JPH062105A - Optical waveguide film and production of optical waveguide - Google Patents

Optical waveguide film and production of optical waveguide

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JPH062105A
JPH062105A JP16300692A JP16300692A JPH062105A JP H062105 A JPH062105 A JP H062105A JP 16300692 A JP16300692 A JP 16300692A JP 16300692 A JP16300692 A JP 16300692A JP H062105 A JPH062105 A JP H062105A
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JP
Japan
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optical waveguide
substrate
refractive index
film
tablet
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JP16300692A
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Japanese (ja)
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication of JPH062105A publication Critical patent/JPH062105A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、高屈折率の光導波路用コア
膜を、低屈折率層を有する基板上に反りを小さく成膜で
き、かつその膜厚及び屈折率の制御が容易で、不純物含
有の虞のない透過率の良い膜を成膜する新規な光導波膜
及び光導波路の製造方法を提供するものである。 【構成】 本発明は真空チャンバー内上方部に基板を配
置してこれを加熱すると共に、該基板の下方部にSi3
4 のタブレットを収容した蒸発源を配置した後、上記
真空チャンバー内にO2 ガスを導入しつつ、上記タブレ
ットに電子ビームを照射してこれを蒸発させて上記基板
上にSix y z の光導波膜を形成することを特徴と
している。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to form a core film for an optical waveguide having a high refractive index on a substrate having a low refractive index layer with a small warp, and to obtain the film thickness and the refractive index. The present invention provides a novel optical waveguide film and a method for manufacturing an optical waveguide, which is easy to control, and has a film with good transmittance that does not contain impurities. According to the present invention, a substrate is placed in an upper portion of a vacuum chamber and heated, and Si 3 is placed in a lower portion of the substrate.
After arranging an evaporation source accommodating a N 4 tablet, while introducing O 2 gas into the vacuum chamber, the tablet is irradiated with an electron beam to evaporate the electron beam so that Si x O y N 4 is deposited on the substrate. The feature is that an optical waveguide film of z is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高屈折率の光導波路用コ
ア膜を電子ビーム蒸着法により製造する方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an optical waveguide core film having a high refractive index by an electron beam evaporation method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ガラス導波路の製造方法としては
図6に示すようにな方法が知られている。この方法は基
板上に火炎堆積法などによりバッファ層及びコア層を順
次堆積し、これらの層を焼結後、上記ガラス層をパター
ン化し、最後にコア層の屈折率よりも低いクラッド層を
上記パターン化したガラス層全面に形成するものであ
る。このコア層の材質にはP2 5 、GeO2 、TiO
2 の屈折率制御用添加物の中から1種選ばれた添加物を
含むSiO2 が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method as shown in FIG. 6 has been known as a method for manufacturing a glass waveguide. In this method, a buffer layer and a core layer are sequentially deposited on a substrate by a flame deposition method, etc., and after sintering these layers, the above glass layer is patterned, and finally a cladding layer having a refractive index lower than that of the core layer is formed above. It is formed on the entire surface of the patterned glass layer. The material of this core layer is P 2 O 5 , GeO 2 , TiO 2 .
SiO 2 is used comprising one selected additive from among 2 of the refractive index control additives.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者は
上述した従来の製造方法を検討した結果、以下のような
欠点があることを見出だした ガラス多孔質膜を形成した後、1300℃以上の高温
で焼結することにより透明ガラス化する方法であるた
め、屈折率制御用添加物の添加量によって焼結時のガラ
ス多孔質膜の収縮率が異なり、透明ガラス化した膜の厚
みが変化し、オンラインでガラス膜を制御することがで
きない。
DISCLOSURE OF THE INVENTION By the way, as a result of examining the above-mentioned conventional manufacturing method, the present inventor found that the following drawbacks were formed, and after forming a glass porous film, the temperature was 1300 ° C. or higher. Since it is a method of transparent vitrification by sintering at high temperature, the shrinkage rate of the glass porous film at the time of sintering varies depending on the addition amount of the refractive index control additive, and the thickness of the transparent vitrified film changes. However, it is not possible to control the glass film online.

【0004】コアとクラッドとの屈折率差の大きいガ
ラス導波路を製造するために、屈折率制御用添加物を含
んだ屈折率の高いコアガラス膜をバッファ層の上に形成
すると、基板全体が熱膨張係数の違いによって反りを生
じ、その反り量が10μmをはるかに越える大きな値に
なるので、高寸法精度の光回路をパターニングすること
が難しい。この点で屈折率差を大きくするには限界があ
った。
In order to manufacture a glass waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, a core glass film having a high refractive index containing a refractive index control additive is formed on the buffer layer, and the entire substrate is Warpage occurs due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and the amount of warpage becomes a large value far exceeding 10 μm, so it is difficult to pattern an optical circuit with high dimensional accuracy. In this respect, there is a limit to increase the difference in refractive index.

