DE60128400T2

DE60128400T2 - In ganzes Polymerverfahren kompatibles optisches Polymermaterial

Info

Publication number: DE60128400T2
Application number: DE60128400T
Authority: DE
Inventors: Julie A Hickory CHALK; Paul J Elmira SHUSTACK; Jiango WANG (John), Horsehead
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: WO2002036647A3; AU2002213079A1; US6503421B1; EP1366097B1; DE60128400D1; WO2002036647A2; EP1366097A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Polymersystem auf Basis von fluoriertem Maleinimid mit geringem optischem Verlust, das hoch Quervernetzt und vollständig Polymerverfahrenskompatibel ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Polymere und Singlemode- oder Multimode-Polymerwellenleiterstrukturen, die durch Photolithographie, Heißprägen oder UV-Aushärten der Materialien hergestellt sind.
Beschreibung des betreffenden Standes der Technik
Die Mikroelektronik- und Optikindustrien vertrauen auf hunderte von Polymermaterialien. Polymermaterial spielt derzeit eine wichtige Rolle beispielsweise bei Beschichtungsmaterialien für photonische Vorrichtungen und bei elektro-optischen Vorrichtungen.
Die Übertragung im Internet mit hoher Geschwindigkeit und hoher Kapazität ermöglicht es jedermann, mit der Welt allein mittels seiner Finger zu kommunizieren. Mit dem explosionsartig angestiegenen Bedarf an Informationsaustausch besteht auch eine ungeheure Marktkraft, die all die Kommunikationseinheiten auf ihren geringst möglichen Preis drückt. Von der zukünftigen Datenautobahn wird erwartet, dass sie eine vollständig optische Verbindung aufgrund ihres großen Potentials zur Kostensenkung besitzt. Die Anwendung von Polymerverbindungen in der mikrooptischen Industrie hat eine große Aufmerksamkeit aufgrund eines signifikanten Potentials zur Kostenersparnis aus verschiedenen geeigneten Polymerverfahren auf sich gezogen. Die Massenproduktion von Polymerbestandteilen aus mikro-photolithographischen Verfahren und Mikro-Heißprägeverfahren sind einige wenige Gebiete, die angegangen werden müssen. Bisher wurden viele Polymer-basierte, optische Vorrichtungen gezeigt, wie beispielsweise einem Wellenleiter aus Polymer, einem optischen Koppler aus Polymer, einem optischen Leistungsgteiler aus Polymer, einem Wellenlängenschalter aus Polymer, einem Bragg-Filter aus Polymer, einem thermo-optischen Abschwächer und planare Verstärker aus Polymer, usw. Siehe beispielsweise Brauer et a., „Polymer for Passive and Switsching Waveguide Components for Optical Communication" SPIE Critical Reviews, Band CR63 (1996) und Elada et al., „Next Generation Polymer Photonic Devices in Sol-Gel and Polymer Photonic Devices" SPIE Critical Reviews, Band CR68 (1997). Aus dem Gesichtspunkt des Materials und des Verfahrens gibt es jedoch verschiedene Punkte, die das Polymermaterial, das verwendet werden kann, beschränkt. Einer ist der relativ hohe optische Verlust im nahen IR-Bereich aufgrund der C-H-Oberton-Absorption. Das zweite Problem ist die thermische und Umgebungs-Stabilität der Polymere verglichen mit den bestehenden, preisgünstigen anorganisch-basierten Silikatmaterialien. Das Polymermikroherstellungsverfahren selbst beschränkt deutlich die Auswahl von optischen Polymeren. Zum Beispiel beschränkt auch das Photolithographieverfahren die Auswahl von Polymeren auf in organischen Lösungsmitteln oder anorganischen Lösungsmitteln lösliche Koholenwasserstoffphotoresists. Dies erzeugt ein Problem des optischen Verlusts. Das Heißprägeverfahren ist lediglich auf thermoplastische Polymere anwendbar. Dies erzeugt ein Problem der thermischen Stabilität aus dem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE).
Das Mikrolithographieverfahren, ein leistungsfähiges Verfahren, um Millionen von Computerchips herzustellen, ist das „Arbeitspferd" der derzeitigen Mikroelektronikindustrie. Auf der Suche nach den Vorteilen eines Polymermikroherstellungsverfahrens in der optischen Kommunikationsindustrie könnte ein Photoresist mit geringem optischen Verlust eine der geschicktesten Wahlen für die Herstellung von mikro-optischen Bestandteilen sein, da die gleiche Herstellungslinie in der Halbleiterindustrie direkt angewandt werden könnte. Logischerweise ist es leicht zu verstehen, dass ein quervernetzbares negatives Photoresist ein besserer Kandidat sein muss aufgrund einer guten thermischen Stabilität im Gegensatz zu vielen linearen positiven Photoresistharzen. Das Problem ist, dass die meisten organischen Photoresists Kohlenwasserstoffpolymere sind, die einen sehr hohen optischen Verlust besitzen. Auf der anderen Seite mögen fluorierte Photoresists einen geringeren optischen Verlust besitzen, sind jedoch in üblichen organischen Lösungsmitteln kaum löslich und müssen in überkritischem Kohlendioxid verarbeitet werden. Kürzlich haben Hult et al. in „Low-Loss Passive Optical Waveguides Based on Photosensitive Poly(pentafluorostyrene-co-glycidyl methacrylate)", Macromolecules, Band 32, Seiten 2903 (1999) ein Fluorenthaltendes Copolymer, Poly-(pentafluorstyrol-co-glycidylmethacrylat), entwickelt, um die optischen Wellenleiter mit geringem Verlust basierend auf der photosensitiven Reaktion zu entwickeln. Diese Polymerwellenleiter besitzen einen höheren Brechungsindex (~1,48 bei 1550 nm) als Siliziumoxid (1,44 bei 1550 nm) und eine geringe Glasübergangstemperatur (< 100°C) selbst nach der Quervernetzungsreaktion.
Ein alternatives Verfahren ist es, ein herkömmliches Plastikpolymerstrukturformungsverfahren, wie z.B. Heißprägen oder Spritzgießen, zu verwenden. Der inhärent höhere Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) von plastischen Polymeren (100–300 ppm) macht es fast unmöglich, die Erfordernisse von optischen Vorrichtungen zu erreichen. Es ist auch schwierig für diese Polymere, andere schwere Umwelttests zu bestehen, wie beispielsweise das Aussetzen gegenüber 85% relativer Luftfeuchtigkeit und 85°C.
Es besteht daher ein Bedarf an Polymermaterial, das einen geringen optischen Verlust, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und in der Lage ist, durch UV-Aushärten, Photolitographie und Heißprägen ebenso wie andere Polymerverfahren verarbeitet zu werden, um optische Vorrichtungen herzustellen.
Pitois et al, Macromolecules, 32, 2903–2909 (1999) offenbaren optische Wellenleiter mit geringem Verlust, die aus fluorierten Copolymeren hergestellt wurden, die entwickelt wurden, um photochemische Verstärkung aufgrund von Säurekatalyse zu integrieren. Für Wellenleiter mit Single-Mode-Kanal wurden Kern- und Ummantelungs- bzw. Mantelschichten aus der Poly(pentafluorstyrol-co-glycidylmethacrylat)-Copolymerserie hergestellt. Für Multi-Mode-Ridge-Wellenleiter wurde die Ummantelung aus Poly(tert-butylmethacrylat-co-glycidylmethacrylat) und der Kern aus Poly(pentafluorstyrol-co-glycidylmethacrylat) hergestellt.
El-Guweri et al, Macromolecular Chemistry and Physics, 198, 401–418 (1997) beschreiben die Herstellung von unterschiedlichen teilweise fluorierten Polymeren basierend auf substituierten N-Phenylmaleinimiden durch radikalische Copolymerisation. Insbesondere wurden annähernd alternierende Copolymere mit Vinylethern und Styrolderivaten hergestellt. Die Copolymere zeigten eine hohe Stabilität gegenüber thermischer Zersetzung im Vergleich zu herkömmlichen Vinyl- und Vinylidenpolymeren und hohe Glasübergangstemperaturen.
Die EP 0 488 489 A betrifft ein Mantelmaterial für optische Fasern, das ein Copolymer von 70 bis 99,8 Gew.-% eines Fluoralkylmethacrylats und 30 bis 0,2 Gew.-% eines N-aliphatischen Maleinimids umfasst. Das Mantelmaterial soll einen geringen Brechungsindex und eine hohe thermische Stabilität aufweisen.
Die WO 01/38411 A (nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht) betrifft ein Copolymer, das halogenierte N-Phenylmaleinimideinheiten oder halogenierte N-Phenylbismaleinimideinheiten und eine oder mehrere Sekundäreinheiten, ausgewählt aus halogenierten Acrylaten, halogenierten Styrolen, halogenierten Vinylethern, halogenierten Olefinen, halogenierten Vinylisocyanaten, halogenierten N-Vinylamiden, halogenierten Allylen, halogenierten Propenylethern, halogenierten Methacrylaten, halogenierten Maleaten, halogenierten Itaconaten und halogenierten Crotonaten. Die Copolymere sind dazu geeignet, optische Vorrichtungen auszubilden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Terpolymer bereit, enthaltend halogenierte N-Phenylmaleinimideinheiten oder Phenylbismaleinimideinheiten (I); eine oder mehrere zweite Einheit(en) bzw. Zweiteinheit(en) (II), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus halogenierten Acrylaten, halogenierten Styrolen, halogenierten Vinylethern, halogenierten Olefinen, halogenierten Vinylisocyanaten, halogenierten N-Vinylamiden, halogenierten Allylen, halogenierten Propenylethern, halogenierten Methacrylaten, halogenierten Maleaten, halogenierten Itaconaten, halogenierten Crotonaten und Verbindungen der Formel (IV), die nicht bereits in der oben aufgeführten Liste der zweiten Einheiten eingeschlossen sind:
