JPH05297235A

JPH05297235A - 光導波路膜の作製方法

Info

Publication number: JPH05297235A
Application number: JP9797192A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Aikawa; 晴彦相川; Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Akira Urano; 章浦野; Tomokane Hirose; 智財広瀬; Shinji Ishikawa; 真二石川; Masahide Saito; 眞秀齊藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】より均質な光導波路薄膜を製造しうる方法を
提供すること。【構成】容器１２内の支持部材５２は、その支持台５
２ａの下側に光導波路膜を形成すべき複数の基板５６を
固定している。支持台５２ａの下側に固定された基板５
６の下面には、バーナ５４からの火炎とガラス微粒子と
が吹き付けられる。支持台５２ａは石英製の網目構造を
円形の枠内に形成したものとなっている。この網目構造
により、基板５６を通過した火炎や余剰のガラス微粒子
からなる排気物を前記支持部材の上方に通過させること
ができる。基板５６を通過した排気物は、排気口５８か
ら速やかに反応容器５０外に排気される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路等を構成する
ために用いる光導波路膜を火炎堆積法を用いて作製する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光分岐・結像素子や光分波・合波
素子等の光部品として、小型化、軽量化に優れた導波路
型のものが用いられつつある。この中で石英系光導波路
は、低損失であること、石英系光ファイバと屈折率が等
しく接続損失が小さいこと等の利点が多い。石英系光導
波路の典型的な製法として、特公昭６３−６６５１２号
公報等に示されている火炎堆積法が存在する。

【０００３】図１は、この火炎堆積法を示した図であ
る。図示のように、石英ガラスやシリコンのような耐熱
性基板１０の上にガラス微粒子合成用バーナ（以下、単
にバーナと記す。）１２を用い、ガラス微粒子を耐熱性
基板１０上に堆積させ、この耐熱性基板１０上に多孔質
ガラス層を形成する。この際、バーナ１２には、Ｈ₂ガ
ス等の燃料用ガスと、Ｏ₂ガス等の支燃ガスとが供給さ
れる。さらに、ガラス原料としてのＳｉＣｌ₄、屈折率
調整材料としてのＧｅＣｌ₄、ＴｉＣｌ₄、及びガラス
の透明化温度を低下させ、後の加熱透明化に必要な温度
を低減させる作用のあるＢやＰの気相原料であるＢＣｌ
₃、ＢＢｒ₃、ＰＣｌ₃、ＰＯＣｌ₃等も供給される。
バーナ１２の出口近傍においては、燃料ガス及び支燃ガ
スの反応によって形成される火炎１４中での加水分解反
応によりガラス微粒子流１６が形成される。このとき、
耐熱性基板１０上に均一に多孔質ガラスを形成させるた
め、バーナ１２と耐熱性基板１０とを相対的に移動させ
る。この目的のため、例えば耐熱性基板１０をターンテ
ーブル１６上に載置して公転運動させるとともに、バー
ナ１２をターンテーブル１６の半径方向に往復運動させ
る方法が用いられる。また、基板１０上に堆積されなか
った余剰ガラス微粒子を速かに排出するため、バーナ１
２は基板１０の法線方向に対して傾いた角度で入射する
ように配置され、かつ、そのガラス微粒子流１８の下流
には排気管が設けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような装置では基板１６に対して斜め上からガラス
微粒子流１８を吹き付け、それに対向して排気するよう
な形になるので、バーナ１２先端近傍において気流の乱
れが生じ易く、火炎が揺らいだりしてガラス微粒子堆積
の再現性が悪くなる。また、屈折率調整材のＧｅＣｌ₄
などは基板の温度が高い方が含有されやすいが、従来の
方法ではターンテーブルを加熱するためかなり大がかり
な設備が必要となるといった問題あった。

【０００５】そこで、本発明は、ガラス微粒子流の乱れ
を抑制することによって均質な光導波膜を製造し得る方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光導波路膜の製造方法では、火炎堆積
法により基板表面にガラス微粒子を堆積して多孔質状の
薄膜を形成した後、当該基板を高温で加熱して多孔質状
の薄膜を透明化する。さらに、かかる製造方法において
は、基板を反応容器中の支持部材の下側に保持し、この
支持部材の下方に配置したガラス微粒子合成用のバーナ
が発生したガラス微粒子を、基板の下側の表面上に供給
し堆積することとしている。