【0005】また、コアとクラッドとの屈折率差に限
界があることがわかった。すなわち、屈折率の高いコア
用多孔質膜を堆積させても焼結プロセスで屈折率制御用
添加物が揮散してしまい、屈折率の高いコア層を実現す
ることは難しく、最大でも1.47を越えることはなか
った。そのため、比屈折率差は僅か1%程度が限界であ
った。
It has also been found that there is a limit to the difference in refractive index between the core and the clad. That is, even if a porous film for core having a high refractive index is deposited, the additive for controlling the refractive index is volatilized in the sintering process, and it is difficult to realize a core layer having a high refractive index, and the maximum refractive index is 1.47. Never exceeded. Therefore, the relative refractive index difference is limited to about 1%.

【0006】屈折率制御用添加物を多く含んだコア層
をドライエッチングプロセスによりパターニングする
と、コア層を構成するSiO2 と上記添加物とのエッチ
ング速度の違いによってエッチング側面が凹凸状に荒
れ、それが原因で散乱損失を増大させる。
When the core layer containing a large amount of the refractive index controlling additive is patterned by a dry etching process, the etching side surface becomes rough due to the difference in etching rate between the SiO 2 forming the core layer and the additive, and Increases the scattering loss.

【0007】焼結プロセスが2回もあり、そのため製
造時間がかかり、電気代、ガス代、水道代などのユーテ
ィリティコストもかかるため、低コスト化が難しい。
[0007] Since the sintering process is performed twice, it takes a long time for manufacturing, and there is also a cost for utilities such as electricity, gas and water, so that it is difficult to reduce the cost.

【0008】焼結時に屈折率制御用添加物がガラス膜
中で拡散し、ガラス膜厚方向に屈折率分布をもち、ガラ
ス膜厚方向に一様な屈折率を得ることが困難である。
At the time of sintering, the refractive index control additive diffuses in the glass film, has a refractive index distribution in the glass film thickness direction, and it is difficult to obtain a uniform refractive index in the glass film thickness direction.

【0009】そこで、本発明は上述した問題点を有効に
解決するために案出されたものであり、その主な目的は
高屈折率の光導波路用コア膜を、低屈折率層を有する基
板上に反りを小さく成膜でき、かつその膜厚及び屈折率
の制御が容易で、不純物含有の虞のない透過率の良い膜
を成膜する新規な光導波膜及び光導波路の製造方法を提
供するものである。
Therefore, the present invention has been devised in order to effectively solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to provide a substrate having a core film for an optical waveguide having a high refractive index and a low refractive index layer. Provided is a novel optical waveguide film and a method for manufacturing an optical waveguide, which can form a film with a small warp on the upper surface, can easily control the film thickness and the refractive index, and can form a film with good transmittance without fear of containing impurities. To do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第一の発明は真空チャンバー内上方部に基板を配置し
てこれを加熱すると共に、該基板の下方部にSi3 4
のタブレットを収容した蒸発源を配置した後、上記真空
チャンバー内にO2 ガスを導入しつつ、上記タブレット
に電子ビームを照射してこれを蒸発させて上記基板上に
Six y z の光導波膜を形成するものであり、ま
た、第二の発明は上記基板の下方部にSi3 4 のタブ
レットを収容した蒸発源と、屈折率制御用酸化物のタブ
レットを収容した蒸発源を配置した後、上記真空チャン
バー内にO2 ガスを導入しつつ、これらタブレットに電
子ビームを照射してこれらをそれぞれ蒸発させて上記基
板上に屈折率制御用酸化物を少なくとも1種含有したS
x y z の光導波膜を形成するものである。また、
第三の発明は上記真空チャンバー内に配置した蒸発源内
に、SiO2 とSi3 4 の粉末を所望重量比で混合し
てホットプレスによってタブレット状に固化したものを
収容して、上記真空チャンバー内にO2 ガスを導入しつ
つ、上記タブレットに電子ビームを照射してこれを蒸発
させて上記基板上にSix y z の光導波膜を形成す
るものであり、さらに、第四の発明は上記製造方法によ
って形成される光導波膜の屈折率よりも低い値の屈折率
を有する基板、あるいは上記方法によって得られる光導
波膜の屈折率よりも低い値の屈折率を有する低屈折率層
を、その表面に予め形成した基板を用いるものである。
また、第五の発明は上記いずれかの製造方法によって得
られた光導波膜をフォトリゾグラフィ及びドライエッチ
ングにより略矩形状パターンに加工した後、該略矩形状
パターン表面上に、これより低い屈折率のクラッド膜を
被覆するものである。
According to a first aspect of the present invention, a substrate is placed in an upper portion of a vacuum chamber to heat the same, and Si 3 N 4 is placed in a lower portion of the substrate.
After arranging the evaporation source accommodating the tablet of the above, while introducing O 2 gas into the vacuum chamber, the tablet is irradiated with an electron beam to evaporate the electron beam and the Si x O y N z on the substrate. The second invention forms an optical waveguide film, and the second invention provides an evaporation source containing a Si 3 N 4 tablet and an evaporation source containing a tablet of a refractive index controlling oxide in a lower portion of the substrate. After arranging, while introducing O 2 gas into the vacuum chamber, the tablets were irradiated with an electron beam to evaporate each of them and S containing at least one refractive index controlling oxide on the substrate.
The optical waveguide film of i x O y N z is formed. Also,
In a third aspect of the present invention, the evaporation source disposed in the vacuum chamber contains a mixture of SiO 2 and Si 3 N 4 powder in a desired weight ratio and solidifies into a tablet by hot pressing. While introducing O 2 gas into the inside, the tablet is irradiated with an electron beam to evaporate the electron beam to form an optical waveguide film of Si x O y N z on the substrate. The invention provides a substrate having a refractive index lower than that of the optical waveguide film formed by the above manufacturing method, or a low refractive index having a lower refractive index than that of the optical waveguide film obtained by the above method. It uses a substrate on which a layer is preformed.
The fifth invention is that the optical waveguide film obtained by any one of the above-mentioned manufacturing methods is processed into a substantially rectangular pattern by photolithography and dry etching, and then a refractive index lower than that is formed on the surface of the substantially rectangular pattern. To cover the cladding film with a high index.

