DE602005001341T2

DE602005001341T2 - Zusammensetzungen für Wellenleiter und daraus hergestellte Wellenleiter

Info

Publication number: DE602005001341T2
Application number: DE602005001341T
Authority: DE
Inventors: James G. Lancaster Shelnut; Nicola Grafton Pugliano; Matthew L. Sterling Moynihan; Hai Bin Shrewsbury Zheng; Daniel E. Winchendon Lundy; Nathan Taunton Pawlowski
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2005-04-09
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2025-04-10
Also published as: KR20060045601A; CN1690125A; EP1586603B1; TW200606590A; US20050244124A1; JP2005325344A; DE602005014984D1; TWI398732B; CN100378468C; US7072565B2; EP1586603A1; KR101183269B1; DE602005001341D1

Description

Diese Anmeldung nutzt den Rechtsvorteil gemäß 35 U.S.C. § 119(e) der Provisional-Anmeldung Nr. 60/562,059 , die am 14. April 2004 angemeldet worden ist und deren gesamter Inhalt hier unter Bezugnahme einbezogen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Wellenleiter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Zusammensetzungen, die zur Verwendung bei der Bildung flexibler optischer Wellenleiter geeignet sind. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Bildung flexibler optischer Wellenleiter. Die Erfindung betrifft auch flexible optische Wellenleiter und elektronische Vorrichtungen, die einen flexiblen optischen Wellenleiter umfassen.
Eine Signalübertragung unter Verwendung von Pulssequenzen von Licht wird bei der Hochgeschwindigkeitskommunikation immer wichtiger. Beispielsweise werden optische integrierte Schaltungen (OIC's) für optische Verbindungen mit hoher Bandbreite immer wichtiger. Als Ergebnis wird die Integration optischer Komponenten, wie z.B. von Wellenleitern, Filtern, optischen Verbindungselementen, Linsen, Beugungsgittern und dergleichen, immer wichtiger.
Optische Wellenleiter werden typischerweise durch Umgeben eines Kernmaterials mit einer Umhüllungsschicht aufgebaut. Die optische Strahlung breitet sich in dem Kernmaterial aus, da das Umhüllungsmaterial einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als das Kernmaterial. Wellenleiter können einzeln oder als eine Gruppierung bzw. Array verwendet werden, die bzw. der auf einem Substrat geträgert ist. Die Wellenleiter weisen bezüglich der optischen Strahlung häufig eine passive Funktion auf. Beispielsweise teilen Splitter ein optisches Signal in einem Wellenleiter auf zwei oder mehr Wellenleiter auf; Koppler fügen ein optisches Signal von zwei oder mehr Wellenleitern einer kleineren Anzahl von Wellenleitern hinzu und Wellenlängenmultiplexing-Strukturen („WDM"-Strukturen) trennen ein optisches Eingangssignal in spektral unterscheidbare Ausgangssignale, die jeweils an getrennte Wellenleiter gekoppelt sind, und zwar üblicherweise durch die Verwendung entweder von Phasenarraygestaltungen oder von Gittern. Spektrale Filter, Polarisatoren und Isolatoren können in den Wellenleiter einbezogen werden. Wellenleiter können alternativ auch eine aktive Funktionalität aufweisen, bei der das Eingangssignal durch eine Wechselwirkung mit einem zweiten optischen oder elektrischen Signal verändert wird. Beispiele für eine aktive Funktionalität umfassen die Verstärkung und das Schalten bzw. Umschalten, wie z.B. mit elektrooptischen, thermooptischen oder akustooptischen Vorrichtungen.
Wellenleitersubstrate umfassen z.B. Siliciumwafer und Schaltungsrückwände zur Verwendung in Servervorrichtungen. Die Fähigkeit zur Handhabung von Wellenleitern ohne Rissdefekte in den Kern- und/oder Umhüllungsmaterialien ist erwünscht. Die Rissbildungseigenschaften sind im Allgemeinen ein Ergebnis der Sprödigkeit des Beschichtungsmaterials. Viele Wellenleiter auf der Basis eines organischen Polymers, wie z.B. Polyimide, sind flexibel, weisen jedoch andere Nachteile auf, wie z.B. eine Feuchtigkeitsabsorption, hohe Verluste und Kosten. Systeme auf Siliciumbasis, die verschiedene Mängel der organischen Polymersysteme beseitigen, sind im Allgemeinen spröde, was als Ergebnis der Handhabung zu Rissdefekten führt.
Durch Photobildgebung erzeugbare Wellenleiterkerne wurden vorgeschlagen, bei denen Abschnitte der Beschichtung in einem organischen Lösungsmittel gelöst werden, um die gewünschten Strukturen zu erzeugen. Diese Technik hat den Nachteil der Verwendung von organischen Lösungsmitteln, die schwer zu entsorgen sind, deren Abfälle schwer zu behandeln sind und/oder die nur schwer in einer geschlossenen Umgebung zu halten sind. Es ist daher erwünscht, dass die Option der Verwendung wässriger Entwickler zur Verfügung steht, um Wellenleiterstrukturen aus durch Photobildgebung erzeugbaren Beschichtungen zu erzeugen.
Optische Silicium-Kohlenstoff-Polymer-Hybridwellenleitersysteme sind bekannt. EP-A-1 535 977 beschreibt photodefinierbare Zusammensetzungen, die zur Verwendung bei der Bildung optischer Wellenleiter geeignet sind. In einem Aspekt beschreibt D1, dass die Zusammensetzung umfasst: Ein Silsesquioxanpolymer, das polymerisierte Einheiten der Formel (R¹SiO_1,5) und (R²Si_1,5), wobei R¹ und R² verschieden sind und substituierte oder unsubstituierte organische Seitenkettengruppen sind und frei von Hydroxygruppen sind, und zwei oder mehr funktionelle Endgruppen umfasst, und eine photoaktive Komponente.
EP-A-1 251 155 beschreibt photodefinierbare Zusammensetzungen, die als optische Wellenleiter geeignet sind. In einem Aspekt beschreibt D1 eine photodefinierbare Zusammensetzung, die ein Silsesquioxan-Oligomer, das als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5) umfasst, wobei R Hydroxyphenyl ist, und eine photoaktive Komponente umfasst, wobei die Löslichkeit des Silsesquioxan-Oligomers beim Aussetzen gegenüber aktinischer Strahlung verändert wird.
US-B1-6,537,723 beschreibt eine lichtempfindliche Zusammensetzung für optische Wellenleiter, die ein organisches Oligomer, einen Polymerisationsinitiator und ein Vernetzungsmittel umfasst. Das organische Oligomer ist ein Oligomer, das durch die folgende Formel dargestellt wird, wobei X für Wasserstoff, Deuterium, Halogen, eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe steht, m eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, x und y den Anteil der jeweiligen Einheiten darstellen und weder x noch y 0 ist, und R¹ eine Methyl-, Ethyl- oder Isopropylgruppe bezeichnet.
EP-A-1 426 793 beschreibt in einem Aspekt eine photodefinierbare Zusammensetzung, die zur Verwendung bei der Bildung eines optischen Wellenleiters geeignet ist. Die Zusammensetzung umfasst: Ein Silsesquioxanpolymer, das Einheiten der Formel (R₁SiO_1,5) und (R₂SiO_1,5), wobei R₁ und R₂ verschieden sind und substituierte oder unsubstituierte organische Seitenkettengruppen sind und frei von Hydroxygruppen sind, und zwei oder mehr funktionelle Endgruppen umfasst, und eine photoaktive Komponente. Die Löslichkeit des Silsesquioxan-Polymers wird beim Aussetzen gegenüber aktinischer Strahlung derart verändert, dass die Zusammensetzung in einer wässrigen Entwicklerlösung entwickelbar ist.
