DE69307937T2

DE69307937T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glasdünnschichten

Info

Publication number: DE69307937T2
Application number: DE69307937T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Aikawa; Chizai Hirose; Shinji Ishikawa; Hiroo Kanamori; Masahide Saitoh; Akira Urano
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: CA2091711A1; DE69307937D1; EP0561371A3; EP0561371A2; US5503650A; US5660611A; CA2091711C; AU3523093A; EP0561371B1; AU657845B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines dünnen Oxidglasfilms zur Verwendung zur Ausbildung eines optischen Wellenleiters oder dergleichen.

Stand der Technik

Ein auf einem Quarzglassubstrat oder einem Siliciumsubstrat ausgebildeter optischer Wellenleiter aus Glas besitzt eine gute Anpassungsfähigkeit mit optischen Fasern und wird deshalb als Komponente zur optischen Kommunikation verwendet. Es gibt ein Verfahren zur Ausbildung eines optischen Wellenleiters aus Glas auf einem Substrat, bei dem feinkörnige Teilchen aus Glas auf einem Substrat unter Verwendung eines Sauerstoff/Wasserstoff-Brenners mittels eines Gasphasenverfahrens auf einem Substrat abgeschieden werden, um darauf einen dünnen Film aus porösem Glas auszubilden (siehe Fig. 1), und das Substrat wird dann mittels eines elektrischen afens auf hohe Temperatur erhitzt, um einen dünnen Film aus transparentem Glas auf dem Substrat auszubilden. Normalerweise ist das Substrat ein Siliciumwaver, und der so ausgebildete Wellenleiter enthält als Hauptkomponente SiO&sub2;. In diesem Fall ist der Schmelzpunkt des Siliciums niedriger als die Glasübergangstemperatur des reinen SiO&sub2;. Es ist üblich, die Glasübergangstemperatur durch Zugabe eines Additivs oder von Additiven, wie z.B. P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3;, GeO&sub2;, und dergleichen, zum SiO&sub2; zu erniedrigen. Die spezifischen Gehalte eines konventionellen Beispiels sind im Detail z.B. beschrieben in der japanischen offengelegten (Kokai) Patentanmeldung Nr. 58-105111, der japanischen offengelegten (Kokai) Patentanmeldung Nr. 1-192732, der japanischen offengelegten (Kokai) Patentanmeldung Nr. 58-125621, der japanischen offengelegten (Kokai) Patentanmeldung Nr. 59-73443, der GB-A-2066805, EP-A-0111901, und dem US-Patent Nr. 4263031.
Im Falle, daß die feinkörnige Glasteilchen auf dem Substrat abgeschieden werden, um den porösen dünnen Film auszubilden, und mittels des elektrischen Ofens auf die hohe Temperatur erhitzt werden, um, wie vorstehend beschrieben, den dünnen Film aus transparentem Glas zu bilden, treten beim Verdampfungszerstäuben der zum dünnen Oxidglasfilm zur Erniedrigung der Glasübergangstemperatur zugegebenen Additivkomponenten die folgenden Probleme auf.
Komponenten, die leicht durch Verdampfung zerstäubt werden können, wie z.B. P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3; usw. treten unter den Additivkomponenten zuerst aus dem dünnen Film aus, was die Glasübergangstemperatur des Glasanteils, aus dem die flüchtigen Komponenten zur Zerstäubung verdampft wurden, erhöht. Die Erhöhung der Glasübergangstemperatur hinterläßt einen nicht gesinterten Anteil oder nicht transparenten Glasanteil in dem erzeugten Glasfilm. Dies würde einen hohen optischen Verlust in einem aus einem solchen Glasfilm gebildeten Wellenleiter verursachen. Zusätzlich variiert der Brechungsindex der Oberfläche des Glasfilms abhängig von der Verdampfung der Additivkomponenten, was es schwierig macht, die gewünschten Brechungsindices zu erhalten. Dies wiederüm macht die Ausgestaltung der Wellenleiterstruktur schwierig.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Probleme ist es eine Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, einen dünnen Oxidglasfilm zu erhalten, der eine gewünschte Brechungsindexverteilung mit einem niedrigen optischen Verlust aufweist, indem man die Verdampfung der Additive in einem auf einem Substrat abgeschiedenen porösen dünnen Glasfilm während der Stufe des Übergangs des porösen Films in einen transparenten Glasfilm unterdrückt.
Zur Lösung der vorstehenden Probleme wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung eines dünnen Glasoxidfilmes, bei dem feinkörnige Teilchen aus Glas, die hauptsächlich SiO&sub2; enthalten, mit einem Additiv oder Additiven auf einem Substrat abgeschieden werden, um darauf einen porösen dünnen Film auszubilden, und in dem der poröse dünne Film erhitzt wird, um auf dem Substrat einen transparenten Glasfilm auszubilden, wobei der Oxiddampf (die Oxiddämpfe) der Additivkomponente(en) mit einer Atmosphäre gemischt wird (werden), in der der poröse dünne Film unter Bildung des transparenten Glasfilms erhitzt wird.
Die Ansprüche 1 bis 6 definieren das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines dünnen Glasfilms.
Zur Einführung des Dampfes der Oxide in die Atmosphäre existieren die folgenden Verfahren:
(a) ein Verfahren, bei dem jede Dampfkomponente (P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3;, GeO&sub2; usw.) erhitzt wird, um auf getrennte Weise zu Verdampfen, und dann in eine Heizzone des Substrates eingebracht wird;
(b) ein Verfahren, bei dem Dampf von Chloriden (PCl&sub3;, POCl&sub3;, BCl&sub3;, GeCl&sub4; usw.) mit O&sub2;-Gas oxidiert wird und dann in die Heizzone des Substrates eingebracht wird.
Erfindungsgemäß wird die Heizzonen-Temperatur der Dampfkomponenten im Verfahren (a) oder die Oxidationszonen- Temperatur im Verfahren (b) auf eine Temperatur eingestellt, bei der der Dampfdruck der eingebrachten Oxide 50 bis 150% des Gleichgewichts-Dampfdruckes bei der Temperatur der Heizzone des Substrates ist.
Die Verdampfung der Additive kann nach der folgenden chemischen Formel 1 oder der chemischen Formel 2 dargestellt werden. (chemische Formel 1) (chemische Formel 2)
Die Verdampfung der Additivkomponenten tritt mit fortschreitender Verlagerung des Gleichgewichtes in den obigen Formeln nach rechts auf. Die Verdampfungsreaktionen werden durch das chemische Gleichgewicht bei der Behandlungstemperatur bestimmt. Wenn deshalb die flüchtigen Komponenten in dem Behandlungsgas bei einem Dampfdruck oberhalb des Gleichgewichtsdrucks bei der Behandlungstemperatur des Substrates existieren, verlaufen die Reaktionen nicht in Richtung der Pfeile (c) in der chemischen Formel 1 und in der chemischen Formel 2 und verursachen keine Verdampfung der Additivkomponenten. Im tatsächlichen Verfahren kann jedoch ein praktisch ausreichender Effekt erhalten werden, wenn die verdampfenden Komponenten zwischen 50% und 150% des Gleichgewichtsdruckes bei der Behandlungstemperatur des Substrates liegen.
Unter der Voraussetzung, daß die Temperatur der Heizzone der Dampfkomponenten oder die Temperatur der Oxidationszone bei einer höheren Temperatur als der Temperatur der Substrat-Heizzone gehalten werden, würde der Dampfdruck jeder Additivkomponente größer als der Gleichgewichtsdampfdruck der chemischen Formel 1 oder der chemischen Formel 2 werden, wodurch der Effekt einer Verhinderung der Verdampfung der Additivkomponenten, wie beschrieben, erhöht wird.
Komponenten, die leicht einer Verdampfungszerstäubung unterliegen, sind P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3; und GeO&sub2;, deren Gleichgewichtsdampfdrucke in Fig. 2 dargestellt sind.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Herstellung des dünnen Oxidglasfilmes, der zur Bildung optischer Wellenleiter oder dergleichen verwendet werden soll, der Dampf der flüchtigen Oxidkomponenten in die Atmosphäre eingebracht, in der die Erhitzung zur Bildung des transparenten Glasfilmes durchgeführt wird, um die Verdampfung der Additive und in dem abgeschiedenen porösen Film zu stoppen, wodurch eine Diffusion der in eine Kernschicht zugegebenen Additive und ebenfalls eine Verdampfung von die Glasübergangstemperatur erniedrigenden Komponenten in den Additiven (P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3;, GeO&sub2; usw.) verhindert wird. Auf diese Weise kann eine gewünschte Brechungsindexverteilung erhalten werden, und ein dünner Oxidglasfilm unter gleichzeitiger Verringerung des optischen Verlustes, wie z.B. der optischen Streuung, der durch Blasen im ungesinterten Teil verursacht werden könnte, erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgend angegebene detaillierte Beschreibung und die anliegenden Zeichnungen verständlicher, die aber nur zur Veranschaulichung angegebenen werden, und die vorliegende Erfindung keinesfalls beschränken.
Der Anwendungsrahmen der vorliegenden Erfindung wird außerdem aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Vorrichtung zur Abscheidung feinkörniger Teilchen aus Glas auf einem Substrat zeigt;
Fig. 2 ist eine Grafik, die die Gleichgewichtsdampfdrucke von hauptsächlich verwendeten Additivkomponenten zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen im Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, die die Temperaturregelung im erfindungsgemäßen Beispiel 1 zeigt;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, die eine im erfindungsgemäßen Beispiel 2 verwendete Vorrichtung zeigt;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die die Temperaturregelung im erfindungsgemäßen Beispiel 2 zeigt;
Fig. 7A-7F sind Querschnitte, die die schematischen Stufen der Ausbildung eines optischen Wellenleiters unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines dünnen Glasfilmes zeigen;
Fig. 8 ist ein Querschnitt, um den erfindungsgemäßen Effekt zu veranschaulichen; und
Fig. 9 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis (Pi/Pis) zeigt, d.h. das Verhältnis des Dampfdruckes (Pi) der eingebrachten Oxide zum Sättigungsdampfdruck (Pis) und das Verhältnis (b/a), welches das Verhältnis eines Parameters Δ(b) an der Seite der Oberfläche zu einem Parameter Δ(a) an der Substratseite ist.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsformen werden nachfolgend detailliert beschrieben.

