JPH09297239A - Production of optical waveguide - Google Patents

Production of optical waveguide

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JPH09297239A
JPH09297239A JP11373396A JP11373396A JPH09297239A JP H09297239 A JPH09297239 A JP H09297239A JP 11373396 A JP11373396 A JP 11373396A JP 11373396 A JP11373396 A JP 11373396A JP H09297239 A JPH09297239 A JP H09297239A
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JP
Japan
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film
geo
optical waveguide
core
sio
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Application number
JP11373396A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Kashimura
誠一 樫村
Akishi Hongo
晃史 本郷
Kentaro Ohira
健太郎 大平
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09297239A publication Critical patent/JPH09297239A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of an optical waveguide with low loss and high production yield. SOLUTION: A SiO2 -GeO2 compact prepared by mixing a SiO2 powder and a GeO2 powder and pressing, or a SiO2 -GeO2 sintered body prepared by successively sintering the SiO2 -GeO2 compact is used as sputtering targets 4-1 to 4-4, and sputtering without thermal vaporization mechanism is carried out on a substrate 3. Therefore, no boiling due to the vapor pressure of the mixed material is caused or clusters do not intrude in the film. The core film can be produced without using phosphorus or boron as an additive to control the temp. to obtain a transparent film, so that increase in the scattering loss due to additives or deformation of the core when the core is heat-treated can be prevented. Thereby, an optical waveguide with low loss and high production yield can be obtd.

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、通信、計測、情報
処理の分野に適した低損失で信頼性の高い光導波路の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an optical waveguide having low loss and high reliability, which is suitable for the fields of communication, measurement and information processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】光を利用した通信システムの普及に伴
い、より低損失で信頼性の高い光部品の開発が進められ
ている。特に石英系材料を用いた導波路型の光部品は、
その低損失性に加え複雑な回路を平面基板上に一括して
形成できる可能性があることから最も注目を集めてい
る。
2. Description of the Related Art With the spread of communication systems utilizing light, development of optical components with lower loss and higher reliability is under way. In particular, waveguide-type optical components that use quartz-based materials
In addition to its low loss property, it is possible to form complex circuits on a flat substrate all at once, so it has attracted the most attention.

【0003】これら導波路型の光部品は、バッファ層
(下側クラッド層)と呼ばれる低屈折率層を有したSi
基板や石英基板上に屈折率の高いコアと呼ばれる光の伝
搬領域を形成し、コアをさらに低屈折率のクラッド層で
覆った構造をとるのが一般的である。特にコア部分の材
料組成は、光ファイバの低損失コア材料として実績のあ
るSiO2 −GeO2 組成ガラスが有効とされている。
These waveguide type optical components are made of Si having a low refractive index layer called a buffer layer (lower clad layer).
In general, a structure in which a light propagation region called a core having a high refractive index is formed on a substrate or a quartz substrate and the core is further covered with a clad layer having a low refractive index is adopted. Particularly, as the material composition of the core portion, a SiO 2 —GeO 2 composition glass that has been proven as a low-loss core material of an optical fiber is considered to be effective.

【0004】以下、SiO2 −GeO2 組成のコアを有
する光導波路の従来例を図4、図5を用いて説明する。
A conventional example of an optical waveguide having a core of SiO 2 —GeO 2 composition will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.

【0005】図4に示す光導波路の製造方法は、火炎加
水分解反応による微粒子形成及び高温熱処理による透明
ガラス化を利用した導波路用の膜を形成する例である。
まず、Si基板3−1上に、SiO2 にP(リン)やB
(ホウ素)を添加した低屈折率層(下側クラッド層)用
の微粒子層6と、PやBやGa等を添加したコア膜用の
微粒子層7を火炎加水分解反応により堆積し、これを高
速で焼結することにより透明な下側クラッドガラス層及
びコアガラス膜9とし、続いて、ドライエッチング加工
によりコアガラス膜9の不用部分を除去し、リッジ状の
コア10とし、最後に火炎加水分解反応によりPやBを
添加した低屈折率膜(上側クラッド層)用微粒子層11
を堆積させ、これを焼結することにより透明な上側クラ
ッドガラス膜12とし、埋め込み型の光導波路を得る方
法である。
The method of manufacturing an optical waveguide shown in FIG. 4 is an example of forming a film for a waveguide by utilizing fine particle formation by flame hydrolysis reaction and transparent vitrification by high temperature heat treatment.
First, P (phosphorus) or B is added to SiO 2 on the Si substrate 3-1.
The fine particle layer 6 for the low refractive index layer (lower clad layer) to which (boron) is added and the fine particle layer 7 for the core film to which P, B, Ga, etc. are added are deposited by flame hydrolysis reaction, and these are deposited. The transparent lower clad glass layer and the core glass film 9 are sintered at a high speed, and then the unnecessary portion of the core glass film 9 is removed by dry etching to form a ridge-shaped core 10 and finally flame flame Fine particle layer 11 for low refractive index film (upper clad layer) to which P or B is added by decomposition reaction
Is deposited and sintered to form a transparent upper clad glass film 12, and a buried optical waveguide is obtained.

【0006】ここで、Pは主にガラスの軟化速度或いは
透明ガラス化温度を低下させる目的で添加され、Bは膜
の屈折率を下げると同時に熱膨張係数を調整する目的で
添加される。また、Geは屈折率を上げる目的で添加さ
れる。
Here, P is added mainly for the purpose of lowering the softening rate of glass or the transparent vitrification temperature, and B is added for the purpose of lowering the refractive index of the film and at the same time adjusting the thermal expansion coefficient. Ge is added for the purpose of increasing the refractive index.

【0007】図5に示した光導波路の製造方法は、電子
ビーム蒸着法を用いたSiO2 −GeO2 導波路を形成
する例である。
The optical waveguide manufacturing method shown in FIG. 5 is an example of forming a SiO 2 —GeO 2 waveguide using an electron beam evaporation method.

【0008】石英基板3−2上にSiO2 とGeO2
らなるコア材料を電子ビーム蒸着法により蒸発させ、基
板の表面にSiO2 −GeO2 組成のコア膜13を形成
する。続いて、ドライエッチング加工によりコア膜13
の不用部分を除去してリッジ状のコア14とし、最後に
火炎加水分解反応によりクラッド膜用微粒子層15を堆
積させ、これを焼結することにより透明な上側クラッド
膜16とし、埋め込み型の光導波路が得られる。なお、
本従来例では、石英基板3−2自体が下側クラッド膜の
役割を担っている。
A core material composed of SiO 2 and GeO 2 is evaporated on a quartz substrate 3-2 by an electron beam evaporation method to form a core film 13 of SiO 2 —GeO 2 composition on the surface of the substrate. Then, the core film 13 is formed by dry etching.
Is removed to form a ridge-shaped core 14, and finally, a fine particle layer 15 for a cladding film is deposited by a flame hydrolysis reaction, and this is sintered to form a transparent upper cladding film 16. A waveguide is obtained. In addition,
In this conventional example, the quartz substrate 3-2 itself plays the role of the lower clad film.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には以下のような問題がある。
However, the above-mentioned conventional techniques have the following problems.