Silicium-Kohlenstoff-Polymer-Hybridsysteme wurden vorgeschlagen, welche die Sprödigkeit in dielektrischen Zwischenschicht-Beschichtungen, insbesondere für porenerzeugende Zusammensetzungen, für Mikroschaltungsanwendungen beseitigen. Das US-Patent Nr. 6,251,486 (Chandross et al.) beschreibt eine modifizierte Methylsilsesquioxanzusammensetzung zur Verwendung als low-Dielektrikummaterial. Das Methylsilsesquioxan umfasst gebundene Dimethyl- und Phenylgruppen, um eine bessere Rissbeständigkeit bereitzustellen, als dies bei einem reinen Methylsilsesquioxan der Fall ist. Folglich wird die Rissbeständigkeit für den beschichteten Gegenstand durch das Einbringen der gebundenen Gruppen in das Polymer vor dem Beschichten erreicht. Die Auswahl der gebundenen Gruppen und die Mengen sind beschränkt. Es wäre deshalb bevorzugt, die Flexibilität durch die Verwendung einer Komponente getrennt von dem Polymer in der Zusammensetzung, die aufgebracht wird, zu verbessern, da dies eine Verbesserung der Auswahl und der Mengen an geeigneten Materialien ermöglichen würde. Es gibt in dem Fachgebiet folglich einen Bedarf für Zusammensetzungen, die zur Verwendung bei der Herstellung optischer Wellenleiter geeignet sind, wobei die Zusammensetzungen vorteilhafte Flexibilitätseigenschaften bereitstellen. Idealerweise wären die Zusammensetzungen auch in einer wässrigen Entwicklerlösung entwickelbar. In dem Fachgebiet gibt es auch einen Bedarf für Wellenleiter, die aus diesen Zusammensetzungen ausgebildet sind, für Verfahren zur Bildung solcher Wellenleiter und für elektronische Vorrichtungen, die solche Wellenleiter umfassen. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt eines oder mehrere der vorstehend genannten Bedürfnisse des Standes der Technik.
Ein Aspekt der Erfindung stellt Zusammensetzungen bereit. Die Zusammensetzungen umfassen ein Polymer, umfassend Einheiten der Formel (RSiO_1,5), wobei R eine substituierte oder unsubstituierte organische Gruppe ist, und eine Vielzahl von funktionellen Endgruppen, eine erste Komponente zum Verändern der Löslichkeit der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand nach Aktivierung, und eine zweite Komponente, enthaltend eine Vielzahl von funktionellen Gruppen, ausgewählt aus Epoxiden, Oxetanen, Vinylethern und Kombinationen davon. Die zweite Komponente ist in einer wirksamen Menge vorhanden, um die Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung zu verbessern.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein flexibler optischer Wellenleiter bereitgestellt. Der Wellenleiter weist einen Kern und eine Umhüllung auf, wobei der Kern und/oder die Um hüllung aus einer Zusammensetzung ausgebildet ist bzw. sind, umfassend ein Polymer, umfassend Einheiten der Formel (RSiO_1,5), wobei R eine substituierte oder unsubstituierte organische Gruppe ist, und eine Vielzahl von funktionellen Endgruppen, eine erste Komponente zum Verändern der Löslichkeit der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand nach Aktivierung, und eine zweite Komponente, enthaltend eine oder mehrere funktionelle Gruppe(n), ausgewählt aus Epoxiden, Oxetanen, Vinylethern und Kombinationen davon. Die zweite Komponente ist in einer wirksamen Menge vorhanden, um die Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung zu verbessern.
In einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die einen vorstehend beschriebenen flexiblen optischen Wellenleiter umfasst.
In einem vierten Aspekt der Erfindung werden Verfahren zur Bildung eines flexiblen optischen Wellenleiters, der einen Kern und eine Umhüllung aufweist, bereitgestellt. Die Verfahren umfassen: (a) das Bilden einer Schicht über ein Substrat aus einer Zusammensetzung, umfassend ein Polymer, umfassend Einheiten der Formel (RSiO_1,5), wobei R eine substituierte oder unsubstituierte organische Gruppe ist, und eine Vielzahl von funktionellen Endgruppen, eine erste Komponente zum Verändern der Löslichkeit der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand nach Aktivierung, und eine zweite Komponente, enthaltend eine Vielzahl von funktionellen Gruppen, ausgewählt aus Epoxiden, Oxetanen, Vinylethern und Kom binationen davon, wobei die zweite Komponente in einer wirksamen Menge vorhanden ist, um die Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung zu verbessern, und (b) das Aktivieren zumindest eines Bereichs der Schicht, wobei die Schicht eine Kern- oder eine Umhüllungsschicht ist.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Merkmale bezeichnen, und worin:
1(a) bis (e) einen Querschnitt eines optischen Wellenleiters bei verschiedenen Stufen von dessen Bildung gemäß eines Aspekts der Erfindung veranschaulichen, und
2 ein Beispiel für eine elektronische Vorrichtung gemäß eines Aspekts der Erfindung veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung stellt Zusammensetzungen bereit, die zur Verwendung bei der Bildung flexibler optischer Wellenleiter geeignet sind. Falls nichts anderes angegeben ist, sind die Mengen für Komponenten der Zusammensetzung in Gew.-% bezogen auf die Zusammensetzung ohne jedwedes Lösungsmittel angegeben. Der Begriff „Polymer" umfasst hier Oligomere, Dimere, Trimere, Tetramere und dergleichen und umfasst Homopolymere und Polymere höherer Ordnung, d.h. Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenen Monomereinheiten ausgebildet sind, und Heteropolymere. Der Begriff „Alkyl" bezieht sich auf lineare Alkylgruppen, verzweigte Alkylgruppen und Cycloalkylgruppen, die substituiert oder unsubstituiert sind und Heteroatome in oder an der Kette umfassen können. Der Begriff „aromatisch" bezieht sich auf aromatische Gruppen, die substituiert oder unsubstituiert sind und Heterocyclen umfassen können. Die Begriffe „ein", „einer", „eines" und „einen" stehen für „ein bzw. einer oder eines oder mehrere".
Der Ausdruck „in einem getrockneten Zustand" steht für eine Zusammensetzung, die 10 Gew.-% oder weniger eines Lösungsmittels, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, enthält. Der Ausdruck „wobei die Löslichkeit der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand veränderbar ist" bedeutet, dass die Löslichkeit der Zusammensetzung für einen beliebigen (nicht notwendigerweise für jeden) Lösungsmittelgehalt im Bereich von 10 Gew.-% oder weniger veränderbar ist.
Der Ausdruck „in einem wässrigen Entwickler entwickelbar" bedeutet, dass die Zusammensetzung in dem Fall eines negativ arbeitenden Materials, wenn sie (a) bis zu einer Dicke von 8 μm in einem getrockneten Zustand auf einen Siliciumwafer aufgebracht wird und (ii) dann in einer 2N NaOH-Entwicklerlösung, einer 2N KOH-Entwicklerlösung oder einer 2N TMAH-Entwicklerlösung, oder einer 1 N-Lösung davon oder einer 0,7N-Lösung davon oder einer 0,26N-Lösung davon bei einer Temperatur von 70 bis 180°F (21 bis 82,2°C) mit einer statischen Entwicklung oder einer Sprühentwicklung bei einem mit 40 psi auftreffenden Sprühnebel angeordnet wird, innerhalb von zehn Minuten oder innerhalb von zwei Minuten oder innerhalb von einer Minute oder innerhalb von 30 Sekunden vollständig gelöst wird. Die Zusammensetzung kann zusätzlich oder alternativ in einem organischen Lösungsmittel entwickelbar sein.
Der Begriff „flexibel" oder „Flexibilität" bezüglich der beschriebenen optischen Wellenleiter bezieht sich auf das Vermögen der Zusammensetzung, die zur Bildung der Umhüllungsschichten und/oder des Kerns verwendet wird, auf eine Kupferfolie aufgebracht zu werden und in getrocknetem Zustand um eine konische Dornstange mit Dorn ohne Rissbildung oder Haarrissbildung gebogen zu werden. Die Details des Tests mit der konischen Dornstange sind in der Beschichtungsindustrie beispielsweise als ASTM D522-93a (erneut zugelassen 2001) bekannt.
Die Zusammensetzungen umfassen ein Polymer, das polymerisierte Einheiten der Formel (RSiO_1,5), wobei R eine substituierte oder unsubstituierte organische Gruppe ist, und eine Vielzahl von funktionellen Endgruppen umfasst. Die Zusammensetzungen umfassen ferner eine Komponente zum Verändern der Löslichkeit der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand nach Aktivierung. Die Zusammensetzungen umfassen ferner eine Komponente, enthaltend eine Vielzahl von funktionellen Gruppen, ausgewählt aus Epoxiden, Oxetanen, Vinylethern und Kombinationen davon, in einer wirksamen Menge, um die Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung zu verbessern.