【0011】[0011]

【作用】本発明は上述したような製造方法であるため、
第一の発明によれば屈折率(波長0.63μmでの値)
が1.465から2.0に近い値の高屈折率膜を形成す
ることができ、しかもこの膜はSiO2 基板上に形成し
ても大きな反りが生じない。また、本発明は上述したよ
うな電子ビーム蒸着法で膜を形成するので、膜厚をモニ
タしながら形成することができ、その膜厚を制御性よく
形成することができる。さらに、膜形成中の真空度、す
なわちO2 分圧量を調節することにより、屈折率の制御
を容易に行うことができる。また、真空中で膜形成を行
うので、不純物の混入の少ない透過率の良い膜を形成す
ることができる。
Since the present invention is the manufacturing method as described above,
According to the first invention, the refractive index (value at wavelength 0.63 μm)
It is possible to form a high-refractive-index film having a value of 1.465 to a value close to 2.0, and even if this film is formed on a SiO 2 substrate, no large warpage occurs. Further, in the present invention, since the film is formed by the electron beam evaporation method as described above, the film can be formed while monitoring the film thickness, and the film thickness can be formed with good controllability. Furthermore, the refractive index can be easily controlled by adjusting the degree of vacuum during film formation, that is, the amount of O 2 partial pressure. Further, since the film is formed in vacuum, it is possible to form a film with a small transmittance of impurities and a high transmittance.

【0012】また、第二の発明によれば第一の発明の膜
の屈折率よりもさらに高い値の屈折率の膜を形成するこ
とができ、しかも、屈折率制御用酸化物の添加は屈折率
の調節以外に、膜と基板との間の熱膨張係数の整合用と
しても作用する。
Further, according to the second invention, a film having a refractive index higher than that of the film of the first invention can be formed, and the addition of the refractive index controlling oxide causes refraction. Besides adjusting the rate, it also serves to match the coefficient of thermal expansion between the film and the substrate.

【0013】次に、第三の発明によれば、Six y
z のx、y、zを所望値に設定した光導波膜を容易に得
ることができ、しかも、SiO2 とSi3 4 の融点は
1500℃と1900℃であり、比較的近い値をもって
いるので、電子ビームで蒸発させる上で好都合である。
Next, according to the third invention, Si x O y N
z of x, y, z can be easily obtained optical waveguide film was set to a desired value, moreover, the melting point of SiO 2 and Si 3 N 4 is 1500 ° C. and 1900 ° C., has a value relatively close Therefore, it is convenient for evaporating with an electron beam.

【0014】また、第四の発明によれば、基板としてガ
ラス(石英系、多成分系)、半導体(Si、GaAs、
InPなど)、強誘電体(LiNbO3 、LiTaO3
など)、磁性体、サファイヤなどの種々のものを用いる
ことができるので、種々の機能をもった光デバイス(増
幅、発振、変調、合波、分波、分配など)を製造するこ
とができ、しかも、低コスト化にも役立つ。
According to the fourth invention, the substrate is made of glass (quartz system, multi-component system), semiconductor (Si, GaAs,
InP, etc., ferroelectrics (LiNbO 3 , LiTaO 3)
Etc.), magnetic materials, sapphire, etc. can be used, so that optical devices (amplification, oscillation, modulation, multiplexing, demultiplexing, distribution, etc.) having various functions can be manufactured. Moreover, it also helps reduce costs.

