(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するターンテーブルに配置された基板に、このターンテーブル外周から中心の回転軸方向に可動のガラス微粒子合成バーナによりガラス微粒子を直接吹き付けて堆積しガラス微粒子層を形成した後、高温で透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法において、
前記ガラス微粒子合成バーナに対する前記基板の相対速度が変化する場合に、
前記基板を加熱するために前記ターンテーブルに配置された熱源の温度を制御することにより、前記基板又は前記ターンテーブルの温度分布を前記基板若しくは前記ターンテーブル内の位置での前記ガラス微粒子合成バーナと前記基板の相対速度にほぼ合わせてあらかじめ形成してガラス微粒子堆積時の前記基板の温度が一定となるようにすること、
を特徴とするガラス光導波膜の作製方法。
【請求項２】
前記熱源の温度を制御することにより、前記基板又は前記ターンテーブルの温度分布を、前記ターンテーブルの外周側で高く、内周側で低くなるようにあらかじめ形成するものであること、
を特徴とする請求項１に記載のガラス光導波膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型光部品の構成要素であるガラス光導波膜の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のパーソナルコンピュータに関するハード・ソフトの進展とインターネットの発展により画像や映像を含んだ大容量情報を超高速に通信できる光波長多重（ＷＤＭ）方式などを用いた光通信システムの研究開発が進むとともに、米国を中心に商用導入が始まっている。このような光通信システムを構成する光部品の中に、光を合分岐する光スプリッタ、光スターカプラ、波長の異なる複数の光を合分波する光波長合分波器、光路を切り替える光スイッチなどがある。これら光部品の実現形態として、バルク型、光ファイバ型、そして導波路型が知られている。
導波路型は、ＬＳＩ製造技術を応用し、平面基板上に光導波路を一括形成して光回路機能を実現できることから、プリズムやレンズを組み合わせるバルク型や光ファイバ自身を加工する光ファイバ型に比べて集積性、量産性、安定性に優れるとともに、大規模な回路構成を実現できる。
【０００３】
シリコンや石英などの基板上に作製される石英系のガラス光導波路は、石英系光ファイバとの整合性が良く、安定で高い信頼性を有する光回路を形成できることから、他の材料で形成した導波路に比較して実用的な光部品の開発が進んでいる。また、４〜６インチサイズの大型基板に高品質な光導波路を形成できることから１４４×１４４スターカプラ、アレイ導波路格子で構成した１２８波光合分波器、１６×１６熱光学スイッチなどの大規模回路が実現されている。
【０００４】
石英系光導波路の作製方法を説明する（図１参照）。
(a) 基板１１（例えばシリコン基板）上にＳｉＣｌ4を主成分とするガラス形成原料ガスの火炎加水分解反応によりＳｉＯ2を主成分とする下部クラッド層用ガラス微粒子層１２ａ、コア層用ガラス微粒子層１３ａを順次形成する。
(b) ガラス微粒子層１２ａ・１３ａを基板１１とともに電気炉で加熱して、透明ガラス化することにより、下部クラッド層１２ｂとコア層１３ｂからなるガラス光導波膜とする。あるいは、下部クラッド層１２ｂのみを先に基板１１上に作製した後、その上にコア層１３ｂを作製しても良い。コア層１３ｂは、下部クラッド層１２ｂよりも屈折率を高くするためにＧｅＯ2やＴｉＯ2などがドープされる。
(c) コア層１３ｂの不要部分を反応性イオンエッチング法により除去して、リッジ状のコア１３ｃを形成する。
(d) コア１３ｃを覆うように下部クラッド層１２ｂと同等の屈折率を有する上部クラッド層１４ｂ（ガラス光導波膜）を作製するが、上部クラッド層１４ｂの作製は、再度、火炎加水分解反応により上部クラッド層用ガラス微粒子層１４ａを形成し、電気炉で加熱して透明ガラス化することにより行なわれる。
【０００５】
ガラス光導波膜である下部クラッド層１２ｂ、コア層１３ｂ及び上部クラッド層１４ｂは、主成分であるＳｉＯ2の他にドーパントとしてＧｅＯ2（原料ガスＧｅＣｌ4）、ＴｉＯ2（原料ガスＴｉＣｌ4）、Ｂ2Ｏ3（原料ガスＢＣｌ3）、Ｐ2Ｏ5（原料ガスＰＣｌ3）などのドーパントを適宜含む。これらのドーパントは、ガラスの軟化温度や屈折率を調整するためのものであり、Ｂ2Ｏ3やＰ2Ｏ5などは主に軟化温度の調整に、ＧｅＯ2やＴｉＯ2などは主にコアの屈折率の調整に用いられている。
【０００６】
前記ガラス光導波膜の作製方法におけるガラス微粒子層の形成（堆積）は、図２及び図３に示すガラス微粒子堆積装置Ｅを用いて行なわれる。
図２はガラス光導波膜作製のためのガラス微粒子堆積装置の構成を示す図であり、図３はガラス微粒子合成バーナを示す図である。
ガラス微粒子堆積装置Ｅは、ガラス微粒子合成バーナ部２０、ターンテーブル部３０及び制御部４０から構成される。ガラス微粒子合成バーナ部２０は、ガラス微粒子合成バーナ２１（以下「バーナ２１」という）、このバーナ２１にＳｉＣｌ4などのガラス形成原料ガスを供給すると共に水素及び酸素を供給する原料ガス供給装置２２、バーナ２１と原料ガス供給装置２２を結ぶガス配管群２３、排気管２４、排気ガス処理装置２５、排気管２４と排気ガス処理装置２５とを結ぶ排気ホース２６を含んで構成される。なお、図３において、符号Ｆは酸水素炎を示す。基板１１に、この酸水素炎Ｆを暴露すれば、当該基板１１上にガラス微粒子が堆積する（同時に基板１１の温度も上昇する）。
