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KR20040048312A - 도파로의 형성방법 및 그로부터 형성된 도파로 - Google Patents

도파로의 형성방법 및 그로부터 형성된 도파로 Download PDF

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KR20040048312A
KR20040048312A KR1020030086206A KR20030086206A KR20040048312A KR 20040048312 A KR20040048312 A KR 20040048312A KR 1020030086206 A KR1020030086206 A KR 1020030086206A KR 20030086206 A KR20030086206 A KR 20030086206A KR 20040048312 A KR20040048312 A KR 20040048312A
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KR
South Korea
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layer
waveguide
waveguide core
cladding layer
composition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020030086206A
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English (en)
Inventor
제임스 지. 셀넛
매튜 엘. 모이니한
오마리 패터슨
Original Assignee
롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/307,904 external-priority patent/US6842577B2/en
Application filed by 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨 filed Critical 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨
Publication of KR20040048312A publication Critical patent/KR20040048312A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract

광 도파로(optical waveguide)의 형성방법이 제공된다. 이 방법은 (a) 기판상에 감광성(photodefinable) 조성물 층을 형성하고; (b) 층의 일부를 화학 조사선에 노광하며; (c) 노광층을 현상하여 도파로 코어 구조를 형성한 후; (d) 도파로 코어 구조를 리플로우(reflow)하여 그의 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡지도록 하기에 효과적인 온도로 그에 효과적인 시간동안 도파로 코어 구조를 가열하는 단계를 포함한다. 또한, 개시된 방법으로부터 형성된 광 도파로 및 하나 이상의 광 도파로를 포함하는 전자 디바이스(electronic device)가 제공된다.

Description

도파로의 형성방법 및 그로부터 형성된 도파로{Methods of forming waveguides and waveguides formed therefrom}
본 발명은 일반적으로 광 도파로(optical waveguide) 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 횡단면이 만곡진 광 도파로 및 그의 형성방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 광 도파로를 포함하는 전자 디바이스 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
데이타 전송 및 통신에 있어서 광은 점점 더 중요해지고 있다. 많은 적용에서 종래의 전기 케이블이 광섬유 케이블로 대체되었다. 예를 들어, 광 집적회로(OIC)가 인쇄배선판상에 고 밴드폭 광 연결을 위해 중요성을 더해 가고 있다.
광 도파로는 전형적으로 코어 물질 및 이들 코어 물질을 싸고 있는 클래딩 층(cladding layer)을 포함한다. 광선은 코어 물질내로 전파되어 코어 물질 보다 굴절률(index of refraction)이 낮은 클래딩 층에 의해 보유된다. 도파로는 개별적으로 또는 기판상에 지지된 어레이(array)로서 사용될 수 있으며, 전형적으로 광선을 기판 표면을 가로질러 전달한다. 도파로는 종종 입력 신호로부터 출력 신호를 특정 방식으로 변경하도록 광선에 수동적으로 작용한다. 예를 들어, 스플리터 (splitter)는 하나의 도파로 광 신호를 둘 이상의 도파로로 분할하며; 커플러 (coupler)는 둘 이상의 도파로로부터의 광 신호를 보다 적은 수의 도파로로 합치며; 파장 분할 다중화("WDM", wavelength division multiplexing) 구조는 통상적으로 페이즈 어레이 디자인(phase array design) 또는 그레이팅(grating)을 사용하여입력 광 신호를 스펙트럼적으로 불연속적인 출력 도파로로 분리한다. 스펙트럼 필터, 편광기 및 절연체(isolator)가 도파로 디자인에 내입될 수 있다. 또한, 도파로는 활동적인 기능 (active functionality)을 가질 수 있으며, 이때 입력 신호는 이차 광 또는 전기 신호와의 상호작용에 의해 변경된다. 예시적인 활동적 기능으로 전기-광학, 열-광학 또는 음파-광학 장비에서와 같이 증폭 및 스위칭 기능이 포함된다.
평면적인 도파로의 다양한 제조방법이 제안되었다. 예를 들어, 기판상에 벌크한 도파로 재료를 침착시킨 후, 표준 포토리소그래피(photolithography) 및 벌크한 도파로 층상에 포토레지스트를 이용한 에칭 공정을 수행하여 도파로 코어를 형성하는 방법이 제안되었다. 가공 단계의 수 및 비용을 줄이기 위한 일환으로, 도파로 형성시 광이미지성 코어층을 사용하는 것이 또한 제안되었다. 이러한 공정으로 형성된 코어 구조는 일반적으로 도파로 길이를 따라 횡단면이 정사각형 또는 직사각형이다. 그러나, 이러한 기하구조는 도파로와 도파로가 전형적으로 결합되어 있는 원통형 광섬유 간에 기하구조가 매치하지 않은 결과로 광 및 삽입 손실 특성이 좋지 않다. 이러한 기하구조의 미스매치는, 특히 다중모드 장비에 대해 입력 및 출력 커플링 포트 둘 다에서 추가적인 커플링 손실을 야기한다. 따라서, 광섬유/도파로 커플링에 기인한 삽입 손실을 줄임과 동시에 광 전달성을 향상시키기 위해 횡단면이 만곡진 형태, 보다 바람직하게는 실질적으로 만곡진 코어를 가지는 도파로 설비가 바람직하다.
Syms 등에 의한Reflow and Burial of Channel Waveguides formed in Sol-Gel Glass on Si Substrates, IEEE PHOTONICS TECH. LTTRS., Vol. 5, No. 9 (Sept. 1993)에서는 실리콘 기판상에 평탄한 이층 졸-겔 유리 필름을 침착시키고, 필름을 에칭하여 리지(ridge) 도파로를 형성함으로써 도파로를 제조하는 방법을 개시하였다. 그후, 퍼니스(furnace) 가열을 이용하여 코어 및 클래딩 유리를 용융시켜 코어와 클래딩의 접합부 반경 범위를 평활하게 하였다. 리플로우된 도파로는 정사각형 또는 직사각형 도파로에 비해 손실 특성을 개선시킬 수 있으나, 코어와 클래딩의 접합부는 코어가 기판을 통해 확산되는 것을 야기하기 때문에 이상적이지 않다.
Strand등에 의한 미국 특허 제 5,846,694호는 횡단면이 거의 둥근 도파로의 제조방법을 개시하였다. 개시된 방법에서는, 용융된 도파로 재료가 습윤시킬 반대편 재료층을 패턴화하여 도파로용 페디스톨(pedestal)을 형성한다. 이어서, 도파로 재료를 침착시키고, 포토리소그래피 및 에칭 공정을 이용하여 패턴화시킨다. 열을 가하여 도파로 전구체를 리플로우함으로써 페디스톨 상부에 위치한 횡단면이 거의 둥근 도파로로 만든다. 이 방법은 페디스톨 및 도파로 둘 다를 디파인 (define)하기 위해 다단계를 요하는 단점이 있다.
따라서, 광전자 산업에서는 공지된 정사각형 및 직사각형 도파로에 비해 광 및 삽입 손실성이 향상된 광 도파로의 개선된 형성방법 및 이로부터 형성된 도파로가 요망된다. 또한, 당 업계에서는 이러한 도파로를 포함하는 전자 디바이스 및 그러한 전자 디바이스의 형성방법이 요망된다.
놀랍게도, 본 발명을 통해 공지된 정사각형 및 직사각형의 평면 도파로 보다 광 투과성이 향상되었고 삽입 손실율이 낮은 광 도파로가 제조될 수 있음이 밝혀졌다.