wobei Z O, S, OC(O), SCN, NC(O), C(O)O, C(O)N, SC(O) oder halogeniertes Phenyl und R₆ Wasserstoff, Halogen, Alkyl oder halogeniertes Alkyl und R₇ ein Alkyl, halogeniertes Alkyl, Aryl oder halogeniertes Aryl ist; und eine oder mehrere dritte Einheit(en) bzw. Dritteinheit(en) (III), umfassend ein Monomer, enthaltend sowohl eine über freie Radikale polymerisierbare Gruppe als auch eine über kationische Ringöffnung polymerisierbare Gruppe. Dieses Terpolymer wird durch radikalische Polymerisation hergestellt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung auch die Verwendung des oben definierten Terpolymers in einem Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung bereit, das das Unterwerfen des Terpolymers gegenüber einem oder mehreren Polymerverfahrensschritten umfasst. Die Polymerverfahrensschritte sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mikro-Photolithographie, Mikro-Heißprägen, Mikro-Spritzgießen, Rotations-Formen, UV-Aushärten, Spritzgießen und Rotationsbeschichten.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine optische Vorrichtung bereit, die ein wie oben definiertes Terpolymer umfasst, wobei die optische Vorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Wellenleiter aus Polymer, einem optischen Leistungsteiler aus Polymer, einem optischen Multiplexer aus Polymer, einem optischen Demultiplexer aus Polymer, einem optischen Koppler aus Polymer, einem thermo-optischen Schalter aus Polymer, einem thermo-optischen Abschwächer aus Polymer, einem Bragg-Filter aus Polymer, einem Wirtsmaterial für einen Planaren Verstärker aus Polymer und einem Modulator aus Polymer.
Die Erfindung stellt daher Polymere bereit, die bei Verfahren zum Herstellen von optischen Vorrichtungen geeignet sind, die einen oder mehrere der Nachteile von derzeitig verwendeten Polymeren beheben, wie die oben beschriebenen. Sie stellt auch die Verwendung solcher Polymere zur Herstellung optischer Vorrichtungen bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist ein Diagramm (x-Achse = d(μm), y-Achse = effektiver Brechungsindes N_eff) von typischen theoretischen Kurven für T_E- und T_M-Moden für fluorinierte Maleinimidcopolymere, wobei N_Mantel = 1,433 und N_Kern, = 1,4445.
1B ist ein Diagramm (x-Achse = d(μm), y-Achse = effektiver Brechungsindes N_eff) von typischen theoretischen Kurven für T_E- und T_M-Moden für fluorinierte Maleinimidcopolymere, wobei N_Mantel = 1,433 und N_Kern = 1,440.
2 ist ein FTIR-Spektrum (x-Achse = Wellenlange (cm^–1), y-Achse = Absorption) von fluorinierten Maleinimidterpolymeren (Proben MIC#2, 5 und 7).
3A ist ein ¹H-NMR von fluoriniertem Maleinimidterpolymer (MIC#4), wobei die x-Achse die chemische Verschiebung in ppm angibt.
3B ist ein ¹³C-NMR-DEPT-Spektrum, wobei die x-Achse die chemische Verschiebung in ppm angibt.
3C ist ein quantitatives ¹³C-NMR-Spektrum, wobei die x-Achse die chemische Verschiebung in ppm angibt.
4 ist ein FTIR-Spektrum (x-Achse ist die Wellenlänge (cm^–1), y-Achse ist die Absorption) der Terpolymerprobe MIC#4 mit unterschiedlichen Nachbrennzeiten bei 150°C.
5 ist ein Diagramm von Aushärtraten des Terpolymers MIC#4 bei unterschiedlichen Nachbrenn-Temperaturen, wobei die x-Achse die Nachbrennzeit in Minuten und die y-Achse die Epoxygruppenumwandlung in Prozent (%) ist.
6 ist ein Diagramm von DSC-Kurven des Terpolymers MIC#4, das bei 150 Grad über unterschiedliche Zeiträume nachgebrannt wurde, wobei die x-Achse die Temperatur in °C und die y-Achse ENDO angeben (ENDO bedeutet „endotherm" in Mikrowatt (μW)).
7 ist ein Diagramm der maximalen Glasübergangstemperatur von Terpolymer MIC#4, das zu unterschiedlichen Graden quervernetzt ist, wobei die x-Achse die Epoxygruppenumwandlung in Prozent (%) und die y-Achse die Glasübergangstemperatur [Tg_max(°C)] angeben.
8 ist ein Diagramm des Brechungsindex eines quervernetzten Terpolymers gemäß der Erfindung; die x-Achse ist der Vernetzungsgrad in Prozent (%) und die y-Achse der Brechungsindex.
9 ist ein Diagramm der Empfindlichkeitskurfe des fluorierten Maleinimidterpolymerresists MIC#2; die x-Achse ist die UV-Dosis in mJ/cm² und die y-Achse die Dicke nach der Entwicklung in Prozent (%).
10 ist ein Photomikrograph eines unterentwickelten Photoresists eines geraden Wellenleiters.
11 ist ein Photomikrograph, der ein 3D-Oberflächenprofil eines geraden Wellenleiters zeigt, der aus fluoriertem Maleinimidterpolymer durch ein photolithographisches Verfahren hergestellt wurde.
12 ist ein Photomikrograph, der ein 3D-Oberflächenprofil eines geraden Wellenleiters zeigt, der aus fluoriertem Malinimidterpolymer durch ein Heißprägeverfahren hergestellt wurde.
13A ist ein Schema, das den Verfahrensfluss von Polymerwellenleitern in einem negativen Photolithographieverfahren zeigt.
13B ist ein Schema, das den Verfahrensfluss von Polymerwellenleitern in einem Heißpräge-/UV-Aushärteverfahren zeigt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung stellt Terpolymere aus einem halogenierten N-Maleinimid (N-HMI)-Monomer bereit. Die Terpolymere können drei oder mehr unterschiedliche Arten von Monomeren einschließen. Im Allgemeinen können die Mengen und Verhältnisse der Monomeren ausgewählt werden, um das gewünschte Polymer zu ergeben. Beispiele von besonders geeigneten Mengen sind unten beschrieben.
A. Bestandteile des Terpolymers
Um das Terpolymer herzustellen, können irgendwelche halogenierten N-Phenylmaleinimideinheiten oder Phenylbismaleinimideinheiten als die ersten Einheiten bzw. Ersteinheiten verwendet werden. Die allgemeine Struktur der N-halogenierten Phenylmaleinimideinheit ist gemäß Formel (I):
wobei R₁ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈-Fluoralkyl oder Fluoraryl,
R₂ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈-Fluoralkyl oder Fluoraryl,
R₃ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈-Fluoralkyl oder Fluoraryl,
R₄ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈-Fluoralkyl oder Fluoraryl,
R₅ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈-Fluoralkyl oder Fluoraryl,
wobei mindestens eines aus R₁ bis R₅ ein Halogen oder eine halogenierte Alkyl- oder Aryl-Gruppe enthält.
Perfluorgruppen sind besonders geeignet. In Perfluorgruppen sind alle Wasserstoffatome durch Fluor ersetzt, aber eine vollständige Perfluorierung ist für die R-Gruppen nicht notwendig. Beispiele von geeigneten R₁–R₅-Gruppen schließen CF₃, C₂F₅, C₃F₇, usw., Perfluoralkylgruppen und C₆F₅-Perfluorarylgruppen ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Bevorzugt enthält mindestens eines aus R₁–R₅ Fluor. Bevorzugter ist mindestens eines aus R₁–R₅ Fluor, d.h. ein, zwei, drei oder vier der R₁–R₅-Reste sind Fluor.
Das N-HMI-Monomer kann durch irgendein im Stand der Technik bekanntes Verfahren hergestellt werden. Z.B. kann das folgende Verfahren verwendet werden, um ein N-HMI-Monomer herzustellen:
Anstelle des oder zusätzlich zu dem Maleinimidmonomer kann ein bifunktionales Bismaleinimid verwendet werden und kann durch eine analoge Herangehensweise synthetisiert werden. Geeignete Bismaleinimide werden durch die folgende Struktur dargestellt, wobei die R-Gruppen unabhängig voneinander ausgewählt sind aus H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈-Fluoralkyl- oder Fluoraryl-Gruppen oder irgendeine andere, Halogenenthaltende Gruppe und mindestens ein R ist ein Halogen oder eine halogenierte Gruppe.
Um die Terpolymere der Erfindung herzustellen, wird das N-HMI-Monomer mit einem oder mehreren halogenierten Comonomeren und einem oder mehreren Monomeren, die sowohl eine über freie Radikale polymerisierbare Gruppe als auch eine über kationische Ringöffnung polymerisierbare Gruppe enthalten, polymerisiert. Die Monomere können derart ausgewählt werden, um ein Polymer mit gewünschtem Brechungsindex für die Verwendung in z.B. der Mikroherstellung von Polymerwellenleitern herzustellen.
Wenn das Terpolymer hergestellt wird, kann es irgendeinen gewünschten Prozentanteil der halogenierten N-Phenylmaleinimideinheit, z.B. von ungefähr 10–90 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Terpolymers, enthalten.
Die zweite Einheit des Terpolymers umfasst ungefähr 0–60 Gew.-% eines halogenierten Monomers, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus halogenierten Acrylaten, halogenierten Styrolen, halogenierten Vinylethern, halogenierten Olefinen, halogenierten Vinylisocyanaten, halogenierten N-Vinylamiden, halogenierten Allylen, halogenierten Propenylethern, halogenierten Methacrylaten, halogenierten Maleaten, halogenierten Itaconaten, halogenierten Crotonaten und Verbindungen der Formel (IV), die nicht bereits in der oben aufgeführten Liste der zweiten Einheiten eingeschlossen sind:
