JP2017522599A - 物品の製造方法及びそれにより製造した関連物品 - Google Patents
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Abstract
物品の製造方法は、第1層を形成するため、第1の組成物を基材上に適用することと、第1のコントラスト層を形成するため、第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、標的部分に硬化条件を適用することと、を含む。次に、第2層を形成するため、第2の組成物を第1のコントラスト層の上に適用し、第2のコントラスト層を形成するため、第2層及び第1のコントラスト層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、標的部分に硬化条件を適用する。硬化及び未硬化部分を有する第3のコントラスト層を同じ様式で形成するため、第3の組成物を第2のコントラスト層の上に、任意選択的に、適用し硬化してもよい。次に、これらのコントラスト層の未硬化部分を、物品を製造するため、選択的に除去する。【選択図】図1、6及び12
Description
本発明は全体として、物品の製造方法及びそれにより製造した関連物品に関する。
ポリマー光導波路は、光の全反射の原理をより速いデータ転送用に用いる能力から、プリント回路基板(PCB)において、またシリコンフォトニクスにおいて、銅配線(銅インターコネクト)を駆逐する基幹技術とされている。銅を通してのデータ転送での損失及びエネルギーが、次世代データセンター及びモバイル用途についての主要な隘路であるため、PWGは、肝要な点で有利となる。
従来のPWG生産は、屈折率RI1の下部クラッド層を基材上に設け、特定の位置で架橋構造を形成するため、選択的に照射する、一連の工程を含む。次にクラッド層を、クラッド層の未硬化領域(すなわち、架橋していない領域)を除去する溶媒を用いて現像する。これに続き、現像したクラッド層から溶媒を除去するため、光学的な焼付工程となる。次に、屈折率RI2(これはRI1より大きい)を有する、第2層、又はコア層を、第1のクラッド層の上部に設け、第1の積層を得るため、選択的に架橋する。次にコア層を、未硬化領域を選択的に除去するため、溶媒を用いて現像する。これに続くのが第3層、すなわち、上部クラッドであり、屈折率RI1(第1層と同じ)、又は混交したコア及び上部クラッドのため任意選択的にRI3(これはRI1及びRI2と異なるもの)を有する。第3層を、積層(層1及び層2)の上に設け、下部クラッド−コア−上部クラッドを有する完全な積層の光導波路の特徴を得るため、選択的に照射すると、積層が高性能計算及び他用途における光学的データ転送に使用可能となる。
クラッド層の構造化により、ポリマー光導波路の、光源及びインターコネクトへ接続するフェルールへのアライメント及び接続が可能となる。照射したクラッド面が溶媒現像されるクラッドの構造化は、接着を引き起こす可能性があり、コア層(第2の光学層)を現像したクラッド上にコーティングする際の課題である。これにより、十分に機能する光導波路を生産できない恐れがある。加えて、引き続いての溶媒留去のための熱工程は、FR4及びポリイミドなどの可撓性基材の過剰な収縮及びカールにつながる恐れがあり、これは、PCBにおける光導波路埋込み中、又は、光導波路材料が250℃を超える温度に曝されるはんだリフロー、熱衝撃などの高温加工中における亀裂及び層間剥離につながるものである。
明らかになっている別の課題は、PCB又はシリコンフォトニクスのパッケージ構成におけるポリマー光導波路の一体化/埋込みの間及び後での、ポリマー光導波路の信頼性である。従来のPCB生産は、電気接続を形成するため、FR4、ポリイミド、及びプリプレグの複数層を比較的高温(180℃〜200℃)で積層し、これに次いではんだペーストの適用のため、スルーホールのビアを穿孔する工程を有する。積層及び穿孔プロセスにより、FR4、ポリイミド、及び光導波路材料間の熱膨張係数(CTE)の大きな不一致から、またそれに伴う高水準の応力から、一体化中に埋込んだポリマーフィルムに亀裂が生じ不良品となる。加えて、シリコンフォトニクスのパッケージングにおいて、PWGは、リフロー温度が280℃又はそれより高くなり得るはんだリフローなどのプロセスに曝され、不良品につながる可能性がある。
本発明は、上記で明らかとなった特定の課題に対処するものである。
本発明は、物品の製造方法を提供する。
一実施形態において、方法は、第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層を基材上に形成するため、第1の組成物を基材上に適用することを含む。方法は、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第1のコントラスト層を形成するため、第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。また、方法は、第2層を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物をコントラスト層の上に適用することを含む。方法は、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第2のコントラスト層を形成するため、第2層及び第1のコントラスト層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第2層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。次に、方法は、物品を製造するため、第1及び第2のコントラスト層の少なくとも1つの未硬化部分を選択的に除去することを含み、物品が、基材、少なくとも1つの硬化部分を有し少なくとも1つの未硬化部分を有しない第1のコントラスト層、及び少なくとも1つの硬化部分を有し少なくとも1つの未硬化部分を有しない第2のコントラスト層を順に有する。
別の実施形態において、方法は、第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層を基材上に形成するため、第1の組成物を基材上に適用することを含む。方法は、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第1のコントラスト層を形成するため、第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。また、方法は、第2層を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物をコントラスト層の上に適用することを含む。方法は、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第2のコントラスト層を形成するため、第2層及び第1のコントラスト層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第2層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。更にまた、方法は、第3層を形成するため、第3の屈折率(RI3)を有する第3の組成物を第2のコントラスト層の上に適用することを含む。方法は、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第3のコントラスト層を形成するため、第3層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、並びに、第2及び第1のコントラスト層の未硬化部分に硬化条件を適用することなく、第3層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。次に、方法は、物品を製造するため、第1、第2、及び第3のコントラスト層の少なくとも1つの未硬化部分を選択的に除去することを含み、物品が、基材、少なくとも1つの硬化部分を有し少なくとも1つの未硬化部分を有しない第1のコントラスト層、少なくとも1つの硬化部分を有し少なくとも1つの未硬化部分を有しない第2のコントラスト層、及び少なくとも1つの硬化部分を有し少なくとも1つの未硬化部分を有しない第3のコントラスト層を順に有する。
これらの特定の実施形態において、物品を製造するため、第1、第2、及び(存在する場合は)第3のコントラスト層の少なくとも1つの未硬化部分を選択的に除去する工程は、第1、第2、及び(存在する場合は)第3のコントラスト層の少なくとも1つの未硬化部分を選択的に、かつ同時に除去することを含む。
これらの特定の実施形態において、第1の屈折率(RI1)、第2の屈折率(RI2)、及び/又は第3の屈折率(RI3)は、同じでも、又は互いに異なってもよい。
本発明による方法により、優れた光学特性及び物性を有する物品を製造する。
