(57)【要約】【課題】  屈折率が非常に低く、低損失な超低屈折率ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法を提供する。【解決手段】  真空に排気されている反応室２内の上部電極１６及び下部電極１７に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極１６及び下部電極１７を所定温度に加熱し、下部電極１７に基板３２を配置した状態で、反応室２内に、Ｓｉ系ソース３が気化した原料ガスを、所定の流量比で混ぜたＯ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４と共に、所定の温度に加熱したガス供給ライン１２を介して供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、基板３２の表面に超低屈折率ガラス膜を形成する製造方法である。【選択図】      図１
2005089838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記下部電極に基板を配置した状態で、上記反応室内に、Ｓｉ系ソースが気化した原料ガスを、所定の流量比で混ぜたＯ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスと共に、所定の温度に加熱したガス供給ラインを介して供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に超低屈折率ガラス膜を形成することを特徴とする超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項２】
真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記上部電極に基板を配置した状態で、上記反応室内に、Ｓｉ系ソースが気化した原料ガスを、所定の流量比で混ぜたＯ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスと共に、所定の温度に加熱したガス供給ラインを介して供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に超低屈折率ガラス膜を形成することを特徴とする超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項３】
上記Ｏ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスの流量比（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が４〜１３である請求項１または２記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項４】
上記Ｓｉ系ソースはＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 である請求項１〜３いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項５】
上記超低屈折率ガラス膜は、波長６３２．８ｎｍにおける屈折率が１．４１４〜１．４３８である請求項１〜４いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項６】
上記超低屈折率ガラス膜を形成する際、上記基板を３００〜５００℃に加熱する請求項１〜５いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項７】
上記超低屈折率ガラス膜を形成した基板を８００〜１２００℃で熱処理する請求項１〜６いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の製造方法を用いて、上記超低屈折率ガラス膜を形成し、その超低屈折率ガラス膜の表面に、上記超低屈折率ガラス膜より屈折率が高い高屈折率ガラス膜を形成し、その高屈折率ガラス膜を所定形状に加工し、所定形状の高屈折率ガラス膜を上記超低屈折率ガラス膜で覆うことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項９】
上記高屈折率ガラス膜は、ＳｉＯ2 膜、ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加したガラス膜、ＳｉＯ2 にＮを添加したガラス膜である請求項８記載の導波路の製造方法。
【請求項１０】
上記導波路を８００〜１２００℃で熱処理する請求項８または９記載の導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス膜は、例えば図５に示すＣＶＤ装置５１を使用し、液体ソースプラズマＣＶＤ法により製造される。
【０００３】
具体的には、まず、反応容器（反応室）５２を排気装置５３，５３で高真空に排気し、反応室５２内に所定間隔で上下に対向配置された上部電極５４及び下部電極５５に、高周波電源５６によって高周波電圧（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１ｋｗ）を印加すると共に、これら上部電極５４及び下部電極５５を５００℃以下の所定温度（上部電極：Ｍａｘ．４００℃、下部電極：Ｍａｘ．５００℃）に加熱する。
