DD277455A1 - DIFFUSION MASK FOR ION EXCHANGE IN GLASS - Google Patents

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DD277455A1
DD277455A1 DD32239288A DD32239288A DD277455A1 DD 277455 A1 DD277455 A1 DD 277455A1 DD 32239288 A DD32239288 A DD 32239288A DD 32239288 A DD32239288 A DD 32239288A DD 277455 A1 DD277455 A1 DD 277455A1
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DD
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glass
chromium
ion exchange
etching
diffusion
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DD32239288A
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Gerd Schreiter
Torsten Possner
Antje Wiegand
Albrecht Lerm
Original Assignee
Univ Schiller Jena
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Diffusionsmaske fuer den Ionenaustausch in Glas. Derartige Masken werden zur Herstellung planarer Wellenleiterstrukturen benoetigt. Die Erfindung betrifft eine Ausfuehrung, die zur Anwendung in wenig saeureresistentem Glas vorgesehen ist. Sie besteht aus einer auf ein auf 200 bis 250 vorgeheiztes Glassubstrat aufgebrachten Schicht, die aus etwa gleichen Anteilen von Chrom und Nickel besteht und eine Dicke von 100 bis 300 nm aufweist.The invention relates to a diffusion mask for ion exchange in glass. Such masks are needed to fabricate planar waveguide structures. The invention relates to an embodiment which is intended for use in less acid resistant glass. It consists of a layer applied to a glass substrate preheated to 200 to 250, which consists of approximately equal proportions of chromium and nickel and has a thickness of 100 to 300 nm.

Description

Anschließend gelangt das Glassubstrat durch Drehung des Probentellers über das Sputtertarget. Als Targetmaterial wird eine Ni-Cr-Legierujig mit einem Chromanteil von etwa 60% verwendet. Durch Sputtern wird jetzt auf die Glasoberfläche eine Ni-Cr-Schicht von etwa 250 nm Dicke aufgebracht.Subsequently, the glass substrate passes through the sputtering target by rotation of the sample tray. As the target material, a Ni-Cr alloy having a chromium content of about 60% is used. By sputtering is now applied to the glass surface, a Ni-Cr layer of about 250 nm thickness.

2. Fotolithografische Strukturierung2. Photolithographic structuring

Auf die Ni-Cr-Schicht wird Positivresist aufgescUeudert. Diese Fotolackschicht wird durch eine Fotomaske hindurch belichtet und anschließend entwicke't.Positive resist is recorded on the Ni-Cr layer. This photoresist layer is exposed through a photomask and then Entwicke't.

3. Naßchemisches Ätzen3. wet chemical etching

Das Glassubstrat mit Metallschicht und aufgebrachter Lackstruktur wird etwa 150s einem Ätzbad folgender Zusammensetzung ausgesetzt:The glass substrate with metal layer and applied lacquer structure is exposed for about 150 seconds to an etching bath of the following composition:

165mg Ammoniumcer-IV-nitrat 43ml Perchlorsäure (70%ig)165mg Ammoniumcer-IV-nitrate 43ml perchloric acid (70%)

(Werte beziehen sich auf 11 Prozeßlösung).(Values refer to 11 process solution).

Bei diesem Ätzprozeß werden die nicht mit Fotolack bedeckten Teile der Metallschicht bis auf die Glasoberfläche abgeätzt. Ein Angriff der Glasoberfläche erfolgt nur noch mit einer Ätzrate von 0,3 μηη/min gegenüber (3 bis 4)Mm/min bei der Verwendung von Aluminium- und Titanmasken. Dieser schwache Glasangriff hat keine Auswirkungen mehr auf die Eigenschaften der hergestellten WellenleiterIn this etching process, the non-photoresist-covered parts of the metal layer are etched to the glass surface. An attack of the glass surface takes place only with an etch rate of 0.3 μηη / min against (3 to 4) Mm / min when using aluminum and titanium masks. This weak glass attack no longer affects the properties of the manufactured waveguides

Abschließend erfolgt mittels Aceton und Äthanol die Ablösung des auf der Metallschicht verbliebenen Fotolackes. Finally, by means of acetone and ethanol, the detachment of the remaining on the metal layer photoresist.

