JPH06347653A

JPH06347653A - 光導波膜の製造方法

Info

Publication number: JPH06347653A
Application number: JP13447193A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Akira Urano; 章浦野; Takashi Kogo; 隆司向後; Chizai Hirose; 智財広瀬
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、多孔質ガラス層を透明ガラス化す
る際に剥離のない光導波膜の製造方法を提供すること。【構成】基板１の表面の周辺に下り段差部６を形成
し、下り段差部６が形成された基板１の表面にガラス微
粒子を堆積し、多孔質ガラス層２を成長し、多孔質ガラ
ス層２を透明ガラス層にするために加熱するので、下り
段差部６に形成された多孔質ガラス層２が基板１の中心
近傍よりも早く透明化され、基板１と融合して密着性を
増すので、その後に透明ガラス化される基板１の中心近
傍の多孔質ガラス層２に体積収縮が発生しても下り段差
６の壁面がストッパとなり基板１の表面に平行方向にお
ける体積収縮を抑制し、透明ガラス層が基板１から剥離
しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火炎堆積法（ＦＨＤ
法）を用いた光導波膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の光導波膜の製造方法を
説明した図である。図１０（ａ）の段階では、ガラス微
粒子合成用のバーナ４にＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃及びＰＯ
Ｃｌ₃あるいはＰＣｌ₃を供給することによって、シリ
コンなどの基板１上に下部クラッド層となるべき多孔質
ガラス層２（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋Ｐ₂Ｏ₅）が形成さ
れる。図１０（ｂ）の段階では、ＳｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ
₄あるいはＴｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃、及びＰＯＣｌ₃ある
いはＰＣｌ₃をガラス微粒子合成用のバーナに供給する
ことによって、多孔質ガラス層２上にコア層となるべき
多孔質ガラス層３（ＳｉＯ₂＋ＧｅＯ₂あるいはＴｉＯ
₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋Ｐ₂Ｏ₅）が形成される。図１０（ｃ）
の段階では、各多孔質ガラス層２、３が焼結・透明化さ
れ、透明ガラスからなる下部クラッド層２´およびコア
層３´が得られる。その後、図１０（ｄ）の段階では、
透明ガラスからなるコア層３´に適当なパターニング加
工を施しコア部を形成し、図１０（ｅ）の段階では、上
部クラッド層となる多孔質ガラス層５が図１０（ａ）の
段階と同じ様に形成され、焼結・透明化される（特開昭
５８−１０５１１１）。

【０００３】他の製造方法としては、下部クラッド層用
に多孔質ガラス層のみを形成しこれを焼結・透明化した
後、コア用の多孔質ガラス層を形成する場合もあり、基
板として石英ガラスなど光透過性を有するものを使用し
これを下部クラッド層とし、これにコア用多孔質ガラス
層を形成する場合もある。また、ＰＣＶＤ法など全く別
の手段でコア、下部クラッド、上部クラッドのいずれか
を形成する場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光導波膜の製造
方法では、多孔質ガラス層を焼結する際に多孔質ガラス
層の体積収縮が基板面と垂直方向だけではなく平行方向
にも生じるため、多孔質ガラス層が透明ガラス化する際
に基板と剥離してしまうという問題点がある。この問題
点は、基板上に下部クラッド層とコア層を多孔質ガラス
として形成する場合の他に、コア層に適当なパターニン
グ加工を施し、その上に上部クラッド層用の多孔質ガラ
ス層を形成しこれを透明ガラス層にする場合や、下部ク
ラッド層が透明ガラス化された後コア多孔質ガラス層を
形成し、これを透明ガラス化する場合などでも発生す
る。

【０００５】本発明の目的は、多孔質ガラス層を透明ガ
ラス化する際に基板から剥離しない光導波膜の製造方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、基板表面の周辺に下り段差部、凸部、凹部、凹
凸部あるいはこれらを組み合わせた構造を形成する段階
と、これら下り段差部等が形成された基板表面にガラス
微粒子を堆積し、多孔質ガラス層を成長する段階と、多
孔質ガラス層を透明ガラス層にするため加熱する段階と
を備えている光導波膜の製造方法によって達成される。