ターンテーブル部３０は、ターンテーブル３１、このターンテーブル３１を回転駆動する駆動装置３２、バーナ・排気管移動装置３３を含んで構成される。このターンテーブル部３０は、ターンテーブル３１の下部にターンテーブル３１を加熱するヒータによる熱源（図示外）が設けられ、この熱源とターンテーブル３１の間に温度センサとして熱電対が配置されるか、ターンテーブル３１上部に温度センサとして光高温度計が配置される（図示外）。なお、図２において、符号Ｏはターンテーブル３１の回転軸を示す。
【０００７】
基板１１上へのガラス微粒子層の形成は、(a) 多重管構成のバーナ２１にＳｉＣｌ4などのガラス形成原料ガスを供給して、酸素ガスと水素ガスにより構成される酸水素炎Ｆ内で起こる火炎加水分解反応によりガラス微粒子を合成し、(b) この合成したガラス微粒子を酸水素炎とともに、ターンテーブル３１の上に置かれた基板１１の表面に吹き付けることにより行なわれる。なお、基板１１に付着しなかったガラス微粒子は、未反応原料ガス、火炎加水分解反応により生成される塩化水素ガスなどの排ガスとともに排気管２４から排出され、排気ガス処理装置２５で無害化処理される。
【０００８】
ここで、バーナ２１は、ガラス微粒子層を基板１１上の全体に堆積するため、基板１１を配置したターンテーブル３１を駆動装置３２により一定の回転速度で回転する。また、バーナ２１は、バーナ・排気管移動装置３３により一定の回転速度で回転するターンテーブル３１上におけるバーナ２１の位置半径座標ｒの逆数１／ｒに比例した速度で直線往復移動する。これらの制御は、制御部４０にて集中的に行なわれる。なお、ガラス微粒子層は、図１において符号１２ａ，符号１３ａ，符号１４ａで示される部分である。ちなみに、図４にバーナ２１の動く方向の例を示す。
【０００９】
このようにガラス微粒子層の形成を行なうガラス光導波膜の作製方法により、直径４〜６インチサイズの大型基板にガラス光導波膜が形成できるようになり、先に述べたような大規模光回路が実現されるとともに、同一基板上に小規模光回路が多数作製できるようになり生産性の向上が図られた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、大規模回路では、回路サイズが大きくなるほど作製された回路の特性と理論特性とのずれが大きくなる傾向にあり、所望性能が得られないという不都合がある。また、小規模回路では、基板の位置により回路特性が異なることがあり、所要性能を満たす回路数が抑えられ、歩留まりを落とすという不都合がある。特に、コア層にＧｅＯ2をドープしたガラス光導波膜にて作製した光回路においてこの不都合が顕著に生じる。これは、回路性能に影響するコア層の屈折率分布が、１０-4オーダー以上生じるためである。
【００１１】
同一基板１１上に形成されるガラス光導波膜内の屈折率分布は、ターンテーブル上の半径方向に対応して主に生ずる。この原因として、(1) 基板上に形成されるガラス微粒子層中のＧｅＯ2などのドーパント含有量が、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度に大きく左右されること（ドーバント含有量の基板温度依存性）と、(2) ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度は、酸水素炎の通過速度が相対的に遅くなるターンテーブルの内周側で高くなり、酸水素炎の通加速度が相対的に速くなるターンテーブル外周側で低くなること（酸水素炎Ｆへの暴露時間の長短）、が影響しているためと考えられる。したがって、基板１１が大型化するに連れて、基板１１上に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布は大きくなることになる。
【００１２】
図５は、報告されているＧｅ０2含有量の基板温度依存性であり、ガラス微粒子中のＧｅＯ2の含有量が基板温度に著しく依存していることがわかる。ＴｉＯ2及びＢ2Ｏ3に関しても調べられており、ＴｉＯ2は基板温度依存性がほとんどないが、Ｂ2Ｏ3に関しては、ＧｅＯ2の基板温度依存性と同様な傾向を有することが報告されている（河内らJapan.J.Appl.Phys,vol.19,pp.L69-L71(1980)、同vol.19,pp.2047-2054(1980)）。なお、Ｐ2Ｏ5については、基板温度が上昇するとガラス微粒子中のＰ2Ｏ5含有量が減少する傾向にあることを実験的に確認している。
【００１３】
以上のことから、本発明の目的は、屈折率のばらつきが小さく均一なガラス光導波膜を作製するガラス光導波膜の作製方法を提供することにある。特に、ターンテーブル上の半径方向に相当する向きでの屈折率分布を低減するガラス光導波膜の作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明（請求項１）は、回転するターンテーブルに配置された基板に、このターンテーブル外周から中心の回転軸(O)方向に可動のガラス微粒子合成バーナによりガラス微粒子を直接吹き付けて堆積しガラス微粒子層を形成した後、高温で透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法である。
そして、前記ガラス微粒子合成バーナに対する前記基板の相対速度が変化する場合に、前記基板を加熱するために前記ターンテーブルに配置された熱源の温度を制御することにより、前記基板又は前記ターンテーブルの温度分布を前記基板若しくは前記ターンテーブル内の位置での前記ガラス微粒子合成バーナと前記基板の相対速度にほぼ合わせてあらかじめ形成してガラス微粒子堆積時の前記基板の温度が一定となるようにすることを特徴とする。
ここで、ガラス微粒子合成バーナは、ターンテーブルの外周からターンテーブルの回転軸方向（逆方向を含む）に向けて動くものであるが、回転軸そのものを目指して動く場合のほか、回転軸から偏倚してずれた方向に動く場合も含む。さらに、ターンテーブルを横断して動く場合も含む。
