DE4003676A1 - Producing surface grid structure with phase change for DFB-laser - uses soluble plastic auxiliary layer in process step requiring no etching - Google Patents

Producing surface grid structure with phase change for DFB-laser - uses soluble plastic auxiliary layer in process step requiring no etching

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Abstract

A positive photoresist is applied to a substrate surface and a phase jump-free grid structure produced. A plastic auxiliary layer is then applied, and a second photoresist layer applied. Part of this is removed, and the bare plastic layer is removed. A metal layer is applied, and the photoresist of the bore resist mask and the metal layer over it removed. The remaining part forms the grid with phase jump. The second to photoresist layer is pref. a negative photoresist. Pref. the plastic is water soluble, e.g. a polyvinyl alcohol. Titanium may be used for the metal layer. ADVANTAGE - Only one metal-active etchant needed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Gitterstruktur mit Phasensprung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und wie es aus der DE 36 32 999 A1 (GR 86 P 1687 DE) bekannt ist.The invention relates to a method for generating a Lattice structure with phase shift according to the generic term of Claim 1 and how it from DE 36 32 999 A1 (GR 86 P 1687 DE) is known.

Bei dem bekannten Verfahren besteht die Hilfsschicht aus einem Metall, das gegenüber dem Material der Metallschicht selektiv ätzbar sein muß. Beispielsweise besteht diese Schicht aus Gold und die Metallschicht aus Titan. Als Ätzmittel zum teilweisen Entfernen der Hilfsschicht kann in diesem Fall eine Ätzlösung aus KI, J2 und H2O verwendet werden, die in Bezug auf Titan selektiv wirkt, d. h. das Gold, nicht aber das Titan angreift.In the known method, the auxiliary layer consists of a metal which must be selectively etchable compared to the material of the metal layer. For example, this layer consists of gold and the metal layer of titanium. In this case, an etching solution made of KI, J 2 and H 2 O can be used as the etchant for partially removing the auxiliary layer, said etching solution being selective with respect to titanium, ie attacking the gold but not the titanium.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dahingehend zu verbessern, daß Hilfsschicht und Metallschicht mit nur einem metallangreifenden Ätzmittel ent­ fernt werden können.The object of the invention is the method of ge mentioned kind to improve that auxiliary layer and Ent metal layer with only a metal attacking etchant ent can be removed.

Diese Aufgabe wird durch im Patentanspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst.This object is by Merk specified in claim 1 times solved.

Das erfindunsgsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Hilfsschicht mit einem Lösungsmittel für Kunststoff entfernt werden kann, das Metall nicht ätzt, wobei aus der Vielzahl der möglichen Kunststoffe und der zu deren Auflösung geeigneten Lösungsmittel eine große Anzahl von solchen Stoffen ausgewählt werden kann, bei denen sowohl der Kunststoff als auch das dazugehörige Lösungsmittel den entwickelten Photoresist der ersten Photoresistschicht unversehrt läßt und der Kunststoff weder vom Photoresist der zweiten Photoresistschicht noch vom Entwickler dieses Resists beeinflußt wird. Darüber hinaus können Kunststoffe ausgewählt werden, die aufgeschleudert werden können, so daß die Hilfsschicht sehr einfach durch Aufschleudern und Trocknen hergestellt werden kann.The method according to the invention has the advantage that the Auxiliary layer removed with a solvent for plastic can not be etched, the metal from the large number of possible plastics and those suitable for their dissolution Solvents selected a large number of such substances can be where both the plastic and the associated solvent the developed photoresist leaves the first layer of photoresist intact and the plastic neither from the photoresist of the second photoresist layer nor from Developer of this resist is influenced. Furthermore plastics can be selected that spin-coated can be, so that the auxiliary layer through very easily  Spin-drying and drying can be produced.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auch darin, daß Kunststoffe ausgewählt werden können, deren Lösezeit in einem Lösemittel durch den einstellbaren Polymerisationsgrad festgelegt werden kann, wodurch eine flexible Anpassung der Lösezeit an die Gegebenheiten möglich ist. Demgemäß wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindunsgemäßen Ver­ fahrens ein Kunststoff verwendet, dessen Polymerisationsgrad und davon abhängige Lösezeit in einem Lösemittel einstell­ bar sind (Anspruch 2).An advantage of the method according to the invention is also that that plastics can be selected, the dissolution time in a solvent due to the adjustable degree of polymerization can be set, allowing flexible adjustment of the Solving time to the circumstances is possible. Accordingly, at an advantageous embodiment of the invention driving a plastic used, the degree of polymerization and set the dependent dissolving time in a solvent are cash (claim 2).

