形成波導的方法及由此形成的波導的製作方法

2023-08-04 10:54:06

專利名稱：形成波導的方法及由此形成的波導的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及光波導領域。尤其是，本發明涉及橫截面是圓形的光波導以及形成這種光波導的方法。此外，本發明涉及含有這種光波導的電子器件以及形成這種電子器件的方法。
背景技術：
光在數據傳輸和通信中正變得越來越重要。在一些應用中光纖電纜正在替代傳統的電纜。例如，對於印刷線路板上的寬帶寬光學互連，光集成電路(OIC)正越來越重要。
光波導通常包括芯材料和圍繞芯材料的包層。光輻射在芯材料中傳播，並被限制在包層內，包層與芯材料相比具有較低的折射率。波導可以單獨或者以襯底上支撐的陣列的方式使用，並且一般將光輻射傳輸通過襯底表面。波導通常對光輻射執行一種無源功能，以便以特定的方式修改來自輸入信號的輸出信號。例如，分路器將一個波導中的光信號分成兩個或多個波導；耦合器將來自兩個或更多波導的光信號增加為較少數量的波導；波分復用(「WDM」)結構通常通過採用相位陣列設計或光柵將輸入光信號分成光譜離散的輸出波導。光譜濾光器，偏振器和隔離器可以結合進波導設計中。或者，波導可以具有有源功能，其中輸入信號通過與第二光信號或電信號相互作用而發生改變。典型的有源功能有放大和像利用電光、熱光或聲光器件進行的轉換。
已經提出各種製造平面波導的方法。例如，已經提出通過將體波導材料沉積在襯底上來形成波導芯，，繼之以利用體波導層上的光致抗蝕劑的標準光刻術和蝕刻工藝。在努力減少工序步驟數目和降低成本方面，已經提出使用光致成像芯層來形成波導。由這些過程形成的芯結構通常在沿波導長度方向的橫截面上是正方形或矩形的。然而，由于波導與通常與波導耦合的圓柱形光纖之間存在著幾何形狀的不匹配，所以這些對稱會導致產生不良的光學和插入損耗特性。這種幾何的不匹配導致在輸入和輸出耦合端處產生額外的耦合損耗，特別是對於多模器件。因此，為了提高光傳輸特性同時降低因光纖/波導耦合引起的插入損耗，就希望提供一種具有圓形、更優選為橫截面大致是圓形線芯的波導。
Syms等人在Reflow and Burial of Channel Waveguides Formed in Sol-GelGlass on Si Substrates，IEEE PHOTONICS TECH，LTTRS.，Vol.5，No.9(Sept.1993)中披露了一種製作波導的工藝，即通過在矽襯底上沉積平面雙層溶膠凝膠玻璃膜並蝕刻該膜形成脊形波導，然後使用加熱爐熔融芯部和包層玻璃，致使在芯部和包層之間的接合處形成一個平滑的半徑。儘管軟熔的波導與方形或矩形波導相比可以提供改進的損耗特性，但是位於芯部和包層之間的接合處並不是理想的，這是因為芯部被引起在襯底上擴展。。
授予Strand等人的美國專利No.5,846,694，披露了橫截面接近圓形的波導的製造方法。在所披露的方法中，對一層對應材料(opposite material)進行構圖來形成波導的基座，其中熔融的波導材料弄溼(wet)該對應材料層。然後採用光刻術和蝕刻工藝來沉積波導材料並構圖。施加熱將波導前體軟熔成位於基座頂上近乎圓形截面的波導。然而，這種方法存在著需要多個步驟來確定基座和波導的缺點。
因此，在光電產業中就需要改進的光波導形成方法及由此形成的波導，其中所述的光波導與已知的方形和矩形波導相比具有提高了的光學和插入損耗特性。而且，在現有技術中也需要包括這種波導的電子器件及製成這些電子器件的方法。

發明內容
通過本發明，令人驚訝地發現可以製備比已知的方形和矩形平面波導具有改進的光傳輸性質和較小插入損耗的光波導。
依照本發明的一個方面，提供一種形成光波導的方法。該方法包括(a)在襯底上形成一層可光限定組合物；(b)將一部分可光限定組合物層在光化輻射下曝光；(c)將已曝光的層顯影，形成波導芯結構；以及(d)將波導芯結構加熱到一定溫度，並持續一段能使所述結構有效地軟熔的時間，從而使所述波導芯的橫截面至少部分地變成圓形。
依照本發明的另一方面，提供形成光波導的方法。該方法包括(a)提供一襯底，在其表面上存在具有一定折射率的材料的包層；(b)在一部分包層上形成波導芯結構；以及(c)將波導芯結構加熱到一定溫度，並持續一段能使所述結構有效地軟熔的時間，從而使波導芯的橫截面至少部分地變成圓形，其中軟熔結構的折射率大於包層的折射率。
依照本發明的另一方面，提供形成光波導的方法。該方法包括(a)提供一襯底，在其表面上存在具有第一折射率的材料的包層；以及(b)通過在一部分包層上印製而形成具有第二折射率的波導芯結構，所述第二折射率大於第一折射率，其中印製或壓印的波導芯結構的橫截面至少部分是圓形。
依照本發明的另一方面，提供具有芯部和包層的光波導。所述光波導可以根據所述方法製成。
依照本發明的另一方面，提供包括一個或多個所述光波導的電子器件。


本發明參看下面的附圖來進行說明，附圖中相同的參考數字表示相同的部件，其中圖1以橫截面示出依照本發明的光波導；圖2(a)-(f)以橫截面示出依照本發明的一個方面，在形成光波導的不同階段時的光波導；圖3(a)-(h)以橫截面示出依照本發明的另一方面，在形成光波導的不同階段時的光波導；圖4(a)-(e)以橫截面示出依照本發明的另一方面，在形成光波導的不同階段時的光波導；圖5(a)-(d)以橫截面示出依照本發明的另一方面，在形成光波導的不同階段時的光波導；圖6(a)-(g)以橫截面示出依照本發明的另一方面，在形成光波導的不同階段時的光波導；以及圖7(a)-(c)以橫截面示出依照本發明的另一方面，在形成光波導的不同階段時的光波導。
具體實施例方式
本發明提供形成光波導的方法，由此形成的光波導，以及由光波導形成的電子器件。除非特別說明，波導芯和包層組合物兩部分的量按基於沒有任何溶劑的該組合物的重量百分比來提供。如這裡所用的，術語「聚合物」包括低聚物，二聚物，三聚物，四聚物等，並包含由兩種或多種不同單體單元組成的均聚物和聚合物。術語「烷基」包括線性烷基，支鏈烷基和環烷基。術語芳香族包括碳環和雜環。術語「滷素」和「滷族」包括氟，氯，溴和碘。因此術語「滷化物」指的是氟化物，氯化物，溴化物，和碘化物。除非特別說明，術語「a」和「an」表示一種或多種。
「橫截面為四邊形」指的是橫截面為任何一般四個邊的形狀，例如但不限於，一般的矩形，一般的正方形，以及一般的梯形橫截面。這些橫截面形狀可以具有圓形的頂角。參考圖1，「橫截面至少部分地成圓形」指的是在波導芯結構10與下面的襯底1之間的接觸點處所成的角α小於90°，例如，小於80°，小於70°，小於60°，小於45°，小於30°，小於20°，小於10°，以及在完全圓形截面的情況下角α為0°。芯結構在確定角α的接觸點之上一般是凹的，且其橫截面一般是圓形或卵圓形。如這裡所用的，術語「一般為圓形」指的是圓形，半圓形或半環形。術語「半環形」指的是彎曲結構，像帶有扁平部的圓環。
現在，依照本發明的一個方面，參考圖2(a)-(f)描述本發明，在這些圖中以橫截面示出在不同形成階段的光波導。依照本發明這一方面的方法允許通過直接映象波導芯來製備光波導。依據本發明形成的光波導可以作為單個波導或者作為波導陣列來製造。