Beispiel 1

Unter Verwendung einer in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden feinkörnige Glasteilchen, die hauptsächlich SiO&sub2; enthalten, auf einem Substrat aus Si abgeschieden, um einen aufgeschichteten Film der feinkörnigen Glasteilchen auszubilden.
Zunächst soll die Vorrichtung zur Abscheidung der feinkörnigen Glasteuchen auf dem Substrat, wie sie in Fig. 1 dargestellt wird, erklärt werden.
Eine Vielzahl von Substraten 1, auf die die feinkörnigen Glasteuchen über einen Brenner 3 abgeschieden werden sollen, sind in einem Reaktionsgefäß 6 vorgesehen, das an seinem Boden eine rotierbare Drehscheibe aufweist. Feinkörnige Glasteilchen, die nicht auf den Substraten 1 abgeschieden werden, und das Abgas werden über ein Abgasrohr 4 abgesaugt. Die Drehscheibe 2, auf die die Substrate 1 aufgebracht werden, wird mittels eines Motors (nicht dargestellt) so angetrieben, das sie sich relativ zum Reaktionsgefäß 6 dreht, und der Brenner 3 bewegt sich in der radialen Richtung der Drehscheibe 2 hin und her. Eine solche Anordnung erlaubt es, die feinkörnigen Glasteilchen gleichmäßig auf den Substraten abzuscheiden. Eine untere Heizvorrichtung 5 ist auf der Drehscheibe 2 vorgesehen, um die auf der Drehscheibe 2 befindlichen Substrate gleichmäßig zu erhitzen.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung werden auf den Substraten feinkörnige Glasteilchen für einen optischen Wellenleiterfum abgeschieden. Die Substrate 1 waren auf der Drehscheibe 2 angeordnet, und die Substrate 1 wurden mittels der unteren Heizvorrichtung 5 erhitzt, um ihre Temperatur zu erhöhen, während sich die Drehscheibe 2 dreht. Dann wurden dem Brenner O&sub2;-Gas und H&sub2;-Gas zugeführt, und eine Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme an dem gegen die Substrate 1 gerichteten Austritt des Brenners gebildet. Zur gleichen Zeit wurde der Brenner in radialer Richtung, bezogen auf die Drehscheibe 2, hin und her bewegt. Nachdem die Substrattemperatur die vorgegebene Temperatur erreichte, wurde dem Brenner 3 ein Glas-Rohmaterial zugeführt, um in der Flamme einer Hydrolyse zu unterliegen, wodurch die feinkörnigen Glasteuchen auf den Substraten 1 abgeschieden wurden.
Die Bedingungen der Abscheidung der feinkornigen Glasteilchen sind die folgenden: die Umdrehungsgeschwindigkeit der Drehscheibe betrug 10 [UpM]; die Bewegungsgeschwindigkeit des Brenners 3 betrug 120 [mm/min]; die Bewegungsdistanz des Brenners 3 betrug 200 [mm]; die Zufuhrgeschwindigkeit von O&sub2;-Gas in den Brenner 3 betrug 8 [1/min]; die Zufuhrgeschwindigkeit von H&sub2;-Glas in den Brenner 3 betrug 10 [1/min]. Das Glas-Rohmaterial wurde dem Brenner unter den folgenden Bedingungen zugeführt.

