DE60208628T2

DE60208628T2 - Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern unter Verwendung einer Silsesquioxanzusammensetzung

Info

Publication number: DE60208628T2
Application number: DE60208628T
Authority: DE
Inventors: James G. Northboro Shelnut; Matthew L. Sterling Moynihan; George G. Jefferson Barclay; Dana A. Gronbeck
Original assignee: Shipley Co Inc; Shipley Co LLC
Current assignee: Shipley Co Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: EP1251155B1; CN1399439A; EP1251155A1; JP2003048984A; KR100831937B1; TW593603B; JP4557487B2; CN1277886C; KR20020077168A; US6731857B2; US20020172492A1; DE60208628D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Wellenleiter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung photodefinierbare Silsesquioxan-Zusammensetzungen, die als Lichtwellenleiter geeignet sind.
Licht wird bei der Übertragung von Daten und Kommunikation immer wichtiger. Beispielsweise haben Faseroptikkabel herkömmliche elektrische Kabel bei einer Anzahl von Anwendungen ersetzt. Leiter und Schalter sind erforderlich, um Licht, mit dem eine solche Übertragung durchgeführt wird, zu erfassen, zu leiten und zu übertragen.
Lichtwellenleiter können einzeln oder als Gruppierung verwendet werden, die auf einem Substrat als Träger angeordnet ist. Solche Wellenleiter umfassen typischerweise ein Kernmaterial und eine Umhüllungsschicht. Licht breitet sich in dem Kernmaterial aus und wird durch die Umhüllungsschicht eingeschlossen, die einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als das Kernmaterial. Planare Lichtwellenleiter werden gestaltet, um Lichtstrahlung über eine zweidimensionale Substratoberfläche zu übertragen. Diese Vorrichtung übt auf die Lichtstrahlung üblicherweise eine passive Funktion aus, so dass das Ausgangssignal bezüglich des Eingangssignals in einer bestimmten Weise modifiziert wird. Beispielsweise teilen Splitter ein optisches Signal in einem Wellenleiter auf zwei oder mehr Wellenleiter auf. Koppler addieren ein Lichtsignal von zwei oder mehr Wellenleitern zu einer geringeren Anzahl von Wellenleitern. Spektrale Filter, Polarisatoren und Isolatoren können in die Wellenleitergestaltung einbezogen werden. Wellenlängenmultiplex-Strukturen („WDM"-Strukturen") teilen ein Lichteingangssignal in spektral diskrete Ausgangswellenleiter auf, und zwar üblicherweise durch die Nutzung entweder von Phase Array-Gestaltungen oder von Gittern. Planare Lichtwellenleiter sind dahingehend besonders vorteilhaft, dass sie mehrere Funktionen in einer Plattform umfassen können.
Wellenleiter können auch eine aktive Funktionalität aufweisen, d.h. bei der das Eingangssignal durch eine Wechselwirkung mit einem zweiten Lichtsignal oder elektrischen Signal verändert wird. Beispiele für eine aktive Funktionalität umfassen eine Verstärkung und ein Schalten, wie z.B. mit elektrooptischen, thermooptischen oder akustooptischen Vorrichtungen.
Eine Anzahl von Strukturen, die zur Verwendung als Lichtwellenleiter geeignet sind, ist bekannt, und zwar insbesondere diejenigen, die aus Siloxanen oder Silsesquioxanen herge stellt sind. Als Beispiel beschreibt die WO 97/24223 (Risen et al.) die Verwendung stark carboxylierter Polysiloxane. Wenn solche Materialien Methyl- oder Vinyl-Seitengruppen enthalten, können sie in der Gegenwart eines radikalischen Photoinitiators photolytisch vernetzt werden, so dass sie unlösliche Siloxanfilme oder -strukturen bilden. Die unvernetzten Materialien können dann mit einem organischen Lösungsmittel entfernt werden. Das verbleibende vernetzte Material wird dann thermisch oxidiert, um einen strukturierten Silicafilm zu bilden, der als Lichtwellenleiter geeignet ist.
Das US-Patent Nr. 6,144,795 (Dawes et al.) beschreibt ein Verfahren zur Bildung planarer Lichtwellenleiterkerne unter Verwendung entweder einer Transferdrucktechnik oder einer Prägetechnik. Bei solchen Wellenleitern ist mindestens eines der Kern- und Umhüllungsmaterialien ein anorganisch-organisches Hybrid, das eine erweiterte Matrix umfasst, die Silizium- und Sauerstoffatome enthält, wobei mindestens ein Teil der Siliziumatome direkt an substituierte oder unsubstituierte Kohlenwasserstoffreste gebunden ist. Die Kohlenwasserstoffreste können entweder Alkyl- oder Aryl sein. Methyl und Phenyl sind die einzigen Kohlenwasserstoffreste, die spezifisch beschrieben sind.
Das US-Patent Nr. 6,087,064 (Lin et al.) beschreibt bestimmte Silsesquioxan-Polymere, die in Photolackzusammensetzungen geeignet sind. Die Photolackzusammensetzungen umfassen ein Polymergemisch mit 30 bis 90 Gew.-% eines Silsesquioxan-Polymers der Formel (R¹SiO_1,5)_n-(R²SiO_1,5)_m, wobei n und m größer als Null sind, R¹ Hydroxyphenylalkyl mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen im Alkylrest ist und R² aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Cycloalkyl und Aryl ausgewählt ist, und 70 bis 10 Gew.-% eines nicht-Silsesquioxan-Polymers. In diesem Patent sind weder Wellenleiter noch Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern beschrieben.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern umfassen 1) das manuelle Anordnen von Glasfasern in ausgehöhlten Bereichen auf einem Substrat, 2) das Füllen eines Formwerkzeugs, das eine gewünschte Struktur aufweist, mit einem polymeren Material, das thermisch gehärtet und später aus dem Formwerkzeug entfernt wird, und 3) das Abscheiden einer Wellenleitermaterialmasse auf einem Substrat, Beschichten der Materialmasse mit einem Photolack, bildmäßiges Strukturieren des Photolacks und Entfernen der unerwünschten Materialmasse durch Ätzen, und dann Entfernen des Photolacks. Jedes dieser Verfahren weist Nachteile auf, wie z.B. dass mehrere Schritte erforderlich sind, um den Wellenleiter zu definieren, potenzielle Seitenwandrauhigkeitsprobleme, eine begrenzte Auflösung und erhöhte Arbeitskosten.