본 발명의 한 측면에 따라, 광 도파로의 형성방법이 제공된다. 이 방법은 (a) 기판상에 감광성(photodefinable) 조성물 층을 형성하고; (b) 층의 일부를 화학 조사선에 노광하며; (c) 노광층을 현상하여 도파로 코어 구조를 형성한 후; (d) 도파로 코어 구조를 리플로우(reflow)하여 그의 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡지도록 하기에 효과적인 온도로 그에 효과적인 시간동안 도파로 코어 구조를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 광 도파로의 형성방법이 제공된다. 이 방법은 (a) 표면상에 특정 굴절율을 가지는 물질의 클래딩 층을 포함하는 기판을 형성하고; (b) 클래딩 층의 일부상에 도파로 코어 구조를 형성한 후; (c) 도파로 코어 구조를 리플로우하여 그의 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡지도록 하기에 효과적인 온도로 그에 효과적인 시간동안 도파로 코어 구조를 가열하며, 이때 리플로우된 구조는 클래딩 층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 그밖의 다른 측면에 따라, 광 도파로의 형성방법이 제공된다. 이 방법은 (a) 표면상에 제 1 굴절율을 가지는 물질의 클래딩 층을 포함하는 기판을 형성하고; (b) 클래딩 층의 일부상에 프린팅에 의해 제 1 굴절율보다 큰 제 2 굴절율을 가지는 도파로 코어 구조를 형성하는 단계를 포함하며, 여기에서 프린트또는 엠보싱된 도파로 코어 구조는 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡진 형태를 이룬다.
본 발명의 추가적인 측면에 따라, 코어 및 클래딩을 가지는 광 도파로가 제공된다. 광 도파로는 개시된 방법으로부터 형성될 수 있다
본 발명의 또 다른 추가적인 측면에 따라, 하나 이상의 광 도파로를 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 광 도파로의 횡단면을 나타낸다.
도 2(a) 내지 2(f)는 본 발명의 한 측면에 따른 광 도파로의 여러 형성 단계에서의 횡단면을 나타낸다.
도 3(a) 내지 3(h)는 본 발명의 다른 측면에 따른 광 도파로의 여러 형성 단계에서의 횡단면을 나타낸다.
도 4(a) 내지 4(e)는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 광 도파로의 여러 형성 단계에서의 횡단면을 나타낸다.
도 5(a) 내지 5(d)는 본 발명의 그밖의 다른 측면에 따른 광 도파로의 여러 형성 단계에서의 횡단면을 나타낸다.
도 6(a) 내지 6(g)는 본 발명의 추가적인 측면에 따른 광 도파로의 여러 형성 단계에서의 횡단면을 나타낸다.
도 7(a) 내지 7(c)는 본 발명의 또 다른 그밖의 측면에 따른 광 도파로의 여러 형성 단계에서의 횡단면을 나타낸다.
본 발명은 광 도파로의 형성방법, 그로부터 제조된 광 도파로 및 광 도파로로부터 형성된 전자 디바이스를 제공한다. 달리 특별한 언급이 없으면, 도파로 코어 및 클래딩 조성물 성분의 양은 용매를 함유하지 않는 조성물에 기초한 중량%로 제공된다. 본 원에 사용된 용어 "폴리머"는 올리고머, 다이머, 트리머, 테트라머 등을 포함하며, 호모폴리머 및 2 이상의 상이한 모노머 단위로부터 형성된 폴리머 둘 다를 포괄한다. 용어 "알킬"은 선형, 측쇄 및 사이클릭 알킬을 의미한다. 용어 방향족은 카보사이클 및 헤테로사이클을 포함한다. 용어 "할로겐" 및 "할로"는 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다. 따라서, 용어 "할로겐화"는 불소화, 염소화, 브롬화 및 요오드화를 의미한다. 용어 "하나의 범주나 그룹"은 달리 언급되지 않는 한, 하나 이상, 특정, 단수 또는 복수를 의미한다.
횡단면이 "사변형" 이라는 것은 일반적으로 직사각형, 일반적으로 정사각형 및 일반적으로 사다리꼴의 횡단면과 같이 횡단면이 일반적으로 사면체 형임을 의미한다. 이러한 횡단면 형태는 둥근 상부 코너를 가질 수 있다. 도 1을 참조로 하여, "횡단면이 적어도 부분적으로 만곡진 형태" 라는 것은 도파로 코너 구조(10)와 하부 기판(1) 사이의 접점에서 형성된 각 α가 90o미만, 예를 들어 80o미만, 70o미만, 60o미만, 45o미만, 30o미만, 20o미만, 10o미만, 및 횡단면이 완전히 둥근 경우 0o임을 의미한다. 코어 구조는 각 α를 한정하는 접점 바로 위가 일반적으로 요체이고, 횡단면이 일반적으로 둥글거나 또는 일반적으로 달걀 모양이다. 본 원에 사용된 용어 "일반적으로 둥근 형태"는 원형, 반원형 또는 반고리형을 의미한다. 용어 "반고리형(hemicyclical)"은 편평한 부분을 가지는 원과 같은 굴곡 구조를 말한다.
본 발명은 이제부터 본 발명의 한 측면에 따른 광 도파로의 다양한 형성 단계에서의 횡단면을 나타내고 있는 도 2(a)-(f)를 참조로 하여 기술될 것이다. 이와 같은 본 발명의 측면에 따른 방법은 도파로 코어의 직접적인 이미지화에 의해 광 도파로가 제조되도록 할 것이다. 본 발명에 따라 형성된 이 광 도파로는 개별 도파로 또는 도파로 어레이로서 제조될 수 있다.
도 2(a)를 참고로 하여, 기판(1)이 제공된다. 광 도파로를 지지하기에 적합한 임의의 기판이 사용될 수 있다. 적합한 기판은 배선판 및 집적회로와 같은 전자 디바이스의 제조에 사용되는 기판을 포함하나, 이로만 제한되는 것은 아니다. 특히 적합한 기판은 구리 클래드 보드의 라미네이트 표면 및 구리 표면, 인쇄배선판 내층 및 외층, 집적회로의 제조에 사용되는 웨이퍼, 예를 들어 실리콘, 갈륨 아르세나이드 및 인듐 포스파이드 웨이퍼, 액정 디스플레이("LCD") 유리 기판을 포함하나, 이로만 한정되지 않는 유리 기판, 절연체 코팅, 산화규소, 질화규소, 실리콘 옥시나이트라이드, 사파이어, 에폭시 라미네이트, 폴리이미드, 폴리실록산, 클래딩 층 등을 포함한다.
도시된 바와 같이, 기판(1)은 단결정 실리콘 웨이퍼(2) 및 제 1 클래딩 층 (4)(형성되는 코어 물질에 따라 크게 좌우될 특정 물질)을 포함한다. 최종 도파로 구조에서, 클래딩 물질은 코어 물질보다 굴절율이 낮아야 한다. 특히 유용한 도파로는 1.3 내지 1.69의 굴절율을 가지는 클래딩을 포함한다. 클래딩에 적합한 물질은 예를 들어 코어 물질에 대해 전반적으로 기술된 임의의 물질, 및 당업자들에게 공지된 다른 물질을 포함한다. 전형적으로, 제 1 클래딩 층의 두께는 약 1 내지 100 ㎛, 보다 전형적으로 약 10 내지 50 ㎛이다.
상기와 같은 본 발명의 측면에 따른 도파로의 형성시, 제 1 클래딩 층(4)은 코어층 코팅과 관련하여 후술되는 기술을 이용하여 코팅될 수 있다. 제 1 클래딩 층은 전형적으로 예를 들어 열적으로 및/또는 광분해에 의해 경화된다. 전형적으로, 열 경화 온도는 130 내지 300 ℃이고, 예를 들어 오븐 또는 열판상에서 5 초 내지 1 시간에 이르는 시간에 걸쳐 일어난다. 열처리에 추가하여 또는 별도로, 도파로는 예를 들어 1 내지 2 줄(Joule)/㎠의 화학 조사선으로 플러드(flood) 노광될 수 있다.
도 2(b)를 참고로 하여, 감광성 조성물의 층(6)이 기판(1)상에 침착된다. 도파로 코어를 형성하는 조성물은 투과되는 조사선을 보유하기 위하여 클래딩 물질의 것보다 큰 굴절율을 가지는 코어 물질로 되어야 한다. 특히 유용한 도파로는 1.4 내지 1.7의 굴절율을 가지는 코어를 포함한다. 적합한 감광성 조성물은 예를 들어 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리실록산, 폴리실세스퀴옥산, 노보넨, 노볼락 수지, 실리케이트 및 졸-겔중에서 선택된 하나 이상의 구성 화합물을 포함한다. 화합물은 예를 들어 중수소, 또는 불소와 같은 하나 이상의 할로겐에 의해 치환되거나, 비치환될 수 있다.