【０００７】

【作用】本発明の光導波膜の製造方法において、下り段
差部が形成されているときには、基板表面の周辺はその
中心近傍に比べて基板の厚みが薄く熱容量が小さいの
で、多孔質ガラス層が加熱される際に基板の周辺から温
度が上昇し、従って透明ガラス化が早く進み、多孔質ガ
ラス層は基板から剥離しない。また、本発明の光導波膜
の製造方法において、基板表面の周辺に凸部を形成した
ときには、凸部の側壁部における多孔質ガラス層の厚み
は、凸部以外の基板表面に成長された多孔質ガラス層の
厚みに比べて薄くなり、透明ガラス化が早く進み得る。
さらに、本発明の光導波膜の製造方法において、基板表
面の周辺に凹部を形成したときは、凹部に成長された多
孔質ガラス層の被覆率は凹部の内部側壁において最少と
なり得、多孔質ガラス層の厚みが最少となり得る。従っ
て、透明ガラス化が凹部の内部側壁において早く進み得
る。

【０００８】従って、下り段差部、凸部、凹部、凹凸部
あるいはこれらを組み合わせた構造のいずれが形成され
た場合でも、基板周辺部に形成された多孔質ガラス層
は、透明ガラス化における熱により基板と容易に反応
し、互いに融合し、従って密着性が向上し、その後透明
ガラス化が進行する中心近傍の多孔質ガラス層に繋がっ
ているので基板に平行方向の体積収縮を抑制し、すなわ
ち体積収縮の大部分を占める基板の中心近傍における多
孔質ガラス層の透明ガラス化が進行する際にも、多孔質
ガラス層は基板から剥離しない。

【０００９】本発明の製造方法にかかる基板としては、
Ｓｉであるのがよい。これにより、透明ガラス化が完了
すれば基板表面のＳｉＯ₂膜層と透明ガラス層は互いに
融合し得、密着性が向上し得る。また、基板表面がガラ
スの場合も同様である。基板周辺の多孔質ガラス層との
密着性が十分であれば、体積収縮の大部分を占める基板
の中心近傍の厚い多孔質ガラス層を透明ガラス化する際
にも剥離は生じ得ない。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明のいくつ
かの実施例に係る光導波膜の製造方法を説明する。な
お、図面の説明において同一要素には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。

【００１１】図１は実施例のプロセスを示し、特に基板
の周辺部にいわゆる下り段差部を形成したものである。
まず、単結晶シリコンなどからなる基板１を用意し、こ
の周辺部を削り取ることで下り段差６を形成する（図１
（ａ）参照）。このような基板１は、例えば図２のよう
に作製する。まず、シリコンウエーハを用意し、幅の広
いダイシングソーを用いて下り段差６となる４本の溝を
形成する（図２（ａ）参照）。そして、溝の外縁を幅の
狭いダイシングソーで切断することで、周辺部に下り段
差６を有する基板１を得る（図２（ｂ）参照）。なお、
溝形成と切断の順序は、後述の具体例のように逆にして
もよい。

【００１２】次に、バ−ナ４からのガラス微粒子を生成
させ、基板１の中央部表面および周辺部の下り段差６の
表面全域に多孔質ガラス層２を堆積する。この堆積は、
例えば図３の装置により行う。反応容器１２の底面がモ
ータ（図示せず）により回転するターンテーブル１１
（直径６００ｍｍ）上に、バーナ４により生成されるガ
ラス微粒子を堆積すべき複数の基板１を配置する。バー
ナ４にはＯ₂＋Ｈ₂ガスと共にガラス原料となるガスが
供給されており、ターンテーブル１１の半径方向に平行
往復運動する。排ガスはパイプ１３を介して導出され、
排気処理装置へ送られている。これにより、基板１上に
ガラス微粒子を一様に堆積することが可能となる。この
時、ヒータ１４により基板１は約５００℃に一様に加熱
されている。