參考圖2(a)，提供一襯底1。可以使用適合於支撐光波導的任何襯底。合適的襯底包括但不限於，用於電子器件像印刷線路板和集成電路製造中的襯底。特別合適的襯底有包銅板的層狀表面和銅表面，印刷線路板內層和外層，用於集成電路製造中的晶片如矽，砷化鎵，和磷化銦晶片，包括但不限於液晶顯示器(「LCD」)玻璃襯底的玻璃襯底，介質塗層，氧化矽，氮化矽，氧氮化矽，藍寶石，環氧層片，聚醯亞胺，聚矽氧烷，包層等。
如圖所示，襯底1包括單晶矽晶片2和第一包層4，包層4的具體材料在很大程度上取決於要形成的芯材料。在最終的波導結構中，包層材料與芯部材料相比應該具有較低的折射率。特別有用的波導包括折射率從1.3到1.69的包層。適合包層的材料有，例如，所描述的有關芯部材料的任何材料，以及本領域技術人員所知道的其他材料。特別地，第一包層的厚度為大約1到100μm，更特別地為大約10到50μm。
在根據本發明這一方面形成波導時，第一包層4可以利用下面描述的關於塗敷芯層的任何技術進行塗敷。第一包層一般被例如熱固化和/或光分解固化。通常，熱固化溫度從130℃到300℃，在使用例如烘箱或者加熱板時經過五秒至一個小時的時間段即可。在熱處理之外或者替代熱處理，可以用例如1到2焦耳/釐米2的光化輻射對波導進行泛光燈曝光。
參考圖2(b)，可光限定的組合物層6沉積在襯底1上。形成波導芯的組合物應使芯部材料的折射率大於包層材料的折射率，以限制在其中要傳輸的輻射。特別有用的波導包括折射率為1.4到1.7的芯。合適的可光限定組合物包括，例如，從下面選擇的一種或多種組合化合物聚醯胺，聚醯亞胺，聚(甲基)丙烯酸酯(poly(meth)acrylates)，聚氨基甲酸酯，聚碳酸酯，環氧樹脂，聚矽氧烷，聚倍半矽氧烷，降冰片烯，酚醛清漆樹脂，矽酸鹽，以及溶膠。化合物可以是未被取代的或者是用例如重氫或者一種或多種滷素如氟取代的化合物。
可光限定組合物中也可以採用混合的含矽材料。例如，可以採用混合的倍半矽氧烷(silsesquioxane)聚合物，如在共同未決的美國申請第10/307,904號(代理人卷號第DN51203號)中所述的，其全部內容在此引入作為參考。這些倍半矽氧烷聚合物可以包括通式(RSiO1.5)的多個單元(unit)。R指的是不含羥基的取代或未被取代的有機側鏈基。示例性的R基包括取代的和未被取代的烷基和芳基。這些烷基可以是例如含1到20個碳原子的直鏈，支鏈或環狀，如甲基，乙基，正丙基，異丙基，叔丁基，叔戊烷基，叔辛基，癸基，十二烷基，十六基，十八烷基，環己基和2-乙基己基。示例性的芳基包括含6到20個特別是含6到15個碳原子的物質，如苯基，甲苯基，1-萘基，2-萘基和2-菲基。聚合物可以是倍半矽氧烷均聚物，在這種情況下倍半矽氧烷聚合物具有通式(RSiO1.5)n，其中R如上所述，n是大於零的偶整數。示例性的倍半矽氧烷均聚物包括烷基倍半矽氧烷，如甲基倍半矽氧烷，乙基倍半矽氧烷，丙基倍半矽氧烷，正丁基倍半矽氧烷，異丁基倍半矽氧烷，叔丁基倍半矽氧烷等等，以及包括芳基倍半矽氧烷，如苯基倍半矽氧烷和甲苯基倍半矽氧烷。或者，聚合物可以採取更高階聚合物的形式，或者是隨機型或者是嵌段型(random-orblock-type)。該更高階聚合物可以是例如兩種或多種不同類型倍半矽氧烷單元的結合，每個單元的比例在1到99摩爾百分比的範圍內。倍半矽氧烷聚合物可以包括通式(R1SiO1.5)和(R2SiO1.5)的多個單元，其中R1和R2不同，並且是如上所述的R。聚合物可以是，例如，烷基/芳基倍半矽氧烷，如含甲基倍半矽氧烷和苯基倍半矽氧烷的聚合物，或者含甲基倍半矽氧烷，乙基倍半矽氧烷和苯基倍半矽氧烷的聚合物；烷基倍半矽氧烷聚合物，如含甲基倍半矽氧烷和乙基倍半矽氧烷的聚合物；或者芳基倍半矽氧烷聚合物，如含苯基倍半矽氧烷和甲苯基倍半矽氧烷的聚合物。聚合物可以任選地包括除倍半矽氧烷單元以外的一個或多個非倍半矽氧烷單元。這些非倍半矽氧烷單元可以是例如通式((R3)2SiO)的多個單元，其中R3是取代或未被取代的有機基團，如烷基，例如甲基，乙基，丙基等，或者芳基，例如苯基，甲苯基等。
聚合物可以可選擇地包括上面定義的單一類型的倍半矽氧烷單元，和一個或多個這樣的非倍半矽氧烷單元。側鏈基上的一個或多個氫原子可以被另外的取代基所取代，取代基例如是，重氫。滷素如氟。溴和氯。(C1-C6)烷基，(C1-C6)滷代烷基(haloalkyl)，(C1-C10)烷氧基，(C1-C10)烷基羰基，(C1-C10)烷氧基羰基，(C1-C10)烷基羰氧基(alkylcarbonyloxy)等等。
倍半矽氧烷聚合物可以包含寬範圍的重複單元。倍半矽氧烷聚合物可以含有例如5到150個重複單元，特別是含有大約10到35個重複單元。通常，聚合物具有大約500到15,000的重量平均分子量(Mw)，例如大約為1000到10,000，以及大約為1000到5000。聚合物可以進一步包括允許發生縮聚作用的兩種或多種官能端基。這些端基可以是，例如，羥基，烷氧基，如乙氧基，丙氧基，異丙氧基，羧基酯(carboxyester)，氨基，胺基，環氧，亞氨基，羧酸(carboxyacid)，酸酐，烯烴，丙烯酸，乙縮醛，原酸酯，乙烯醚，及其組合。聚合物中的羥基含量以聚合物為基礎一般為大約0.5到15摩爾百分比，例如為大約1到10摩爾百分比，和大約2到5摩爾百分比。
在可光限定(photodefinable)組合物中也可以採用多孔光學材料，例如在美國公開申請No.US20030008244中所述的，該申請的全部內容在此引入作為參考。
在可光限定的芯組合物中也存在光敏成分，用以通過暴露在光化輻射下來改變上述組合化合物的溶解度。在例如負工作材料(negative workingmaterial)的情況下，光敏成分促使組合化合物曝光部分的耦合，使耦合部分不溶於顯影劑(developr)。本發明中可以使用種類繁多的光敏成分，包括但不限於，光致酸生成劑(photoacid generator)和光致鹼生成劑(photobasegenerator)。其中，優選光致酸生成劑。
本發明中可用的光致酸生成劑可以是通過暴露在光下析出酸的任何化合物或者多種化合物。合適的光致酸生成劑是已知的，包括但不限於，滷化三嗪，滷化惡二唑，鎓鹽，磺化酯，取代的羥基醯亞胺，取代的羥基亞胺，疊氮化物，如重氮萘醌等的萘醌，重氮化合物，及其組合。
特別有用的滷化三嗪包括，例如，滷化烷基三嗪，如滷甲基-s-三嗪。s-三嗪化合物是某些甲基-滷甲基-s-三嗪和某些醛或者醛衍生物進行縮合反應的產物。這些s-三嗪化合物可以根據美國專利№.3,954,475和Wakabayashi等人，日本化學學會會刊(Bulletin of the Chemical Society of Japan)，42，2924-30(1969)中公開的程序來製備。本發明中可用的其他三嗪型光致酸生成劑在例如美國專利No.5,366,846中公開，其全部內容在此引入作為參考。
具有弱親核陰離子的鎓鹽(onium salts)特別適合用作本發明的光致酸生成劑。這種陰離子的實例是二價到七價金屬或非金屬的滷素配合物陰離子，二價到七價金屬或非金屬例如銻，錫，鐵，鉍，鋁，鎵，銦，鈦，鋯，鈧，鉻，鉿，銅，硼，磷和砷。合適的鎓鹽的實例包括但不限於，如二芳基-重氮鎓鹽等的重氮鎓鹽和周期表中族VA和B，IIA和B以及I族的鎓鹽，例如，如碘鎓鹽，季銨，鏻和鍾鹽等的滷鎓(halonium)鹽，如芳香烴的鋶鹽，氧化鋶(sulfoxonium)鹽或硒鹽等的鋶鹽。合適的鎓鹽的實例例如在美國專利4,442,197；4,603,101；以及4,624,912中公開的，所述專利的全部內容在此引入作為參考。鋶鹽如三苯基鋶六氟磷酸鹽及其混合物是優選的。
