にガラス薄膜成膜した状態でパーティクル数を検出するだけで、この基板を用いた光導波路の光伝搬損失を、ある程度、予測（推定）することができるようになる。
【００６４】
ここで、光伝搬損失は、試料の一部の領域について測定したものであるため、パーティクル数が少なくなるに従って、測定領域に分布するパーティクル数にばらつきが生じ易くなり、その結果、パーティクル数の減少に伴って光伝搬損失値のばらつきが大きくなっている。
【００６５】
図７及び図８に、パーティクル数が少ない（２０個以下）試料及び多い（１０００個以下）試料の光伝搬損失特性を示す。図７及び図８における横軸は入射位置からの伝搬距離（ｍｍ）を、縦軸は光ファイババンドルで検出した受光パワーを示している。
【００６６】
図７に示すパーティクル数の少ないガラス薄膜においては、光信号の散乱が略均一であるため散乱損失が生じにくい。このため、伝搬距離が長くなっても光伝搬損失が小さく、全体の平均光伝搬損失は０．００５ｄＢ／ｃｍと低損失であった。
【００６７】
これに対して、図８に示すパーティクル数の多いガラス薄膜においては、光信号の散乱が明らかに不均一であるため散乱損失を引き起こしてしまう。このため、伝搬距離が長くなるに従って光伝搬損失が大きくなり、全体の平均光伝搬損失は０．３３ｄＢ／ｃｍと高かった。
【００６８】
次に、パーティクル数の増大が光伝搬損失を増大させる原因について検討を行った。
【００６９】
本発明者は、ガラス薄膜の成膜に際し、成膜前に基板表面に付着するパーティクル、成膜中にガラス薄膜中に混入するパーティクル、及び成膜後にガラス薄膜表面に付着するパーティクルが、光伝搬損失に影響を及ぼすであろうと推測し、この推測に基づいて、パーティクル数を制御したガラス薄膜を作成した。
【００７０】
ガラス薄膜の表面をＳＥＭ観察により観測すると、図９（ａ），図９（ｂ）に示すように、ドーム状（略半球状）に盛り上がったパーティクル９５が、ガラス薄膜９２の表面に付着していた。そこで、ガラス薄膜９２の表面を洗浄液（アンモニア：過酸化水素＝９：１）で洗浄した結果、例えば、全体で２５個（Ｓが１４個、Ｍが６個、Ｌが５個）検出されていたパーティクル数が、洗浄によって１７個（Ｓが１０個、Ｍが４個、Ｌが３個）に低減した。つまり、８個のパーティクルは、ガラス薄膜９２の表面に付着していたものであった。
【００７１】
洗浄後のガラス薄膜９２の表面を、再びＳＥＭ観察により観測すると、図９（ａ），図９（ｂ）と同様のドーム状の盛り上がり部が、ガラス薄膜９２の表面に依然として残留していた。つまり、この残留している盛り上がり部は、成膜後、ガラス薄膜９２の表面に付着したパーティクルによるものではなく、ガラス薄膜９２の内部に存在するパーティクルによるものとわかった。
【００７２】
そこで、残留している盛り上がり部の箇所におけるガラス薄膜及び基板の断面が観察できるように、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focus Ion Beam）法で表面加工を行い、ドーム状の盛り上がり部、ガラス薄膜、及び基板部分の断面を観測した。その結果、残留している盛り上がり部には、２つの種類のものがあった。
【００７３】
１つは、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、基板１０１の表面に付着しているパーティクル１０５によるものである。具体的には、通常の基板表面１０１ａには層状にガラス薄膜１０２が形成されているが、パーティクル１０５が付着している部分では、パーティクル１０５を核としてドーム状にガラス薄膜１０２が形成され、パーティクル１０５の直上のガラス薄膜表面１０２ａには、図９（ａ），図９（ｂ）と同様にドーム状の盛り上がり部１０６が形成される。基板表面１０１ａに付着していたパーティクル１０５は、反応室内に付着していたパーティクルがはがれ落ちて基板表面１０１ａに付着したものであり、その数は全体（２５個）の内の１０個（Ｓが５個、Ｍが３個、Ｌが２個）であった。このようなドーム状の盛り上がり部を有するガラス薄膜１０２内に光が伝搬すると、この盛り上がり部の直下部分で不均一に光が散乱して光散乱損失を増大させ、その結果、光伝搬損失の増大に非常に大きな影響を及ぼす。
【００７４】