Obgleich z. B. in organischen Lösungsmitteln lösbare Kunst­ stoffe durchaus geeignet sind, ist es vorteilhaft, wenn wasserlösliche Kunststoffe verwendet werden (Anspruch 3), die mit Wasser entfernt werden können.Although e.g. B. Art soluble in organic solvents fabrics are quite suitable, it is advantageous if water-soluble plastics are used (claim 3), the can be removed with water.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß Kunststoffe ausgewählt werden können, die sowohl die Merkmale des Anspruchs 2 als auch die Merkmale des Anspruchs 3 aufweisen.A particular advantage of the method according to the invention is to be seen in the fact that plastics can be selected that both the features of claim 2 and the features of Claim 3 have.

Ein besonders geeigneter Kunststoff dieser Art ist ein Poly­ vinylalkohol (PVA) (Anspruch 4). Dieser Kunststoff läßt vor­ teilhafterweise den für die Herstellung der gitterförmigen Photoresistmaske besonders günstigen und damit bevorzugt zu verwendenden Positiv-Photoresist der ersten Photoresistschicht unversehrt und wird weder von dem bevorzugt zu verwendenden Negativ-Photoresist der zweiten Photoresistschicht noch vom Entwickler dieses Negativ-Photoresists beeinflußt.A particularly suitable plastic of this type is a poly vinyl alcohol (PVA) (claim 4). This plastic leaves before partly the one for the production of the lattice-shaped Photoresist mask particularly favorable and therefore preferred to using positive photoresist of the first photoresist layer undamaged and is neither of the preferred to be used Negative photoresist of the second photoresist layer still from Developer of this negative photoresist affected.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Be­ schreibung am Beispiel von Polyvinylalkohol näher erläutert.The invention is based on the figures in the following Be spelling explained using the example of polyvinyl alcohol.

Die Fig. 1 bis 7 zeigen in einem Querschnitt durch das Substrat einzelne Verfahrensstufen, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen, wobei die Fig. 7 die zu erzielende Endstufe darstellt. Figs. 1 to 7 show in a cross-section through the substrate individual process steps that arise in carrying out the process according to the invention, with FIG. 7 which is to be achieved amplifier.

Die Fig. 1 zeigt die auf die Oberfläche O des Substrats S aufgebrachte gitterförmige Photoresistmaske M, die aus senk­ recht zur Zeichenebene und im Abstand voneinander verlaufenden Streifen St besteht. Diese Streifen St definieren Gitter­ linien der durch die Photoresistmaske M gegebenen Gitter­ konstanten a. Die Photoresistmaske M wird vorzugsweise durch holografische Belichtung und Entwickeln einer auf die Ober­ fläche O des Substrats S aufgebrachten ersten Photoresist­ schicht erzeugt, die vorzugsweise aus Positiv-Photoresist besteht, beispielsweise aus einem AZ-Resist oder dem Resist Shipley 1400. Fig. 1 shows the applied to the surface O of the substrate S lattice-shaped photoresist mask M, which consists of perpendicular to the drawing plane and spaced strips St. These strips St define grating lines of the grating constant a given by the photoresist mask M. The photoresist mask M is preferably produced by holographic exposure and development of a first photoresist layer applied to the upper surface O of the substrate S, which preferably consists of positive photoresist, for example an AZ resist or the Shipley 1400 resist.