【００１５】
本発明（請求項２）では、請求項１の発明において、さらに前記熱源の温度を制御することにより、前記基板又は前記ターンテーブルの温度分布を、前記ターンテーブルの外周側で高く、内周側で低くなるようにあらかじめ形成して、ガラス微粒子層を形成した後、高温で透明ガラス化してガラス光導波膜を作製することもできる。
つまり、バーナによる酸水素炎の暴露時間の違いを考慮して、熱源の温度を制御することにより、基板又はターンテーブルの温度分布を、基板又はターンテーブル内の位置での基板とバーナの相対速度にほぼ合わせてあらかじめ形成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板上に作製されるガラス光導波膜の屈折率ばらつきを小さくすることができるので、基板全面にレイアウトされるような大規模回路では理論特性とのずれが小さくなり、高い性能を実現できる。また、同一基板内に複数形成される小規模回路では、回路間の特性ばらつきが小さくなり、歩留まりを上げることができる。大規模な高機能回路の実現は、より高度な光通信システムの構築を可能とし、小規模回路の歩留まり向上は、部品価格を下げることができるため、汎用なシステムの経済化に貢献するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、本実施の形態は、（ａ）バーナと基板の相対速度をほぼ一定に制御する第１の実施形態（参考例）、（ｂ）熱源による基板又はターンテーブルの温度をバーナと基板の相対速度にほぼ合わせて制御などする第２の実施形態、（ｃ）原料供給量をバーナと基板の相対速度にほぼ合わせて制御する第３の実施形態（参考例）、そして、（ｄ）第１乃至第３の実施の形態を任意に組み合わせた第４の実施形態（参考例）に分けて説明する。
【００１８】
≪第１の実施形態（参考例）≫
第１の実施形態（参考例）は、バーナ２１がターンテーブル３１上のどの位置にあるかにかかわらず、バーナ２１とターンテーブル３１上に配置された基板１１の相対速度をほぼ一定に制御するガラス光導波膜の作製方法である。この第１の実施形態（参考例）で使用されるガラス微粒子堆積装置Ｅは、従来技術で説明したものがそのまま使われる（図２及び図３参照）。したがって、ガラス微粒子堆積装置Ｅの説明は割愛する。
【００１９】
この第１の実施形態（参考例）では、バーナ２１がターンテーブル３１上（基板１１上）のどの位置にあるかにかかわらず、バーナ２１と基板１１の相対速度をほぼ一定に制御する。つまり、ターンテーブル３１が一定速度で回転する場合に生じる、ターンテーブル外周部と内周部でのバーナ２１と基板１１の相対速度の差を、バーナ２１のターンテーブル３１上の位置に応じてターンテーブル３１の回転速度（ｒｐｍ）を変化させることにより解消する。これにより、基板１１上のどの位置においても酸水素炎Ｆに暴露される時間がほぼ同じになり、酸水素炎Ｆによるガラス微粒子堆積時の基板１１の温度上昇をほぼ一定にすることができる。
したがって、ＧｅＯ2をはじめとして、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度によってガラス微粒子中の含有量が大きく左右される基板温度依存性のあるドーパントを、所定の濃度で高精度にドープすることができ、これにより基板１１上に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布を、基板１１上の位置にかかわらず一様にすることができる（屈折率ばらつきを解消することができる）。また、形成されるガラス微粒子層の膜厚も一定にすることができる。なお、ガラス微粒子層は、電気炉などで加熱されて、高温で透明ガラス化される。
【００２０】
ここで、バーナ２１と基板１１の相対速度をほぼ一定に制御するガラス光導波膜の作製方法として、この第１の実施形態（参考例）では、バーナ２１がターンテーブル３１の内周側に位置する時に回転速度を速くし、外周側に位置する時に回転速度を遅くすることができる。
【００２１】
このように、バーナ２１と基板１１の相対速度をほぼ一定にすれば、バーナ２１位置でのターンテーブル３１の接線方向の移動速度（接線方向速度）が、ターンテーブル３１の内周側と外周側とで一定となり、特に、バーナ２１の移動速度がターンテーブル３１の接線方向速度に比較して遅い場合は、バーナ２１と基板１１の相対速度がほぼターンテーブル３１の接線方向速度となるので、バーナ２１の移動速度に関係なくバーナ２１のターンテーブル３１上での位置のみで回転速度を制御してバーナ２１と基板１１の相対速度をほぼ一定にできる。
したがって、酸水素炎Ｆによる基板１１の温度上昇が基板１１のどの位置でも一定となり、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度を一定にでき、これにより基板１１に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布を、基板１１上の位置にかかわらず一様にすることができる。
なお、本実施の形態（参考例）においてガラス光導波膜は、図１に示す下部クラッド層１２ｂ、あるいはコア層１３ｂ、あるいは上部クラッド層１４ｂ、あるいはこれら各層を任意に組み合わせた層を指す（以降の実施形態及び参考例にて同じ）。
【００２２】
≪第２の実施形態≫
第２の実施形態は、熱源による基板１１又はターンテーブル３１の温度を、バーナ２１とターンテーブル３１上に配置された基板１１の相対速度にほぼ合わせて制御するガラス光導波膜の作製方法である。この第２の実施形態で使用されるガラス微粒子堆積装置Ｅは、第１の実施形態（参考例）での装置を適用することができる（図２、図３参照）。したがって、ガラス微粒子堆積装置Ｅの説明は割愛する。なお、第２の実施形態では、熱源がターンテーブル３１の下部に設けられる。