また、方法により、同様の物品を製造するため従来の方法に必要であったものより低コストで、より少ない工程で、物品を製造する。とりわけ、第1、第2、及び(存在する場合は)第3のコントラスト層の未硬化部分を、各層の適用後に除去することにより、プロセスから1つ又は2つ(第3のコントラスト層が存在する場合)の除去工程を無くする。それに伴い、第1のコントラスト層の上への第2層の適用に先立っての、第1のコントラスト層の未硬化部分を除去する工程の除外により、第1のコントラスト層への第2層(及び結果として第2のコントラスト層)の接着が改良される。同様に、第2のコントラスト層の上への第3層の適用に先立っての、第2のコントラスト層の未硬化部分を除去する工程の除外により、第2のコントラスト層への第3層(及び結果として第3のコントラスト層)の接着が改良される。これにより、十分に機能的な光導波路の生産における不良率を低下することができる。
本発明の方法は、光導波路などの光学物品の製造に、特に積層光導波路を有する物品の形成に、特に好適である。
本発明の他の利点及び態様は、添付の図面に関連して、以下の詳細な説明に記載されている。
本発明は、物品の製造方法を提供する。本発明による方法により、優れた光学特性及び物性を有する物品を製造する。例えば、方法は、光導波路などの光学物品の製造に、特に積層光導波路を有する物品の形成に、特に好適である。しかし、方法は、かかる光学物品に限定されず、屈折率のコントラストが所望又は使用されるか否かにかかわらず、多種多様な用途への使用に好適な物品を形成するために使用できる。
本発明を、代表的な図に示す。しかし、下記のいずれか1つ以上の図の参照番号により特定される個々の構成要素の、相対的な大きさ及び形状は、示した描写に限定されない。
本発明の第1の実施形態において、図1〜図5に示すように、2層パターニングを有する物品20を形成する方法を、記載し、示す。
図1に示すように、方法は、第1層25を形成するため、第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を基材30上に適用することを、まず含む。第1の組成物は、硬化性組成物であり、所望の第1の屈折率及び他の要因、例えば、所望の硬化機構に、少なくとも基づいて、下記のように選択できる。
第1の組成物を、様々な方法によって基材30上に適用できる。例えば、特定の実施形態において、第1の組成物を基材30上に適用する工程は、ウェットコーティング方法を含む。方法に好適なウェットコーティング方法の具体例としては、ディップコーティング、スピンコーティング、フローコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、グラビアコーティング、スパッタリング、スロットコーティング及びこれらの組み合わせが挙げられる。
基材30は、剛性でも可撓性でもよい。好適な剛性基材の例としては、ガラス板などの無機材料、無機層を有するガラス板、セラミックス、シリコンウエハーなどのウエハー、などが挙げられる。他の実施形態において、基材が可撓性であることが望ましい場合がある。これらの実施形態において、可撓性基材の具体例としては、様々な有機ポリマーを含む基材が挙げられる。透明性、屈折率、耐熱性及び耐久性の観点から、可撓性基材の具体例としては、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、ポリエステル(ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(エチレンナタレート)など)、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン6,6など)、ポリスチレン、ポリ(塩化ビニル)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリノルボルネン、ポリウレタン、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(エチレンビニルアルコール)、ポリアクリル酸、セルロース(トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、セロハンなど)、又はかかる有機ポリマーのインターポリマー(例えば、コポリマー)を含むものが挙げられる。当技術分野において理解されることとして、上記の有機ポリマーは剛性でも可撓性でもよい。更に、基材を、例えば充填剤及び/又は繊維で補強してもよい。下記で詳述するように、基材はその上にコーティングを有してもよい。基材は、所望であれば、物品から分離してもよく、コントラスト層及び硬化第2層を順に有し、基材を含まない、別の本発明の物品を供することができ、又は基材が物品の一体部分であってもよい。
次に、図2に示すように、方法は、少なくとも1つの硬化部分36と少なくとも1つの未硬化部分37とを含む第1のコントラスト層35を形成するため、第1層25の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1層の標的部分に硬化条件を適用する工程は、本明細書において別の呼び方として、第1のコントラスト層35を形成するための、第1層の「選択的硬化」(第1層を「選択的に硬化すること」)と呼ぶ場合もある。一般的に、第1のコントラスト層35は、1つ以上の硬化部分36と1つ以上の未硬化部分37とを含み、第1層25は、第1のコントラスト層35の1つ以上の硬化部分36と1つ以上の未硬化部分37とをそれぞれ形成するため、相当する数の硬化部分、未硬化部分を含み得る。明瞭化のため、少なくとも1つの硬化部分36を本明細書で単に「硬化部分」と呼び、少なくとも1つの未硬化部分37を本明細書で単に「未硬化部分」と呼ぶ場合があり、この用語法はそれぞれ、第1のコントラスト層35が1つより多い硬化部分36及び/又は1つより多い未硬化部分37を含む実施形態を包含する。
第1層が選択的に硬化され、そこで硬化条件が使用される方法は、少なくとも第1の組成物によって決定される。例えば、特定の実施形態において、第1の組成物及びその組成物から形成された第1層25は、活性エネルギー線への露光時に硬化可能であり、すなわち、第1層に、活性エネルギー線の放射が可能な線源50からの活性エネルギー線を選択的に照射することによって、第1層は選択的に硬化される。活性エネルギー線は紫外線、電子線、又は他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。
あるいは、第1層を熱硬化してもよい。これらの実施形態において、第1層25は、第1層25を選択的に加熱することによって、例えば、第1層25を加熱素子で選択的に加熱することによって、選択的に硬化される。好適な加熱素子(一般的には図2における45として示すようなもの)の例としては、抵抗又は誘導加熱素子、赤外線(IR)熱源(例えば、IRランプ)、及び火炎熱源が挙げられる。誘導加熱素子の一例は、無線周波数(RF)誘導加熱素子である。
照射は典型的には、第1のコントラスト層35を形成するため、第1層25の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1層25の標的部分に硬化条件を適用することによって、第1層25が選択的に硬化できる容易さから、好ましい。これらの実施形態において、典型的には、1つ以上のフォトマスクが、第1層の標的部分の選択的硬化で使用される。フォトマスクは一般的に、それを通して活性エネルギー線を透過するための画定されたパターンと、活性エネルギー線の透過を遮断するための相補的パターンと、を有する。例えば、フォトマスクは、活性エネルギー線が通過できる部分と、活性エネルギー線の通過を遮断する部分とを含み、その結果、選択的硬化によって、画定されたパターンを透過できる。活性エネルギー線が通過できるフォトマスクの部分は第1層25の標的部分と位置合せされ、活性エネルギー線の透過を遮断するフォトマスク40の相補的部分は第1層25の非標的部分と位置合せされる。第1層25を選択的に硬化するために照射を使用した場合、第1の組成物をフォトレジストと呼ぶ場合もあり、このフォトレジストはポジレジストでもネガレジストでもよい。かかる方法は、フォトリソグラフィーと呼ばれる場合もある。
あるいは、使用するフォトマスクは、活性エネルギー線の透過を遮断するためのパターンを単に有していてもよく(すなわち、フォトマスクが、上記段落で記載したような相補的部分からなる場合)、かかるフォトマスクは、第1層25の非標的部分への、活性エネルギー線の透過を遮断し、一方で第1層25の標的部分への、活性エネルギー線の直接的透過を可能とするため、活性エネルギー線の線源50に対して位置する。紫外線の線源50は、高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、キセノン−水銀ランプ、又は深紫外線ランプを含んでもよい。
あるいは、第1層25の標的部分の選択的硬化に加熱要素45による熱を使用する場合、サーマルマスク(若しくはヒートマスク)、又は断熱材テンプレートを、フォトマスクと同様の手法で使用してもよい。図2などの図に示すように、フォトマスク及び/又はサーマルマスクを、本明細書でマスク40としてまとめて、図に示し、記載する。特に、サーマルマスク40は、非標的部分が第1層25の選択的硬化後、第1のコントラスト層35内に未硬化のまま残る(すなわち、未硬化部分37)ように、第1層の非標的部分を隔離して第1のコントラスト層35の硬化部分36を形成するため、第1層25の標的部分が選択的に硬化されるようにする部分を含んでもよい。