하이브리드 실리콘-함유 물질이 또한 감광성 조성물에 사용될 수 있다. 예를 들어, 그의 전체내용이 본 원에 참고로 인용되는, 함께 계류중인 미국 출원 제 10/307,904호(Attorney Docket No. DN 51203)에 기재된 바와 같은 하이브리드 실세스퀴옥산 폴리머가 사용될 수 있다. 이러한 실세스퀴옥산 폴리머는 식 (RSiO1.5)의 단위를 포함할 수 있다. 여기에서, R은 하이드록시 그룹을 갖지 않는 치환되거나 비치환된 유기 측쇄 그룹을 의미한다. 예시적인 R 그룹은 치환 및 비치환된 알킬 및 아릴 그룹을 포함한다. 이들 알킬 그룹은 각각 탄소원자수 1 내지 20의 직쇄, 측쇄 또는 사이클릭일 수 있으며, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, t-부틸, t-아밀, t-옥틸, 데실, 도데실, 세틸, 스테아릴, 사이클로헥실 및 2-에틸헥실이 있다. 예시적인 아릴 그룹은 6 내지 20개, 전형적으로 6 내지 15개의 탄소원자를 가지는 것을 포함하며, 예컨대 페닐, 톨릴, 1-나프틸, 2-나프틸 및 2-페난트릴이 있다. 폴리머는 실세스퀴옥산 호모폴리머일 수 있으며, 이 경우 실세스퀴옥산 폴리머는 식 (RSiO1.5)n(여기에서, R은 상기 정의된 바와 같고, n은 0 보다 큰 짝수이다)을 가진다. 예시적인 실세스퀴옥산 호모폴리머는 알킬 실세스퀴옥산, 예를 들어 메틸 실세스퀴옥산, 에틸 실세스퀴옥산, 프로필 실세스퀴옥산, n-부틸 실세스퀴옥산, 이소부틸 실세스퀴옥산, t-부틸 실세스퀴옥산 등, 및 아릴 실세스퀴옥산, 예를 들어 페닐 실세스퀴옥산 및 톨릴 실세스퀴옥산을 포함한다. 또한, 폴리머는 랜덤- 또는 블록-형태의 고차 폴리머의 형태를 취할 수 있다. 고차 폴리머는 예를 들어 각 단위의 비울이 1 내지 99 몰%인 2 이상의 상이한 형태의 실세스퀴옥산 단위의 조합일 수 있다. 실세스퀴옥산 폴리머는 식 (R1SiO1.5) 및 (R2SiO1.5)의 단위(여기에서, R1및 R2는 상이하며 상기 R에 정의된 바와 같다)를 포함할 수 있다. 폴리머는 예를 들어 메틸 실세스퀴옥산 및 페닐 실세스퀴옥산을 함유하거나, 메틸 실세스퀴옥산, 에틸 실세스퀴옥산 및 페닐 실세스퀴옥산을 함유하는 폴리머와 같은 알킬/아릴 실세스퀴옥산; 메틸 실세스퀴옥산 및 에틸 실세스퀴옥산을 함유하는 폴리머와 같은 알킬 실세스퀴옥산; 또는 페닐 실세스퀴옥산 및 톨릴 실세스퀴옥산을 함유하는 폴리머와 같은 아릴 실세스퀴옥산일 수 있다. 폴리머는 임의로 실세스퀴옥산 단위 이외에, 하나 이상의 비-실세스퀴옥산 단위를 포함할 수 있다. 이러한 비-실세스퀴옥산 단위는 예를 들어 식 ((R3)SiO)의 단위(여기에서, R3은 치환되거나 비치환된 유기 그룹, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필 등과 같은 알킬 그룹 또는 페닐, 톨릴 등과 같은 아릴 그룹이다)일 수 있다.
폴리머는 또한, 하나 이상의 상기와 같은 비-실세스퀴옥산 단위와 함께, 상기 정의된 바와 같은 단일 형태의 실세스퀴옥산을 포함한다. 측쇄 그룹상의 하나 이상의 수소 원자는 다른 치환체 그룹, 예를 들어 중수소, 불소, 브롬 및 염소와 같은 할로겐, (C1-C6)알킬, (C1-C6)할로알킬, (C1-C10)알콕시, (C1-C10)알킬카보닐, (C1-C10)알콕시카보닐, (C1-C10)알킬카보닐옥시 등에 의해 치환될 수 있다.
실세스퀴옥산 폴리머는 광범위한 반복 단위를 함유할 수 있다. 실세스퀴옥산 폴리머는 예를 들어 5 내지 150개, 전형적으로 약 10 내지 35개의 반복 단위를 가질 수 있다. 전형적으로, 폴리머는 약 500 내지 15,000, 예를 들어 약 1,000 내지 10,000 및 약 1,000 내지 5,000의 중량평균 분자량(Mw)을 가진다. 폴리머는 추가로 축합 중합이 일어나도록 하는 2 이상의 작용 말단 그룹을 포함할 수 있다. 이러한 말단 그룹은 예를 들어 하이드록시, 알콕시, 예컨대 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 카복시에스테르, 아미노, 아미도, 에폭시, 이미노, 카복시산, 무수물, 올레핀, 아크릴, 아세탈, 오르토에스테르, 비닐 에테르 및 이들의 조합일 수 있다. 폴리머내 하이드록시 함량은 전형적으로 폴리머에 대해 약 0.5 내지 15 몰%, 예를 들어 약 1 내지 10 몰% 및 약 2 내지 5 몰%이다.
예를 들어 그의 전체내용이 본 원에 참고로 인용되는 미국 공개 출원 제 US20030008244호에 개시된 바와 같은 다공성 광 물질의 사용이 또한 감광성 조성물에 이용될 수 있다.
광활성 성분이 또한 화학 조사선에 노광시 상술된 구성 화합물의 용해성을 변경시키기 위하여 감광성 코어 조성물에 존재한다. 네거티브(negative) 작용성 물질의 경우, 예를 들어 광활성 성분은 구성 화합물의 노광 부분의 커플링을 촉매화하여 커플된 부분이 현상액에 용해되지 않도록 한다. 포토애시드(photoacid) 발생제 및 포토베이스((photobase) 발생제를 포함하나, 이들로만 한정되지 않는 각종 광활성 성분이 본 발명에 사용될 수 있다. 이들 중에서, 포토애시드 발생제가 바람직하다.
본 발명에 유용한 포토애시드 발생제는 광에 노광시 산을 유리하는 임의의 화합물(들)일 수 있다. 적합한 포토애시드 발생제는 공지되었으며, 할로겐화 트리아진, 할로겐화 옥사디아졸, 오늄 염, 설폰화 에스테르, 치환된 하이드록시이미드, 치환된 하이드록시이민, 아지드, 나프토퀴논, 예를 들어 디아조나프토퀴논, 디아조 화합물 및 이들의 배합물을 포함하나 이들로만 한정되지 않는다.
특히 유용한 할로겐화 트리아진으로는 예를 들어 할로메틸-s-트리아진과 같은 할로겐화 알킬 트리아진이 포함된다. s-트리아진 화합물은 특정의 메틸-할로메틸-s-트리아진과 특정의 알데하이드 또는 알데하이드 유도체의 축합 반응 생성물이다. 이러한 s-트리아진 화합물은 미국 특허 제 3,954,475호 및 Wakabayashi 등에 의한Bulletin of the Chemical Society of Japan, 42, 2924-30(1969)에 개시된 방법에 따라 제조될 수 있다. 본 발명에 유용한 다른 트리아진 타입의 포토애시드 발생제가 그의 전체내용이 본 원에 참고로 인용되는 미국 특허 제 5,366,846호에 기술되어 있다.
약한 친핵성 음이온과의 오늄 염이 본 발명에서 포토애시드 발생제로서 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 음이온의 예에는 2 내지 7 가 금속 또는 비-금속(예를 들어 안티몬, 주석, 철, 비스무스, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 티탄, 지르콘, 스칸듐, 크롬, 하프늄, 구리, 붕소, 인 및 비소)의 할로겐 착 음이온이다. 적합한 오늄 염의 예로는 주기율표 VA 및 B 족, IIA 및 B 족 및 I 족의 디아릴-디아조늄 염 및 오늄 염, 예를 들어, 요오도늄과 같은 할로늄 염, 4급 암모늄, 포스포늄 및 아르소늄 염, 방향족 설포늄 염과 같은 설포늄 염 및 설폭소늄 염 또는 셀레늄 염이 포함되나 이들로만 한정되지 않는다. 적합한 오늄의 예가 예를 들어 모두가 본 원에 참고로 포함되는 미국 특허 제 4,442,197호; 4,603,101호 및 4,624,912호에 개시되어 있다. 트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트와 같은 설포늄 염 및 이들의 혼합물이 바람직하다.