【0015】最後に、第五の発明によれば上記方法によ
って得られた光導波膜を用いるため、低損失、超小型、
低コスト、高寸法精度の光導波路型回路を容易に製造す
ることができる。
Finally, according to the fifth aspect of the invention, since the optical waveguide film obtained by the above method is used, low loss, ultra small size,
An optical waveguide type circuit with low cost and high dimensional accuracy can be easily manufactured.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1は本発明の光導波膜の製造方法に用い
る電子ビーム蒸着装置1の一実施例を示したものであ
る。図示するように、真空排気系10によって高真空に
排気されている真空チャンバー2内上方部には傘状の基
板ホルダー6が配置され、この基板ホルダー6の下面に
はSiO2 からなる複数の基板7が保持されており、こ
れら基板7は基板ホルダー6の上方に位置するヒータ8
によって所望温度に加熱されるようになっている。ま
た、この基板7の下方部には器状の蒸発源3が配置さ
れ、この蒸発源3内にはSi3 4 の粉末を固化したタ
ブレット4が収容されている。また、この蒸発源3の近
傍には電子ガン5が設けられており、蒸発源3に収容さ
れているこのタブレット4に電子ビームを照射し、これ
を蒸発させるようになっている。また、真空チャンバー
2底部には酸素ガス導入系9が接続されており、真空チ
ャンバー2内に酸素ガスを導入することができるように
なっている。
FIG. 1 shows an embodiment of an electron beam vapor deposition apparatus 1 used in the method for producing an optical waveguide film of the present invention. As shown in the figure, an umbrella-shaped substrate holder 6 is arranged in an upper part of the vacuum chamber 2 which is evacuated to a high vacuum by a vacuum exhaust system 10, and a plurality of substrates made of SiO 2 are provided on the lower surface of the substrate holder 6. 7 are held, and these substrates 7 are heaters 8 located above the substrate holder 6.
It is designed to be heated to a desired temperature. Further, a vessel-shaped evaporation source 3 is arranged below the substrate 7, and a tablet 4 obtained by solidifying Si 3 N 4 powder is accommodated in the evaporation source 3. An electron gun 5 is provided near the evaporation source 3 so that the tablet 4 housed in the evaporation source 3 is irradiated with an electron beam to evaporate the electron beam. An oxygen gas introduction system 9 is connected to the bottom of the vacuum chamber 2 so that oxygen gas can be introduced into the vacuum chamber 2.

【0018】次に、本発明の製造方法を説明する。Next, the manufacturing method of the present invention will be described.

【0019】図1に示すように、先ず、ヒータ8によっ
て基板ホルダー6に保持されている複数の基板7を10
0〜400℃の範囲に加熱すると共に、真空排気系10
によって真空チャンバー2内を高真空に排気する。次
に、電子ガン5から蒸発源3に収容されているタブレッ
ト4に電子ビームを照射すると、図示するように、タブ
レット4を構成するSi3 4 の微粒子が蒸発すること
により、基板7上に被着される。ここで、チャンバー3
内に酸素ガス導入系9から酸素ガスを導入することによ
り、蒸発したSix y z の膜にして基板7上に成膜
する。このSix y z のx、y、zの値は基板温
度、酸素ガス、流量、真空度、電子ガンのガン電流によ
って調節することができる。また、図1の方法におい
て、Six y z のx、y、zの値により、正確に制
御して基板上に成膜する方法としては、上記方法以外に
タブレット7にSiO2 とSi3 4 の粉末を所望重量
比で混合し、ホットプレスにより、固めたものを用いる
方法が好ましい。その理由としてはSiO2 とSi3
4 の融点が近接しているため、ほぼ同じような状態で蒸
発していくためである。ちなみに、Six y z の膜
の屈折率(屈折率0.63μmでの値)はx、y、zの
値により、1.465から2.0近くまで変えることが
できる。
As shown in FIG. 1, first, the plurality of substrates 7 held on the substrate holder 6 by the heater 8
While heating in the range of 0 to 400 ° C, the vacuum exhaust system 10
The inside of the vacuum chamber 2 is evacuated to a high vacuum by. Next, when the tablet 4 housed in the evaporation source 3 is irradiated with an electron beam from the electron gun 5, as shown in the figure, fine particles of Si 3 N 4 constituting the tablet 4 are evaporated, so that the substrate 7 is deposited on the substrate 7. Be applied. Where chamber 3
By introducing oxygen gas from the oxygen gas introduction system 9 into the inside, a vaporized Si x O y N z film is formed and formed on the substrate 7. The values of x, y, and z of Si x O y N z can be adjusted by the substrate temperature, oxygen gas, flow rate, vacuum degree, and gun current of the electron gun. In addition, in the method of FIG. 1, as a method of accurately controlling the film on the substrate by controlling the values of x, y and z of Si x O y N z , in addition to the above method, SiO 2 and Si on the tablet 7 are used. A method in which 3 N 4 powder is mixed in a desired weight ratio and hardened by hot pressing is preferably used. The reason is SiO 2 and Si 3 N
This is because the melting points of 4 are close to each other and vaporize in a similar state. By the way, the refractive index of the Si x O y N z film (value at a refractive index of 0.63 μm) can be changed from 1.465 to nearly 2.0 depending on the values of x, y, and z.

【0020】このように、本発明によれば屈折率(波長
0.63μmでの値)が1.465から2.0に近い値
の高屈折率膜を形成することができ、しかもこの膜はS
iO2 基板上に形成しても大きな反りが生じない。さら
に、膜形成中の真空度、すなわちO2 分圧量を調節する
ことにより、屈折率の制御を容易に行うことができる。
また、真空中で膜形成を行うので、不純物の混入の少な
い透過率の良い膜を形成することができる。尚、この酸
素の代わりにオゾンを導入するようにすれば、Six
y z のx、y、zの値の制御もより容易となり、また
成膜中の基板7への応力の発生を抑制することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to form a high refractive index film having a refractive index (value at a wavelength of 0.63 μm) of 1.465 to a value close to 2.0. S
Even if it is formed on the iO 2 substrate, a large warp does not occur. Furthermore, the refractive index can be easily controlled by adjusting the degree of vacuum during film formation, that is, the amount of O 2 partial pressure.
Further, since the film is formed in vacuum, it is possible to form a film with a small transmittance of impurities and a high transmittance. If ozone is introduced instead of oxygen, Si x O
x of y N z, y, control of the value of z becomes easier, also it is possible to suppress the occurrence of stress in the substrate 7 during deposition.

