JP2006501520A - 平面無機デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
(a)光反応性組成物を基材に付与する工程であって、組成物が、
反応種と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド粒子であって、粒子の平均粒度が約300nm未満であるコロイド粒子とを含む、工程と、
(b)組成物をフォトパターニングして、構造を規定する工程と、
(c)反応種を熱分解し、かつ粒子を少なくとも部分的に溶融するのに十分な時間、構造を高温に曝す工程とを含む方法を提供する。
(a)光反応性組成物を基材に付与する工程であって、組成物が、
反応種と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド状シリカ粒子であって、粒子の平均粒度が約300nm未満である粒子とを含む、工程と、
(b)組成物をフォトパターニングして、構造を規定する工程と、
(c)反応種を熱分解し、かつ粒子を少なくとも部分的に溶融するのに十分な時間、構造を高温に曝す工程とを含む方法を提供する。
(a)光反応性組成物を基材に付与する工程であって、組成物が、
反応種と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド粒子であって、粒子の平均粒度が約300nm未満であるコロイド粒子とを含む、工程と、
(b)組成物をフォトパターニングして、基材上に平面光学デバイスを形成する工程とを含む方法を提供する。
有機反応種と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド粒子とを含む光反応性組成物であって、粒子が、平均粒度が約300nm未満であり、かつ約65体積%未満で組成物中に存在し、
組成物の粘度が、室温および1Hzの剪断速度において、15,000センチポアズより大きい、光反応性組成物を提供する。
エポキシ樹脂と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド状シリカ粒子とを含むエポキシ配合物であって、粒子の平均粒度が約300nm未満であり、
配合物の粘度が、室温および1Hzの剪断速度において、15,000センチポアズより大きい、エポキシ配合物を提供する。
上述された構造を形成するために使用することができる光反応性組成物は、硬化性または非硬化性反応種と、光開始剤系と、複数の実質的に無機のコロイド粒子とを含む。
光開始剤系は、1成分系、2成分系、または3成分系であることができる。1成分系は、光化学的に効果的な量の、少なくとも1つの光開始剤を含む。そのような化合物の例は、フリーラジカル源を生成する光開始剤、または電磁スペクトルの紫外部分もしくは可視部分の波長を有する放射線に曝されると酸(プロトン酸またはルイス酸を含む)を生成するカチオン光触媒を含む。
光反応性組成物の光開始剤系での使用に適した光増感剤は、好ましくは、約150から約800ナノメートル(より好ましくは約200から約600ナノメートル、より好ましくは約240から約500ナノメートル)の波長の範囲内のどこかで光吸収が可能なものである。
次の組成物、すなわち、45,000〜55,000の分子量、9.0〜13.0%のヒドロキシル含有量のポリビニルブチラール(ビューツバル(Butvar)B76、モンサント(Monsanto))の、メタノール中の5%(重量対体積(weight by volume))溶液5.0部と、
0.3部のトリメチロールプロパントリメタクリレートと、0.03部の2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンとを有する標準テスト溶液を調製することができる(ブレティン・オブ・ザ・ケミカル・ソサエティ・オブ・ジャパン(Bull.Chem.Soc.Japan)、42、2924〜2930(1969)を参照のこと)。
ACO(X)bB
(ここで、XはCOまたはCR1R2であり、ここで、R1およびR2は、同じまたは異なることができ、かつ、水素、アルキル、アルカリール、またはアラルキルであることができ;bはゼロであり;AおよびBは、同じまたは異なることができ、かつ、置換(1つ以上の妨げない置換基を有する)または非置換アリール基、アルキル基、アルカリール基、またはアラルキル基であることができるか、または、AおよびBはともに、置換または非置換脂環式環、芳香族環、複素環式芳香族環、または縮合芳香環であることができる環状構造を形成することができる)によって表されるものを含む。
