JPH05249333A

JPH05249333A - 光導波膜の製造装置

Info

Publication number: JPH05249333A
Application number: JP4049486A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Kanamori; 弘雄金森; Akira Urano; 章浦野; Masahide Saito; 眞秀斎藤; Shinji Ishikawa; 真二石川; Haruhiko Aikawa; 晴彦相川; Tomokane Hirose; 智財広瀬
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】均質な光導波膜を製造しうるバーナを提供す
ること。【構成】基板１１は、ターンテーブル１０上に載置さ
れて回転する。酸水素炎とガラス微粒子を噴射するバー
ナ１１２の先端部は、その入射軸１１８が基板１１の法
線に対して一定角度だけ傾けられている。また、バーナ
１１２の開口端面１１２ａは、基板１１表面に対してほ
ぼ平行となっている。排気管１５は、バーナ１１２から
の余剰のガラス微粒子を効率よく排気する。このバーナ
では、開口端面１１２ａと基板１１表面との間の距離ｌ
を任意に小さくでき、火炎１３及びガラス微粒子流１４
を基板１１に十分接触させて堆積効率の劣化を防止でき
る。また、バーナ１１２の先端部周辺の気流の乱れによ
って開口端面１１２ａ近傍でのガラス微粒子流に影響が
生じない。このため、均質で再現性の良いガラス微粒子
を基板１１上に堆積することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、屈折率や膜厚みの制御
性に優れ、かつ、低損失な光導波膜を火炎堆積法を用い
て形成することが可能な光導波膜の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光分岐・結合素子や光分岐・合波
素子等の光部品として、小型化、量産化に優れた導波路
型のものが用いられつつある。この中でも石英系光導波
路は、低損失であることと、石英系光ファイバと屈折率
が等しく光ファイバとの間の低損失接続が可能であるこ
となどの利点が多い。この石英系光導波路の代表的な製
法として、特開昭５８−１０５１１１号公報に示されて
いる、いわゆる火炎堆積法（ＦＨＤ法）がある。

【０００３】図９は、このＦＨＤ法を説明するための図
である。ガラス合成用の反応容器内のターンテーブル１
０上には、石英ガラスやシリコンのような耐熱性基板１
１が載置される。ガラス微粒子合成用バーナ（以下、単
にバーナと記す）１２からは、ガラス微粒子が基板上１
１上に吹き付けられ、この基板１１上に多孔質ガラス層
が形成される。この際、バーナ１２には、Ｈ₂ガスなど
の燃料用ガス、Ｏ₂などの助燃ガス、不活性ガス等とと
もに、ガラス原料としてのＳｉＣｌ₄が供給される。さ
らに必要に応じて、屈折率調製剤としてのＧｅＣｌ₄、
ＴｉＣｌ₄等や、ガラス透明化温度を低下させて後の高
温加熱透明化に必要な温度を低下させる作用のあるＢや
Ｐの気相原料であるＢＣｌ₃、ＢＢｒ₃、ＰＣｌ₃、Ｐ
ＯＣｌ₃等がこのバーナ１２に供給される。

【０００４】バーナ１２先端の噴出口近傍においては、
燃料用ガスと助燃ガスと反応によって形成される火炎１
３中で、火炎加水分解反応によってガラス微粒子粒１４
が生成される。この時、基板１１上に均一に多孔質ガラ
ス層を形成するため、バーナ１２と基板１１は相対的に
移動させる。この目的のため、例えば、基板１１を載置
したターンテーブル１０を回転運動させると同時に、バ
ーナ１２をターンテーブル１０の半径方向に往復運動さ
せる方法が用いられる。また、基板１１上に堆積できな
かった余剰ガラス微粒子を速やかに排出するため、バー
ナ１２はその噴出口からのガラス微粒子流が基板１１の
法線方向に対して傾いた角度で出射するように配置さ
れ、かつ、ガラス微粒子流の下流には、排気管１５が設
けられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、排気風量を多くすることにより、余剰ガラス微粒子
が速やかに排出されるものの、バーナ１２の先端部の近
傍において気流のみだれが生じ易く、火炎の揺動が生じ
ガラス微粒子堆積の再現性が悪くなるという問題があっ
た。また、ガラス微粒子粒が基板に堆積せず、直接排気
管１５を通って排出される率が高くなり、原料の無駄が
発生したり、ガラス微粒子の堆積時間が長くなるといっ
た問題も生じる。

【０００６】一方、排気風量を少なくすると、余剰ガラ
ス微粒子が反応容器内に滞留し、その一部が不規則に基
板１１上に付着するため、透明化処理後に気泡や散乱点
の発生する頻度が高くなってしまうという問題点があっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、より均質な光導波膜を
効率よく製造するための装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る光導波膜の製造装置では、バーナで生
成されたガラス微粒子を基板上に堆積して多孔質状の薄
膜を形成する。ここで、上記のバーナは、その先端部が
基板の法線に対して所定の傾角をなしているとともに、
その先端部の開口端面が基板の表面に対して略平行にな
っている。