【００２３】
この第２の実施形態では、バーナ２１がターンテーブル３１の外周側に位置するか内周側に位置するかで生じる、バーナ２１と基板１１の相対速度の差に起因する酸水素炎Ｆによるガラス微粒子堆積時の基板１１の温度上昇の違いを、熱源を制御してガラス微粒子堆積時の基板１１の温度が一定となるようにする。
つまり、ターンテーブル３１の回転速度が一定の場合、基板１１とバーナ２１の相対速度が遅くなるターンテーブル３１内周側では、酸水素炎Ｆにより基板１１の温度が相対的に高くなる。一方、基板１１とバーナ２１の相対速度が速くなるターンテーブル３１外周側では、酸水素炎Ｆにより基板１１の温度が相対的に低くなる。第２の実施形態のガラス光導波膜の作製方法では、ターンテーブル３１の下部に設けられた熱源を制御することにより、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度が基板１１上の位置により差がでないようにする。
【００２４】
この熱源の制御は、基板１１又はターンテーブル３１の温度をバーナ２１に対する基板１１の相対速度にほぼ合わせて制御するか、あるいは、熱源による基板１１又はターンテーブル３１の温度分布を基板１１若しくはターンテーブル３１内の位置でのバーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせて制御することにより行なわれる。
これにより、ＧｅＯ2をはじめとして、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度によってガラス微粒子中の含有量が大きく左右される基板温度依存性のあるドーパントを、所定の濃度で高精度にドープすることができ、これにより基板１１上に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布（屈折率ばらつき）を基板１１上の位置にかかわらず一様にすることができる。
【００２５】
熱源による基板１１又はターンテーブル３１の温度をバーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせた制御による作製方法によれば、基板１１とバーナ２１の相対速度が遅くなるか又は速くなると、酸水素炎Ｆ下の基板１１の温度が上昇又は下降するので、それを熱源にて基板１１又はターンテーブル３１の温度が低く又は高くなるように制御し、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度をほぼ一定にするものである。これにより、基板１１内での屈折率分布を一様にできる。
また、熱源による基板１１又はターンテーブル３１の温度分布を基板１１又はターンテーブル３１内の位置でのバーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせて制御することでも、同じようにガラス微粒子堆積時の基板１１の温度をほぼ一定にできる。
【００２６】
熱源による基板１１又はターンテーブル３１の温度を、バーナ２１がターンテーブル３１外周側に位置する時に高く、内周側に位置する時に低くなるように制御すれば、バーナ２１の位置がターンテーブル３１の外周側に位置する時のバーナ２１と基板１１の相対速度が、内周側に位置する時に比較して速い場合にガラス微粒子堆積時の基板１１の温度をほぼ一定にできる。
【００２７】
また、この第２の実施形態では、ターンテーブル３１の回転速度が一定の場合など、少なくとも、バーナ２１の位置でのターンテーブル３１の接線方向速度が、バーナ２１がターンテーブル３１の内周側に位置する時に比較して外周側に位置する時の方が速い場合に、ターンテーブル３１の接線方向速度の違いにより起因して生じるガラス微粒子堆積時の酸水素炎Ｆによる基板１１の温度上昇を補償することになるので、ガラス微粒子堆積時に酸水素炎Ｆに対する暴露時間が異なっても基板１１の温度をほぼ一定にすることができる。これにより基板１１に形成されるガラス光導波膜の屈折率ばらつきを、基板１１上の位置にかかわらず一様にすることができる。
特に、この第２の実施形態の場合、バーナ２１の移動速度がターンテーブル３１の接線方向移動速度に比較して遅いときは、基板１１とパーナ２１の相対速度がほぼターンテーブル３１の接線方向速度になるので、バーナ２１の移動速度に関係なくバーナ２１のターンテーブル３１の位置半径座標のみで熱源を制御でき、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度をより一定にできる。熱源による基板１１又はターンテーブル３１の温度分布をターンテーブル３１の外周側で高く、内周側で低くなるように形成することは、上記の熱源をバーナ２１の位置で逐次制御するのと同じように、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度をほぼ一定にすることができる。
【００２８】
《第３の実施形態（参考例）》
第３の実施形態（参考例）は、バーナ２１に対する基板１１の相対速度にほぼ合わせて原料供給量を制御するガラス光導波膜の作製方法である。この第３の実施形態（参考例）で使用されるガラス微粒子堆積装置Ｅは、第１の実施形態（参考例）での装置を適用することができる（図２、図３参照）。したがって、ガラス微粒子堆積装置Ｅの説明は割愛する。なお、第３の実施形態（参考例）では、原料供給装置２２にガス流量コントローラ（図示外）が設けられる。
【００２９】