【0010】図4に示した従来の光導波路の製造方法
は、Si基板や石英基板の耐熱温度以下の温度で各層を
焼結し透明ガラス化を図る必要がある。このため、各層
中にはPを添加しその軟化温皮を低下させなければなら
ない。また、Bを添加することにより膜の熱膨張係数や
屈折率を調整しなければならない。これらPやBの添加
によってできる酸化物ガラスの構造はSiO2 やGeO
2 ガラスの構造とは基本的に異なるため、透明ガラス化
後に分相を形成し易く、これが伝搬光の散乱要因となる
おそれがある。また、エッチングによりリッジ状のコア
を形成した後、再度クラッド層形成のための微粒子堆積
と高温焼結による透明ガラス化処理を行なわなければな
らない。このため、高温熱処理によりコアパターンの変
形が起こり易い。また、微粒子堆積層の透明ガラス化を
行う際にPの膜厚方向への拡散が起こり易く、膜厚方向
に均一な組成の膜を得ることが難しい等の問題があっ
た。
In the conventional method for manufacturing an optical waveguide shown in FIG. 4, it is necessary to sinter each layer at a temperature equal to or lower than the heat resistant temperature of a Si substrate or a quartz substrate so as to obtain a transparent glass. For this reason, P must be added to each layer to reduce the softened skin. Further, the coefficient of thermal expansion and the refractive index of the film must be adjusted by adding B. The structure of oxide glass formed by adding P or B is SiO 2 or GeO.
Since it is fundamentally different from the structure of the two glasses, phase separation is likely to occur after transparent vitrification, which may cause a scattering of the propagating light. Further, after forming a ridge-shaped core by etching, it is necessary to again perform fine glass deposition for forming a cladding layer and transparent vitrification treatment by high temperature sintering. Therefore, the core pattern is likely to be deformed by the high temperature heat treatment. In addition, there is a problem that P is likely to be diffused in the film thickness direction when the fine particle deposition layer is vitrified, and it is difficult to obtain a film having a uniform composition in the film thickness direction.

【0011】また、図5に示した従来の光導波路の製造
方法は、コアがSiO2 とGeO2 のみで構成できるた
め、高温熱処理によるコアパターンの変形は極めて少な
い。しかしながら、蒸気圧の異なるSiO2 とGeO2
との混合材料を電子ビームにより加熱・蒸発させるた
め、加熱の際に蒸気圧差に起因した突沸現象(SiO2
よりもGeO2 の蒸気圧が高いため、GeO2 の方が先
に気化し材料中に気泡が発生する現象)が発生しやす
い。このため、この突沸現象により材料が弾け飛び、膜
中に数μm〜数十μmのクラスタ(固まり)として混入
する。これら膜中に混入した材料は導波路断線を招き導
波路損失を増加させる原因となっている。また、高温熱
処理時の膜の収縮が大きいことにより基板の反りが増加
して後に続くパターン化の工程ができなかったり、膜自
体にクラックが発生する等の問題があった。
Further, in the conventional method for manufacturing an optical waveguide shown in FIG. 5, since the core can be composed of only SiO 2 and GeO 2 , the deformation of the core pattern due to the high temperature heat treatment is extremely small. However, SiO 2 and GeO 2 with different vapor pressures
Since the mixed material with and is heated and evaporated by an electron beam, the bumping phenomenon (SiO 2
Since the vapor pressure of GeO 2 is higher than that of GeO 2 , the phenomenon that GeO 2 vaporizes first and bubbles are generated in the material) is more likely to occur. Therefore, due to this bumping phenomenon, the material pops off and mixes into the film as clusters (mass) of several μm to several tens of μm. The materials mixed in these films cause waveguide breakage and increase the waveguide loss. Further, since the shrinkage of the film during the high temperature heat treatment is large, the warp of the substrate is increased, and the subsequent patterning process cannot be performed, or the film itself is cracked.

【0012】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、低損失で歩留りの高い光導波路の製造方法を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method of manufacturing an optical waveguide with low loss and high yield.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、SiO2 粉体とGeO2 粉体とを混合した
後プレスしてSiO2 −GeO2 成形体を形成するか或
いはプレス後続いて焼結してSiO2 −GeO2 焼結体
を形成する工程と、成形体或いは焼結体をスパッタター
ゲットとして、スパッタリング法により低屈折率層を有
する平面基板上にSiO2 −GeO2 組成のコアガラス
膜を形成する工程と、平面基板全体を高温で熱処理する
工程と、コアガラス膜をフォトリソグラフィ及びドライ
エッチングにより略矩形断面形状のコアに加工する工程
と、平面基板上のコア全体に低屈折率のクラッドガラス
膜を被覆する工程とからなるものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of mixing or pressing SiO 2 powder and GeO 2 powder to form a SiO 2 —GeO 2 compact or pressing. Subsequent sintering to form a SiO 2 —GeO 2 sintered body, and a SiO 2 —GeO 2 composition on a flat substrate having a low refractive index layer by a sputtering method using a compact or a sintered body as a sputtering target. To form a core glass film, heat treating the entire flat substrate at a high temperature, processing the core glass film into a core having a substantially rectangular cross section by photolithography and dry etching, and And a step of coating a clad glass film having a low refractive index.

【0014】上記構成に加え本発明は、焼結体からなる
スパッタターゲット中のSiO2 粉体に対するGeO2
粉体の混合割合を50mol%以下の範囲内で変化させ
ることにより形成されるコアガラス膜の屈折率を制御す
るのが好ましい。
In addition to the above structure, the present invention is based on GeO 2 for SiO 2 powder in a sputter target made of a sintered body.
It is preferable to control the refractive index of the core glass film formed by changing the mixing ratio of the powder within the range of 50 mol% or less.

【0015】上記構成に加え本発明は、SiO2 粉体及
びGeO2 粉体の粒径をそれぞれ10μm以下とするの
が好ましい。
In the present invention, in addition to the above constitution, it is preferable that the particle diameters of the SiO 2 powder and the GeO 2 powder are each 10 μm or less.

【0016】上記構成に加え本発明は、焼結体からなる
スパッタターゲットの純度を99.9%以上とするのが
好ましい。
In addition to the above constitution, in the present invention, it is preferable that the purity of the sputter target made of a sintered body is 99.9% or more.

【0017】上記構成に加え本発明は、焼結体からなる
スパッタターゲットの密度を70%以上とするのが好ま
しい。
In addition to the above constitution, in the present invention, the density of the sputter target made of a sintered body is preferably 70% or more.

【0018】上記構成に加え本発明は、スパッタリング
法によるコアガラス膜形成には、少なくとも2つ以上の
スパッタターゲットに同時にRF高周波電力を印加し、
回転機構を有する基板ホルダーに取り付けられた平面基
板上にスパッタターゲットからスパッタされた材料を成
膜させるのが好ましい。
In addition to the above-mentioned constitution, the present invention, in forming the core glass film by the sputtering method, applies RF high frequency power to at least two or more sputtering targets at the same time,
It is preferable to deposit a material sputtered from a sputter target on a flat substrate attached to a substrate holder having a rotating mechanism.

【0019】上記構成に加え本発明は、スパッタリング
法によるコアガラス膜形成を、スパッタガスであるアル
ゴン及び酸素の混合ガス中で行い、導入する全ガス量中
の酸素ガスの混合比を3〜30%の範囲内とするのが好
ましい。
According to the present invention, in addition to the above structure, the core glass film is formed by a sputtering method in a mixed gas of argon and oxygen which is a sputtering gas, and the mixing ratio of oxygen gas in the total amount of introduced gas is 3 to 30. It is preferably within the range of%.