Auf die Photoresistmaske M der in Fig. 1 dargestellten Aus­ gangsstufe wird die Hilfsschicht HMs aus einem Polyvinyl­ alkohol aufgeschleudert, die den Positiv-Photoresist der Streifen St unversehrt läßt. Nach dem Trocknen des Polyvinyl­ alkohls ist die in Fig. 2 dargestellte Verfahrensstufe ent­ standen. Die wasserlöslichen Polyvinylalkohole aus dem Mowiol®- Sortiment der Firma Hoechst (siehe Kunstharze Hoechst, Tech­ nisches Merkblatt ®Mowiol, Ausgabe Dezember 1982, GKM 3053 d/035) sind für die Hilfsschicht gut geeignet.On the photoresist mask M from the output stage shown in Fig. 1, the auxiliary layer HMs is spun from a polyvinyl alcohol, which leaves the positive photoresist of the strips St intact. After drying the polyvinyl alcohol, the process step shown in Fig. 2 was ent. The water-soluble polyvinyl alcohols from the Hoechst Mowiol® range (see Hoechst synthetic resins, technical data sheet ®Mowiol, December 1982 edition, GKM 3053 d / 035) are well suited for the auxiliary layer.

Auf die trockene Hilfsschicht HMs wird die zweite Photo­ resistschicht PL aufgeschleudert, die vorzugsweise aus einem Negativ-Photoresist, beispielsweise dem Resist N320 der Firma Merck besteht. Mit Hilfe einer Maskenbelichtung wird der Teil­ bereich T definiert, in dem die zweite Photoresistschicht PL von der Hilfsschicht HMs entfernt und damit diese Hilfs­ schicht HMs freigelegt wird. Nach darauf erfolgter Entwick­ lung des Negativ-Photoresists der zweiten Photoresistschicht PL ist die in Fig. 3 gezeigte Verfahrensstufe entstanden, bei welcher die Hilfsschicht HMs im Teilbereich T freiliegt. Die Hilfsschicht HMs aus Polyvinylalkohol wird weder vom Negativ- Photoresist noch vom Entwickler des Negativ-Photoresists be­ einflußt.The second photo resist layer PL, which preferably consists of a negative photoresist, for example the resist N320 from Merck, is spun onto the dry auxiliary layer HMs. With the aid of a mask exposure, the partial area T is defined in which the second photoresist layer PL is removed from the auxiliary layer HMs and thus this auxiliary layer HMs is exposed. After subsequent development of the negative photoresist of the second photoresist layer PL, the process step shown in FIG. 3 was created, in which the auxiliary layer HMs is exposed in the sub-area T. The auxiliary layer HMs made of polyvinyl alcohol is influenced neither by the negative photoresist nor by the developer of the negative photoresist.

Der freiliegende Teil der Hilfsschicht HMs wird danach in Wasser abgelöst, wodurch die in Fig. 4 dargestellte Ver­ fahrensstufe entsteht. Die Lösezeit der Hilfsschicht HMs aus Polyvinylalkohol in Wasser kann durch den Polymerisations­ grad des verwendeten Polyvinylalkohols variiert werden. Für eine gute Reproduzierbarkeit sollte die Lösezeit mindestens eine Minute betragen. Ein sehr geringer Polymerisationsgrad führt zu einer relativ starken Unterlösung der zweiten Photo­ resistschicht PL, die durch einen höheren Polymerisationsgrad verringert werden kann. Nach dem Ablösen der freiliegenden Hilfsschicht HMs liegt die ursprüngliche Photoresistmaske M im Teilbereich T wieder frei.The exposed part of the auxiliary layer HMs is then removed in water, whereby the process step shown in Fig. 4 arises. The dissolution time of the auxiliary layer HMs made of polyvinyl alcohol in water can be varied by the degree of polymerization of the polyvinyl alcohol used. The dissolution time should be at least one minute for good reproducibility. A very low degree of polymerization leads to a relatively strong undersolution of the second photoresist layer PL, which can be reduced by a higher degree of polymerization. After the exposed auxiliary layer HMs has been detached, the original photoresist mask M is again exposed in the partial region T.

Auf die in Fig. 4 dargestellte Verfahrensstufe wird die Metallschicht Ms aufgedampft, beispielsweise eine 10 nm dicke Schicht aus Titan. Im Teilbereich T besteht diese Metall­ schicht Ms aus Metallstreifen Ms1, die auf den Photoresist­ streifen St aufgebracht sind, und aus dazwischenliegenden Metallstreifen Ms2, die unmittelbar auf der Oberfläche O des Substrats S aufliegen. Die zweite Photoresistschicht PL wird von der Metallschicht Ms ganzflächig bedeckt. Die nach dem Bedampfen erhaltene Verfahrensstufe ist in der Fig. 5 dar­ gestellt.The metal layer is evaporated onto the Ms shown in FIG. 4 process stage, for example, a 10 nm thick layer of titanium. In the partial area T, this metal layer Ms consists of metal strips Ms 1 , which are applied to the photoresist strip St, and metal strips Ms 2 , which lie directly on the surface O of the substrate S, between them. The second photoresist layer PL is covered over the entire area by the metal layer Ms. The process stage obtained after vapor deposition is shown in FIG. 5.