本發明中用作光致酸生成劑的磺化酯包括，例如磺醯基酮。合適的磺化酯包括但不限於，苯偶姻甲苯磺酸鹽(benzoin tosylate)，叔丁基苯基α-(對甲苯磺醯氧基)-乙酸酯，2，6-二硝基甲苯基甲苯磺酸酯，以及叔丁基α-(對甲苯磺醯氧基)-乙酸酯。這些磺化酯例如在光聚合物科學和技術雜誌(Journal of Photopolymer Science and Technology)，vol.4，№.3，337-340(1991)中公開，該文全部內容在此引入作為參考。
可以使用的取代的羥基醯亞胺包括，例如，正三氟代甲基磺醯氧基-2，3-二苯基順丁烯二醯亞胺，和2-三氟代甲基苯磺醯氧基-2，3-二苯基順丁烯二醯亞胺。合適的取代羥基亞胺包括，例如2-(-次氮基-2-甲基苯亞甲基)-(5-羥基亞氨基丁基磺醯)-噻吩。本發明中可用的疊氮化物包括，例如2，6-(4-疊氮基苯亞甲基)環己酮。萘醌可以包括，例如，2，3，4-三羥基二苯甲酮的2，1-重氮萘醌-4-磺酸酯。在重氮化合物中，可以使用1，7-二(4-氯磺醯基苯基)-4-重氮基-3，5-庚二酮。
本發明中可用的光致鹼生成劑可以是通過暴露在光下析出鹼(base)的任何化合物或多種化合物。合適的光致鹼生成劑包括但不限於，氨基甲酸苄酯，苯偶姻氨基甲酸酯，O-氨基甲醯羥基胺，O-氨基甲醯肟，芳香磺醯胺，α-內醯胺，N-(2-烯丙基乙烯基)醯胺，芳基疊氮化物化合物，N-芳基甲醯胺，4-(鄰-硝基苯基)二氫吡啶，及其組合。
在負工作材料的情況下，本發明中可用的光敏成分的量是通過暴露於光化輻射下足夠促使倍半矽氧烷聚合物耦合從而使耦合部分不溶於水性基劑(aqueous-based)或溶劑(solvent-based)顯影劑的任何量。光敏成分一般以0.1至25wt％的量存在於組合物中，特別是以0.1至12wt％的量存在。
組合物中可以任選地包括一種或多種增韌劑，用以賦予塗層或由組合物生成的其他產物理想量的柔軟性。例如向形成相對較厚的塗層所用的組合物添加增韌劑是有益的，如向大約三個或多個微米的組合物，對於裂化的形成具有增強的敏感度(susceptibility)。儘管挑選的特定增韌劑取決於組合物的其他成分，但典型的增韌劑材料有，例如聚矽氧烷和增塑劑，如長鏈醇酸樹脂。通常，增韌劑的鏈中含兩個或多個基團，它們能夠與組成化合物耦合。優選的這些基團包括羥基，烷氧基，羧基酯，氨基，胺基，環氧，亞氨基，羧酸，酸酐，烯，丙烯酸，乙縮醛，原酸酯，乙烯醚，及其組合。在這些基團中，特別優選羥基。示例性的聚矽氧烷增韌劑材料包括官能團結尾的聚矽氧烷，如矽醇結尾的聚二苯基矽氧烷和矽醇結尾的聚二甲基矽氧烷，通常其中的端基只由官能團或可彎曲的倍半矽氧烷聚合物組成，例如，由參加反應的33wt％甲基-三乙氧基-矽烷，33wt％苯基-三乙氧基-矽烷，和33wt％二甲基(二烷基)-二乙氧基-矽烷形成的聚合物。增韌劑通常以少於30wt％的量存在於組合物中，特別以少於20wt％的量存在。
本發明的組合物中可以任選地存在有其他的添加劑，包括但不限於，表面均化劑，例如矽酮基油(silicone-base oil)，如可從Dow Chemical Company獲得的SILWET L-7604矽酮基油，溼潤劑，消泡劑，增粘劑，觸變劑等等。這些用於塗料組合物的添加劑在本領域是眾所周知的。可以知道，能在芯組合物中混合多於一種添加劑。例如，溼潤劑可以與觸變劑結合。這些任選的添加劑可從各種來源商業上地獲得。所用的這些任選添加劑的量取決於具體的添加劑和預期的效果，並在本領域技術人員的能力範圍內。其他的添加劑通常以少於5wt％的量存在於芯組合物中，特別以少於2.5wt％的量存在。
芯部組合物可任選地包含一種或多種有機交聯劑。交聯劑包括，例如，以三維方式聯接組合物中各成分的材料。與組成成分起反應的任何芳香族或脂族交聯劑都適合用於本發明。這些有機交聯劑會固化從而形成帶有組成成分的聚合網，並且降低在顯影液中的溶解度。這些有機交聯劑可以是單體或者聚合物。本領域的技術人員可以理解，交聯劑的組合也可用於本發明中。
本發明中可用的合適的有機交聯劑包括但不限於含胺化合物(aminecontaining compounds)，含環氧的材料(epoxy containing materials)，含至少兩個乙烯醚族的化合物，烯丙基取代的芳香化合物(allyl substitutedaromatic compounds)，及其組合。優選的交聯劑包括含胺化合物和含環氧的材料。
本發明中用作交聯劑的含胺化合物包括但不限於三聚氰胺單體，三聚氰胺聚合物，羥烷基甲基三聚氰胺，苯代三聚氰胺樹脂，苯代三聚氰胺-甲醛樹脂，脲醛樹脂、甘脲醛樹脂(glycouril-formaldehyde resins)及其組合。
本發明中用作交聯劑的含環氧材料是含有一個或多個環氧乙烷環的任何有機化合物，所述環氧乙烷環可通過開環作用進行聚合。
可光致成像的芯組合物可以適當地只包括單一類型的有機交聯劑，例如，只包括含胺交聯劑，或者可以包括兩種或多種不同的交聯劑。本領域的技術人員知道，合適的有機交聯劑其濃度隨多種因素如交聯劑的反應性和組合物的特殊應用而改變。當使用交聯劑時，這些交聯劑通常以0.1到50wt％的量存在於組合物中，更特別地從0.5到25wt％，甚至更特別地從1到20wt％。
可光致成像的芯部組合物可任選地包含一種或多種溶劑。這些溶劑有助於配置組合物並將組合物塗覆在襯底上。可以使用各種各樣的溶劑。合適的溶劑包括但不限於，二醇醚，如乙二醇單甲醚，丙二醇一甲基醚，二丙二醇一甲基醚；酯，如甲基溶纖劑乙酸酯，乙基溶纖劑乙酸酯，丙二醇單甲醚乙酸酯，二丙二醇單甲醚乙酸酯，二元酸酯，碳酸酯，如碳酸丙二酯，γ-丁內酯，酯，如乳酸乙酯，乙酸正戊酯和乙酸正丁酯，醇，如正丙醇，異丙醇，酮，如環己酮，甲基異丁基酮，二異丁基酮和2-庚酮，內酯，如γ-丁內酯和ε-己內酯，醚，如二苯基醚和苯甲醚，烴，如1，3，5三甲基苯，甲苯，二甲苯，以及雜環化合物，如N-甲基-2-吡咯烷酮，N，N』-二甲基亞丙基脲，或其混合物。
可光限定組合物可以利用任何技術來進行沉積，例如絲網印刷，幕簾塗布，輥塗，狹槽塗布(slot coating)，旋塗，流塗，靜電噴塗法，噴塗，或者浸塗。當組合物進行噴塗時，可任選使用加熱噴槍。組合物的粘度可以利用粘度調節劑，觸變劑，填料等進行調整，從而滿足應用中每種方法的要求。一般地，塗敷層的厚度為大約1到200μm，更特別地為大約1到100μm，更特別地為2到80μm，更特別地為5到64μm。
然後對塗敷的襯底進行乾燥，除去塗層中的任何溶劑。可以進行乾燥，例如在烘箱中，如紅外線烘箱，對流烘箱，對流/傳導烘箱，真空烘箱，或者在加熱板上。乾燥可以以不同溫度和時間來進行，這取決於選擇的具體溶劑和乾燥技術。合適的溫度是足以充分除去所存在的任何溶劑的任何溫度。通常，乾燥可以是在從室溫(25℃)到170℃的任何溫度，並且是在5秒到120分鐘的時間。當使用烘箱時，一般的時間是從10到120分鐘，對於加熱板來說，是從10秒到10分鐘。