Erste Abscheidungsbedingungen

Feinkörnige Glasteilchen für die untere Überzugsschicht (Abscheidungszeit: 30 min)
SiCl&sub4;:250 [cm³/min];
BCl&sub3; : 10 [cm³/min]
PCl&sub3; : 25 [cm³/min]

Zweite Abscheidungsbedingungen

Feinkörnige Glasteuchen für die Kernschicht (Abscheidungszeit: 20 min)
SiCl&sub4;: 250 [cm³/min];
GeCl&sub4;: 40 [cm³/min];
PCl&sub3; : 20 [cm³/min];
BCl&sub3; : 50 [cm³/min];
Danach wurden die auf dem Substrat 1 so abgeschiedenen feinkörnigen Glasteilchen unter Verwendung eines Heizofens 10 erhitzt.
Die Fig. 3 zeigt einen schematischen Aufbau einer im Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung, die nachfolgend beschrieben wird. Ein Heizofen 10 besteht aus einem Ofenkernrohr 15, einer Gaszuführvorrichtung zur Zufuhr von Gas in das Ofenkernrohr 15, und einer Gasevakuierungsvorrichtung 18 zur Evakuierung des Gases aus dem Ofenkernrohr 15. Das Ofenkernrohr 15 ist ein kontinuierliches Rohr. Das Ofenkernrohr 15 weist eine Heizzone 11 zum Erhitzen der Dampfkomponenten auf, die sich stromaufwärts bezogen auf den Gasdurchflufl befindet, und eine Heizzone 12 zum Erhitzen der Substrate, die sich auf der stromabwärtigen Seite befindet. Die zwei Heizzonen werden unabhängig voneinander über eine Regeleinrichtung 19 geregelt, um in den Heizvorrichtungen 13, 14, wie in Fig. 3 dargestellt, die entsprechende Temperaturen zu besitzen.
In der Heizzone 11 für die Dampfkomponenten sind Platinschalen 16 angebracht, in denen die entsprechenden Oxide von P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3; und GeO&sub2; getrennt voneinander vorhanden sind, und die erhitzt werden. Die Substrate 1 wurden in der Heizzone 12 für das Substrat angebracht.
Die Heizzone 11 für die Dampfkomponenten wurde anfänglich auf 850ºC eingestellt, und die Heizzone 12 für das Substrat auf 800ºC, und ein Gasgemisch aus O&sub2; mit 5 [1/min] und He mit 5 [1/min] wurde eingespeist, um durch die Zonen hindurchzufließen. Die Temperatur wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 [ºC/min] erhöht, und die Dampfkomponenten-Heizzone 11 und die Substrat-Heizzone 12 dann bei 1300ºC bzw. 1250ºC eine Stunde lang gehalten, und dann die Temperatur der Dampfkomponenten-Heizzone 11 und die Temperatur der Substrat-Heizzone 12 auf 850ºC bzw. 800ºC gesenkt, wie dies in Fig. 4 dargestellt wird. Nach Beendigung der Zufuhr des Gasgemisches wurden die Substrate 1 entnommen. In diesem Heizverfahren war die Temperatur der Dampfkomponenten-Heizzone 11 immer um 50ºC höher als die Temperatur der Substrat-Heizzone 12. In den erhaltenen Glasfilmen auf den Substraten 1 wurden keine verbleibenden Blasen festgestellt. Die Analyse der Elementkomponenten unter Verwendung von EPMA (Elektronensonden-Mikroanalysator) zeigte keine Verdampfung der Elemente und keine Diffusion an der Grenzfläche zwischen der Kernschicht und der unteren Überzugsschicht und in der äußersten Keruschicht.