第1層25を活性エネルギー線で選択的に硬化する工程は、一般的に、第1層25の標的部分を、第1のコントラスト層35の硬化部分36を形成するのに十分な線量で、線源50からの放射線に露光する工程を含む。第1層25を選択的に硬化するための放射線量は、典型的には100〜8000ミリジュール毎平方センチメートル(mJ/cm2)である。特定の実施形態において、第1層25を選択的に硬化するために、照射と共に、前述の加熱素子45の使用による加熱を用いてもよい。例えば、第1層25は、第1層25に活性エネルギー線を照射する前でも、間でも、及び/又は後でも加熱できる。一般的に、活性エネルギー線が第1層25の硬化を開始する間、第1層には残留溶媒が存在する場合があり、この溶媒は加熱によって気化させ除去できる。典型的な加熱温度は、摂氏50〜200度(℃)の範囲である。照射に先立って加熱を用いる場合、加熱する工程は、プリベーク工程(pre−baking step)と呼ばれる場合があり、一般的に第1層25から残留溶媒を除去するためだけに使用される。換言すれば、加熱は一般的に、プリベーク工程で、溶媒除去のためだけに使用され、第1層25の硬化又は選択的硬化のためでない。「硬化/硬化すること」は、分子間の共有結合形成による架橋を指す。
ここで図3を参照すると、方法は、第2層60を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物を第1のコントラスト層35の上に適用することを更に含む。特定の実施形態において、RI2及びRI1は互いに異なり、特定の実施形態において、同じ温度及び同じ波長で測定する場合、RI2はRI1より大きく(すなわち、RI2>RI1)、一方で特定の実施形態において、RI1はRI2より大きい(すなわち、RI1>RI2)。なおも更なる実施形態において、RI1=RI2であるが、ここで、第1の組成物及び第2の組成物は一部の他の点について相違する場合があり、例えば、第1の組成物及び第2の組成物を硬化する際の機械的特性に関して異なる場合などである。RI2及びRI1に対応する実際の値は、特に重要ではない。
とりわけ、屈折率は一般的に、特定の組成物内の置換の関数であるだけでなく、それぞれの組成物に由来する硬化生成物の架橋密度の関数でもある。このため、第1の組成物の硬化部分の屈折率は、RI1と異なる場合がある。しかし、屈折率勾配は一般的に、硬化の前後で維持される。比較の目的で、屈折率は、米国試験材料協会(ASTM)のD542−00に従って、同じ温度及び同じ光の波長で、任意選択的に589.3nmの波長で測定される。
第2の組成物を、第2層60を形成するため、第1の組成物に関して上記で紹介したウェットコーティング方法のいずれかによって、第1のコントラスト層35の上に適用してもよい。第1及び第2の組成物を適用する工程は、同じでも、又は互いに異なってもよい。
特定の実施形態において(下記の代替的な実施形態に示すように)、混交部分を形成するため、第1のコントラスト層35の未硬化部分37は、第2の組成物と混交してもよく、それにより、未硬化部分37及び第2層60は各々、第1の組成物及び第2の組成物の混合物を含み、RI1とRI2の間の値(RI1及びRI2が異なる場合)となる屈折率RIを有する。未硬化部分37及び第2層60の混交度は、多数の要因に依存し、第1の組成物及び第2の組成物の粘度、並びに未硬化部分37及び第2層60が混交可能な時間が挙げられる。
次に、図4に示すように、方法は、少なくとも1つの硬化部分66と少なくとも1つの未硬化部分67とを含む第2のコントラスト層65を形成するため、第2層60の非標的部分に硬化条件を適用することなく、及び、第1のコントラスト層35の少なくとも1つの未硬化部分37に硬化条件を適用することなく、第2層60の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。明瞭化のため、少なくとも1つの硬化部分66を本明細書で単に「硬化部分」と呼び、少なくとも1つの未硬化部分67を本明細書で単に「未硬化部分」と呼ぶ場合があり、この用語法はそれぞれ、第2のコントラスト層が1つより多い硬化部分及び/又は1つより多い未硬化部分を含む実施形態を包含する。
未硬化部分37及び第1のコントラスト層が混交して混交部分を形成する実施形態において、図4に示すような適用した硬化条件は、それ故、少なくとも1つの硬化混交部分と少なくとも1つの未硬化混交部分とを含む代替的類型の第2のコントラスト層を形成するため、非標的部分に硬化条件を適用することなく、混交層の標的部分に適用される。
第2層60が選択的に硬化され、そこで硬化条件が使用される方法は、少なくとも第2の組成物によって決定される。例えば、特定の実施形態において、第2の組成物及びその組成物から形成された第2層は、活性エネルギー線への露光時に硬化可能であり、すなわち、第2層に活性エネルギー線を選択的に照射することによって、第2層は選択的に硬化される。活性エネルギー線は、上記と同様に、紫外線、電子線、又は他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。典型的には、第2層の標的部分の硬化は、第1層の標的部分の硬化と同じ方法による。
上記の第1層25の硬化と同様に、典型的には、1つ以上のフォトマスク(及び/又はサーマルマスク)40が、第2層60の標的部分の選択的硬化で使用される。より具体的には、活性エネルギー線が通過できるフォトマスク40の部分は第2層60の標的部分と位置合せされ、活性エネルギー線の透過を遮断するフォトマスク40の相補的部分は第2層60の非標的部分と位置合せされる。あるいは、熱エネルギーが通過できるサーマルマスク40の部分は第2層60の標的部分と位置合せされ、熱エネルギーの透過を遮断するサーマルマスク40の相補的部分は第2層60の非標的部分と位置合せされる。
次に、図5に示すように、方法は、第1及び第2のコントラスト層(35、65)の未硬化部分(37、67)を選択的に除去する工程を更に含むものであり、それにより、物品20を形成する。特定の実施形態において、未硬化部分(37、67)を、単一の工程で同時に(すなわち、選択的に、かつ同時に)、除去する。しかし、代替的な実施形態において、選択的な除去は逐次的でもよい(すなわち、未硬化部分67を除去し、次に未硬化部分37を除去するもので、又は、逆も可であるが、ここで除去は、両方のコントラスト層(35、65)を適用し、未硬化部分(37、67)を形成した後に起きる)。
特定の実施形態において、図5に示すように、物品20の現像として別途言及するプロセスにおいて、未硬化部分(37、67)を、溶媒(概して容器75中に示す溶媒であるが、以下、溶媒75として記載する)で洗浄する。
特定の実施形態において、未硬化部分(37、67)が溶媒中へ溶解し始めるのに十分な時間、複数回適用したコントラスト層(35、65)を、メシチレン又はジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどの溶媒75中に浸漬して、物品20を現像する。例えば、特定の実施形態において、複数回適用した層を、約2〜5分浸漬する。次に、複数回適用したコントラスト層(35、65)を、同じ溶媒又は未硬化部分(37、67)が可溶な別の溶媒でリンスし、それにより、物品20が残るような、未硬化部分(37、67)の逐次的な又は同時の選択的除去となる。また、特定の実施形態において、任意選択的なポストベーク(post−bake)を使用してもよく、ここで、物品20を、いずれの残留溶媒を除去するにも十分な温度へ加熱する。
上記のいずれかの実施形態で得られた物品20は、基材30、少なくとも1つの硬化部分36を有し少なくとも1つの未硬化部分37を有しない第1のコントラスト層35、及び、少なくとも1つの硬化部分66を有し少なくとも1つの未硬化部分67を有しない第2のコントラスト層65を順に有する。
本発明の第2の実施形態において、下記記載及び図6〜図11に示すように、2層より多い層を有する物品90を形成できる。
まず図6を参照すると、上記の図1に記載した方法と同様に、物品90を形成する方法は、第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層25を基材30上に形成するため、第1の組成物を基材30上に適用すること、をまず含む。
次に、図7に示すように、上記の図2に記載した方法と同様に、方法は、少なくとも1つの硬化部分36と少なくとも1つの未硬化部分37とを含む第1のコントラスト層35を形成するため、第1層25の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第1層の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。図7には単一の硬化部分36と単一の未硬化部分37のみを示すが、1つより多い、硬化部分36と未硬化部分37とをこの工程で導入できる。図7に示すように第1のコントラスト層35を形成するため、適用可能な硬化条件を、第1の実施形態の図2に関して上記で記載したように、図7に示す。