【００１３】次に、基板１上に堆積された多孔質ガラス
層２を透明ガラス化する。すなわち、基板１を図３に示
すガラス微粒子堆積装置から取り出し、焼結炉にいれて
８００℃前後に加熱すると、多孔質ガラス層２は透明な
下部クラッド層２´となる（図１（ｃ）参照）。このと
き、基板１の周辺部には下り段差６が形成されているの
で、薄くなった幅ｗの範囲で熱容量が小さいために素早
く温度上昇し、先に透明化して基板１と下部クラッド層
２´の密着性が高くなる。また、高さｈの壁面がストッ
パとなり、水平方向の下部クラッド層２´の収縮を抑止
する。このため、ガラス化が周辺部から中心部に進行し
た後も下部クラッド層２´は基板１から剥がれることが
ない。

【００１４】本発明は上記実施例に限定されず、種々の
変形が可能である。例えば、段差部は機械的に形成して
もよいし、フォトリソグラフィ法により基板１の中央部
にマスクパターンを形成した上でドライエッチングを行
い形成してもよい。但し、基板１が矩形形状である場合
はダイシングソーを用いる加工が容易である。段差部６
は図１（ａ）に示されるような直角状に作製される必要
はなく、図４（ａ）〜（ｄ）に示されるように、周辺部
においてその基板１の厚みが実質的に薄くなっていれば
よい。また、段差部の深さｈは、多孔質ガラス層２の厚
さの１／２以上であれば剥離防止の効果は大きい。一
方、段差部６の幅ｗは，１ｍｍ以上あれば効果が現れ
る。但し、段差部６の幅ｗを大きくしすぎると光導波膜
として利用できる面積が小さくなるので，必要以上に大
きくすべきではない。

【００１５】尚、上記と同様な効果をもたらす基板１の
形状としては、図５に示されるように基板１の周囲に凸
状の突起部である凸部７を形成することも効果的であ
る。この場合には、凸部７に堆積した多孔質ガラス層２
が薄いため、素早くガラス化するので基板１とよく密着
し、かつ凸部７の壁面がストッパとなって平面方向の収
縮による剥がれを抑止する。但し、この場合は凸部７以
外の部分をエッチングあるいは研磨により除去する必要
があり、段差部６の加工に比べ時間がかかる。しかしな
がら、図１（ｅ）に示されるコアパターンである透明ガ
ラス層３´を形成する段階において、これと同一の透明
ガラス層により基板１の周辺近傍に凸部を形成するので
あれば、工程が増えることはない。

【００１６】更に、同様の効果をもたらす基板１の形状
としては図６に示されるように基板１の周囲に凹状の溝
である凹部８を形成することも考えられる。この場合に
は、凹部８の内側側壁において多孔質ガラス層２が薄く
なり、先にガラス化して基板１１に密着する。このた
め、凹部８がストッパとして良好に機能し、下部クラッ
ド層２´が剥がれることはない。

【００１７】次に本発明の実施例について具体的に説明
する。

【００１８】本発明では、図７に示されるように、直径
３インチ、厚さ１ｍｍのシリコンウエーハから５０ｍｍ
×５０ｍｍの正方形の基板１をダイシングソーを用いて
切り出した。次に、図２に示されるように、厚さ２ｍｍ
の矩形断面を有するブレードを用いてこの基板１の周辺
部に幅１．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの階段形状の段差部
６を形成した。この基板１の表面を酸化するために１０
００℃、Ｈ₂Ｏ：５０％、Ｎ₂：５０％の雰囲気で２４
時間加熱した。この結果、基板１の表面に約１．５μｍ
厚の酸化膜がバッファ層として形成された。

【００１９】次に、図７に示される装置により、基板１
をヒ−タ１４によって約５００℃に加熱し、ガラス合成
用のバ−ナ４にＨ₂：２ｌ／分、Ｏ₂：６ｌ／分、Ａ
ｒ：３ｌ／分、ＳｉＣｌ₄：１００ｃｃ／分、ＢＣ
ｌ₃：１０ｃｃ／分、ＰＯＣｌ₃：２ｃｃ／分からなる
燃料及び原料ガスを供給し火炎を伴いながら基板１上を
動径方向に４ｍｍ／分の速度で往復運動させ、多孔質ガ
ラス層２を約４０分間堆積した。この結果、この基板１
上に下部クラッド層となるべき多孔質ガラス層２が一様
に形成された。基板１を取り出し８００℃に加熱された
焼結用の炉の中へ挿入した。炉の温度を１℃／分の昇温
速度で１３５０℃まで昇温し、１３５０℃で約４時間保
持した。炉内の雰囲気はＨｅ：Ｏ₂＝９：１とした。以
上の工程が完了した基板１を炉から取り出したところ下
部クラッド層に対応する透明ガラス膜２´とシリコン基
板１との間に剥離は全く認められず、良好な結果が得ら
れた。