Beispiel 2

Unter Verwendung der Vorrichtung der Fig. 1 wurden feinkörnige Glasteilchen, die hauptsächlich SiO&sub2; enthielten, auf Si-Substrate 1 auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 abgeschieden. Die Abscheidungsbedingungen des aus den feinkörnigen Glasteuchen abgeschiedenen Films waren ebenfalls die gleiche wie die in Beispiel 1. Dann wurden die auf den Substraten 1 abgeschiedenen feinkornigen Glasteilchen unter Verwendung eines Heizofens 20 erhitzt.
Die Fig. 5 zeigt einen schematischen Aufbau einer im Beispiel 2 verwendeten Vorrichtung, die nachfolgend beschrieben wird. Der Heizofen 20 besteht aus einem Ofenkernrohr 25, den Heizvorrichtungen 23, 24, einer Gaszuführvorrichtung 27 zur Zufuhr von Gas in das Ofenkernrohr 25, und einer Gasevakuiervorrichtung 28 zur Evakuierung des Gases aus dem Ofenkernrohr 25. Das Ofenkernrohr 25 ist ein kontinuierliches Rohr. Das Ofenkernrohr 25 weist eine Oxidationszone 21 auf, die stromaufwärts im Hinblick auf den Gasdurchfluß angebracht ist, und eine Substrat-Heizzone 22 auf der stromabwärtigen Seite. Diese zwei Zonen werden unabhängig voneinander durch eine Regeleinrichtung 29 geregelt, um in den Heizvorrichtungen 23, 24, wie in Fig. 5 dargestellt, die entsprechenden Temperaturen zu besitzen. Die Substrate 1 wurden in der Substrat-Heizzone 22 angebracht.
Am Anfang wurde die Temperatur der Oxidationszone 21 auf 1350ºC eingestellt und die Temperatur der Substrat-Heizzone 22 auf 800ºC; Chloriddampf von GeCl&sub4; 5 [cm³/min], PoCl&sub3; 10 [cm³/min] und BCl&sub3; 10 [cm³/min] und eine Gasmischung aus O&sub2; 5 [1/min] und He 5 [1/min] wurden in den Heizofen eingebracht. Der in den Heizofen eingebrachte Chloriddampf wurde vorher in der Oxidationszone 21 oxidiert. Dann wurde die Temperatur der Substrat-Heizzone 22 mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 5 [ºC/min] erhöht und dann bei 1250 ºC eine Stunde lang gehalten, und danach auf 800ºC abgekühlt, wie in Fig. 6 dargestellt. Nach Beendigung der Zufuhr des Gasgemisches wurden die Substrate 1 entnommen. In den Glasfilmen auf den in diesem Beispiel erhaltenen Substraten 1 waren keine verbleibenden Blasen zu erkennen. Auf den Filmen wurde ein Muster aufgebracht, um eingebettete Wellenleiter herzustellen.
Zusätzlich wurde eine abgeschiedene Schicht feinkörniger Glasteuchen, die hauptsächlich SiO&sub2; enthielten, an Si- Substraten 1 unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt. Dann wurden die Substrate mit der abgeschiedenen Schicht aus feinkörnigen Glasteilchen der gleichen Heizbehandlung wie in Beispiel 1 ohne Gegenwart der Dampfkomponenten (P&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub3;, GeO&sub2;) mittels des in Fig. 3 dargestellten elektrischen Ofens 10 unterworfen. Die so erhaltenen Glasfilme auf den Substraten 1 zeigten an ihren äußersten Oberflächen eine Schleierbildung. Außerdem zeigte die Elementaranalyse mittels EPMA, daß die Menge an P, B und Ge an den äußersten Oberflächen auf ein Viertel der jeweiligen Menge innerhalb des Films verringert war.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern bezieht sich auch auf ein Herstellungsverfahren und eine Herstellungsvorrichtung, die durch Kombination der Beispiele 1 und 2 erhalten werden.
Die eingeführten Oxiddämpfe der Additivkomponenten zeigten kaum einen solchen Einfluß, daß die Additive in die Oberfläche oder in das Innere des Glasfilms diffundierten, sondern zeigten vielmehr eine große Wirkung bei der Verhinderung der Verdampfung der Additivkomponenten aus der äußersten Oberfläche des Glasfilms bei hoher Temperatur.
Im folgenden werden schematische Stufen zur Ausbildung eines optischen Wellenleiters unter Verwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens des dünnen Glasfilms unter Bezugnahme auf die in den Figuren 7A bis 7F dargestellten Querschnitte erklärt.
Ein erster poröser Glasfilm 50a, der eine untere Uberzugsschicht bilden soll, wird zuerst auf einem Si- Substrat 1 (Fig. 7A) abgeschieden. Ein zweiter poröser Glasfum 60a, der eine Kernschicht bilden soll, wird dann auf dem ersten porösen Glasfilm 50a abgeschieden (Fig. 7B). Die Abscheidungsbedingungen des ersten und zweiten porösen Glasfilms 50a und 60a sind die gleichen wie die im Beispiel 1 beschriebenen.