參考圖2(c)，在乾燥之後，可光致成像層6例如通過光掩模8利用光化輻射曝光而成像。合適的曝光技術包括，例如，接觸成像，投影成像，和雷射直接寫入成像。曝光圖案限定了波導的幾何結構，一般但不一定是長度為大約幾釐米到幾米，寬度為幾微米到幾百微米的數量級。在曝光之後，一般在40℃到170℃的溫度使組合物部分固化。固化時間可以改變，但一般從大約30秒到大約1小時。這一步驟的目的是進一步改變波導芯部圖案相對於芯部其他區域的溶解度，使其他區域可以從顯影液中除去而不會除去芯部圖案。例如，在負工作材料的情況下，芯部圖案是曝光區域，該區域在顯影液中比非曝光區域具有更小的可溶性，而在正工作材料的情況下，芯部圖案是非曝光區域，曝光區域的溶解度在顯影液中變為可溶解的。
參考圖2(d)，如通過與適當的顯影劑接觸，可以除去在負工作材料情況下的非曝光區域或者在正工作材料情況下的曝光區域，留下波導芯結構10。儘管顯影劑的具體類型取決於可光致成像層的材料，但使用水基或溶劑基顯影劑也是可以的。合適的水基顯影劑包括，例如鹼金屬氫氧化物，如水中的氫氧化鈉和氫氧化鉀，以及四烷基氫氧化銨，如水中的四甲基氫氧化銨。這些顯影劑一般以0.1至2N的濃度使用，更特別地以0.15至1N的濃度，甚至更特別地以0.26至0.7N的濃度。顯影液可任選地包括一種或多種已知的表面活性劑，如聚乙二醇，烷基磺酸鹽，以及本領域眾所周知的其他表面活性劑。表面活性劑通常以0.5至3wt％的量存在於顯影劑中。合適的溶劑基顯影劑包括，例如，醇，如乙醇，異丙醇，酮，如丙酮，甲基異丁基酮，酯，如乙酸乙酯，以及丙二醇單甲醚乙酸酯。其他合適的溶劑是本領域技術人員公知的。顯影可以發生在各種溫度處，如從室溫到大約50℃。帶有侵蝕性攪動作用的顯影時間一般在十分鐘之內，優選為五分鐘，更優選在兩分鐘之內，甚至更優選在一分鐘之內，更優選在30秒之內。
芯結構10的尺寸取決於各種因素，如計劃的應用和模，例如單模或多模。所形成的芯結構其橫截面一般是四邊形，例如帶有一些可能的倒圓角的正方形或矩形，具有一般2到200μm的x-和y-尺寸，對於單模應用一般具有大約5到10μm的尺寸，對於多模應用具有25到75μm的尺寸。
參考圖2(e)，在顯影之後，波導芯結構10進行一個工藝，該工藝對於提供至少部分圓形的橫截面是非常有效。例如，芯部結構可以在某一溫度處進行再流平步驟，並持續一段時間，以將其橫截面改變為一般半環形的形狀，其中芯結構10和襯底1之間的角度α小於90°。再流平步驟可以藉助於任何能將芯層加熱到期望再流平溫度的裝置來進行，所述再流平溫度被定義作改變芯外形的溫度。儘管再流平步驟依賴於芯結構的具體材料，但再流平步驟也可以在空氣中或者在惰性氣氛如氮或氬中一般在大約125℃到300℃的溫度下進行，更特別地在大約130到180℃的溫度下持續大約10秒到120分鐘的時間。該再流平步驟可以在烘箱如對流烘箱，對流/傳導烘箱，真空烘箱中或者在加熱板上進行。
不受任何特殊理論的限制，可以認為芯材料在其完全固化之前進行再流平，這是由於在晶片溫度斜向上期間，玻璃態轉化溫度(Tε)原地變化的結果。
參考圖2(f)，第二包層12在第一包層4和芯結構10之上形成。適用於第二包層12的材料包括，例如，上述有關第一包層的任何材料。第二包層12可以是與第一包層4相同或不同的材料。然而，第一和第二包層的折射率應該大致相同。然後對第二包層進行熱固化和/或光曝光來形成波導結構。有關固化第一包層的上述說明也適用於第二包層。一般地，第二包層沉積的厚度為大約1到100μm，更特別地為10至50μm。由此製成依照本發明的光波導。
依照圖3(a)-3(h)所示的本發明的另一方面，光敏組合物可以沉積在形成有許多槽(channels)的襯底上，這些槽確定要製成波導的下部。本發明的這一方面允許光波導的橫截面比圖2示出的更圓，並具有因光纖和波導之間良好的幾何匹配而進一步改進光傳輸特性和降低插入損耗的潛力。除非特別說明，有關圖2的上述描述也適用於圖3和其他附圖。另外，儘管沒有示出，但是如參考圖3所示實施例所描述的槽可以結合任何其他方法和這裡描述的波導結構來應用。
如圖3(b)所示，例如利用標準光刻技術包括塗敷抗蝕劑，曝光及顯影步驟將蝕刻掩模5形成在襯底1上。參考圖3(c)，接下來，蝕刻襯底1的第一包層4來形成槽7，芯部結構在槽7中製成。槽7可以採用各種形狀，例如，橫截面為半圓形或半卵圓形。當形狀基本上是半圓形時，可以製成更圓的波導，其可以提供與光纖端面良好的幾何配合。用於形成槽7的合適的蝕刻技術在本領域是已知的，包括，例如溼，幹或溼和幹蝕刻技術的組合。具體的蝕刻劑取決於被除去的材料，但可以包括，例如，氫氟酸，氧等離子體，以及本領域技術人員已知的其他蝕刻劑。然後從襯底表面除去蝕刻掩模5，並根據圖3(d)和上面所述沉積可光致成像層6。參考圖3(e)，可光致成像層6在光化輻射下曝光並顯影，致使如圖3(f)所示在槽7的內部和上方形成波導芯結構10。如圖3(g)所示，波導芯結構10被再流平使其截面形狀成圓形，如圖3(h)所示，第二包層12沉積在第一包層4和波導芯結構之上，由此製成依照本發明的光波導。
依照本發明的另一方面，如圖4-6所示，波導芯結構以不同於通過直接光致成像的方式來進行構圖。在這種情況下，可以使用上述的可光致成像材料。然而更特別地，使用沒有光敏成分的上述材料。除了這些材料之外，其他合適的材料包括，例如二氧化矽，氮化矽，氧氮化矽，以及摻雜玻璃。
如圖4(a)-(e)所示，可以在芯層6上形成光致抗蝕劑層14。然後該材料通過掩模8光化輻射曝光形成圖案。接著例如利用幹各向異性蝕刻化學術來蝕刻芯層6，從而形成波導芯結構10。根據採用的具體材料和蝕刻選擇性之差，在包層4和芯層6之間採用蝕刻阻擋(stop)層是有益的，蝕刻阻擋層例如有氮化矽，SOG，或者其他已知的蝕刻阻擋層。這些蝕刻阻擋層及其用法對本領域的技術人員來說是已知的。參考圖4(d)-(e)，之後波導芯結構被再流平，並且如上所述完成波導。
圖5(a)-(d)示出利用絲網印刷技術對波導芯結構構圖的又一示例性技術。如圖5(a)所示，具有開口16的屏20與襯底1接觸放置。利用工具20如刮板將波導芯材料18在屏上展開，並進入開口16中。然後將屏移開，如圖5(b)所示留下波導芯結構10。參考圖5(c)-(d)，然後再流平波導芯結構，並且如上所述完成波導。
圖6(a)-(g)示出利用壓紋方法對波導芯結構進行構圖的另一示例性技術。如圖6(c)-(d)所示，壓紋染料28在壓力下與波導芯層6和襯底1接觸。除去染料28，留下波導芯結構10，如圖6(e)所示。參考圖6(f)-(g)，如上所述完成波導芯結構。
依照本發明的另一方面，可直接獲得理想的，圓形截面的光波導而不需要再流平步驟。這可以通過如照相凹版印刷，轉移印花，或噴墨印刷等技術實現。用於形成芯結構的上述相同材料可用於本發明的這一方面。根據採用的塗敷技術，在塗敷之前將材料的粘度調整為與具體技術相一致的程度是非常有益的。這樣的粘度調整在本領域技術人員的知識和能力範圍內。
圖7(a)-(c)示出利用噴墨印刷方法在各階段形成的光波導的橫截面。如圖7(b)所示，用噴墨印刷機22將圓形截面的波導芯結構10直接印刷在襯底1的表面上。印刷頭24橫跨襯底表面，並將波導芯組合物26沉積到襯底表面上以形成芯結構。任選地，可以將波導結構加熱以進一步調整橫截面為圓形的程度。參考圖7(c)，如上所述完成波導芯結構。
依照本發明製成的光波導可以用於各種應用中，特別是用於光電器件的製作中，這些光電器件包括但不限於，分路器，耦合器，光譜過濾器，偏振器，隔離器，如波長分離復用結構等的多路轉接器，放大器，衰減器，轉換器等，或者所述光波導更大規模地用於電子器件如印刷線路板，集成電路，互連等中。如這裡所用術語電子器件指的是包括例如上面所述的光電器件，以及前述包括光電器件的更大規模的裝置。