【０００９】

【作用】上記光導波膜の製造装置によれば、ガラス微粒
子生成用のバーナの先端部が基板の法線に対して所定の
傾角をなしているとともに、このバーナの先端部の開口
端面が基板の表面に対して略平行になっている。したが
って、バーナの先端部の開口端面と基板との間隔をほぼ
一様に短く保つことができ、排気風量の多少にかかわら
ず、バーナからのガラス微粒子流を安定に保つことがで
きるので、均質な多孔質状の薄膜を基板上に効率よく形
成することができる。

【００１０】

【実施例】実施例の説明の前に、本発明に係る光導波路
膜の製造装置に使用するガラス微粒子生成用のバーナの
基本的構造について簡単に説明する。

【００１１】図１は、光導波膜の製造装置の一部を示し
た側面図である。基板１１は、ターンテーブル１０上に
載置されて矢印の方向に水平面内で回転する。酸水素炎
とガラス微粒子を噴射するバーナ１１２の先端部は、そ
の入射軸１１８が基板１１の法線に対して一定角度だけ
傾けられている。この傾角を適当に設定することで、基
板１１に堆積されなかった余剰のガラス微粒子を効率よ
く排気管１５側に吸引させることができる。この場合、
バーナ１１２の噴出口である開口端面１１２ａは、上記
の基板１１の表面に対してほぼ平行となっている。つま
り、開口端面１１２ａは、入射軸１０８に対して垂直で
なくこれに対して傾斜した角度を有している。

【００１２】図１のバーナ１１２によれば、バーナ１１
２の開口端面１１２ａと基板１１の表面との間の距離ｌ
を任意に小さくすることができる。したがって、排気風
量を多くしても、それに応じて距離ｌを小さくすること
により、火炎１３及びガラス微粒子流１４を基板１１に
十分接触させることができるので、堆積効率の劣化を防
止できる。また、バーナ１１２の開口端面１１２ａと基
板１１の表面との間の距離ｌを平均的に短くすることが
できるので、バーナ１１２の先端部周辺の気流の乱れに
よって開口端面１１２ａの近傍でのガラス微粒子流に影
響が生じない。このため、均質で再現性の良いガラス微
粒子を基板１１上に堆積することができる。

【００１３】以上のようなバーナを用いる利点は、以上
の説明から明らかなように、バーナ開口端面と基板表面
との間の距離ｌを短くして、バーナ１１２からの火炎を
安定化できることに存するが、この際、距離ｌを２５ｍ
ｍ以下、望ましくは１０〜２０ｍｍ程度とする。この距
離ｌが小さすぎると、ハンドリングの際に基板とバーナ
が接触する、或いはバーナ先端が熱劣化するという問題
が生じる。

【００１４】図２〜図４は、図１のバーナ１１２を従来
のバーナ１２と比較するための図である。図面中におい
て、図１と共通する部分については同一符号を付し、説
明を書略する。

【００１５】図２は、従来のバーナ１２の先端部を示し
た図である。図示のように、バーナ１２の先端部は、そ
の入射軸１８が基板１１の法線に対して一定角度だけ傾
けられている点で本発明に係るバーナと同様であるが、
その開口端面１２ａが入射軸１８に対してほぼ垂直にな
っている点で異なる。

【００１６】図３及び図４は、従来のバーナ１２の問題
点を説明した図である。図３のように排気管１５の排気
風量を多くすると、余剰のガラス微粒子１４が速やかに
排出されるものの、バーナ１２から噴出された火炎１３
及びガラス微粒子流１４が基板１１に接触することが困
難となり、ガラス微粒子が直接排気管１５に吸い込まれ
る結果として堆積効率が著しく劣化する。また、図４の
ようにバーナ１２の先端部を基板１１に近付けた場合、
バーナ１２から噴出された火炎１３及びガラス微粒子流
１４が上方向に舞い上がり、十分な堆積効率が得られな
い。このような結果を生じるのは、Ａで示した空間がＢ
で示した空間より広く、バーナ１２から噴出したガスや
火炎が抵抗の少ない空間Ａの方向に流れ易いためである
と考えられる。

【００１７】以下、本発明の具体的実施例について説明
する。

【００１８】図５は、実施例に係る光導波膜の製造装置
に使用するガラス微粒子合成用のバーナの構造を示した
図である。実施例の装置の他の部分については、従来装
置と同様の構成を有するのでその説明を省略する。図５
（ａ）は、バーナ１１２の横断面図であり、図５（ｂ）
は、バーナ１１２の先端部の側方断面図である。