Die Polymere, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen z.B. Siloxane, Silsesquioxane und Käfig-Siloxane und Kombinationen davon. Das Polymer kann in der Zusammensetzung in einer Menge von 1 bis 99,5 Gew.-% vorliegen, wie z.B. von 60 bis 98,5 Gew.-%. Beispiele für organische Gruppen für R umfassen substituierte und unsubstituierte Alkylgruppen, Arylgruppen (die Aralkylgruppen umfassen) und heterocyclische Gruppen. Die Alkylgruppen können geradkettig, verzweigt oder cyclisch sein und z.B. 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisen, und sie weisen typischerweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome auf, wie z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, t-Butyl-, t-Amyl, Octyl, Decyl, Dodecyl, Cetyl, Stearyl, Cyclohexyl und 2-Ethylhexyl. Die Alkylgruppen können z.B. mit Heteroatomen in und/oder an der Alkylkette substituiert sein, oder es kann sich um nicht-aromatische cyclische Gruppen wie z.B. Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Norbornyl-, Adamantyl-, Piperidinyl-, Tetrahydrofuranyl- und Tetrahydrothiophenylgruppen handeln. Beispiele für Arylgruppen umfassen diejenigen mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie z.B. mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Phenyl, Tolyl, Benzyl, Ethylphenyl, 1-Naphthyl, 2-Naphthyl und 2-Phenanthryl, und sie können mit Heteroatomen substituiert sein. Heterocyclische Gruppen können aromatisch sein, wie z.B. Thiophen, Pyridin, Pyrimidin, Pyrrol, Phosphol, Arsol und Furan.
Das Polymer kann in Form eines Copolymers oder eines Polymers höherer Ordnung entweder des statistischen Typs oder des Blocktyps vorliegen. Das Polymer kann z.B. eine oder mehrere zusätzliche Silicium-enthaltende Einheit(en) umfassen, wobei die Anteile für jede Einheit im Bereich von 1 bis 85 Gew.-% liegen, wie z.B. 15 bis 80 Gew.-% oder 25 bis 60 Gew.-%, oder 25 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Polymer. Die zusätzlichen Einheiten können z.B. Siloxane, Silsesquioxane, Käfig-Siloxane und/oder Kombinationen davon sein. Beispielsweise kann das Polymer ferner polymerisierte Einheiten der Formel (R¹SiO_1,5) umfassen, worin R¹ eine substituierte oder unsubstituierte organische Gruppe ist, wie sie vorstehend bezüglich R beschrieben worden ist. Eine von R und R¹ kann z.B. aus substituierten oder unsubstituierten Alkylgruppen ausgewählt werden und die andere von R und R¹ kann aus substituierten oder unsubstituierten Arylgruppen ausgewählt werden.
Das Polymer kann z.B. ein Alkylsiliciumpolymer, wie z.B. ein Copolymer, das Methylsilsesquioxaneinheiten und Butylsilsesquioxaneinheiten enthält, ein Arylsiliciumpolymer, wie z.B. ein Copolymer, das Phenylsilsesquioxaneinheiten und Trifluormethylphenylsilsesquioxaneinheiten enthält, oder ein Aralkylsilicium-Copolymer sein, wie z.B. ein Copolymer, das Methyl- und Phenylsilsesquioxaneinheiten enthält.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können die Seitenkettengruppen des Polymers gegebenenfalls substituiert sein. „Substituiert" bedeutet, dass ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) an den Seitenkettengruppen durch eine andere Substituentengruppe ersetzt ist bzw. sind, wie z.B. Deuterium, Halogen, wie z.B. Fluor, Brom und Chlor, (C₁-C₆)Alkyl, (C₁-C₆)Halogenalkyl, (C₁-C₁₀)Alkoxy, (C₁-C₁₀)Alkylcarbonyl, (C₁-C₁₀)Alkoxycarbonyl, (C₁-C₁₀)Alkylcarbonyloxy, Alkylamin, Alkylschwefel-enthaltende Materialien und dergleichen. Die Polymere können einen breiten Bereich von Wiederholungseinheiten enthalten, die entweder statistisch oder blockartig sind. Die Polymereinheiten, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können z.B. 5 bis 150 Wiederholungseinheiten, typischerweise etwa 10 bis 35 Wiederholungseinheiten aufweisen, und die Siloxaneinheiten, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können z.B. 5 bis 150 Wiederholungseinheiten, typischerweise etwa 7 bis 25 Wiederholungseinheiten aufweisen. Folglich kann das Molekulargewicht des Polymers stark variieren. Typischerweise weisen die Polymere ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts (M_w) von etwa 500 bis 15000, vorzugsweise von etwa 1000 bis 10000, mehr bevorzugt von etwa 1000 bis 5000 auf. Es wurde gefunden, dass die Lösungsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in einem wässrigen Entwickler mit einer Zunahme des Molekulargewichts M_w und des Zahlenmittels des Molekulargewichts M_n abnimmt.
Die Polymere umfassen ferner zwei oder mehr funktionelle Endgruppen, die es ermöglichen, dass eine Kondensationspolymerisation stattfindet. Solche Endgruppen können z.B. Hydroxy, Alkoxy, wie z.B. Ethoxy, Propoxy, Isopropoxy, Carboxyester, Amino, Amido, Epoxy, Imino, Carbonsäure, Anhydrid, olefinisch, Acryl, Acetal, Orthoester, Vinylether und Kombinationen davon sein. Von diesen Gruppen sind Hydroxygruppen ein Beispiel. Der Gehalt an funktionellen Endgruppen in dem Polymer wird z.B. von der gewünschten Einbringmenge der flexibilitätsverbessernden Komponente abhängen. Der Gehalt an funktionellen Endgruppen kann z.B. etwa 0,5 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Polymer, wie z.B. etwa 1 bis 10 Gew.-% oder etwa 2 bis 5 Gew.-%, betragen.
Das Polymer kann ferner gegebenenfalls eine oder mehrere Siloxaneinheit(en), wie z.B. Phenyl- oder Methyl-substituierte Siloxane, umfassen.
Die beschriebenen Polymermaterialien können mit bekannten Verfahren mit einfach erhältlichen Ausgangsmaterialien hergestellt werden. Beispielsweise kann ein 50:50 Methylphenylsilicium-enthaltendes Copolymer durch eine Kondensationsreaktion von 50 Gew.-% Methyltriethoxysilan und 50 Gew.-% Phenyltriethoxysilan synthetisiert werden.
Eine erste Komponente zum Verändern der Löslichkeit der Zusammensetzung im getrockneten Zustand kann eine aktive Komponente sein, die in der Zusammensetzung vorliegt, um zu ermöglichen, dass die Löslichkeit der Zusammensetzung in einem Entwickler veränderbar ist. In dem Fall eines negativ arbeitenden Materials wird davon ausgegangen, dass die aktive Komponente das Koppeln exponierter Abschnitte der Polymerzusammensetzung katalysiert, wodurch die gekoppelten Abschnitte in einem wässrigen Entwickler unlöslich werden. Die aktive Komponente erzeugt bei der Aktivierung typischerweise eine Säure oder eine Base. In der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene aktive Komponenten verwendet werden, einschließlich unter anderem Photosäureerzeuger, Photobaseerzeuger, thermische Säureerzeuger und thermische Baseerzeuger. Von diesen Komponenten sind Photosäureerzeuger und thermische Säureerzeuger, wobei es sich um Komponenten handelt, die bei der Aktivierung eine Säure erzeugen, typisch.
Die Photosäureerzeuger, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können jedwede Verbindung oder Verbindungen sein, die beim Aussetzen gegenüber Licht eine Säure erzeugt bzw. erzeugen. Geeignete Photosäureerzeuger sind bekannt und umfassen unter anderem halogenierte Triazine, Oniumsalze, sulfonierte Ester, substituierte Hydroxyimide, substituierte Hydroxyl-imine, Azide, Naphthochinone, wie z.B. Diazonaphthochinone, Diazoverbindungen und Kombinationen davon.
Besonders geeignete halogenierte Triazine umfassen z.B. halogenierte Alkyltriazine, wie z.B. die Trihalogenmethyl-s-triazine. Die s-Triazinverbindungen sind Kondensationsreaktionsprodukte von bestimmten Methyltrihalogenmethyl-s-triazinen und bestimmten Aldehyden oder Aldehydderivaten. Solche s-Triazinverbindungen können gemäß den Verfahren hergestellt werden, die in dem US-Patent Nr. 3,954,475 und in Wakabayashi et al., Bulletin of the Chemical Society of Japan, 42, 2924-30 (1969) beschrieben sind. Andere Photosäureerzeuger des Triazintyps, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind z.B. in dem US-Patent Nr. 5,366,846 beschrieben.