wobei Z O, S, OC(O), SCN, NC(O), C(O)O, C(O)N, SC(O) oder halogeniertes Phenyl und R₆ Wasserstoff, Halogen, Alkyl oder halogeniertes Alkyl und R₇ Alkyl, halogeniertes Alkyl, Aryl oder halogeniertes Aryl ist.
Das halogenierte Styrol, mit dem das N-HMI auch polymerisiert werden kann, besitzt bevorzugt die folgende Struktur:
wobei R₆–R₁₀ unabhängig voneinander H, F, Cl, Br oder CF₃ sind, X₃ = CH₃, C₆F₅ oder CF₃, wobei mindestens eine der Gruppen ein Halogen einschließt. Irgendwelche gewünschten halogenierten Styrole können verwendet werden.
Das N-HMI kann auch mit z.B. 45–55% halogeniertem Vinylether 1–25% fluoriertem Olefin, wie oben erwähnt, polymerisiert werden. Es kann irgendein fluoriertes Olefin verwendet werden.
Die Monomere können unter Verwendung irgendeines gewünschten Polymerisationsverfahrens polymerisiert werden. Die Monomere können in organischem Lösungsmittel oder überkritischem Kohlendioxid-Matrices in Gegenwart eines Radikalstarters polymerisiert werden. Z.B. kann N-HMI mit fluoriertem Acrylat unter Verwendung eines Radikalmechanismus mittels UV-Bestrahlung oder thermischem Radikalstarter in der Masse oder in Lösung polymerisiert werden.
Die dritte Einheit des Terpolymers umfasst ungefähr 5–45 Gew.-% eines Monomers, das sowohl eine über freie Radikale als auch eine über eine kationische Ringöffnung polymerisierbare Gruppe enthält. Die dritte Einheit kann bevorzugt durch die Formel (V) dargestellt werden:
wobei R₈ = O, S oder CH₂-O und W ist irgendeine über freie Radikale polymerisierbare Gruppe. Beispiele der über freie Radikale polymerisierbaren Gruppe schließen Vinyl, Acryl, Methacryl, Styryl und Malein ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die dritte Einheit des Terpolymers Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, Thioglycidylacrylat oder Thioglycidylmethacrylat umfasst.
B. Verfahren zur Herstellung des Terpolymers
Die Terpolymere der Erfindung können durch für einen Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden und werden darüber hinaus durch Beispiele gezeigt. Typischerweise werden die Terpolymere durch radikalische Polymerisation in Lösung mit Cycloketon oder halogeniertem Benzol als Lösungsmittel bei Temperaturen von 100–150°C mit 0,02–0,08 Gew.-% thermischem Initiator hergestellt. In einem bevorzugten Verfahren wurde das Terpolymer durch thermische oder photoinitialisierte radikalische Copolymerisation in Lösung oder in der Masse hergestellt.
In einem Aspekt der Erfindung wird das Terpolymer durch Photolithographie über UV-Bestrahlung oder Elektronenstrahlbestrahlung quervernetzt.
C. Verfahren zur Herstellung optischer Vorrichtungen
Die Terpolymere können beispielsweise als optische Vorrichtungen verwendet werden und besitzen eine hohe thermische Stabilität und einen geringen optischen Verlust. In einem Aspekt der Erfindung umfassen die optischen Vorrichtungen die Terpolymere vermischt mit 0,1–2,0 Gew.-% eines kationischen Photoinitiators. Beispiele optischer Vorrichtungen, die das Terpolymer der Erfindung verwenden können, schließen einen Wellenletter aus Polymer, einen optischen Leistungsteiler aus Polymer, einen optischen Multiplexer aus Polymer, einen optischen Demultiplexer aus Polymer, einen optischen Koppler aus Polymer, einen thermooptischen Schalter aus Polymer, einen thermo-optischen Abschwächer aus Polymer, einen Bragg-Filter aus Polymer, ein Wirtsmaterial für einen planaren Verstärker aus Polymer und einen Modulator aus Polymer ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Die optischen Vorrichtungen, die die Terpolymere umfassen, können durch einen oder mehrere der folgenden Schritte hergestellt werden: Mikro-Photolithographie, Mikro-Heißprägen, Mikro-Formen, Rotationsformen (spin-molding), UV-Härten, Spritzgießen und Rotationsbeschichten (Spin-coating).
In einem negativen Photolithographieverfahren zum Ausbilden einer optischen Vorrichtung unter Verwendung der Terpolymere der Erfindung, wie in 13A dargestellt, wird eine Mantelschicht (gezeigt als 10) durch Rotationsbeschichten des Polymermaterials auf ein Substrat (nicht gezeigt) hergestellt, um eine Filmschicht auszubilden, die dann weich gebrannt wird, um Lösungsmittel zu entfernen. Dann wird die Mantelschicht mit UV-Strahlung bestrahlt, gefolgt vom Nachbrennen, um eine quervernetzte Struktur (gezeigt als 20) auszubilden. Dann wird die Kernschicht auf die Mantelschicht (gezeigt als 30) durch Rotationsbeschichten aufgebracht und weich gebrannt, um Lösungsmittel zu entfernen. Sowohl das Kern- als auch das Mantelmaterial wurden durch radikalische Copolymerisation in Lösungsmittel, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Das Kernmaterial besitzt typischerweise einen Brechungsindex von 0,3–1,0% höher als den der Mantelschicht. Die Kernschicht wird dann mit einer negativen Photomaske mit Mustern von Wellenleiterstrukturen in Kontakt gebracht. Nach der UV-Bestrahlung durch die Photomaske, gefolgt von einem Nachbrenn-Verfahren (gezeigt als 40), wird der Bildbereich quervernetzt und der nicht belichtete Bereich durch eine Entwicklerlösung (z.B. Methylethylketon) weggewaschen, wodurch die Wellenleiterstruktur auf der Mantelschicht (gezeigt als 50) verbleibt. Nach dem Entwicklungsschritt wird eine Über-Ummantelung auf das Material beschichtet, weich gebrannt, um Lösungsmittel zu entfernen, dann des weiteren mit UV-Strahlung belichtet, gefolgt von einem Nachbrenn-Schritt (gezeigt als 60).
Bei einem Heißpräge- und UV-Härtverfahren zum Ausbilden einer optischen Vorrichtung unter Verwendung der Terpolymere der Erfindung wie sie in 13B gezeigt ist, wird eine Mantelschicht (gezeigt als 110) mittels Rotationsbeschichten des Polymermaterials auf ein Substrat (nicht gezeigt) hergestellt, um eine Filmschicht auszubilden, die dann weich gebrannt wird, um Lösungsmittel zu entfernen, gefolgt von dem Aussetzen gegenüber UV-Strahlung und Nachbrennen (gezeigt als 120). Das Kernmaterial wird dann mittels Rotationsbeschichten des Polymerkernmaterials auf die Mantelschicht aufgebracht, um eine Filmschicht aus Kernmaterial (gezeigt als 130) auszubilden, die dann weich gebrannt wird, um Lösungsmittel zu entfernen. Das Kernmaterial wird dann heißgeprägt, um ein Wellenleitermuster (gezeigt als 140) auszubilden. Dies wird durch Erhitzen des Kernmaterials auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Kernmaterials und Verdichten (z.B. Heißprägen) des Materials unter Vakuum mit einer Metallform, die Wellenleitermerkmale enthält, erreicht. Nach dem Entformen aus dem Prägewerkzeug wird das Kernmaterial UV-Strahlung ausgesetzt und nachgebrannt (gezeigt als 150). Dann wird eine Übermantelschicht auf das Kernmaterial aufgetragen, vorgebrannt, um Lösungsmittel zu entfernen, dann mit UV-Strahlung belichtet und nachgebrannt (gezeigt als 160).
In einem Beispiel eines Heißprägeverfahrens zum Herstellen einer optischen Vorrichtung, die ein Terpolymer der Erfindung umfasst, wird ein Terpolymer bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymers mit einer Metallform heißgeprägt, dann wird das Terpolymer entformt, gefolgt von einem Photoaushärteschritt mit UV-Strahlung und schließlich gefolgt von einem Nachbrennschritt, um die optische Vorrichtung auszubilden.
In einem anderen Beispiel kann eine optische Vorrichtung, die das Terpolymer der Erfindung umfasst, durch Rotationsbeschichten des Terpolymers auf einen Siliziumwafer, Aushärten mit UV-Strahlung unter einer Photomaske oder direktem Schreiben unter Verwendung eines Elektronenstrahls und dann Nachbrennen des Terpolymers, um den Bildbereich querzuvernetzen, und anschließendem Entwickeln mit organischem Lösungsmittel, um den Nicht-Bildbereich weg zu waschen und dadurch die Wellenleiterstruktur zu hinterlassen, hergestellt werden.
Eine der optischen Vorrichtungen, die durch Verarbeiten der erfindungsgemäßen Terpolymere hergestellt werden kann, ist ein optischer Wellenleiter. Unter Verwendung des hochfluorierten Terpolymermaterials als negatives Photoresist kann eine optische Wellenleiterstruktur mit Single-Mode aus einem mikrolithographischen Verfahren durch Entwickeln in einem gängigen organischen Lösungsmittel, wie z.B. Methylethylketon (MEK), hergestellt werden. Das gleiche Photoinitiator-enthaltende Terpolymer verhält sich wie ein Plastikpolymer, wodurch es möglich wird, die Mikrostruktur durch ein Heißprägeverfahren herzustellen, und so weiter mit UV-Strahlung quervernetzt wird und nachgebrannt, um die thermische Stabilität (Tg) zu verbessern und den CTE zu verringern. Die Kombination beider Mikroherstellungsverfahren ermöglicht eine Vielzahl von komplizierten Multikomponentenvorrichtungen und optischen Mehrschichtstrukturen für zukünftige optische Anwendungen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele gezeigt. Die Beispiele beschränken den Geltungsbereich der Erfindung nicht, sondern sind lediglich zu darstellenden Zwecken gedacht.
BEISPIELE
Beispiel 1 Synthese von quervernetzbaren Maleinimidterpolymeren