この第３の実施形態（参考例）では、ガラス微粒子堆積時におけるバーナ２１と基板１１の相対速度の差から生じる基板１１の温度上昇の違いによるガラス微粒子中のドーパント含有量の違いを、原料供給量を制御することで補償し、基板温度依存性のあるドーパントのガラス微粒子中での含有量を一定にし、基板１１上に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布を一定とする。
つまり、基板１１上には温度上昇の違いが生じることを前提にして、原料供給量を制御する。
【００３０】
この原料供給量の制御方法として、(1) 基板温度依存性のあるドーパントの供給量自体を変化させる制御方法、(2) 基板温度依存性のあるドーパントの含有量の変動を、供給している複数の原料の少なくともひとつの供給量を制御して当該ドーパントの含有量を実効的に変える制御方法、(3) 基板温度依存性のあるドーパントの含有量の変動により生じる屈折率の変化を、供給している複数の原料の少なくともひとつの供給量を制御して屈折率が一定になるようにする制御方法がある。
【００３１】
バーナ２１に対する基板１１の相対速度にほぼ合わせて原料供給量を制御するガラス光導波膜の作製方法として、この第３の実施形態（参考例）では、原料供給量をバーナ２１がターンテーブル３１の内周側に位置する時と外周側に位置する時で異なるように制御してガラス光導波膜を作製することができる。
【００３２】
このように、バーナ２１に対する基板１１の相対速度にほぼ合わせて原料供給量を制御すれば、バーナ２１と基板１１の相対速度が、バーナ２１のターンテーブル３１上の位置が外周側と内周側で異なるときでも、基板１１上に形成されるガラス光導波膜１１の屈折率ばらつき（屈折率分布）をほぼ一定にすることができる。また、バーナ２１の位置でのターンテーブル３１の接線方向速度が外周側と内周側で異なるときに、ターンテーブル３１の接線方向速度の違いのために生じるドーパント含有量の変動を補償することになるので、基板１１上に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布をほぼ一定にすることができる。
特に、バーナ２１の移動速度がターンテーブル３１の接線方向速度に比較して遅い場合は、基板１１とバーナ２１の相対速度がほぼターンテーブル３１の接線方向速度になるので、バーナ２１の移動速度に関係なくバーナ２１のターンテーブル位置半径座標のみで原料供給量を制御でき、基板１１上に形成されるガラス光導波膜の屈折率分布をより一定にすることができる。
【００３３】
《第４の実施形態（参考例）》
前記の３つの制御を任意に組み合わせることで、堆積時の基板温度に依存するガラス微粒子ドーパントの含有量をより高精度に調整できる。
組み合わせの態様としては、１「回転速度制御＋温度制御」、２「回転速度制御＋原料供給量制御」、３「回転速度制御＋温度制御＋原料供給量制御」、４「温度制御＋原料供給量制御」が上げられる。この際、それぞれの制御の寄与率は任意に調節することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに説明する（図１乃至図８参照）。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
《実施例１（参考例）》
実施例１（参考例）は、第１の実施形態（参考例）に対応したものである。すなわち、ガラス微粒子堆積装置Ｅにおいて、バーナ２１と基板１１の相対速度がバーナ２１の位置にかかわらず一定になるようにターンテーブル３１の回転速度を制御し、基板１１上にガラス微粒子層を形成した後、透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法によるものである。
【００３５】
〔下部クラッド層〕
基板１１として６インチのシリコン基板を用い、この基板１１を実効直径１ｍのターンテーブル３１上に複数枚配置した。下部クラッド層用ガラス微粒子層１２ａを次の条件で形成した。
(1) 原料ガス供給速度； ＳｉＣｌ4１００cc／分、ＢＣｌ3５cc／分、ＰＣｌ3５cc／分
(2) 熱源による基板温度（未堆積時）； ６００℃
(3) バーナの移動速度； 図６（ａ）の条件
(4) ターンテーブルの回転速度； 図６（ｂ）の条件
バーナ２１がターンテーブル３１上を渦巻き状に、かつ、ほぼ等間隔の軌跡を描くように、バーナ２１の移動速度をターンテーブル３１の接線方向速度に比較して遅くし、かつ、バーナ２１の移動速度及びターンテーブル３１の回転速度をターンテーブル３１の回転軸Ｏからのバーナ位置半径座標ｒの逆数１／ｒに比例するように変化させた。それゆえ、バーナ２１と基板１１の相対速度は、主にターンテーブル３１の接線方向速度となり、相対速度はバーナ２１の位置に関係なくほぼ一定になる。また、バーナ２１の移動は外側から内側に半往復のみさせた。なお、実施例１（参考例）において、バーナ２１の移動方向は、図４におけるほぼＭ２方向である（以下に説明する全ての実施例及び比較例で同じ）。
【００３６】
透明ガラス化後、屈折率を５ｍｍ間隔でマトリックス状にプリズムカプラ法を用いて少数点以下４桁まで測定したが、測定誤差０．０００１内で一致した。一方、ターンテーブルの回転速度を一定（１０回転／分）にした従来技術にて作製した比較例のガラス光導波膜（下部クラッド層）は、屈折率のばらつきが０．０００２あり、本発明により屈折率ばらつきが低減した。この比較例の作製条件は、回転速度が一定であること以外は実施例１（参考例）と同じである。
【００３７】
〔コア層〕
次に、新たにシリコン基板１１をターンテーブル３１上に配置し、原料ガス流量などを次の条件にして、コア層用ガラス微粒子層１３ａを形成した。