Oniumsalze mit schwach nukleophilen Anionen sind zur Verwendung als Photosäureerzeuger in der vorliegenden Erfindung besonders gut geeignet. Beispiele für solche Anionen sind die Halogenkomplexanionen zweiwertiger bis siebenwertiger Metalle oder Nichtmetalle, wie z.B. Antimon, Zinn, Eisen, Eismut, Aluminium, Gallium, Indium, Titan, Zirkonium, Scandium, Chrom, Hafnium, Kupfer, Bor, Phosphor und Arsen. Beispiele für geeignete Oniumsalze umfassen unter anderem Diazoniumsalze, wie z.B. Diaryldiazoniumsalze und Oniumsalze der Gruppe VA und B, IIA und B und I des Periodensystems, wie z.B. Haloniumsalze, wie z.B. Iodoniumsalze, quartäre Ammonium-, Phosphonium- und Arsoniumsalze, Sulfoniumsalze, wie z.B. aromatische Sulfoniumsalze, Sulfoxoniumsalze oder Selensalze. Beispiele für geeignete Oniumsalze sind z.B. in den US-Patenten Nr. 4,442,197 , 4,603,101 und 4,624,912 beschrieben. Sulfoniumsalze, wie z.B. Triphenylsulfoniumhexafluorophosphat und Gemische davon sind bevorzugt.
Die sulfonierten Ester, die als Photosäureerzeuger in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen z.B. Sulfonyloxyketone. Geeignete sulfonierte Ester umfassen unter anderem Benzointosylat, t-Butylphenyl-alpha-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat, 2,6-Dinitrobenzyltosylat und t-Butyl-alpha-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat. Solche sulfonierten Ester sind z.B. im Journal of Photopolymer Science and Technology, Band 4, Nr. 3, 337-340 (1991) beschrieben.
Substituierte Hydroxyimide, die verwendet werden können, umfassen z.B. n-Trifluormethylsulfonyloxy-2,3-diphenylmaleimid und 2-Trifluormethylbenzolsulfonyloxy-2,3-diphenyl maleimid. Geeignete substituierte Hydroxylimine umfassen z.B. 2-(Nitrilo-2-methylbenzyliden)-(5-hydroxyiminobutylsulfonyl)-thiophen. Azide, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen z.B. 2,6-(4-Azidobenzyliden)cyclohexanon. Naphthochinone können z.B. den 2,1-Diazonaphthochinon-4-sulfonatester von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon umfassen. Von den Diazoverbindungen kann 1,7-Bis(4-chlorsulfonylphenyl)-4-diazo-3,5-heptandion verwendet werden.
Photobaseerzeuger, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können jedwede Verbindung oder Verbindungen sein, die beim Aussetzen gegenüber Licht eine Base freisetzt bzw. freisetzen. Geeignete Photobaseerzeuger umfassen unter anderem Benzylcarbamate, Benzoincarbamate, O-Carbamoylhydroxyamine, O-Carbamoyloxime, aromatische Sulfonamide, alpha-Lactame, N-(2-Allylethenyl)amide, Arylazidverbindungen, N-Arylformamide, 4-(ortho-Nitrophenyl)dihydropyridine und Kombinationen davon.
Thermische Säureerzeuger, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können jedwede Verbindung oder Verbindungen sein, die bei der Wärmeaktivierung eine Säure erzeugt bzw. erzeugen. Die Wärme kann mit indirekten Verfahren, wie z.B. Konvektionserwärmen, oder durch direkte Erwärmungsverfahren, wie z.B. mittels Lasererwärmungstechniken, zugeführt werden.
Geeignete thermische Säureerzeuger sind bekannt und umfassen unter anderem halogenierte Triazine, Ammoniumsalze von Säuren, Oniumsalze, sulfonierte Ester, substituierte Hydroxyimide, substituierte Hydroxylimine, Azide, Naphthochinone, wie z.B. Diazonaphthochinone, Diazoverbindungen und Kombinationen davon.
Die Menge der Komponente zum Verändern der Löslichkeit, die in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in dem Fall eines negativ arbeitenden Materials jedwede Menge, die ausreichend ist, um die Kopplung des Silicium-enthaltenden Polymers beim Aussetzen gegenüber aktinischer Strahlung oder Wärme zu katalysieren, um den gekoppelten Abschnitt in einem wässrigen Entwickler unlöslich zu machen. Die aktive Komponente liegt in der Zusammensetzung in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-%, z.B. von 0,1 bis 12 Gew.-%, vor.
Eine oder mehrere Komponente(n) zur Verbesserung der Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung liegt bzw. liegen in der Zusammensetzung vor. Diese flexibilitätsverbessernden Materialien enthalten eine Vielzahl funktioneller Gruppen, die aus Epoxiden, Oxetanen, Vinylethern und Kombinationen davon ausgewählt sind. In den flexibilitätsverbessernden Materialien sind die funktionellen Gruppen an Grund gerüstmaterialien gebunden. Beispiele für Grundgerüstmaterialien umfassen substituierte und unsubstituierte Alkyl- und Arylkohlenwasserstoffe, Ether, Acrylate, Novolake, Polyimide, Polyurethane, Polyester, Polysulfone, Polyketone, Fullerene, POSS-Silicone, Nanoteilchen und Kombinationen davon. Die funktionellen Gruppen können als Endgruppen an dem Grundgerüst und/oder an einer oder mehreren Stelle(n) entlang des Grundgerüsts vorliegen.
Obwohl eine Bindung an eine Theorie nicht erwünscht ist, wird davon ausgegangen, dass sich die eine oder die mehreren flexibilitätsverbessernde(n) Komponente(n) mit dem Polymer mischt bzw. mischen, so dass die auf die Kristallinität zurückzuführende Sprödigkeit der Zusammensetzung unterbrochen wird. Es wird davon ausgegangen, dass während des Aktivierungsschritts die funktionellen Gruppen an den Enden oder innerhalb des Grundgerüsts mit den funktionellen Endgruppen des Polymers reagieren, so dass eine flexibilisierende Verknüpfung mit dem aktivierten Abschnitt der Zusammensetzung verursacht wird.
Beispiele für geeignete flexibilisierende Komponenten sind Epoxidverbindungen, wie z.B. Bisphenol A-diglycidylether, Bisphenol F-diglycidylether, Bisphenol S-diglycidylether, bromierter Bisphenol A-diglycidylether, bromierter Bisphenol F-diglycidylether, bromierter Bisphenol S-diglycidylether, Epoxynovolakharz, hydrierter Bisphenol A-diglycidylether, hydrierter Bisphenol F-diglycidylether, hydrierter Bisphenol S-diglycidylether, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat, 2-(3- und 4-Epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy)cyclohexan-meta-dioxan, Bis(3- und 4-epoxycyclohexylmethyl)adipat, Vinylcyclohexenoxid, 4-Vinylepoxycyclohexan, Bis(3- und 4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipat, Di(3- und 4-epoxycyclohexylmethyl)ether, Ethylenbisdicyclopentadiendiepoxid, Ethylenglykol(3- und 4-epoxycyclohexancarboxylat), Dioctylepoxyhexahydrophthalat, Di-2-ethylhexylepoxyhexahydrophthalat, 1,4-Butandioldiglycidylether, 1,6-Hexandioldiglycidylether, Glycerintriglycidylether, Trimethylolpropantriglycidylether, Polyethylenglykoldiglycidylether, Polypropylenglykoldiglycidylether, Polyglycidylether von mehrwertigen Alkoholen, Phenol, Kresol und Alkyl phenoldiglycidylester, epoxidiertes Sojabohnenöl, Butylepoxystearat, Octylepoxystearat, epoxidiertes Leinsamenöl, epoxidiertes Polybutadien und dergleichen.
Beispiele für Oxetane umfassen 3,3-Dimethyloxetan, 3,3-Dichlormethyloxetan, 3-Ethyl-3-phenoxymethyloxetan, Bis(3-ethyl-3-methyloxy)butan und dergleichen.
Beispiele für Vinylether umfassen Ethylenglykoldivinylether, Triethylenglykoldivinylether, Trimethylolpropantrivinylether und dergleichen.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, können die flexibilitätsverbessernden Verbindungen allein oder in einer Kombination miteinander verwendet werden.