光反応性組成物の1光子光開始剤系に有用な電子供与体化合物は、電子を光増感剤の電子励起状態に供与することができる化合物(光増感剤自体以外)である。そのような化合物を、任意に、光開始剤系の感光性を増加させ、それにより、光反応性組成物の光反応を行うのに必要な露光を低減するために使用することができる。電子供与体化合物は、好ましくは、ゼロより大きく、かつp−ジメトキシベンゼンの酸化電位以下である酸化電位を有する。好ましくは、酸化電位は、標準飽和カロメル電極(「S.C.E.」)に対して約0.3から1ボルトである。
Ar3B-(n−C4H9)N+(C2H5)4
Ar3B-(n−C4H9)N+(CH3)4
Ar3B-(n−C4H9)N+(n−C4H9)4
Ar3B-(n−C4H9)Li+
Ar3B-(n−C4H9)N+(C6H13)4
Ar3B-−(C4H9)N+(CH3)3(CH2)2CO2(CH2)2CH3
Ar3B-−(C4H9)N+(CH3)3(CH2)2OCO(CH2)2CH3
Ar3B-−(sec−C4H9)N+(CH3)3(CH2)2CO2(CH2)2CH3
Ar3B-−(sec−C4H9)N+(C6H13)4
Ar3B-−(C4H9)N+(C8H17)4
Ar3B-−(C4H9)N+(CH3)4
(p−CH3O−C6H4)3B-(n−C4H9)N+(n−C4H9)4
Ar3B-−(C4H9)N+(CH3)3(CH2)2OH
ArB-(n−C4H9)3N+(CH3)4
ArB-(C2H5)3N+(CH3)4
Ar2B-(n−C4H9)2N+(CH3)4
Ar3B-(C4H9)N+(C4H9)4
Ar4B-N+(C4H9)4
ArB-(CH3)3N+(CH3)4
(n−C4H9)4B-N+(CH3)4
Ar3B-(C4H9)P+(C4H9)4
(ここで、Arは、フェニル基、ナフチル基、置換(好ましくはフルオロ置換)フェニル基、置換ナフチル基、およびより大きい数の縮合芳香環を有する同様の基である)、ならびにテトラメチルアンモニウムn−ブチルトリフェニルボレートおよびテトラブチルアンモニウムn−ヘキシル−トリス(3−フルオロフェニル)ボレート(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレーション(Ciba Specialty Chemicals Corporation)からCGI437およびCGI746として入手可能)、ならびにそれらの混合物が挙げられる。
光反応性組成物の反応種のための適切な光開始剤(すなわち、電子受容体化合物)としては、光増感剤の電子励起状態から電子を受容することによって光増感することができ、少なくとも1つのフリーラジカルおよび/または酸の形成をもたらすことができるものが挙げられる。そのような光開始剤としては、ヨードニウム塩(たとえば、ジアリールヨードニウム塩)、クロロメチル化トリアジン(たとえば、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、および2−アリール−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン)、ジアゾニウム塩(たとえば、アルキル、アルコキシ、ハロ、またはニトロなどの基で任意に置換されたフェニルジアゾニウム塩)、スルホニウム塩(たとえば、アルキル基またはアルコキシ基と任意に置換され、かつ隣接したアリール部分を架橋する2,2’オキシ基を任意に有するトリアリールスルホニウム塩)、アジニウム塩(たとえば、N−アルコキシピリジニウム塩)、およびトリアリールイミダゾリルダイマー(好ましくは、アルキル、アルコキシ、またはハロなどの基で任意に置換された、2,2’,4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,1’−ビイミダゾールなどの2,4,5−トリフェニルイミダゾリルダイマー)など、ならびにそれらの混合物が挙げられる。
トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート
メチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート
ジメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート
ジフェニルナフチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート
トリトリスルホニウム(tritolysulfonium)ヘキサフルオロホスフェート
アニシルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート
4−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート
4−クロロフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
トリ(4−フェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート
ジ(4−エトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアルセネート
4−アセトニルフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート
4−チオメトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
ジ(メトキシスルホニルフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート
ジ(ニトロフェニル)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート
ジ(カルボメトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
4−アセトアミドフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート
ジメチルナフチルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート
トリフルオロメチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート
p−(フェニルチオフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート
10−メチルフェノキサンテニウム(methylphenoxanthenium)ヘキサフルオロホスフェート
5−メチルチアントレニウム(methylthianthrenium)ヘキサフルオロホスフェート
10−フェニル−9,9−ジメチルチオキサンテニウム(dimethylthioxanthenium)ヘキサフルオロホスフェート
10−フェニル−9−オキソチオキサントレニウム(oxothioxanthrenium)テトラフルオロボレート
5−メチル−10−オキソチアントレニウム(oxothianthrenium)テトラフルオロボレート
5−メチル−10,10−ジオキソチアントレニウム(dioxothianthrenium)ヘキサフルオロホスフェートが挙げられる。
本発明の組成物での使用に適した粒子は、サイズがサブミクロンであり、化学的組成物中実質的に無機であり、有機/無機ハイブリッド樹脂の光重合に用いられる光の波長において大部分透明である。そのような粒子としては、Al2O3、ZrO2、TiO2、ZnO、およびSiO2などの金属酸化物、ならびに他の十分に透明な非酸化物セラミック材料が挙げられるが、これらに限定されない。無機粒子を選択する際の付加的な考慮事項が、材料を高密度の無機構造に焼結することができる温度である。好ましくは、粒子はほぼ球状である。
硬化性種および任意に非硬化性種、無機粒子、ならびに光開始剤系の成分を、上述された方法、または当該技術において知られている他の方法によって調製することができる。これらの成分を、「安全光」条件下で、組合せのいかなる順序および態様を用いて(任意に、撹拌またはかき混ぜを伴って)組合せることができるが、(貯蔵寿命および熱安定性の観点から)電子受容体を最後に(および他の成分の溶解を容易にするために任意に用いられるいかなる加熱工程後に)加えることが好ましいことがある。溶媒が組成物の成分とかなり反応しないように選択されるのであれば、必要ならば、溶媒を使用することができる。適切な溶媒としては、たとえば、メチルイソブチルケトン、ジクロロエタン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、アセトニトリル、およびテトラヒドロフランが挙げられるが、これらに限定されない。反応種自体も、時には、他の成分の溶媒として働くことができる.
4−メトキシフェノール(100.0g、0.8mol)と、乾燥炭酸カリウム(166.7g、1.2mol)と、アセトニトリル(800mL)と、2−エチルヘキシルブロミド(173.8g、0.9mol)との混合物を、4日間還流において機械的に撹拌し加熱した。冷却後、混合物を水(1.5L)で希釈し、次に、有機相を分離した。水性層をヘキサンで抽出し、組合された有機層を、1.0M NaOHおよび水で2回洗浄した。MgSO4での乾燥後、溶媒を減圧下で除去して、橙色油を生じさせた。未加工の生成物を減圧下で蒸留して、透明な油152g(80%)を生じさせた。(0.4mmHgにおけるbp135〜138℃)。