Danach werden im Teilbereich T die Photoresiststreifen St zusammen mit den darauf liegenden Metallstreifen Ms1 entfernt, so daß nur noch die unmittelbar auf der Oberfläche O des Sub­ strats S liegenden Metallstreifen Ms2 übrigbleiben. Das Ent­ fernen der Photolackstreifen St kann mit einem Lösungsmittel erfolgen, das so auszuwählen ist, daß es die Hilfsschicht Ms nicht angreift. Ein dafür geeignetes Lösungsmittel ist Aceton. Dimethylformamid, das beim Entfernen der Photoresiststreifen St unkritisch funktionieren würde, ist nicht geeignet, da dieses Lösungsmittel auch die Hilfsschicht HMs aus Polyvinyl­ alkohol lösen würde. Beim Entfernen der Photoresiststreifen St mit Aceton ist eine steile oder überhängende Flanke der Photo­ resistmaske erforderlich. Nach dem Entfernen der Photoresist­ streifen St im Teilbereich T ist die in Fig. 6 gezeigte Verfahrensstufe entstanden. Thereafter, the photoresist strips St are removed together with the metal strips Ms 1 lying thereon in the partial region T, so that only the metal strips Ms 2 lying directly on the surface O of the substrate S remain. The removal of the photoresist strips St can be carried out with a solvent which is to be selected such that it does not attack the auxiliary layer Ms. A suitable solvent is acetone. Dimethylformamide, which would function uncritically when removing the photoresist strips St, is not suitable, since this solvent would also dissolve the auxiliary layer HMs made of polyvinyl alcohol. When removing the photoresist strips St with acetone, a steep or overhanging flank of the photo resist mask is required. After the photoresist strips St have been removed in the partial region T, the process stage shown in FIG. 6 has arisen.

Der verbliebene Teil der Photoresistmaske M kann danach wieder freigelegt werden, indem die Hilfsschicht HMs aus Polyvinylal­ kohol und mit dieser Schicht HMs die verbliebene zweite Photo- resistschicht PL und die darauf befindlichen Metallschicht Ms in Wasser abgelöst werden. Nach diesem Schritt ist die End­ stufe mit dem gewünschten Gitter G entstanden, das durch die Photoresiststreifen St und die Metallstreifen Ms2 definiert ist und den Phasensprung P aufweist.The remaining part of the photoresist mask M can then be exposed again by detaching the auxiliary layer HMs made of polyvinyl alcohol and with this layer HMs the remaining second photoresist layer PL and the metal layer Ms thereon in water. After this step, the final stage was created with the desired grating G, which is defined by the photoresist strips St and the metal strips Ms 2 and has the phase shift P.

Das Gitter G kann beispielsweise durch reaktives Ionenätzen in das Substrats S übertragen werden und zur Herstellung von DFB- Lasern dienen.The grid G can be formed, for example, by reactive ion etching the substrate S are transferred and for the production of DFB Serve lasers.

Claims (8)