もう１つは、図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すように、ガラス薄膜１１２中に混入したパーティクル１１５によるものである。具体的には、通常はガラス薄膜１１２は層状に形成されるが、ガラス薄膜１１２中にパーティクル１１５が混入すると、その部分ではパーティクル１１５を核としてドーム状にガラス薄膜１１２が形成され、パーティクル１１５の直上のガラス薄膜表面１１２ａには、図９（ａ），図９（ｂ）と同様にドーム状の盛り上がり部１１６が形成される。ガラス薄膜１１２中に混入したパーティクル１１５は、ガラスの未反応物が大部分であり、その数は全体（２５個）の内の６個と少なく、かつ、サイズも小さいことから、光伝搬損失の増大にはそれ程大きな影響を及ぼさない。しかし、ＴＥモード光伝搬損失を低減するためには、ガラス薄膜１１２内部のパーティクル１１５の数を制御することが重要である。これは、ＴＥモードが、矩形状にガラス薄膜１１２を切断加工した際の、ガラス薄膜１１２の切断面（側面）の荒れに強く依存しているためである。
【００７５】
以上より、光導波路の低損失化を図るためには、基板表面に付着するパーティクルの数を、３０個以内、好ましくは２０個以内に制御することが重要である。特に好ましくは、基板表面に付着するパーティクル数およびガラス薄膜中に混入するパーティクル数の合計を、２０個以内に制御することが重要である。
【００７６】
また、図１に示した光導波路１０では、ガラス薄膜１２と低屈折率ガラス薄膜１３との界面において光が反射されるが、この界面にパーティクルが存在すると、基板１１の表面１１ａにパーティクルがある場合よりも、光の乱反射による散乱損失が増大する。このため、ガラス薄膜１２の表面１２ａに付着するパーティクル数を、基板１１表面１１ａに付着するパーティクル数（３０個以内、好ましくは２０個以内）よりも少なく（１０個以内）制御することが重要である。
【００７７】
このガラス薄膜１２の表面１２ａに付着するパーティクル数を１０個以内に制御することは、ＴＭモード光伝搬損失を低減するために特に重要である。これは、ＴＭモードが、基板１１とガラス薄膜１２との界面、およびガラス薄膜１２と低屈折率ガラス薄膜１３との界面の各パーティクル数に強く依存しているためである。
【００７８】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００７９】
前述した第１の実施の形態に係る光導波路１０は、基板１１の全面にガラス薄膜１２を形成したものであった。これに対して、図２に示すように、第２の実施の形態に係る光導波路２０は、基板１１の表面１１ａに付着するパーティクル数を３０個以内、好ましくは２０個以内に制御した状態で、基板表面１１ａに断面略矩形状の高屈折率のガラス薄膜２２を形成し、ガラス薄膜表面２２ａ及び基板表面１１ａを覆うように低屈折率ガラス薄膜２３を形成してなるものである。
【００８０】
好ましくは、基板表面１１ａに付着するパーティクル数を３０個以内、望ましくは２０個以内に制御した状態で、露出している基板表面１１ａにガラス薄膜２２を形成し、基板表面１１ａ及びガラス薄膜表面２２ａに付着するパーティクル数を１０個以内に制御した状態で、ガラス薄膜表面２２ａ及び基板表面１１ａを覆うように低屈折率ガラス薄膜２３を形成する。
【００８１】
より好ましくは、基板表面１１ａに付着するパーティクル数およびガラス薄膜２２中に混入するパーティクル数を３０個以内、望ましくは２０個以内に制御した状態で、基板表面１１ａにガラス薄膜２２を形成し、露出している基板表面１１ａ及びガラス薄膜表面２２ａに付着するパーティクル数を１０個以内に制御した状態で、ガラス薄膜表面２２ａ及び基板表面１１ａを覆うように低屈折率ガラス薄膜２３を形成する。
【００８２】
また、前述した第１及び第２の実施の形態に係る光導波路１０，２０は、ガラス薄膜１２，２２の屈折率が膜内において均一であった。これに対して、図３（又は図４）に示すように、第３（又は第４）の実施の形態に係る光導波路３０（又は４０）は、ガラス薄膜１２（又は２２）の内部に、ガラス薄膜１２（又は２２）よりも更に高屈折率なパターン部３２（又は４２）を描画形成してなるものである。パターン部３２（又は４２）は、ガラス薄膜１２（又は２２）の内部に、超短パルスレーザービーム（例えば、超挟パルスのフェムト秒レーザビーム）を集光、照射することなどにより形成される。このパターン部３２（又は４２）を描画形成することで、簡易プロセスで、低損失・高Δの光導波路を実現することができる。
【００８３】
これらの光導波路２０，３０，４０においても、第１の実施の形態に係る光導波路１０と同様の効果が得られる。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００８５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、予備室内を反応室と略同等の真空度及び温度に調整した状態で、基板を予備室から反応室へあるいは反応室から予備室へ搬送するようにしているため、基板表面及びガラス薄膜表面に付着する異物粒子の数を制御することができ、ガラス薄膜内に伝搬した光が不均一に散乱することによって生じる光散乱損失を著しく低減することができ、光伝搬損失が小さい光導波路を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光導波路の断面構造図である。