1−メトキシ−4−(2−エチルヘキシルオキシ)ベンゼン(50.0g、0.21mol)と、パラホルムアルデヒド(30.0g、1mol)と、酢酸(100mL)と、HBr(酢酸中30%、100mL)との混合物を、70℃に加熱した。反応は80℃に発熱し(exothermed)パラホルムアルデヒドは完全に溶解して、橙色溶液を生じた。70℃で4時間後、反応を室温に冷却した。混合物を塩化メチレン(500mL)で希釈し、有機層を水で3回洗浄し、飽和NaHCO3で1回洗浄した。MgSO4で乾燥後、溶媒を真空下で除去した。淡黄色固体が得られ、これを、ヘキサンから再結晶させて、黄色/白色粉末(71.6g、81%)を生じさせた。あるいは、2,5−ビス(コロロメチル(choloromethyl))−1−メトキシ−4−(2−エチルヘキシルオキシ)ベンゼンを、米国特許第5,189,136号明細書の手順に従って合成することができる。
2,5−ビス(コロロメチル(choloromethyl))−1−メトキシ−4−(2−エチルヘキシルオキシ)ベンゼン(28.26g、85mmol)と、亜リン酸トリエチル(37.4g、0.23mol)との混合物を、加熱して、6時間還流させた。冷却後、生成物を高真空下で加熱して、残留亜リン酸トリエチルを除去した。濃い油が得られ、これは、数日後ゆっくり結晶化し、さらに精製せずに次の工程で使用された。
ホスフィン誘導体(3)(11.60g、21.7mmol)と、4−ジフェニルアミノベンズアルデヒド(12.34g、45.1mmol)と、乾燥テトラヒドロフラン(400mL)との混合物に、カリウムt−ブトキシド(テトラヒドロフラン中1.0M、44mL、44mmol)を滴状に加えた。混合物を3時間室温で撹拌し、次に溶媒を真空(vaccum)下で除去した。水(100mL)を残留物に加え、混合物を塩化メチレンで数回抽出した。組合された有機層をブラインで洗浄し、MgSO4で乾燥させ、溶媒を真空下で除去した。未加工の生成物を、カラムクロマトグラフィによってシリカゲル上で30/70の塩化メチレン/ヘキサンを使用して精製して、鮮緑色固体(14.44g、86%)を生じさせた。
さまざまなサイズのコロイドシリカを含有するシリカ−エポキシゾルの調製を説明する。
ナルコ(NALCO)2327溶液(イリノイ州ベドードパークのオンデオ・ナルコ(Ondeo Nalco, Bedord Park, IL)の水性分散系中の直径約20nmの41%のシリカ)245グラムを、丸底フラスコ内に、中程度のかき混ぜ下に置いた。1−メトキシ−2−プロパノール500グラムとトリメトキシフェニルシラン(シリカ1グラムあたりシラン0.62mモル)12.34グラムとの予め混合された溶液を、5〜10分の期間にわたって加えた。結果として生じる非凝集溶液を、90〜95℃で約22時間加熱し、次に乾燥させて、白色粉末をもたらした。処理されたシリカを脱イオン水に加え(シリカ100グラム対水300グラム)、3〜4時間強力に撹拌し、次に、室温で一晩放置させた。シリカを濾過して分離し、脱イオン水のさらなるすすぎで十分に洗浄し、乾燥させた。
ナルコ(Nalco)TX11005(ロットXC1H0202A1)溶液(オンデオ・ナルコの水性分散系中の31%の123nmのシリカ粒子)200グラムを丸底フラスコに入れ、中程度のかき混ぜ下で、1−メトキシ−2−プロパノール400グラムとトリメトキシフェニルシラン(シリカ1グラムあたりシラン0.11mモル)1.35グラムとの予め混合された溶液を、5〜10分にわたって加えた。結果として生じる非凝集溶液を、90〜95℃で約22時間加熱し、次に乾燥させて、白色粉末をもたらした。処理されたシリカを脱イオン水に加え(シリカ100グラム対水300グラム)、3〜4時間強力に撹拌し、次に、室温で一晩放置させた。シリカを濾過して分離し、脱イオン水のさらなるすすぎで十分に洗浄し、乾燥させた。
約550nmのシリカの20.6%水性分散系(日本、堀川町の触媒化成工業株式会社(Catalyst and Chemical Ind. Co. LTD, Horikawa−Cho, Japan))100グラムを丸底フラスコに入れた。1−メトキシ−2−プロパノール200グラムを、中程度のかき混ぜ下で加え、その後、pHが8〜9になるまで、水性水酸化アンモニウムを滴状に加えた。いったんpHが8〜9に達すると、溶液を60℃で1時間反応させた。トリメトキシフェニルシラン(シリカ1グラムあたり0.1mモル)0.41グラムを加えた。溶液を90℃に加熱し、約22時間反応させた。反応溶液を室温に冷却して、ボトルに入れ、パーセント固形分を定めた。