次に、図8に示すように、上記の図3に記載した方法と同様に、方法は、第2層60を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物を第1のコントラスト層35の上に適用することを更に含む。第1の実施形態と同様に、第1の屈折率(RI1)は、上記の第2の屈折率(RI2)と同じでも、又は異なってもよい。
次に、図9に示すように、第1のコントラスト層35の未硬化部分37の少なくとも一部分は、混交層80を形成するため、第2層60の第2の組成物と混交する。特定の実施形態(図に示さず)においては、第1のコントラスト層35の未硬化部分37全体を、第2層60の第2の組成物と混交したが、特定の実施形態においては、図9に示すように、未硬化部分37の一部分は混交せず、それにより、混交層80に加え、第1のコントラスト層35の未硬化部分37として残る。この混交層80を形成するための、未硬化部分37及び第2層60の混交度は、多数の要因に依存し、第1の組成物及び第2の組成物の粘度、並びに未硬化部分37及び第2層60が混交可能な時間が挙げられる。
次に、図10に示すように、方法は、少なくとも1つの硬化部分66と少なくとも1つの未硬化部分67とを含む第2のコントラスト層65を形成するため、第2層60の非標的部分に硬化条件を適用することなく、第2層60の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。同時に、少なくとも1つの硬化部分86と少なくとも1つの未硬化部分87とを有する混交コントラスト層85を形成するため、混交層80の非標的部分に硬化条件を適用することなく、混交層80の標的部分に硬化条件を適用する。第2層60及び混交層80を硬化するための硬化条件は、第1の実施形態において図4に関して上記で記載したようなものでよく、少なくとも1つのフォトマスク及び/又はサーマルマスク40を含んでもよい。
最後に、図11に示すように、方法は、第1及び第2のコントラスト層(35、65)、並びに混交コントラスト層85の未硬化部分(37、67、87)を選択的に除去する工程を更に含むものであり、それにより、物品90を形成する。特定の実施形態において、未硬化部分(37、67、87)を、単一の工程で同時に選択的に(すなわち、選択的に、かつ同時に)、除去する。しかし、代替的な実施形態において、選択的な除去は逐次的でもよい(すなわち、未硬化部分87を除去し、次に未硬化部分67を除去し、その次に未硬化部分37を除去するもので、又は、逆も可であり、第1及び第2のコントラスト層(35、65)、並びに混交コントラスト層85の各未硬化部分(37、67、87)を形成した後の単一の除去工程におけるもの)。
特定の実施形態において、未硬化部分(37、67、87)が溶媒75中へ溶解し始めるのに十分な時間、複数回適用した層を、メシチレン又はジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどの溶媒中に浸漬して、物品90を現像する。例えば、特定の実施形態において、複数回適用した層を、約2〜5分浸漬する。次に、複数回適用した層を、同じ溶媒又は未硬化部分(37、67、87)が可溶な別の溶媒でリンスし、それにより、物品20が残るような、未硬化部分(37、67、87)の逐次的な又は同時の除去となる。また、特定の実施形態において、任意選択的なポストベークを使用してもよく、ここで、物品90を、いずれの残留溶媒を除去するにも十分な温度へ加熱する。
上記のいずれかの実施形態で得られた物品90は、基材30、少なくとも1つの硬化部分36を有し少なくとも1つの未硬化部分37を有しない第1のコントラスト層35、少なくとも1つの硬化部分66を有し少なくとも1つの未硬化部分67を有しない第2のコントラスト層65、及び、少なくとも1つの硬化部分86を有し少なくとも1つの未硬化部分87を有しない混交コントラスト層85を順に有する。
更に他の代替的な実施形態において、図12〜図18の図示と関連付けた方法について下記で記載するように、2層より多い層を有する物品120を形成できる。
ここで図12〜図15を参照すると、物品120を形成する方法は、図1〜図4(図12〜図15としても表記)に関して例示し、ここでは繰り返さない、第1の実施形態における上記の方法により、第1のコントラスト層35及び第2のコントラスト層65を基材30上に形成することで始まる。
次に、図16に示すように、第3層100を形成するため、第3の屈折率(RI3)を有する第3の組成物を、第2のコントラスト層65の上に適用する。
RI3及びRI2は、同じでも、又は互いに異なってもよく、RI3及びRI1もまた、同じでも、又は互いに異なってもよい。RI3、RI2、及びRI1、に対応する実際の値は、特に重要ではない。
特定の実施形態において、RI2は、RI3及びRI1より大きくてもよく(すなわち、RI2>RI1、かつ、RI2>RI3)、ここで、第2の組成物が、ポリマー光導波路のコアを形成するものとなり、第1及び第3の組成物が、ポリマー光導波路の外部クラッドを形成するものなどとなる。これらの特定の実施形態において、RI1は、RI3より大きくても(すなわち、RI1>RI3)、RI3と同じでも(すなわち、RI1=RI3)、又はRI3より小さくても(すなわち、RI1<RI3)よい。
第3の組成物を、層100として、第1及び第2の組成物に関して上記で紹介したウェットコーティング方法のいずれかによって、第2のコントラスト層65の上に適用できる。第1、第2、及び第3の組成物を適用する工程は、同じでも、又は互いに異なってもよい。
次に、図17に示すように、方法は、少なくとも1つの硬化部分116と少なくとも1つの未硬化部分117とを含む第3のコントラスト層115を形成するため、第3層100の非標的部分に硬化条件を適用することなく、並びに、第1及び第2のコントラスト層(35、65)の少なくとも1つの未硬化部分(37、67)に硬化条件を適用することなく、第3層100の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。明瞭化のため、少なくとも1つの硬化部分116を本明細書で単に「硬化部分」と呼び、少なくとも1つの未硬化部分117を本明細書で単に「未硬化部分」と呼ぶ場合があり、この用語法はそれぞれ、第3のコントラスト層115が1つより多い硬化部分116及び/又は1つより多い未硬化部分117を含む実施形態を包含する。
第1層25及び第2層60と同様に、第3層100が選択的に硬化され、そこで硬化条件が使用される方法は、少なくとも第3の組成物によって決定される。例えば、特定の実施形態において、第3の組成物及びその組成物から形成された第3層100は、活性エネルギー線への露光時に硬化可能であり、すなわち、第3層に活性エネルギー線を選択的に照射することによって、第3層は選択的に硬化される。活性エネルギー線は、上記と同様に、紫外線、電子線、又は他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。典型的には、第3層100の標的部分の硬化は、上記の第1層25及び第2層60の標的部分の硬化と同じ方法による。あるいは、第3層100を、上記でも記載したように、加熱素子45の使用による熱線により硬化してもよい。それと共に、1つ以上の、フォトマスク又はサーマルマスク40もまた、上記の標的部分及び非標的部分のそれぞれと位置合せして使用してもよい。
次に、図18に示すように、また、図5及び図11の選択的な除去工程と同様に、この第3の実施形態の方法は、第1、第2、及び第3のコントラスト層(35、65、115)の未硬化部分(37、67、117)を選択的に除去する工程を更に含むものであり、それにより、物品120を形成する。特定の実施形態において、未硬化部分(37、67、117)を、単一の工程で同時に選択的に(すなわち、選択的に、かつ同時に)、除去する。しかし、代替的な実施形態において、選択的な除去は逐次的でもよい(すなわち、未硬化部分117をまず除去し、次に未硬化部分67と未硬化部分37とを除去するもので、又は、逆も可であり、第1及び第2のコントラスト層(35、65)、並びに第3のコントラスト層115の各未硬化部分(37、67、117)を形成した後の単一の除去工程におけるもの)。
特定の実施形態において、未硬化部分(37、67、117)が溶媒75中へ溶解し始めるのに十分な時間、複数回適用した層(35、65、115)を、メシチレン又はジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどの溶媒75中に浸漬して、物品120を現像する。例えば、特定の実施形態において、複数回適用した層(35、65、115)を、約2〜5分浸漬する。次に、複数回適用した層(35、65、115)を、同じ溶媒又は未硬化部分(37、67、117)が可溶な別の溶媒でリンスし、それにより、物品120が残るような、未硬化部分(37、67、117)の逐次的な又は同時の除去となる。また、特定の実施形態において、任意選択的なポストベークを使用してもよく、ここで、物品120を、いずれの残留溶媒を除去するにも十分な温度へ加熱する。