【０００４】
この状態で下部電極５５上に石英基板５７を複数枚配置し、反応室５２内に、アルコレート系の液体ソースであるＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 （ＴＥＯＳ）５８、Ｇｅ（ＯＣＨ3 ）4 （ＴＭＧ）５９、Ｐ（ＯＣＨ3 ）3 （ＴＭＰ）６０の蒸気を、Ｏ2 ガス６１と共に、ガス供給ライン６２で混合ガス６３として反応室５２内に供給する。
【０００５】
混合ガス６３は、上部電極５４の下部に設けられた同心の多重リングからなるガス噴出用のシャワー板（シャワー電極）６４に供給され、シャワー電極６４に多数個形成された穴６５から基板５７の上面に吹き付けられる。上部電極６４の側面には、基板５７上に均一なガラス膜を形成（成膜）するための側面保護板６６が設けられる。ここでは、基板５７とシャワー電極６４との距離を所定間隔ｓ５にしている。
【０００６】
このとき、高真空、プラズマ雰囲気下の反応室５２内で混合ガス６３の熱分解反応が行われることで、基板５７上にコアとなるガラス膜が形成される。
【０００７】
さらに、このガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行って所定形状（例えば矩形）のコアガラス膜に加工し、この所定形状のコアガラス膜をクラッドとなる低屈折率ガラス膜で覆うと、スラブ導波路、あるいは埋め込み型導波路が得られる。
【０００８】
一方、ＳｉＯ2 の屈折率（１．４５８）より屈折率が低いフッ素添加ガラス膜の製造方法としては、上述したＣＶＤ法において、Ｃ2 Ｆ6 ガス、あるいはＣ2 Ｆ6 ガスとＳＦ6 ガスを併用することによって、基板５７上にフッ素添加ガラス膜を製造する方法がある。
【０００９】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２８８９２８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８２３６号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１３４２号公報
【非特許文献１】井本克之，外２名，「ＣＶＤ法を用いた導波路用低損失ガラス薄膜の検討」，２００２年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−３−６７，ｐ．１６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したフッ素添加ガラス膜の製造方法には、次のような問題がある。
【００１２】
１）石英基板５７上に形成したフッ素添加ガラス膜の屈折率は、１．４４よりも高い値しか得られておらず、それよりも低い屈折率のガラス膜を実現できなかった。
【００１３】
２）また、テフロン（登録商標）基板上にフッ素添加ガラス膜を形成してスラブ導波路を構成し、そのスラブ導波路の伝搬損失を評価した結果、波長１５５０ｎｍ、ＴＥモードにおいて、伝搬損失が約０．２ｄＢ／ｃｍであり、導波路用としては伝搬損失が大きいことがわかった。
【００１４】
３）フッ素添加ガラス膜をＳｉ基板や石英基板上に形成すると、基板表面とガラス膜の間や、ガラス膜中に多数のパーティクル（不純物粒子）が混入することがわかった。このパーティクルは伝搬損失を増大させる原因になっていた。
【００１５】
４）また、フッ素添加ガラス膜の成膜において、下部電極５５上に複数枚の石英基板５７を置いて成膜した場合、各基板５７間の屈折率偏差は±０．５％、膜厚の偏差は±８％程度に大きくなり、導波路型光部品を実現する上で問題があることがわかった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、屈折率が極めて低く、低損失な超低屈折率ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記下部電極に基板を配置した状態で、上記反応室内に、Ｓｉ系ソースが気化した原料ガスを、所定の流量比で混ぜたＯ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスと共に、所定の温度に加熱したガス供給ラインを介して供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に超低屈折率ガラス膜を形成する超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００１８】
請求項２の発明は、真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記上部電極に基板を配置した状態で、上記反応室内に、Ｓｉ系ソースが気化した原料ガスを、所定の流量比で混ぜたＯ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスと共に、所定の温度に加熱したガス供給ラインを介して供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に超低屈折率ガラス膜を形成する超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００１９】