シルスター(SILSTAR)LE−05S(4.5±0.5ミクロン、約20ミクロンの最大粒度)100グラムを丸底フラスコに入れ、中程度のかき混ぜ下で、1−メトキシ−2−プロパノール100グラムおよび脱イオン水100グラムを加え、その後、pHが8〜9になるまで、水性水酸化アンモニウムを滴状に加えた。いったんpHが8〜9に達すると、溶液を60℃で1時間反応させた。トリメトキシフェニルシラン(シリカ1グラムあたり0.1mモルのシラン)1.984グラムを加えた。溶液を90℃に加熱し、約22時間反応させた。処理されたシリカを濾過して分離し、脱イオン水200グラムですすぎ、5時間空気乾燥させ、次に、3時間100℃で真空乾燥させた。
ナルコ2327溶液(オンデオ・ナルコの水性分散系中の41.8%のシリカ)900グラムを2リットルビーカーに入れ、pHが2〜3と測定される(COLORPHAST pH紙を使用して)まで、中程度のかき混ぜ下で、予め洗浄されたアンバーライト(Amberlite)IR−120プラスイオン交換樹脂をゆっくり加えた。30分間室温で撹拌した後、溶液を、10ミクロンのナイロンメッシュファブリックを通して濾過して、イオン交換樹脂を除去し、固形分を定めた(41.6%)。イオン交換されたナルコ2327溶液800グラムを丸底フラスコに入れ、中程度のかき混ぜ下で、脱イオン水(水の追加は、pHを上昇させるときゾルの凝集を防止する)230グラムを加え、その後、水性水酸化アンモニウムを滴状に加えて、pHを8〜9にした。これに、1−メトキシ−2−プロパノール1600グラムとトリメトキシフェニルシラン(シリカ1グラムあたりシラン0.62mモル)40.92グラムとの予め混合された溶液を、5〜10分にわたって加えた。結果として生じる非凝集溶液を、90〜95℃で約22時間加熱した。溶液のシリカ固形分を15.4重量%であると定めた。シリカ溶液390グラムを、ERL4221E(ダウ・ケミカル)36.0グラムに加え、十分に混合し、アスピレータおよび油浴とともに回転蒸発器を使用してゆっくり加熱しながら、真空ストリッピングした。最終ストリッピング温度(真空ポンプを使用する)は、45分間130℃であった。この混合物96グラムを、1,5−ペンタンジオール(アルドリッチ)4.0グラムとともに、100グラムのスピードミックスカップに入れ、10分間3000rpmでフラックテク・インコーポレイテッドのDAC150FVZスピードミキサを使用して混合した。60重量%の処理されたナノシリカを含有するシリカ−エポキシゾルが生じた。
ナルコ2327溶液(オンデオ・ナルコの水性分散系中の41%の20nmのシリカ粒子)245グラムを丸底フラスコに入れ、中程度のかき混ぜ下で、1−メトキシ−2−プロパノール500グラムと3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート(アルドリッチ)(シリカ1グラムあたりシラン0.62mモル)15.47グラムとの予め混合された溶液を、5〜10分にわたって加えた。結果として生じる非凝集溶液を、85〜90℃で約20時間加熱し、次に空気乾燥させて、白色粉末をもたらした。処理されたシリカを脱イオン水に加え(シリカ100グラム対水300グラム)、3〜4時間強力に撹拌し、次に、室温で一晩放置させた。シリカを濾過して分離し、脱イオン水のさらなるすすぎで十分に洗浄し、乾燥させた。
この実施例は、20nmのコロイドシリカを含有するシリカ−エポキシゾルのフォトパターニングを説明する。シリコンウェーハを、10分間、硫酸(H2O中の98%溶液)と過酸化水素(H2O中の30%溶液)との3:1混合物中に浸すことによってクリーニングし、脱イオン水で入念にすすぎ、イソプロパノールですすぎ、次に乾燥させた。基材への樹脂の接着を促進するために、ウェーハをエポキシ−シランカップリング剤で処理した。わずかに酸性の(pH4〜5)水性エタノール(ケンタッキー州シェルビービルのエーパー(Aaper, Shelbyville, KY))中の2−(3,4エポキシシクロヘキシル)−エチルトリメトキシシラン(ペンシルバニア州タリータウンのゲレスト(Gelest,Tullytown, PA))2重量%溶液を調製した。ウェーハを、溶液中で約60秒間ディップコーティングし、無水エタノール(ニュージャージー州ギブズタウンのEMサイエンス(EM Science, Gibbstown, NJ))で簡単にすすいだ。次に、下塗りされたウェーハを一晩硬化させた。
