(57)【要約】【目的】コア間のクラッドの埋め込み性を向上させ、成膜速度の向上、生産効率の向上あるいは素子損失の低減を図る。【解決手段】原料ガスが供給される反応室１と、反応室１の内部に配置された上部シャワー電極２と、反応室１の内部に上部シャワー電極２と対向する位置に配置された下部電極３と、を備えたプラズマＣＶＤ装置を用いて光導波路を製造する光導波路の製造方法であって、成膜時に上部シャワー電極２に第１の周波数（１３．５６ＭＨｚ）を有する高周波電力を供給し、下部電極３に第２の周波数（３８０ｋＨｚ）を有する高周波電力を供給する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが供給される反応室と、前記反応室の内部に配置された第１電極と、前記反応室の内部に前記第１電極と対向する位置に配置された第２電極と、を備えたプラズマＣＶＤ装置を用いて光導波路を製造する光導波路の製造方法であって、
成膜時に前記第１電極に第１の周波数を有する高周波電力を供給する第１電源供給過程と、
前記成膜時に前記第２電極に第２の周波数を有する高周波電力を供給する第２電源供給過程と、
を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路の製造方法において、
前記第１の周波数を、１３．５６ＭＨｚとし、
前記第２の周波数を、３８０ｋＨｚとする、
ことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記原料ガスは、ＴＥＯＳと酸素の混合ガスであり、
前記ＴＥＯＳの流量を５〜４０ｓｃｃｍの範囲とする第１流量制御過程と、
前記酸素の流量を１００〜１５００ｓｃｃｍの範囲とする第２流量制御過程と、
を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の光導波路の製造方法において、
前記成膜時の前記反応室内のガス圧力を、１００〜１０００ｍＴｏｒｒの範囲内とするガス圧制御過程を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記成膜時に前記第１電極に印加する高周波電力量を５０〜３００Ｗとする第１電力量制御過程と、
前記成膜時に前記第２電極に印加する高周波電力量を５０〜１０００Ｗとする第２電力量制御過程と、
を備えたことを特徴とする
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光導波路の製造方法において、
前記プラズマＣＶＤ装置は、前記第１電極および前記第２電極を独立して加熱可能なヒータを備え、
前記第１電極あるいは前記第２電極を２００〜４００℃とする加熱制御過程を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項７】
原料ガスが供給される反応室と、
前記反応室の内部に配置された第１電極と、
前記反応室の内部に前記第１電極と対向する位置に配置された第２電極と、
前記第１電極に第１の周波数を有する高周波電力を供給する第１電源と、
前記第２電極に第２の周波数を有する高周波電力を供給する第２電源と、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
請求項７記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記第１の周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、
前記第２の周波数は、３８０ｋＨｚであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の製造方法およびプラズマＣＶＤ装置に係り、特に石英系光導波路を製造するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面な石英基板上にＲＦスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法のいずれかにより厚さ４〜８μｍのコア膜を形成する。次に、コア膜上に光回路のマスクとなる金属膜をスパッタリング法により形成し、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングにより矩形状コアを形成する。その後、矩形状コアを覆うようにプラズマＣＶＤ法によりクラッド膜を形成する。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法は、低温でガラス膜を形成できることから、基板に変形などが生じがたく設計値に近いデバイス特性を得ることができるため有効な成膜手法である。従来のプラズマＣＶＤ装置は、反応室を備えており、この反応室内に平行平板状に設置された一対の電極が、それぞれ上部電極および下部電極として設けられている。このようなプラズマＣＶＤ装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが挙げられる。
【０００４】