본 발명에서 포토애시드 발생제로서 유용한 설폰화 에스테르에는 설포닐옥시 케톤이 포함된다. 적합한 설폰화 에스테르에는 벤조인 토실레이트, t-부틸페닐 알파-(p-톨루엔설포닐옥시)-아세테이트, 2,6-디니트로벤질 토실레이트 및 t-부틸 알파-(p-톨루엔설포닐옥시)-아세테이트가 포함되나 이들로만 한정되지 않는다. 이러한 설폰화 에스테르가 예를 들어 본 원에 참고로 포함되는 문헌 [Journal of Photopolymer Science and Technology, vol. 4, No. 3,337-340 (1991)]에 개시되어 있다.
사용될 수 있는 치환된 하이드록시이미드에는 예를 들어 n-트리플루오로메틸설포닐옥시-2,3-디페닐말레이미드 및 2-트리플루오로메틸벤젠설포닐옥시-2,3-디페닐말레이미드가 포함된다. 적합한 치환된 하이드록시이민에는 예를 들어 2-(니트릴로-2-메틸벤질리덴)-(5-하이드록시이미노부틸설포닐)-티오펜이 포함된다. 본 발명에 유용한 아지드는 예를 들어 2,6-(4-아미도벤질리덴)사이클로헥사논을 포함한다. 나프토퀴논은 예를 들어 2,3,4-트리하이드록시벤조페논의 2,1-디아조나프토퀴논-4-설포네이트 에스테르를 포함할 수 있다. 디아조 화합물중에서 1,7-비스(4-클로로설포닐 페닐)-4-디아조-3,5-헵탄디온이 사용될 수 있다.
본 발명에 유용한 포토베이스 발생제는 광에 노광시 염기를 유리하는 임의의 화합물(들)일 수 있다. 적합한 포토베이스 발생제로는 벤질 카바메이트, 벤조인 카바메이트, O-카바모일하이드록시아민, O-카바모일옥심, 방향족 설폰아미드, 알파-락탐, N-(2-알릴에테닐)아미드, 아릴아지드 화합물, N-아릴포름아미드, 4-(오르토-니트로페닐)디하이드로피리딘 및 이들의 배합물이 포함되나 이들로만 한정되지 않는다.
본 발명에 유용한 광활성 성분의 양은, 네거티브 작용성 물질의 경우, 화학 조사선에 노광시 커플된 부분이 수성-기제 또는 용매-기제 현상액에 용해되지 않도록 실세스퀴옥산 폴리머의 커플링을 촉매화하기에 충분한 양이다. 광활성 성분은 전형적으로 조성물중에 0.1 내지 25 중량%, 보다 전형적으로 0.1 내지 12 중량%의 양으로 존재한다.
조성물로부터 형성된 다른 생성물 또는 코팅에 목적하는 양의 유연성을 부여하기 위하여 하나 이상의 유연제(flexibilizer)가 조성물에 임의로 포함될 수 있다. 예를 들어, 3 미크론 또는 그 이상의 것과 같이, 크랙(crack)이 형성되기 쉬운 비교적 두꺼운 코팅을 형성하는데 사용되는 조성물에 유연제를 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 선택된 특정 유연제는 조성물의 다른 성분에 좌우될 것이나, 전형적인 유연제 물질은 예를 들어 폴리실록산 및 장쇄 알키드와 같은 가소제를 포함한다. 전형적으로, 유연제는 그의 쇄에 구성 화합물과 커플링을 이룰 수 있는 2 이상의 그룹을 가진다. 바람직한 그룹은 하이드록시, 알콕시, 카복시에스테르, 아미노, 아미도, 에폭시, 이미노, 카복시산, 무수물, 올레핀, 아크릴, 아세탈, 오르토에스테르, 비닐 에테르 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 그룹중에서, 하이드록시가 특히 바람직하다. 예시적인 폴리실록산 유연제 물질은 작용기로 종결된 폴리실록산, 예를 들어 실라놀-종결된 폴리디페닐실록산 및 실라놀-종결된 폴리디메틸실록산을 포함한다(전형적으로, 이들은 예를 들어 33 중량% 메틸-트리에톡시-실란, 33 중량% 페닐-트리에톡시-실란 및 33 중량% 디메틸(디알킬)-디에톡시-실란의 반응으로부터 형성된 것과 같이, 말단 그룹이 작용기 또는 유연성 실레스퀴옥산 폴리머로만 구성된다). 유연제는 전형적으로 조성물중에 30 중량% 미만, 보다 특히 20 중량% 미만의 양으로 존재한다.
평탄화제(leveling agent), 예를 들어 Dow Chemical Company로부터 시판되는 SILWET L-7604 실리콘-기제 오일와 같은 실리콘-기제 오일, 습윤제, 소포제, 접착 촉진제, 틱소트로프제(thixotropic agent) 등을 포함하나 이들로만 한정되지 않는 다른 첨가제가 본 발명의 조성물에 임의로 존재할 수 있다. 이러한 첨가제들은 코팅 조성물용으로 당업계에 널리 알려져 있다. 복수개의 첨가제가 코어 조성물에 배합될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 습윤제를 틱소트로프제와 배합할 수 있다. 이러한 임의적인 첨가제는 다양한 공급자들로부터 상업적으로 입수가능하다. 이러한 임의적인 첨가제의 사용량은 특정 첨가제 및 목적하는 효과에 따라 달라질 것이며, 당업자의 능력에 의한다. 이와 같은 다른 첨가제는 전형적으로 코어 조성물중에 5 중량% 미만, 보다 특히 2.5 중량% 미만의 양으로 존재한다.
코어 조성물은 임의로 하나 이상의 유기 가교결합제를 함유할 수 있다. 가교결합제는 예를 들어 조성물의 성분들을 삼차원적으로 연결하는 물질을 포함한다. 구성 성분과 반응하는 임의의 방향족 또는 지방족 가교결합제가 본 발명에 사용하기에 적합하다. 이러한 유기 가교결합제는 경화하여 구성 성분과 함께 중합망을 형성함으로써 현상액에 대한 용해도를 감소시킬 것이다. 이와 같은 유기 가교결합제는 모노머 또는 폴리머일 수 있다. 가교결합제의 배합물이 본 발명에서 성공적으로 사용될 수 있음이 당업자들에 의해 인지될 것이다.
본 발명에 유용한 적합한 유기 가교결합제로는 아민 함유 화합물, 에폭시 함유 물질, 적어도 두 개의 비닐 에테르 그룹을 함유하는 화합물, 알릴 치환된 방향족 화합물, 및 이들의 배합물이 포함되나 이들로만 한정되지 않는다. 바람직한 가교결합제로는 아민 함유 화합물 및 에폭시 함유 물질이 포함된다.
본 발명에서 가교결합제로서 유용한 아민 함유 화합물로는 멜라민 모노머, 멜라민 폴리머, 알킬올메틸 멜라민, 벤조구아나민 수지, 벤조구아나민-포름알데하이드 수지, 우레아-포름알데하이드 수지, 글리콜우릴-포름알데하이드 수지, 및 이들의 배합물이 포함되나 이들로만 한정되지 않는다.
본 발명에서 가교결합제로서 유용한 에폭시 함유 물질은 개환에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 옥시란 환을 갖는 유기 화합물이다.
광이미지성 코어 조성물은 적합하게는 단일 형태의 유기 가교제(예를 들어, 아민 함유 가교제)만을 함유할 수 있거나, 2 이상의 상이한 가교제를 함유할 수 있다. 적합한 유기 가교제 농도가 가교제의 반응성 및 조성물의 특정 응용예와 같은 요인에 따라 달라질 것임을 당업자들은 인지할 것이다. 사용시, 가교결합제(들)는 전형적으로 조성물중에 0.1 내지 50 중량%, 보다 특히 0.5 내지 25 중량%, 보다 더 특히 1 내지 20 중량%의 양으로 존재한다.