請求項３の発明は、上記Ｏ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスの流量比（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が４〜１３である請求項１または２記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００２０】
請求項４の発明は、上記Ｓｉ系ソースはＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 である請求項１〜３いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００２１】
請求項５の発明は、上記超低屈折率ガラス膜は、波長６３２．８ｎｍにおける屈折率が１．４１４〜１．４３８である請求項１〜４いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００２２】
請求項６の発明は、上記超低屈折率ガラス膜を形成する際、上記基板を３００〜５００℃に加熱する請求項１〜５いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００２３】
請求項７の発明は、上記超低屈折率ガラス膜を形成した基板を８００〜１２００℃で熱処理する請求項１〜６いずれかに記載の超低屈折率ガラス膜の製造方法である。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項１〜７いずれかに記載の製造方法を用いて、上記超低屈折率ガラス膜を形成し、その超低屈折率ガラス膜の表面に、上記超低屈折率ガラス膜より屈折率が高い高屈折率ガラス膜を形成し、その高屈折率ガラス膜を所定形状に加工し、所定形状の高屈折率ガラス膜を上記超低屈折率ガラス膜で覆う導波路の製造方法である。
【００２５】
請求項９の発明は、上記高屈折率ガラス膜は、ＳｉＯ2 膜、ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加したガラス膜、ＳｉＯ2 にＮを添加したガラス膜である請求項８記載の導波路の製造方法である。
【００２６】
請求項１０の発明は、上記導波路を８００〜１２００℃で熱処理する請求項８または９記載の導波路の製造方法である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、屈折率が極めて低く、低損失な超低屈折率ガラス膜及びそれを用いた導波路を製造できる、という優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２９】
まず、本実施の形態に係る製造方法を用いて製造した導波路を図３で説明する。
【００３０】
図３に示すように、導波路３１は、石英（ＳｉＯ2 ）ガラス基板３２の表面に、ＳｉＯ2 の屈折率（１．４５８）より屈折率が極めて低い下部クラッド層となる超低屈折率ガラス膜３３を形成し、その超低屈折率ガラス膜３３の表面に、超低屈折率ガラス膜３３より屈折率が高いコア用ガラス膜として高屈折率ガラス膜を形成し、その高屈折率ガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行ってコアとなる断面略矩形状のコア層パターン３４を形成し、そのパターン３４と超低屈折率ガラス膜３３の表面とを上部クラッド層となる超低屈折率ガラス膜３５で覆ったものである。
【００３１】
導波路３１は、埋め込み型導波路とも呼ばれる。導波路としては、スラブ型導波路でもよい。このスラブ型導波路も埋め込み型導波路と同様にして得られる。
【００３２】
超低屈折率ガラス膜３３，３５としては、例えば、ＳｉＯ2 にＦを添加したガラス膜を用いる。超低屈折率ガラス膜３３，３５の屈折率は、例えば、波長６３２．８ｎｍにおける屈折率が１．４１４〜１．４３８である。
【００３３】
本発明者は、鋭意研究の末、図１で後述するＣＶＤ製造装置１において、Ｏ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスの流量比（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）を４〜１３に調整することで、従来では実現できなかった屈折率が１．４４よりも低い超低屈折率ガラス膜３３，３５を製造できる製造方法を創案するに至った。
【００３４】
高屈折率ガラス膜、すなわちパターン３４としては、例えば、ＳｉＯ2 のみからなるガラス膜、ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加したガラス膜、ＳｉＯ2 にＮを添加したガラス膜、ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 及びＰ2 Ｏ5 を添加したガラス膜などを用いる。
【００３５】
