JPH0710323Y2 - 光ガラス導波膜の製造装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、シリコン、石英ガラス、サファイヤ等の基板
上に堆積するガラス導波膜の膜厚を均一にする石英系光
ガラス導波膜の製造装置に関する。

従来の技術 シリコン、石英ガラス、サファイヤ等の基板上に形成可
能な石英系ガラス光導波路は、石英系ファイバとの整合
性がよいことから実用的な導波型光部品の実現手段とし
て期待されている。

基板上に高品質な石英系導波路を形成するには、基板
上に均一な厚さを有するガラス膜を形成する技術、ガ
ラス膜の組成ゆらぎを極力抑制する技術、の２つの要素
を満たす石英系光導波膜の製造方法の開発が必須であ
る。

従来、基板上にガラス導波膜を堆積する装置として第７
図に示すような装置が使用されている（特開昭58-10511
1号）。この装置で光導波膜を製造するには、まず回転
テーブル２の外周縁近くの円周上に等間隔に基板１を並
べ、基板温度を上昇させるとともに（基板加熱用ヒータ
は回転テーブル２の下部に設置されている）回転テーブ
ル２を回転させる。次にO₂、H₂、Arの各ガスをガラス微
粒子合成トーチ４（以下単にトーチと称す）に供給し、
トーチ吹き出し部に酸水素炎を形成して基板１に吹き付
ける。同時にトーチ４はトーチ移動装置３により回転テ
ーブル２の半径方向に平行往復運動せしめる。基板温度
が所望の温度（600〜800℃）に達した後、トーチ４にガ
ラス原料ガスを送ると、火炎中で加水分解反応が生じて
基板１上にガラス微粒子が堆積する。堆積しない余剰の
ガラス微粒子は排気管５によって排気される。この動作
によって基板上に多孔質ガラス膜（ガラス微粒子の集合
体）が形成される。これを加熱炉中で熱処理して透明な
ガラス膜を得る。

考案が解決しようとする課題 第７図に示した製造装置によって実験を繰り返した結
果、基板上に形成されるガラス膜の厚さが製造装置の構
成に依存して不均一になる問題が生じた。具体的に述べ
ると、第７図に示したような従来の製造装置は、回転す
るテーブル２の外周縁付近に基板１を並べ、これに対し
てトーチ４と排気管５を回転テーブルの半径方向に往復
運動させることによって基板１上にガラス膜を堆積する
方法である。回転テーブル２の回転数は通常10rpm程度
で一定に保持されている。また、トーチ４と排気管５の
往復速度も任意の速度で一定に保持されている。しか
し、回転テーブル２上に置かれた基板１の速度は、回転
テーブル２の回転軸側と外周側で異なる。この速度差
は、外周から回転中心軸に向かって任意の距離ｒを考え
ると、1/rに比例する。すなわち、一枚の基板面内にお
いて回転軸側の速度は外周側の速度よりも1/rに比例し
た分だけ遅くなる。トーチの往復移動速度は一定である
ので、一枚の基板面におけるガラス微粒子の堆積時間は
回転中心軸側で長く、外周側で短くなる。従って、形成
されるガラス導波膜の膜厚分布は第７図に示すように径
方向に大きく変動してしまう問題がある。

この現象を解消するために、トーチ４と排気管５の往復
移動速度を1/rに補正して基板内のガラス微粒子堆積時
間を一定にすることが行われている。この方法によれば
第８図の結果よりも膜厚分布は改善されるが、直径３イ
ンチの基板１を用いて膜厚30μｍを目標に作製した場
合、±４μｍの膜厚変動がある。

前述のような回転テーブルに起因した膜厚変動の他に、
基板１の厚さに起因した膜厚変動も生じることも明らか
になった。この現象を第９図で説明する。第９図は回転
テーブル２と基板１の断面を示す。トーチ５の先端部で
合成された酸水素炎中のガラス微粒子は、回転テーブル
の表面を曝しながら基板１の左端に到達する。

ここで、ガラス微粒子の流れは、回転テーブルの表面か
ら、基板の厚さ（ｔ）だけ高い基板表面へと移る。この
際、回転テーブルの表面に堆積されない余剰ガラス微粒
子はすみやかに排気管５に排気されず、基板１の左端部
に堆積されるようになる。従って、第９図のような位置
関係での基板表面の膜厚分布は、基板の左側で厚く、右
側で薄くなってしまう問題がある。