Es besteht somit ein Bedarf für Verfahren zur Herstellung von Wellenleitern, die weniger Schritte erfordern als herkömmliche Verfahren, eine bessere Auflösung und eine geringere Seitenwandrauhigkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ist in ihren verschiedenen Aspekten in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass Wellenleiter einfach durch die lithographischen Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können. Durch die vorliegende Erfindung können verschiedene Wellenleiterstrukturen hergestellt werden.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine photodefinierbare Zusammensetzung bereit, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R Hydroxyphenyl ist, und eine photoaktive Komponente, wobei die Löslichkeit des Silsesquioxan-Oligomers, wenn es einer actinischen Strahlung exponiert wird, verändert wird.
In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters bereit, der einen Kern und eine Umhüllung umfasst, umfassend das Bilden mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung durch die Schritte: a) Abscheiden auf einem Substrat einer Schicht einer photodefinierbaren Zusammensetzung, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus einer Hydroxyphenyl- oder einer Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkylgruppe ausgewählt ist, und eine photoaktive Komponente, und b) Exponieren der Zusammensetzung einer actinischen Strahlung, um einen Lichtwellenleiter zu bilden.
In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Lichtwellenleiter bereit, umfassend einen Kern und eine Umhüllung, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer umfasst, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus einer Hydroxyphenyl- oder einer Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkylgruppe ausgewählt ist.
In einem vierten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine elektronische Vorrichtung bereit, die einen oder mehrere Wellenleiter umfasst, der bzw. die einen Kern und eine Umhüllung umfasst bzw. umfassen, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer umfasst, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der For mel (RSiO_1,5), wobei R aus einer Hydroxyphenyl- oder einer Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkylgruppe ausgewählt ist.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine photodefinierbare Zusammensetzung bereit, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel und eine photoaktive Komponente, wobei die Löslichkeit des Silsesquioxan-Oligomers, wenn es einer actinischen Strahlung exponiert wird, verändert wird.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters bereit, umfassend die Schritte: a) Abscheiden auf einem Substrat einer Schicht einer photodefinierbaren Zusammensetzung, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel und eine photoaktive Komponente, und b) Exponieren der Zusammensetzung einer actinischen Strahlung, um einen Lichtwellenleiter zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Lichtwellenleiter bereit, umfassend einen Kern und eine Umhüllung, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, und ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel umfasst.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine elektronische Vorrichtung bereit, die einen oder mehrere Wellenleiter umfasst, der bzw. die einen Kern und eine Umhüllung umfasst bzw. umfassen, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, und ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel umfasst.
Die folgenden Abkürzungen sollen in dieser Beschreibung die folgenden Bedeutungen haben, falls sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt: °C = Grad Celsius; Gew.-% = Gewichtsprozent; mJ = Millijoule; μm = Micron = Mikrometer; nm = Nanometer; cm = Zentimeter; in. = Inch (Zoll); N = normal; U/min = Umdrehungen pro Minute und mil = 0,001 Inch (Zoll).
„Oligomer" bezieht sich auf Dimere, Trimere, Tetramere und dergleichen. Der Begriff „Polymer" umfasst Oligomere, Dimere, Trimere, Tetramere und dergleichen und bezieht sich sowohl auf Homopolymere als auch auf Copolymere. Die Begriffe „Vernetzer" und „Vernetzungsmittel" werden in dieser Beschreibung austauschbar verwendet. „Harz" und „Polymer" werden in dieser Beschreibung austauschbar verwendet. Der Begriff „Alkyl" bezieht sich auf lineares, verzweigtes und cyclisches Alkyl. Die Begriffe „Halogen" und „Halo" umfassen Fluor, Chlor, Brom und Iod. Folglich bezieht sich der Begriff „halogeniert" auf fluoriert, chloriert, bromiert und iodiert. „Fluoralkyl" bezieht sich sowohl auf partiell fluoriertes als auch auf perfluoriertes Alkyl.
Alle Mengen sind in Gewichtsprozent angegeben und alle Verhältnisse beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist. Alle Zahlenbereiche sind einschließlich zu verstehend und in jedweder Reihenfolge kombinierbar, mit der Ausnahme, wenn es offensichtlich ist, dass solche Zahlenbereiche sich zu 100 % ergänzen müssen.
In einer Ausführungsform enthalten die organischen Reste an den Silsesquioxan-Oligomeren eine oder mehrere Hydroxylgruppe(n), die Vernetzungsreaktionen unterliegen kann bzw. können. Solche photodefinierbaren Zusammensetzungen wirken negativ.
Dem Fachmann ist klar, dass das Silsesquioxan-Oligomer ein Homooligomer sein kann, d.h. es kann nur ein Monomer enthalten, oder ein Cooligomer sein kann, d.h. es kann zwei oder mehr Monomere enthalten. Wenn nur ein Monomer verwendet wird, weisen die vorliegenden Silsesquioxan-Oligomere die allgemeine Formel (R¹SiO_1,5)_n auf, wobei R¹ Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ist und n größer als Null ist. Wenn mehr als ein Silsesquioxan-Monomer verwendet wird, umfasst mindestens ein Silsesquioxan-Monomer Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl und mehr bevorzugt Hydroxybenzyl als organischen Rest. Es ist ferner bevorzugt, dass dann, wenn mehr als ein Monomer verwendet wird, ein solches zweites Monomer die allgemeine Formel (R²SiO_1,5)_m hat, worin R² Hydroxyphenyl, Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl, Phenyl, Halogenphenyl, (C₁-C₁₀)Alkylphenyl, (C₁-C₁₀)Fluoralkylphenyl, (C₁-C₁₀)Alkyl oder (C₁-C₁₀)Fluoralkyl ist, und wobei m größer als Null ist. Solche R²-Gruppen können gegebenenfalls substituiert sein. Mit „substituiert" ist gemeint, dass ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) an den Alkyl- und/oder Phenylgruppen durch eine andere Substituentengruppe ersetzt ist bzw. sind, wie z.B durch Hydroxyl, (C₁-C₁₀)Alkoxy, (C₁-C₁₀)Alkylcarbonyl, (C₁-C₁₀)Alkoxycarbonyl, (C₁-C₁₀)Alkylcarbonyloxy und dergleichen. Folglich umfassen besonders geeignete Silsesquioxan-Oligomere, die mehr als ein Silsesquioxan-Monomer umfassen, diejenigen, die (R¹SiO_1,5)_n(R²SiO_1,5)_m umfassen, wobei R¹, R², n und m die vorstehend angegebene Bedeutung haben. Wenn mehr als ein Silsesquioxan-Monomer verwendet wird, ist es bevorzugt, dass mindestens ein organischer Rest aus Hydroxybenzyl oder Hydroxyphenylethyl ausgewählt wird. Es sollte ferner beachtet werden, dass in den Silsesquioxan-Oligomeren drei oder mehr Silsesquioxan-Monomere vorliegen können.