Bevorzugte Terpolymere der vorliegenden Erfindung wurden mittels Lösungsmittel (50 Gew.-%)-Copolymerisation in Chlorbenzol oder Cyclohexanon bei 130°C hergestellt. Das molare Monomerzuführverhältnis sowie der Gewichtsanteil ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 5 Terpolymerisation quervernetzbarer Maleinimidterpolymere

Lauf Nr.	Monomerzufuhrverhältnis	Pentafluorphenylmaleinimid	1H,1H,2H,2H-Heptadecafluordecylacrylat	Glycidyl-Methacrylat	Polymerisations-Lösungsmittel
MIC#1	Molar(mol.)	0,04	0,02	0,03	Chlorbenzol
MIC#1	Gewicht (%)	42,66	42,01	15,33	Chlorbenzol
MIC#2	Molar(mol.)	0,04	0,02	0,03	Cyclohexanon
MIC#2	Gewicht (%)	42,66	42,01	15,33	Cyclohexanon
MIC#4	Molar(mol.)	0,05	0,02	0,03	Cyclohexanon
MIC#4	Gewicht (%)	48,18	37,96	13,86	Cyclohexanon
MIC#5	Molar(mol.)	0,05	0,03	0,03	Cyclohexanon
MIC#5	Gewicht (%)	40,50	47,86	11,64	Cyclohexanon
MIC#6	Molar(mol.)	0,06	0,015	0,03	Chlorbenzol
MIC#6	Gewicht (%)	57,72	28,46	13,82	Chlorbenzol
MIC#7	Molar(mol.)	0,06	0,015	0,03	Cyclohexanon
MIC#7	Gewicht (%)	57,72	28,46	13,82	Cyclohexanon