【0021】次に、図2は本発明の第二の実施例を示し
たものであり、本実施例は真空チャンバー3内下部に、
仕切板16を介して二つの蒸発源3,3aを設け、この
蒸発源3,3aにそれぞれ異なった成分のタブレット
4,4aを収容し、これらタブレット4,4aにそれぞ
れ電子ガン5,5aから電子ビームを照射することによ
り、これらタブレット4,4aを別個に蒸発させる方法
である。そして、一方のタブレット4には上記実施例と
同様にSi3 4 を用い、他方のタブレット4aにはS
iO2 あるいはSiO2 にGeO2 、TiO2 、Ta2
5 、Nb2 3 などの屈折率制御用酸化物を少なくと
も1種含んだものを用いる。この屈折率制御用酸化物の
添加は屈折率の調節以外に、膜と基板との間の熱膨張係
数の整合剤としても作用する。すなわち、タブレット4
aへの電子ガン5aのガン電流を調節することによって
上記屈折率制御用酸化物の添加量を任意に制御すること
ができるものである。なお、図2において、仕切板16
は一方の蒸発源からの蒸発物が他方の蒸発源内に混入し
ないようにするためのものである。
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the lower part of the vacuum chamber 3 is
Two evaporation sources 3 and 3a are provided through a partition plate 16, and tablets 4 and 4a having different components are housed in the evaporation sources 3 and 3a. These tablets 4 and 4a are supplied with electrons from electron guns 5 and 5a, respectively. By irradiating a beam, these tablets 4 and 4a are vaporized separately. Then, Si 3 N 4 is used for one tablet 4 as in the above embodiment, and S is used for the other tablet 4a.
GeO 2 to iO 2 or SiO 2, TiO 2, Ta 2
An oxide containing at least one refractive index controlling oxide such as O 5 or Nb 2 O 3 is used. The addition of the oxide for controlling the refractive index acts as a matching agent for the coefficient of thermal expansion between the film and the substrate, in addition to adjusting the refractive index. That is, tablet 4
By adjusting the gun current of the electron gun 5a to a, the addition amount of the oxide for controlling the refractive index can be arbitrarily controlled. In FIG. 2, the partition plate 16
Is for preventing evaporants from one evaporation source from mixing into the other evaporation source.

【0022】このように本実施例によれば、上記第一の
実施例の膜の屈折率よりもさらに高い値の屈折率の膜を
形成することができ、しかも、屈折率制御用酸化物の添
加は屈折率の調節以外に、膜と基板との間の熱膨張係数
の整合用としても作用する。次に、図3は第三の実施例
を示したものである。本実施例は上記第二実施例で示し
た真空チャンバー2内下部にさらにもう一つの蒸発源3
bを設け、さらに、真空チャンバー2上下に膜厚モニタ
用光源11とフォトデテクタ12及び膜厚モニタ用ガラ
ス13を設けたものである。そして、一つの目の蒸発源
3内にはSi3 4 のタブレット4を入れ、二つ目の蒸
発源3a内にはSiO2 あるいはSiO2 にGeO2
TiO2 、Ta2 5 、Nb2 3 などの屈折率制御用
酸化物からなるタブレット4aを入れ、残りの一つの蒸
発源4b内には上記屈折率制御用酸化物からなるタブレ
ット4bを入れ、それぞれの蒸発源4,4a,4bの近
傍に設けられた電子ガン5,5a,5bから上記それぞ
れのタブレット3,3a,3bに電子ビームを照射する
ことによって少なくとも屈折率制御用添加物が1種含ま
れた光導波膜を基板7上に形成することができる。ま
た、上記添加物の調節はそれぞれの電子ガン5,5a,
5bの電流値を任意に変化させることによって制御する
ことができる。また、この装置には基板7上に膜を形成
中に膜厚をモニタする機構が取り付けられているため、
膜成形時において、膜厚モニタ用光源11から光を下方
部から上方部の膜厚モニタ用ガラス13を通してフォト
デテクタ12で検出することにより、膜厚をオンライン
で制御することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to form a film having a refractive index higher than that of the film of the first embodiment, and moreover, to form the refractive index controlling oxide. In addition to adjusting the refractive index, the addition also serves to match the coefficient of thermal expansion between the film and the substrate. Next, FIG. 3 shows a third embodiment. In this embodiment, another evaporation source 3 is provided in the lower part of the vacuum chamber 2 shown in the second embodiment.
b, and further, a film thickness monitor light source 11, a photodetector 12, and a film thickness monitor glass 13 are provided above and below the vacuum chamber 2. Then, the Si 3 N 4 tablet 4 is placed in the first evaporation source 3, and SiO 2 or SiO 2 is GeO 2 in the second evaporation source 3 a.
A tablet 4a made of a refractive index controlling oxide such as TiO 2 , Ta 2 O 5 or Nb 2 O 3 is put, and a tablet 4b made of the above refractive index controlling oxide is put in the remaining one evaporation source 4b. By irradiating the respective tablets 3, 3a, 3b with electron beams from the electron guns 5, 5a, 5b provided in the vicinity of the respective evaporation sources 4, 4a, 4b, at least the refractive index controlling additive is The seeded optical waveguide film may be formed on the substrate 7. In addition, adjustment of the above-mentioned additives is performed by each electron gun 5, 5a,
It can be controlled by arbitrarily changing the current value of 5b. Further, since a mechanism for monitoring the film thickness during the film formation on the substrate 7 is attached to this apparatus,
During film formation, the film thickness can be controlled online by detecting light from the film thickness monitor light source 11 through the film thickness monitor glass 13 from the lower part to the upper part by the photodetector 12.