1. Verfahren zur Erzeugung einer Gitterstruktur (G) mit Phasensprung (P) auf der Oberfläche (O) eines Substrats (S), wobei
  • - auf die Oberfläche (O) eine erste Photoresistschicht aus nur einer Art Photoresist (Positiv-Photoresist) aufgebracht wird,
  • - die aufgebrachte erste Photoresistschicht mit einer phasen­ sprungfreien Gitterstruktur belichtet und entwickelt wird, wonach eine Photolackmaske (M) in Form einer phasensprung­ freien Gitterstruktur entsteht,
  • - auf die Photolackmaske (M) eine Hilfsschicht (HM) aus einem bestimmten Material aufgebracht wird,
  • - auf die Hilfsschicht (HMs) eine zweite Photoresistschicht (PL) aufgebracht wird,
  • - die zweite Photoresistschicht (PL) teilweise entfernt wird, so daß ein von dieser zweiten Photoresistschicht (PL) freier Teilbereich (T) der Hilfsschicht (HMs) entsteht,
  • - die Hilfsschicht (HMs) in dem freien Teilbereich (T) ent­ fernt wird, so daß in diesem Teilbereich (T) die Photore­ sistschicht (M) freigelegt wird,
  • - zumindest auf die freigelegte Photoresistmaske (M) eine Metallschicht (Ms) aufgebracht wird,
  • - der Photoresist der freigelegten Photoresistmaske (M) zu­ sammen mit dem darauf befindlichen Teil (Ms1) der Metall­ schicht (Ms) entfernt und der unmittelbar auf die Ober­ fläche (O) des Substrats (S) aufgebrachte Teil (Ms2) dieser Metallschicht (Ms) belassen wird, und
  • - der auf der Oberfläche (O) belassene Teil (Ms2) der Metall­ schicht (Ms) und der unter der verbliebenen zweiten Photo­ resistschicht (PL) belassene Teil der Photoresistmaske (M) zusammen die Gitterstruktur (G) mit Phasensprung (P) bilden,
1. A method for producing a lattice structure (G) with phase shift (P) on the surface (O) of a substrate (S), wherein
  • a first photoresist layer composed of only one type of photoresist (positive photoresist) is applied to the surface (O),
  • the applied first photoresist layer is exposed and developed with a phase-free lattice structure, after which a photoresist mask (M) is formed in the form of a phase-change-free lattice structure,
  • an auxiliary layer (HM) made of a certain material is applied to the photoresist mask (M),
  • a second photoresist layer (PL) is applied to the auxiliary layer (HMs),
  • the second photoresist layer (PL) is partially removed, so that a partial area (T) of the auxiliary layer (HMs) is formed which is free of this second photoresist layer (PL),
  • - The auxiliary layer (HMs) in the free portion (T) is removed, so that the photoresist layer (M) is exposed in this portion (T),
  • a metal layer (Ms) is applied at least to the exposed photoresist mask (M),
  • - The photoresist of the exposed photoresist mask (M) together with the part (Ms 1 ) of the metal layer (Ms) removed thereon and the part (Ms 2 ) of this metal layer applied directly to the upper surface (O) of the substrate (S) (Ms) is left, and
  • - The part (Ms 2 ) of the metal layer (Ms) left on the surface (O) and the part of the photoresist mask (M) left under the remaining second photoresist layer (PL) together form the lattice structure (G) with phase shift (P) ,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
  • - daß eine aus einem Kunststoffmaterial bestehende Hilfs­ schicht (HMs) verwendet wird.- That an auxiliary consisting of a plastic material layer (HMs) is used.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Kunststoffmaterial verwendet wird, bei dem ein Polymerisationsgrad und eine davon abhängige Lösezeit zur Auflösung des Kunststoffmaterials in einem Lösungsmittel einstellbar sind.2. The method according to claim 1, characterized records that a plastic material is used in which a degree of polymerization and one dependent on it Dissolving time for dissolving the plastic material in one Solvents are adjustable. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein wasserlösliches Kunst­ stoffmaterial verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized ge features a water soluble art material is used. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial ein Polyvinylalkohol verwendet wird.4. The method according to claim 2 and 3, characterized ge indicates that as a plastic material Polyvinyl alcohol is used. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Photoresistschicht ein Positiv-Photoresist verwendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the first photoresist layer uses a positive photoresist becomes. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Photoresistschicht (PL) ein Negativ-Photoresist ver­ wendet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the second photoresist layer (PL) a negative photoresist ver is applied. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht (Ms) Titan verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the Metal layer (Ms) titanium is used.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4322163A1 (en) * 1993-07-03 1995-01-12 Ant Nachrichtentech Optoelectronic component based on DFB or DBR grating with quasi-continuously axially distributable refractive index variation, with axially arbitrarily distributable and variable phase shift, as well as with axially quasi-continuously variable grating coupling coefficient
DE4322164A1 (en) * 1993-07-03 1995-01-12 Ant Nachrichtentech Optoelectronic component with feedback grating, with axially quasi-continuous and almost arbitrarily variable grating coupling coefficients, with quasi-continuously axially distributable refractive index variation, and with axially almost arbitrarily distributable and variable phase shift

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