作製される導波路は、例えば250μｍピッチで整列され
たファイバアレイと接続されて導波路型光部品となる。
この際、膜厚変動がある光導波路のコアは基板面方向に
整列されず、膜厚変動分だけ変化する。従って、接続損
が増加する問題が生じる。

本考案は、以上の問題点を解消し、均一な膜厚が得られ
る光導波膜の製造装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本考案の光導波膜の製造装置は、A.光導波膜を堆積する
基板の直径に応じた穴を複数カ所設けた平面の固定台
と、B.該複数の穴部分に上下移動する手段を備えた基板
ステージと、C.平面の固定台と対向した任意の位置に、
バーナと排気管をＸ方向、Ｙ方向に水平に所望のパター
ンで移動する移動手段とを設けて成ると共に、前記移動
手段を、パルスモータで駆動されるボールネジを設け、
前記ボールネジにボールネジ上を駆動される駆動伝達部
を設け、前記駆動伝達部に前記ボールネジと直角になる
パルスモータで駆動されるボールネジを装着して構成し
てなるものである。

作用 本考案は前記構成のように基板を固定し、この基板に対
してトーチをＸ方向、Ｙ方向に水平に移動させるので、
膜厚を均一にするために、従来の装置のようにトーチの
移動速度を補正する必要がない。また、基板ステージを
固定台と独立して上下できるので、固定台面と基板面を
平面に合わせることができ、両面のずれによる膜厚変動
の問題を解消することができる。

実施例 第１図は、本考案の光導波膜の製造装置の一実施例の平
面図、第２図は正面図を示す。

本考案の光導波膜製造装置（以下単に製造装置とい
う。）の構成を説明する。

図において第７図と同一符号は同一部品を示す。

本考案の図示の製造装置は、９枚の３インチ基板に光導
波膜を堆積するものである。

カーボン製の固定台８と３インチの基板を上下させるカ
ーボン製の基板ステージ９（９組）と、９組の基板ステ
ージが取付けられる平面板20、平面板20を上下する、上
下駆動部10、上下駆動部10を駆動するパルスモータ21、
トーチ４、排気管５を固定するホルダー６、７と、トー
チ４、および排気管５をＸ方向、Ｙ方向に駆動するパル
スモータ13、11、ボールネジ14、12、ベース板15、ガイ
ドレール18、Ｕ字形の駆動伝達部16から構成される。

各部品は、ベース板15を基準として組み立てられてい
る。すなわち、ベース板15と固定台８はあらかじめ機械
加工によって平面出しを行い、ベース板15と平行に固定
台８を固定する。また、Ｘ方向駆動用ボールネジ14とガ
イドレール18もベース板15と平行に組み込み、ボールネ
ジ14とガイドレール18に対して底板部16Cにボールネジ1
4と螺合する係合部（図示されず）とガイドレール18上
を摺動する摺動子（図示されず）を設けて直角に駆動伝
達部16を装着し、駆動伝達部16の両垂直板部16A、16B間
に設けられるＹ方向駆動用ボールネジ12は、固定台８と
平行に設置し、このボールネジ12にバーナ４および排気
管５をホルダー６、７を介して取り付ける。上下駆動部
10と平面板20は、図示されないがネジで結合される。

本考案の製造装置の動作を説明する。

固定台８と基板ステージ９の構成の拡大図を第３図に示
す。

基板ステージ９は、９組の基板ステージ９をパルスモー
タ21で上下する上下駆動部10と、各基板ステージ毎に設
けられる上下微調用駆動部17（第２図には図示していな
い）によって上下し、最終的には基板１と固定台８の面
を一致させる構成である。

トーチ４および排気管５はＸ−Ｙプログラムコントロー
ラ（図示していない）によって制御されている。プログ
ラムコントローラからＸ軸駆動用パルスモータ13とＹ軸
駆動用パルスモータ11に信号を送る。Ｘ軸パルスモータ
13はボールネジ14を回転させ、駆動伝達部16をＸ方向に
ボールネジ14とガイドレール18上を移動させる。Ｙ軸パ
ルスモータ11はボールネジ12を回転させ、トーチおよび
排気管ホルダー６、７をＹ方向に移動させる。