In einer alternativen Ausführungsform können zweckmäßig Gemische eines Silsesquioxan-Oligomers der allgemeinen Formel (R¹SiO_1,5)_n, worin R¹ Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl und n größer als Null ist, mit einem oder mehreren anderen Oligomer(en) verwendet werden. Solche anderen Oligomere können Silsesquioxan-Oligomere, wie z.B. diejenigen der Formel (R²SiO_1,5)_m, worin R² Hydroxyphenyl, Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl, Phenyl, Halogenphenyl, (C₁-C₁₀)Alkylphenyl, (C₁-C₁₀)Fluoralkylphenyl, (C₁-C₁₀)Alkyl oder (C₁-C₁₀)Fluoralkyl ist und worin m größer als Null ist, oder Siloxan-Oligomere oder organische (nicht-Siliziumenthaltende) Oligomere sein.
Die Hydroxyphenyl- und Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkylreste in den Silsesquioxanen enthalten mindestens eine Hydroxylgruppe und können zwei, drei oder mehr Hydroxygruppen enthalten. Solche Hydroxyphenyl- und Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkylreste können ferner substituiert sein. Mit „substituiertes Hydroxyphenyl" ist gemeint, dass eines oder mehrere der Phenylwasserstoffatome durch eine andere Substituentengruppe ersetzt ist bzw. sind. Entsprechend ist mit „substituiertes Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl" gemeint, dass ein oder mehrere Wasserstoffatom(e) der Phenyl- und/oder Alkylgruppe durch eine andere Substituentengruppe ersetzt ist bzw. sind. Geeignete Substituentengruppen umfassen Deuterium, Halogen, vorzugsweise Fluor, (C₁-C₆)Alkyl und (C₁-C₆)Halogenalkyl. In einer Ausführungsform sind die Silsesquioxan-Oligomere vorzugsweise frei von Säure-enthaltenden Gruppen, wie z.B. Carbonsäure- und Sulfonsäuregruppen. In anderen Ausführungsformen können solche Säureenthaltenden Gruppen erwünscht sein.
In den vorstehend genannten Formeln stellen n und m die Anzahl von Wiederholungseinheiten in dem Silsesquioxan-Oligomer dar. Die vorliegenden Silsesquioxan-Oligomere können einen breiten Bereich von Wiederholungseinheiten enthalten. Folglich können n und m über einen breiten Bereich wie z.B. von 1 bis 100000 variieren. Vorzugsweise betragen n und m unabhängig 1 bis 50000, mehr bevorzugt 3 bis 10000 und noch mehr bevorzugt 3 bis 1000. Folglich kann das Molekulargewicht des Silsesquioxan-Oligomers breit variieren. Besonders geeignete Molekulargewichte liegen im Bereich von 200 bis 100000 und vorzugsweise von 500 bis 25000 und mehr bevorzugt von 1000 bis 20000.
In der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene photoaktive Komponenten verwendet werden, einschließlich unter anderem Photosäureerzeuger und Photobaseerzeuger. Photosäureerzeuger sind bevorzugt.
Photobaseerzeuger, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind jedwede Verbindungen, die bei einer Belichtung, typischerweise bei einer Wellenlänge von etwa 320 bis 420 nm, eine Base freisetzen, jedoch können auch andere Wellenlängen geeignet sein. Geeignete Photobaseerzeuger umfassen unter anderem Benzylcarbamate, Benzoincarbamate, O-Carbamoylhydroxyamine, O-Carbamoyloxime, aromatische Sulfonamide, alpha-Lactame, N-(2-Allylethenyl)amide, Arylazidverbindungen, N-Arylformamide und 4-(ortho-Nitrophenyl)-dihydropyridine.
Die Photosäureerzeuger, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind jedwede Verbindungen, die bei einer Belichtung, typischerweise bei einer Wellenlänge von etwa 320 bis 420 nm, eine Säure freisetzen, jedoch können auch andere Wellenlängen geeignet sein. Geeignete Photosäureerzeuger umfassen unter anderem halogenierte Triazine, Oniumsalze und sulfonierte Ester.
Besonders geeignete halogenierte Triazine umfassen Halogenmethyl-s-triazine. Geeignete halogenierte Triazine umfassen z.B. 2-(1-(3,4-Benzodioxolyl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,2,5-triazin, 2-(1-(2,3-Benzodioxolyl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(1-(3,4-Benzodioxolyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(1-(2,3-Benzodioxolyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-Furylethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(5-Methylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4-Methylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(3-Methylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4,5-Dimethylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(5-Methoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4-Methoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(3-Methoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4,5-Dimethoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-Furylethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(5-Methylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4-Methylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(3-Methylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4,5-Dimethylfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(5-Methoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4-Methoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(3-Methoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(2-(4,5-Dimethoxyfuryl)ethyliden)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2,4,6-Tris-(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2,4,6-Tris-(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-Phenyl-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-Phenyl-4,6-bis(tribrommethyl)- 1,3,5-triazin, 2-(4-Methoxyphenyl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(4-Methoxyphenyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(1-Naphthyl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(1-Naphthyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(4-Methoxy-1-naphthyl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(4-Methoxy-1-naphthyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(4-Chlorphenyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-Styryl-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-Styryl-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(4-Methoxystyryl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(4-Methoxystyryl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(3,4,5-Trimethoxystyryl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(3,4,5-Trimethoxystyryl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin, 2-(3-Chlor-1-phenyl)-4,6-bis(trichlormethyl)-1,3,5-triazin, 2-(3-Chlorphenyl)-4,6-bis(tribrommethyl)-1,3,5-triazin und dergleichen. Andere Photosäureerzeuger des Triazin-Typs, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in dem US-Patent Nr. 5,366,846 beschrieben.
Die s-Triazinverbindungen sind Kondensationsreaktionsprodukte bestimmter Methylhalogenmethyl-s-triazine und bestimmter Aldehyde oder Aldehydderivate. Solche s-Triazinverbindungen können gemäß den Verfahren hergestellt werden, die im US-Patent Nr. 3,954,475 und in Wakabayashi et al., Bulletin of the Chemical Society of Japan, 42, 2924-30 (1969) beschrieben sind.