そして、反応室内は、排気装置により真空に排気され、下部電極には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が電源装置により印加される。この状態で上部シャワー電極より導入されたＴＥＯＳとＯ２の混合ガスは下部電極付近において分解反応し基板にＣＶＤ膜が形成される。
【０００５】
図８に凹凸のあるパターン上に形成したＣＶＤ膜の断面形状を示す。
【０００６】
図８に示すように、コア５１の角部にクラッド膜５２によるオーバーハングが形成された形状となる。これは、基板付近で原料ガスが分解反応することから、基板５３に対して斜め方向に入射する粒子の成分が多いためである。さらに成膜を行うと、コア間隔の狭いパターンでは、オーバーハング同士の接触によってボイド（空隙）が発生してしまうこととなる。
【０００７】
このため、ある膜厚の膜を形成後、反応室内に導入するガスをＡｒに切り替えスパッタリング効果によってオーバーハングをエッチングする。
【０００８】
そして、成膜とエッチングを繰り返して行うことにより、クラッド膜５２の形成を行っていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−５４１５３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のプラズマＣＶＤ装置では、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が下部電極のみに印加されていたため、クラッド膜がオーバーハングの出来やすい形状となってしまうという問題点があった。
【００１１】
このため、コア間のクラッドの埋め込み性が悪くなり、オーバーハングを除去するためにＡｒプラズマによるエッチングを行っていたが、成膜速度が低下し、生産効率が低下し、素子損失が増大するという問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、コア間のクラッドの埋め込み性を向上させ、成膜速度の向上、生産効率の向上あるいは素子損失の低減を図ることが可能な光導波路の製造方法およびプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、原料ガスが供給される反応室と、前記反応室の内部に配置された第１電極と、前記反応室の内部に前記第１電極と対向する位置に配置された第２電極と、を備えたプラズマＣＶＤ装置を用いて光導波路を製造する光導波路の製造方法は、成膜時に前記第１電極に第１の周波数を有する高周波電力を供給する第１電源供給過程と、記成膜時に前記第２電極に第２の周波数を有する高周波電力を供給する第２電源供給過程と、備えたことを特徴としている。
【００１４】
この場合において、前記第１の周波数を、１３．５６ＭＨｚとし、前記第２の周波数を、３８０ｋＨｚとするようにしてもよい。
【００１５】
また、前記原料ガスは、ＴＥＯＳと酸素の混合ガスであり、前記ＴＥＯＳの流量を５〜４０ｓｃｃｍの範囲とする第１流量制御過程と、前記酸素の流量を１００〜１５００ｓｃｃｍの範囲とする第２流量制御過程と、備えるようにしてもよい。
【００１６】
さらに、前記成膜時の前記反応室内のガス圧力を、１００〜１０００ｍＴｏｒｒの範囲内とするガス圧制御過程を備えたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【００１７】
さらにまた、前記成膜時に前記第１電極に印加する高周波電力量を５０〜３００Ｗとする第１電力量制御過程と、前記成膜時に前記第２電極に印加する高周波電力量を５０〜１０００Ｗとする第２電力量制御過程と、を備えるようにしてもよい。
【００１８】
また、前記プラズマＣＶＤ装置は、前記第１電極および前記第２電極を独立して加熱可能なヒータを備え、前記第１電極あるいは前記第２電極を２００〜４００℃とする加熱制御過程を備えるようにしてもよい。
【００１９】
また、プラズマＣＶＤ装置は、原料ガスが供給される反応室と、記反応室の内部に配置された第１電極と、前記反応室の内部に前記第１電極と対向する位置に配置された第２電極と、前記第１電極に第１の周波数を有する高周波電力を供給する第１電源と、前記第２電極に第２の周波数を有する高周波電力を供給する第２電源と、を備えるようにしてもよい。
【００２０】
この場合において、前記第１の周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、前記第２の周波数は、３８０ｋＨｚであるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は実施形態のプラズマＣＶＤ装置の概要構成ブロック図である。
【００２３】
プラズマＣＶＤ装置１００は、大別すると、反応室１と、第１電源４と、第２電源５と、排気装置６と、原料ガス供給装置７と、ヒータ８と、を備えている。
【００２４】
ここで、反応室１内には、上部シャワー電極２と、下部電極３と、が設けられている。
【００２５】
上部シャワー電極２は、第１電極として機能する平板状の電極として構成されている。