このような本考案の製造装置の構成によれば、使用する
基板の厚さが異なっても固定台と基板との面を平面に保
つことができ、従って従来問題であった基板とテーブル
との段差による膜厚変動を解消することができる。ま
た、本考案の製造装置ではトーチをＸ方向、Ｙ方向に任
意の一定速度で移動させればよいので、従来問題であっ
た基板内の移動速度差に起因する膜厚変動を解消するこ
とができる。

なお、固定台８と基板１の平面に保つ機構としては、第
３図に示す他に第４図に示すような機構でも十分であ
る。すなわち、固定台８の穴部分に図示のような環状の
段部8Aを設けて段差を設け、この穴に基板ステージ９を
挿入した時、固定台と基板ステージの段差が基板の厚み
となるように固定台と基板ステージを加工する。この場
合、上下微調用駆動部17と基板ステージ９は一体化しな
い。従って、上下微調用駆動部17は基板ステージ９を上
げる目的にだけ使用する。基板ステージ９を上げる目的
は、作製した膜を装置から基板を取り出す際、取り出し
を簡単にするためである。この構成によれば、固定台８
と基板１の平面度は固定台８と基板ステージの機械加工
精度によって決定されるので上下駆動部10、17の精度は
高くなくてもよい。この機構の問題は、使用する基板の
厚さに応じて基板ステージ９の段差部分の高さ（第４図
にｈで図示した）を変える必要があることであるが、基
板の厚さを固定すれば問題は解消される。

本考案の製造装置によって３インチの基板に作製した光
導波膜の膜厚分布の一例を第５図に示す。この場合のト
ーチ移動パターンを第６図に示す。

図示のように移動ステップ幅を50mmとして基板を含む固
定台全面をステップ状に移動させた。

図には一往復の移動パターンを示したが、復路の場合に
は往路と重ならないように50mmのステップ幅の中心を移
動するようにした。このようなパターンを３回繰り返し
た結果が第５図である。

光導波膜の膜厚分布は20±0.5μｍ以内であり、従来の
装置によって得られる膜厚変動に較べて大幅に改善され
た。

考案の効果 本考案の製造装置のように、使用する基板と固定台の両
面を平面に保つ機構、トーチおよび排気管をX-Y方向に
移動させる機構としたので、非常に膜厚が均一な光導波
膜が作製できる利点がある。また、装置構成の観点から
は、従来装置は回転テーブルの外周部分を使用するため
に、その内側は無駄なスペースになって装置全体が大き
くなってしまうのに対し、考案の装置は固定台全面を使
用できるので、同じ枚数の基板を処理する装置を考えた
場合、従来装置に較べて大幅に小型化される利点があ
る。この利点は、光導波膜の量産製を高めるばかりでな
く、経済化にも寄与する効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の光導波膜製造装置の一実施例の概略図
の平面図、第２図は同正面図、第３図は本考案の製造装
置の第１の実施例の基板ステージを上下させる機構の断
面図、第４図は同じく第２の実施例の断面図、第５図は
本考案の製造装置によって作製した光導波膜の膜厚分布
図、第６図は本考案の製造装置のトーチの移動パターン
の一実施例図、第７図は従来の製造装置の平面図、第８
図は従来の製造装置で作製した光導波膜の膜厚分布、第
９図は従来の基板と回転テーブルとの構成とトーチ作用
の説明図、を示す。 1:基板、2:回転テーブル、4:トーチ、5:排気管、6:トー
チホルダー、7:排気管ホルダー、8:固定台、9:基板ステ
ージ、10:上下駆動部、11:パルスモーター、12:ボール
ネジ、13:パルスモーター、14:ボールネジ、15:ベース
板、16:駆動伝達部、17:上下微調用駆動部、18:ガイド
レール、20:平面板、21:パルスモータ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】A.光導波膜を堆積する基板の直径に応じた
   穴を複数カ所設けた平面の固定台と、 B.該複数の穴部分に上下移動する手段を備えた基板ステ
   ージと、 C.平面の固定台と対向した任意の位置に、バーナと排気
   管をＸ方向、Ｙ方向に水平に所望のパターンで移動する
   移動手段 とを設けて成る光ガラス導波膜の製造装置。
2. 【請求項２】前記移動手段を、パルスモータで駆動され
   るボールネジを設け、前記ボールネジにボールネジ上を
   駆動される駆動伝達部を設け、前記駆動伝達部に前記ボ
   ールネジと直角になるパルスモータで駆動されるボール
   ネジを装着して構成してなる実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の光ガラス導波膜の製造装置。