上記のいずれかの実施形態で得られた物品120は、基材30、少なくとも1つの硬化部分36を有し少なくとも1つの未硬化部分37を有しない第1のコントラスト層35、少なくとも1つの硬化部分66を有し少なくとも1つの未硬化部分67を有しない第2のコントラスト層65、及び、少なくとも1つの硬化部分116を有し少なくとも1つの未硬化部分117を有しない第3のコントラスト層115を順に有する。
この第3の実施形態における図16〜図18に示す工程への代替的な配置において、図19〜図21に示すように物品150の形成について記載する通り、第2のコントラスト層65の未硬化部分67の少なくとも一部分は、図19に示すような混交層140を形成するため、第3層100の第3の組成物と混交する。
特定の実施形態(図に示さず)においては、第2のコントラスト層65の未硬化部分67全体を、混交層140を形成するため、第3層100の第3の組成物と混交したが、特定の実施形態においては、図19に示すように、未硬化部分67の一部分は混交せず、それにより、第2のコントラスト層65の未硬化部分67として残る。この混交層140を形成するための、未硬化部分67及び第3層100の混交度は、多数の要因に依存し、第2の組成物及び第3の組成物の粘度、並びに未硬化部分67及び第3層100が混交可能な時間が挙げられる。
次に、図20に示すように、方法は、少なくとも1つの硬化部分146と少なくとも1つの未硬化部分147とを含む混交コントラスト層145を形成するため、混交層140の非標的部分、及び第2のコントラスト層65のいずれの残っている未硬化部分67にも硬化条件を適用することなく、混交層140の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。混交層145を硬化するための硬化条件は、第1の実施形態において図4に関して、線源50を使用しての活性エネルギー線照射及び/又は加熱素子45を使用しての熱硬化として、上記で記載したようなものでよく、フォトマスク及び/又はサーマルマスク40の使用を含む。
上記の層の硬化と同様に、混交層140が選択的に硬化され、そこで硬化条件が使用される方法は、少なくとも、混交層140を形成するための第3の組成物、及び混交層140を形成する第2のコントラスト層65の未硬化部分67の組成物、によって決定される。例えば、特定の実施形態において、形成された混交層140は、線源50からの活性エネルギー線への露光時に硬化可能であり、すなわち、第3層に、活性エネルギー線を選択的に照射することによって、混交層140は選択的に硬化される。活性エネルギー線は、上記と同様に、紫外線、電子線、又は他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。典型的には、混交層140の標的部分の硬化は、上記のいずれかの層の硬化と同じ方法による。あるいは、混交層140を、上記でも記載したように、加熱素子45の使用による熱線により硬化してもよい。それと共に、1つ以上の、フォトマスク又はサーマルマスク40もまた、上記の標的部分及び非標的部分のそれぞれと位置合せして使用してもよい。
最後に、図21に示すように、方法は、第1及び第2のコントラスト層(35、65)、並びに混交コントラスト層145の未硬化部分(37、67、147)を選択的に除去する工程を更に含むものであり、それにより、物品150を形成する。特定の実施形態において、未硬化部分(37、67、147)を、単一の工程で同時に選択的に(すなわち、選択的に、かつ同時に)、除去する。しかし、代替的な実施形態において、選択的な除去は逐次的でもよい(すなわち、未硬化部分147を除去し、次に未硬化部分67と未硬化部分37とを除去するもので、又は、逆も可であり、第1及び第2のコントラスト層(35、65)、並びに混交コントラスト層145の各未硬化部分(37、67、147)を形成した後の単一の除去工程におけるもの)。
特定の実施形態において、未硬化部分(37、67、147)が溶媒75中へ溶解し始めるのに十分な時間、複数回適用した層(35、65、145)を、メシチレン又はジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどの溶媒75中に浸漬して、物品150を現像する。例えば、特定の実施形態において、複数回適用した層(35、65、145)を、約2〜5分浸漬する。次に、複数回適用した層(35、65、145)を、同じ溶媒又は未硬化部分(37、67、147)が可溶な別の溶媒でリンスし、それにより、物品150が残るような、未硬化部分(37、67、147)の逐次的な又は同時の除去となる。また、特定の実施形態において、任意選択的なポストベークを使用してもよく、ここで、物品150を、いずれの残留溶媒を除去するにも十分な温度へ加熱する。
上記のいずれかの実施形態で得られた物品150は、基材30、少なくとも1つの硬化部分36を有し少なくとも1つの未硬化部分37を有しない第1のコントラスト層35、少なくとも1つの硬化部分66を有し少なくとも1つの未硬化部分67を有しない第2のコントラスト層65、及び、少なくとも1つの硬化部分146を有し少なくとも1つの未硬化部分147を有しない混交コントラスト層145を順に有する。
本発明のなおも別の実施形態において、3層パターニングの物品180を形成してもよく、上記で記載し図6〜図10に示す第2の実施形態の特定の工程で、図22〜図25に更に記載し示すように構築する。
方法は、上記で記載し図6〜図10に示すプロセスにより始まる。しかし、上記で記載し図11に示す除去工程とは反対に、この実施形態における方法は、図22〜図25に示し下記で記載のように、付加的な工程により進める。
まず、図22に示すように、第3の屈折率(RI3)を有する第3の組成物を、第3層155を形成するため、第2のコントラスト層65及び混交コントラスト層85の上に適用し、第3の組成物は、図16に関して上記で記載したようなものである第3の屈折率を有する。
次に、図23に示すように、混交コントラスト層85の未硬化部分87の少なくとも一部分は、混交層160を形成するため、第3層155の第3の組成物と混交する。
特定の実施形態においては、混交コントラスト層85の未硬化部分87全体を、第3層155の第3の組成物と混交したが、特定の他の実施形態においては、図23に示すように、未硬化部分87の一部分は混交せず、それにより、混交コントラスト層85の未硬化部分87として残る。この混交層160を形成するための、未硬化部分87及び第3層155の混交度は、多数の要因に依存し、混交コントラスト層85の未硬化部分87及び第3の組成物の粘度、並びに混交コントラスト層85の未硬化部分87及び第3層155が混交可能な時間が挙げられる。
次に、図24に示すように、方法は、少なくとも1つの硬化部分166と少なくとも1つの未硬化部分167とを含む混交コントラスト層165を形成するため、混交層160の非標的部分に硬化条件を適用することなく、混交層160の標的部分に硬化条件を適用することを更に含む。明瞭化のため、少なくとも1つの硬化部分166を本明細書で単に「硬化部分」と呼び、少なくとも1つの未硬化部分167を本明細書で単に「未硬化部分」と呼ぶ場合があり、この用語法はそれぞれ、混交コントラスト層165が1つより多い硬化部分166及び/又は1つより多い未硬化部分167を含む実施形態を包含する。
上記の層の硬化と同様に、混交層160が選択的に硬化され、そこで硬化条件が使用される方法は、少なくとも、混交層160を形成するための第3の組成物、及び混交層160を形成する第2のコントラスト層65の未硬化部分67の組成物、によって決定される。例えば、特定の実施形態において、形成された混交層160は、線源50からの活性エネルギー線への露光時に硬化可能であり、すなわち、第3層に、活性エネルギー線を選択的に照射することによって、混交層160は選択的に硬化される。活性エネルギー線は、上記と同様に、紫外線、電子線、又は他の電磁波若しくは放射線を含んでもよい。典型的には、混交層160の標的部分の硬化は、上記のいずれかの層の硬化と同じ方法による。あるいは、混交層160を、上記でも記載したように、加熱素子45の使用による熱線により硬化してもよい。それと共に、1つ以上の、フォトマスク又はサーマルマスク40もまた、上記の標的部分及び非標的部分のそれぞれと位置合せして使用してもよい。
次に、図25に示すように、また、上記で記載し図5及び図11及び図21に示す選択的な除去工程と同様に、この第4の実施形態の方法は、第1のコントラスト層35、混交コントラスト層85、及び混交コントラスト層165の未硬化部分(37、87、167)を、選択的に除去する工程を更に含むものであり、それにより、物品180を形成する。特定の実施形態において、未硬化部分(37、87、167)を、単一の工程で同時に選択的に(すなわち、選択的に、かつ同時に)、除去する。しかし、代替的な実施形態において、選択的な除去は逐次的でもよい(すなわち、未硬化部分167を除去し、次に未硬化部分87と未硬化部分37とを除去するもので、又は、逆も可であり、第1のコントラスト層35、混交コントラスト層85、及び混交コントラスト層165の各未硬化部分(37、87、167)を形成した後の単一の除去工程におけるもの)。