Die flexibilitätsverbessernde Komponente kann ein Gewichtsmittel des. Molekulargewichts von z.B. 62 bis 5000, z.B. von 62 bis 2000 aufweisen. Diese Komponente liegt in einer wirksamen Menge zum Verbessern der Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung vor. Die spezifische Menge wird z.B. von dem Grundgerüst und der Art und der Anzahl funktioneller Gruppen der flexibilitätsverbessernden Komponente abhängen. Diese Komponente kann z.B. in der Zusammensetzung in einer Menge von 0,5 bis 35 Gew.-%, z.B. von 2 bis 20 Gew.-%, vorliegen.
Andere Additive können gegebenenfalls in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorliegen, einschließlich unter anderem Oberflächenverlaufmittel, Benetzungsmittel, Schaumdämpfer, Haftförderer, thixotrope Mittel und dergleichen. Solche Additive sind in dem Fachgebiet der Beschichtungszusammensetzungen bekannt. Oberflächenverlaufmittel, wie z.B. Öle auf Siliconbasis, wie z.B. SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis, das von Dow Chemical Company erhältlich ist, können in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen mehr als ein Additiv kombiniert werden kann. Beispielsweise kann ein Benetzungsmittel mit einem thixotropen Mittel kombiniert werden. Solche optionalen Additive sind von verschiedenen Quellen erhältlich. Die Mengen solcher optionalen Additive, die in den vorliegenden Zusammensetzungen verwendet werden, werden von dem jeweiligen Additiv und dem gewünschten Effekt abhängen und können vom Fachmann festgelegt werden. Solche anderen Additive liegen in der Zusammensetzung typischerweise in einer Menge von weniger als 5 Gew.-%, wie z.B. von weniger als 2,5 Gew.-%, vor.
Die Zusammensetzungen der Erfindung können gegebenenfalls ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel enthalten. Vernetzungsmittel umfassen z.B. Materialien, die Komponenten der Zusammensetzung in einer dreidimensionalen Weise verknüpfen. Aromatische. oder aliphatische Vernetzungsmittel, die mit dem Silicium-enthaltenden Polymer reagieren, sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Solche organischen Vernetzungsmittel härten unter Bildung eines polymerisierten Netzwerks mit dem Silicium-enthaltenden Polymer und vermindern die Löslichkeit in einer Entwicklerlösung. Solche organischen Vernetzungsmittel können Monomere oder Polymere sein. Dem Fachmann ist klar, dass in der vorliegenden Erfindung Kombinationen von Vernetzungsmitteln erfolgreich verwendet werden können.
Geeignete organische Vernetzungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen unter anderem Amin-enthaltende Verbindungen. Beispiele für Amin-enthaltende Verbindungen, die als Vernetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen unter anderem: Melaminmonomere, Melaminpolymere, Alkylolmethylmelamine, Benzoguanaminharze, Benzoguanamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Glykoluril-Formaldehyd-Harze und Kombinationen davon.
Dem Fachmann ist klar, dass geeignete Konzentrationen des organischen Vernetzungsmittels mit Faktoren wie z.B. der Aktivität des Vernetzungsmittels und der spezifischen Anwendung der Zusammensetzung variieren. Das bzw. die Vernetzungsmittel, wenn es bzw. sie verwendet wird bzw. werden, liegt bzw. liegen in der Zusammensetzung typischerweise in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-%, wie z.B. von 0,5 bis 25 Gew.-% oder von 1 bis 20 Gew.-%, vor.
Die vorliegenden Zusammensetzungen können gegebenenfalls ein oder mehrere Lösungsmittel enthalten. Solche Lösungsmittel unterstützen bei der Formulierung der vorliegenden Zusammensetzungen und beim Aufbringen der vorliegenden Zusammensetzungen auf ein Substrat. Viele verschiedene Lösungsmittel können verwendet werden. Geeignete Lösungsmittel umfassen unter anderem Glykolether, wie z.B. Ethylenglykolmonomethylether, Propylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykolmonomethylether, Ester, wie z.B. Methylcellosolveacetat, Ethylcellosolveacetat, Propylenglykolmonomethyletheracetat, Dipropylenglykolmonomethyletheracetat, zweibasige Ester, Carbonate, wie z.B. Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, Ester, wie z.B. Ethyllactat, n-hhhhhhhAmylacetat und n-Butylacetat, Alkohole, wie z.B. n-Propanol, Isopropanol, Ketone, wie z.B. Cyclohexanon, Methylisobutylketon, Diisobutylketon und 2-Heptanon, Lactone, wie z.B. γ-Butyrolacton und γ-Caprolacton, Ether, wie z.B. Diphenylether und Anisol, Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Mesitylen, Toluol und Xylol, und heterocyclische Verbindungen, wie z.B. N-Methyl-2-pyrrolidon, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff, oder Gemische davon.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können durch Vereinigen des Siliciumenthaltenden Polymers, der katalytischen Komponente und anderer optionaler Komponenten in einer beliebigen Reihenfolge in einem Gemisch hergestellt werden.
Die vorliegenden Zusammensetzungen sind besonders gut zur Verwendung bei der Herstellung flexibler optischer Wellenleiter geeignet. Optische Wellenleiter können bei der Bildung optoelektrischer Vorrichtungen verwendet werden, einschließlich unter anderem Splitter, Koppler, spektrale Filter, Polarisatoren, Isolatoren, Multiplexer, wie z.B. Wellenllängenmul tiplexerstrukturen, Verstärker, Dämpfer, Schalter und dergleichen, oder, in einem größeren Maßstab, in elektronischen Vorrichtungen, wie z.B. gedruckten Leiterplatten, integrierten Schaltungen, Verbindungselementen und dergleichen. Die vorliegenden photodefinierbaren Zusammensetzungen sind insbesondere auch zur Herstellung von Anzeigevorrichtungen geeignet, einschließlich Linsen, sowie von optischen Elementen, wie z.B. Spiegeln, Prismen und Verbindungselementen. Der Ausdruck elektronische Vorrichtungen soll hier optoelektronische Vorrichtungen umfassen, wie z.B. diejenigen, die vorstehend beschrieben worden sind, sowie die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen in einem größeren Maßstab, die eine optoelektronische Vorrichtung umfassen.
Die Wellenleiter der vorliegenden Erfindung können als einzelne Wellenleiter oder als eine Gruppierung bzw. ein Array von Wellenleitern hergestellt werden. Ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenleiters unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung umfasst: (a) das Bilden einer Schicht über ein Substrat aus einer vorstehend beschriebenen Zusammensetzung und (b) das Aktivieren zumindest eines Bereichs der Schicht, wobei die Schicht eine Umhüllungs- oder Kernschicht ist. Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind zur Verwendung bei der Bildung von Wellenleiterumhüllungs- und/oder -kernstrukturen geeignet. Als Beispiel wird ein Verfahren des Bildens eines flexiblen optischen Wellenleiters, der Umhüllungs- und Kernstrukturen aufweist, die aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ausgebildet sind, beschrieben. Ein Wellenleiter wird durch Abscheiden eines Kerns und einer ersten und einer zweiten Umhüllungsschicht gebildet. Die Umhüllung der fertiggestellten Struktur weist verglichen mit dem Kern einen niedrigeren Brechungsindex auf. Besonders gut geeignete Wellenleiter umfassen einen Kern mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,7 und eine Umhüllung mit einem Brechungsindex von 1,3 bis 1,69.
Unter Bezugnahme auf die 1 kann mit den vorliegenden Zusammensetzungen und Konstruktionen jedweder Träger 2 verwendet werden, der für das Tragen eines Wellenleiters geeignet ist. Geeignete Substrate umfassen unter anderem Substrate, die bei der Herstellung elektronischer Vorrichtungen, wie z.B. gedruckter Leiterplatten und integrierter Schaltungen, verwendet werden. Besonders gut geeignete Substrate umfassen laminierte Oberflächen und Kupferoberflächen von kupferkaschierten Platten, Kupferfolien, Innenschichten und Außenschichten von gedruckten Leiterplatten, Wafer, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, wie z.B. Silicium-, Galliumarsenid- und Indiumphosphidwafer, Glassubstrate, einschließlich unter anderem Glassubstrate für Flüssigkristallanzeigen („LCD"), und Substrate, die dielektrische Beschichtungen, Umhüllungsschichten umfassen, und dergleichen.