【００２６】
下部電極３は、平板状の電極として構成され、上部シャワー電極２と平行に対向する位置に配置されている。ここで、下部電極３は、第２電極として機能している。
【００２７】
第１電源４は、上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚ（第１の周波数）の高周波電力を印加する。このときの高周波電力量は、５０〜３００Ｗの範囲内とされる。
【００２８】
第２電源５は、下部電極３に３８０ｋＨｚ（第２の周波数）の高周波電力を印加する。このときの高周波電力量は、５０〜１０００Ｗの範囲内とされる。
【００２９】
排気装置６は、反応室１内を所定の真空状態まで排気する。
【００３０】
原料ガス供給装置７は、原料ガスを所定流量で反応室１内に供給する。このとき、反応室１内のガス圧力は、１００〜１０００ｍＴｏｒｒの範囲内とされる。
【００３１】
ヒータ８は、上部シャワー電極２を２００℃〜４００℃、好ましくは２５０℃に加熱する。また、ヒータ８は、下部電極３を２００℃〜４００℃、好ましくは２５０℃〜３００℃に加熱する。
【００３２】
次に概要動作を説明する。
【００３３】
まず、反応室１内を排気装置６により排気を行い、プラズマを発生させるに十分な所定圧力の真空状態とする。
【００３４】
続いて原料ガス供給装置７により、ＣＶＤに用いる複数種類のガスを所定の比率で所定量だけ反応室内１内に供給する。
【００３５】
このとき、ヒータ８は、上部シャワー電極２および下部電極３をそれぞれ所定の温度に加熱する。
【００３６】
そして、第１電源４は、上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を所定電力量だけ印加し、第２電源５は、下部電極３に３８０ｋＨｚの高周波電力を所定電力量だけ印加する。
【００３７】
これらの結果、上部シャワー電極２と下部電極３との間には、プラズマが発生され、原料ガスが分解し、反応することにより平板状の基板上に所定の膜圧のクラッド膜が形成される。
【００３８】
ここで、具体的な光導波路の製造工程について図２を参照して説明する。
【００３９】
まず、平板形状を有する石英基板２１にＲＦスパッタリング法あるいはプラズマＣＶＤ法により厚さ４〜８μｍのコア膜２２を形成させる（ステップＳ１）。
【００４０】
次にコア膜２２上にマスクとなる金属膜２３をスパッタリング法により形成する（ステップＳ２）。
【００４１】
続いて、フォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより矩形状のコア２２Ａを形成する（ステップＳ３）。
【００４２】
そして本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００により矩形状のコア２２Ａを覆うようにクラッド膜２４を形成することとなる。
【００４３】
以上の説明のように、本実施形態によれば、上部シャワー電極および下部電極に対し周波数の異なる高周波電源を供給してプラズマを励起する２周波励起プラズマ方式を用いることにより、ガスの分解率の向上、下部電極により、分解されたガス粒子の垂直方向成分が増加することから、埋め込み性能が改善される。また、２周波励起プラズマ方式によりプラズマ密度が高くなることから、高速成膜が可能となる。
【００４４】
【実施例】
次に本発明のより具体的な実施例について説明する。
［１］第１実施例
本第１実施例のプラズマＣＶＤ装置は、図１に示したプラズマＣＶＤ装置と同様の構成であるので、装置構成については、図１を参照して説明するものとする。
【００４５】
以下、第１実施例における石英系光導波路の製造方法について説明する。
【００４６】
まず、排気装置６により反応室１内の排気を行い、プラズマを発生させるに十分な所定圧力、具体的には、反応室１内の圧力を５ｍＴｏｒｒ以下とする。
【００４７】
続いて原料ガス供給装置７により、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン；Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５）４）および酸素Ｏ２　を所定の比率（３：１００）で、ＴＥＯＳを５〜４０ｓｃｃｍ、より好ましくは、２０〜３５ｓｃｃｍを反応室１内に供給する。同様にＯ２　を１００〜１５００ｓｃｃｍ、より好ましくは、３３３〜１０００ｓｃｃｍを反応室１内に供給する。ここで、流量の単位ｓｃｃｍは、ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｃ／ｍｉｎの意味であり、１分間あたりの流量（ｃｃ＝ｃｍ３）を１ａｔｍ（大気圧、　１，０１３ｈＰａ）、０℃において規格化した値である。
【００４８】
このとき、ヒータ８は、上部シャワー電極２を２５０℃下部電極３を３００℃に加熱する。
【００４９】
そして、第１電源４により、上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加させ、第２電源５により、下部電極３に３８０ｋＨｚ、２００Ｗの高周波電力を印加させた。