石英ガラス基板３２、超低屈折率ガラス膜３３，３５、高屈折率ガラス膜（パターン３４）を構成する各ガラス材料としては、軟化温度の差が２００℃以内であり、熱膨張係数の差が±２０％以内のものを使用する。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る製造方法に用いるＣＶＤ製造装置を説明する。
【００３７】
図１に示すように、液体ソースプラズマＣＶＤ法により、超低屈折率ガラス膜及びそれを用いた導波路を製造するＣＶＤ製造装置１は、反応容器（反応室）２と、反応室２内に、各種原料ガスを所定の温度に加熱・昇温したガス供給ライン１２を介して供給する供給手段９と、反応室２内に搬入される前の石英ガラス基板３２が一時収納されるクラス１００のクリーンユニット１０と、装置本体の全体を収納するクラス１００のクリーンブース１１とで主に構成される。
【００３８】
供給手段９は、図３で説明した超低屈折率ガラス膜３３，３５の原料を反応室２内に供給するために、アルコレート系の液体ソースであるＳｉ系ソース３を貯槽した恒温槽３ｃと、図示しないＣ2 Ｆ6 ガス４の供給源及びＯ2 ガス５の供給源と、恒温槽３ｃ、Ｃ2 Ｆ6 ガス４の供給源及びＯ2 ガス５の供給源、反応室２を同一配管系として接続するガス供給ライン（配管）１２とで構成される。ガス供給ライン１２の外周には、ガス供給ライン１２を所定の温度に加熱・昇温するテープヒータ１２ｈ（図１では極太線部分）が設けられる。
【００３９】
さらに、供給手段９は、図３で説明したパターン（高屈折率ガラス膜）３４の原料を反応室２内に供給するために、図示しないＮ2 ガス６の供給源と、アルコレート系の液体ソースであるＧｅ系ソース７を貯槽した恒温槽７ｃとを備える。Ｎ2 ガス６の供給源と恒温槽７ｃも、外周にテープヒータ１２ｈが設けられたガス供給ライン１２（図１では一点鎖線部分）で反応室２と接続される。
【００４０】
本実施の形態では、Ｓｉ系ソース３としてＳｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 （以下、ＴＥＯＳという）を使用した。Ｇｅ系ソース７としては、Ｇｅ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 、あるいはＧｅ（ＯＣＨ3 ）4 （以下、ＴＭＧという）を使用した。
【００４１】
反応室２には、反応室２を高真空に排気する所定の排気速度を有する２セットの大容量排気装置１３，１３が接続される。各大容量排気装置１３は、メカニカルブースターポンプ１４とドライポンプ１５とを直列接続して構成される。メカニカルブースターポンプ１４としては、排気速度が８２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用し、ドライポンプ１５としては、排気速度が１２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用する。
【００４２】
反応室２内には、上部電極１６及び下部電極１７が所定間隔で上下に対向配置される。上部電極１６及び下部電極１７には、電極１６，１７間に高周波電圧を印加する高周波電源１８が接続される。また、上部電極１６及び下部電極１７には、上部電極１６及び下部電極１７を加熱・昇温する図示しない加熱手段が設けられている。下部電極１７上には反応室２内に搬入された基板３２が複数枚配置される。
【００４３】
反応室２内の上部電極１６の下部には、同心の多重リングからなるガス噴出用のシャワー板（シャワー電極）１９が設けられ、このシャワー板１９にガス供給ライン１２が接続される。シャワー板１９には所定ピッチで同心円状に数百個のガス噴出しノズル（直径０．４ｍｍφ）２０が形成される。上部電極１６の側面には、基板３２上に均一なガラス膜を形成するための側面保護板２１が設けられる。本実施の形態では、基板３２の表面とシャワー板１９の下面との距離を所定間隔ｓにしている。
【００４４】
ガス供給ライン１２は、反応室２内において、上部電極１６の中心部を貫通するように設けられる。ガス供給ライン１２の一端のガス供給口１２ａ近傍には、上部電極１６とシャワー板１９間に位置するように、基板３２に各ガス（混合ガス８）を均一に拡散するための拡散板２２が上部電極１６と一体に設けられる。
【００４５】
反応室２とクリーンユニット１０間には、反応室２内外への基板３２の搬入・搬出を気密に行うためのバルブやシャッターなどの開閉手段２３が設けられる。クリーンユニット１０には、クリーンユニット１０内外への基板３２の搬入・搬出を行うと共に、基板３２に洗浄ガス２４をシャワー状に吹き付けて基板３２の洗浄を行うガスシャワー室２５が設けられる。洗浄ガス２４としては、例えば、Ｎ2 ガスを使用する。また、クリーンユニット１０には、クリーンユニット１０内を加熱・昇温する加熱手段２６が設けられる。また、クリーンユニット１０には、クリーンユニット１０内を高真空に排気する図示しない排気装置を設けてもよい。
【００４６】
次に、本実施の形態に係る超低屈折率ガラス膜の製造方法を説明する。
【００４７】
まず、開閉手段２３を閉じた状態で大容量排気装置１３，１３を稼働し、反応室２内を所定の圧力（真空度）、例えば、２５〜４０Ｐａとなるように真空排気する。
【００４８】