特定の実施形態において、未硬化部分(37、87、167)が溶媒75中へ溶解し始めるのに十分な時間、複数回適用した層(35、85、165)を、メシチレン又はジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどの溶媒75中に浸漬して、物品180を現像する。例えば、特定の実施形態において、複数回適用した層(35、85、165)を、約2〜5分浸漬する。次に、複数回適用した層(35、85、165)を、同じ溶媒又は未硬化部分(37、87、167)が可溶な別の溶媒でリンスし、それにより、物品180が残るような、未硬化部分(37、87、167)の除去となる。また、特定の実施形態において、任意選択的なポストベークを使用してもよく、ここで、物品180を、いずれの残留溶媒を除去するにも十分な温度へ加熱する。
上記のいずれかの実施形態で得られた物品180は、基材30、少なくとも1つの硬化部分36を有し少なくとも1つの未硬化部分37を有しない第1のコントラスト層35、少なくとも1つの硬化部分86を有し少なくとも1つの未硬化部分87を有しない混交コントラスト層85、及び、少なくとも1つの硬化部分166を有し少なくとも1つの未硬化部分167を有しない混交コントラスト層165を順に有する。
混交部分を形成する(すなわち、層が混交する)、上記の実施形態のいずれかにおいて、後から適用された組成物は、先に適用された組成物と総じて混和可能であり、混交部分の形成が可能である(例えば、第2層60が、第2の組成物の未硬化部分37中に総じて混和可能である場合、上記で先に図9に関して記載したように、混交層80を形成可能である)。これらの組成物が互いと及び互いに、完全に混和可能である場合、混交部分は、均質なブレンドとして特徴付けできる。あるいは、これらの組成物が、互いに若しくは互いを完全には混和可能でない場合、又は不完全に混合する場合、これらの組成物を混合することにより、不均質な混交部分を形成し得る。あるいは、混交部分は部分的に均質でもよい。典型的には、混交部分は均質なブレンドである。
また、上記の実施形態のいずれかにおいて、いずれの層のいずれの1つの硬化部分の、一部分又は全体も、次の層の隣接する硬化部分に対し、位置合せされていても、位置合せされていなくてもよい。例えば、図5に示すように、第1のコントラスト層35の一部の硬化部分36は、第2のコントラスト層65の相当する硬化部分66と位置合せされ(ここで、硬化部分66が、硬化部分36の上部へ積層することを、図5の前方で示す)、一方で、他の部分は位置合せされていない(ここで、第1のコントラスト層35の硬化部分36の一部分が、積層した硬化部分66を含まないことを、図5の後方で示す)。同様に、図25において、混交層85の硬化部分86の一部分は、図25の前方では、混交コントラスト部分165の硬化部分に対し、位置合せされていないが、図25の後方では、硬化部分166に対し、位置合せされている。
特定の実施形態において、第1、第2、及び第3の組成物は各々、少なくとも1つのカチオン重合性基を有するカチオン重合性材料を含む。カチオン重合性材料は典型的には、活性エネルギー線への露光時、カチオン反応機構により硬化可能である。カチオン重合性基は、中性部位であってもよい。すなわち、用語「カチオン」が、「基」ではなく、「重合性」を修飾する。カチオン重合性基は、カチオン重合性材料のいずれの位置(複数可)にあってもよい。例えば、カチオン重合性基は、カチオン重合性化合物からのペンダント基でも、又はカチオン重合性化合物の置換基でもよい。少なくとも1つのカチオン重合性基は、本明細書で単に「カチオン重合性基」と呼ばれ、これは、単数形であるが、カチオン重合性基が、1つより多いカチオン重合性基、すなわち2つ以上のカチオン重合性基を含む実施形態を包含する。典型的には、カチオン重合性材料は2つ以上のカチオン重合性基を含み、それらは独立して選択される。
特定の実施形態において、カチオン重合性基は、S、N、O、及び/又はP、あるいは、S、N、及び/又はO、などの少なくとも1つのヘテロ原子を有する環式有機官能基として定義される、複素環式官能基を有する。例えば、複素環式基としては、ラクトン基、ラクタム基、環状エーテル、及び環状アミンが挙げられるが、これらに限定されない。ラクトン基は一般的に環状エステルであり、例えば、アセトラクトン、プロピオラクトン、ブチロラクトン、及びバレロラクトンから選択し得る。ラクタム基は一般的に環状アミドであり、例えば、β−ラクタム、γ−ラクタム、δ−ラクタム、及びε−ラクタムから選択し得る。環状エーテルの具体例としては、オキシラン、オキセタン、テトラヒドロフラン、及びジオキセパン(例えば、1,3−ジオキセパン)が挙げられる。複素環式官能基の付加的な例としては、チエタン及びオキサゾリンが挙げられる。とりわけ、上記の複素環式官能基はまた、モノマーとして存在してもよい。しかし、カチオン重合性基の文脈において、上記記載の複素環式官能基は、より大きな分子の置換基であって、別個のモノマーではない。更に、これらの基は二価連結基を介してカチオン重合性材料に結合又は連結していてもよい。
他の実施形態において、カチオン重合性基は、複素環式官能基以外のカチオン重合性基を有してもよい。例えば、カチオン重合性基は、代替的に、エチレン性不飽和基、例えば、ビニル、ビニルエーテル、ジビニルエーテル、ビニルエステル、ジエン、第三級ビニル、スチレン、又はスチレン誘導体基から選択してもよい。
異なる複素環式官能基の組み合わせ、又は複素環式官能基以外のカチオン重合性基の組み合わせ、又は複素環式官能基と複素環式官能基以外のカチオン重合性基との組み合わせが、カチオン重合性材料に含まれてもよい。
カチオン重合性材料が有機物である特定の実施形態において、第1及び/又は第2の組成物は独立してオレフィン性又はポリオレフィン性材料を含んでもよい。他の実施形態において、第1及び/又は第2の組成物は、有機エポキシ官能性材料、例えば、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、及び水素化ビスフェノールA型のエポキシ樹脂が挙げられ、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、又はジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、2つ以上の組み合わせで、第1及び/又は第2の組成物の各々に使用できる。あるいは更に、第1及び/又は第2の組成物は、ポリアクリル酸、ポリアミド、ポリエステルなど、又は他のカチオン重合性基を有する有機ポリマー材料を独立して含んでもよい。これらの実施形態において、第1及び/又は第2の組成物は各々独立して、有機組成物を含む。「有機材料」は、本明細書で使用するとき、シリコーン材料と区別され、シリコーン材料はシロキサン結合(Si−O−Si)を有する主鎖を有し、そして有機材料は炭素系主鎖を有し、シロキサン結合がない。
他の実施形態において、混和性を増大するために、第1、第2、及び第3の組成物は各々独立して、シリコーン組成物又は有機組成物を含む。
第1、及び/又は第2、及び/又は第3の組成物がシリコーン組成物を含む場合、第1、及び/又は第2、及び/又は第3の組成物はシリコーン材料を含む。シリコーン組成物及びシリコーン材料は、オルガノポリシロキサン巨大分子を含み、各巨大分子は独立して直線状でも分枝状でもよい。シリコーン材料は、シロキサン単位のいずれの組み合わせを含んでもよく、すなわち、シリコーン材料は、R3SiO1/2単位、すなわちM単位、R2SiO2/2単位、すなわちD単位、RSiO3/2単位、すなわちT単位、及びSiO4/2単位、すなわちQ単位のいずれの組み合わせも含み、式中、Rは典型的には、置換若しくは非置換のヒドロカルビル基(炭化水素基)又はカチオン重合性基から独立して選択される。例えば、Rは、脂肪族、芳香族、環式、脂環式などであってもよい。更に、Rはエチレン性不飽和を含んでもよい。「置換」は、ヒドロカルビルの1個以上の水素原子が水素以外の原子(例えば、塩素、フッ素、臭素などのハロゲン原子)で置き換えられている場合があること、又は、R鎖内の炭素原子が炭素以外の原子で置き換えられている場合があること、すなわち、Rが鎖内に酸素、イオウ、窒素などのヘテロ原子を1個以上含む場合があることを意味する。Rは典型的には、1〜10個の炭素原子を有する。例えば、Rは、脂肪族の場合には1〜6個の炭素原子を有してもよく、芳香族の場合には6〜10個の炭素原子を有してもよい。少なくとも3個の炭素原子を有する置換又は非置換のヒドロカルビル基は、分枝状又は非分枝状構造を有し得る。Rで表されるヒドロカルビル基の例としては、アルキル、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、及びかかる基の異性体が挙げられ、アルケニル、例えば、ビニル、アリル、及びヘキセニルが挙げられ、シクロアルキル、例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、及びメチルシクロヘキシルが挙げられ、アリール、例えば、フェニル及びナフチルが挙げられ、アルカリール、例えば、トリル及びキシリルが挙げられ、アラルキル、例えば、ベンジル及びフェネチルが挙げられるが、これらに限定されない。Rで表されるハロゲン置換ヒドロカルビル基の例としては、3,3,3−トリフルオロプロピル、3−クロロプロピル、クロロフェニル、ジクロロフェニル、2,2,2−トリフルオロエチル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル、及び2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチルが挙げられる。Rで表されるカチオン重合性基の例は、上記で記載されている。