Eine erste Umhüllungsschicht 4 kann auf der Substratoberfläche 2 ausgebildet werden. Die erste Umhüllungsschicht 4 (sowie die anderen Wellenleiterschichten, die beschrieben werden) kann aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen durch jedwede Technik ausgebildet werden, einschließlich unter anderem Siebdruck, Vorhangbeschichten, Walzenbeschichten, Schlitzbeschichten, Schleuderbeschichten, Flutbeschichten, elektrostatisches Spritzen, Spritzbeschichten oder Tauchbeschichten. Wenn die Zusammensetzungen und Konstruktionen der vorliegenden Erfindung durch Spritzen aufgebracht werden, kann gegebenenfalls eine erwärmte Spritzpistole verwendet werden. Die Viskosität der Zusammensetzung kann durch Viskositätsmodifiziermittel, thixotrope Mittel, Füllstoffe und dergleichen eingestellt werden, um den Anforderungen für jedes Aufbringverfahren zu genügen. Die erste Umhüllungsschicht wird bis zu einer Dicke im getrockneten Zustand von etwa 1 bis 100 μm, wie z.B. von etwa 10 bis 50 μm, abgeschieden.
Die erste Umhüllungsschicht 4 kann z.B. thermisch oder photolytisch gehärtet werden, und zwar abhängig von der Art der aktiven Komponente in der ersten Umhüllungszusammensetzung. Die thermische Härtungstemperatur liegt bei 90°C bis 300°C, z.B. bei 90°C bis 220°C. Ein solches Härten findet typischerweise während eines Zeitraums von 5 Sekunden bis 1 Stunde statt. Ein solches Härten kann durch Erwärmen des Substrats in einem Ofen oder auf einer Heizplatte beeinflusst werden. Alternativ kann die Wellenleiterumhüllung z.B. mit 1 bis 2 Joule/cm² aktinischer Strahlung als Ganzes belichtet werden, worauf eine thermische Härtung bei 90°C bis 300°C, z.B. bei 90°C bis 220°C durchgeführt wird.
Eine Kernschicht 6 wird auf der ersten Umhüllungsschicht, die aus der Zusammensetzung der Erfindung ausgebildet worden ist, gebildet. Die Kernschicht wird bis zu einer Dicke von etwa 1 bis 100 μm, wie z.B. von etwa 8 bis 60 μm aufgebracht. Das beschichtete Substrat wird dann weichgehärtet, wie z.B. durch Erhitzen, um Lösungsmittel in der Beschichtung zu entfernen. Ein solches Härten kann abhängig von dem jeweils ausgewählten Lösungsmittel bei verschiedenen Temperaturen stattfinden. Geeignete Temperaturen sind jedwede Temperaturen, die ausreichend sind, um jedwedes vorhandene Lösungsmittel im Wesentlichen zu entfernen. Das Weichhärten kann bei jedweder Temperatur von Raumtemperatur (25°C) bis 300°C stattfinden, und zwar abhängig von dem Substrat und dem thermischen Verlauf. Ein solches Härten kann z.B. während eines Zeitraums von 5 Sekunden bis 60 Minuten in einem Ofen oder auf einer Heizplatte stattfinden.
Nach dem Härten kann die Schicht aus der vorliegenden Zusammensetzung dann durch Aussetzen gegenüber aktinischer Strahlung bildgebend verarbeitet werden. Solche Verfahren umfassen z.B. eine Kontaktbildgebung, eine Projektionsbildgebung und eine Laserdirekt schreibbildgebung, einschließlich einer Laserdirektschreibbildgebung durch eine Multiphotonenabsorption. Eine Multiphotonenabsorption kann gegebenenfalls zur Bildung 3-dimensionaler Strukturen innerhalb der Schicht verwendet werden. Die Belichtungsstruktur, wie sie z.B. durch die Maske 8 in der 1 definiert wird, definiert die Geometrie des Kernwellenleiters, der typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine Länge in der Größenordnung von Zentimetern bis Metern und eine Breite von Mikrometern bis hunderte Mikrometer aufweist. Anschließend an die Belichtung kann die Zusammensetzung nach der Belichtung typischerweise bei einer Temperatur von 40 bis 170°C gehärtet werden. Die Härtungszeit kann variieren, beträgt jedoch im Allgemeinen etwa 30 Sekunden bis etwa 1 Stunde. Während eine Bindung an eine Theorie nicht beabsichtigt ist, wird davon ausgegangen, dass im Fall eines negativ arbeitenden Materials das Silicium-enthaltende Polymer beim Aussetzen gegenüber aktinischer Strahlung koppelt, wodurch die belichteten Bereiche in einer Entwicklerlösung weniger löslich sind als die nicht-belichteten Bereiche.
Die nicht-belichteten Bereiche können z.B. durch einen Kontakt mit einem geeigneten Entwickler entfernt werden, wobei nur die belichteten Bereiche auf dem Substrat zurückbleiben, wodurch die Kernstrukturen 6' in der 1 gebildet werden. Die Zusammensetzung kann in einer wässrigen Entwicklerlösung entwickelt werden. Geeignete wässrige Entwickler umfassen z.B. Alkalimetallhydroxide, wie z.B. Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, in Wasser, sowie Tetraalkylammoniumhydroxid, wie z.B. Tetramethylammoniumhydroxid, in Wasser. Solche Entwickler werden typischerweise in Konzentrationen von 0,1 bis 2N, wie z.B. 0,15 bis 1N oder 0,26 bis 0,7N verwendet. Die Entwicklerlösungen können gegebenenfalls ein oder mehrere grenzflächenaktive(s) Mittel umfassen, wie z.B. Polyethylenglykol, Alkylsulfonate und andere bekannte grenzflächenaktive Mittel. Das grenzflächenaktive Mittel liegt in dem Entwickler typischerweise in einer Menge von 0,01 bis 3 Gew.-% vor. Schaumdämpfer können ebenfalls in vorteilhafter Weise in den Entwickler einbezogen werden.
Die nicht-belichteten Bereiche können durch einen Kontakt mit einem nicht-wässrigen Entwickler alternativ entfernt werden, so dass nur die belichteten Bereiche auf dem Substrat verbleiben. Geeignete nicht-wässrige Entwickler umfassen z.B. Ketone, wie z.B. Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, 2-Octanon, 2-Heptanon und Methylisoamylketon, Alkohole, wie z.B. Ethanol, Isopropanol, n-Propanol, n-Butanol, Isobutanol und Amylol, Ester, wie z.B. Ethylacetat, Ethylpropionat und Ethyllactat, Glykolether, wie z.B. Ethylenglykolmethylether, Propylenglykolethylether, Propylenglykolmethylether, Glykoletherester, wie z.B. Ethylenglykolmonomethyletheracetat und Propylenglykolmonomethyletheracetat, aromatische Verbindungen, wie z.B. Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und dergleichen, und Kombinationen davon.
Es können auch halbwässrige Entwickler verwendet werden, bei denen es sich um Kombinationen des vorstehend genannten wässrigen Entwicklers und der vorstehend genannten nicht-wässrigen Entwickler handelt.
Eine solche Entwicklung kann bei verschiedenen Temperaturen stattfinden, wie z.B. von Raumtemperatur bis etwa 65°C, beispielsweise bei 21 bis 49°C. Die Entwicklungszeit kann bei intensivem Rühren innerhalb von zehn Minuten liegen, z.B. innerhalb von fünf Minuten, innerhalb von zwei Minuten, innerhalb von einer Minute oder innerhalb von 30 Sekunden. Die Entwicklung kann z.B. in einer statischen Entwicklungskammer oder auf einer bewegten Plattform stattfinden, auf die der Entwickler gesprüht wird. Die Sprühdrücke können im Bereich von 5 bis 40 psi liegen, z.B. bei 10 bis 25 psi.
Nach der Entwicklung können die vorliegenden Wellenleiter einem Endhärtungsschritt unterzogen werden. Das Härten kann z.B. eine Belichtung als Ganzes z.B. mit 1 bis 2 Joule/cm² aktinischer Strahlung umfassen. Zusätzlich oder alternativ können die Wellenleiter bei einer Temperatur von etwa 130°C bis 300°C in Luft oder einer inerten Atmosphäre, wie z.B. Stickstoff oder Argon, erwärmt werden. Als nächstes kann eine zweite Umhüllungsschicht 10 in der vorstehend beschriebenen Weise über der ersten Umhüllungsschicht 4 und der Kernstruktur 6' gebildet werden. Die zweite Umhüllungsschicht kann mit der ersten Umhüllungsschicht identisch oder von dieser verschieden sein. Die zweite Umhüllungsschicht kann thermisch aktiviert und/oder photoaktiviert werden, um eine Wellenleiterstruktur bereitzustellen, wie sie vorstehend bezüglich der ersten Umhüllungsschicht beschrieben worden ist. Die zweite Umhüllungsschicht wird typischerweise bis zu einer Dicke von etwa 1 bis 100 μm, z.B. von etwa 10 bis 50 μm, abgeschieden.