【００１９】図５（ａ）に示すように、バーナ１１２は
同心４重管構造を有する。その最内層１１２ａには、Ｓ
ｉＣｌ₄、ＧｅＣｌ₄、ＴｉＣｌ₄、ＢＢｒ₃、ＢＣｌ
₃、ＰＣｌ₃、ＰＯＣｌ₃などの原料ガスが、必要に応
じてＡｒ、Ｈｅ、Ｎ₂などのキャリア・不活性ガスとと
もに供給される。第２層１１２ｂには、燃料の一方であ
るＨ₂ガスが流され、第３層１１２ｃには、シール用ガ
スとしてＡｒ、Ｈｅ、Ｎ₂などの不活性ガスが流され、
第４層１１２ｄには、助熱ガスであるＯ₂ガスが流され
る。

【００２０】図５（ｂ）に示すように、バーナ１１２の
先端部では、その最内層１１２ａから第３層１１２ｃま
での外筒の先端位置が、第４層１１２ｄの外筒の先端位
置よりも奥に下がっている。すなわち、第４層１１２ｄ
の外筒の先端のみが突出した状態で、かつ、基板１１表
面に対してほぼ平行となっている。

【００２１】以下、図５のバーナ１１２を用いた光導波
膜の製造方法ついて説明する。図示のバーナ１１２で
は、バーナ１１２の第２及び第４層１１２ｂ、１１２ｄ
からの燃料ガスＨ₂、助熱ガスＯ₂によって火炎が形成
され、この火炎内で最内層１１２ａからの原料ガスが反
応して石英系のガラス微粒子が合成される。このガラス
微粒子は火炎その他のガスにのって基板１１上に供給さ
れ、多孔質状の薄膜を形成する。この場合、基板１１は
ターンテーブルの回転に伴って周回し、バーナ１１２も
その半径方向に往復移動しているので、基板上に均質な
多孔質薄膜を形成することができる。その後、この多孔
質状薄膜を堆積した基板を別の炉内で高温で加熱し多孔
質状の薄膜を透明化することによって光導波膜を得るこ
とができる。

【００２２】図５のバーナ１１２の場合、第４層１１２
ｄの外筒の先端のみが突出しているので、最内層１１２
ａから第４層１１２ｄに流入したガスは、第４層１１２
ｄの外筒の開口端面までの空間で拡散、混合、反応す
る。しかも、火炎及びガス原料流は、第４層１１２ｄの
外筒に覆われているので外乱を受けることがなく、基板
１１の表面近傍でも安定なものとなっている。

【００２３】例えば、最内層１１２ａから第４層１１２
ｄまでのすべての外筒の先端が基板から等距離の面内で
切り出されている場合、バーナ１１２の開口端面を基板
に近付けたときにバーナ１１２先端から噴出した各種ガ
スの反応時間が十分に取れないといった問題が生じるお
それがあるが、上記実施例のバーナ１１２ではこのよう
な問題が生じる可能性がない。

【００２４】図６は、図５のガラス微粒子合成用のバー
ナの変形例を示した図である。図示のように、最内層２
１２ａから第４層２１２ｄまでのすべての外筒の開口端
面が一致したバーナであっても、第４層２１２ｄの外筒
に円筒状スリーブ２１６を設け、かつ、その開口端面２
１６ａを基板１１と平行になるように加工する。なお、
参照番号２１８で示した部分は円筒状スリーブ２１６を
固定するための介在物である。このようなバーナ２１２
によっても図５のバーナと同様の効果を得ることができ
る。

【００２５】なお、ガラス微粒子合成用のバーナとして
は、図６のような変形例の他、各種の変形が可能なこと
は言うまでもない。

【００２６】以下、図５に示すようなバーナを備える製
造装置を用いて行った具体的製造方法について説明す
る。ガラス微粒子の多孔質膜を堆積するにあたって、半
径６００ｍｍのターンテーブル１０上に直径３インチ
（約７５ｍｍ）のシリコンウェハを５枚並べた。

【００２７】ガラス微粒子合成用のバーナは、最外径が
２２ｍｍの４重管バーナとした。また、バーナの水平方
向からの傾射角度θを６０゜とし、バーナと基板との距
離ｌを１５ｍｍとし、バーナの開口端面からバーナの最
内層、第２層及び第３層の先端位置までの距離ｍを２０
ｍｍとした。これらのパラメータ（ｌ，ｍ，θ）につい
ては図７に参照した。

【００２８】このバーナの最内層には原料として１００
ｃｃ／ｍｉｎのＳｉＣｌ₄、３０ｃｃ／ｍｉｎのＢＣｌ
₃及び１０ｃｃ／ｍｉｎのＰＣｌ₃と、キャリアガスと
してＡｒとを合計で２００ｃｃ／ｍｉｎ供給した。ま
た、第２層には４ｌ／ｍｉｎのＨ₂を供給し、第３層に
は３ｌ／ｍｉｎのＡｒを供給し、第４層には６ｌ／ｍｉ
ｎのＯ₂を供給した。