【0020】上記構成に加え本発明は、スパッタリング
法によるコアガラス膜形成を、スパッタ時のガス圧力が
0.01〜1Paの範囲内で行うようにするのが好まし
い。
In addition to the above structure, in the present invention, it is preferable that the core glass film is formed by the sputtering method at a gas pressure of 0.01 to 1 Pa during sputtering.

【0021】上記構成に加え本発明は、スパッタリング
法によるコアガラス膜形成を、成膜時にそれぞれのスパ
ッタターゲットに印加する高周波電力が2〜10W/c
2 の範囲となるようにするのが好ましい。
In addition to the above-mentioned constitution, the present invention is such that the high frequency power applied to each sputter target during the formation of the core glass film by the sputtering method is 2 to 10 W / c.
It is preferable to set it in the range of m 2 .

【0022】上記構成に加え本発明は、コアガラス膜を
形成した後の高温熱処理を、酸素中700〜1200℃
の範囲の温度で行うようにするのが好ましい。
In addition to the above structure, the present invention performs the high temperature heat treatment after forming the core glass film in oxygen at 700 to 1200 ° C.
It is preferable to carry out at a temperature in the range.

【0023】上記方法において、スパッタリング法は熱
的な気化・蒸発機構を伴なわない成膜方法であるため、
蒸着法で問題となった混合材料の蒸気圧に依存する突沸
現象は発生しない。従って膜中にクラスタ(材料の固ま
り)が混入することはない。また、火炎加水分解反応に
よる微粒子形成及び高温熱処理による透明ガラス化を利
用する方法のように、コアガラス中に透明化温度を調整
するための添加物であるリンやホウ素等を入れずにコア
用の膜を形成することができるため、添加物に起因した
散乱損失の増加やコアを熱処理した場合のコア変形等の
心配がない。
In the above method, the sputtering method is a film forming method that does not involve a thermal vaporization / evaporation mechanism.
The bumping phenomenon depending on the vapor pressure of the mixed material, which is a problem in the vapor deposition method, does not occur. Therefore, clusters (lumps of material) are not mixed in the film. In addition, as in the method that uses fine particle formation by flame hydrolysis reaction and transparent vitrification by high temperature heat treatment, it is used for cores without adding phosphorus or boron, which is an additive for adjusting the clearing temperature, to the core glass. Since the film can be formed, there is no concern about an increase in scattering loss due to the additive and deformation of the core when the core is heat-treated.

【0024】また、これまで大型のSiO2 −GeO2
ガラスからなるスパッタターゲットが得られなかったた
め、スパッタリング法によりSiO2 −GeO2 組成の
コアガラス膜を作製できなかった。
In addition, large-scale SiO 2 --GeO 2 has been used so far.
Since a sputtering target made of glass could not be obtained, a core glass film having a composition of SiO 2 —GeO 2 could not be prepared by the sputtering method.

【0025】しかしながら、本発明では、SiO2 粉体
とGeO2 粉体とを混合し、これをプレスして成形体を
形成し、或いは続いて焼結して焼結体を形成し、これを
スパッタターゲットとして用いているため、低コストで
再現性良くスパッタターゲットを形成することが可能と
なり、信頼度の高いSiO2 −GeO2 コア膜が再現で
きる。
However, in the present invention, the SiO 2 powder and the GeO 2 powder are mixed and pressed to form a compact, or subsequently sintered to form a sintered body, which is then formed. Since it is used as a sputter target, it is possible to form a sputter target at low cost and with good reproducibility, and a highly reliable SiO 2 —GeO 2 core film can be reproduced.

【0026】ここで、成膜されるコア膜の組成比及び屈
折率は、SiO2 粉体とGeO2 粉体との混合割合によ
って制御できる。SiO2 粉体に対するGeO2 粉体の
含有率が多ければ屈折率は高くなり、コアとクラッドと
の屈折率差(Δn)は大きくなる。屈折率差Δnが大き
いほど光導波路の曲がりに対する損失は小さくなり、よ
り小型のデバイスが実現できる。しかしながら過度のG
eO2 の添加は、内部応力や散乱損失を増大させるだけ
でなく、光導波路と通常の光ファイバとの間の整合性を
劣化させ大きな結合損失を招く。従ってSiO2 粉体に
対するGeO2 粉体の含有量は50mol%以下とする
ことが好ましい。
Here, the composition ratio and the refractive index of the formed core film can be controlled by the mixing ratio of the SiO 2 powder and the GeO 2 powder. Refractive index The more GeO 2 powder content for SiO 2 powder is higher, the refractive index difference between the core and the cladding ([Delta] n) becomes large. The larger the refractive index difference Δn, the smaller the loss due to the bending of the optical waveguide, and the smaller device can be realized. However excessive G
The addition of eO 2 not only increases the internal stress and scattering loss, but also deteriorates the matching between the optical waveguide and the ordinary optical fiber and causes a large coupling loss. Therefore, the content of the GeO 2 powder with respect to the SiO 2 powder is preferably 50 mol% or less.

【0027】また、組成の均一性は、混合するSiO2
粉体及びGeO2 粉体の粒径に依存する。均一組成膜を
得るためには少なくとも10μm以下の粒径を有する粉
体原料を用いる必要がある。10μmを超える粒径の材
料を使用した場合には、膜厚方向での組成変化が著しく
大きくなる。
Further, the uniformity of the composition depends on the SiO 2 to be mixed.
It depends on the particle size of the powder and GeO 2 powder. In order to obtain a uniform composition film, it is necessary to use a powder raw material having a particle size of at least 10 μm or less. When a material having a particle size exceeding 10 μm is used, the compositional change in the film thickness direction becomes significantly large.

【0028】また、膜の損失は不純物の混入により増加
する。この損失増加は不純物量が0.1%を超えると顕
著になることを確認した。また、0.1%を超えると屈
折率も変化することが分かった。このため、焼結体から
なるスパッタターゲットの純度は99.9%以上である
ことが好ましい。
Further, the loss of the film increases due to the inclusion of impurities. It was confirmed that this increase in loss becomes remarkable when the amount of impurities exceeds 0.1%. It was also found that the refractive index also changes when the content exceeds 0.1%. Therefore, the purity of the sputter target made of a sintered body is preferably 99.9% or more.

【0029】また、スパッタターゲット自体の使用効率
及び寿命を向上させるため、焼結密度を70%以上にす
ることが好ましい。SiO2 −GeO2 焼結体の場合、
70%よりも低密度のスパッタターゲットはスパッタ中
にその表面温度上昇によると考えられる体積収縮が顕著
に起こる。この収縮率はスパッタターゲット表面のプラ
ズマ密度(温度)によって異なる。スパッタターゲット
上で収縮率の差が大きくなるとクラックが発生し易くな
る。また、70%よりも低密度の場合は不活性ガスや水
分の吸着量も著しくなることが確認されている。
Further, in order to improve the use efficiency and life of the sputter target itself, it is preferable that the sintered density be 70% or more. In the case of SiO 2 —GeO 2 sintered body,
A sputter target having a density lower than 70% undergoes remarkable volume contraction during sputtering, which is considered to be due to an increase in the surface temperature. This shrinkage rate depends on the plasma density (temperature) on the surface of the sputter target. If the difference in shrinkage ratio on the sputter target is large, cracks are likely to occur. Further, it has been confirmed that when the density is lower than 70%, the amount of the inert gas or water adsorbed becomes remarkable.