【0023】このように、本実施例によれば、Six
y z のx、y、zを所望値に設定した光導波膜を容易
に得ることができ、しかも、SiO2 とSi3 4 の融
点は1500℃と1900℃であり、比較的近い値をも
っているので、電子ビームで蒸発させる上で好都合であ
る。また、本実施例も上述したような電子ビーム蒸着法
で膜を形成するので、膜厚をモニタしながら形成するこ
とができ、その膜厚を制御性よく形成することができ
る。また、基板としてガラス(石英系、多成分系)、半
導体(Si、GaAs、InPなど)、強誘電体(Li
NbO3 、LiTaO3 など)、磁性体、サファイヤな
どの種々のものを用いることができるので、種々の機能
をもった光デバイス(増幅、発振、変調、合波、分波、
分配など)を製造することができ、しかも、低コスト化
にも役立つ。
As described above, according to this embodiment, Si x O
y N z of x, y, z can be easily obtained optical waveguide film was set to a desired value, moreover, the melting point of SiO 2 and Si 3 N 4 is 1500 ° C. and 1900 ° C., relatively close values Therefore, it is convenient for evaporating with an electron beam. In addition, since the film is formed by the electron beam evaporation method as described above also in this embodiment, the film can be formed while monitoring the film thickness, and the film thickness can be formed with good controllability. Further, as the substrate, glass (quartz type, multi-component type), semiconductor (Si, GaAs, InP, etc.), ferroelectric (Li)
NbO 3 , LiTaO 3 and the like), magnetic materials, sapphire and the like can be used, so that optical devices having various functions (amplification, oscillation, modulation, multiplexing, demultiplexing, demultiplexing,
Distribution, etc.) can be manufactured, and at the same time, it is also useful for cost reduction.

【0024】次に、図4は上記発明によって得られた光
導波膜からを光導波路を製造する方法の一実施例を示し
たものである。この製造方法は大別して6つのプロセス
からなるものである。まず図4中(a)に示すように、
基板15上に屈折率がnb のバッファ層14を形成し、
その上に上記図1〜図3に示した発明方法によってコア
用の膜(屈折率nw)16を形成した後、コア用膜16
上にメタルマスク用のメタル膜17を形成する。ここで
バッファ層14の膜厚は厚い程、伝搬損失を小さくでき
るので、数μmから10数μmの範囲が好ましい。コア
用膜16の膜厚もシングルモード伝搬用の場合には数μ
mから10数μmの範囲が好ましい。次に図4中
(b),(c)に示すように、メタル膜17上にフォト
レジスト膜を塗布し、マスクを介して紫外線露光を行
い、フォトレジストパターン18をマスクにしてメタル
膜をエッチングする。このメタル膜のエッチングはNF
3 ガスを用いてドライエッチングにより行う。その次
に、図4中(d)に示すように、上面のフォトレジスト
パターン18を剥離した後、メタルマスク17を用いて
ドライエッチングを行い、コア用膜16を略矩形状にパ
ターン化する。この場合、エッチングはバッファ層14
も若干エッチングする程度の深さまで行う。このエッチ
ングにはCHF3 ガスを用いて行う。コア膜16がSi
x y z の場合には、NがSiに結合した一体構造、
たとえば であるのでドライエッチングがほぼ一様に行われて、コ
ア16の側面荒れがほとんどないパターンを得ることが
できる。ちなみに従来のコアにはGe、P、Al、Ti
などの屈折率制御用添加物が5重量%から数10重量%
含まれているので、SiO2 と上記添加物とのエッチン
グ速度の違いによるコア側面の荒れが生ずる。そして、
図4中(e)に示すように、メタルパターン17をエッ
チングにより取り除き、最後に図4中(f)に示すよう
に、コア16の屈折率nwよりも低い値のクラッド膜1
9(屈折率nc<nw)を被覆することによって、光導
波路を得ることができる。ここで、クラッド膜19の形
成方法はプラズマCVD法、熱CVD法、火炎堆積法、
コーティング法などの製法を用いることができる。
Next, FIG. 4 shows an embodiment of a method for producing an optical waveguide from the optical waveguide film obtained by the above invention. This manufacturing method is roughly divided into six processes. First, as shown in (a) of FIG.
Forming a buffer layer 14 having a refractive index n b on the substrate 15;
After forming the core film (refractive index nw) 16 thereon by the method of the invention shown in FIGS. 1 to 3, the core film 16 is formed.
A metal film 17 for a metal mask is formed on top. Here, the thicker the buffer layer 14 is, the smaller the propagation loss can be made. Therefore, the thickness is preferably in the range of several μm to several tens of μm. The film thickness of the core film 16 is several μ in the case of single mode propagation.
The range from m to several tens of μm is preferable. Next, as shown in (b) and (c) of FIG. 4, a photoresist film is applied on the metal film 17, exposed to ultraviolet light through a mask, and the photoresist film 18 is used as a mask to etch the metal film. To do. The etching of this metal film is NF
Dry etching is performed using 3 gases. Then, as shown in FIG. 4D, the photoresist pattern 18 on the upper surface is removed, and then dry etching is performed using the metal mask 17 to pattern the core film 16 into a substantially rectangular shape. In this case, the etching is performed on the buffer layer 14
Also to a depth such that it is slightly etched. This etching is performed using CHF 3 gas. The core film 16 is Si
In the case of x O y N z , an integral structure in which N is bonded to Si,
For example Therefore, dry etching can be performed almost uniformly, and a pattern with substantially no side surface roughness of the core 16 can be obtained. By the way, Ge, P, Al, Ti are used for the conventional core.
Refractive index controlling additives such as 5 to 10% by weight
Since it is included, the side surface of the core is roughened due to the difference in etching rate between SiO 2 and the above-mentioned additive. And
As shown in FIG. 4E, the metal pattern 17 is removed by etching, and finally, as shown in FIG. 4F, the cladding film 1 having a value lower than the refractive index nw of the core 16.
By coating 9 (refractive index nc <nw), an optical waveguide can be obtained. Here, the clad film 19 is formed by plasma CVD, thermal CVD, flame deposition,
A manufacturing method such as a coating method can be used.