광이미지성 코어 조성물은 임의로 하나 이상의 용매를 함유할 수 있다. 이러한 용매는 조성물의 제제화 및 기판상에서 본 발명의 조성물의 코팅을 돕는다. 각종 용매가 사용될 수 있다. 적합한 용매로는 글리콜 에테르, 예를 들어 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에스테르, 예를 들어 메틸 셀로솔브 아세테이트, 에틸 셀로솔브 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 이염기성 에스테르, 카보네이트, 예를 들어 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤, 에스테르, 예를 들어 에틸 락테이트, n-아밀 아세테이트 및 n-부틸 아세테이트, 알콜, 예를 들어 n-프로판올, 이소프로판올, 케톤, 예를 들어 사이클로헥사논, 메틸 이소부틸 케톤, 디이소부틸 케톤 및 2-헵타논, 락톤, 예를 들어 γ-부티로락톤 및 ε-카프로락톤, 에테르, 예를 들어 디페닐 에테르 및 아니솔, 탄화수소, 예를 들어 메시틸렌, 톨루엔 및 크실렌, 및 헤테로사이클릭 화합물, 예를 들어 N-메틸-2-피롤리돈, N,N'-디메틸프로필렌우레아, 또는 이들의 혼합물이 포함되나 이들로만 한정되지 않는다.
감광성 조성물은 임의의 기술, 예를 들어 스크린 프린팅, 커튼 코팅(curtain coating), 롤러(roller) 코팅. 슬롯(slot) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 플러드 (flood) 코팅, 정전 스프레이(electrostatic spray), 스프레이 코팅 또는 딥(dip) 코팅에 의해 침착될 수 있다. 조성물이 스프레이 코팅될 경우, 가열 스프레이 건(heated spray gun)이 임의로 사용될 수 있다. 조성물의 점도는 각 적용 방법의 요건을 만족시키도록 점성 조절제, 틱소트로프제, 충전제 등에 의해 조정될 수 있다. 전형적으로, 층은 약 1 내지 200 ㎛, 보다 전형적으로 약 1 내지 100 ㎛, 보다 더 전형적으로 2 내지 80 ㎛ 및 보다 더욱 더 전형적으로 약 5 내지 64 ㎛의 두께로 코팅된다.
이어, 코팅 기판을 전형적으로 건조시켜 코팅내에 있는 용매를 제거한다. 건조는 예를 들어 적외선 오븐, 대류식 오븐, 대류/전도식 오븐, 진공 오븐과 같은 오븐이나, 또는 열판상에서 수행될 수 있다. 이러한 건조는 선택된 특정 용매 및 건조 기법에 따라 다양한 온도 및 시간으로 수행될 수 있다. 적합한 온도는 존재하는 용매를 실질적으로 제거하기에 충분한 온도이다. 전형적으로, 실온(25 ℃) 내지 170 ℃의 온도에서 5 초 내지 120 분 동안 건조시킬 수 있다. 오븐 사용시, 전형적인 시간은 10 내지 120 분 및 열판의 경우 10 초 내지 10 분이다.
도 2(c)를 참고로 하여, 건조후, 광이미지성 층(6)을 화학 조사선에 노광시켜 예를 들어 포토마스크(8)을 통해 이미지화한다. 적합한 노광 기법은 예를 들어 접촉 이미지화, 투영 이미지화 및 레이저 직접 기록 이미지화를 포함한다. 노광 패턴은 전형적으로 도파로의 기하구조를 길이가 수 센티미터에서 수 미터이고, 폭이 수 미크론에서 수백 미크론으로 한정하나, 반드시 그렇치는 않다. 노광후, 조성물을 전형적으로 40 내지 170 ℃의 온도에서 부분적으로 경화시킬 수 있다. 경화 시간은 달라질 수 있으나, 일반적으로 약 30 초 내지 약 1 시간이다. 이 단계의 목적은 코어 패턴의 제거없이 다른 영역이 현상액에서 제거될 수 있도록, 코어층의 다른 영역에 비해 도파로 코어 패턴의 용해성을 추가로 변경시키고자 함이다. 예를 들어 네거티브 작용성 물질의 경우, 코어 패턴은 비노광 영역보다 현상액에 덜 용해되는 노광 영역인 반면, 포지티브 작용성 물질의 경우, 코어 패턴은 비노광 영역이며 노광 영역의 용해도는 현상액에 용해되도록 한다.
도 2(d)를 참고로 하여, 네거티브 작용성 물질의 경우 비노광 영역 또는 포지티브 작용성 물질의 경우 노광 영역을, 예를 들어 적합한 현상액과 접촉시켜 제거하여 도파로 코어 구조(10)를 남길 수 있다. 현상액의 특정 타입은 광이미지성 층의 물질에 따라 달라지나, 수성-기제 또는 용매-기제 현상액의 사용이 기대된다. 적합한 수성-기제 현상액으로는 알칼리 금속 하이드록사이드, 예를 들어 수중 수산화나트륨 및 수산화칼륨, 및 수중 테트라알킬암모늄 하이드록사이드, 예컨대 테트라메틸암모늄 하이드록사이드가 포함된다. 이러한 현상액은 전형적으로 0.1 내지 2N, 보다 전형적으로 0.15 내지 1N, 보다 더 특히 0.26 내지 0.7N의 농도로 사용된다. 현상액은 임의로 하나 이상의 공지된 계면활성제, 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜, 알킬 설포네이트, 및 당업계에 공지된 다른 계면활성제를 포함할 수 있다.계면활성제는 전형적으로 현상액중에 0.5 내지 3 중량%의 양으로 존재한다. 적합한 용매-기제 현상액에는 예를 들어 에탄올, 이소프로필 알콜과 같은 알콜, 아세톤, 메틸 이소부틸 케톤과 같은 케톤, 에틸 아세테이트 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에티르 아세테이트와 같은 에스테르가 포함된다. 다른 적합한 용매가 당업자들에게 공지되었다. 다양한 온도, 예를 들어 실온 내지 약 50 ℃에서 현상이 수행될 수 있다. 공격적인 교반시 현상 시간은 전형적으로 10 분 이내, 바람직하게는 5 분 이내, 보다 바람직하게는 2 분 이내, 보다 더 바람직하게는 1 분 이내, 및 보다 더욱 더 바람직하게는 30 초 이내이다.
코어 구조(10)의 치수는 의도하는 용도 및 모드, 예를 들어 단일 모드 또는 다중모드와 같은 다양한 요인에 따라 달라질 것이다. 형성된 코어 구조는 전형적으로 전형적인 x- 및 y-치수가 2 내지 200 ㎛로서, 단일 모드 적용에 대해 전형적인 치수 약 5 내지 10 ㎛ 및 다중모드 적용에 대해 25 내지 75 ㎛의 치수를 가지는 코너 부분이 약간 둥근 형태를 가질 수 있는 사변형, 예를 들어 정사각형 또는 직사각형의 횡단면을 갖는다.
도 2(e)를 참고로 하여, 현상후, 도파로 코어 구조(10)를 적어도 부분적으로 만곡진 횡단면이 되도록 하기에 효과적인 공정에 적용한다. 예를 들어, 코어 구조는 그의 횡단면이 일반적으로 반고리형으로 변경되도록 하기에 효과적인 온도에서 그러한 시간동안 리플로우(reflow) 단계를 거칠 수 있으며, 이때 코너 구조(10)와 기판(1) 사이의 각 α는 90o미만이다. 리플로우 단계는 코어층을 코어의 프로필을 변경하는 온도로서 정의되는 목적하는 리플로우 온도로 가열할 수 있는 임의적 수단에 의해 행해질 수 있다. 리플로우 단계는 코어 구조의 특정 물질에 따라 좌우될 것이며, 전형적으로 공기 또는 질소나 아르곤과 같은 불활성 분위기에서 약 125 내지 300 ℃, 보다 전형적으로 약 130 내지 180 ℃에서 약 10 초 내지 120 분간 수행된다. 리플로우 단계는 대류식 오븐, 대류/전도식 오븐, 진공 오븐과 같은 오븐이나, 또는 열판상에서 수행될 수 있다.
특정 이론에 결부됨이 없이, 코어 물질은 웨이퍼 온도의 램프-업(ramp-up) 동안 유리 전이 온도(Tg)에서 동일계 변화의 결과로 완전히 경화되기 전에 리플로우되리라 판단진다.