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, Bismut, Aluminium, Gallium, Indium, Titan, Zirkonium, Scandium, Chrom, Hafnium, Kupfer, Bor, Phosphor und Arsen. Beispiele für geeignete Oniumsalze umfassen unter anderem: Diaryldiazoniumsalze und Oniumsalze der Gruppe VA und B, IIA und B und I des Periodensystems, wie z.B. Haloniumsalze, quartäre Ammonium-, Phosphonium- und Arsoniumsalze, aromatische Sulfoniumsalze und Sulfoxoniumsalze oder Seleniumsalze. Beispiele für geeignete Oniumsalze sind in den US-Patenten Nr. 4,442,197, 4,603,101 und 4,624,912 beschrieben. Sulfoniumsalze, wie z.B. Triphenylsulfoniumhexafluorophosphat, sind bevorzugt.
Die sulfonierten Ester, die als Photosäureerzeuger in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Sulfonyloxyketone. Geeignete sulfonierte Ester umfassen unter anderem: Benzointosylat, t-Butylphenyl-alpha-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat und t-Butyl-alpha-(p-toluolsulfonyloxy)-acetat. Solche sulfonierten Ester sind im Journal of Photopolymer Science and Technology, Band 4, Nr. 3, 337–340 (1991) beschrieben.
Die Menge der photoaktiven Komponente, die in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist jedwede Menge, die ausreichend ist, um die Vernetzung des Silsesquioxan-Oligomers zu katalysieren. Die photoaktiven Komponenten werden typischerweise im Bereich von 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, verwendet. Es ist bevorzugt, dass die photoaktive Komponente in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 15 Gew.-%, mehr bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 12 Gew.-% und noch mehr bevorzugt im Bereich von 5 Gew.-% oder weniger vorliegt. Ein besonders geeigneter Bereich liegt bei 0,1 bis 5 Gew.-%.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können gegebenenfalls ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel enthalten. Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist jedwedes aromatische oder aliphatische Vernetzungsmittel geeignet, das mit dem Silsesquioxan-Oligomer reagiert. Solche organischen Vernetzungsmittel härten unter Bildung eines polymerisierten Netzwerks mit dem Silsesquioxan-Oligomer und vermindern die Löslichkeit in ausgewählten Lösungsmitteln. Solche organischen Vernetzungsmittel können Monomere oder Polymere sein. Dem Fachmann ist klar, dass Kombinationen von Vernetzungsmitteln in der vorliegenden Erfindung erfolgreich verwendet werden können.
Geeignete organische Vernetzungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen unter anderem: Amin-enthaltende Verbindungen, Epoxy-enthaltende Materialien, Verbindungen, die mindestens zwei Vinylethergruppen enthalten, allylsubstituierte aromatische Verbindungen und Kombinationen davon. Bevorzugte Vernetzungsmittel umfassen Amin-enthaltende Verbindungen und Epoxy-enthaltende Materialien.
Die Amin-enthaltenden Verbindungen, die als Vernetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen unter anderem: Melaminmonomere, Melaminpolymere, Alkylolmethylmelamine, Benzoguanaminharze, Benzoguanamin-Formaldehydharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Glykoluril-Formaldehydharze und Kombinationen davon. Diese Harze können durch die Reaktion von Acrylamid- oder Methacrylamid-Copolymeren mit Formaldehyd in einer Alkohol-enthaltenden Lösung oder alternativ durch die Copolymerisation von N-Alkoxymethylacrylamid oder -methacrylamid mit anderen geeigneten Monomeren hergestellt werden. Besonders geeignete Vernetzer auf Aminbasis umfassen die Melamine, die von Cytec, West Paterson, New Jersey, hergestellt werden, wie z.B. CYMEL^TM 300, 301, 303, 350, 370, 380, 1116 und 1130; Benzoguanaminharze, wie z.B. CYMEL^TM 1123 und 1125; die Glykolurilharze CYMEL^TM 1170, 1171 und 1172; und die Harze auf Harnstoffbasis BEETLE^TM 60, 65 und 80, die ebenfalls von Cytec, West Paterson, New Jersey, erhältlich sind. Eine große Anzahl ähnlicher Verbindungen auf Aminbasis ist von verschiedenen Lieferanten erhältlich.
Melamine sind die bevorzugten Vernetzer auf Aminbasis. Besonders bevorzugt sind Alkylolmethylmelaminoharze. Diese Harze sind typischerweise Ether, wie z.B. Trialkylolmethylmelamin und Hexaalkylolmethylmelamin. Die Alkylgruppe kann 1 bis 8 oder mehr Kohlenstoffatome aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um Methyl. Abhängig von den Reaktionsbedingungen und der Konzentration von Formaldehyd können die Methylether unter Bildung komplexerer Einheiten miteinander reagieren.
Epoxy-enthaltende Materialien, die als Vernetzer in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind jedwede organische Verbindungen, die einen oder mehrere Oxiranring(e) aufweisen, der bzw. die durch eine Ringöffnung polymerisierbar ist bzw. sind. Solche Materialien, die breit als Epoxide bezeichnet werden, umfassen unter anderem: Monomere Epoxyverbindungen und polymere Epoxide, die aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch sein können. Bevorzugte Epoxyvernetzungsmaterialien weisen im Allgemeinen durchschnittlich mindestens 2 polymerisierbare Epoxygruppen pro Molekül auf. Die polymeren Epoxide umfassen lineare Polymere mit endständigen Epoxygruppen (z.B. einen Diglycidylether eines Polyoxyalkylenglykols), Polymere mit Grundgerüstoxiraneinheiten (z.B. Polybutadienpolyepoxid) und Polymere mit gebundenen Epoxygruppen (z.B. ein Glycidylmethacrylatpolymer oder -copolymer). Die Epoxide können reine Verbindungen sein, jedoch handelt es sich im Allgemeinen um Gemische, die eine, zwei oder mehr Epoxygruppe(n) pro Molekül enthalten.
Geeignete Epoxy-enthaltende Materialien können von monomeren Materialien und Oligomeren mit niedrigem Molekulargewicht bis zu Polymeren mit relativ hohem Molekulargewicht variieren und sie können bezüglich der Art ihres Grundgerüsts und ihrer Substituentengruppen stark variieren. Beispielsweise kann das Grundgerüst von jedweder Art sein und die Substituentengruppen können jedwede Gruppe sein, die frei von Substituenten ist, die mit einem Oxiranring bei Raumtemperatur reaktiv sind. Geeignete Substituenten umfassen unter anderem: Halogene, Estergruppen, Ether, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen, Nitrogruppen und Phosphatgruppen.