シリコーン材料が樹脂状である実施形態において、シリコーン材料は、DT樹脂、MT樹脂、MDT樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、MDTQ樹脂、DQ樹脂、MQ樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、又はMDQ樹脂を含んでもよい。シリコーン材料中に、異なる樹脂の組み合わせが存在してもよい。更に、シリコーン材料は、樹脂をポリマーとの組み合わせで含んでもよい。
1つの具体的な実施形態において、シリコーン材料は、オルガノポリシロキサン樹脂を含むか、又はオルガノポリシロキサン樹脂からなる。オルガノポリシロキサン樹脂は、以下のシロキサン単位組成式によって表すことができる。
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d
式中、R1、R2、R3、R4、R5、及びR6は独立して、上記で定義したRから選択され、a+b+c=1、であり、「a」は平均して次の条件、0≦a<0.4を満足し、「b」は平均して次の条件、0<b<1を満足し、「c」は平均して次の条件、0<c<1を満足し、「d」は平均して次の条件、0≦d<0.4を満足し、「b」及び「c」は、次の条件、0.01≦b/c≦0.3、に拘束される。下付き文字a、b、c、及びdは、各シロキサン単位の平均モル数を示す。換言すれば、これらの下付き文字は、オルガノポリシロキサン樹脂の1分子中の各シロキサン単位の平均モル%又は割合を表す。R1〜R6は独立してRから選択されるので、上記のシロキサン単位組成式は次のように書き換えることができる。
(R3SiO1/2)a(R2SiO2/2)b(RSiO3/2)c(SiO4/2)d
式中、Rは独立して選択され、上記で定義されており、a〜dは上記で定義されている。
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d
式中、R1、R2、R3、R4、R5、及びR6は独立して、上記で定義したRから選択され、a+b+c=1、であり、「a」は平均して次の条件、0≦a<0.4を満足し、「b」は平均して次の条件、0<b<1を満足し、「c」は平均して次の条件、0<c<1を満足し、「d」は平均して次の条件、0≦d<0.4を満足し、「b」及び「c」は、次の条件、0.01≦b/c≦0.3、に拘束される。下付き文字a、b、c、及びdは、各シロキサン単位の平均モル数を示す。換言すれば、これらの下付き文字は、オルガノポリシロキサン樹脂の1分子中の各シロキサン単位の平均モル%又は割合を表す。R1〜R6は独立してRから選択されるので、上記のシロキサン単位組成式は次のように書き換えることができる。
(R3SiO1/2)a(R2SiO2/2)b(RSiO3/2)c(SiO4/2)d
式中、Rは独立して選択され、上記で定義されており、a〜dは上記で定義されている。
典型的には、オルガノポリシロキサン樹脂の1分子中に、カチオン重合性基を有するシロキサン単位は、全シロキサン単位の2〜50モル%を構成する。更に、これらの実施形態において、全てのケイ素結合有機基の少なくとも15モル%が、6〜10個の炭素原子を有する一価の芳香族炭化水素基(例えば、アリール基)を有する。
オルガノポリシロキサン樹脂は、必須の単位として、(R4R5SiO2/2)及び(R6SiO3/2)を有する。しかし、オルガノポリシロキサン樹脂は付加的に、構造単位、(R1R2R3SiO1/2)及び(SiO4/2)を有してもよい。換言すれば、エポキシ含有オルガノポリシロキサン樹脂は、次式に示す単位で構成されてもよい。
(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c、
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c、
(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d、又は、
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d。
(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c、
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c、
(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d、又は、
(R1R2R3SiO1/2)a(R4R5SiO2/2)b(R6SiO3/2)c(SiO4/2)d。
(R1R2R3SiO1/2)単位の含有量が高すぎる場合、オルガノポリシロキサン樹脂の分子量が低下し、次の条件、0≦a<0.4、となる。この条件下で(SiO4/2)単位を導入する場合、オルガノポリシロキサン樹脂の硬化生成物は、望ましくない硬さ及び脆さとなる恐れがある。したがって、特定の実施形態においては、次の条件、0≦d<0.4、あるいは、0≦d<0.2、あるいは、d=0を満足する。必須の構造単位(R4R5SiO2/2)及び(R6SiO3/2)のモル比b/cは、0.01〜0.3、あるいは0.01〜0.25、あるいは0.02〜0.25、とする必要がある。オルガノポリシロキサン樹脂は(R4R5SiO2/2)及び(R6SiO3/2)を必須単位として有するので、分子構造は主に分枝状、網状及び三次元の間で変動し得る。
第1、第2、及び第3の組成物の屈折率は、第1、第2及び第3の組成物が各々オルガノポリシロキサン樹脂を含む場合、それぞれのオルガノポリシロキサン樹脂のR基を変えることによって選択的に修正することができる。例えば、オルガノポリシロキサン樹脂中のR基の大部分が、メチル基などの一価の脂肪族炭化水素基である場合、オルガノポリシロキサン樹脂の屈折率は1.5未満にできる。あるいは、オルガノポリシロキサン樹脂中のR基の大部分が、フェニル基などの一価の芳香族炭化水素基である場合、屈折率は1.5超にできる。この値は、下記のように、オルガノポリシロキサン樹脂の置換によって、又は第1及び/若しくは第2及び/若しくは第3の組成物中への付加的な成分の含有によって、容易に制御できる。
オルガノポリシロキサン樹脂の様々な実施形態において、カチオン重合性基を有するシロキサン単位は、全シロキサン単位の2〜70モル%、あるいは10〜40モル%、あるいは15〜40モル%を構成する。かかるシロキサン単位が、オルガノポリシロキサン樹脂中に2モル%未満の量で存在する場合、それは、硬化中の架橋度の低下につながり、これにより形成される硬化生成物の硬度が低下する。他方、オルガノポリシロキサン樹脂中のこれらのシロキサン単位の含有量が70モル%超である場合、硬化生成物は、低下した可視光透過率、低い耐熱性、及び高い脆性を有する恐れがある。典型的には、カチオン重合性基はオルガノポリシロキサン樹脂のケイ素原子に直接結合しない。代わりに、カチオン重合性基は、一般的に、ヒドロカルビレン、ヘテロヒドロカルビレン、又は有機ヘテリーレン連結基などの二価連結基を介してケイ素原子に結合している。
例えば、カチオン重合性基が環状エーテル基、例えば、エポキシ基の場合に、オルガノポリシロキサン樹脂に好適なカチオン重合性基の具体例を直下に示す。
3−(グリシドキシ)プロピル基
2−(グリシドキシカルボニル)プロピル基
2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基
及び
2−(4−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基
2−(4−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基
カチオン重合性基に好適な環状エーテル基の付加的な例としては、次の、2−グリシドキシエチル、4−グリシドキシブチル、又は同様のグリシドキシアルキル基が挙げられ、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル、又は同様の3,4−エポキシシクロヘキシルアルキル基が挙げられ、4−オキシラニルブチル、8−オキシラニルオクチル、又は同様のオキシラニルアルキル基が挙げられる。これらの実施形態において、カチオン重合性材料はエポキシ官能性シリコーン材料と呼ばれる場合もある。
上記で例示のエポキシ基以外のカチオン重合性基の具体例としては、以下の基(一番左の部分が、特定のカチオン重合性基をオルガノポリシロキサン樹脂に連結する結合を表す)
が挙げられるが、これらに限定されない。
