DE4003676A1 - Verfahren zur erzeugung einer gitterstruktur mit phasensprung - Google Patents

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird durch im Patentanspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

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.

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).

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.

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.

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.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Be­ schreibung am Beispiel von Polyvinylalkohol näher erläutert.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Das Gitter G kann beispielsweise durch reaktives Ionenätzen in das Substrats S übertragen werden und zur Herstellung von DFB- Lasern dienen.

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,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine aus einem Kunststoffmaterial bestehende Hilfs­ schicht (HMs) verwendet wird.

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.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein wasserlösliches Kunst­ stoffmaterial verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial ein Polyvinylalkohol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Photoresistschicht ein Positiv-Photoresist verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Photoresistschicht (PL) ein Negativ-Photoresist ver­ wendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht (Ms) Titan verwendet wird.