本發明的光波導對各種波長有極好的透明度，並提供極好的光損耗特性。因此，當前光波導可以在例如600至1700nm波長處使用。可以理解，當前的光波導在其他波長處也可以非常有利地使用。因此，本發明的光波導特別適合用在數據通信和遠程通信應用中。
下面的實施例意在進一步示出本發明的各個方面，但是這些實施例並不意味著在任何方面對本發明範圍的限制。
實施例例150wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(50∶50)，0.99wt％三苯基鋶六氟代磷酸鹽，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。以2000rpm將組合物旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上的空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。確定所需波導的布線圖直接放置在組合物上。該布線圖包括製成各種尺寸和形狀的波導的圖案，如長度在2和14cm之間、寬度在5至15μm的線性，支鏈，以及彎曲成型的波導。將800mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.7N的氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持30秒。之後將晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。然後，將晶片在150℃於加熱板上加熱10分鐘。預計可由此製成圓柱形的光波導。
例233wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，66.09wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(50∶50)，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。將組合物絲網印刷到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。用於這一步驟的絲網預設有對應于波導位置的開口，絲網包括製成各種尺寸和形狀的波導的圖案，如長度在2和14cm之間、寬度為5至15μm的線性，支鏈，以及彎曲成型的波導。然後，將晶片在150℃處於加熱板上加熱10分鐘。預計可由此製成圓柱形的光波導。
例337wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，53wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(80∶20)，5wt％三苯基鋶三氟代甲基磺酸鹽，4.99wt％聚苯矽氧烷，和0.01wt％Dow SILWETL-7604矽酮基油相結合成為混合物。以3000rpm將組合物旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。將例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。500mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.7N的氫氧化鈉顯影液中，並在21℃保持30秒。之後晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。將晶片加熱到150℃並持續10分鐘。預計可由此製成圓柱形的光波導。
例437wt％乳酸乙酯，45wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，45wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和10wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的53wt％縮合反應產物，33wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，33wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和34wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的5wt％縮合反應產物，4.99wt％2，4-二-(三氯甲基)-6-(4-乙氧基乙氧基-1-萘基)-三嗪，以及0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。以3000rpm將組合物旋塗到六英寸的LCD玻璃襯底上，並且於90℃時在加熱板上在空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。將800mJ/cm2的光化輻射作用於該晶片，隨後該晶片在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.26N氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持90秒。之後晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。將晶片加熱到150℃並持續10分鐘。預計可由此製成圓柱形的光波導。
例537wt％乳酸乙酯，55wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，35wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和10wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的53wt％縮合反應產物，5wt％聚二乙氧基矽氧烷，4.99wt％三苯基鋶六氟代磷酸鹽，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。環氧層壓材料，如通常用於印刷線路板製造中的環氧層壓材料利用組合物輥塗，使其厚度達到15μm，並且於90℃時在對流烘箱於空氣中乾燥30分鐘。例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。將800mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行30分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的結構浸入0.7N的氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持60秒。之後將該疊層在去離子水中漂洗，並乾燥。將合成的波導在對流烘箱中加熱到180℃並持續30分鐘。預計可由此製成圓柱形的光波導。