幅10ミクロン×厚さ約10ミクロンである、シリコン上のパターニングされた有機/無機ナノコンポジット導波管を備えたスライドを、実施例3で説明された同じエポキシ樹脂系、配合物Eを使用して準備した。次に、サンプルを、1℃分から700℃で2時間バルカン(Vulcan)炉(モデル#3−350、コネチカット州ブルームフィールドのデグサ−ネー(Degussa−Ney, Bloomfield, CT))内で加熱した。次に、炉を室温にゆっくり冷却させた。炉から取出した後の、光学顕微鏡での導波管の検査は、熱分解された導波管の新たな破壊を示さなかった。サンプルの1つを取出して、SEMを使用する検査のために、AuPdで軽くスパッタコーティングした。顕微鏡検査の結果は、パターニングされたラインの高さおよび幅の両方が約19%だけ減少したことを示した。シリコンウェーハへの良好な接着が観察された。2〜60nmの範囲内の細孔径が観察された。
この実施例は、フォトパターニングされ熱分解された、さまざまな厚さのナノコンポジットフィルムの製造を説明する。
この実施例は、溶融シリカ基材上のシリカ/ゲルマニア(germania)導波管の準備を説明する。幅200ミクロン×厚さ約10ミクロンである、パターニングされた有機/無機ナノコンポジット導波管を備えた溶融シリカスライドを、実施例5のサンプルE1について説明されたのと同じ樹脂および手順を用いて準備した。次に、パターニングされた有機/無機ナノコンポジット導波管を備えたスライドを、1℃分から700℃で2時間バルカン炉(モデル#3−350、コネチカット州ブルームフィールドのデグサ−ネー)内で加熱して、有機バインダーを熱分解し除去した。サンプルを室温にゆっくり冷却した。炉から取出した後の、光学顕微鏡での導波管の検査は、パターニングされた導波管の新たな破壊を示さなかった。
実施例3で説明された手順に従って、シリコンウェーハをクリーニングし、エポキシ−シランカップリング剤で下塗りした。安全光条件下で作業して、樹脂固形分の重量を基準にして、0.6%のビス−[4−(ジフェニルアミノ)ストリル(stryl)]−1−(2−エチルヘキシルオキシ),4−(メトキシ)ベンゼン(実施例1)と1.0%のCD1012とからなる光開始剤系を、小量の1:1比のテトラヒドロフラン(ミシガン州マスキーゴンのバーディック&ジャクソン)および1,2ジクロロエタン(ニュージャージー州ギブズタウンのEMサイエンス)に予め溶解し、既知の量の配合物Bに加えた。樹脂を、2分間3000RPMでフラックテク・インコーポレイテッドのDAC150FVZスピードミキサ内で混合した。次に、十分な付加的な1,2−ジクロロエタンを手で入れて撹拌して、75重量%の最終樹脂固形分含有量に達した。硬化性組成物を、シリンジを使用して、エポキシ/シラン処理されたシリコンウェーハの中心上に分配し、3000rpmで40秒間スピンコーティングした。その後すぐ、コーティングされたシリコンウェーハを80℃のオーブン内で30分間軟焼成して、残留溶媒を蒸発させた。硬化性組成物は、厚さ約10ミクロンの滑らかな均一なフィルムを形成した。
この実施例は、アクリレート/シリカゾルのフォトパターニングを示す。シリコンウェーハを、10分間、硫酸(98%溶液)と過酸化水素(H2O中の30%溶液)との3:1混合物中に浸すことによってクリーニングし、脱イオン水で入念にすすぎ、イソプロパノールですすぎ、次に乾燥させた。次に、クリーニングされたシリコンウェーハを、わずかに酸性の(pH4〜5)水性エタノール(190プルーフ)中の3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートの2重量%溶液中でディップコーティングした。スライドを、無水エタノール中で簡単にすすぎ、10分間130℃のオーブン内で硬化させた。ビスGMA/TEGDMA/シリカゾル(配合物F)の一部を、十分な4−メチル−2−ペンタノンに溶解して、75重量%固形分の溶液を製造し、均質な溶液が得られるまで一晩撹拌させた。安全光条件下で作業して、このストック溶液10gを、1.25gのテトラヒドロフラン(ミシガン州マスキーゴンのバーディック&ジャクソン)に溶解した、0.15gのCD1012と、0.15gのCGI7460と、0.075gのビス−[4−(ジフェニルアミノ)ストリル(stryl)]−1−(2−エチルヘキシルオキシ),4−(メトキシ)ベンゼン(実施例1)との溶液と混合した。適切な量の4−メチル−2−ペンタノンを加えることによって、パーセント固形分含有量を69.5%に調整した。溶液を、1750rpmで60秒間フラックテク・インコーポレイテッドの150FVZスピードミキサを使用してスピード混合し、次に、処理されたシリコンウェーハ上にスピンコーティングした。次に、コーティングされたウェーハを、60℃で1時間および80℃で1時間軟焼成して、残留溶媒を除去した。フォトレジスト層の厚さは約10ミクロンであった。