도 2(f)를 참고로 하여, 제 2 클래딩 층(12)이 제 1 클래딩 층(4) 및 코어 구조(10) 위에 형성된다. 제 2 클래딩 층(12)에 적합한 물질은 예를 들어 제 1 클래딩 층과 관련하여 상기 언급된 물질을 포함한다. 제 2 클래딩 층(12)은 제 1 클래딩 층(4)과 동일하거나 상이한 물질일 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 클래딩 층의 굴절율은 거의 같아야 한다. 그후, 제 2 클래딩 층을 열적으로 경화시키고/시키거나 광-노광하여 도파로 구조를 제공한다. 제 1 클래딩 층의 경화와 관련하여 상기 언급된 설명이 마찬가지로 제 2 클래딩 층에도 적용된다. 전형적으로, 제 2 클래딩 층은 약 1 내지 100 ㎛, 보다 전형적으로 약 10 내지 50 ㎛의 두께로 침착된다. 따라서, 본 발명에 따른 광 도파로가 형성된다.
도 3(a) 내지 도 3(h)에 예시된 바와 같은 본 발명의 다른 측면에 따라, 감광성 조성물은 형성되는 도파로의 하부를 디파인할 다수의 채널이 형성된 기판 상에 침착될 수 있다. 본 발명의 이 측면은 광 도판관을 광섬유와 도파로 사이의 보다 낳은 기하학적 일치로 인하여 보다 개선된 광투과 특성 및 감소된 삽입 손실을 위한 잠재력(potential)을 갖고 도 2에 도시된 것보다 횡단면에 있어서 보다 만곡지도록 한다. 달리 설명이 없으면, 도 2와 관련한 위의 설명은 도 3 및 다른 도면에도 또한 적용된다. 또한, 예시적이지는 않지만, 도 3의 예시적인 구체예를 참고로 하여 설명된 바와 같은 채널의 사용은 본 원에서 설명된 어떤 다른 방법 및 도파로 구조와 함께 적용될 수 있다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 에칭 마스크(5)는 예를 들어, 레지스트 코팅, 노광 및 현상 단계를 포함하는 표준 포토리소그래피 기술을 이용하여 기판(1) 상에 형성된다. 도 3(c)를 참고로 하여, 그후 기판(1)의 제 1 클래딩 층(4)은 에칭되어 코어 구조가 형성될 채널(7)을 형성한다. 채널(7)은 예를 들어, 횡단면이 반원 또는 반달걀모양인 다양한 형상을 취할 수 있다. 형상이 실질적으로 반원형일 때, 보다 만곡진 형태의 도파로가 형성될 수 있으며, 이는 광섬유의 종단면과 우수한 기하학적 일치를 제공할 수 있다. 채널(7)을 형성하기에 적절한 에칭 기술이 당업계에 알려져 있으며, 예를 들어, 습식, 건식 또는 습식과 건식 에칭 기술의 조합 등을 포함한다. 특정 에칭제는 제거되는 물질에 좌우될 것이지만, 예를 들어 불화수소산, 산소 플라즈마 및 당업계의 숙련자들에게 알려진 다른 에칭제를 포함할 수 있다. 그후, 에칭 마스크(5)는 기판 표면으로부터 제거되며, 광이미지성 층(6)이 도 3(d)에 도시되고 위에서 설명된 바와 같이 침착된다. 도 3e를 참고로하여, 광이미지 층(6)은 화학 조사선에 노광되고 현상되며, 그 결과 도파로 코어 구조(10)가 도 3(f)에 도시된 바와 같이 채널(7) 내에 그리고 그 위에 형성된다. 도파로 코어 구조(10)는 리플로우되어 도 3(g)에 도시된 바와 같이 그들의 횡단면 형상은 만곡지게 되며, 도 3(h)에 도시된 바와 같이 제 2 클래딩 층(12)은 제 1 클래딩 층(4) 및 도파로 코어 구조 위에 침착되고, 따라서 본 발명에 따른 광 도파로가 형성된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 그리고 도 4 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 직접 광이미화에 의한 것 이외의 방법으로 도파로 코어 구조가 패턴화될 수 있다. 이 경우, 위에서 설명한 광이미지성 물질이 사용될 수 있다. 그러나, 보다 전형적으로는 위에서 설명한 재료들이 광활성 성분없이 사용될 것이다. 이들 물질에 더하여 다른 적절한 물질들은 예를 들어, 산화규소, 질화규소, 실리콘 옥시나이트라이드 및 도프된 유리(doped glasses)를 포함한다.
도 4(a) 내지 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(14)이 코어층 (6) 상에 형성될 수 있다. 그 후 물질은 마스크(8)를 통하여 화학 조사선에 노광됨으로서 패턴화된다. 이어서, 코어층(6)은 예를 들어, 건식 이방성 에칭 화학을 이용하여 에칭되어 도파로 코어 구조(10)를 형성한다. 사용된 특정 물질 및 에칭 선택도 차이에 따라서 에칭 중단 층, 예를 들어 질화규소, SOG, 또는 클래딩 층(4)과 코어층(6) 사이에 다른 알려진 에칭 중단 층을 이용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 에칭 중단 층 및 이들의 사용은 당업계의 숙련자들에게 공지되어 있다. 도 4(d) 및 도 4(e)를 참고로 하여, 그후 도파로 코어 구조가 리플로우되며, 위에서 설명한 바와 같은 도파로가 완성된다.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 스크린 프린팅 기술에 의하여 도파로 코어 구조를 패턴화하는 추가의 예시적인 기술을 설명한다. 도 5(a)에 나타난 바와 같이, 개구(16)를 갖는 스크린(20)은 기판(1)과 접촉 상태로 위치한다. 도파로 코어 물질(18)은 닥터 블레이드(doctor blade)와 같은 도구(20)에 의하여 스크린 상에 그리고 개구(16) 내로 분산된다. 그 후, 스크린은 제거되며, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 도파로 코어 구조(10)가 제공된다. 도 5(c) 및 도 5(d)를 참고로 하여, 그 후 도파로 구조는 리플로우되며, 상술한 바와 같은 도파로가 완성된다.
도 6(a) 내지 도 6(g)는 엠보싱 방법에 의하여 도파로 코어 구조를 패턴화하는 다른 예시적인 기술을 설명한다. 도 6(c) 및 도 6(d)에 나타난 바와 같이, 엠보싱 염료(embossing dye; 28)는 압력 하에서 도파로 코어층(6) 및 기판(1)과 접촉 상태로 된다. 염료(28)는 제거되며, 도 6(e)에 도시된 바와 같이 도파로 코어 구조(10)를 제공한다. 도 6(f) 및 도 6(g)를 참고로 하여, 상술한 바와 같이 도파로 코어 구조가 완성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리플로우 단계의 필요없이 원하는 만곡진 횡단면의 광 도파로가 직접적으로 얻어질 수 있다. 이는 그라비어(gravure) 프린팅, 전사(transfer) 프린팅 또는 잉크 제트 프린팅과 같은 기술을 통하여 달성될 수 있다. 코어 구조 형성을 위한 위에서 설명된 동일한 재료들이 본 발명의 본 측면과 함께 사용될 수 있다. 사용된 코팅 기술에 따라서 코팅전에 물질들의 점도를 특정 기술에 의해 일관된 수준까지 조절하는 것이 유리할 수 있다. 이러한점도 조절은 당업계의 숙련자들의 지식과 능력내에 있을 것이다.
도 7(a) 내지 도 7(c)는 잉크 제트 프린팅 방법에 의하여 다양한 단계에서 형성된 광 도파로를 횡단면으로 도시한다. 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 만곡진 횡단면의 도파로 코어 구조(10)는 잉크 제트 프린터(22)로서 기판(1)의 표면 상에 직접적으로 프린트된다. 프린터 헤드(24)는 기판 표면을 가로질러 이동하며 도파로 코어 성분(26)을 기판 표면에 침착하여 코어 구조를 형성한다. 임의로, 도파로 구조는 가열되어 횡단면의 만곡(circularity) 정도를 더 조정할 수 있다. 도 7(c)를 참고로 하여, 위에서 설명한 바와 같은 도파로 코어 구조가 완성된다.