【０００７】

【作用】上記光導波路膜の製造方法によれば、支持部材
の下方に配置したガラス微粒子合成用のバーナが発生し
たガラス微粒子を、支持部材の下側に保持した基板の下
側の表面上に供給し堆積することとしている。したがっ
て、本製造方法では、バーナからの火炎すなわちガラス
微粒子流の強制的対流の方向と自然対流の方向とが一致
するため、ガラス微粒子流の乱れを減少させることがで
きる。この結果、均一なガラス微粒子層を形成すること
が容易になり、さらに、均一な光導波路膜を形成するこ
とが容易になる。また、屈折率調整用のドーパントを光
導波路膜内に均一に分布させるためには基板の加熱が必
要になるが、上記の方法によればバーナからの火炎の対
流によって基板が効果的に加熱されるため、ヒータ等の
外部熱源を必要としない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。

【０００９】図２は、実施例に係る光導波路膜の製造方
法を実施するための装置の構成を示す。反応容器５０内
には支持部材５２及びバーナ５４が収容されている。支
持部材５２は、これを構成する支持台５２ａの下側に光
導波路膜を形成すべき複数の基板５６を支持台と同一平
面上になるように固定している。支持台５２ａの下側に
固定された基板５６の下面には、バーナ５４からの火炎
とこの火炎によって原料から合成されたガラス微粒子と
が吹き付けられる。基板５６を通過した火炎や堆積され
なかった余剰のガラス微粒子からなる排気物は、排気口
５８から速やかに反応容器５０外に排気される。

【００１０】各基板５６上にガラス微粒子を均一に供給
し堆積させるため、基板５６を支持する支持台５２ａ
は、支持棒５２ｂを通る垂直軸を中心として水平面内で
回転し、基板５６を公転運動させる。支持台５２ａの回
転は、支持棒５２ｂを介して反応容器１２外部から制御
される。バーナ５４は、支持台５２ａの回転の半径方向
に往復移動する。この結果、バーナ５４は支持台５２ａ
上の基板５６に対して２次元的に走査されることとな
る。

【００１１】図３は、支持部材５２の構造を示した平面
図である。図示のように、支持台５２ａは石英製の網目
構造を円形の枠内に形成したものとなっている。基板５
６は、網目構造に設けられた開孔上に配置される。この
網目構造により、基板５６を通過した火炎や堆積されな
かった余剰のガラス微粒子からなる排気物を支持部材５
２の上方に通過させることができる。

【００１２】図４は、図３の支持部材の変型例を示す。
図４（ａ）はこの支持部材の側面図で、図４（ｂ）は支
持部材の平面図で、図４（ｃ）は支持部材の部分拡大図
である。図示のように、支持棒１５２ｂからは、放射状
に支持具１５２ａが延びている。各支持具１５２ａの先
端には、フック、ストッパ等の適当な手段によって基板
５６が固定されている。

【００１３】図５は、バーナ５４の構造を示した斜視図
である。このバーナ５４は、４重管構造となっている。
最も内側の第１ポート５４ａには原料等が供給され、第
２ポート５４ｂには燃料ガスが供給され、第３ポート５
４ｃには不活性ガスが供給され、第４ポート５４ｄには
支燃ガスが供給される。

【００１４】図６は、図５のバーナの変型例を示した斜
視図である。このバーナ１５４は８重管構造の２重火炎
方式となっている。２重火炎方式とは、原料を含んだ火
炎のまわりを取り囲むようにもう一つの酸水素火炎を付
加したものである。バーナ１５４の第１ポート１５４ａ
には原料等が供給され、第２ポート１５４ｂには燃料ガ
スが供給され、第３ポート１５４ｃには不活性ガスが供
給され、第４ポート１５４ｄには支燃ガスが供給され、
第５ポート１５４ｅには不活性ガスが供給され、第６ポ
ート１５４ｆには燃料ガスが供給され、第７ポート１５
４ｇには不活性ガスが供給され、第８ポート１５４ｈに
は支燃ガスが供給される。

【００１５】図２の製造装置を用いた製造方法について
簡単に説明する。バーナ５４に燃料ガス、原料ガス等を
供給することにより、バーナ５４の先端で合成された酸
化物ガラスの微粒子を各基板５６の下面に付着・堆積さ
せる。これと同時に、支持台５２ａを回転させ、かつ、
バーナ５４を往復移動させているので、バーナ５４から
の酸化物ガラスの微粒子は各基板５６上に一様に供給さ
れる。さらにこの場合、バーナ５４からの火炎とガラス
微粒子流とが基板５６の下方からその下面に供給されて
いるので、ガラス微粒子流の乱れを減少させることがで
き、均一な酸化物ガラス層を形成することができかつ基
板との密着性も向上する。また、Ｇｅ等のドーパントを
酸化物ガラス中に均一に分布させるためには基板５６の
加熱が必要になるが、この装置を用いた製造方法によれ
ばバーナ５４からの火炎の対流によって基板が効果的に
加熱されるため、ヒータ等の外部熱源を必要としない。
この場合、基板５６の温度は火炎の熱量で制御され、必
要に応じて図６のような８重管バーナを用いた２重火炎
方式、あるいは加熱用補助バーナの付加も可能である。
さらに、この装置を用いた製造方法によれば、堆積しな
かった余剰のガラス微粒子が反応容器５０内を浮游せず
に速やかに排出される等の理由により、余剰のガラス微
粒子が基板５６に再付着することを防止でき、これによ
り、堆積したガラス微粒子層の硬さ、密度等の状態を、
同一基板内あるいは基板相互間で均一に保つことができ
る。