各大容量排気装置１３として、排気速度が８４００ｌ／ｍｉｎ以上のメカニカルブースターポンプ１４と、排気速度が１２００／ｍｉｎ以上のドライポンプ１５とを直列接続して使用するのは、後述するように、反応室２内に原料ガスの流量より大流量のＯ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４を供給するので、この際、反応室２内の真空度が低下し、超低屈折率ガラス膜がポーラスなガラス膜になるのを抑えるためである。これにより、反応室２内に大流量のガスを流しながらも、高真空下で超低屈折率ガラス膜を形成できる。
【００４９】
反応室２内の圧力を２５〜４０Ｐａにしたのは、反応室２内の圧力が４０Ｐａより大きいと、超低屈折率ガラス膜がポーラスなガラス膜になり、光伝搬損失の低損失化が難しくなるからである。また、反応室２内の圧力が２５Ｐａ未満であると、大容量排気装置１３，１３よりもさらに大容量の排気装置が必要となるため、排気装置のコストが非常に高くなると共に、Ｃ2 Ｆ6 ガス４の使用量が増加するからである。
【００５０】
これと並行して、高周波電源１８により、電極１６，１７間に高周波電圧（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１ｋＷ）を印加すると共に、上部電極１６及び下部電極１７を３００〜５００℃の所定温度にまで加熱・昇温し、反応室２内を３００〜５００℃の所定温度に保つ。
【００５１】
一方、ガスシャワー室２５において各基板３２を洗浄ガス２４で洗浄し、洗浄後の各基板３２をクリーンユニット１０へ搬入し、加熱手段２６によってクリーンユニット１０内の温度を反応室２内の温度と同等（例えば、３００〜５００℃）に加熱・昇温する。このとき、開閉手段２３を閉じた状態で図示しない排気装置を稼働し、クリーンユニット１０内の真空度が反応室２内の真空度と同等になるまで真空排気するとよい。その後、開閉手段２３を開放し、各基板３２を反応室２内へ搬入して下部電極１７上に載置し、開放手段２３を再び閉じる。
【００５２】
次に、Ｓｉ系ソース３が気化した蒸気からなる所定流量（数ｓｃｃｍ程度）の原料ガスを、原料ガスの流量より大流量であり、かつ所定の流量比で混ぜたＯ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４と共に、所定の温度に加熱したガス供給ライン１２を介して混合ガス８として反応室２内に供給する。ここでは、基板３２の表面に図３で説明した超低屈折率ガラス膜３３を形成するので、Ｎ2 ガス６とＧｅ系ソース７の蒸気は反応室２内に供給しない。
【００５３】
このとき、恒温槽３ｃを、Ｓｉ系ソース３の融点よりも高く、かつ沸点よりも低い温度に保つ。本実施の形態では、Ｓｉ系ソース３としてＴＥＯＳを使用しているので、恒温槽３ｃを７５℃に保つ。
【００５４】
また、テープヒータ１２ｈにより、ガス供給ライン１２を加熱・昇温し、８０〜１２０℃の所定の温度に保つ。これは、ガス供給ライン１２の温度が８０〜１２０℃であれば、ガス供給ライン１２内壁へのＳｉ系ソース３の液化による付着や、Ｃ2 Ｆ6 ガス４との液体反応などを防止できるからである。ガス供給ライン１２の温度が８０℃未満では、Ｓｉ系ソース３の液化現象や、Ｃ2 Ｆ6 ガス４との液体反応などを起こしやすいし、ガス供給ライン１２の温度が１２０℃を超えると、ガス供給ライン１２内で加水分解反応が起こり、ガス供給ライン１２内壁にガラス微粒子が付着してしまう。
【００５５】
さらに、Ｏ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４の流量比（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）は、４〜１３にする。（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が４未満になると、反応室２内に供給されるＯ2 ガス５がＣ2 Ｆ6 ガス４に対して少なくなるので、高真空、プラズマ雰囲気下において、Ｓｉ系ソース３の蒸気からなる原料ガスの熱分解反応を十分に行わせることが難しくなり、結果的に酸素欠陥が生じた、すなわち、ＯＨ基が混入したガラス膜となり、通信用の波長帯１．３μｍや１．５５μｍ帯において損失の多いガラス膜になってしまうためである。また、（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が１３を超えると、反応室２内に供給されるＣ2 Ｆ6 ガス４がＯ2 ガス５に対して少なくなるので、ガラス膜中にＦが所望量だけ添加されなくなり、屈折率の低いガラス膜を得ることが難しくなるためである。
【００５６】
すなわち、Ｏ2 ガス５の流量は、高真空、プラズマ雰囲気下において、Ｓｉ系ソース３の蒸気からなる原料ガスの熱分解反応を十分に行わせ、Ｆをガラス膜内に添加させるため、さらに酸素欠陥がなく、かつＯＨ基の混入が少ないガラス膜を実現するために、１００ｓｃｃｍ以上にする必要がある。
【００５７】
また、Ｃ2 Ｆ6 ガス４の流量は、２５〜１００ｓｃｃｍにするのが好ましい。Ｃ2 Ｆ6 ガス４の流量を増やせば、反応室２内で熱分解反応を十分に行わせるために、Ｏ2 ガス５の流量も増やす必要がある。この点に加え、Ｃ2 Ｆ6 ガス４の流量が２５ｓｃｃｍ未満であると、ガラス膜中にＦが所望量だけ添加されず、低い屈折率が得られなくなるからである。また、Ｃ2 Ｆ6 ガス４の流量が１００ｓｃｃｍを超えると、ガラス膜中の酸素欠陥をまねき易くなるからである。