Optische Wellenleiter der vorliegenden Erfindung weisen bei verschiedenen Wellenlängen eine hervorragende Transparenz auf. Folglich können die vorliegenden optischen Wellenleiter z.B. bei 600 bis 1700 nm verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegenden optischen Wellenleiter in vorteilhafter Weise bei anderen Wellenlängen verwendet werden können. Folglich sind die vorliegenden optischen Wellenleiter besonders zur Verwendung in Datenkommunikations- und Telekommunikationsanwendungen geeignet.
Die 2 veranschaulicht ein Beispiel für eine elektronische Vorrichtung gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung. Die elektronische Vorrichtung ist ein optischer Splitter, der einen Wellenleiterkern 6' umfasst, der auf einer Wellenleiterumhüllung 4 ausgebildet ist. Eine Einspeisung eines Signals mit der Wellenlänge λ wird an dem Y-Übergang 12 in zwei Lichtsig nale λ' mit gleicher Wellenlänge, jedoch bei einer verminderten Leistungsamplitude, aufgeteilt.
Die folgenden Beispiele sollen verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung weiter veranschaulichen, jedoch sollen sie den Schutzbereich der Erfindung in keinerlei Hinsicht beschränken. Die Gew.-%, wie sie in den Beispielen verwendet werden, beziehen sich auf die vollständigen Zusammensetzungen, einschließlich Lösungsmittel. Jedwede Abweichung des Gesamtgewichtsprozentsatzes von 100 Gew.-% ist auf das Runden während der Messung zurückzuführen.
Beispiel 1
45,76 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 48,17 Gew.-% Phenylmethyldimethylsilsesquioxan (49:49:2 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 1,1 Gew.-% epoxidiertes Polybutadien, 0,11 Gew.-% Diphenylnaphthylsulfoniumperfluorbutansulfonat mit Hydroxyendgruppen, 4,82 Gew.-% Polydiphenylsiloxan und 0,007 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis wurden in einem Gemisch vereinigt. Die Zusammensetzung wurde auf eine Kupferfolie, die mit Bimsstein abgerieben worden ist, unter Verwendung eines #80 Beschichtungsstabs aufgebracht und 15 min bei 90°C in einem Ofen getrocknet. Eine Vorlage, die den erforderlichen Wellenleiter definiert, wurde direkt auf der Zusammensetzung angeordnet. Die Vorlage umfasste Strukturen zur Bildung von Wellenleitern mit verschiedenen Abmessungen und Formen, wie z.B. linear, verzweigt und gekrümmt geformte Wellenleiter mit einer Länge zwischen 2 und 14 cm und einer Breite von 5 bis 15 μm. 300 mJ/cm² aktinische Strahlung wurden auf den Aufbau angewandt, worauf ein Erhitzen nach der Belichtung in Luft bei 90°C für 15 mm durchgeführt wurde. Der belichtete Wafer wurde 30 Sekunden in eine 0,85N Natriumhydroxid-Entwicklerlösung, die bei 37,8°C (100°F) gehalten wurde, getaucht. Der Wafer wurde dann in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet. Der Wafer wurde 10 mm bei 200°C erhitzt. Die Kupferfolie wurde über eine Dornstange mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll gebogen. Visuell wurde keine Rissbildung festgestellt.
Beispiel 2
45 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 35 Gew.-% Trifluormethylphenylsilsesquioxan (10:90 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 15 Gew.-% 3,3-Dimethyloxetan, 4,95 Gew.-% Benzointosylat und 0,05 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis werden in einem Gemisch vereinigt. Die Zusammensetzung wird bei 2500 U/min auf einen Siliciumdioxid-beschichteten 6 Zoll-Siliciumwafer mittels Schleuderbeschichten aufgebracht und auf einer Heizplatte in Luft 2 min bei 90°C weicherhitzt, so dass eine Dicke von 8 μm erhalten wird. Eine Vorlage, wie sie im Beispiel 1 beschrieben worden ist, wird direkt auf der Zusammensetzung angeordnet. 2000 mJ/cm² aktinische Strahlung werden auf den Aufbau angewandt, worauf ein Erhitzen nach der Belichtung in Luft bei 90°C für 2 mm durchgeführt wird. Der belichtete Wafer wird dann 30 Sekunden in eine Propylenglykolmonomethyletheracetat-Entwicklerlösung, die bei 37,8°C (100°F) gehalten wird, getaucht. Der Wafer wird dann in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet. Der Wafer wird auf einer Heizplatte 10 mm in Luft bei 200°C erhitzt. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Beispiel 3
37 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 47,99 Gew.-% Methylphenylsilsesquioxan (50:50 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 10 Gew.-% Trimethylolpropantrivinylether, 5 Gew.-% Triphenylsulfoniumtrifluormethylsulfonat und 0,01 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis werden in einem Gemisch vereinigt. Die Zusammensetzung wird mittels Walzenbeschichten auf ein 24 Zoll × 36 Zoll (61 cm × 91,4 cm)-Epoxylaminat, wie es gebräuchlich bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet wird, bis zu einer Dicke von 60 μm aufgebracht. Die Zusammensetzung wird dann in einem Konvektionsofen für 45 mm bei 90°C in Luft getrocknet. Eine Vorlage, wie sie im Beispiel 1 beschrieben worden ist, jedoch mit Linienbreiten von 40 bis 200 μm, wird direkt auf der Zusammensetzung angeordnet. 1000 mJ/cm² aktinische Strahlung werden auf den Aufbau angewandt, worauf ein Erhitzen nach der Belichtung in Luft bei 90°C für 30 mm durchgeführt wird. Die belichtete Strukur wird dann insgesamt 120 s in einem Sprühentwickler angeordnet, der eine 0,7N-Natriumhydroxid-Entwicklerlösung, die bei 37,8°C (100°F) gehalten wird, enthält. Das Laminat wird in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet. Die resultierenden Wellenleiter werden mit 2000 mJ/cm² aktinischer Strahlung als Ganzes belichtet, worauf 120 mm bei 180°C in Luft in einem Konvektionsofen hart gehärtet. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Beispiel 4
30 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 54,99 Gew.-% Methylphenylsilsesquioxan (40:60 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 10 Gew.-% Polydimethylsiloxan mit Hydroxyendgruppen, 5 Gew.-% Triphenylsulfoniumtrifluormethylsulfonat und 0,01 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis werden in einem Gemisch vereinigt. Die Zusammensetzung wird mittels Walzenbeschichten auf ein 24 Zoll × 36 Zoll (61 cm × 91,4 cm)- Epoxylaminat, wie es gebräuchlich bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet wird, bis zu einer Dicke von 50 μm aufgebracht. Die Zusammensetzung wird dann in einem Konvektionsofen für 30 min bei 90°C in Luft getrocknet. Eine Vorlage, wie sie im Beispiel 1 beschrieben worden ist, jedoch mit Linienbreiten von 40 bis 200 μm, wird direkt auf der Zusammensetzung angeordnet. 800 mJ/cm² aktinische Strahlung werden auf den Aufbau angewandt, worauf ein Erhitzen nach der Belichtung in Luft bei 90°C für 30 min durchgeführt wird. Die belichtete Struktur wird dann insgesamt 120 s in einem Sprühentwickler angeordnet, der eine 0,7N-Natriumhydroxid-Entwicklerlösung, die bei 37,8°C (100°F) gehalten wird, enthält. Das Laminat wird in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet. Die resultierenden Wellenleiter werden 120 min bei 180°C in Luft in einem Konvektionsofen hart gehärtet. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Beispiel 5
Umhüllungschicht (1)
Eine erste Umhüllungsschichtzusammensetzung wird durch Vereinigen von 39 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 48,5 Gew.-% Phenylmethyldimethylsilsesquioxan (35:65 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 7,5 Gew.-% Diglycidylether von 1,4-Butandiol, 4,99 Gew.-% eines Amin-blockierten Dodecylphenylsulfonats und 0,01 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis in einem Gemisch gebildet. Die Zusammensetzung wird mittels Walzenbeschichten auf ein 24 Zoll × 36 Zoll (61 cm × 91,4 cm)-Epoxylaminat, wie es gebräuchlich bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet wird, bis zu einer Dicke von 50 μm aufgebracht. Die Zusammensetzung wird in einem Konvektionsofen für 45 min bei 90°C in Luft getrocknet. Das mit der ersten Umhüllung beschichtete Substrat wird 1,5 Stunden bei 180°C erwärmt.