【0025】次に、図5は本発明の光導波路の製造方法
によって実現できる光導波路の断面図を示したものであ
る。図中(a)に示す光導波路15aは基板15に例え
ば、石英系ガラス(石英、バイコールガラスなど)を用
い、バッファ層20を基板15で兼用して用いた場合の
構造である。また、図中(b)に示す光導波路15bは
図4の製法によって実現した光導波路構造のものであ
り、基板15にはガラス(石英系、多成分系ガラス)、
半導体(Si、InP、GaAsなど)、強誘電体(L
iNbO3 、LiTaO3 など)、磁性体等を用いるこ
とができ、光導波路設計上の自由度を拡げることができ
る。また、図中(c)に示す光導波路15cはクラッド
21の厚みを薄くしたいわゆるリッジ型光導波路構造の
ものである。
Next, FIG. 5 is a sectional view of an optical waveguide which can be realized by the method for manufacturing an optical waveguide of the present invention. The optical waveguide 15a shown in (a) of the drawing has a structure in which, for example, quartz glass (quartz, Vycor glass, etc.) is used for the substrate 15, and the buffer layer 20 is also used as the substrate 15. An optical waveguide 15b shown in FIG. 4B has an optical waveguide structure realized by the manufacturing method of FIG. 4, and the substrate 15 is made of glass (quartz-based glass, multi-component glass),
Semiconductors (Si, InP, GaAs, etc.), ferroelectrics (L
iNbO 3 , LiTaO 3, etc.), a magnetic material or the like can be used, and the degree of freedom in designing the optical waveguide can be expanded. Further, the optical waveguide 15c shown in (c) of the figure has a so-called ridge type optical waveguide structure in which the thickness of the cladding 21 is thin.

【0026】このように、本発明によれば上記方法によ
って得られた光導波膜を用いるため、低損失、超小型、
低コスト、高寸法精度の光導波路型回路を容易に製造す
ることができる。
As described above, according to the present invention, since the optical waveguide film obtained by the above method is used, low loss, ultra small size,
An optical waveguide type circuit with low cost and high dimensional accuracy can be easily manufactured.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、高屈折率
の光導波路用コア膜を低屈折率層を有する基板上に反り
を小さく成膜でき、かつ、その膜厚及び屈折率の制御が
容易で、不純物含有のおそれのない透過率の良い膜を成
膜することができる。その結果、低損失、超小型、低コ
スト、高寸法精度の光導波路型回路を実現することがで
きるといった優れた効果を有する。
In summary, according to the present invention, a core film for an optical waveguide having a high refractive index can be formed on a substrate having a low refractive index layer with a small warp, and the film thickness and the refractive index can be controlled. It is possible to easily form a film having a high transmittance without the possibility of containing impurities. As a result, there is an excellent effect that an optical waveguide type circuit with low loss, ultra small size, low cost and high dimensional accuracy can be realized.