Das Pentafluorphenylmaleinimid wurde durch Sublimation hergestellt und gereinigt. Das 1H,1H,2H,2H-Heptadecafluordecylacrylat (Viscoat 17F oder HDFDA) und Glycidylmethacrylat (GMA) wurden durch Durchleiten durch eine Silicagel-Säule gereinigt, um den Inhibitor vor der Verwendung zu entfernen. Die Monomere, das Lösungsmittel und der Radikalstarter (0,5–0,6 Gew.-%) wurden in einen 100-ml-Rundkolben eingebracht. Die Reaktionsmischung wurde drei Mal mittels Vakuum entgast und durch Stickstoff ersetzt, um den Sauerstoff zu entfernen. Die Polymerisation wurde bei 130°C über 6 Stunden durchgeführt. Das Polymer wurde durch Ausfällen der Polymerlösung in 500 ml absolutem Ethanol gewonnen. Die leicht rosa Lösung wurde entfernt und drei Mal mit viel Ethanol gewaschen. Das feste Terpolymer wurde durch Saugfiltration gesammelt und im Vakuumofen bei 60°C über Nacht getrocknet. Die Ausbeute der Copolymerisation beträgt 70–80% in Abhängigkeit von der Monomerzuführzusammensetzung.
Beispiel 2 Terpolymercharakterisierung
Die Terpolymerstruktur und die Terpolymerzusammensetzung, die in Beispiel 1 erhalten wurde, wurde aus FTIR-, ¹H- und ¹³C-NMR-Spektren berechnet. Aus den ¹H-NMR-Spektren wurde der Tieffeldresonanzpeak aus den Maleinimideinheiten leicht unterschieden. Quantitative ¹³C-NMR-Spektren wurden mit niedriger Relaxationszeit (45 s) erhalten. Aus den DEPT-Experimenten wurde die enge Selbstspin-Gitterrelaxationszeit (T₁)-Paar des Kohlenstoffs zur Berechnung der Zusammensetzung ausgewählt. Die Glasübergangstemperatur einer Feststoffpulverpolymerprobe und die Aushärtekinetik auf Polymerfilm wurden aus einem DSC mit einer Scangeschwindigkeit von 20°C/min an Luft bestimmt. Die Terpolymerdünnfilmproben für die Aushärtekinetik und die Photoresistbewertung wurden durch Rotationsbeschichtungsverfahren hergestellt. Die Aushärtekinetik wurde gefolgt von der Absorptionsintensität der Epoxygruppe in den FTIR-Spektren. Der Brechungsindex und die Filmdicke des Terpolymers wurden aus dem Metricon^® 2010 Prismenkoppler bei drei unterschiedlichen Wellenlängen bestimmt.
Beispiel 3 Photoaushärteverhalten der Terpolymere
Monomere mit einer oder mehreren Epoxygruppen vollziehen eine Polymerisation in Gegenwart einer Brönstedsäure. Bei UV-Strahlung erzeugt der Photoinitiator eine starke Brönstedsäure, die Ringöffnungsreaktion zwischen der anhängigen Epoxygruppe in dem Polymer startet, solange die Temperatur den Punkt erreicht, bei dem ein Polymerkettensegment beginnt, sich zu bewegen (Tg). Proben des Materials aus Beispiel 1 wurden für die Aushärtekinetik mittels des folgenden Verfahrens hergestellt: 0,75 Gew.-% (basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers) Triarylsulfoniumhexafluorantimonat wurde zu einer Polymer/Methylethylketon (30–35 Gew.-%)-Lösung zugegeben. Die Polymerlösung wurde rotationsbeschichtet (1500 U/min) auf eine Kaliumbromidkristallscheibe mit 13 mm Durchmesser. Alle Scheiben wurden bei 135°C für drei Minuten vorbegrannt (weich gebrannt), dann einer Fusion-System-D-Lampe mit einer Dosis von 2,0 J/cm² ausgesetzt. Die Proben wurden bei 135°C, 150°C und 165°C für 1, 2, 5 und 10 Minuten nachgebrannt. Die FTIR-Spektren wurden bei einer Auflösung von 4 cm^–1 und 32 Scans mit einer Kaliumbromidscheibe als Referenz gemessen. Die spezifischen Absorptionspeaks der Epoxygruppe bei 910–911 cm^–1 wurde verwendet, um die Umwandlung zu bestimmen. Die Carbonylgruppenabsorption bei 656 cm^–1 wurde verwendet, um die Filmdicke zu normalisieren.
Die Probenaufbereitung für die DSC-Messung schloss das folgende Verfahren ein. Ein dicker Polymerfilm wurde durch Zugeben von 20 mg (ca. 6 mg festes Polymer) der Polymerlösung in eine DSC-Aluminiumschale und langsames Verdampfen des MEK ausgebildet. Der Film in der DSC-Schale wurde in einem Vakuumofen getrocknet und durch das gleiche Verfahren wie für die FTIR-Messung (Weichbrennen, UV-Strahlung, Nachbrennen bei unterschiedlichen Temperaturen) behandelt. Die DSC-Kurven und die FTIR-Daten wurden analysiert, um das Verhältnis zwischen dem Grad der Quervernetzung und der offensichtlichen Glasübergangstemperatur zu untersuchen.
Beispiel 4 Photoresistbewertung
Die Polymerlösung der Mantelschicht wurde auf einen doppelt polierten Silizumwafer mit 4 Zoll Durchmesser mit einer kontrollierten Dicke von 5–8 μm rotationsbeschichtet. Die Mantelschicht umfasst ein Terpolymer, wie es durch Beispiel 1 hergestellt wurde. Die Mantelschicht wurde durch Auflösen von 30–45 Gew.-% des Terpolymers in einem Ketonlösungsmittel, vermischt mit 0,5–1 Gew.-% Photoinitiator, hergestellt.
Der Film wurde weich gebrannt, um Lösungsmittel zu entfernen, bei 135°C für 3 Minuten, um die PI-Verteilung zu verbessern und die innere Spannung zu entfernen. Nach Belichten mit 2,0 J/cm² UV-Strahlung wurde der Polymerfilm durch Nachbrennen bei 165°C für 10 Minuten vollständig ausgehärtet.
Die zweite, 5–8 μm dicke Kernpolymerschicht, die als Kernstruktur eines Wellenleiters mit relativ hohem Brechnungsindex ausgelegt ist, wurde auf die erste, ausgehärtete Mantelschicht rotationsbeschichtet. Die Kernschicht wurde bei 135°C für 5 Minuten weich gebrannt. Dann wurden unterschiedliche Bereiche des Films (14 mm Punkte) unter Verwendung einer Maske gegenüber einer gepulsten Xenon-Lampe über unterschiedliche Zeiträume ausgesetzt. Unter den insgesamt 14 Punkten auf jedem Si-Wafer wurde die UV-Dosis an jedem Punkt durch Verändern der Belichtungszeit angepasst, um Dosen von 0 mJ/cm² bis 360 mJ/cm² zu ergeben. Nach Nachbrennen bei 165°C für 10 Minuten wurde der Polymerfilm in einer Methylethylketonlösung für 2 Minuten entwickelt. Der Wafer wurde dann für 30 Sekunden in eine Fixierlösung von 1:1 MEK/Isopropanol gelegt. Der Bild-Polymerfilm wurde in einem Vakuumofen bei 80°C für 1 Stunde getrocknet.
Das FTIR-Spektrometer wurde verwendet, um die Empfindlichkeit und den Konstrast dieses Negativphotoresists zu bestimmen. Die Kernpolymerdickenänderung gegenüber der UV-Dosis wurde aus der Absorption des Peaks bei 995 cm^–1 unter Verwendung eines nicht belichteten Bereichs (Mantelschicht) auf dem selben Wafer als Referenz erhalten.
Beispiel 5 Herstellung eines Single-Mode-Polymerwellenleiters
Sowohl die Photolithographie als auch das Heißpräge-Mikroherstellungverfahren wurden in einem Reinraum der Klasse 1000 durchgeführt. Der ausführliche Prozessfluss ist schematisch in den 13(a) und 13(b) gezeigt. Die ersten beiden Schritte des Zweischichtverfahrens sind in beiden Verfahren genau die gleichen.
Als erstes wurde eine Mantelschicht durch das genau gleiche Verfahren wie das Photoresistbewertungsverfahren in Beispiel 4 hergestellt. Die Kernschicht wurde auf die Mantelschicht mit einer Dickenkontrolle von 5–8 μm (in dem Single-Mode-Bereich) rotationsbeschichtet und bei 135°C über drei Minuten weich gebrannt. Die Kernschicht wurde dann durch eine Wellenleiterphotomaske UV-belichtet. Das Bild der Kernstruktur auf der Mantelschicht wurde nach dem Nachbrennen des Films bei 165°C über 3 Minuten und Entwickeln des Films in MEK über zwei Minuten erhalten. Eine Übermantelung wurde auf der Kernstruktur unter Verwendung der gleichen Terpolymerlösung wie in der ersten Mantelschicht aufgebracht. Die Übermantelschicht wurde durch UV und Nachbrennen vollständig ausgehärtet.
Die Heißprägeexperimente beinhalteten das gleiche Zwei-Schichten-Rotationsbeschichtungsverfahren wie das photolithographische Verfahren. Anstelle der Verwendung einer Photomaske, um die Mikrowellenleitermuster querzuvernetzen, wurde ein Si- oder Ni-Werkzeug verwendet, um die thermoplastische Kernschicht bei einer Temperatur von 20°C über der Glasübergangstemperatur zu prägen, dann bei 20°C unter der Glasübergangstemperatur entformt. Die heißgeprägte Mikrostruktur wurde durch UV-Strahlung und ein Nachbrennverfahren quervernetzt.
Die Photolithographie und die Heißprägeverfahren können kombiniert werden unter Verwendung der gleichen oder unterschiedlicher Polymermaterialien, um viele optische Vorrichtungen herzustellen.
Die Photographie der Wellenleiterstruktur wurde mit einem optischen Mikroskop von Nikon^® in hellem Feld aufgenommen. Das Oberflächenprofil der Wellenleiterstruktur einschließlich der Oberflächenrauhigkeit wurde mit einem WYCO optischen Diffraktionsmikroskop mit einem Scanbereich von 120 × 120 μm oder 60 × 60 μm bestimmt.
Ergebnisse und Diskussion
A. Wellenleiteraufbau und -zusammensetzung eines bevorzugten Terpolymers
Die Wellenleiterbedingung kann durch die umgekehrte Resonanzbedingung beschrieben werden: dk0γ – arctan(qsσ/γ) – arctan(qsσ/γ) = mπ (m = 0, 1, 2, ...)
Wobei q_s = q_c = 1 für T_H-Moden (elektronische Transmission) und q_s = (N_f/N_c)² und q_c = (N_c/N_s)² für T_M-Moden (magnetische Transmission). Die Indices c, f, s stellen die Parameter für die Bedeckung, das Substrat bzw. den Film dar. N stellt den Brechungsindex dar, k₀ = 2π/λ₀ = Vakuumvektor. Die Parameter γ, σ und α sind gegeben durch:
γ = (N_f ² – N_eff ²)^1/2, σ = (N_eff ² – N_s ²)^1/2 und α = (N_eff ² – N_s ²)^1/2
Im Falle eines Kanalwellenleiters, der durch das photolithographische Verfahren mit den fluorierten Maleinimidterpolymeren hergestellt wurde, ist d die Filmdicke. Das Polymersubstrat und die Über-Ummantelung sind das gleiche Material mit einem Brechungsindex von 1,433 (N_c = N_f = 1,433). Die Beziehung (siehe 1a, 1b) zwischen dem effektiven Brechungsindex, N_eff, und der Kerndicke d aus unterschiedlichen Moden m = 0, 1, 2 ... etc. kann berechnet werden. Durch anpassen des Brechungsindex des Kernmaterials auf 0,8% (1a) und 0,5% (1b) höher als die Über-Ummantelungsschicht beträgt die maximale Filmdicke der Kernschicht 7,3 μm bzw. 5,0 μm. Unter Verwendung einer negativen Testphotomaske, einem 8 μm-Linienbreiten-Instrument, um die Wellenleiterstruktur herzustellen, basierend auf dieser Berechnung, hätte ein idealer Single-Mode-Polymerwellenleiter einen Brechungsindexunterschied zwischen Kern und Mantel von ungefähr 0,45%.
Die besonders bevorzugten drei Monomere, die in der Copolymerisation ausgewählt wurden, wurden verwendet, da PFPMI ein thermisch stabiles Monomer mit geringem optischen Verlust (0,13 dB/cm bei 1550 nm) mit relativ hoher Polarität ist, das dem Polymer eine gute Löslichkeit verleiht. Des Weiteren kann der hohe Brechungsindex des PFPMI-Polymers, 1,49 bei 1550 nm, verwendet werden, um den geringen Brechungsindex eines fluorierten Comonomers zu kompensieren, um der optische Single-Mode-Faser (Brechungsindex = 1,444 bei 1550 nm) zu entsprechen. Zusätzlich ist Heptadecafluordecylacrylat (HDFDA) ein kommerziell erhältliches Monomer mit einem geringen optischen Verlust (0,18 dB/cm bei 1550 nm) und einem geringen Brechungsindex im nahen IR-Bereich. Zuletzt enthält Glycidylmethacrylat (GMA) zwei reaktive, funktionelle Gruppen, die für zwei unterschiedliche Schritte eines Polymerisationsmechanismus, radikalische und kationische Polymerisation, geeignet sind.
Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass, obwohl die radikalische Lösungspolymerisation bei 90°C eine geringere Ausbeute besitzt, eine homogene Zusammensetzung hinsichtlich sowohl des Molekulargewichts als auch der Zusammensetzung erzeugt wird. Eine Hochtemperatur (140°C)-Massenpolymerisation verbessert die Ausbeute, erzeugt jedoch ein heterogenes Terpolymer, das ein optisches Problem erzeugt, das aus einer Phasentrennung und Doppelbrechung resultiert. Daher haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass eine Hochtemperaturlösungspolymerisation insbesondere vorteilhaft wäre, um das Terpolymer herzustellen. Chlorbenzol wird als das Lösungsmittel für die Hochtemperaturpolymerisation bevorzugt aufgrund seiner geringen Kettentransferkonstante und guter Löslichkeit für viele Polymere. Eine relativ kurze Polymerisationszeit wird für die Polymerisation benötigt, z.B. sind 4–6 Stunden ausreichend, um die Polymerisation zu beenden, da die Halbwertszeit des bevorzugten thermischen Starters, 2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexan, in Chlorbenzol eine Stunde bei 134°C beträgt. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass das Terpolymer in Chlorbenzol eine geringe Löslichkeit besitzt, wenn das Einsatzverhältnis von HDFDA so gering wie 28,46 Gew.-% beträgt (siehe MIC#6 aus Tabelle 5). Das Terpolymer bildet Mizellen und fällt schließlich aus dem Lösungsmittel aus. Umgekehrt löst Cyclohexanon das Terpolymer bei einer Konzentration so hoch wie 47,86 Gew.-% HDFDA-Einsatz. Diese ausgezeichnete Löslichkeit des fluorierten Maleinimid-Terpolymers in Keton spielt eine Rolle bei dem photolithographischen Verfahren.
Der Brechungsindex eines einzelnen Polymers kann durch Ändern des Monomereinsatzes von PFPMI (Brechungsindex = 1,49) und HDFDA (1,38) und festsetzen der GMA-Konzentration bei einem geringen Gewichtsprozentniveau (< 15 Gew.-%) angepasst werden. Ein FTIR-Spektrum der resultierenden Polymerzusammensetzung (siehe 2) zeigt, dass der vorhergesagte Brechungsindex für die Wellenleiterummantelung und den -kern, basierend auf Brechnungsindex-/Polymerzusammensetzungsberechnungen, vergleichbar ist. Die normierten Absorptionspeaks aus der Fluor-Kohlenstoff-Streckschwinung (1140–1240 cm^–1) und die Phenylringabsorption aus der Maleinimideinheit (~1520 cm^–1) in diesen Terpolymeren spiegeln die gleiche Größenordnung der relativen Konzentration wie der Monomereinsatz wider.
Die Bestimmung der Terpolymerzusammensetzung durch NMR ist komplex. Das ¹H-NMR des Terpolymers enthält mehrere, sich überlappende Peaks mit einer chemischen Verschiebung im Bereich von 1–5 ppm (siehe 3a). In diesem Spektrum kann lediglich PFPMI aus dem Tieffeld-Resonanzpeak bei 4,5 ppm aufgelöst werden. Das ¹⁹F-NMR-Spektrum wurde verwendet, um die relative Konzentration von Maleinimid und HDFDA zu bestimmen. Ein quantitatives ¹³C-NMR-Spektrum desselben Terpolymers ist in 3c dargestellt. Die Zuordnung eines jeden ¹³C-NMR-Peaks unter Verwendung von ¹³C-DEPT-Experimenten (3b) ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Um einen genaueren Wert der Terpolymerzusammensetzung zu erhalten, wurde eine Kombination von ¹H- und ¹³C- und ¹⁹F-NMR-Spektrenergebnissen verwendet, um die Zusammensetzung basierend auf den folgenden vier Gleichungen 1–4 zu berechnen: 2X/(7Y + 10Z)A4,55ppm/(A1-5ppm – A4,5ppm) (1)(¹H-NMR) Y/Z = A57ppm/A66ppm (2)(¹³C-NMR) X/Y = A(–140-165ppm)/A(–112-128ppm) (3)(¹⁹F-NMR) X + Y + Z = 10 (4)(Zusammensetzung)