【００１６】図７は、バーナ５４からの火炎５５の状態
を示した図である。図示のように、火炎５５は、自然対
流（上向き）と強制対流（下向き）との方向が共に上向
きなので、火炎及びガラス微粒子流が層流となり、基板
５６表面等における乱れをなくすことができ、基板５６
表面に堆積されたガラス微粒子層を均質でかつ一様なド
ーパント密度とすることができる。図８は、従来装置の
バーナ１２からの火炎１４の状態を示した図である。こ
の場合の火炎１４は、自然対流と強制対流との方向が相
反しているので、火炎及びガラス微粒子流が基板１０表
面で大きく乱れる。この結果、ドーパント密度のゆらぎ
も大きくなり、均質でかつ一様なドーパント密度分布の
ガラス微粒子層を得ることができない。

【００１７】上記のようにして基板５６上にガラス微粒
子層を形成した後、各基板５６を別の炉内で高温に加熱
し、堆積されたガラス微粒子層を透明化して導波路ガラ
ス薄膜を得る。また、上記の動作を繰り返して屈折率の
異なる導波路ガラス薄膜を形成し、さらにＲＩＥ等によ
るエッチングを組み合わせれば、各基板５６上にコア部
分５７ａとクラッド部分５７ｂとからなる光導波路装置
を形成することができる。図９は、得られた光導波路装
置を示した斜視図である。このような光導波路装置は、
上記のようなガラス微粒子層から形成したものであるの
で、導波損失が少ないものとなっている。

【００１８】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、図３の支持台５２ａの材質として、石
英の他、高純度アルミナやその他のセラミックス等を用
いることができ、さらにステンレスその他の合金及び金
属を用いることができる。また、支持台５２ａのかわり
に、石英製のターンテーブル等に多数の孔を設けたもの
も使用できる。さらに、反応容器５０に窓等を設け、そ
の内部を観察したり、放射温度計で基板５６の温度を測
定したり、さらには火炎の流量を制御することもでき
る。

【００１９】以下、図２の製造装置を用いて行った第１
の具体的製造例について説明する。ガラス微粒子の多孔
質膜を堆積するにあたって、図４のタイプの石英製支持
台で直系６００ｍｍのものを使用し、１５ｒｐｍで回転
させた。基板としては、３インチＳｉウェハを用いた。
また、バーナとして、外径２２ｍｍで４重管構造のもの
を用いた。第１ポートには、ＳｉＣｌ₄を１００ｃｃ／
ｍｉｎ、ＢＣｌ₃を３０ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＯＣｌ₃を１
０ｃｃ／ｍｉｎ、キャリアとしてのＡｒを２００ｃｃ／
ｍｉｎ供した。第２ポートにはＨ₂を４ｌ／ｍｉｎ、第
３ポートにはＡｒを３ｌ／ｍｉｎ、第４ポートにはＯ₂
を６ｌ／ｍｉｎ供給した。バーナは、支持台の中心から
１００〜２８０ｍｍの範囲内において速さ４ｍｍ／ｓで
往復移動させた。バーナの角度は、基板の面に対して９
０゜とした。また、バーナの先端から基板までの距離を
２０ｍｍとした。このときの基板温度は、約６００℃で
あった。

【００２０】上記の条件で１０分間菅多孔質ガラス層を
堆積させた後、これを別の炉内で約１３００℃に加熱
し、透明ガラス化させたところ、厚さ２５±０．２μｍ
の均一な導波路ガラス薄膜を得ることができた。

【００２１】また同様にして下部クラッド用の多孔質ガ
ラス層を堆積させた後、原料にＧｅＣｌ₄の５ｃｃ／ｍ
ｉｎを添加してコア用の多孔質ガラス層を形成した後、
これを加熱して透明ガラス化した。このとき、コア層の
厚さは１０±０．２μｍであった。

【００２２】このコア層をフォトリソグラフィー技術を
用いて直線状のリッジに仕上げ、さらに上部クラッド層
用の多孔質ガラス層を上記の下部クラッド層と同様に形
成し、直線の導波路を作製した。このコア部分の屈折率
差は、その長さ方向でΔｎ〜０．６±０．０７以内のバ
ラツキであった。この導波路の損失を１．３μｍの波長
の光で測定したところ、α〜０．１ｄＢ／ｃｍであっ
た。