この実施例は、0.5ミクロンおよびより大きいサイズのコロイド粒子を含有する硬化性エポキシ/シリカゾルのフォトパターニングを説明する。
Claims (46)
- 無機構造を製造するための方法であって、
(a)光反応性組成物を基材に付与する工程であって、前記組成物が、
反応種と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド粒子であって、前記粒子の平均粒度が約300nm未満であるコロイド粒子とを含む、工程と、
(b)前記組成物をフォトパターニングして、構造を規定する工程と、
(c)前記反応種を熱分解し、かつ前記粒子を少なくとも部分的に溶融するのに十分な時間、前記構造を高温に曝す工程とを含む方法。 - 前記粒子がほぼ球状である、請求項1に記載の方法。
- 前記フォトパターニングが、マスクを介して行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、約65体積%までで前記組成物中に存在する、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、約50重量%から約80重量%で前記組成物中に存在する、請求項1に記載の方法。
- 工程(b)が、前記基材から前記組成物の可溶性部分を除去する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(c)が、約2時間から約48時間、約500℃から約1400℃の温度に、前記構造を曝す工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記無機構造が平面光学デバイスである、請求項1に記載の方法。
- 前記無機構造が、センサとして機能する平面光学デバイスである、請求項1に記載の方法。
- 前記光硬化性組成物の粘度が、室温および1Hzの剪断速度において、15,000センチポアズより大きい、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子のサイズが実質的に単分散である、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子のサイズ分布が実質的に二峰性である、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が表面処理される、請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が、表面付着された有機基を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記表面処理方法が、シラン処理、プラズマ処理、有機酸処理、コロナ処理、加水分解、コーティング、およびチタネート処理からなる群から選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記反応種が、アクリレート、メタクリレート、ビニレート、エポキシ、ビニルエーテル、シアン酸エステル、ならびにそれらのコポリマーおよびブレンドからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記光開始剤系が、フリーラジカル光開始剤またはカチオン光開始剤、およびそれらの組合せを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記カチオン光開始剤が、ヨードニウム塩、クロロメチル化トリアジン、ジアゾニウム塩、スルホニウム塩、アジニウム塩、トリアリールイミダゾリルダイマー、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項17に記載の方法。
- 前記フリーラジカル光開始剤が、アセトフェノン、ベンゾフェノン、アリールグリオキサレート、アシルホスフィンオキシド、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、芳香族スルホニルクロリド、光活性オキシム、ニトロソ化合物、ハロゲン化アシル、ヒドロゾン、クロロアルキルトリアジン、ビスイミダゾール、トリアシルイミダゾール、ピリリウム化合物、スルホニウム塩およびヨードニウム塩、メルカプト化合物、キノン、アゾ化合物、および有機過酸化物からなる群から選択される、請求項17に記載の方法。