Kern
Die erste Umhüllungsschicht wird mit der gleichen Zusammensetzung und den gleichen Verfahren beschichtet, wie sie im Beispiel 1 verwendet worden sind, um Wellenleiterkernstrukturen zu bilden.
Umhüllungsschicht (2)
Eine zweite Umhüllungsschichtzusammensetzung wird über den strukturierten Kernstrukturen und der ersten Umhüllungsschicht unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und Verfahren gebildet, wie sie bei der Bildung der ersten Umhüllungsschicht verwendet worden sind, mit der Ausnahme, dass die Dicke der zweiten Umhüllungsschicht nach dem Weicherhitzen 60 μm beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Beispiel 6
Umhüllungschicht (1)
Eine erste Umhüllungsschichtzusammensetzung wird durch Vereinigen von 50 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 40,99 Gew.-% Phenylmethylsilsesquioxan (40:60 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 4 Gew.-% 3,3-Dimethyloxetan, 5 Gew.-%. Triphenylsulfoniumtrifluormethylsulfat und 0,01 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis in einem Gemisch gebildet. Die Zusammensetzung wird mittels Schleuderbeschichten bei 2000 U/min auf einen Siliciumdioxid-beschichteten 6 Zoll-Siliciumwafer aufgebracht und 2 min bei 90°C bis zu einer Dicke von 8 μm auf einer Heizplatte in Luft weicherhitzt. Die Zusammensetzung wird 800 mJ ausgesetzt und 2 min auf einer Heizplatte bei 90°C erhitzt. Die Zusammensetzung wird in Luft auf einer Heizplatte für 10 min bei 200°C harterhitzt.
Kern
Die erste Umhüllungsschicht wird mit der gleichen Zusammensetzung und den gleichen Verfahren beschichtet, wie sie im Beispiel 2 verwendet worden sind, um Wellenleiterkernstrukturen zu bilden.
Umhüllungsschicht (2)
Eine zweite Umhüllungsschichtzusammensetzung wird über den strukturierten Kernstrukturen und der ersten Umhüllungsschicht unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und Verfahren gebildet, wie sie bei der Bildung der ersten Umhüllungsschicht verwendet worden sind, mit der Ausnahme, dass die Dicke der zweiten Umhüllungsschicht nach dem Weicherhitzen 10 μm beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Beispiel 7
Umhüllungschicht (1)
Eine erste Umhüllungsschichtzusammensetzung wird durch Vereinigen von 39 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 46 Gew.-% Phenylmethylsilsesquioxan (50:50 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 10 Gew.-% Trimethylolpropantrivinylether, 4,99 Gew.-% eines Amin-blockierten Dodecylphenylsulfonats und 0,01 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis in einem Gemisch gebildet. Die Zusammensetzung wird mittels Walzenbeschichten auf ein 24 Zoll × 36 Zoll (61 cm × 91,4 cm)-Epoxylaminat, wie es gebräuchlich bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet wird, bis zu einer Dicke von 50 μm aufgebracht. Die Zusammensetzung wird in einem Konvektionsofen für 45 min bei 90°C in Luft getrocknet. Das mit der ersten Umhüllung beschichtete Substrat wird 1 Stunde bei 180°C erwärmt.
Kern
Die erste Umhüllungsschicht wird mit der gleichen Zusammensetzung und den gleichen Verfahren beschichtet, wie sie im Beispiel 3 verwendet worden sind, um Wellenleiterkernstrukturen zu bilden.
Umhüllungsschicht (2)
Eine zweite Umhüllungsschichtzusammensetzung wird über den strukturierten Kernstrukturen und der ersten Umhüllungsschicht unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und Verfahren gebildet, wie sie bei der Bildung der ersten Umhüllungsschicht verwendet worden sind, mit der Ausnahme, dass die Dicke der zweiten Umhüllungsschicht nachdem Weicherhitzen 60 μm beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Beispiel 8
Umhüllungschicht (1)
Eine erste Umhüllungsschichtzusammensetzung wird durch Vereinigen von 39 Gew.-% Propylenglykolmonomethyletheracetat, 46 Gew.-% Phenylmethylsilsesquioxan (50:50 Gew.-%, bezogen auf das Polymer), 10 Gew.-% Polydiphenylsiloxan mit Hydroxyendgruppen, 4,99 Gew.-% eines Amin-blockierten Dodecylphenylsulfonats und 0,01 Gew.-% Dow SILWET L-7604 Öl auf Siliconbasis in einem Gemisch gebildet. Die Zusammensetzung wird mittels Walzenbeschichten auf ein 24 Zoll × 36 Zoll (61 cm × 91,4 cm)-Epoxylaminat, wie es gebräuchlich bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet wird, bis zu einer Dicke von 50 μm aufgebracht. Die Zusammensetzung wird in einem Konvektionsofen für 45 min bei 90°C in Luft getrocknet. Das mit der ersten Umhüllung beschichtete Substrat wird 1 Stunde bei 180°C erwärmt.
Kern
Die erste Umhüllungsschicht wird mit der gleichen Zusammensetzung und den gleichen Verfahren beschichtet, wie sie im Beispiel 4 verwendet worden sind, um Wellenleiterkernstrukturen zu bilden.
Umhüllungsschicht (2)
Eine zweite Umhüllungsschichtzusammensetzung wird über den strukturierten Kernstrukturen und der ersten Umhüllungsschicht unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung und Verfahren gebildet, wie sie bei der Bildung der ersten Umhüllungsschicht verwendet worden sind, mit der Ausnahme, dass die Dicke der zweiten Umhüllungsschicht nach dem Weicherhitzen 60 μm beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass flexible optische Wellenleiter erhalten werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben worden ist, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können und dass Äquivalente eingesetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Zusammensetzung, umfassend: ein Polymer, umfassend Einheiten der Formel (RSiO_1,5), wobei R eine substituierte oder unsubstituierte organische Gruppe ist, und eine Vielzahl von funktionellen Endgruppen, eine erste Komponente zum Verändern der Löslichkeit der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand nach Aktivierung, und eine zweite Komponente, enthaltend eine Vielzahl von funktionellen Gruppen, ausgewählt aus Epoxiden, Oxetanen, Vinylethern und Kombinationen davon, wobei die zweite Komponente in einer wirksamen Menge vorhanden ist, um die Flexibilität der Zusammensetzung in einem getrockneten Zustand vor und nach Aktivierung, wie in Übereinstimmung mit ASTM D522-93a (erneut zugelassen 2001) bestimmt, zu verbessern, wobei eine Schicht der Zusammensetzung, die auf eine Kupferfolie beschichtet ist, in getrocknetem Zustand, um eine konische Dornstange mit Dorn ohne Rißbildung oder Haarrißbildung gebogen wird.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die zweite Komponente ein Material, ausgewählt aus substituierten und unsubstituierten Alkyl- und Arylkohlenwasserstoffen, Ethern, Acrylaten, Novolaken, Nanoteilchen, Polyimiden, Polyurethanen, Polyestern, Polysulfonen, Polyketonen, Fullerenen, POSS-Siliconen und Kombinationen davon, umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die zweite Komponente ein Polyepoxid ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polymer weiter Einheiten der Formel (R¹SiO_1,5) umfaßt, wobei R¹ eine substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe ist und R eine substituierte oder unsubstituierte Arylgruppe ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zusammensetzung in getrocknetem Zustand wäßrig entwickelbar ist.
Verwendung einer Zusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, zum Bilden des Kerns und/oder der Umhüllung eines flexiblen optischen Wellenleiters.
Verfahren zum Bilden eines flexiblen optischen Wellenleiters, umfassend einen Kern und eine Umhüllung, wobei das Verfahren umfaßt: (a) das Bilden einer Schicht über ein Substrat aus einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, und (b) das Aktivieren zumindest eines Bereichs der Schicht, wobei die Schicht eine Kern- oder eine Umhüllungsschicht ist.