【0030】導波路コア用のガラス膜の厚さは、光ファ
イバとの結合を考慮して光ファイバのコア径と略等しい
6〜10μmに設定することが好ましい。また、製造コ
ストを下げるため多数枚の基板や大型の基板に均一に膜
を形成する必要がある。このため、少なくとも2つ以上
のスパッタターゲットに同時にRF高周波電力を印加
し、回転機構を有する基板ホルダーに取り付けられたま
ま基板上にスパッタターゲットからスパッタされた材料
を高速かつ均一に成膜される。
The thickness of the glass film for the waveguide core is preferably set to 6 to 10 μm which is substantially equal to the core diameter of the optical fiber in consideration of coupling with the optical fiber. Further, in order to reduce the manufacturing cost, it is necessary to uniformly form a film on a large number of substrates or large substrates. Therefore, RF high frequency power is simultaneously applied to at least two or more sputter targets, and the material sputtered from the sputter targets is deposited at high speed and uniformly on the substrate while being attached to the substrate holder having the rotating mechanism.

【0031】ここで、上記スパッタリング法により形成
されたSiO2 −GeO2 コア膜は、その後、膜の組成
及び屈折率を安定化させるために、酸素雰囲気中高温で
熱処理する必要がある。
Here, the SiO 2 —GeO 2 core film formed by the above-mentioned sputtering method needs to be subsequently heat-treated at a high temperature in an oxygen atmosphere in order to stabilize the composition and refractive index of the film.

【0032】しかしながら、成膜直後の膜が酸素欠乏状
態となっている場合には、熱処理中に酸化による膜の体
積膨張が起こり、応力変化に起因したクラックが発生す
る。また、酸化を促進する目的で酸素を過剰に導入する
と成膜速度が極端に低下することからミクロンオーダー
の膜付け方法としては適さない。このため、上記方法に
よりSiO2 −GeO2 コア膜を形成する場合には、導
入する全ガス量中の酸素ガスの混合比を3〜30%の範
囲内となるように設定することが好ましい。
However, when the film immediately after film formation is in an oxygen-deficient state, volume expansion of the film occurs due to oxidation during heat treatment, and cracks due to stress change occur. Further, if oxygen is excessively introduced for the purpose of accelerating the oxidation, the film forming rate will be extremely reduced, and therefore it is not suitable as a film forming method of the micron order. Therefore, when the SiO 2 —GeO 2 core film is formed by the above method, it is preferable to set the mixing ratio of oxygen gas in the total amount of introduced gas to be within the range of 3 to 30%.

【0033】また、スパッタ時のガス圧力は、アルゴン
ガスや酸素ガス等のガス導入量と共に成膜速度、膜の密
度及び膜の酸化状態を制御するために重要なパラメータ
である。本発明者らの検討結果ではSiO2 −GeO2
コア膜を形成するための適切な圧力範囲は0.01〜1
Paであった。この範囲外では酸素欠乏状態或いは密度
の低い膜となり、高温熱処理時に屈折率、膜厚、基板の
反り量の変動が大きな膜しか得られなかった。
The gas pressure at the time of sputtering is an important parameter for controlling the film formation rate, the film density and the film oxidation state together with the gas introduction amount such as argon gas or oxygen gas. According to the examination results of the present inventors, SiO 2 —GeO 2
A suitable pressure range for forming the core film is 0.01 to 1
Pa. Outside this range, the film becomes an oxygen-deficient state or has a low density, and only a film having large fluctuations in the refractive index, the film thickness, and the warp amount of the substrate during the high temperature heat treatment was obtained.

【0034】また、成膜時にそれぞれのスパッタターゲ
ットに印加する高周波電力は、成膜速度を制御する要因
であるが、SiO2 −GeO2 コア膜を形成する場合に
は、内部応力や屈折率も印加電力によって変化する。高
温熱処理時に変動の少ない膜を形成するためには、1ス
パッタターゲット当たり2〜10W/cm2 の範囲の電
力で成膜することが好ましい。2W/cm2 よりも低い
電力では成膜速度が遅いので実用的ではない。また、1
0W/cm2 より大きな電力では高温熱処理時に内部応
力変動の大きな膜となる。
Further, the high frequency power applied to each sputter target during film formation is a factor controlling the film formation rate, but when forming a SiO 2 —GeO 2 core film, the internal stress and refractive index are also increased. It changes depending on the applied power. In order to form a film with little fluctuation during the high temperature heat treatment, it is preferable to form the film with an electric power in the range of 2 to 10 W / cm 2 per sputter target. When the electric power is lower than 2 W / cm 2 , the film formation rate is slow and it is not practical. Also, 1
When the electric power is higher than 0 W / cm 2, the film has large internal stress fluctuation during high temperature heat treatment.

【0035】さらに、コア膜形成後には、膜の酸化を促
進すると共に膜を緻密化し、屈折率を安定化させるた
め、酸素雰囲気中高温での熱処理を行うことが好まし
い。この場合屈折率、膜厚の変化が飽和し、膜の内部応
力ができるだけ少なくなる温度を選択する必要がある。
Further, after the core film is formed, it is preferable to perform a heat treatment at a high temperature in an oxygen atmosphere in order to promote the oxidation of the film, densify the film, and stabilize the refractive index. In this case, it is necessary to select a temperature at which changes in the refractive index and the film thickness are saturated and the internal stress of the film is minimized.

【0036】特に、内部応力の大きい膜は平面基板の反
り量も大きくなるため、後に続くフォトリソグラフィに
よるパターニングが精度良く行えなくなる。本発明者ら
が熱処理温度に対する屈折率・膜厚・内部応力の変動に
ついて種々検討した結果、最適な温度が700〜120
0℃の範囲にあることが分かった。
In particular, a film having a large internal stress causes a large amount of warpage of the flat substrate, so that the subsequent patterning by photolithography cannot be performed accurately. As a result of various examinations by the present inventors on variations in the refractive index, film thickness, and internal stress with respect to the heat treatment temperature, the optimum temperature is 700 to 120.
It was found to be in the range of 0 ° C.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0038】図1は本発明の光導波路の製造方法を適用
したスパッタリング装置の一実施の形態を示す平面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a sputtering apparatus to which the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention is applied.

【0039】図1において、1は真空容器、2は基板ホ
ルダー、3は平面基板(基板)、4−1〜4−4はSi
2 −GeO2 焼結体ターゲット(ターゲット)、5−
1〜5−4はターゲット4−1〜4−4のそれぞれに電
力を供給するための高周波電源である。
In FIG. 1, 1 is a vacuum container, 2 is a substrate holder, 3 is a flat substrate (substrate), and 4-1 to 4-4 are Si.
O 2 —GeO 2 sintered target (target), 5-
Reference numerals 1 to 5-4 are high frequency power supplies for supplying power to the targets 4-1 to 4-4, respectively.