Besonders geeignete Epoxy-enthaltende Materialien in der vorliegenden Erfindung umfassen Glycidylether. Beispiele sind die Glycidylether mehrwertiger Phenole, die durch Umsetzen eines mehrwertigen Phenols mit einem Überschuss an Chlorhydrin, wie z.B. Epichlorhydrin, erhalten werden (z.B. der Diglycidylether von 2,2-Bis-(2,3-epoxypropoxyphenol)propan). Solche Glycidylether umfassen Bisphenol A-Epoxide, wie z.B. Bisphenol A-ethoxyliertes Diepoxid. Weitere Beispiele für Epoxide dieser Art sind im US-Patent Nr. 3,018,262 beschrieben, und zwar insoweit dieses Patent die Herstellung solcher Epoxide lehrt.
Geeignete Epoxide, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen unter anderem: Epichlorhydrin, Glycidol, Glycidylmethacrylat, Glycidylether von p-tert-Butylphenol (z.B. denjenigen, der unter der Handelsbezeichnung EPI-REZ 5014 von Celanese erhältlich ist), Diglycidylether von Bisphenol A (z.B. diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen EPON 828, EPON 1004 und EPON 1010 von Shell Chemical Co. erhältlich sind, und DER-331, DER-332 und DER-334, die von Dow Chemical Co. erhältlich sind), Vinylcyclohexendioxid (z.B. ERL-4206 von Union Carbide Corp.), 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexencarboxylat (z.B. ERL-4201 von Union Carbide Corp.), Bis(3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipat (z.B. ERL-4289 von Union Carbide Corp.), Bis(2,3-epoxycyclopentyl)ether (z.B. ERL-0400 von Union Carbide Corp.), aliphatisches Epoxy, das mit Polypropylenglykol modifiziert worden ist (z.B ERL-4050 und ERL-4269 von Union Carbide Corp.), Dipentenoxid (z.B. ERL-4269 von Union Carbide Corp.), flammverzögernde Epoxyharze (z.B. DER-580, ein bromiertes Epoxyharz des Bisphenol-Typs, das von Dow Chemical Co. erhältlich ist), 1,4-Butandioldiglycidylether von Phenolformaldehyd-Novolak (z.B. DEN-431 und DEN-438 von Dow Chemical Co.) und Resorzindiglycidylether (z.B. KOPOXITE von Koppers Company, Inc.).
Verbindungen, die mindestens zwei Vinylethergruppen enthalten, umfassen unter anderem Divinylether von aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder araliphatischen Diolen. Beispiele für solche Materialien umfassen Divinylether aliphatischer Diole mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, Polyethylenglykole, Propylenglykole, Polybutylenglykole, Dimethylcyclohexane und dergleichen. Besonders geeignete Verbindungen, die mindestens zwei Vinylethergruppen aufweisen, umfassen Divinylether von Ethylenglykol, Trimethylen-1,3-diol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Resorzin und Bisphenol A.
Geeignete allylsubstituierte aromatische Verbindungen, die als Vernetzer in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind diejenigen, die einen oder mehrere Allylsubstituenten enthalten, d.h. die aromatische Verbindung ist an einer oder mehreren Ringposition(en) durch das allylische Kohlenstoffatom einer Alkylengruppe substituiert. Geeignete allylaromatische Verbindungen umfassen Allylphenylverbindungen, wie z.B. ein Allylphenol. Ein Allylphenolvernetzer kann ein Monomer oder Polymer sein, das eine oder mehrere Phenoleinheit(en) enthält, wobei die Phenoleinheiten an einer oder mehreren Ringposition(en) durch ein allylisches Kohlenstoffatom einer Alkylengruppe substituiert sind. Typischerweise handelt es sich bei dem bzw. den Alkylensubstituenten um Propenyl, d.h. das Phenol weist einen oder mehrere Propenylsubstituenten auf. Bevorzugte Allylphenole umfassen ein Polykondensat aus Phenol und Hydroxybenzaldehyd und einem Allylhalogenid, wie z.B. Allylchlorid. Eine Anzahl geeigneter Allylphenole ist käuflich, wie z.B. das Allylphenol, das unter der Handelsbezeich nung THERMAX SH-150AR von Kennedy and Klim, Inc. (Little Silver, N.J.) verkauft wird. Allylphenylverbindungen, einschließlich Allylphenole sind auch in dem US-Patent Nr. 4,987,264 beschrieben, und zwar insoweit dieses Patent die Herstellung solcher Verbindungen lehrt.
Besonders geeignete organische Vernetzungsmittel umfassen diejenigen, die eine oder mehrere Methoxymethylgruppe(n) enthalten, wie z.B. Methoxymethyl-substituierte Melamine und Methoxymethyl-substituierte Glykourile. Hexamethoxymethylmelamin ist ein bevorzugtes Methoxymethyl-substituiertes Melamin. Es ist weiter bevorzugt, dass eines oder mehrere der Wasserstoffatome des organischen Vernetzungsmittels und mehr bevorzugt eines oder mehrere der Methylwasserstoffatome in dem Methoxymethylsubstituenten mit einem Halogenatom, vorzugsweise mit Fluor, substituiert ist bzw. sind. Folglich umfassen bevorzugte Vernetzungsmittel diejenigen, die einen oder mehrere Methoxyfluormethyl- und/oder Methoxydifluormethyl-Substituenten enthalten. Beispiele für bevorzugte fluorierte Vernetzungsmittel umfassen Methoxyfluormethyl- und Methoxydifluormethyl-substituierte Melamine und Glykourile, wie z.B. Hexamethoxyfluormethylmelamin und Hexamethoxydifluormethylmelamin. Fluorierte Epoxyvernetzungsmittel sind ebenfalls geeignet. Für bestimmte Anwendungen ist es bevorzugt, dass das Vernetzungsmittel fluoriert ist.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können zweckmäßig nur eine einzelne Art von organischem Vernetzungsmittel umfassen, z.B. nur einen Amin-enthaltenden Vernetzer, oder sie können zwei oder mehr verschiedene Vernetzer enthalten. Wenn in der vorliegenden Erfindung eine Kombination von organischen Vernetzern verwendet wird, ist es bevorzugt, dass die Kombination eine Amin-enthaltende Verbindung und eine Epoxyenthaltende Verbindung umfasst. Die Konzentration organischer Vernetzungsmittel in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kann innerhalb eines relativ breiten Bereichs variieren. Dem Fachmann ist klar, dass geeignete Konzentrationen des organischen Vernetzers mit Faktoren wie z.B. der Reaktivität des Vernetzers und der spezifischen Anwendung der Zusammensetzung variieren werden. Typischerweise liegt bzw. liegen das bzw. die Vernetzungsmittel in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 50 % und mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 25 % vor. Es ist bevorzugt, dass das Vernetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung ferner eine photodefinierbare Zusammensetzung bereit, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel und eine photoaktive Komponente, wobei die Löslichkeit des Silsesquioxan-Oligomers, wenn es einer actinischen Strahlung exponiert wird, verändert wird.