【００５０】
これらの結果、上部シャワー電極２と下部電極３との間には、プラズマが発生され、原料ガスであるＴＥＯＳおよびＯ２　が分解し、反応することにより平面基板上に形成された矩形状コア上に膜厚２０μｍの純粋ＳｉＯ２　クラッド膜を形成した。
【００５１】
この場合において、Ａｒプラズマによるエッチングを行うことなく、コア間を埋め込むことが可能であった。
【００５２】
図３に原料ガス流量に対する成膜速度の説明図を示す。
【００５３】
図３に示すように、反応室１内にＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、Ｏ２　を１０００ｓｃｃｍ導入した場合、成膜速度２００ｎｍ／ｍｉｎが得られた。これは、従来の１周波励起プラズマ方式と比較して約４倍の成膜速度であった。
［２］第２実施例
本第２実施例のプラズマＣＶＤ装置も、図１に示したプラズマＣＶＤ装置と同様の構成であるので、装置構成については、図１を参照して説明するものとする。
【００５４】
以下、第２実施例における石英系光導波路の製造方法について説明する。
【００５５】
まず、排気装置６により反応室１内の排気を行い、プラズマを発生させるに十分な所定圧力、具体的には、反応室１内の圧力を５ｍＴｏｒｒ以下とする。
【００５６】
続いて原料ガス供給装置７により、ＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、Ｏ２　を１０００ｓｃｃｍを反応室１内に供給する。
【００５７】
このとき、ヒータ８は、上部シャワー電極２を２５０℃下部電極３を３００℃に加熱する。
【００５８】
そして、第１電源４により、上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を１００Ｗ印加させ、第２電源５により、下部電極３に３８０ｋＨｚの高周波電力を２００ワット印加させた。
【００５９】
このとき、ガス圧を１００〜１０００Ｔｏｒｒの範囲で変化させた複数の条件でプラズマを発生させた。そして、平面基板上に形成された矩形状コア上に膜厚２０μｍの純粋ＳｉＯ２　クラッド膜を形成した。
【００６０】
この場合において、Ａｒプラズマによるエッチングを行うことなく、コア間を埋め込むことが可能であった。
【００６１】
図４に原料ガス圧力に対する成膜速度の説明図を示す。
【００６２】
図４に示すように、反応室１内におけるガス圧力が４００ｍＴｏｒｒの場合、成膜速度２００ｎｍ／ｍｉｎが得られた。これは、従来の１周波励起プラズマ方式と比較して約４倍の成膜速度であった。
［３］第３実施例
本第３実施例のプラズマＣＶＤ装置も、上記第１実施例および第２実施例と同様に、図１に示したプラズマＣＶＤ装置と同様の構成であるので、装置構成については、図１を参照して説明するものとする。
【００６３】
以下、第３実施例における石英系光導波路の製造方法について説明する。
【００６４】
まず、排気装置６により反応室１内の排気を行い、プラズマを発生させるに十分な所定圧力、具体的には、反応室１内の圧力を５ｍＴｏｒｒ以下とする。
【００６５】
続いて原料ガス供給装置７により、ＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、Ｏ２　を１０００ｓｃｃｍを反応室１内に供給し、反応室１内におけるガス圧力を４００ｍＴｏｒｒとした。
【００６６】
このとき、ヒータ８は、上部シャワー電極２を２５０℃下部電極３を３００℃に加熱する。
【００６７】
そして、第１電源４により、上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を１００Ｗ印加させた。
【００６８】
このとき、第２電源５により、下部電極３に３８０ｋＨｚの高周波電力を１００〜６００Ｗの範囲で変化させた複数の条件で印加した。
【００６９】
これにより、平面基板上に形成された矩形状コア上に膜厚２０μｍの純粋ＳｉＯ２　クラッド膜を形成した。
【００７０】
この場合において、Ａｒプラズマによるエッチングを行うことなく、コア間を埋め込むことが可能であった。
【００７１】
図５に下部電極に印加する高周波電力に対する成膜速度の説明図を示す。
【００７２】
図５に示すように、下部電極に印加する高周波電力が２００Ｗの場合、成膜速度２００ｎｍ／ｍｉｎが得られた。これは、従来の１周波励起プラズマ方式と比較して約４倍の成膜速度であった。
［４］第４実施例
本第４実施例のプラズマＣＶＤ装置も、上記第１実施例および第２実施例と同様に、図１に示したプラズマＣＶＤ装置と同様の構成であるので、装置構成については、図１を参照して説明するものとする。
【００７３】
以下、第３実施例における石英系光導波路の製造方法について説明する。
【００７４】
まず、排気装置６により反応室１内の排気を行い、プラズマを発生させるに十分な所定圧力、具体的には、反応室１内の圧力を５ｍＴｏｒｒ以下とする。
【００７５】