【0040】ここで、基板3は、回転が可能な多面体形
状を有した基板ホルダー2の外周側面に取り付けられて
いる。これら基板3と対向する真空容器1の内壁にはタ
ーゲット4−1〜4−4が設けられ、各ターゲット4−
1〜4−4にはそれぞれに電力を供給するための高周波
電源5−1〜5−4が接続されている。
Here, the substrate 3 is attached to the outer peripheral side surface of the substrate holder 2 having a rotatable polyhedral shape. Targets 4-1 to 4-4 are provided on the inner wall of the vacuum container 1 facing the substrate 3 and each target 4-
High frequency power supplies 5-1 to 5-4 for supplying electric power to each of them are connected to 1 to 4-4.

【0041】本発明者らは当初、ターゲット4−1〜4
−4としては、SiO2 −GeO2 バルクガラスを用い
ることを考えた。しかしながら、組成の均一なものが得
にくく、かつ割れやすいため量産装置向けの大型のもの
ができなかった。
The present inventors initially set targets 4-1 to 4-4.
As -4, it was considered to use SiO 2 —GeO 2 bulk glass. However, it was difficult to obtain a product having a uniform composition, and it was easily cracked, so that a large-scale product for a mass production device could not be produced.

【0042】そこで、本実施の形態では、SiO2 粉体
とGeO2 粉体とを混合し、これをプレスし、その後1
000℃以上の高温で焼結し密度が70%以上となるよ
うに形成した焼結体をターゲットとして用いた。
Therefore, in the present embodiment, SiO 2 powder and GeO 2 powder are mixed and pressed, and then 1
A sintered body formed by sintering at a high temperature of 000 ° C. or higher and having a density of 70% or higher was used as a target.

【0043】コア膜の屈折率はSiO2 粉体とGeO2
粉体との混合割合を変えることによって容易に制御する
ことができるが、本実施の形態ではGeO2 の混合割合
を10mol%とした。
The refractive index of the core film is SiO 2 powder and GeO 2
It can be easily controlled by changing the mixing ratio with the powder, but in the present embodiment, the mixing ratio of GeO 2 was set to 10 mol%.

【0044】ここで、ターゲット自体の使用効率及び寿
命を向上させるため、焼結温度を70%以上にすること
が好ましい。SiO2 −GeO2 焼結体の場合、GeO
2 の混合割合が70%よりも低密度のターゲットはスパ
ッタ中にその表面温度上昇によると考えられる体積収縮
が顕著に起こった。この収縮率はターゲット表面のプラ
ズマ密度(温度)によって異なる。ターゲット上で収縮
率の差が大きくなるとクラックが発生し易くなる。ま
た、GeO2 の混合割合が70%よりも低い場合は不純
物ガスや水分の吸着量も著しくなった。
Here, in order to improve the use efficiency and the life of the target itself, the sintering temperature is preferably 70% or more. In the case of a SiO 2 —GeO 2 sintered body, GeO
A target having a mixture ratio of 2 lower than 70% had a remarkable volume shrinkage during sputtering, which is considered to be due to an increase in the surface temperature of the target. This shrinkage rate depends on the plasma density (temperature) of the target surface. If the difference in shrinkage ratio increases on the target, cracks are likely to occur. Further, when the mixing ratio of GeO 2 was lower than 70%, the amount of adsorbed impurity gas and water became remarkable.

【0045】また、SiO2 粉体及びGeO2 粉体から
なる原料の粒子径は、組成の均一性を確保するためそれ
ぞれ10μm以下の粒径のものを使用した。粒径が10
μmを超える材料を使用した場合には、膜厚方向での組
成変化が著しく大きくなった。
The particle diameters of the raw materials composed of SiO 2 powder and GeO 2 powder were 10 μm or less in order to ensure the uniformity of the composition. Particle size is 10
When a material having a thickness of more than μm was used, the compositional change in the film thickness direction was significantly increased.

【0046】0.1%を超える量の不純物が膜中に混入
すると、これに起因した損失増加や屈折率変化が顕著に
なることから導波路用コア膜としては望ましくない。こ
のため、焼結体からなるターゲットの純度は99.9%
以上とした。
When an amount of impurities exceeding 0.1% is mixed in the film, the increase in loss and the change in refractive index due to the impurities become remarkable, which is not desirable as a core film for a waveguide. Therefore, the purity of the target made of a sintered body is 99.9%.
It was above.

【0047】次に、実際のコア膜形成は、真空容器1内
に設けられた基板ホルダー2の外周側面に石英基板や低
屈折率層を有したSi基板などの基板3を取り付け、真
空容器1内を1×10-5Pa以下の真空度まで排気す
る。
Next, in the actual core film formation, the substrate 3 such as a quartz substrate or a Si substrate having a low refractive index layer is attached to the outer peripheral side of the substrate holder 2 provided in the vacuum container 1, and the vacuum container 1 is attached. The inside is evacuated to a vacuum degree of 1 × 10 −5 Pa or less.

【0048】次に、真空容器1内にスパッタガスである
アルゴン(Ar)ガスを100sccm及び反応ガスで
ある酸素(O2 )ガスを10scm導入し、真空容器1
内のガス圧力を0.3Paに保持し、基板ホルダー2を
回転させながら、焼結体ターゲット4−1〜4−4のそ
れぞれに高周波電源5−1〜5−4よりそれぞれ8W/
cm2 の電力を供給し成膜を行った。
Next, 100 sccm of argon (Ar) gas which is a sputtering gas and 10 scm of oxygen (O 2 ) gas which is a reaction gas are introduced into the vacuum container 1, and the vacuum container 1
While maintaining the gas pressure in the inside at 0.3 Pa and rotating the substrate holder 2, each of the sintered body targets 4-1 to 4-4 is supplied with 8 W / from the high frequency power sources 5-1 to 5-4.
A film was formed by supplying electric power of cm 2 .

【0049】ここで、導波路コア用のガラス膜の厚さ
は、光ファイバとの結合を考慮して光ファイバのコア径
と略等しい6〜10μmに設定することとした。また、
製造コストを下げるため多数枚の基板や大型の基板に均
一に膜を形成する必要がある。このため、少なくとも2
つ以上のターゲット4−1〜4−4に同時に高周波電力
を印加し、回転機構を有する基板ホルダー2に取り付け
られた基板3上にターゲット4−1〜4−4からスパッ
タされた材料を高速かつ均一に成膜できることが好まし
い。
Here, the thickness of the glass film for the waveguide core is set to 6 to 10 μm, which is approximately equal to the core diameter of the optical fiber, in consideration of coupling with the optical fiber. Also,
In order to reduce the manufacturing cost, it is necessary to uniformly form a film on a large number of substrates or large substrates. Therefore, at least 2
High-frequency power is simultaneously applied to one or more targets 4-1 to 4-4, and the materials sputtered from the targets 4-1 to 4-4 are rapidly transferred onto the substrate 3 mounted on the substrate holder 2 having a rotation mechanism. It is preferable that the film can be formed uniformly.

【0050】また上記スパッタリング法により形成され
たSiO2 −GeO2 コア膜はその後、膜の組成及び屈
折率を安定化させるために、酸素雰囲気中高温で熱処理
する必要がある。
Further, the SiO 2 --GeO 2 core film formed by the above-mentioned sputtering method needs to be subsequently heat-treated at a high temperature in an oxygen atmosphere in order to stabilize the composition and refractive index of the film.