例638.95wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，55wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，43wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的55wt％縮合反應產物，5wt％聚二苯基矽氧烷，1.00wt％三苯基鋶三氟代甲基磺酸鹽，和0.05wt％DowSILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。組合物以2500rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上在空氣中軟烘乾兩分鐘，使厚度達到8μm。將例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。將800mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.7N的氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持60秒。之後晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。將晶片在加熱板上在空氣中加熱到180℃並持續10分鐘。預計可由此製成圓柱形的光波導。
例766wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，21.7wt％苯乙烯-順丁烯二酸酐的異丁基酯，1.7wt％2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，4.1wt％三丙烯酸季戊四醇酯，和6.1wt％三羥甲基丙烷三丙烯酸酯乙氧基化物相結合成為混合物。環氧層壓材料，如通常用於印刷線路板製造中的環氧層壓材料利用組合物輥塗，使其厚度達到15μm，並且於90℃時在對流烘箱中在空氣中乾燥30分鐘。將例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。將200mJ/cm2的光化輻射作用於這種結構。然後已曝光的結構浸入0.4N碳酸鈉顯影液中，並在35℃(95°F)保持120秒。之後將該疊層在去離子水中漂洗，並乾燥。合成的波導在對流烘箱中加熱到150℃並持續30分鐘。預計可由此製成圓柱形光波導。
例850wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，在酸情況下由間甲酚和甲醛縮合製備的40wt％酚醛清漆樹脂，以及2，1-重氮萘基苯醌-5-磺醯氯和2，3，4-三羥基二苯甲酮的10wt％反應產物相結合成為混合物。敷銅箔的環氧層壓材料，如通常用於印刷線路板製造中的環氧層壓材料利用組合物輥塗，使其厚度達到15μm，並且於90℃時在對流烘箱中於空氣中乾燥30分鐘。例1中所述的布線圖直接放置在組合物上，布線圖具有相反的色調，即期望波導在布線圖上是黑色的。將500mJ/cm2的光化輻射作用於這種結構。然後已曝光結構浸入0.7N氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持100秒。之後疊層在去離子水中漂洗，並乾燥。合成的波導在對流烘箱中加熱到180℃並持續30分鐘。預計可由此製成圓柱形光波導。
例937wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，79wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，19wt％三氟代甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的53wt％縮合反應產物，5wt％聚二苯基矽氧烷，4.95wt％三苯基鋶六氟代磷酸鹽，和0.05wt％DowSILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。以2500rpm將組合物旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。將例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。將800mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.26N四甲基氫氧化銨顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持60秒。之後晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。將晶片在加熱板上於空氣中加熱到180℃並持續10分鐘。預計可由此製成圓柱形光波導。
例1045wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，49wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的45wt％縮合反應產物，5wt％聚二苯基矽氧烷，4.95wt％苯偶姻甲苯磺酸鹽，和0.05wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。以2500rpm將組合物旋塗到塗敷二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上在空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。將例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。2000mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.35N氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持60秒。之後晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。將晶片在加熱板上於空氣中加熱到150℃並持續10分鐘。預計可由此製成圓柱形光波導。
例1141wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，65wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，33wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的41wt％縮合反應產物，10wt％六羥甲基-甲烷-三聚氰胺，4wt％聚二乙氧基矽氧烷，3.95wt％三苯基鋶三氟代甲基磺酸鹽，和0.05wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。以2000rpm將組合物旋塗到塗敷二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。將例1中所述的布線圖直接放置在組合物上。800mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。然後已曝光的晶片浸入0.7N氫氧化鈉顯影液中，並在37.8℃(100°F)保持30秒。之後晶片在去離子水中漂洗，並乾燥。將晶片在加熱板上於空氣中加熱到150℃並持續10分鐘。預計可由此製成圓柱形光波導。