続いて原料ガス供給装置７により、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン；Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５）４）および酸素Ｏ２　を所定の比率（３：１００）で、ＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、Ｏ２　を１０００ｓｃｃｍを反応室１内に供給し、反応室１内におけるガス圧力を４００ｍＴｏｒｒとした。
【００７６】
このとき、ヒータ８は、上部シャワー電極２を２５０℃、下部電極３を３００℃に加熱する。
【００７７】
そして、第１電源４により、上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚで高周波電力を５０〜２５０Ｗの範囲で変化させた複数の条件で印加した。
【００７８】
このとき、第２電源５により、下部電極３には、周波数３８０ｋＨｚ、２００Ｗで高周波電力を印加した。
【００７９】
これにより、平面基板上に形成された矩形状コア上に膜厚２０μｍの純粋ＳｉＯ２クラッド膜を形成した。
【００８０】
この場合において、Ａｒプラズマによるエッチングを行うことなく、コア間を埋め込むことが可能であった。
【００８１】
図６に上部シャワー電極に印加する高周波電力の電力量に対する成膜速度の説明図を示す。
【００８２】
図６に示すように、上部シャワー電極に印加する高周波電力が１００Ｗの場合、成膜速度２００ｎｍ／ｍｉｎが得られた。これは、従来の１周波励起プラズマ方式と比較して約４倍の成膜速度であった。
［５］第５実施例
本第５実施例のプラズマＣＶＤ装置も、上記各実施例と同様に、図１に示したプラズマＣＶＤ装置と同様の構成であるので、装置構成については、図１を参照して説明するものとする。
【００８３】
以下、第５実施例における石英系光導波路の製造方法について説明する。
【００８４】
まず、排気装置６により反応室１内の排気を行い、プラズマを発生させるに十分な所定圧力、具体的には、反応室１内の圧力を５ｍＴｏｒｒ以下とする。
【００８５】
続いて原料ガス供給装置７によりＴＥＯＳを３０ｓｃｃｍ、Ｏ２　を１０００ｓｃｃｍを反応室１内に供給し、反応室１内におけるガス圧力を４００ｍＴｏｒｒとした。
【００８６】
このとき、ヒータ８は、上部シャワー電極２を２５０℃とし、下部電極３の温度を２５０℃〜３００℃の範囲で変化させ、複数の温度条件で加熱した。
【００８７】
そして、第１電源４により上部シャワー電極２に１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を印加し、第２電源５により下部電極３に３８０ｋＨｚ、２００Ｗの高周波電力を印加した。
【００８８】
これにより、平面基板上に形成された矩形状コア上に膜厚２０μｍの純粋ＳｉＯ２　クラッド膜を形成した。
【００８９】
この場合においても、Ａｒプラズマによるエッチングを行うことなく、コア間を埋め込むことが可能であった。
【００９０】
図７は下部電極の温度に対する成膜速度の説明図である。
【００９１】
図７に示すように、下部電極の温度が３００℃の場合、成膜速度２００ｎｍ／ｍｉｎが得られた。これは、従来の１周波励起プラズマ方式と比較して約４倍の成膜速度であった。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、コア間のクラッドの埋め込み性を改善することにより、オーバーハングの発生を低減することができる。従って、オーバーハングを除去するためにＡｒプラズマによるエッチングを行う必要がなく、製造工程の簡略化が図れる。
【００９３】
また、成膜速度を向上させることができ、生産効率を向上できる。
【００９４】
さらに、ボイドの発生を抑制し、素子損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のプラズマＣＶＤ装置の概要構成ブロック図である。
【図２】光導波路の製造工程の説明図である。
【図３】原料ガス流量に対する成膜速度の説明図である。
【図４】原料ガス圧力に対する成膜速度の説明図である。
【図５】下部電極に印加する高周波電力に対する成膜速度の説明図である。
【図６】上部シャワー電極に印加する高周波電力の電力量に対する成膜速度の説明図である。
【図７】下部電極の温度に対する成膜速度の説明図である。
【図８】凹凸のあるパターン上に形成したＣＶＤ膜の断面形状の説明図である。
【符号の説明】
１００　プラズマＣＶＤ装置
１　反応室
２　上部シャワー電極
３　下部電極
４　第１電源
５　第２電源
６　排気装置
７　原料ガス供給装置
８　ヒータ
【図１】
2004133184.tif 000003
【図２】
2004133184.tif 000004
【図３】
2004133184.tif 000005
【図４】
2004133184.tif 000006
【図５】
2004133184.tif 000007
【図６】
2004133184.tif 000008
【図７】
2004133184.tif 000009
【図８】
2004133184.tif 000010