【0051】しかしながら、成膜直後の膜が酸素欠乏状
態となっている場合には、熱処理中に酸化による膜の体
積膨張が起こり、応力変化に起因したクラックが発生す
る。また、酸化を促進する目的でO2 ガスを過剰に導入
すると成膜速度が極端に低下することからミクロンオー
ダーの膜付け方法としては適さない。このため、上記方
法によりSiO2 −GeO2 コア膜を形成する場合に
は、導入する全ガス量中のO2 ガスの混合比は3〜30
%の範囲内となるよう設定することが好ましい。
However, when the film immediately after film formation is in an oxygen-deficient state, volume expansion of the film occurs due to oxidation during heat treatment, and cracks due to stress change occur. Further, if O 2 gas is excessively introduced for the purpose of accelerating the oxidation, the film forming rate is extremely lowered, and therefore it is not suitable as a film forming method of the micron order. Therefore, when the SiO 2 —GeO 2 core film is formed by the above method, the mixing ratio of O 2 gas in the total amount of introduced gas is 3 to 30.
It is preferable to set it within the range of%.

【0052】また、スパッタ時のガス圧力は、Arガス
やO2 ガスの導入量と共に成膜速度、膜の密度及び膜の
軟化状態を制御するために重要なパラメータである。本
発明者らの検討結果ではSiO2 −GeO2 コア膜を形
成するための適切な圧力範囲は0.01〜1Paであっ
た。この範囲外では酸素欠乏状態或いは密度の低い膜と
なり、高温熱処理時に屈折率、膜厚、基板の反り量の変
動が大きな膜しか得られなかった。
The gas pressure at the time of sputtering is an important parameter for controlling the film formation rate, the film density, and the softened state of the film together with the introduction amount of Ar gas or O 2 gas. According to the examination result of the present inventors, the suitable pressure range for forming the SiO 2 —GeO 2 core film was 0.01 to 1 Pa. Outside this range, the film becomes an oxygen-deficient state or has a low density, and only a film having large fluctuations in the refractive index, the film thickness, and the warp amount of the substrate during the high temperature heat treatment was obtained.

【0053】また、成膜時にそれぞれのターゲットに印
加する高周波電力は、成膜速度を直接制御する要因であ
るが、SiO2 −GeO2 コア膜を形成する場合には、
内部応力や屈折率も印加電力によって変化する。高温熱
処理時に内部応力や屈折率変化の少ない膜を形成するた
めには、1ターゲット当たり2〜10W/cm2 の範囲
の電力で成膜されることが好ましい。高周波電力が2W
/cm2 よりも低い場合には成膜速度が遅く実用的では
ない。また、高周波電力が10W/cm2 より大きい場
合には高温熱処理時に内部応力変動の大きな膜となる。
Further, the high frequency power applied to each target during film formation is a factor for directly controlling the film formation rate, but in the case of forming the SiO 2 —GeO 2 core film,
The internal stress and refractive index also change depending on the applied power. In order to form a film with a small internal stress and a small change in refractive index during high temperature heat treatment, it is preferable to form the film with an electric power in the range of 2 to 10 W / cm 2 per target. High frequency power is 2W
If it is lower than / cm 2 , the film formation rate is slow and not practical. When the high frequency power is higher than 10 W / cm 2, the film has large internal stress fluctuation during high temperature heat treatment.

【0054】次に、形成されたコア膜を基板ごと酸素雰
囲気中約900℃の温度で熱処理を行った。
Next, the formed core film was heat-treated together with the substrate in an oxygen atmosphere at a temperature of about 900.degree.

【0055】成膜後には、膜の酸化を促進すると共に膜
を緻密化し、屈折率を安定化させるため、酸素雰囲気中
高温での熱処理を行うことが好ましい。この場合屈折
率、膜厚の変化が飽和し、膜の内部応力ができるだけ少
なくなる温度を選択する必要がある。特に、内部応力の
大きい膜は基板の反り量も大きくなるため、後に続くフ
ォトリソグラフィによるパターニングが精度良く行えな
くなる。
After film formation, it is preferable to perform heat treatment at a high temperature in an oxygen atmosphere in order to promote oxidation of the film, densify the film, and stabilize the refractive index. In this case, it is necessary to select a temperature at which changes in the refractive index and the film thickness are saturated and the internal stress of the film is minimized. In particular, a film having a large internal stress also causes a large amount of warp of the substrate, so that subsequent patterning by photolithography cannot be performed accurately.

【0056】図2に熱処理温度に対する屈折率及び内部
応力の変化について検討した結果を示す。
FIG. 2 shows the results of examining changes in the refractive index and the internal stress with respect to the heat treatment temperature.

【0057】図2は本発明の熱処理温度に対する基板の
反り量及び屈折率の関係を示す図であり、横軸が温度、
左縦軸が基板の反り量(内部応力)、右縦軸が屈折率を
示している。白抜きの点が基板の反り量(内部応力)、
黒点が屈折率を示している。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of warpage and the refractive index of the substrate with respect to the heat treatment temperature of the present invention, where the horizontal axis represents temperature,
The left vertical axis shows the warp amount (internal stress) of the substrate, and the right vertical axis shows the refractive index. The white points indicate the warp amount (internal stress) of the substrate,
Black dots indicate the refractive index.

【0058】同図より、屈折率が安定し、内部応力が略
0となる温度範囲が700〜1200℃の範囲内に存在
するのが分かる。すなわち、この温度範囲で熱処理を行
うことが望ましい。尚、同図において基板の反り量は、
直径3インチ基板の中心より±25mmにおける基板の
反り量である。
From the figure, it can be seen that the temperature range in which the refractive index is stable and the internal stress becomes approximately 0 exists in the range of 700 to 1200 ° C. That is, it is desirable to perform the heat treatment within this temperature range. In the figure, the warp amount of the substrate is
It is the amount of warpage of the substrate within ± 25 mm from the center of the substrate having a diameter of 3 inches.

【0059】本実施の形態により作製したSiO2 −G
eO2 コアガラス膜の焼結体ターゲット中へのGeO2
粉体混合量と酸素雰囲気中1200℃で熱処理後の屈折
率について調べた結果を図3に示す。
SiO 2 -G produced according to this embodiment
GeO 2 in sintered body target of eO 2 core glass film
FIG. 3 shows the results of examining the powder mixture amount and the refractive index after heat treatment at 1200 ° C. in an oxygen atmosphere.

【0060】図3は本発明の光導波路の製造方法を適用
した焼結体ターゲット中のGeO2 粉体の混合量と成膜
された膜を酸素雰囲気中1200℃の温度で熱処理した
ときの屈折率の関係を示す図であり、横軸がGeO2
体の混合量、縦軸が屈折率を示している。
FIG. 3 shows the mixture amount of GeO 2 powder in the sintered body target to which the optical waveguide manufacturing method of the present invention is applied and the refraction when the formed film is heat-treated at a temperature of 1200 ° C. in an oxygen atmosphere. FIG. 3 is a diagram showing the relationship of the indices, where the horizontal axis represents the amount of GeO 2 powder mixed and the vertical axis represents the refractive index.