(1) 原料ガス供給速度； ＳｉＣｌ4１００cc／分、ＢＣｌ3６cc／分、ＰＣｌ3６cc／分、ＧｅＣｌ4１２cc／分
(2) 熱源による基板温度（未堆積時）； 下部クラッド層での条件と同じ
(3) バーナの移動速度； 下部クラッド層での移動速度条件の１０／３倍
(4) ターンテーブルの回転速度； 下部クラッド層での条件と同じ
【００３８】
透明ガラス化後、下部クラッド層と同じ様に屈折率を測定した。その結果、屈折率ばらつきは０．０００３であった。一方、ターンテーブル３１の回転速度を一定（１０回転／分）にした従来技術で作製した比較例のガラス光導波膜（コア層）の屈折率は、ターンテーブル３１の半径方向に対応した向きで、外周側に向かって０．００１８増加していた（つまり屈折率ばらつき０．００１８）。この比較例の作製条件は、回転速度が一定であること以外は実施例１（参考例）と同じである。
【００３９】
〔上部クラッド層〕
新たにシリコン基板１１をターンテーブル３１上に配置し、原料ガス流量などを次の条件にして、上部クラッド層用ガラス微粒子層１４ａの形成を行った。
(1) 原料ガス供給速度； ＳｉＣｌ4１００cc／分、ＢＣｌ3１０cc／分、ＰＣｌ3１０cc／分
(2) 熱源による基板温度（未堆積時）； 下部クラッド層での条件と同じ
(3) バーナの移動速度； 下部クラッド層での移動速度条件の２／３倍
(4) ターンテーブルの回転速度； 下部クラッド層での条件と同じ
【００４０】
透明ガラス化後、下部クラッド層１２ｂ、コア層１３ｂと同様に上部クラッド層１４ｂの屈折率を測定したが、屈折率ばらつきは測定誤差内の０．０００１であった。一方、ターンテーブルの回転速度が一定（１０回転／分）であることを除き、実施例１（参考例）と同一条件で作製した比較例のガラス光導波膜（上部クラッド層）の屈折率は、ターンテーブル３１の半径方向に対応して外周側に向かって０．０００３増加していた。
【００４１】
本発明により、従来技術による比較例に比べて屈折率ばらつきを低減することができたが、さらに、膜厚ばらつきも低減することができた。具体的には、作製された下部クラッド層１２ｂ、コア層１３ｂ、上部クラッド層１４ｂの各ガラス光導波膜の膜厚ばらつきは、それぞれの平均膜厚２０μｍ、６μｍ、３０μｍに対して、比較例で約８％であったが、本発明で３％以下となった。これは、比較例ではターンテーブル３１の回転速度が一定のためにバーナ２１の位置により堆積速度がｒに比例して異なり、これを補正するためにバーナ移動速度を１／ｒに比例させ、渦巻き状の軌跡間隔を１／ｒに比例させることで均一化を図ったが、本発明では軌跡を等間隔にできることから、さらに均一化を図ることができた。
なお、この実施例１（参考例）では、各ガラス光導波膜層をそれぞれ別個に作製したが、下部クラッド層用ガラス微粒子層１２ａを形成した後、透明ガラス化する前に、コア層用ガラス微粒子層１３ａを形成して、両ガラス微粒子層１２ａ・１３ａを同時に透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法でもよい。
【００４２】
《実施例２》
実施例２は、第２の実施形態、すなわち、バーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせて熱源を制御するか、相対速度にほぼ合わせた温度分布を熱源にて形成し、基板１１上にガラス微粒子層を形成した後、透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法に対応したものである。本実施例では、ターンテーブル３１下部を半径方向に５つの領域に分け、それぞれに熱源であるヒータを配置し、ガラス微粒子の原料ガスを供給しない未堆積時のターンテーブル３１の温度分布がターンテーブル３１半径方向の外周側に向かって高くなるようにした。
【００４３】
図７の実線は、バーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせたターンテーブル３１上の温度分布の計算値であり、白丸はこの計算値に合うようにヒータへの供給電力を調整した際の測定温度である。温度は各ヒータの中間点を測定した。基板１１上の温度は、ターンテーブル３１上の温度より５℃低くなっている。
実施例２における各ガラス光導波膜（下部クラッド層１２ｂ、コア層１３ｂ、上部クラッド層１４ｂ）の作製条件は、ターンテーブル３１の温度分布以外は、実施例１（参考例）で示した従来技術である比較例の作製条件と同じである（回転速度一定）。なお、実施例１（参考例）と同様、下部クラッド層１２ｂ、コア層１３ｂ、上部クラッド層１４ｂは、それぞれ別の基板１１上に作製した。
【００４４】
作製した下部クラッド層１２ｂ、コア層１３ｂ、上部クラッド層１４ｂに対応する各ガラス光導波膜の屈折率ばらつきは、それぞれ０．０００１、０．０００５、０．０００１であり、実施例１（参考例）に示した従来技術である比較例によるガラス光導波膜の屈折率ばらつき、０．０００２、０．００１８、０．０００３と比較して、ばらつきが低減している。なお、本実施例２での膜厚ばらつきは、比較例と同程度であった。
【００４５】
本実施例２でのヒータ調整は、光高温度計にて酸水素炎Ｆ下の基板１１の温度を測定することで行ったが、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度を正確に測定できない場合は、作製したガラス光導波膜の屈折率ばらつきと図５などに基づいて、熱源を調整（ヒータの供給電力）することができる。
【００４６】