Andere Additive können gegebenenfalls in den Zusammensetzungen der Erfindung vorliegen und umfassen unter anderem: Farbstoffe, wie z.B. ORASOL BLUE, das von Ciba Geigy erhältlich ist, Egalisierungsmittel, Füllstoffe, Pigmente, Benetzungsmittel, Schaumdämpfer, Haftförderer, thixotrope Mittel, Flammverzögerungsmittel und dergleichen. Solche Additive sind in dem Fachgebiet der Beschichtungszusammensetzungen gut bekannt. Es sollte beachtet werden, dass mehr als ein Additiv in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung kombiniert werden kann. Beispielsweise kann ein Benetzungsmittel mit einem thixotropen Mittel kombiniert werden. Geeignete Füllstoffe und thixotrope Mittel umfassen Silica, hochdisperses Silica, Talk und dergleichen. Geeignete Benetzungsmittelumfassen Mittel auf Siliziumbasis, wie z.B. SILWET^TM, das von Dow erhältlich ist. Solche optionalen Additive sind von einer Vielzahl von Quellen erhältlich. Die Mengen solcher optionalen Additive, die in den vorliegenden Zusammensetzungen verwendet werden sollen, können vom Fachmann festgelegt werden.
Die photodefinierbaren Zusammensetzungen können gegebenenfalls ein oder mehrere Lösungsmittel enthalten. Solche Lösungsmittel unterstützen bei der Formulierung der Zusammensetzungen und beim Aufbringen der Zusammensetzungen auf ein Substrat. Es können viele verschiedene Lösungsmittel 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-Amylacetat 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 ε-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 photodefinierbaren Zusammensetzungen können durch Kombinieren des Silsesquioxan-Oligomers, der photoaktiven Komponente, eines optionalen Lösungsmittels, gegebenenfalls eines organischen Vernetzungsmittels oder mehrerer organischer Vernetzungsmittel und gegebenenfalls Additiven in einer beliebigen Reihenfolge hergestellt werden.
Mit „Lichtwellenleiter" ist jedwede Vorrichtung gemeint, die Lichtstrahlung über eine zweidimensionale Substratoberfläche überträgt. Geeignete Lichtwellenleiter umfassen unter anderem Splitter, Koppler, spektrale Filter, Polarisatoren, Isolatoren und Wellenlängenmultiplex-Strukturen. Solche Wellenleiter können auch eine aktive Funktionalität enthalten, wie z.B. ein Verstärken und ein Schalten, wie z.B. mit elektrooptischen, thermooptischen oder akustooptischen Vorrichtungen. Um als Verstärker geeignet zu sein, enthalten die vorliegenden Wellenleiter typischerweise einen oder mehrere Dotierstoff(e). Erbium ist ein Beispiel für einen Dotierstoff. Solche Dotierstoffe sind bekannt. Folglich enthalten die vorliegenden Wellenleiter, die zur Verwendung als Verstärker geeignet sind, einen oder mehrere Dotierstoff(e).
Die erfindungsgemäßen Wellenleiter können als einzelne Wellenleiter oder als Gruppierung von Wellenleitern hergestellt werden. Ob solche Wellenleiter als Gruppierung hergestellt werden, hängt von der speziellen Anwendung ab und liegt innerhalb des Ermessens des Fachmanns.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Wellenleiter durch direktes bildmäßiges Strukturieren der photodefinierbaren Zusammensetzungen hergestellt werden können. Folglich stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters bereit, das die Schritte umfasst: a) Abscheiden auf einem Substrat einer Schicht einer photodefinierbaren Zusammensetzung, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl ausgewählt ist, und eine photoaktive Komponente, und b) Exponieren der Zusammensetzung einer actinischen Strahlung, um einen Lichtwellenleiter zu bilden. In einer alternativen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters bereit, umfassend die Schritte: a) Abscheiden auf einem Substrat einer Schicht einer photodefinierbaren Zusammensetzung, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel und eine photoaktive Komponente, und b) Exponieren der Zusammensetzung einer actinischen Strahlung, um einen Lichtwellenleiter zu bilden.
Die photodefinierbaren Zusammensetzungen werden typischerweise zuerst als Schicht auf einem Substrat mit einem beliebigen Mittel abgeschieden, wie z.B. unter anderem Siebbeschichten (oder Siebdruck), Vorhangbeschichten, Walzenbeschichten, Schlitzbeschichten, Schleuderbeschichten, Flutbeschichten, elektrostatisches Spritzen, Spritzbeschichten, Tauchbeschichten oder als trockener Film. Wenn die Zusammensetzungen mittels Spritzen aufgebracht werden, kann gegebenenfalls eine beheizte Spritzpistole verwendet werden. Die Viskosität der Zusammensetzung kann durch Viskositätsverbesserer, thixotrope Mittel, Füllstoffe und dergleichen so eingestellt werden, dass die Anforderungen für jedes Aufbringverfahren erfüllt werden. Jedwede Substrate, die als Träger für einen Wellenleiter geeignet sind, können mit den vorliegenden Zusammensetzungen verwendet werden. Geeignete Substrate umfassen unter anderem Substrate, die bei der Herstellung elektronischer Vorrichtungen wie z.B. gedruckter Schaltungen und integrierter Schaltungen verwendet werden. Besonders geeignete Substrate umfassen Laminatoberflächen und Kupferoberflächen kupferplattierter Platten, Innenschichten und Außenschichten gedruckter Schaltungen, Wafer, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, Flüssigkristallanzeige-Glassubstrate („LCD"-Glassubstrate) und dergleichen.
Das beschichtete Substrat wird dann typischerweise gehärtet, wie z.B. durch Erhitzen, um jedwedes Lösungsmittel zu entfernen. Ein solches Härten kann bei verschiedenen Temperaturen stattfinden, und zwar abhängig von dem jeweils ausgewählten Lösungsmittel. Geeignete Temperaturen sind solche, die ausreichend sind, um im Wesentlichen jegliches vorhandene Lösungsmittel zu entfernen. Typischerweise kann die Härtung bei jedweder Temperatur von Raumtemperatur (d.h. 25°C) bis 170°C durchgeführt werden. Ein solches Härten findet typischerweise während eines Zeitraums von 5 Sekunden bis 30 min statt. Ein solches Härten kann durch Erhitzen des Substrats in einem Ofen oder auf einer Heizplatte bewirkt werden.