Die ersten und zweiten porösen Glasfilme 50a und 60a werden in einem Heizofen erhitzt, in den der Oxiddampf eingeführt wird, um transparente Glasschichten einer unteren Überzugsschicht 50 bzw. einer Kernschicht 60 auszubilden (Fig. 7C). Die Kernschicht wird einem Ätzen unterworfen um eine gewünschte Zone zu hinterlassen, wodurch ein optischer Wellenleiter 61 ausgebildet wird (Fig. 7D).
Ferner wird ein dritter poröser Glasfilm 70a, der eine obere überzugsschicht bilden soll, über der unteren Überzugsschicht 50 und dem optischen Wellenleiter 61 abgeschieden (Fig. 7E). Die Abscheidungsbedingungen des dritten porösen Glasfilms 70a sind die gleichen wie die für den ersten porösen Glasfilm 50a, d.h. die gleichen wie die ersten Abscheidungsbedingungen in Beispiel 1. Dann wird der dritte poröse Glasfilm 70a im Heizofen erhitzt, in den Oxiddampf eingebracht wird, um eine transparente Glasschicht der oberen Überzugsschicht 70 auszubilden (Fig. 7F).
Der optische Verlust der so hergestellten eingebetteten optischen Wellenleiter wurde gemessen, und der gemessene Verlust war nicht größer als 0,1 [dB/cm], was sehr gut ist.
Die abschließende Beschreibung betrifft die Beziehung zwischen dem Druck des eingeführten Oxiddampfes und seiner Wirkung. Die Fig. 8 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Glasschicht 80 zeigt, die durch Abscheiden eines porösen Glasfilms auf einem Substrat 1 und nachfolgendem Erhitzen unter Ausbildung einer transparenten Glasschicht erhalten wurde. Der Parameter Δ an der Unterseite oder an der Substratseite der Glasschicht 80 wird mit a bezeichnet, und der Parameter Δ an der Oberseite oder an der Oberflächenseite der Glasschicht 80 mit b.
Der Parameter Δ ist eine relative Brechungsindex-Differenz gegenüber Quarzglas, die durch die folgende Gleichung definiert ist:
Δ = (n&sub0;²-n&sub1;²)/2n&sub0;² (n&sub0;-n&sub1;)/n&sub0;, worin n&sub0; der Brechungsindex des Quarzglases und n&sub1; der Brechungsindex eines Gegenstandes ist.
Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel der Messung zur Prüfung der Beziehung zwischen dem Verhältnis (Pi/Pis), daß das Verhältnis des Druckes (Pi) des eingeführten Oxiddampfes zum gesättigten Dampfdruck (Pis) ist, und dem Verhältnis (b/a), daß das Verhältnis des Parameters Δ (b) der Glasschicht 80 auf der Oberflächenseite zum Parameter Δ (a) der Glasschicht 80 auf der Substratseite ist. Dieses Meßbeispiel zeigt einen Fall mit den Additiven GeO&sub2; und P&sub2;O&sub5;, und ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Additiven erhalten.
Die folgende Darstellung erklärt kurz das Diagramm der Fig. 9. Wenn der Druck (Pi) des eingeführten Oxiddampfes 40% des gesättigten Dampfdruckes (Pis) beträgt, ist der Parameter Δ (b) an der Oberflächenseite circa 0,93 mal größer als der Parameter Δ (a) an der Substratseite, während, wenn Pi 160% von Pis beträgt, b circa 1,06 mal größer als a ist. Wenn der Druck (Pi) des eingebrachten Oxiddampfes steigt, wird der Parameter Δ (b) an der Oberflächenseite allmählich größer.
Besonders bevorzugte Wellenleiter-Eigenschaften sind solche, bei denen der Paramter Δ (b) an der Oberflächenseite mit dem Parameter Δ (a) auf der Substratseite zusammenfällt, d.h. b/a=1. Um die Eigenschaften des Wellenleiters zu stabilisieren, ist es bevorzugt, daß das Verhältnis des Parameters Δ (b/a) im wesentlichen zwischen 0,95 und 1,05 eingestellt wird. Es ist deshalb bevorzugt, daß der Druck (Pi) des eingeführten Oxiddampfes bei 50 bis 150% des Sättigungsdampfdruckes (Pis) gehalten wird.
In den obigen Beispielen wurde ein Siliciumsubstrat verwendet, aber das Substrat kann auch ein Quarzglassubstrat sein. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Beispielen mit den zugegebenen Additiven zur Ausbildung des porösen Glasfilms kann die vorliegende Erfindung auch auf Fälle mit verschiedenen Additiven angewendet werden, die während des Erhitzens einer Verdampfungszerstäubung unterliegen, um einen transparenten Glasfilm auszubilden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Glasfilms mit einem Additiv auf einem Substrat, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:

Abscheiden von porösem SiO&sub2;-Glas mit dem Additiv auf dem Substrat;

Erhitzen eines Oxiddampfes eines Additivs in einer ersten Kammer, während die Temperatur in der ersten Kammer gemäß einem ersten vorgegebenen Temperaturprofil geregelt wird;

Erhitzen des in der zweiten Kammer, die mit der ersten Kammer verbunden ist, befindlichen Substrats, um das abgeschiedene poröse Glas nach einem zweiten vorbestimmten Profil in ein transparentes Glas zu überführen, während die Temperatur in der zweiten Kammer geregelt wird; und

Durchfließenlassen eines Trägergases aus der ersten Kammer in die zweite Kammer, um den Oxiddampf des Additivs in der ersten Kammer während der Erhitzungsstufen in die zweite Kammer zu überführen;

wobei die Temperatur des ersten vorgegebenen Temperaturprofils zu jeder Zeit höher ist als die Temperatur des zweiten vorgegebenen Temperaturprofils zur gleichen Zeit.

2. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Glasfilms mit einem Additiv auf einem Substrat, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt;

Abscheiden von porösem SiO&sub2;-Glas mit dem Additiv auf dem Substrat;

Zuführen eines Gases der Additivverbindung in eine erste Reaktionskammer;

Erhitzen des zugeführten Gases der Additivverbindung in der ersten Reaktionskammer, während die Temperatur in der ersten Reaktionskammer gemäß einem ersten vorgegebenen Temperaturprofil geregelt wird;

Erhitzen des in einer zweiten Reaktionskammer, die mit der ersten Reaktionskammer verbunden ist, befindlichen Substrats, um das abgeschiedene poröse Glas in transparentes Glas zu überführen, während die Temperatur in der zweiten Reaktionskammer gemäß einem zweiten Temperaturprofil geregelt wird; und

Durchfließenlassen eines Trägergases aus der ersten Reaktionskammer in die zweite Reaktionskammer, um das in der ersten Reaktionskammer erzeugte Additivoxid während der Erhitzungsstufen in die zweite Kammer zu überführen;

wobei die Temperatur des ersten vorgegebenen Temperaturprofus zu jeder Zeit höher ist als die Temperatur des zweiten vorgegebenen Temperaturprof ils zur gleichen Zeit.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Quarzglas-Substrat oder ein Silicium-Substrat ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxiddampf mindestens eine der Verbindungen GeOx, POx und BOx umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ersten vorgegebenen Temperaturprofils zu jeder Zeit nur eine vorgegebene Temperatur hoher ist als die Temperatur des zweiten vorgegebenen Temperaturprofils zur gleichen Zeit.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxiddampf des zweiten Additivs durch Oxidation eines Dampfes aus einem Chlorid des zweiten Additivs mit O&sub2; erzeugt wird.