例1250wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49.99wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(50∶50)，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物。以5000rpm將組合物旋塗到塗敷二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到8μm。以2500rpm將正性光致抗蝕劑旋塗到晶片上。確定所需波導的布線圖直接放置在組合物上。布線圖包括製成各種尺寸和形狀的波導的圖案，如長度在2和14cm之間、寬度為5至15μm的線性，支鏈，以及彎曲成型的波導。將400mJ/cm2的光化輻射作用於該結構，隨後該結構在90℃時在空氣中進行兩分鐘曝光後烘乾。光致抗蝕劑在0.2N氫氧化鈉溶液中顯影，從而將部分波導材料曝光。波導材料的已曝光部分通過活性離子蝕刻(RIE)除去，光致抗蝕劑利用2N氫氧化鈉溶液除去。晶片在去離子水中漂洗，乾燥，然後在150℃溫度下於加熱板上加熱10分鐘。預計可由此製成圓柱形光波導。
例13包層(1)第一包層組合物通過將50wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49.99wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(50∶50)，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以2000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例1中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用相同的組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例14包層(1)第一包層組合物通過將33wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，66.09wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(33∶67)，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例2中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例15包層(1)第一包層組合物通過將40wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，55wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(80∶20)，4.99wt％聚苯矽氧烷和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例3中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例16包層(1)第一包層組合物通過將40wt％乳酸乙酯，45wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，45wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和10wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的54.99wt％縮合反應產物，33wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，33wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和34wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的5wt％縮合反應產物，以及0.01wt％DowSILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例4中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例17包層(1)第一包層組合物通過將40wt％乳酸乙酯，45wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，45wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和10wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的54.99wt％縮合反應產物，5wt％聚二乙氧基矽氧烷，以及0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。環氧層壓材料，如通常用於印刷線路板製造中的環氧層壓材料利用組合物輥塗，並且於90℃時在空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例5中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例18包層(1)第一包層組合物通過將39.95wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，49wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的55wt％縮合反應產物，5wt％聚二苯基矽氧烷，以及0.05wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例6中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例19包層(1)第一包層組合物通過將66wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，12wt％苯乙烯-順丁烯二酸酐的異丁基酯，10wt％三丙烯酸季戊四醇酯，和12wt％三羥甲基丙烷三丙烯酸酯相結合成為混合物而形成。環氧層壓材料，如通常用於印刷線路板製造中的環氧層壓材料利用組合物輥塗，並且於90℃時在空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm的厚度。然後組合物用20mJ/cm2的光化輻射進行曝光。