【0061】同図よりGeO2 粉体の混合量を変化させ
ることにより屈折率が直線状に変化することが分かる。
すなわち、GeO2 粉体の混合量により膜の屈折率を制
御できた。また、GeO2 粉体の含有量50mol%以
下(さらに望ましくは30mol%以下)の範囲内では
クラスタなどの異物混入やクラックの発生も確認されな
かった。さらにまた、膜厚方向及び面内の組成を分析し
たところ、均一にGeが分散していることが確認でき
た。
From the figure, it can be seen that the refractive index changes linearly by changing the mixing amount of the GeO 2 powder.
That is, the refractive index of the film could be controlled by the amount of the GeO 2 powder mixed. In addition, in the range of the GeO 2 powder content of 50 mol% or less (more preferably 30 mol% or less), no inclusion of foreign matter such as clusters or generation of cracks was confirmed. Furthermore, when the composition in the film thickness direction and in-plane were analyzed, it was confirmed that Ge was uniformly dispersed.

【0062】次に、以上のようにして低屈折率層を有す
る基板上に作製され、熱処理されたSiO2 −GeO2
組成のコアガラス膜上に導波路用のパターンをフォトリ
ソグラフィにより形成した。この時、本発明によりコア
ガラス膜の内部応力(基板の反り)が極めて少ない状態
に制御されているので、再現性良くパターンを形成でき
た。
Next, as described above, the SiO 2 —GeO 2 film produced on the substrate having the low refractive index layer and heat-treated is formed.
A pattern for a waveguide was formed on the core glass film having the composition by photolithography. At this time, according to the present invention, the internal stress of the core glass film (warpage of the substrate) is controlled to be extremely small, so that the pattern can be formed with good reproducibility.

【0063】次にこれら導波路のパターンをもとにCH
3 ガスを用いた反応性イオンエッチング(ドライエッ
チング)によりコアガラス膜を略矩形断面形状のコアに
加工した。
Next, based on these waveguide patterns, CH
The core glass film was processed into a core having a substantially rectangular cross section by reactive ion etching (dry etching) using F 3 gas.

【0064】さらに、基板上の略矩形断面形状に加工さ
れたコア全体に火炎加水分解反応により低屈折率のガラ
ス膜用の微粒子を堆積させ、これを1300℃の高温で
焼結することにより、微粒子の透明ガラス化を行い上側
クラッド層とした。
Further, fine particles for a glass film having a low refractive index are deposited by a flame hydrolysis reaction on the entire core processed into a substantially rectangular sectional shape on the substrate, and the particles are sintered at a high temperature of 1300 ° C. The fine particles were subjected to transparent vitrification to form an upper clad layer.

【0065】以上、本実施の形態により作製したコアサ
イズ6μm×6μmのSiO2 −GeO2 導波路を評価
した結果、伝送損失0.05dB/cm以下の低損失な
導波路を再現性良く得られることが分かった。また、導
波路の端面を観察した結果、高温熱処理によるコア形状
の変化が無いことを確認した。
As a result of evaluating the SiO 2 —GeO 2 waveguide having a core size of 6 μm × 6 μm manufactured according to the present embodiment, a low loss waveguide having a transmission loss of 0.05 dB / cm or less can be obtained with good reproducibility. I found out. Moreover, as a result of observing the end face of the waveguide, it was confirmed that the core shape did not change due to the high temperature heat treatment.

【0066】以上において、本発明は導波路の製造方法
として、熱的な気化・蒸発機構を伴わないスパッタリン
グ法を適用しているため、蒸着法で問題となった混合材
料の蒸気圧に依存する突沸現象は発生しない。よって膜
中にクラスタ(材料の固り)が混入することはない。ま
た、火炎加水分解反応による微粒子形成及び高温熱処理
による透明ガラス化を利用する方法のように、コアガラ
ス中に透明化温度を調整するための添加物であるリンや
ホウ素などを入れずにコア用の膜を形成できるため、こ
の添加物に起因した散乱損失の増加やコアを熱処理した
場合のコア形状の変形などの心配がない。また、SiO
2 粉体とGeO2 粉体とを混合し、これをプレスし、或
いは続いて焼結して作製した焼結体をターゲットとして
用いているため、スパッタリング中にターゲットが割れ
る可能性が小さく、低コストで再現性良く大型のターゲ
ットを作製することが可能となる。
In the above, since the present invention applies the sputtering method without the thermal vaporization / evaporation mechanism as the waveguide manufacturing method, it depends on the vapor pressure of the mixed material, which is a problem in the vapor deposition method. The bumping phenomenon does not occur. Therefore, clusters (hardness of material) are not mixed in the film. In addition, as in the method that utilizes fine particle formation by flame hydrolysis reaction and transparent vitrification by high temperature heat treatment, it is used for cores without adding phosphorus or boron, which is an additive for adjusting the clearing temperature, to the core glass. Since this film can be formed, there is no concern about an increase in scattering loss due to this additive and deformation of the core shape when the core is heat-treated. In addition, SiO
2 powder and GeO 2 powder are mixed and pressed, or the sintered body produced by subsequent sintering is used as a target, so that the target is less likely to be cracked during sputtering and low in It is possible to manufacture a large-sized target with good cost and reproducibility.

【0067】また、O2 ガスを3〜30%の範囲内でA
rガスと混合し、スパッタ容器内を0.01Paの範囲
のガス圧力に設定し、1ターゲット当り2〜10W/c
2 の高周波電力で上述のSiO2 −GeO2 ターゲッ
トをスパッタし、コア膜を形成することにより、高温熱
処理時の膜厚や組成、内部応力などの特性変動が少なく
クラック発生のないSiO2 −GeO2 コア膜が得られ
る。
Further, O 2 gas within the range of 3 to 30% is A
2 to 10 W / c per target by mixing with r gas and setting the gas pressure in the sputtering container within the range of 0.01 Pa.
The above-mentioned SiO 2 —GeO 2 target is sputtered with a high-frequency power of m 2 to form a core film, so that characteristics such as film thickness, composition, and internal stress during high temperature heat treatment do not fluctuate and a SiO 2 — A GeO 2 core film is obtained.

【0068】また、作製したコア膜を酸素雰囲気中70
0〜1200℃の温度で熱処理を行うことにより、膜の
内部応力を低減でき、基板の反り量を小さくできる。こ
れにより後に続くフォトリソグラフィによるパターニン
グが精度良く行えるため、導波路作製の歩留りを大幅に
向上できる。
The produced core film was subjected to 70% oxygen atmosphere.
By performing the heat treatment at a temperature of 0 to 1200 ° C., the internal stress of the film can be reduced and the amount of warpage of the substrate can be reduced. As a result, the subsequent patterning by photolithography can be performed with high accuracy, and thus the yield of waveguide fabrication can be greatly improved.

【0069】すなわち、本発明によれば量産性に適した
低損失なSiO2 −GeO2 組成の光導波路を再現性良
く作製できる。
That is, according to the present invention, a low loss optical waveguide of SiO 2 —GeO 2 composition suitable for mass production can be produced with good reproducibility.