본 발명에 따라 형성된 광 도파로는 다양한 응용, 특히 제한되지는 않지만, 스플리터(splitters), 커플러(couplers), 분광(spectral) 필터, 편광자 (polarizer), 절연체(isolators), 파장 분할 멀티플렉싱 구조와 같은 멀티플렉서 (multiplexer), 증폭기(amplifiers), 감쇠기(attenuators), 스위치 등 또는 대형 전자 디바이스, 예를 들어 인쇄배선판, 집적 회로, 상호 연결 장치(interconnects) 등을 포함하는 광학 전기 장치의 제조에 사용될 수 있다. 본 원에 사용된 용어 "전자 디바이스"는 예를 들어 위에서 설명한 광학-전자 장치들 뿐만 아니라 광학-전자 장치를 포함하는 위에서 언급한 대규모 장치를 포함하는 것으로 의도하고 있다.
본 발명의 광 도파로는 각종 파장에서 뛰어난 투과성을 보유하며 우수한 광 손실성을 제공한다. 따라서, 본 발명의 광 도파로는 예를 들어 600 내지 1,700 nm에서 사용될 수 있다. 본 발명의 광 도파로가 다른 파장에서 유리하게 사용될 수 있음이 인정될 것이다. 따라서, 본 발명의 광 도파로는 데이타 통신 및 텔레커뮤니케이션 응용에 사용하기에 특히 적합하다.
하기 실시예는 본 발명의 보다 다양한 측면을 설명하고자 의도된 것이며, 본 발명의 범위를 어떤 측면으로도 제한하고자 의도된 것은 아니다.
실시예
실시예 1
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 50 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(50:50) 49 중량%, 트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트 0.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다(soft-baked). 필요한 도파로를 디파인하는 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 아트워크는 다양한 치수 및 형태의 도파로, 예를 들어 길이 2 내지 14 ㎝이고 폭 5 내지 15 ㎛인 선형, 분지 및 커브 형태의 도파로를 형성하기 위한 패턴을 포함한다. 구조물에 800 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.7N 수산화나트륨 현상액에 30 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 그후, 웨이퍼를 열판상에서 10 분간 150 ℃에서 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 2
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 33 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(50:50) 66.09 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 스크린-프린팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 이 공정에 사용된 스크린을 다양한 치수 및 형태의 도파로, 예를 들어 길이 2 내지 14 ㎝이고 폭 5 내지 15 ㎛인 선형, 분지 및 커브 형태의 도파로를 형성하기 위한 패턴을 포함하는 도파로 배치용 개구부로 예비디파이닝하였다 (predefined). 그후, 웨이퍼를 열판상에서 10 분간 150 ℃에서 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 3
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 37 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(80:20) 53 중량%, 트리페닐설포늄 트리플루오로메틸설포네이트 5 중량%, 폴리페닐실록산 4.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 500 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 21 ℃로 유지되는 0.7N 수산화나트륨 현상액에 30 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 그후, 웨이퍼를 150 ℃에서 10 분간 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 4
에틸 락테이트 37 중량%, 45 중량% 페닐-트리에톡시실란, 45 중량% 메틸-트리에톡시실란과 10 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 53 중량%, 33 중량% 페닐-트리에톡시실란, 33 중량% 메틸-트리에톡시실란과 34 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 5 중량%, 2,4-비스-(트리클로로메틸)-6-(4-에톡시에톡시-1-나프틸)-트리아진 4.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 LCD 유리 기판상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 800 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.26N 수산화나트륨 현상액에 90 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 그후, 웨이퍼를 150 ℃에서 10 분간 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 5
에틸 락테이트 37 중량%, 55 중량% 페닐-트리에톡시실란, 35 중량% 메틸-트리에톡시실란과 10 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 53 중량%, 폴리디에톡시실록산 5 중량%, 트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트 4.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하였다. 인쇄배선판 제조에 통상 사용되는 것과 같은 에폭시 라미네이트를 15 ㎛의 두께로 조성물과 롤러-코팅하고, 대류식 오븐에서 90 ℃에서 30 분동안 공기 건조시켰다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 800 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 30 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 구조를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.7N 수산화나트륨 현상액에 60 초간 담가 두었다. 이어서, 라미네이트를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 형성된 도파로를 대류식 오븐에서 30 분간 180 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 6
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 38.95 중량%, 55 중량% 페닐-트리에톡시실란, 43 중량% 메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 55 중량%, 폴리디페닐실록산 5 중량%, 트리페닐설포늄 트리플루오로메틸설포네이트 1.00 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,500 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 800 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.7N 수산화나트륨 현상액에 60 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 웨이퍼를 열판상에서 10 분간 공기중에서 180 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 7
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 66 중량%, 스티렌 무수 말레산의 이소부틸 에스테르 21.7 중량%, 2,2-디메톡시-2-페닐 아세토페논 1.7 중량%, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 4.1 중량% 및 에톡실레이트 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 6.1 중량%를 혼합물로 배합하였다. 인쇄배선판 제조에 통상 사용되는 것과 같은 에폭시 라미네이트를 15 ㎛의 두께로 조성물과 롤러-코팅하고, 대류식 오븐에서 90 ℃에서 30 분동안 공기 건조시켰다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 200 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용하였다. 그후, 노광된 구조를 35 ℃(95 ℉)로 유지되는 0.4N 탄산나트륨 현상액에 120 초간 담가 두었다. 이어서, 라미네이트를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 형성된 도파로를 대류식 오븐에서 30 분간 150 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 8
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 50 중량%, 산 조건하에 메타 크레졸과 포름알데하이드의 축합으로 제조된 노볼락 수지 40 중량% 및 2,1-디아조나프틸퀴논-5-설포닐 클로라이드와 2,3,4-트리하이드록시벤조페논의 반응 생성물 10 중량%를 혼합물로 배합하였다. 인쇄배선판 제조에 통상 사용되는 것과 같은 구리-클래드 에폭시 라미네이트를 15 ㎛의 두께로 조성물과 롤러-코팅하고, 대류식 오븐에서 90 ℃에서 30 분동안 공기 건조시켰다. 실시예 1에 기술된 것이나, 역 톤(reverse tone)을 가지는, 즉 목적하는 도파로가 아트워크상에서 흑색인 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 500 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용하였다. 그후, 노광된 구조를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.7N 수산화나트륨 현상액에 100 초간 담가 두었다. 이어서, 라미네이트를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 형성된 도파로를 대류식 오븐에서 30 분간 180 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 9
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 37 중량%, 79 중량% 페닐-트리에톡시실란, 19 중량% 트리플루오로메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 53 중량%, 폴리디페닐실록산 5 중량%, 트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트 4.95 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,500 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 800 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.26N 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 현상액에 60 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 그후, 웨이퍼를 열판상에서 10 분간 공기중에서 180 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 10
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 45 중량%, 49 중량% 페닐-트리에톡시실란, 49 중량% 메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 45 중량%, 폴리디페닐실록산 5 중량%, 벤조인 토실레이트 4.95 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,500 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 2,000 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.35N 수산화나트륨 현상액에 60 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 그후, 웨이퍼를 열판상에서 10 분간 공기중에서 150 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 11
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 41 중량%, 65 중량% 페닐-트리에톡시실란, 33 중량% 메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 41 중량%, 헥사메틸올-메탄-멜라민 10 중량%, 폴리디에톡시실록산 4 중량%, 트리페닐설포늄 트리플루오로메틸설포네이트 3.95 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 실시예 1에 기술된 바와 같은 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 구조물에 800 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 노광된 웨이퍼를 37.8 ℃(100 ℉)로 유지되는 0.7N 수산화나트륨 현상액에 30 초간 담가 두었다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시켰다. 그후, 웨이퍼를 열판상에서 10 분간 공기중에서 150 ℃로 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 12
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 50 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(50:50) 49.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 5,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 8 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 포지티브 작용성 포토레지스트를 2,500 rpm에서 웨이퍼상에 스핀-코팅하였다. 필요한 도파로를 디파인하는 아트워크를 조성물상에 직접 배치하였다. 아트워크는 다양한 치수 및 형태의 도파로, 예를 들어 길이 2 내지 14 ㎝이고 폭 5 내지 15 ㎛인 선형, 분지 및 커브 형태의 도파로를 형성하기 위한 패턴을 포함한다. 구조물에 400 mJ/㎠의 화학 조사선을 적용한 후, 공기중에 90 ℃에서 2 분간 후-노광 베이킹하였다. 그후, 포토레지스트를 0.2N 수산화나트륨 용액에서 현상하여 도파로 물질의 일부를 노출시켰다. 도파로 물질의 노출 부분을 반응성 이온 에칭(RIE)으로 제거하고, 포토레지스트를 2N 수산화나트륨 용액으로 제거하였다. 이어서, 웨이퍼를 탈이온수로 세정하여 건조시킨 후, 열판상에서 10 분간 150 ℃에서 가열하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 13
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 50 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(50:50) 49.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다(hard-baked).