【００５８】
次に、反応室２内に供給された混合ガス８は、拡散板２２に吹き付けられ、上部電極１６とシャワー板１９間に区画形成された空間（キャビティ）に均一に拡散されるので、シャワー板１９のガス噴出しノズル２０から均一に噴出され、各基板３２の表面に均一に拡散される。このとき、高真空、プラズマ雰囲気下の反応室２内で混合ガス８の熱分解反応が行われることで、各基板３２上に均一な組成のコアとなるＳｉＯ2 にＦを添加した超低屈折率ガラス膜３３（図３参照）が形成（成膜）される。
【００５９】
ガラス膜３３を成膜した後、開閉手段２３を閉じた状態でクリーンユニット１０内の温度を反応室２内と同等にする。このとき、クリーンユニット１０内の真空度を反応室２内と同等にするとよい。この状態で開閉手段２３を開放し、各基板３２を反応室２からクリーンユニット１０へ搬出する。各基板３２の搬出後、再び開閉手段２３を閉じ、ガスシャワー室２５において各基板４２を洗浄ガス２４で洗浄し、洗浄後の各基板３２をクリーンルーム１０外へ搬出する。
【００６０】
さらに、プラズマＣＶＤ法で形成したガラス膜を透明化あるいは緻密なガラスに安定化するために、超低屈折率ガラス膜３３を成膜した各基板３２を８００〜１２００℃で熱処理する。
【００６１】
ここで、図２に、本発明者が実験により得た（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）（横軸）と、ガラス膜の屈折率（波長６３２．８ｎｍでの値）（縦軸）との関係を示す。
【００６２】
ガラス膜の製造条件は、Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 の流量を６ｓｃｃｍ、高周波電源１８の出力を６００Ｗ、上部電極１６を３５０℃、下部電極１７を４００℃、反応室２内の圧力を３５Ｐａとした。
【００６３】
図２に示すように、（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）を４〜１３にすることにより、波長６３２．８ｎｍにおいて、屈折率が１．４１４〜１．４３８の超低屈折率ガラス膜が得られたことがわかる。
【００６４】
ここで、超低屈折率ガラス膜の屈折率を波長６３２．８ｎｍにおいて測定したのは、通常、屈折率測定器が波長６３２．８ｎｍで測定できるように設計されているからである。波長１５５０ｎｍにおける屈折率を測定できる装置もあるが、屈折率を測定するためには、波長が長くなるほど、また屈折率が低くなるほど、厚いガラス膜を形成しておかなければならず、大変な技術を必要とする。なお、ガラス膜の屈折率は、測定波長が長くなるほど低い値を示す。
【００６５】
これに対し、（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が４未満になると、Ｃ2 Ｆ6 ガスの流量が多くなって屈折率が１．４１４より低くなるものの、Ｏ2 ガスの流量が少なくなって酸素欠陥が生じたガラス膜となる。また、（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が１３を超えると、Ｃ2 Ｆ6 ガスの流量が少なくなって屈折率が１．４３８より高いガラス膜となる。
【００６６】
また、得られた超低屈折率ガラス膜のＳｉＯ2 に対する比屈折率差（Δ）を算出したところ、ＳｉＯ2 に比してΔが−１．５％から−３％であった。したがって、本実施の形態に係る製造方法によって製造した超低屈折率ガラス膜は、従来のＦ添加ガラス膜のＳｉＯ2 に対するΔは−１％程度が限界であったのに比べて、極めて超低屈折率のガラス膜である。
【００６７】
このように、本実施の形態に係る製造方法によれば、反応室２内に、Ｓｉ系ソース３が気化した原料ガスを、原料ガスの流量より大流量であり、かつ所定の流量比（例えば、（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が４〜１３）で混ぜたＯ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４と共に、所定の温度（例えば、８０〜１２０℃）に加熱した同一配管系のガス供給ライン１２を介して混合ガス８として供給することで、各ガス同士が十分に混合された状態でプラズマ雰囲気下の反応室２内に混合ガス８を送り込むことができる。
【００６８】
この混合ガス８を高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応することで、ＳｉＯ2 内にＦが大量に添加されるため、ＳｉＯ2 の屈折率（１．４５８）より屈折率が極めて低く、例えば、波長６３２．８ｎｍにおいて、屈折率が１．４１４〜１．４３８の超低屈折率ガラス膜３３を基板３２の表面に容易に製造できる。
【００６９】
また、超低屈折率ガラス膜３３は、基板３２を３００〜５００℃に加熱した状態で成膜されるので、温度に対して安定なガラス膜である。
【００７０】
さらに、プラズマＣＶＤ法で形成したガラス膜を透明化あるいは緻密なガラスに安定化するために、超低屈折率ガラス膜３３を成膜した基板３２を８００〜１２００℃で熱処理しても、超低屈折率ガラス膜３３の屈折率はほとんど変化しなかった。この結果から超低屈折率ガラス膜３３は、非常に安定した超低屈折率のガラス膜であり、ガラス膜中にＦが安定して添加されていることがわかった。