本実施例２では、ターンテーブル３１の温度分布をあらかじめ形成したが、バーナ２１のターンテーブル３１上の位置に対応した温度になるようヒータを逐次制御したり、光高温度計などで温度をモニタしながらヒータを逐次制御することで、ガラス微粒子堆積時の基板１１の温度がほぼ一定になるようにすることができる。但し、ヒータを逐次制御する場合には、ヒータの制御時点から基板１１の温度が所定値になるまでの遅延を考慮して制御する必要があり、バーナ２１と基板１１の相対速度の変化は、ヒータの昇降温に基板１１の温度が追随する程度に緩やかであることが望まれる。
本実施例２では、ターンテーブル３１の半径方向を５つの領域に分割しヒータを配置したが、分割数を多くしたり、所定の温度分布に合わせた発熱になるようなヒータの構造にすることで、より所望の温度分布を形成できる。
【００４７】
《実施例３（参考例）》
実施例３（参考例）は、第３の実施の形態（参考例）に対応したものである。すなわち、バーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせて原料供給量（原料ガス供給速度）を制御し、基板１１上にガラス微粒子層を堆積した後、透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法によるものである。本実施例３（参考例）では、原料ガス供給速度とターンテーブル３１の回転速度を除く作製条件は、実施例１（参考例）と同じ条件としてコア層１３ｂに対応するガラス光導波膜を作製した（つまり、実施例１（参考例）における比較例の作製条件の原料ガス供給量のみを変えた）。なお、原料ガス供給速度はＳｉＣｌ4１００cc／分、ＢＣｌ3６cc／分、ＰＣｌ3６cc／分とし、ターンテーブルの回転速度は１０回転／分で一定である。ちなみに、ＧｅＣｌ4の供給速度は、図８に示すように、ターンテーブル３１半径方向の外周側に向かって供給量が多くなるように変化させており、バーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせて変化する。
【００４８】
ここで、図８のガス供給速度は、バーナ２１先端でのものであるが、原料ガス供給装置２２内のガス流量コントローラ（図示外）からバーナ２１先端までの遅延時間を考慮して、制御部４０によりガス流量コントローラを制御した。作製したコア層１３ｂのガラス光導波膜の屈折率ばらつきは０．０００３であり、実施例１（参考例）に示した比較例によるガラス光導波膜の屈折率ばらつきに比較して小さくなっている。
【００４９】
本実施例３（参考例）ではコア層１３ｂのみで行ったが、下部クラッド層１２ｂ及び上部クラッド層１４ｂも同様にＢＣｌ3及びＰＣｌ3のガス供給速度を制御すれば良い。また、本実施例３（参考例）では、ＧｅＣｌ4のみを制御したが、ガス供給速度の変化に対して屈折率の変化が小さいので屈折率の微調整に用い易いＢＣｌ3やＰＣｌ3と組み合わせることもできる。さらに、ＧｅＣｌ4のガス供給速度を制御して原料ガス中のＧｅＣｌ4の割合を変える代わりにＳｉＣｌ4のガス供給速度を制御することもできる。しかし、ガラス微粒子中の含有量が変動したドーパント（ここでは主にＧｅＯ2）以外の原料（例えば、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3、ＰＣｌ3）の供給量を変える場合は、軟化温度や堆積速度も変わることがあるので、できるだけ変動したドーパントの原料供給量（ここではＧｅＣｌ4）を中心に制御することが望ましい。
【００５０】
《実施例４（参考例）》
実施例４（参考例）は、第４の実施形態（参考例）のうち、回転速度制御と原料供給量制御をあわせて行なう態様に対応したものである。すなわち、バーナ２１と基板１１の相対速度をほぼ一定になるようにターンテーブル３１の回転速度を制御するとともに、バーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせて原料供給量を制御し、基板１１上にガラス微粒子層を形成した後、透明ガラス化するガラス光導波膜の作製方法によるものである。
【００５１】
本実施例４（参考例）では、実施例１（参考例）におけるコア層１３ｂのガラス光導波膜作製条件に、さらに、ＰＣｌ3のガス供給速度をバーナ２１と基板１１の相対速度にほぼ合わせてターンテーブル３１内周側で多くなるように制御した。作製したガラス光導波膜の屈折率ばらつきは、０．０００２であり、実施例１（参考例）で形成したコア層における屈折率ばらつき０．０００３に比較してもばらつきを低減することができた。
なお、原料供給量（原料ガス供給速度）を変える代わりに熱源を制御することもできる。ちなみに、ターンテーブル３１内周側の基板１１の温度を外周側に比較して約３０℃高くなるようにし、温度分布が基板１１とバーナ２１の相対速度に合うようにした場合、屈折率ばらつきは０．０００２であった。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、必ずしも前記発明の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を奏する範囲において適宜に変更実施することが可能である。
なお、本発明のガラス光導波膜の作製方法は、屈折率あるいは膜厚が基板上で均一になるようにすることができるほか、基板上の所望の位置で屈折率や膜厚を変える場合にも適用できる。
【００５３】
例えば、基板面内で屈折率を変える場合は、バーナと基板の相対速度を一定にした作製方法や、熱源による基板又はターンテーブルの温度をバーナと基板の相対速度にほぼ合わせた制御による作製方法によりガラス微粒子堆積時の基板温度をほぼ一定にし、所望の屈折率になるように原料供給量を制御すれば良い。
原料供給量をバーナと基板の相対速度にほぼ合わせた制御によるガラス光導波膜の作製方法を用いる場合は、原料供給量から推定されるガラス微粒子中のドーパント含有量と実際のガラス微粒子中のドーパント含有量との比率が、バーナと基板の相対速度にほぼ合わせて変化、すなわち、堆積時の基板温度にほぼ合わせて変化するので、バーナと基板の相対速度にほぼ合わせた比率により原料供給量を加減すれば良い。