Hier stellen X, Y, Z den molaren Anteil von PFPMI, HDFDA bzw. GMA in dem Terpolymer dar (Schema 1). Das Paar ähnlicher Kohlenstoffe -OCH₂ (C16 und C22 in Schema 1) aus HDFDA und GMA wurde für die qualitative Analyse ausgewählt, da sie sehr ähnliche Spin-Gitter-Relaxationszeiten (Ti), wie aus den DEPT-Spektren (3b) gezeigt wurde, besitzen. Tabelle 1: ¹³C-NMR-Zuordnung des fluorierten Maleinimid-Terpolymers

Kohlenstoff-Nr.	Chemische Verschiebung (ppm)	Kohlenstoff-Nr.	Chemische Verschiebung (ppm)	Kohlenstoff-Nr.	Chemische Verschiebung (ppm)
1	142,38	8	117,15	19	49,2
2	143,56	9	111,13	20	44,39
3	138,01	10–12	110,78	21	48,85
4	106,82	13	110,26	22	65,94; 66,58
5, 17, 23	173,05; 174,39; 174,88	14	108,45	24	44,8
5, 17, 23	173,05; 174,39; 174,88	15	30,19	25	42
6	42	16	56,90; 57,56	26	19
7	117,56	18	42

Schema 1: Struktur eines bevorzugten, quervernetzbaren Maleinimid-Terpolymers

Charakterisierungsergebnisse der Terpolymer-Zusammensetzung, Brechungsindex und Glasübergangstemperaturen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Der Brechungsindexunterschied zwischen MIC#1 und MIC#2 beträgt 0,8%, wodurch eine Herstellung eines Single-Mode-Wellenleiters mit einer Kanalgröße von 5 × 5 μm ermöglicht wird. Tabelle 2: Terpolymer-Zusammensetzung und ihre Eigenschaften

Lauf Nr.	Zusammensetzung (mol-%)			Tg (°C)	Brechungsindex bei 1,541 μm
	PFPMI	Viscoat 17F	GMA
MIC#1	0,428	0,256	0,316	110	1,4323
MIC#2	–	–	–	113	~4,43*
MIC#4	0,430	0,216	0,354	115	1,4342
MIC#5	–	–	–	96	~1,41*
MIC#6	–	–	–	130	~1,44*
MIC#7	–	–	–	134	1,4430

* Abgeschätzt Zusammensetzung und den Polymerisationsbedingungen

B. Aushärtekinetiken und Materialeigenschaften
Photolithographische Verfahren bringen schwierige Arbeitsverfahren mit sich, wie z.B. die Auswahl des Rotationsbeschichtungs (Filmdicke)-Verfahrens, die Weichbrenn-Temperatur, die UV-Dosis, die Nachbrenn-Temperatur und die Auswahl der Entwicklerlösung, etc. Alle diese Parameter müssen berücksichtigt werden, um die Verfahrensbedingungen zu optimieren, um eine optische Vorrichtung, z.B. einen Polymerwellenleiter, mit hoher Auflösung und Kontrast herzustellen. Die Aushärtekinetiken wurden mittels FTIR-Spektren basierend auf der Intensitätsänderung des Epoxy-Peaks bei 911 cm^–1 gemessen. 4 ist ein Beispiel des MIC#2 bei den unterschiedlichen Nachbrenn-Zeiten bei 150°C. Durch Verwenden des C~O-Peaks als internem Standard nimmt die Intensität des Epoxygruppen-Peaks bei 911 cm^–1 ab, was ein Voranschreiten der Epoxygruppen-Umwandlung mit der Brennzeit widerspiegelt.
Die Aushärtekinetiken wurden bei vier unterschiedlichen Temperaturen, 135°C, 150°C, 165°C und 180°C, aufgenommen. Aus den Epoxy-Umwandlungskurven (siehe 5), nach Nachprennen bei 165°C über zehn Minuten, hielt der Aushärtegrad des Epoxys bei einem Niveau von 70–72% an, was ein Hinweis auf einen gesättigten Aushärtegrad ist. Es wurde kein weiteres Aushärten beobachtet, wenn die Probe bei 180°C über zehn Minuten nachgebrannt wurde. Da alle Proben unter den gleichen Bedingungen mit der gleichen Konzentration an Photostarter und der gleichen Belichtung mit UV-Strahlung (2,0 J/cm²) hergestellt wurden, kann die Aushärtegeschwindigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen aus der Steigung der Umwandlungskurve bei der Zeit Null bestimmt werden. Gemäß dem Arrhenius-Graph ist die Epoxy-Aushärteaktivierungsenergie so gering wie 13–14 kJ/mol. Es wird erwartet, dass eine thermische Aushärtereaktion in diesem Polymer selbst ohne Photostarter auftreten wird, was mittels DSC bei einer Temperatur von 220°C aus reinem Terpolymerpulver festgestellt wurde. Diese Temperatur ist viel höher als die Nachbrenn-Temperatur in einem photolithographischen Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Terpolymer.
Die Aushärtekinetiken haben bestätigt, dass die kationische Polymerisation der Epoxygruppe in der Maleinimid-Terpolymermatrix ein schnell aushärtendes Verfahren mit geringer Aktivierungsenergie selbst in Gegenwart einer sehr unpolaren Comonomereinheit wie HDFDA ist. Während man nicht an irgendeine Theorie gebunden sein möchte, wird angenommen, dass diese hohe Reaktivität hauptsächlich der starken Polyrität der elektronenziehenden Gruppen aus den PFMI-Einheiten und der Verteilung mit alternierender Sequenz in diesem Polymer zuzuschreiben ist. Dies verbessert die Photostarterverteilung in der Polymermatrix und stabilisiert auch den kationischen Übergangszustand der Epoxyspezies in dem Kettenverlängerungsverfahren. Sowohl aus dem molaren Anteil des GMA in MIC#4 als auch der Epoxy-Umwandlung der Aushärtereaktion ist es möglich, den Grad der Quervernetzung in dem endgültigen Material zu ca. 24 ± 1% zu berechnen.
Die thermische Analyse der nachausgehärteten Probe bei unterschiedlichen Niveaus an Quervernetzung wurde untersucht, um den Zusammenhang zwischen dem Grad der Quervernetzung und der Glasübergangstemperatur zu bestimmen. Die DSC-Kurven der MIC#4-Proben bei unterschiedlichen Brennzeiten bei 150°C sind in 6 gezeigt. Ein exothermer Peak aufgrund des Aushärten des Rests der Epoxygruppen kann in allen Proben gesehen werden. Die Position des Peaks wandert zu höheren Temperaturen, wenn die Nachbrennzeit verlängert wird, während die Aushärteentropie abnimmt. Das Erhöhen der Nachbrenn-Zeit führt zu einer stärker quervernetzten Polymerkette, wodurch die Glasübergangstemperatur des Terpolymers erhöht wird.
Das Messen einer Glasübergangstemperatur eines thermisch reaktiven Systems ist komplex, da die Glasübergangstemperatur eine Funktion des Aushärtegrades ist. Die Polymerkettensegmente gewinnen an Mobilität, wenn die Temperatur die Glasübergangstemperatur erreicht. Bei der DSC-Analyse deutet die Aushärteanfangstemperatur an, dass die Epoxygruppe anfängt, sich zu bewegen und zu reagieren, was verwendet werden könnte, um die maximale Glasübergangstemperatur (Tg max.) des Terpolymers abzuschätzen. Die maximale Glasübergangstemperatur von Proben mit unterschiedlichem Grad an Epoxy-Umwandlung wurde in 7 aufgetragen. Die lineare Abhängigkeit des Glasübergangs mit dem Aushärtegrad stimmt mit der theoretischen Vorhersage überein. Das gesättigt quervernetzte (24%) Terpolymer schiebt die maximale Glasübergangstemperatur auf ungefähr 180°C, was ungefähr 65°C höher als die des ursprünglichen, linearen Terpolymers ist.