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 1에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 14
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 33 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(33:67) 66.09 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중,90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 2에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 15
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 40 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(80:20) 55 중량%, 폴리페닐실록산 4.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다.그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 3에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 16
클래드(1) 층
에틸 락테이트 40 중량%, 45 중량% 페닐-트리에톡시실란, 45 중량% 메틸-트리에톡시실란과 10 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 54.99 중량%, 33 중량% 페닐-트리에톡시실란, 33 중량% 메틸-트리에톡시실란과 34 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 5 중량%, 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고,열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 4에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 17
클래드(1) 층
에틸 락테이트 40 중량%, 45 중량% 페닐-트리에톡시실란, 45 중량% 메틸-트리에톡시실란과 10 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 54.99 중량%, 폴리디에톡시실록산 5 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 인쇄배선판 제조에 통상 사용되는 것과 같은 에폭시 라미네이트를 조성물과 롤러-코팅하고, 90 ℃에서 2분간 7 ㎛의 두께로 공기중에서 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 공기중에 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 5에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 18
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 39.95 중량%, 49 중량% 페닐-트리에톡시실란, 49 중량% 메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 55 중량%, 폴리디페닐실록산 5 중량%, 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 6에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 19
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 66 중량%, 스티렌 무수 말레산의 이소부틸 에스테르 12 중량%, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트 10 중량% 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 12 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 인쇄배선판 제조에 통상 사용되는 것과 같은 에폭시 라미네이트를 조성물과 롤러-코팅하고, 90 ℃에서 2 분간 7 ㎛의 두께로 공기중에서 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 200 mJ/㎠의 화학 조사선으로 노광하고, 공기중에 150 ℃에서 60 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 7에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 20
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 50 중량%, 산 조건하에 메타 크레졸과 포름알데하이드의 축합으로 제조된 노볼락 수지 30 중량% 및 2,1-디아조나프틸퀴논-5-설포닐 클로라이드와 2,3,4-트리하이드록시벤조페논의 반응 생성물 20 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 인쇄배선판제조에 통상 사용되는 것과 같은 구리-클래드 에폭시 라미네이트를 조성물과 14 ㎛의 두께로 롤러-코팅하고, 90 ℃에서 2 분간 7 ㎛의 두께로 공기중에서 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 1,000 mJ/㎠의 화학 조사선으로 노광하고, 공기중에 200 ℃에서 60 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 8에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 21
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 40 중량%, 79 중량% 페닐-트리에톡시실란, 19 중량% 트리플루오로메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 54.95 중량%, 폴리디페닐실록산 5 중량%, 및 DOWSILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 9에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 22
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 47 중량%, 49 중량% 페닐-트리에톡시실란, 49 중량% 메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합반응 생성물 48.95 중량%, 폴리디페닐실록산 4 중량%, 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 10에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 23
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 43 중량%, 65 중량% 페닐-트리에톡시실란, 33 중량% 메틸-트리에톡시실란과 2 중량% 디메틸-디에톡시실란의 축합 반응 생성물 42.95 중량%, 헥사메틸올-메탄-멜라민 10 중량%, 폴리디에톡시실록산 4 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.05 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 3,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 11에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
실시예 24
클래드(1) 층
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 50 중량%, 페닐-메틸 실세스퀴옥산(20:80) 49.99 중량% 및 DOW SILWET L-7604 실리콘-기제 오일 0.01 중량%를 혼합물로 배합하여 제 1 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 조성물을 6 인치 이산화규소-코팅된 실리콘 웨이퍼 상에 2,000 rpm으로 스핀-코팅하고, 열판상에 공기중, 90 ℃에서 2 분동안 7 ㎛의 두께로 소프트 베이킹하였다. 그후, 조성물을 열판상에 공기중, 200 ℃에서 10 분간 하드 베이킹하였다. 그 층상에 SOG 에칭 중단층을 코팅하고, 경화시켰다.
코어
제 1 클래딩 층을 코어층으로 코팅한 후, 코팅층을 실시예 12에 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화고 리플로우시켰다.
클래드(2) 층
소프트 베이킹후 제 2 클래딩 층의 두께가 10 ㎛인 것을 제외하고 제 1 클래딩 층을 형성하는데 사용된 동일한 조성물 및 방법을 이용하여 패턴화된 코어 및 제 1 클래딩 층상에 제 2 클래딩 층 조성물을 형성하였다. 그로부터 원통형 광 도파로가 형성된 것으로 예상된다.
본 발명이 그의 특정 구체예를 참조로 하여 상세히 설명되었으나, 청구범위의 영역을 벗어나지 않는 한, 다양하게 변화 및 변경될 수 있고 등가물이 사용될 수 있음이 당업자들에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. (a) 기판상에 감광성(photodefinable) 조성물 층을 형성하고;
    (b) 그 층의 일부를 화학 조사선에 노광하며;
    (c) 노광층을 현상하여 도파로 코어 구조를 형성한 후;
    (d) 도파로 코어 구조를 리플로우(reflow)하여 그의 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡지도록 하기에 효과적인 온도로 그에 효과적인 시간동안 도파로 코어 구조를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 광 도파로(optical waveguide)을 형성하는 방법.
  2. (a) 표면상에 특정 굴절율을 가지는 물질의 클래딩 층을 포함하는 기판을 제공하고;
    (b) 클래딩 층의 일부상에 도파로 코어 구조를 형성한 후;
    (c) 도파로 코어 구조를 리플로우하여 그의 횡단면이 적어도 부분적으로 만곡지도록 하기에 효과적인 온도로 그에 효과적인 시간동안 도파로 코어 구조를 가열하며, 이때 리플로우된 구조가 클래딩 층의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 광 도파로를 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 광이미지성 조성물의 도파로 코어층을 클래딩 층상에 침착시키고, 도파로 코어층을 화학 조사선(actinic radiation)에 노광시킨 후, 도파로 코어층을 현상하며, 남아 있는 도파로 코어층 부분이 도파로 코어 구조를 형성함으로써 도파로 코어 구조가 형성되는 방법.
  4. 제 1 항 또는 3 항에 있어서, 감광성 조성물이 치환되거나 비치환된 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리실록산, 폴리실세스퀴옥산, 노보넨, 실리케이트 및 졸-겔중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 4 항중 어느 한 항에 있어서, 감광성 조성물이 식 (RSiO1.5)(여기에서, R은 치환되거나 비치환된 유기 측쇄 그룹이다)의 단위를 가지는 폴리머를 포함하는 방법.
  6. 제 2 항, 4 항 또는 5 항에 있어서, 클래딩 층상에 도파로 코어층을 침착시키고, 도파로 코어층의 일부상에 에칭 마스크를 형성한 후, 도파로 코어층의 노광 부분을 에칭함으로써 도파로 코어 구조가 형성되는 방법.
  7. 제 2 항, 4 항 또는 5 항에 있어서, 도파로 코어 구조가 기판상에 구조를 직접 프린팅하거나 엠보싱(embossing)함으로써 형성되는 방법.
  8. 제 1 항 내지 7 항중 어느 한 항에 있어서, 도파로 코어 구조 및 다른 클래딩 층상에 제 2의 클래딩 층을 형성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 2 항 내지 8 항중 어느 한 항에 있어서, (b) 단계전에 클래딩 층에 코어 구조의 하부를 디파인(define)하는 채널(channel)을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 9 항중 어느 한 항의 방법에 의해 형성된 광 도파로.
  11. 제 10 항의 광 도파로를 하나 이상 포함하는 전자 디바이스(electronic device).
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