【００７１】
次に、超低屈折率ガラス膜３３を用いた導波路の製造方法を説明する。
【００７２】
図３に示すように、上述した製造方法を用いて、まず、厚さ１ｍｍの基板３２の表面に、厚さ１０〜２０μｍの超低屈折率ガラス膜３３を形成する。この超低屈折率ガラス膜３３の表面に、再び図１の装置１を使用し、反応室２内にＳｉ系ソース３が気化した原料ガスとＯ2 ガス５とを供給することで、ガラス膜３３と同様にしてＳｉＯ2 膜を形成する。
【００７３】
ここで、ＳｉＯ2 膜の厚さは、製造したい導波路３１のΔの値に依存するので、Δを低くしたいときは厚く、Δを高くしたいときは薄く形成する。例えば、Δが１．５％の場合には約５μｍ、Δが３％の場合には約３μｍとする。
【００７４】
その後、ＳｉＯ2 膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングプロセスを通して、（幅と厚さを同程度にした）断面略矩形状のコア層パターン３４を形成する。このコア層パターン３４とガラス膜３３の表面とを、再び上述した製造方法を用いて、厚さが１０〜２０μｍの超低屈折率ガラス膜３５を形成すれば、導波路３１が得られる。
【００７５】
この導波路３１のΔを求めたところ、Δが１．５〜３％と極めて高かった。したがって、本実施の形態に係る製造方法によれば、超高比屈折率差の導波路を容易に製造できる。
【００７６】
ここで、導波路３１の反りの発生を調べた結果、導波路３１形成前、直径４インチの基板３２の反りが約８μｍであったのに対して、導波路３１形成後の基板３２の反りは約１０μｍであった。上述したように、導波路３１に用いた各ガラス材料は、軟化温度の差が２００℃以内であり、熱膨張係数の差も±２０％以内であるので、導波路３１は、反りの発生が極めて少なく、軟化温度及び熱膨張係数の差も小さいことが実証できた。
【００７７】
また、長さが２０ｃｍの導波路３１のＴＥ及びＴＭモードでの伝搬損失を波長１５５０ｎｍにおいて測定した結果、ＴＥ及びＴＭモードでの損失の差はほとんどなく、偏波依存性の小さい超小型の導波路型光部品を実現できることがわかった。
【００７８】
さらに、プラズマＣＶＤ法で形成した各ガラス膜を透明化あるいは緻密なガラスに安定化するために、導波路３１を８００〜１２００℃で熱処理する。この熱処理により、より信頼性が高く、低損失な導波路３１が得られる。しかも導波路３１は、各ガラス材料の屈折率変化が極めて小さいので、光部品の設計が容易である。
【００７９】
導波路３１のΔをさらに高めるには、ガラス膜３３の表面にＳｉＯ2 膜を形成する代わりに、ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加したガラス膜、あるいはＳｉＯ2 にＮを添加したガラス膜を形成し、コア層パターン３４を形成すればよい。
【００８０】
ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加したガラス膜は、再び図１の装置１を使用し、反応室２内にＳｉ系ソース３が気化した原料ガスと、Ｏ2 ガス５と、Ｇｅ系ソース７とを供給することで、ガラス膜３３と同様にして形成すればよい。
【００８１】
また、ＳｉＯ2 にＮを添加したガラス膜は、再び図１の装置１を使用し、反応室２内にＳｉ系ソース３が気化した原料ガスと、Ｏ2 ガス５と、Ｎ2 ガス６とを供給することで、ガラス膜３３と同様にして形成すればよい。
【００８２】
ＳｉＯ2 にＧｅＯ2 を添加したガラス膜、あるいはＳｉＯ2 にＮを添加したガラス膜を使用すれば、ガラス膜３３との屈折率差がＳｉＯ2 膜に比べてさらに大きくなるので、Δが３〜５％程度の超々高比屈折率差の導波路３１を実現できる。
【００８３】
次に、第二の実施の形態を説明する。
【００８４】
図４に示すように、ＣＶＤ製造装置４１は、反応室２内において、ガス供給ライン１２を下部電極１７の中心部を貫通するように設け、下部電極１７とシャワー板１９間に位置するように、拡散板２２を下部電極１７と一体に設けたものである。装置４１のその他の構成は、図１の装置１と同じである。
【００８５】
この装置４１を用いて図３のガラス膜３３及び導波路３１を製造するには、上部電極１６の下面に基板３２を複数枚貼り付ける他は、上述した製造方法と同様にすればよい。
【００８６】
装置４１を使用すれば、基板３２が反応室２内の上方に載置されているので、ガラス膜３３内にパーティクルが混入しにくく、装置１を使用するのに比べれば、パーティクルが少なくて欠陥がより少ない一層低損失なガラス膜３３及び導波路３１を製造できる。
【実施例】
【００８７】
図１の装置１を使用し、複数枚の基板３２の表面に、波長６３２．８ｎｍにおいて、屈折率が１．４２４の超低屈折率ガラス膜３３を４００℃で厚さ約１０μｍ形成し、そのガラス膜３３の表面にＳｉＯ2 膜を４００℃で厚さ約３μｍ形成した。
【００８８】
その後、ＳｉＯ2 膜の表面にフォトレジストを厚さ約１μｍ塗布して１５０℃でベーキングし、そのフォトレジストの上方にコア層パターン３４と同形状のパターンが形成されたフォトマスクを配置し、そのフォトマスクの上から紫外線を照射してフォトレジストを露光し、現像してコア層パターン３４と同形状のフォトレジストパターンを得た。