Die Brechungsindexänderung der nachausgehärteten Polymere wurde mittels Metricon^® gemessen und in Tabelle 3 zusammengefasst. Eine Untersuchung der Daten aus Tabelle 3 und 8 zeigt, dass der Brechungsindex des quervernetzten Materials tatsächlich 0,12% kleiner wird bei voller Aushärtung. Dies steht im Gegensatz zu vielen anderen Quervernetzungsreaktionen, bei denen der Brechungsindex normalerweise mehr als 1% aufgrund der Volumenabnahme ansteigt. Dieser kleine Anstieg in der Brechungsindexänderung bedeutet, dass das Aushärteverfahren eine sehr geringe Volumenexpansion aufgrund der Öffnung des gespannten Epoxy-Rings induziert hat. Tabelle 3: Brechnungsindexänderung von MIC#4 während der Aushärtereaktionen

Nachbrenn-Temp. (°C)	Nachbrenn-Zeit (min)	Quervernetzungsgrad (%)	Brechungsindex bei 1300 nm	Brechungsindex bei 1541 nm	Filmdicke (μm)
135	0	0	1,4355	1,4342	7,88
135	2	3,2	1,4338	1,4338	5,29
135	5	9,8	1,4337	1,4324	8,87
135	10	14,1	1,4343	1,4329	9,11
150	2	6,5	1,4340	1,4326	9,56
150	5	15,1	1,4333	1,4323	8,81
150	10	18,0	1,4335	1,4325	8,82
165	2	12,9	1,4333	1,4322	7,01
165	5	19,8	1,4331	1,4322	6,92
165	10	22,3	1,4333	1,4325	7,99

C. Photoresist-Bewertung und Photolithographie-Verfahren
Durch das Bestimmen der Aushärtekinetiken der Epoxy-Aushärtereaktion in diesem fluorierten Maleinimid-Terpolymersystem, kann das Terpolymer als negatives Photoresist bewertet werden. Das Polymer wurde bei ca. 10–20°C oberhalb der Tg vorgebrannt, durch eine Maske mit UV bestrahlt und dann ca. 40–50°C oberhalb der Glasübergangstemperatur des linearen Terpolymers nachgebrannt. Aus den FTIR-Studien ist die Empfindlichkeitskurve des Kernpolymers, MIC#2, in 9 dargestellt. MEK wurde als Entwicklerlösungsmittel verwendet. Innerhalb eines sehr breiten UV-Dosisbereichs, 1,2 mJ/cm² bis 360 mJ/cm², zeigt MIC#2 eine sehr gute Empfindlichkeit, ca. 9,8 mJ/cm² und einen annehmbaren Kontrast von 1,5. Im Allgemeinen besitzt ein stark fluoriertes Acrylat, wie z.B. Viscoat 17F, eine sehr schlechte Löslichkeit und eine geringe Polarität, weshalb sowohl die Empfindlichkeit als auch der Kontrast verbessert werden können, wenn wir zu einem kürzeren Fluorkohlenstoff-Seitenkettenacrylat-Comonomer wechseln würden.

Die vorliegenden Erfinder haben die optimalen Entwicklungsbedingungen durch Untersuchen etlicher Verfahrensbedingungen, einschließlich der Nachbrenn-Temperatur und -Zeit der Mantelschicht, Nachbrenn-Temperatur und -Zeit der Kernschicht, Entwicklungszeit und Entwicklungslösungsmitteln, bestimmt. Die experimentellen Ergebnisse aus unseren Beobachtungen sind in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle 4: Experimentelle Ergebnisse des photolithographischen Verfahrenstests

Nachbrennen der Mantelschicht		Nachbrennen der Kernschicht		Entwicklungslösungsmittel	Beobachtungsergebnis
Temp. (°C)	Zeit (min)	Temp. (°C)	Zeit (min)
165	10	165	10	MEK	Gute Auflösung*
165	10	165	10	Cyclopentanon	Auflösung OK
165	10	165	10	1,3-Pentadion	Auflösung OK
165	10	165	10	MEK/Hexan (3/1)	Unterentwicklung
165	5	165	10	MEK	Gute Auflösung
165	2	165	10	MEK	Unterentwicklung
150	10	165	10	MEK	Auflösung OK
150	5	165	10	MEK	Unterentwicklung
165	10	165	5	MEK	Leichtes Quellen
165	10	165	2	MEK	Deutliches Quellen
165	10	180	5	MEK	Auflösung OK*
165	10	180	10	MEK	Auflösung OK*
165	10	150	5	MEK	Deutliches Quellen
165	10	150	10	MEK	Deutliches Quellen

* manchmal Anhaftungsausfall

(i) Das Material, das mehr fluoriertes Acrylatcomonomer enthielt, besaß schlechteren Kontrast und Empfindlichkeit. Beim Untersuchen von MIC#4 und MIC#2 unter parallelen Verfahrensbedingungen schien das höher fluorierte Terpolymer, MIC#4, beständig unterentwickelt zu sein.
(ii) Anhaftungsausfall zwischen der Kern- und Mantelschicht trat auf, wenn die Mantelschicht mehr Viscoat 17F (Heptadecafluordecylacrylat) enthält und vollständig ausgehärtet ist. Dies ist der Oberflächentrennung der Fluorkohlenstoffgruppen mit geringer Oberflächenspanung zuzuschreiben, was zu einer schlechten Anhaftung führt. Aufgrund der schlechten Löslichkeit der hoch fluorierten Mantelschicht in MEK und des geringen Diffusionskoeffizienten der hoch quervernetzten Mantelschicht werden Wechselwirkungen zwischen den Kern- und Mantelschichten während des Rotationsbeschichtungs-, Vorbrenn- und Nachbrennverfahrens der Kernschicht vermindert. Daher wird eine geringe Anhaftung zwischen den zwei Schichten beobachtet
(iii) Eine verringerte Nachbrenntemperatur und -zeit der Mantelschicht verbesserte die Anhaftung zwischen dem Kern und dem Mantel dramatisch, erzeugt aber auch ein Unterentwicklungsproblem (10), da die Kernschicht die Mantelschicht aufquellt und Photostarter in die Kernschicht während des Brennverfahrens diffundieren kann.
(iv) Das Verringern der Nachbrenntemperatur und -zeit der Kernschicht kann die Empfindlichkeit verbessern. Während des Entwicklungsverfahrens hat das nicht vollständig quervernetzte Terpolymer jedoch größere Probleme mit dem Quellen von Mikro-Merkmalen.
(v) Unter den mehreren Test-Lösungsmitteln ist Mehtylethylketon (MEK) eines der bevorzugten Lösungsmittel aufgrund seiner Löslichkeit für das Terpolymer. Bei MEK ist es auch weniger wahrscheinlich, dass es in der Kernstruktur verbleibt aufgrund seines geringen Siedepunkts gegenüber der Verwendung der Lösungsmittel Cyclopentanon, Cyclohexanon oder 1,3-Pentadion. Die Lösungsmittel/Nicht-Lösungsmittel-Mischung zeigt keinen positiven Beitrag auf das Merkmalsbild.