【００５４】
例えば、基板面内で膜厚を変える場合は、本発明のガラス光導波膜の作製方法に、膜厚に合わせたターンテーブル上のバーナ軌跡の密度を変えるか、又は、同じ軌跡を複数回通過させるようにして通過回数を変えれば良い。屈折率及び膜厚の両方を変えるには、これらの方法を組み合わせれば良い。
【００５５】
前記した実施例では、バーナを外側から内側に移動させたのみであったが、内側から外側に移動させても同じ結果である。この場合、原料供給速度などが安定であることが重要であり、微妙な時間変化がある場合は変動に応じた屈折率の変化が生じるため、バーナ移動速度を早くし複数回往復移動させる方が良い。但し、往復移動により軌跡が交差する場所があるので膜厚ばらつきを小さくするためには、ターンテーブル上の基板配置の位置に配慮する必要がある。
【００５６】
前記した実施例では、バーナのターンテーブル上での軌跡を渦巻き状にするため、バーナの移動速度をターンテーブルの接線方向速度に比較して十分小さくしたが、これに限定されるものでない。バーナの移動速度を早くする場合でも、(1) バーナと基板の相対速度をほぼ一定になるようにターンテーブルの回転速度を制御する、(2) バーナと基板の相対速度にほぼ合わせて熱源を制御するか、この相対速度にほぼ合わせた温度分布を熱源にて形成する、(3) バーナと基板の相対速度にほぼ合わせて原料供給量を制御することで、屈折率ばらつきを実施例と同程度に小さくすることができる。当然、バーナの移動速度をターンテーブルの外周部近傍と内周部近傍で異なる速さにすることも、本発明の範疇に属するものである。
【００５７】
前記の「バーナと基板の相対速度」や「ターンテーブル上のバーナの軌跡」などでのバーナに対するターンテーブル上の位置は、ターンテーブル上のバーナと排気管の間に形成される酸水素炎の形成される位置とするのが望ましく、ターンテーブル上のバーナ先端位置としてもほぼ同じ効果が得られる。
【００５８】
前記の「バーナと基板の相対速度にほぼ合わせる」及び「バーナと基板の相対速度がほぼ一定」などで用いた”ほぼ”の表現は、バーナと基板の相対速度に正確に合わせた制御とならなくとも、また、バーナと基板の相対速度が正確に一定となる制御とならなくとも本発明の効果である屈折率ばらつきを従来技術に比較して小さくできるからである。例えば、実施例２において、図７に示すターンテーブルの温度分布は、６インチ基板（１５０mm）のターンテーブル範囲で温度幅１２０℃を相対速度に比例するように測定点では設定しているが、測定値と測定値の間は計算した温度分布のような直線ではなく小さい振幅の曲線、又は、波形となっている。また、この６インチ基板（１５０mm）のターンテーブル範囲で温度幅１２０℃を半分の６０℃にしたとしても、例えば、コア層の屈折率ばらつきは０．００１０であり、従来に比べて大きく低減している。
【００５９】
本発明の実施例では、基板に下部クラッド層、コア層、上部クラッド層のいずれかのガラス微粒子層一層を形成後、高温で透明ガラス化した場合について説明したが、複数層のガラス微粒子層を形成した後、透明ガラス化する場合も、本発明の範疇に属するものであり、屈折率のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ガラス光導波膜よりなる光導波路の作製方法を示す図である。
【図２】ガラス光導波膜作製のためのガラス微粒子堆積装置の構成を示す図である。
【図３】ガラス微粒子合成バーナを示す図である。
【図４】バーナの移動方向の例を示す図である。
【図５】ＧｅＯ2含有量の基板温度依存性を示す図である。
【図６】本発明の実施例１（参考例）におけるガラス光導波膜の作製条件を示す図である。（ａ）はバーナの移動速度を示し、（ｂ）ターンテーブルの回転速度を示す。
【図７】本発明の実施例２におけるガラス光導波膜の作製条件である未堆積時に生じるターンテーブル上の温度分布を示す図である。
【図８】本発明の実施例３（参考例）における作製条件であるＧｅＣｌ4のガス供給速度を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０      ガラス光導波路
１１      基板
１２ａ    下部クラッド層用ガラス微粒子層（ガラス微粒子層）
１２ｂ    下部クラッド層
１３ａ    コア層用ガラス微粒子層（ガラス微粒子層）
１３ｂ    コア層
１３ｃ    コア（リッジ加工後のコア）
１４ａ    上部クラッド層用ガラス微粒子層（ガラス微粒子層）
１４ｂ    上部クラッド層
２０      ガラス微粒子堆積バーナ部
２１      ガラス微粒子堆積バーナ（バーナ）
２２      原料ガス供給装置
２３      ガス配管群
２４      排気管
２５      排ガス処理装置
２６      排気ホース
３０      ターンテーブル部
３１      ターンテーブル
３２      駆動装置
３３      バーナ・排気管移動装置
４０      制御部
Ｅ        ガラス微粒子堆積装置
Ｏ        回転軸
【図１】
0004348347.tif 000002
【図２】
0004348347.tif 000003
【図３】
0004348347.tif 000004
【図４】
0004348347.tif 000005
【図５】
0004348347.tif 000006
【図６】
0004348347.tif 000007
【図７】
0004348347.tif 000008
【図８】
0004348347.tif 000009