【0070】尚、本実施の形態ではターゲットにSiO
2 −GeO2 焼結体を用いた場合で説明したが、SiO
2 粉体とGeO2 粉体とを混合した後プレスしたSiO
2 −GeO2 成形体を用いてもよい。
In this embodiment, the target is SiO 2.
Although the explanation was made using the 2- GeO 2 sintered body,
SiO pressed after mixing 2 powder and GeO 2 powder
A 2- GeO 2 molded body may be used.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0072】SiO2 粉体とGeO2 粉体とを混合し、
プレスして得られたSiO2 −GeO2 成形体或いは続
いて焼結して得られたSiO2 −GeO2 焼結体をター
ゲットとし、熱的な気化・蒸発機構を伴わないスパッタ
リング法を用いたので、低損失で歩留りの高い光導波路
の製造方法の提供を実現することができる。
Mix SiO 2 powder and GeO 2 powder,
A SiO 2 —GeO 2 compact obtained by pressing or a SiO 2 —GeO 2 sintered body obtained by subsequent sintering was used as a target, and a sputtering method without a thermal vaporization / evaporation mechanism was used. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing an optical waveguide with low loss and high yield.

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

【図1】本発明の光導波路の製造方法を適用したスパッ
タリング装置の一実施の形態を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a sputtering apparatus to which an optical waveguide manufacturing method of the present invention is applied.

【図2】本発明の熱処理温度に対する基板の反り量及び
屈折率の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a warp amount and a refractive index of a substrate with respect to a heat treatment temperature of the present invention.

【図3】本発明の光導波路の製造方法を適用した焼結体
ターゲット中のGeO2 粉体の混合量と成膜された膜を
酸素雰囲気中1200℃の温度で熱処理したときの屈折
率の関係を示す図である。
FIG. 3 shows a mixture amount of GeO 2 powder in a sintered body target to which the method for producing an optical waveguide of the present invention and a refractive index when the formed film is heat-treated at a temperature of 1200 ° C. in an oxygen atmosphere. It is a figure which shows a relationship.

【図4】光導波路の製造方法の従来例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional example of a method of manufacturing an optical waveguide.

【図5】光導波路の製造方法の他の従来例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing another conventional example of a method for manufacturing an optical waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 基板ホルダー 3 平面基板(基板) 4−1〜4−4 SiO2 −GeO2 焼結体ターゲット
(ターゲット) 5−1〜5−4 高周波電源
1 Vacuum Container 2 Substrate Holder 3 Flat Substrate (Substrate) 4-1 to 4-4 SiO 2 -GeO 2 Sintered Target (Target) 5-1 to 5-4 High Frequency Power Supply

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SiO2 粉体とGeO2 粉体とを混合し
た後プレスしてSiO2 −GeO2 成形体を形成するか
或いはプレス後続いて焼結してSiO2 −GeO2 焼結
体を形成する工程と、上記成形体或いは上記焼結体をス
パッタターゲットとして、スパッタリング法により低屈
折率層を有する平面基板上にSiO2 −GeO2 組成の
コアガラス膜を形成する工程と、上記基板全体を高温で
熱処理する工程と、上記コアガラス膜をフォトリソグラ
フィ及びドライエッチングにより略矩形断面形状のコア
に加工する工程と、上記平面基板上のコア全体に低屈折
率のクラッドガラス膜を被覆する工程とを備えたことを
特徴とする光導波路の製造方法。
1. A mixture of SiO 2 powder and GeO 2 powder, which is then pressed to form a SiO 2 —GeO 2 compact or is pressed and sintered to form a SiO 2 —GeO 2 sintered body. A step of forming, a step of forming a core glass film of SiO 2 —GeO 2 composition on a flat substrate having a low refractive index layer by a sputtering method using the molded body or the sintered body as a sputtering target, and the whole substrate. At a high temperature, a step of processing the core glass film into a core having a substantially rectangular cross section by photolithography and dry etching, and a step of coating the entire core on the planar substrate with a clad glass film having a low refractive index. And a method of manufacturing an optical waveguide.
【請求項2】 上記焼結体からなるスパッタターゲット
中のSiO2 粉体に対するGeO2 粉体の混合割合を5
0mol%以下の範囲内で変化させることにより形成さ
れるコアガラス膜の屈折率を制御するようにした請求項
1記載の光導波路の製造方法。
2. The mixing ratio of the GeO 2 powder to the SiO 2 powder in the sputter target made of the above sintered body is 5%.
The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein the refractive index of the core glass film formed is controlled by changing it within the range of 0 mol% or less.
【請求項3】 上記SiO2 粉体及び上記GeO2 粉体
の粒径をそれぞれ10μm以下とした請求項1記載の光
導波路の製造方法。
3. The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein the particle diameters of the SiO 2 powder and the GeO 2 powder are each 10 μm or less.
【請求項4】 上記焼結体からなるスパッタターゲット
の純度を99.9%以上とした請求項1記載の光導波路
の製造方法。
4. The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein the purity of the sputter target made of the sintered body is 99.9% or more.
【請求項5】 上記焼結体からなるスパッタターゲット
の密度を70%以上とした請求項1記載の光導波路の製
造方法。
5. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the density of the sputter target made of the sintered body is 70% or more.
【請求項6】 上記スパッタリング法によるコアガラス
膜形成には、少なくとも2つ以上のスパッタターゲット
に同時にRF高周波電力を印加し、回転機構を有する基
板ホルダーに取り付けられた平面基板上にスパッタター
ゲットからスパッタされた材料を成膜させる請求項1記
載の光導波路の製造方法。
6. In the core glass film formation by the sputtering method, RF high frequency power is simultaneously applied to at least two or more sputter targets to sputter from a sputter target on a flat substrate attached to a substrate holder having a rotating mechanism. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the formed material is formed into a film.
【請求項7】 上記スパッタリング法によるコアガラス
膜形成を、スパッタガスであるアルゴン及び酸素の混合
ガス中で行い、導入する全ガス量中の酸素ガスの混合比
を3〜30%の範囲内とした請求項1記載の光導波路の
製造方法。
7. The core glass film is formed by the sputtering method in a mixed gas of argon and oxygen which is a sputtering gas, and the mixing ratio of oxygen gas in the total amount of introduced gas is within the range of 3 to 30%. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1.
【請求項8】 上記スパッタリング法によるコアガラス
膜形成を、スパッタ時のガス圧力が0.01〜1Paの
範囲内で行うようにした請求項1記載の光導波路の製造
方法。
8. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the core glass film is formed by the sputtering method within a gas pressure range of 0.01 to 1 Pa during sputtering.
【請求項9】 上記スパッタリング法によるコアガラス
膜形成を、成膜時にそれぞれのスパッタターゲットに印
加する高周波電力が2〜10W/cm2 の範囲となるよ
うにした請求項1記載の光導波路の製造方法。
9. The production of an optical waveguide according to claim 1, wherein the core glass film is formed by the sputtering method such that the high frequency power applied to each sputtering target during film formation is in the range of 2 to 10 W / cm 2. Method.
【請求項10】 上記コアガラス膜を形成した後の高温
熱処理を、酸素中700〜1200℃の範囲の温度で行
うようにした請求項1記載の光導波路の製造方法。
10. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the high temperature heat treatment after forming the core glass film is performed in oxygen at a temperature in the range of 700 to 1200 ° C.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002341168A (en) * 2001-05-16 2002-11-27 Hoya Corp Optical waveguide element, method for manufacturing the same and method for forming distribution of refractive index

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