- 前記光開始剤系が、光増感剤と、電子供与体化合物とをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記コロイド粒子が金属酸化物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記金属酸化物が、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア、バナジア、酸化アンチモン、酸化スズ、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項21に記載の方法。
- 前記粒子が、約65体積%未満で前記組成物中に存在する、請求項21に記載の方法。
- 前記粒子が、約50重量%から約80重量%で前記組成物中に存在する、請求項21に記載の方法。
- 前記構造をドーピング剤でドープする工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ドーピング剤が、金属塩、融剤、染料、ゾル−ゲル前駆体、有機金属前駆体、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項25に記載の方法。
- 前記融剤が、酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ砂、およびリン酸ナトリウムを含む、請求項26に記載の方法。
- 実質的に強化(consolidated)された無機構造を達成するのに十分な時間および温度、前記構造を焼結する工程をさらに含む、請求項25に記載の方法。
- 前記粒子の平均粒度が約1nmから約150nmである、請求項1に記載の方法。
- 無機構造を製造するための方法であって、
(a)光反応性組成物を基材に付与する工程であって、前記組成物が、
反応種と、
光開始剤系と、
複数の実質的に無機のコロイド状表面処理シリカ粒子であって、前記粒子の平均粒度が約300nm未満である粒子とを含む、工程と、
(b)前記組成物をフォトパターニングして、構造を規定する工程と、
(c)前記反応種を熱分解し、かつ前記粒子を少なくとも部分的に溶融するのに十分な時間、前記構造を高温に曝す工程とを含む方法。 - 前記粒子の平均粒度が約1nmから約150nmである、請求項30に記載の方法。
- 前記粒子が、約50重量%から約80重量%で前記組成物中に存在する、請求項30に記載の方法。
- 工程(b)が、前記基材から前記組成物の可溶性部分を除去する工程をさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 工程(c)が、約2時間から約48時間、約500℃から約1400℃の温度に、前記構造を曝す工程をさらに含む、請求項30に記載の方法。
- (a)有機反応種と、
(b)光開始剤系と、
(c)複数の実質的に無機のコロイド粒子とを含む光反応性組成物であって、前記粒子が、平均粒度が約300nm未満であり、かつ約65体積%未満で前記組成物中に存在し、前記組成物の粘度が、室温および1Hzの剪断速度において、15,000センチポアズより大きい、光反応性組成物。 - 前記粒子が表面処理される、請求項35に記載の組成物。
- 前記反応種が、アクリレート、メタクリレート、ビニレート、エポキシ、ビニルエーテル、シアン酸エステル、ならびにそれらのコポリマーおよびブレンドからなる群から選択される、請求項35に記載の組成物。
- 請求項7に記載の方法に従って製造された平面光学デバイスであって、前記デバイスが、実質的に無機の多孔性構造を達成するのに十分な時間、高温に曝される、平面光学デバイス。
- 請求項30に記載の方法に従って製造された平面光学デバイスであって、前記デバイスが、実質的に無機の多孔性構造を達成するのに十分な時間、500℃から1000℃の高温にゆっくり加熱される、平面光学デバイス。
- 複数の実質的に無機のコロイド粒子を含む平面光学デバイスであって、前記粒子が、平均粒度が約300nm未満であり、かつ少なくとも部分的に溶融される、平面光学デバイス。
- 前記粒子がシリカを含む、請求項40に記載の平面光学デバイス。
- 前記粒子が表面処理される、請求項40に記載の平面光学デバイス。
- 前記粒子が実質的に強化(consolidated)される、請求項40に記載の平面光学デバイス。
- 前記粒子の平均粒度が約1nmから約150nmである、請求項40に記載の平面光学デバイス。
- (a)エポキシ樹脂と、
(b)光開始剤系と、
(c)複数の実質的に無機のコロイド状表面処理シリカ粒子とを含むエポキシ配合物であって、前記粒子の平均粒度が約300nm未満であり、前記配合物の粘度が、室温および1Hzの剪断速度において、15,000センチポアズより大きい、エポキシ配合物。 - 前記粒子がほぼ球状である、請求項45に記載の配合物。
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