Claims (1)

DiffusiorTsmaske zur Anwendung beim Ionenaustausch in wenig säureresistentem Glas, bestehend aus einer auf ein auf (200 bis 25O)0C vorgeheiztes Glassubstrat aufgebrachten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus etwa gleichen Anteilen von Chrom und Nickel besteht und eine Dicke von (100 bis 300)nm aufweist.Diffusion mask for use in ion exchange in low-acid resistant glass, consisting of a layer applied to a glass substrate preheated to (200 to 25) 0 C, characterized in that it consists of approximately equal proportions of chromium and nickel and has a thickness of (100 to 300 ) nm. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine metallische Diffusionsmaske für den Ionenaustausch in Glas zur Herstellung von planaren Welleiileiterstrukturen. Derartige Diffusionsmasken werden auf die Glasoberfläche aufgebracht, so daß beim Kontakt der Glasoberfläche mit einer Metallionen enthaltenden Schmelze ein Ionenaustausch zwischen den Netzwerkwandlerionen des Glases und den Metallionen der Schmelze nur durch die Fenster der Diffusionsmaske erfolgen kann. Durch den Ionenaustausch werden wellenleitende Strukturen im Glas erzeugt.The invention relates to a metallic diffusion mask for ion exchange in glass for the production of planar waveguide structures. Such diffusion masks are applied to the glass surface so that upon contact of the glass surface with a melt containing metal ions, ion exchange between the network transducer ions of the glass and the metal ions of the melt can only occur through the windows of the diffusion mask. The ion exchange generates waveguiding structures in the glass. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Für den Ionenaustausch in Glas wurden bisher Diffusionsmasken aus Titan, Aluminium und Chrom verwendet (Applied Optics, vol. 23, No. 11, June 1,1984, pp. 1745-1748; Electronics Letters, vol. 22, No. 17,14th August, pp. 925-926; Weiß, Th., Diplomarbeit, FSU Jena, 1984).For ion exchange in glass, diffusion masks of titanium, aluminum and chromium have hitherto been used (Applied Optics, Vol. 23, No. 11, June 1,1984, pp. 1745-1748; Electronics Letters, vol. 22, No. 17,14th August, pp. 925-926; Weiß, Th., Diploma thesis, FSU Jena, 1984). Bei der Herstellung von Diffusionsmasken wird eine auf ein Glassubstrat aufgebrachte Metallschicht mit einer Fotolackstrukturbedeckt und anschließend einem Ätzbad ausgesetzt. Dabei werden die nicht mit Fotolack bedeckten Stellen der Metallschicht abgeätzt. Bei der Verwendung von Titan und Aluminium als Maskenmaterial sind zum naßchemischen Ätzen der Metallschichten stark saure Ätzbäder notwendig. Diese Ätzbäder führen jedoch auch zu einer Anätzung der Glasoberfläche ar. den Stellen, an denen vorher die Metallschicht abgeätzt wurde. Angeätzte Glasoberflächen führen bei den durch Ionenaustausch hergestellten Wellenleitern zu erheblichen Transmissionsverlusten.In the production of diffusion masks, a metal layer applied to a glass substrate is covered with a photoresist structure and then exposed to an etching bath. The areas of the metal layer not covered with photoresist are etched away. When using titanium and aluminum as the mask material, strongly acidic etching baths are necessary for the wet-chemical etching of the metal layers. However, these etching baths also lead to an etching of the glass surface ar. the places where the metal layer was previously etched. Etched glass surfaces lead to considerable transmission losses in the waveguides produced by ion exchange. Um die Ätzung der Glasoberfläche zu verhindern, wurde deshalb Chrom als Maskenmateria* verwendet. Chrom läßt sich mit einem weniger sauren Ätzbad naßchemisch behandeln. Bei Verwendung dieses Chromätzbades wurde der Glasangriff stark reduziert, so daß er keinen Einfluß mehr auf die Eigenschaften der Wellenleiter hat. Während des lonenaustausches erfolgt jedoch eine Eindiffusion von Chromionen dar Diffusionsmaske in die Glasoberfläche, was zu einer Veränderung des Brechzahlprofils und somit zu erhöhten Transmissionsverlusten der hergestellten Wellenleiter führt.In order to prevent the etching of the glass surface, chromium was therefore used as mask material *. Chromium can be treated wet-chemically with a less acidic etching bath. Using this chromium etching bath, the glass attack was greatly reduced, so that it no longer has any influence on the properties of the waveguides. During the ion exchange, however, an inward diffusion of chromium ions over the diffusion mask takes place in the glass surface, which leads to a change in the refractive index profile and thus to increased transmission losses of the waveguides produced. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, Qualitätsverluste bei der Herstellung von wellenleitenden Strukturen zu vermeiden, die durch Anätzen der Glasoberfläche oder Eindiffusion des Maskenmaterials verursacht werden.The aim of the invention is to avoid quality losses in the production of waveguiding structures, which are caused by etching of the glass surface or indiffusion of the mask material. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Material für Diffusionsmasken für den Ionenaustausch in Glas zu entwickeln, das sich mit einem Ätzbad naßchemisch ätzen läßt, welches die Glasoberfläche nicht oder nur wenig angreift, und das während des lonenaustauschprozesses nicht in die Glasoberfläche eindiffundiert. Diese Aufgabe wird durch eine Diffusionsmaske zur Anwendung beim Ionenaustausch in wenig säureresistentem Glas, bestehend aus einer auf ein auf (200 bis 250)°C vorgeheiztes Glassubstrat aufgebrachten Schicht, dadurch gelöst, daß diese aus etwa gleichen Anteilen von Chrom und Nickel besteht und eine Dicke von (100 bis 300)nm aufweist.The invention has for its object to develop a material for diffusion masks for ion exchange in glass, which can etch wet etching with an etching, which does not or only slightly attacks the glass surface, and does not diffuse into the glass surface during the ion exchange process. This object is achieved by a diffusion mask for use in ion exchange in low-acid resistant glass, consisting of a layer applied to a glass substrate preheated to (200 to 250) ° C, in that it consists of approximately equal proportions of chromium and nickel and a thickness of (100 to 300) nm. Wesentlich ist also, daß die auf das Glassubstrat aufgebrachte Metallschicht etwa zu gleichen Teilen aus Chrom und Nickel besteht. Diese Schicht kann einerseits mittels eines Chromätzbades naßchemisch behandelt werden, ohne daß gleichzeitig ein starker Angriff der Glasoberfläche auftritt.It is therefore essential that the metal layer applied to the glass substrate consists of approximately equal parts of chromium and nickel. On the one hand, this layer can be wet-chemically treated by means of a chromium etching bath, without a strong attack of the glass surface occurring at the same time. verhindert, so daß die Eigenschaften der hergestellten Wellenleiter nicht mehr durch das Maskenmaterial beeinflußt werden. Bei einem deutlich höheren Anteil von Nickel als Chrom in der Metallschicht kann diese jedoch nicht mehr mit Chromätzbad behandelt worden, was wiederum zu starkem Glasangriff führt.prevented, so that the properties of the produced waveguides are no longer affected by the mask material. With a significantly higher proportion of nickel than chromium in the metal layer, however, this can no longer be treated with a chromium etching bath, which in turn leads to severe glass attack. Ausführungsbeispielembodiment Dio Erfindung soll anhand eines Ausführungsboispiels für die Herstellung uiner Diffusionsmaske erläutert werden. Dio Maskonherstellung orfolgt nach folgenden technologischen Schritten:The invention will be explained with reference to an exemplary embodiment for the production of a diffusion mask. Dio Maskonherstellung follows the following technological steps: 1. Sputtern1. sputtering Das Aufbringen dor NiCr-Schicht auf ein Glassubstrat erfolgt mittels DC-Plasmatronsputtern. Hierbei ist das zu beschichtende Glassubstrat auf einem drohbnron Probenteller im Rezipienten der Sputteranlage angebracht. In der ersten Stellung des Probentellers befindet sich das Glassubstrat untor oinor Wolframlampe, die das Glas auf etwa (200 bis 25O0C) erhitzt.The application of the NiCr layer on a glass substrate by means of DC Plasmatron sputtering. Here, the glass substrate to be coated is mounted on a drohbnron sample tray in the recipient of the sputtering. In the first position of the sample tray is the glass substrate untor oinor tungsten lamp, which heats the glass to about (200 to 25O 0 C).
DD32239288A 1988-11-30 1988-11-30 DIFFUSION MASK FOR ION EXCHANGE IN GLASS DD277455A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4018399A1 (en) * 1990-06-08 1991-12-19 Leybold Ag METHOD FOR COATING A SUBSTRATE, ESPECIALLY A GLASS DISC, IN ORDER TO ACHIEVE OPACITY, AND METHOD COATED SUBSTRATE

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4018399A1 (en) * 1990-06-08 1991-12-19 Leybold Ag METHOD FOR COATING A SUBSTRATE, ESPECIALLY A GLASS DISC, IN ORDER TO ACHIEVE OPACITY, AND METHOD COATED SUBSTRATE

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