並且於150℃時在空氣中硬烘乾60分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例7中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例20包層(1)第一包層組合物通過將50wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，在酸情況下由間甲酚和甲醛的冷凝作用製備的30wt％酚醛清漆樹脂，以及2，1-重氮萘基苯醌-5-磺醯氯和2，3，4-三羥基二苯甲酮的20wt％反應產物相結合成為混合物而形成。敷銅箔的環氧層壓材料，如通常用於印刷線路板製造中的環氧層壓材料利用組合物輥塗為厚度14μm，並且於90℃時在空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。組合物用1000mJ/cm2的光化輻射進行曝光，然後於200℃在空氣中硬烘乾60分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例8中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例21包層(1)第一包層組合物通過將40wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，79wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，19wt％三氟代甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的54.95wt％縮合反應產物，5wt％聚二苯基矽氧烷，和0.05wt％Dow SILWETL-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例9中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。
包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例22包層(1)第一包層組合物通過將47wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，49wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的48.95wt％縮合反應產物，4wt％聚二苯基矽氧烷，和0.05wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例10中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例23包層(1)第一包層組合物通過將43wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，65wt％苯基-三乙氧基甲矽烷，33wt％甲基-三乙氧基甲矽烷，和2wt％二甲基-二乙氧基甲矽烷的42.95wt％縮合反應產物，10wt％六羥甲基-甲烷-三聚氰胺，4wt％聚二乙氧基矽氧烷，和0.05wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以3000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例11中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
例24包層(1)第一包層組合物通過將50wt％丙二醇單甲醚乙酸酯，49.99wt％苯基-甲基倍半矽氧烷(20∶80)，和0.01wt％Dow SILWET L-7604矽酮基油相結合成為混合物而形成。該組合物以2000rpm旋塗到塗敷有二氧化矽的六英寸矽晶片上，並且於90℃時在加熱板上於空氣中軟烘乾兩分鐘，使其厚度達到7μm。然後組合物於200℃時在加熱板上於空氣中硬烘乾10分鐘。SOG蝕刻阻擋層塗敷在上述層上，並且被固化。
芯用芯層塗敷第一包層，並用例12中所述的組合物和工藝對芯層構圖並再流平。包層(2)利用與形成第一包層所用的相同組合物和工藝將第二包層形成於帶圖案的芯部和第一包層上，只是第二包層的厚度在軟烘乾之後是10μm。預計可由此製成圓柱形光波導。
儘管本發明已經參考其特定實施例進行了詳細說明，但是對本領域的技術人員來說，顯然可以進行各種變化和改進，以及採用等同物，而不會脫離權利要求的範圍。
權利要求
1.一種形成光波導的方法，包括(a)在襯底上形成一層可光限定組合物；(b)將一部分可光限定組合物層在光化輻射下曝光；(c)將已曝光的層顯影，形成波導芯結構；以及(d)將波導芯結構加熱到一定溫度，並持續一段能使所述結構有效地再流平的時間，從而使波導芯結構的橫截面至少部分地變成圓形。
2.一種形成光波導的方法，包括(a)提供一襯底，在其表面上存在具有一定折射率的材料的包層；(b)在一部分包層上形成波導芯結構；以及(c)將波導芯結構加熱到一定溫度，並持續一段能使所述結構有效地再流平的時間，從而使波導芯結構的橫截面至少部分地變成圓形，其中所述再流平結構具有的折射率大於所述包層的折射率。
3.根據權利要求2的方法，其中所述波導芯結構這樣形成將可光致成像組合物的波導芯層沉積在所述包層上，將所述波導芯層在光化輻射下曝光，以及將所述波導芯層顯影，其中所述波導芯層的剩餘部分形成所述波導芯結構。
4.根據權利要求1或3的方法，其中所述光可處理組合物包括從下面選擇的至少一種材料取代或未被取代的聚醯胺，聚醯亞胺，聚(甲基)丙烯酸酯，聚氨基甲酸酯，聚碳酸酯，環氧樹脂，聚矽氧烷，聚倍半矽氧烷，降冰片烯，矽酸鹽，以及溶膠凝膠。
5.根據權利要求1-4中任一權利要求的方法，其中所述可光限定組合物包括含通式(RsiO1.5)的多個單元的聚合物，其中R是取代或未被取代的有機側鏈基。
6.根據權利要求2，4和5中任一權利要求的方法，其中所述波導芯結構這樣形成將一波導芯層沉積在所述包層上，在所述波導芯層的一部分上形成一蝕刻掩模，以及蝕刻所述波導芯層的已曝光部分。
7.根據權利要求2，4和5中任一權利要求的方法，其中所述波導芯結構通過直接在所述襯底上壓制或壓印所述結構而形成。
8.根據權利要求1-7中任一權利要求的方法，進一步包括在所述波導芯結構和所述其他包層上形成第二包層。
9.根據權利要求2-8中任一權利要求的方法，還包括在(b)之前在所述包層中形成槽的步驟，其中所述槽確定所述芯部結構的下部。
10.一種由權利要求1-9中任一權利要求的方法形成的光波導。
11.一種電子器件，包括一個或多個權利要求10的光波導。
全文摘要
本發明提供形成光波導的方法。該方法包括(a)在襯底上形成一層可光限定組合物；(b)將一部分可光限定組合物層在光化輻射下曝光；(c)將已曝光的層顯影，形成波導芯結構；以及(d)將波導芯結構加熱到一定溫度，並持續一段能使所述結構有效地再流平的時間，從而使波導芯結構的橫截面至少部分地變成圓形。並且本發明也提供由所述方法形成的光波導，以及包括一個或多個這樣光波導的電子器件。
文檔編號G02B6/00GK1523382SQ20031012492
公開日2004年8月25日 申請日期2003年12月2日 優先權日2002年12月2日
發明者J·G·謝爾納特, M·L·莫伊尼漢, O·帕特森, J G 謝爾納特, 厴, 莫伊尼漢 申請人:希普雷公司