【００８９】
そして、ＣＨＦ3 ガスを用いたドライエッチングプロセスにより、ＳｉＯ2 膜をフォトレジストパターンの形状にエッチング加工してコア層パターン３４を形成し、コア層パターン３４の表面のフォトレジストを取り除いた。
【００９０】
さらに、再び図１の装置１を使用し、コア層パターン３４とガラス膜３３の表面とを覆うように、波長６３２．８ｎｍにおいて、屈折率が１．４２４の超低屈折率ガラス膜３５を４００℃で厚さ約１５μｍ形成し、導波路３１を得た。
【００９１】
次に、この導波路３１の伝搬損失を測定した。その結果、波長１５５０ｎｍにおいて、ＴＥモードでの伝搬損失は０．０９ｄＢ／ｃｍ、ＴＭモードでの伝搬損失は０．０９５ｄＢ／ｃｍであった。また、波長１３９０ｎｍでのＯＨ基の吸収損失を評価した結果、ガラス膜３３，３５の酸素欠陥による吸収損失を大幅に低減できた。さらに、波長１３９０ｎｍ付近のＯＨ基による吸収損失は０．４ｄＢ／ｃｍであり、非常に少ないことがわかった。
【００９２】
つまり、本実施の形態に係る製造方法は、反応室２内に、Ｓｉ系ソース３が気化した原料ガスを、原料ガスの流量より大流量であり、かつ所定の流量比（例えば、（Ｏ2 ガス流量／Ｃ2 Ｆ6 ガス流量）が４〜１３）で混ぜたＯ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４と共に、所定の温度（例えば、８０〜１２０℃）に加熱した同一配管系のガス供給ライン１２を介して混合ガス８として供給することで、超低屈折率ガラス膜３３，３５の酸素欠陥による吸収損失を大幅に低減することができ、これにより波長１３９０ｎｍ付近のＯＨ基による吸収損失が抑制された結果、低損失な導波路３１を実現できる。
【００９３】
さらに、各基板３２の表面に形成した超低屈折率ガラス膜３３の屈折率偏差は±０．１％以下に、膜厚の偏差も±３％以下に抑えることができた。
【００９４】
また、ガラス膜３３，３５成膜中におけるパーティクルのガラス３３，３５膜内、及びガラス膜３３と基板３２表面間への混入を従来に比して半分以下に低減できるため、散乱損失が低い導波路３１を実現できる。
【００９５】
これは、反応室２内に大流量のＯ2 ガス５及びＣ2 Ｆ6 ガス４を供給しているので、ガス噴出しノズル２０がパーティクルによる目づまりを起こすことがなくなり、その結果、再現性よくガラス膜３３，３５を形成でき、かつガス噴出しノズル２０へのパーティクルの付着が抑えられるからである。
【００９６】
この導波路３１を酸素雰囲気中に置いて１０００℃で４時間の加熱処理した後、再度伝搬損失を測定した結果、波長１５５０ｎｍにおいて、ＴＥモードでの伝搬損失は０．０６ｄＢ／ｃｍ、ＴＭモードでの伝搬損失は０．０７ｄＢ／ｃｍであった。すなわち、加熱処理前よりも導波路３１の損失を低減できた。また、波長１３９０ｎｍでのＯＨ基の吸収損失も評価した結果、吸収損失は０．２６ｄＢ／ｃｍに低下しており、ガラス膜３３，３５の酸素欠陥による吸収損失をさらに低減できた。
【００９７】
上記実施の形態では、基板として石英ガラス基板３２を用いた例で説明したが、多成分系ガラス基板、半導体基板（例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）、強誘電体基板、磁性材料基板等を用いることができる。
【００９８】
また、高周波電源１８の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、それよりもさらに高い、例えば、マイクロ波の周波数（例えば、２．４ＧＨｚ）でもよい。
【００９９】
上部電極１６及び下部電極１７の加熱温度は、１００〜８００℃の範囲であればよい。上部電極１６及び下部電極１７の加熱方法は、抵抗加熱以外に、赤外線加熱でもよい。
【０１００】
大容量排気装置１３，１３は２セットに限定されず、２セットより多くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本実施の形態に係る製造方法に用いるＣＶＤ製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本実施の形態に係る製造方法で製造したＯ2 ガス及びＣ2 Ｆ6 ガスの流量比とガラス膜の屈折率との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る製造方法で製造した埋め込み型導波路の断面図である。
【図４】本実施の形態に係る製造方法に用いるＣＶＤ製造装置の一例を示す概略図である。
【図５】背景技術の製造方法に用いるＣＶＤ製造装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  ＣＶＤ製造装置
２  反応室
３  Ｓｉ系ソース
４  Ｃ2 Ｆ6 
５  Ｏ2 
１６  上部電極
１７  下部電極
１８  高周波電源
３２  石英ガラス基板
【図１】
2005089838.tif 000003
【図２】
2005089838.tif 000004
【図３】
2005089838.tif 000005
【図４】
2005089838.tif 000006
【図５】
2005089838.tif 000007