Nach dem Härten wird die auf dem Substrat angeordnete Schicht dann durch Exponieren gegenüber actinischer Strahlung durch eine geeignete Druckvorlage oder Maske bildmäßig strukturiert. Nach der Exponierung wird die Zusammensetzung dann bei einer Temperatur von 40°C bis 170°C gehärtet. Die Härtungszeit kann variieren, liegt jedoch allgemein bei etwa 30 Sekunden bis etwa 1 Stunde. Während eine Bindung an eine Theorie nicht beabsichtigt ist, wird angenommen, dass das Silsesquioxan-Oligomer bei der Exponierung gegenüber actinischer Strahlung, insbesondere mit dem optionalen Vernetzungsmittel, vernetzt. Die exponierten Bereiche werden weniger löslich gemacht als die nicht exponierten Bereiche. Folglich können die nicht exponierten Bereiche z.B. durch einen Kontakt mit einem geeigneten Lösungsmittel, einem wässrigen Entwickler oder einem Lösungsmittel-Wasser-Gemisch entfernt werden, wobei nur die exponierten Bereiche auf dem Substrat zurückbleiben. Geeignete wässrige Entwickler umfassen Alkalimetallhydroxide, wie z.B. Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid in Wasser, sowie Tetraalkylammoniumhydroxid in Wasser. Solche Entwickler werden typischerweise in Konzentrationen von 0,1 bis 0,3 N, wie z.B. 0,15 bis 0,26 N Tetramethylammoniumhydroxid in Wasser, verwendet. Die Auswahl des Entwicklers liegt im Ermessen des Fachmanns. Eine solche Entwicklung kann bei verschiedenen Temperaturen stattfinden, wie z.B. von Raumtemperatur bis etwa 100°C. Die Zeit für eine solche Entwicklung hängt von dem zu entfernenden Material und der eingesetzten Temperatur ab, beträgt jedoch im Allgemeinen etwa 10 Sekunden bis etwa 1 Stunde.
Nach der Entwicklung können die vorliegenden Wellenleiter einem Endhärtungsschritt oder einem Verfließschritt unterworfen werden. Bei einem solchen Endhärtungsschritt können die Wellenleiter bei einer Temperatur von etwa 130°C bis 225°C in Luft oder eine Inertatmosphäre, wie z.B. Stickstoff oder Argon, erhitzt werden. Ein solcher Endhärtungsschritt unterstützt bei der Entfernung von restlichem Lösungsmittel, der Entfernung von Hydroxylgruppen von dem Silsesquioxanpolymer, wie z.B. durch Erhöhen des Ausmaßes der Vernetzung, bei der Veränderung des Wellenleiterprofils, um z.B. die Oberflächenrauhigkeit zu vermindern, und verbessert die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des Materials.
Optische Wellenleiter weisen typischerweise einen Kern und eine Umhüllung auf, wobei die Umhüllung verglichen mit dem Kern einen niedrigeren Brechungsindex aufweist. Besonders geeignete Wellenleiter weisen einen Kern mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,55 auf. Typischerweise weist eine geeignete Umhüllung einen Brechungsindex von 1,3 bis 1,54 auf.
Es ist bevorzugt, dass zuerst eine Umhüllungsschicht auf einem Substrat abgeschieden wird. Wenn die Umhüllungsschicht photohärtbar oder wärmehärtbar ist, kann sie in einem ersten Schritt gehärtet werden. Das photodefinierbare Kernmaterial wird dann auf der Umhüllungsschicht abgeschieden, bildmäßig strukturiert und die nicht exponierten Bereiche werden gegebenenfalls entfernt. Eine zweite Umhüllungsschicht wird dann auf dem bildmäßig strukturierten Wellenleiter abgeschieden. Die zweite Umhüllungsschicht kann mit der ersten Umhüllungsschicht identisch oder verschieden davon sein. Die Brechungsindizes der ersten und der zweiten Umhüllungsschicht sollten jedoch gleich sein. Die zweite Umhüllungsschicht wird dann gehärtet oder in dem Fall einer photohärtbaren Umhüllungszusammensetzung bildmäßig strukturiert, um eine Wellenleiterstruktur bereitzustellen.
Die Silsesquioxan-Oligomere und -Polymere werden in der Umhüllung und/oder dem Kern der vorliegenden Lichtwellenleiter verwendet. Vorzugsweise werden die vorliegenden photodefinierbaren Zusammensetzungen zur Herstellung von Kernen für Lichtwellenleiter verwendet. Es sollte beachtet werden, dass der Brechungsindex einer photodefinierbaren Zusammensetzung, die ein vorliegendes Silsesquioxan-Oligomer und ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel umfasst, durch Verändern der Menge und der Art des einen oder der mehreren ausgewählten Vernetzungsmittel(s) und/oder der photoaktiven Komponente modifiziert werden kann. Folglich können die vorliegenden Zusammensetzungen abhängig von der Art und der Menge der ausgewählten Vernetzungsmittel als Kern- oder Umhüllungsmaterial geeignet sein.
Die erfindungsgemäßen Lichtwellenleiter weisen bei verschiedenen Wellenlängen eine hervorragende Transparenz auf. Folglich können die vorliegenden Lichtwellenleiter bei Wellenlängen von 0,83 bis 0,85, 1,35 und 1,55 Micron verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegenden Lichtwellenleiter vorteilhaft bei anderen Wellenlängen verwendet werden können. Wenn der Hydroxylgehalt des Silsesquioxan-Polymers hoch ist, wird der Wellenleiter vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 0,83 bis 0,85 Micron verwendet. Folglich sind die vorliegenden Lichtwellenleiter besonders zur Verwendung in Telekommunikationsanwendungen geeignet.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung ferner einen Lichtwellenleiter bereit, der einen Kern und eine Umhüllung umfasst, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer umfasst, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl ausgewählt ist. In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Lichtwellenleiter bereit, der einen Kern und eine Umhüllung umfasst, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist, und ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel umfasst.