D Polymerwellenleiterstruktur
Unter den bevorzugten Bedingungen wurde eine Single-Mode-Wellenleiterstruktur (5 × 8 μm, Höhe × Breite) mit einem lithographischen Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt. Das mikrographische Bild der Wellenleiterstruktur ist in 11 dargestellt. Basierend auf der Oberflächenprofilanalyse des zweidimensionalen Bildes beträgt die Oberflächenrauhigkeit (Ra) des Wellenleiters 0,04 μm, die Oberflächenrauhigkeit der Mantelschicht ist annähernd die gleiche wie die des Wellenleiters. Die Flächenrauhigkeit von sowohl der Wellenleiteroberfläche als auch des Wellenleiterunterseitenwertes sind besser als die Erfordernisse von Ra < 0,1 μm basierend auf der Verlustsimulation aus Oberflächenstreuung. 11 zeigt, dass einige Spuren der Mikrostruktur auf der Manteloberfläche auftreten. Es wird theoretisiert, dass eine mögliche Mikrophasentrennung oder Mizellenbildung während des langsamen Rotationsbeschichtungsverfahrens mit stark fluoriertem Material (100 U/min/s Beschleunigung auf 1500 U/min) auftrat. Die Breite des Wellenleiters ist genau die gleiche wie die Linienbreite der Photomaske, was bedeutet, dass kein offensichtliches Lösungsmittelquellen in der Kernstruktur auftrat. Die vertikale Seitenwand des geraden Wellenleiters (11) deutet auf einen relativ guten Kontrast unter diesen Verfahrensbedingungen an.
Das Heißprägeverfahren, wie in 12 dargestellt, wurde auch mit dem Terpolymer MIC#4 untersucht. Das Heißprägewerkzeug wurde aus einem Siliziumwafer (4 Zoll) durch das folgende Verfahren hergestellt. Als erstes wurden Kanäle mit 8 μm Linienbreite unter Verwendung eines positiven Photoresists auf einem Siliziumwafer hergestellt, dann wurden die Kanäle mit reaktiven Ionen in den Silizumwafer bis zu einer Tiefe von 5 μm geätzt. Nach Abwaschen des Photoresists wurde eine 5 × 8 μm-Kanalstruktur mit dem Seitenwandwinkel von ca. 85° erhalten. Das Heißprägeverfahren wurde mit einer JenOptik^®-Heißprägemaschine, beladen mit der Siliziumwaferform, und einer Kontaktkraft von 25 kN durchgeführt. Die Präge- und Entpräge-Temperatur betrug 135°C bzw. 95°C. Das 3D-Bild des geraden Wellenleiters (4,5 × 8 μm) ist in 11 gezeigt. Die Oberflächenrauhigkeit (Ra) ist so gering wie 0,012 μm aus der 2D-Profilanalyse, was fast drei Mal kleiner als die des Photolithographieverfahrens ist. Die Gratkernschicht oberhalg des Mantels beträgt weniger als 0,5 μm. Daher ist die Qualität der Struktur ausreichend, um einen Gratpolymerwellenleiter auszubilden, da die Gratschichtdicke lediglich 10% der gesamten Wellenleiterhöhe beträt. Mit einem ähnliches Heißprägeverfahren bei der Polymerglastemperatur von ca. 115°C misslang es, eine Wellenleiterstruktur herzustellen, aufgrund der sehr hohen Viskosität des Terpolymers am Tg. Unter UV-Bestrahlung und beim Nachbrennen, durch langsames erhöhen der Temperatur auf 50°C oberhalb der Tg, wurde die Mikrostruktur lösungsmittelresistent und stabil, ohne Änderung in der Oberflächenrauhigkeit. Die Seitenwand und die Wellenleiterkante aufgrund des Weichmach- und Quervernetzungsverfahrens sehen glatt aus.
Die vorangegangenen Beispiele können mit ähnlichem Erfolg wiederholt werden durch Ersetzen der generisch oder speziell beschriebenen Recktanten und/oder Verfahrensbedingungen dieser Erfindung anstelle der in den vorangegangenen Beispielen verwendeten.
Aus der vorangegangenen Beschreibung kann ein Fachmann leicht die wesentlichen Eigenschaften dieser Erfindung feststellen und, ohne von dem Gedanken und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen der Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene Anwendungen und Bedingungen anzupassen.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann aus den Überlegungen der Spezifikation und dem Durchführen der Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, offensichtlich.
Wie hierin und in den folgenden Ansprüchen verwendet, sollen Singularartikel, wie z.B. „ein", „eine" und „eines" den Singular oder den Plural betreffen.

Claims

Terpolymer, enthaltend halogenierte N-Phenylmaleinimideinheiten oder Phenylbismaleinimid-Ersteinheiten (I); eine oder mehrere Zweiteinheit(en) (II), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus halogenierten Acrylaten, halogenierten Styrolen, halogenierten Vinylethern, halogenierten Olefinen, halogenierten Vinylisocyanaten, halogenierten N-Vinylamiden, halogenierten Allylen, halogenierten Propenylethern, halogenierten Methacrylaten, halogenierten Maleaten, halogenierten Itaconaten, halogenierten Crotonaten und Verbindungen der Formel (IV), die nicht bereits in der oben aufgeführten Liste der Zweiteinheiten eingeschlossen sind:
wobei Z O, S, OC(O), SCN, NC(O), C(O)O, C(O)N, SC(O) oder halogeniertes Phenyl ist und R₆ Wasserstoff, Halogen, Alkyl oder halogeniertes Alkyl ist und R₇ Alkyl, halogeniertes Alkyl, Aryl oder halogeniertes Aryl ist; und eine oder mehrere Dritteinheit(en) (III), umfassend ein Monomer, enthaltend sowohl eine über freie Radikale polymerisierbare Gruppe als auch eine über kationische Ringöffnung polymerisierbare Gruppe, wobei das Terpolymer durch radikalische Polymerisation hergestellt wird.
Terpolymer gemäss Anspruch 1, wobei die Ersteinheit (I) ein Maleinimid gemäss Formel (I) umfasst:
wobei R₁ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈ Fluoralkyl oder Fluoraryl, R₂ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈ Fluoralkyl oder Fluoraryl, R₃ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈ Fluoralkyl oder Fluoraryl, R₄ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈ Fluoralkyl oder Fluoraryl, R₅ = H, F, Cl, Br, CF₃, C₂-C₈ Fluoralkyl oder Fluoraryl, wobei mindestens eines aus R₁ bis R₅ ein Halogen oder eine halogenierte Alkyl- oder Arylgruppe enthält.
Terpolymer gemäss Anspruch 2, wobei das halogenierte Phenylmaleinimid Pentafluorphenylmaleinimid ist.
Terpolymer gemäss Anspruch 2 oder 3, wobei die eine oder mehrere Zweiteinheit(en) ein fluoriertes Acrylat ist (sind).
Terpolymer gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Drittbestandteil (III) ein bifunktionelles Comonomer ist, das sowohl eine über freie Radikale polymerisierbare Gruppe als auch eine über kationische Ringöffnung polymerisierbare Gruppe enthält.
Terpolymer gemäss Anspruch 5, wobei der Drittbestandteil dargestellt wird durch Formel (V):
wobei R₈ = O, S oder CH₂-O und W eine über freie Radikale polymerisierbare Gruppe ist.
Terpolymer gemäss Anspruch 6, wobei die über freie Radikale polymerisierbare Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Vinyl, Acryl, Methacryl, Styryl und Malein.
Terpolymer gemäss Anspruch 4, wobei die Dritteinheit ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, Thioglycidylacrylat und Thioglycidylmethacrylat.
Terpolymer gemäss Anspruch 4, wobei die Dritteinheit Glycidylmethacrylat ist.
Verwendung des Terpolymers gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung, das das Unterwerfen des Terpolymers einem oder mehreren Schritt(en) umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mikro-Photolithographie, Mikro-Heißprägen, Mikro-Formen, Spinformen (spin-molding), UV- oder Elektronenstrahlhärten, Spritzgießen und Rotationsbeschichten (Spin-coating).
Verwendung gemäss Anspruch 10, wobei das Terpolymer durch Photolithographie über UV-Strahlung oder Elektronenstrahlstrahlung quervernetzt wird.
Verwendung gemäss Anspruch 10, wobei das Terpolymer bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des Terpolymers mit einem Metallstempel heißgeprägt wird, entformt wird, unter Verwendung von UV-Strahlung photogehärtet wird und nachgebrannt wird, um ein quervernetztes Polymermaterial auszubilden.
Verwendung gemäss Anspruch 10, wobei das Terpolymer auf einen Siliziumwafer rotationsbeschichtet wird, mit UV-Strahlung unter einer Photomaske ausgehärtet wird, nachgebrannt wird, um den Bildbereich querzuvernetzen und anschließend mit organischem Lösungsmittel entwickelt wird, um den Nicht-Bildbereich wegzuwaschen, wodurch die Wellenleiterstruktur zurückbleibt.
Optische Vorrichtung, umfassend ein Terpolymer gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Wellenleiter aus Polymer, einem optischen Leistungsteiler aus Polymer, einem optischen Multiplexer aus Polymer, einem optischen Demultiplexer aus Polymer, einem optischen Koppler aus Polymer, einem thermo-optischen Schalter aus Polymer, einem thermo-optischen Abschwächer aus Polymer, einem Bragg-Filter aus Polymer, einem Wirtsmaterial für einen planaren Verstärker aus Polymer und einem Modulator aus Polymer.