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

【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明によって得られた光導波膜からを光導波
路を製造する方法の一実施例を示したものである。
FIG. 4 shows an example of a method for producing an optical waveguide from the optical waveguide film obtained by the present invention.

【図5】本発明の光導波路の製造方法によって実現でき
る各種光導波路の断面図を示したものである。
FIG. 5 is a cross-sectional view of various optical waveguides that can be realized by the optical waveguide manufacturing method of the present invention.

【図6】従来のガラス導波路の製造方法の一実施例を示
す工程図である。
FIG. 6 is a process drawing showing an example of a conventional method for manufacturing a glass waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 チャンバー 3 蒸発源 4 タブレット 7、15 基板 14 バッファ層 16 コア 19 クラッド層 2 chamber 3 evaporation source 4 tablet 7, 15 substrate 14 buffer layer 16 core 19 clad layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバー内上方部に基板を配置し
てこれを加熱すると共に、該基板の下方部にSi3 4
のタブレットを収容した蒸発源を配置した後、上記真空
チャンバー内にO2 ガスを導入しつつ、上記タブレット
に電子ビームを照射してこれを蒸発させて上記基板上に
Six y z の光導波膜を形成することを特徴とする
光導波膜の製造方法。
1. A substrate is placed in an upper part of a vacuum chamber and heated, and Si 3 N 4 is placed in a lower part of the substrate.
After arranging the evaporation source accommodating the tablet of the above, while introducing O 2 gas into the vacuum chamber, the tablet is irradiated with an electron beam to evaporate the electron beam and the Si x O y N z on the substrate. A method of manufacturing an optical waveguide film, which comprises forming an optical waveguide film.
【請求項2】 真空チャンバー内上方部に基板を配置し
てこれを加熱すると共に、該基板の下方部にSi3 4
のタブレットを収容した蒸発源と、屈折率制御用酸化物
のタブレットを収容した蒸発源を配置した後、上記真空
チャンバー内にO2 ガスを導入しつつ、これらタブレッ
トに電子ビームを照射してこれらをそれぞれ蒸発させて
上記基板上に屈折率制御用酸化物を少なくとも1種含有
したSix y z の光導波膜を形成することを特徴と
する光導波膜の製造方法。
2. A substrate is placed in the upper part of the vacuum chamber and heated, and Si 3 N 4 is placed in the lower part of the substrate.
After arranging the evaporation source accommodating the tablet and the evaporation source accommodating the tablet of the oxide for controlling the refractive index, these tablets are irradiated with an electron beam while introducing O 2 gas into the vacuum chamber. A method of manufacturing an optical waveguide film, comprising: evaporating each of them to form an optical waveguide film of Si x O y N z containing at least one refractive index controlling oxide on the substrate.
【請求項3】 真空チャンバー内上方部に基板を配置し
てこれを加熱すると共に該基板の下方部に蒸発源を配置
した後、該蒸発源内に、SiO2 とSi3 4 の粉末を
所望重量比で混合してホットプレスによってタブレット
状に固化したものを収容して、上記真空チャンバー内に
2 ガスを導入しつつ、上記タブレットに電子ビームを
照射してこれを蒸発させて上記基板上にSix y z
の光導波膜を形成することを特徴とする光導波膜の製造
方法。
3. A substrate is placed in the upper part of the vacuum chamber to heat it, and an evaporation source is placed in the lower part of the substrate. Then, SiO 2 and Si 3 N 4 powder is desired in the evaporation source. The mixture was mixed at a weight ratio and solidified into a tablet by hot pressing, and while the O 2 gas was introduced into the vacuum chamber, the tablet was irradiated with an electron beam to evaporate the electron beam and to deposit it on the substrate. To Si x O y N z
A method for manufacturing an optical waveguide film, comprising forming the optical waveguide film according to claim 1.
【請求項4】 上記請求項1〜3いずれか記載の光導波
膜の製造方法によって形成される膜の屈折率よりも低い
値の屈折率を有する基板、あるいは上記方法によって得
られる光導波膜の屈折率よりも低い値の屈折率を有する
低屈折率層を、その表面に予め形成した基板を用いるこ
とを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の光導波膜の
製造方法。
4. A substrate having a refractive index lower than that of a film formed by the method for producing an optical waveguide film according to claim 1, or an optical waveguide film obtained by the above method. The method for producing an optical waveguide film according to claim 1, wherein a substrate having a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the refractive index is previously formed on the surface of the low refractive index layer.
【請求項5】 上記請求項1〜4いずれか記載の製造方
法によって得られた光導波膜をフォトリゾグラフィ及び
ドライエッチングにより略矩形状パターンに加工した
後、該略矩形状パターン表面上に、これより低い屈折率
のクラッド膜を被覆して形成することを特徴とする光導
波路の製造方法。
5. The optical waveguide film obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4 is processed into a substantially rectangular pattern by photolithography and dry etching, and then, on the surface of the substantially rectangular pattern, A method for manufacturing an optical waveguide, which comprises forming a cladding film having a refractive index lower than this by coating.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101386523B1 (en) * 2011-12-30 2014-04-18 한국세라믹기술원 Low density ingot for electron beam evaporation and method for manufacturing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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