【００２３】以下、第２の具体的製造例について説明す
る。支持台としては、粉体焼結により作製したアルミナ
ベースのセラミックス製の網目状テーブル（厚さ１０ｍ
ｍ）を用いた。基板は３インチのＳｉウェハを用いた。
このウェハ表面がテーブルの下側表面と一致するよう
に、テーブル下面に溝穴を設けた。バーナの角度はテー
ブルの半径に垂直な面から３０゜傾けた。その他の条件
は、第１の具体的製造例と同様とした。得られた下部ク
ラッドその他の各層の厚みのバラツキは、±０．３μｍ
であった。

【００２４】以下、第３の具体的製造例について説明す
る。支持台としては、石英製のテーブルに多数の孔を形
成したものを使用した。バーナとしては、８重管構造の
ものを用いた。第１〜第４ポートに供給する原料等のガ
スは、第１の具体的製造例と同様とし、第５ポートには
Ａｒを３ｌ／ｍｉｎ、第６ポートにはＨ₂を１０ｌ／ｍ
ｉｎ、第７ポートにはＡｒを３ｌ／ｍｉｎ、第８ポート
にはＯ₂を４ｌ／ｍｉｎ供給した。また、バーナの先端
から基板までの距離を４０ｍｍとし、基板温度を約８０
０℃とした。その他の条件は、第１の具体的製造例と同
様であった。第１の具体的製造例と同様に導波路を作製
したところ、その損失はα〜０．０５ｄＢ／ｃｍと良好
で、厚みのバラツキも±０．２μｍであった。

【００２５】以下、比較の製造例について説明する。製
造装置としては、図１に示すものを用いた。バーナの角
度はテーブルの半径に垂直な面から３０゜傾け、これに
対向させて排気管を設置した。流量その他の条件は、第
１の具体的製造例と同じにした。第１の具体的製造例と
同様に導波路を作製したところ、各層の厚みのバラツキ
が±１μｍ程度となり、またその損失もα〜０．０５ｄ
Ｂ／ｃｍであった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路膜
の製造方法によれば、支持部材の下方に配置したガラス
微粒子合成用のバーナが発生したガラス微粒子を、支持
部材の下側に保持した基板の下側の表面上に供給し堆積
することとしている。したがって、バーナからの火炎す
なわちガラス微粒子流はその強制的対流の方向と自然対
流の方向とが一致するため、ガラス微粒子流の乱れが減
少し、均一な光導波路膜を形成することが容易になる。
また、屈折率調整用のドーパントを光導波路膜内に均一
に分布させるためには基板の加熱が必要になるが、上記
の方法によればバーナからの火炎の対流によって基板が
効果的に加熱されるため、ヒータ等の外部熱源を必要と
しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の製造方法を示した図。

【図２】実施例の製造方法を実施するための装置を示す
図。

【図３】図２の装置の支持台を示す図。

【図４】図３の支持台の変形例を示す図。

【図５】図２の装置のバーナを示す図。

【図６】図５のバーナの変形例を示す図。

【図７】実施例の製造方法による光導波路膜の形成を説
明する図。

【図８】従来例の製造方法による光導波路膜の形成を説
明する図。

【図９】実施例の製造方法によって得られた光導波路装
置を示す図。

【符号の説明】

５２…支持部材、５４…バーナ、５６…基板。

フロントページの続き (72)発明者広瀬智財神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者石川真二神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者齊藤眞秀神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炎堆積法により基板表面にガラス微粒
子を堆積して多孔質状の薄膜を形成した後、当該基板を
高温で加熱して前記多孔質状の薄膜を透明化する光導波
路膜の作製方法において、前記基板を反応容器中に設けた支持部材の下側に保持し
つつ、当該支持部材の下方に配置したガラス微粒子合成
用のバーナが発生したガラス微粒子を、前記基板の下側
の表面上に供給し堆積することを特徴とする光導波路膜
の作製方法。
【請求項２】前記支持部材は、回転軸から所定距離の
部分に前記基板を保持するとともに当該回転軸を中心と
して前記基板とともに回転し、前記バーナは、前記中心
から半径方向に向かって往復移動することを特徴とする
請求項１記載の光導波路膜の作製方法。
【請求項３】前記支持部材は、当該支持部材に設けた
網目状の部分に前記基板を固定し、当該網目状の部分
は、前記基板を通過した排気物を前記支持部材の上方に
通過させることを特徴とする請求項１記載の光導波路膜
の作製方法。