【００２９】バーナは、ターンテーブルの中心からその
半径方向に１００ｍｍ〜２８０ｍｍの範囲で、毎分２５
０ｍｍの速度で往復運動させた。さらに、ターンテーブ
ルは１５ｒｐｍの速度で回転させた。このように、バー
ナをターンテーブル上で均一に走査しつつ、バーナから
のガラス微粒子を基板上に１０分間堆積してこの基板上
に多孔質ガラス層を形成した。なお、この際の排気管と
しては、内径８０ｍｍの円筒形状のものを用い、その排
気風量を排気管入口部で約６ｍ／ｍｉｎとした。多孔質
ガラス層の形成中、余剰のガラス微粒子はすみやかにこ
の排気管を通って排気され、かつ、火炎の揺れも全く存
在しなかった。

【００３０】多孔質ガラス層を堆積した基板を５０％の
Ｏ₂と５０％のＨｅの雰囲気中で１３００℃まで加熱し
た結果、５枚の基板上のすべての多孔質ガラス層が完全
に透明化した。各ウェハ上の透明ガラス膜の厚さは、４
０．５μｍ〜４２．０μｍの範囲内で安定していた。

【００３１】以下、図８に示す従来型のバーナを用いた
比較例について簡単に説明する。この場合、バーナの形
状及び配置等を除いて、実施例の製造装置と比較例の製
造装置とは同様のものであった。また特記したものを除
き、実施例の製造条件と比較例の製造条件とを一致させ
て多孔質ガラス層を形成し、これを同一条件で透明化し
てガラス膜を得た。バーナ１２の傾射角度θ、距離ｌ及
び距離ｍについては図８中に参照した。

【００３２】第１の比較例の場合、ｌ＝１５ｍｍ、ｍ＝
２０ｍｍ、θ＝６０゜とした。その結果、多孔質ガラス
層の形成中にバーナからの火炎が不規則に舞い上がる現
象が観察された。また、合成されたガラス膜の厚みは、
３３μｍ〜４０μｍの範囲でバラついた。

【００３３】第２の比較例の場合、ｌ＝３０ｍｍ、ｍ＝
２０ｍｍ、θ＝６０゜とした。その結果、多孔質ガラス
層の形成中に火炎及びガラス微粒子流が基板１１にほと
んど接触することなく排気管に吸い込まれる状態とな
り、合成されたガラス膜の厚みは、５μｍ以下であっ
た。

【００３４】第３の比較例の場合、ｌ＝３０ｍｍ、ｍ＝
２０ｍｍ、θ＝６０゜とし、排気風量を約３ｍ／ｍｉｎ
にまで下げた。その結果、余剰のススの一部は排気され
ることなく反応容器内に滞留し、透明ガラス化後も無数
の輝点がガラス膜内に観察された。膜厚も、２８μｍ〜
３５μｍの範囲でバラついた。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波膜
の製造装置によれば、ガラス微粒子生成用のバーナの先
端部が基板の法線に対して所定の傾角をなしているとと
もに、このバーナの先端部の開口端面が基板の表面に対
して略平行になっている。したがって、バーナの開口端
面と基板との間隔をほぼ一様に短く保つことができ、排
気風量の多少にかかわらず、バーナからの火炎やガラス
微粒子流の乱れ、揺動等を十分に抑えることができるの
で、均質で再現性の良い多孔質状の薄膜を基板上に効率
よく形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波膜の製造装置の要部を示す図。

【図２】従来の製造装置に用いるバーナを示す図。

【図３】従来のバーナを用いた製造方法の一例を示す
図。

【図４】従来のバーナを用いた製造方法の一例を示す
図。

【図５】実施例の導波膜の製造装置の要部を示す図。

【図６】実施例のバーナの変形例を示す図。

【図７】具体的実施例のバーナのパラメータを示す図。

【図８】比較例のバーナのパラメータを示す図。

【図９】従来の製造装置を示す図。

【符号の説明】

１１…基板、１１２…バーナ、１１２ａ…開口端面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川真二神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者相川晴彦神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者広瀬智財神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナで生成されたガラス微粒子を基板
上に堆積して多孔質状の薄膜を形成する光導波膜の製造
装置において、前記バーナは、その先端部が前記基板の法線に対して所
定の傾角をなしているとともに、その先端部の開口端面
が前記基板の表面に対して略平行になっていることを特
徴とする光導波膜の製造装置。
【請求項２】前記バーナの先端面と前記基板との間の
距離を２５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１記
載の光導波膜の製造装置。