【００２０】次に本発明の比較例について説明する。

【００２１】図８（ａ）に示されるように、基板表面の
周辺に段差部あるいは凹凸部が形成されていない以外は
実施例と同一条件でシリコンの基板１上に下部クラッド
層となるべき多孔質ガラス層２を形成したところ、図８
（ｂ）に示されるように多孔質ガラス層２を下部クラッ
ド層となるべき透明ガラス層２´へと透明ガラス化する
際に多孔質ガラス層２と基板１との間で剥離がみられ
た。上面図である図９に示されるように剥離部の面積は
基板１の四隅にて大きかった。

【００２２】

【発明の効果】本発明の光導波膜の製造方法によれば、
形成する段階が基板表面の周辺部に下り段差部、凸部あ
るいは凹部の段差部を形成し、成長する段階が生成され
たガラス微粒子を基板の表面に堆積することにより多孔
質ガラス層を成長し、加熱する段階が多孔質ガラス層を
透明ガラス層にする。従って、多孔質ガラス層を透明化
する際、下り段差部における基板の厚みが薄いので熱容
量が小さくなり、周辺部での透明ガラス化が早く進み、
あるいは凸部又は凹部の壁面に成長する多孔質ガラス層
の厚みが薄くなり、従って透明ガラス化が早く進み、基
板と融合し密着性が向上し得る。従って、その後基板の
中心近傍の多孔質ガラス層において透明化が進み体積収
縮が発生しても、基板の周辺部において既に透明ガラス
化が進んだ多孔質ガラス層がこれを抑制し得る。その結
果、多孔質ガラス層を透明ガラス化する際に剥離のない
光導波膜となり得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の下り段差部を有する基板に光導波膜を
製造するプロセスを示した図。

【図２】本発明の下り段差部を基板に形成するプロセス
を示した図。

【図３】基板にガラス微粒子を堆積させる装置を示す概
略図。

【図４】本発明の下り段差部の変形構造例のいくつかを
示した図。

【図５】本発明の凸部を有する基板に光導波膜を製造す
るプロセスを示した図。

【図６】本発明の凹部を有する基板に光導波膜を製造す
るプロセスを示した図。

【図７】本発明の実施例における下り段差部が形成され
た基板の斜面図。

【図８】比較例における光導波膜を製造するプロセスを
示した図。

【図９】比較例の結果の上面図とＡ−Ａ´断面図を示し
た図。

【図１０】従来例における光導波膜を製造するプロセス
を示した図。

【符号の説明】

１…基板、２、３、５…多孔質ガラス層、２´…下部ク
ラッド層、３´…コア層、４…バ−ナ、６…下り段差、
７…凸部、８…凹部、１１…タ−ンテ−ブル、１２…反
応容器、１３…パイプ、１４…ヒ−タ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面の周辺に下り段差部を形成する
段階と、前記下り段差部が形成された基板の表面にガラ
ス微粒子を堆積し、多孔質ガラス層を成長する段階と、
前記多孔質ガラス層を透明ガラス層にするため加熱する
段階とを備えている光導波膜の製造方法。
【請求項２】基板表面の周辺に凸部を形成する段階
と、前記凸部が形成された基板の表面にガラス微粒子を
堆積し、多孔質ガラス層を成長する段階と、前記多孔質
ガラス層を透明ガラス層にするため加熱する段階とを備
えている光導波膜の製造方法。
【請求項３】基板表面の周辺に凹部を形成する段階
と、前記凹部が形成された基板の表面にガラス微粒子を
堆積し、多孔質ガラス層を成長する段階と、前記多孔質
ガラス層を透明ガラス層にするため加熱する段階とを備
えている光導波膜の製造方法。