【図２】第２の実施の形態に係る光導波路の断面構造図である。
【図３】第３の実施の形態に係る光導波路の断面構造図である。
【図４】第４の実施の形態に係る光導波路の断面構造図である。
【図５】本発明に係る光導波路の製造方法に用いるＣＶＤ製造装置の概略図である。
【図６】パーティクル数と光伝搬損失との関係を示す図である。
【図７】パーティクル数が２０個以下と少ない試料の光伝搬損失特性図である。
【図８】パーティクル数が１０００個以下と多い試料の光伝搬損失特性図である。
【図９】ガラス薄膜表面のＳＥＭ観察図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の要部拡大図である。
【図１０】ガラス薄膜及び基板断面のＳＥＭ観察図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の要部拡大図である。
【図１１】ガラス薄膜及び基板断面のＳＥＭ観察図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の要部拡大図である。
【図１２】従来の光導波路の断面構造図の一例である。
【図１３】従来の光導波路の断面構造図の一例である。
【図１４】従来の光導波路の製造方法に用いるＣＶＤ製造装置の概略図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０光導波路
１１基板
１１ａ基板表面
１２，２２ガラス薄膜
１２ａ，２２ａガラス薄膜表面
１３，２３低屈折率ガラス薄膜
３２，４２パターン部
６０予備室
６４連通部
１４０反応室

Claims

反応室と連通部を介して接続された予備室内に少なくとも表層に低屈折率層を有する基板を搬入・配設し、前記連通部を閉じた状態で、前記反応室内を所定の真空度及び温度に調整し、前記予備室内を前記反応室と略同等の真空度及び温度に調整した後、前記連通部を開放して前記基板を前記予備室から前記反応室へ搬入し、前記連通部を閉じ、プラズマ雰囲気下で熱分解を行い前記基板表面に高屈折率のガラス薄膜を形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
前記ガラス薄膜を形成した後、前記連通部を開放して、前記反応室を前記所定の真空度及び温度に保持したまま、成膜後の前記基板を前記反応室と略同等の真空度及び温度を有する予備室へ搬出し、その後、前記予備室外へ取り出す請求項１記載の光導波路の製造方法。
前記基板表面に洗浄ガスを吹き付けながら、前記基板を前記予備室内に搬入する請求項１又は２に記載の光導波路の製造方法。
前記基板表面に洗浄ガスを吹き付けながら、前記基板を前記予備室から外部へ搬送する請求項１から３いずれかに記載の光導波路の製造方法。
前記ガラス薄膜に超短パルスのレーザビームを照射し、前記ガラス薄膜の内部に、前記ガラス薄膜よりも更に高屈折率なパターン部を形成する請求項１から４いずれかに記載の光導波路の製造方法。
前記ガラス薄膜を成膜した基板を、ドライクリーン容器内に配設された石英製のピン上に載置し、１０００〜１３００℃の温度に加熱する熱処理を施す請求項１から５いずれかに記載の光導波路の製造方法。
前記ガラス薄膜を成膜した基板を前記予備室内に搬入・配設し、前記連通部を閉じた状態で、前記反応室内を所定の真空度及び温度に調整し、前記予備室内を前記反応室と略同等の真空度及び温度に調整した後、前記連通部を開放して、前記基板を前記予備室から前記反応室へ搬入し、前記連通部を閉じて第２熱分解を行い、前記ガラス薄膜の表面を覆うように低屈折率のガラス薄膜を形成する請求項１から６いずれかに記載の光導波路の製造方法。
所定の真空度に調整する第１の排気手段及び所定の温度に調整する第１の加熱手段を備え、高真空、プラズマ雰囲気下で基板にガラス薄膜を形成するための反応室と、
前記反応室にソースを供給する供給手段と、
前記反応室に開閉手段を備えた連通部を介して接続された予備室からなり、
前記予備室は予備室内を前記反応室と略同等の真空度に調整する第２の排気手段及び予備室内を前記反応室と略同等の温度に調整する第２の加熱手段と、前記基板を前記予備室から前記反応室へあるいは前記反応室から前記予備室へ搬送する搬送手段を備えることを特徴とする光導波路の製造装置。
前記基板表面に洗浄ガスを吹き付けながら、前記基板を前記予備室内に搬入し、あるいは前記基板を前記予備室から外部に搬送する洗浄搬送手段を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の光導波路の製造装置。