Die erfindungsgemäßen Wellenleiter können in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere bei der Herstellung elektronischer Vorrichtungen, wie z.B. gedruckten Schaltungen, integrierten Schaltungen, Verbindungen und dergleichen. Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine elektronische Vorrichtung bereit, die einen oder mehrere Wellenleiter umfasst, der bzw. die einen Kern und eine Umhüllung umfasst bzw. umfassen, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung als polymerisierte Einheiten ein Silsesquioxan-Oligomer der Formel (RSiO_1,5)_n umfasst, wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl ausgewählt ist und n größer als Null ist. In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine elektronische Vorrichtung bereit, die einen oder mehrere Wellenleiter umfasst, der bzw. die einen Kern und eine Umhüllung umfasst bzw. umfassen, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung als polymerisierte Einheiten ein Silsesquioxan-Oligomer der Formel (RSiO_1,5)_n, wobei R aus Hydroxyphenyl oder Hydroxybenzyl ausgewählt ist und n größer als Null ist, und ein Vernetzungsmittel umfasst.
Die folgenden Beispiele sollen weitere verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, jedoch den Schutzbereich der Erfindung in keinerlei Hinsicht beschränken.
Beispiel 1
21,0 Teilen Propylenglykolmonomethyletheracetat werden 10,5 Teile Hydroxybenzylsilsesquioxan, 3,0 Teile Hexamethylolmethylmelamin als Vernetzungsmittel, 1,0 Teile Triphenylsulfoniumhexafluorophosphat als photoaktive Komponente, 0,06 Teile Siloxan-Benetzungsmittel und 1,0 Teile Bisphenol A-ethoxyliertes Diepoxid zugesetzt.
Die Zusammensetzung wurde bis zu einer Dicke von 8 μm mittels Schleuderbeschichten auf einem Siliziumoxidwafer aufgebracht. Das Lösungsmittel wurde durch schwaches Erhitzen in einem Ofen bei 90°C für 30 min entfernt. Die Zusammensetzung wurde dann durch eine Maske für 1000 mJ unter Verwendung einer Quecksilberhalogenidlampe belichtet. Der Wafer wurde dann 30 min bei 100°C erhitzt. Der Wafer wurde dann in 0,26 N wässriges Tetramethylammoniumhydroxid bei Raumtemperatur 30 s eingetaucht. Der Wafer wurde dann gespült, getrocknet und 1 Stunde bei 150°C thermisch gehärtet, um eine Wellenleiterstruktur zu erhalten. Der Brechungsindex des Wellenleiters betrug 1,5710 ± 0,0002 bei 1,550 Micron.
Beispiel 2
Eine photodefinierbare Zusammensetzung wurde durch Kombinieren von 10 Teilen eines Silsesquioxan-Oligomers, das als polymerisierte Einheiten ein 4-Hydroxybenzylsilsesquioxan-Monomer mit einem Molekulargewicht von etwa 5000 enthielt, 4 Teilen eines Melamin-Vernetzungsmittels, das unter der Handelsbezeichnung CYMEL^TM 303 verkauft wird, 1 Teil Triphenylsulfoniumhexafluorophosphat und 28 Teilen Ethyllactat hergestellt. Die Zusammensetzung wurde mittels Schleuderbeschichten auf einen unbehandelten 6 Zoll (etwa 15 cm) Siliziumwafer bei 420 U/min aufgebracht, um eine 0,3 mil dicke Beschichtung bereitzustellen. Die Beschichtung wurde dann durch ein Quarzglas-Phototool in einer kollimierten Tamarack-Lichtquelle, einem Photopolymer-Kolben mit einer Abgabe von 365 nm bei 1000 mJ, exponiert. Nach dem Exponieren wurde die Beschichtung 30 min bei 90°C erhitzt. Nach dem Erhitzen wurde die exponierte Beschichtung unter Verwendung von 0,14 N wässrigem Natriumhydroxid entwickelt, um einen Lichtwellenleiter bereitzustellen.
Beispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Menge des Vernetzungsmittels variiert wurde. Der Brechungsindex („RI") der Proben bei verschiedenen Wellenlängen wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Die vorstehenden Daten zeigen deutlich, dass mit zunehmender Menge des Vernetzungsmittels in den vorliegenden Zusammensetzungen der Brechungsindex des Materials ebenfalls zunimmt.
Beispiel 4
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Menge der photoaktiven Komponente variiert wurde. Der Brechungsindex („RI") der Proben bei verschiedenen Wellenlängen wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Die vorstehenden Daten zeigen deutlich, dass mit zunehmender Menge der photoaktiven Komponente in den vorliegenden Zusammensetzungen der Brechungsindex des Materials ebenfalls zunimmt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters, der einen Kern und eine Umhüllung umfaßt, umfassend das Bilden mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung durch die Schritte: a) Abscheiden auf einem Substrat einer Schicht einer photodefinierbaren Zusammensetzung, umfassend ein Silsesquioxan-Oligomer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus einer Hydroxyphenyl- oder einer Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkylgruppe ausgewählt ist, und eine photoaktive Komponente, und b) Exponieren der Zusammensetzung einer actinischen Strahlung, um einen Lichtwellenleiter zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Silsesquioxan-Oligomer ferner als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (R²SiO_1,5) umfaßt, wobei R² aus einer Hydroxyphenyl-, einer Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl-, einer Phenyl-, einer Halogenphenyl-, einer (C₁-C₁₀)Alkylphenyl-, einer (C₁-C₁₀)Fluoralkylphenyl-, einer (C₁-C₁₀)Alkyl- und einer (C₁-C₁₀)Fluoralkylgruppe ausgewählt ist, wobei R und R² nicht gleich sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die photodefinierbare Zusammensetzung ferner ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel umfaßt.
Lichtwellenleiter, umfassend einen Kern und eine Umhüllung, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer umfaßt, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus einer Hydroxyphenyl- oder einer Hydroxyphenyl(C₁- C₅)alkylgruppe ausgewählt ist.
Lichtwellenleiter, umfassend einen Kern und eine Umhüllung, wobei mindestens eines von dem Kern und der Umhüllung ein Silsesquioxan-Polymer, umfassend als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (RSiO_1,5), wobei R aus einer Hydroxyphenyl- oder einer Hydroxybenzylgruppe ausgewählt ist, und ein oder mehrere organische(s) Vernetzungsmittel umfaßt.
Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei das Silsesquioxan-Polymer ferner als polymerisierte Einheiten ein Monomer der Formel (R²SiO_1,5) umfaßt, wobei R² aus einer Hydroxyphenyl-, einer Hydroxyphenyl(C₁-C₅)alkyl-, einer Phenyl-, einer Halogenphenyl-, einer (C₁-C₁₀)Alkylphenyl-, einer (C₁-C₁₀)Fluoralkylphenyl-, einer (C₁-C₁₀)Alkyl- und einer (C₁-C₁₀)Fluoralkylgruppe ausgewählt ist, wobei R und R² nicht gleich sind.
Elektronische Vorrichtung, umfassend einen oder mehrere Lichtwellenleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 6.