カチオン重合性基が環状エーテル基、例えば、エポキシ基である場合のオルガノポリシロキサン樹脂の具体例としては、以下の組のシロキサン単位を有する、又は以下の組のシロキサン単位からなる、オルガノポリシロキサン樹脂が挙げられる。(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Me3SiO1/2)、(Me2SiO3/2)、(PhSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E1SiO3/2)、及び(SiO4/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(MeSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Ph2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(MePhSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E2SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E3SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E4SiO3/2)の単位、(MeViSiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E3SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(MeSiO3/2)、及び(E3SiO3/2)の単位、(Ph2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E3SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(Ph2SiO2/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(Ph2SiO2/2)、及び(E3SiO3/2)の単位、(Me2ViSiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Me3SiO1/2)、(Ph2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E1SiO3/2)の単位、(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、及び(E3SiO3/2)の単位、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E3SiO3/2)、及び(SiO2)の単位、(Me2SiO2/2)、(Ph2SiO2/2)、(E1SiO3/2)、及び(SiO2)の単位、(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E1SiO3/2)、及び(SiO2)の単位、並びに、(Me3SiO1/2)、(Me2SiO2/2)、(PhSiO3/2)、(E3SiO3/2)、及び(SiO2)の単位。式中、Meはメチル基を表し、Viはビニル基を表し、Phはフェニル基を表し、E1は、3−(グリシドキシ)プロピル基を表し、E2は2−(グリシドキシカルボニル)プロピル基を表し、E3は2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基を表し、及びE4は2−(4−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基を表す。同じ表記を、本明細書の以下の記載に適用できる。上記のオルガノポリシロキサン樹脂で例示された一価の炭化水素置換基(例えば、Me、Ph、及びVi)のいずれも、他の一価の炭化水素置換基で置き換えてもよいと考える。例えば、エチル基又は他の置換又は非置換ヒドロカルビル基を上記のメチル、フェニル、又はビニル基のいずれかの代わりに使用してもよい。更に、E1〜E4以外のカチオン重合性基を、E1〜E4の代わりに、又はそれらに追加して使用してもよい。しかし、上記で特定したオルガノポリシロキサン樹脂の種は、その屈折率の値及び物性から特に望ましい。
オルガノポリシロキサン樹脂は、その製造に由来するいくつかの残留ケイ素結合アルコキシ基及び/又はケイ素結合ヒドロキシル基(すなわち、シラノール基)を有する場合がある。これらの基の含有量は、生産方法及び生産条件によって異なる場合がある。これらの置換基は、オルガノポリシロキサン樹脂の保存安定性に影響を及ぼす恐れがあり、オルガノポリシロキサン樹脂から形成された硬化生成物の熱的安定性を低下させる恐れがある。したがって、特定の実施形態において、かかる基の形成を制限することが望ましい。例えば、ケイ素結合アルコキシ基及びケイ素結合ヒドロキシル基の量は、少量の水酸化カリウムの存在下でオルガノポリシロキサン樹脂を加熱して、脱水及び縮合反応、又は脱アルコール及び縮合反応を引き起こすことによって低減できる。これらの置換基の含有量は、ケイ素原子上の全置換基の2モル%以下、好ましくは1モル%以下であることが推奨される。
オルガノポリシロキサン樹脂の数平均分子量(Mn)に関して特に制限はないが、オルガノポリシロキサン樹脂は、特定の実施形態において、103〜106ダルトンのMnを有する。
特定の実施形態において、第1、及び/若しくは第2の組成物、並びに/又は第3の組成物は、更に希釈剤成分を含まなくてもよく、あるいは更に含んでもよい。特定の実施形態において、希釈剤成分は、単一(1つだけ)のケイ素結合カチオン重合性基を有するシラン化合物を含む。
単一のケイ素結合カチオン重合性基は、上記のカチオン重合性基のいずれでもよい。
シラン化合物は一般的に、25℃で、1,000センチポアズ(cP)未満、あるいは500cP未満、あるいは100cP未満、あるいは50cP未満、あるいは25cP未満、あるいは10cP未満の動的粘度を有する。動的粘度は、ブルックフィールド粘度計、ウベローデ管、コーン/プレート流動計、又は他の装置及び方法を用いて測定できる。使用する計器/装置により値がわずかに変動する場合はあるが、これらの値は一般的に、測定の種類に関係なく一定に維持される。これらの実施形態において、シラン化合物は、133.32パスカル(Pa)(1mmHg)の圧力下で、少なくとも25℃、あるいは少なくとも50℃、あるいは少なくとも75℃、あるいは少なくとも80℃、あるいは少なくとも85℃、あるいは少なくとも90℃の沸点を有する。例えば、特定の実施形態において、シラン化合物は、133.32パスカル(1mmHg)の圧力下で、80〜120℃、あるいは90〜110℃の沸点を有する。
特定の実施形態において、希釈剤成分のシラン化合物は、カチオン重合性基となり得るもの以外のいずれのケイ素結合加水分解性基も含まない。例えば、ケイ素結合ハロゲン原子などの特定のケイ素結合加水分解性基は、水と反応してシラノール(SiOH)基を形成し、そこで、ケイ素−ハロゲン結合は開裂している。他のケイ素結合加水分解性基、例えば、カルボキシルエステルは、ケイ素へのいずれの結合も開裂することなく加水分解し得る。この目的で、特定の実施形態において、シラン化合物は、加水分解してシラノール基を形成し得るいずれのケイ素結合加水分解性基も含まない。他の実施形態において、シラン化合物のカチオン重合性基は加水分解性でなく、その結果シラン化合物はいずれのケイ素結合加水分解性基も全く含まない。これらの実施形態において、カチオン重合性基は加水分解性ではなく、例えば、カチオン重合性基は環状エーテルである。加水分解性基の具体例としては、以下のケイ素結合基、すなわち、ハロゲン化物基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、カルボキシ基、アルキルイミノキシ基、アルケニルオキシ基、及びN−アルキルアミド基が挙げられる。例えば、特定の従来のシラン化合物は、1つより多いカチオン重合性基に加えて、ケイ素結合アルコキシ基を有し得る。これらの従来のシラン化合物のかかるケイ素結合アルコキシ基は、加水分解及び縮合し得、シロキサン結合を形成し、硬化生成物の架橋密度を増大する場合がある。対照的に、シラン化合物は一般的に、硬化生成物の架橋密度を低下させるために使用され、そのためこれらの加水分解性基は特定の実施形態において望ましくない。
様々な実施形態において、希釈剤成分のシラン化合物は、次の一般式を有する。
式中、Rは独立して選択され、上記で定義されており、Yはカチオン重合性基であり、XはR及びSiR3から選択される。
特定の実施形態において、XはRであり、そのためシラン化合物はモノシラン化合物を含む。これらの実施形態において、シラン化合物は一般式YSiR3を有し、式中、Y及びRは上記で定義されている。Yが独立して、上記のE1〜E4から選択される場合、シラン化合物は、例えば、E1SiR3、E2SiR3、E3SiR3、及びE4SiR3のように書き換えることができる。E1〜E4のうちでは、E3がとりわけ典型的である。
他の実施形態において、XはSiR3であり、そのためシラン化合物はジシラン化合物を含む。これらの実施形態において、単一のカチオン重合性基は、ジシランのいずれかのケイ素原子に結合し得、このケイ素原子は典型的には互いに直接結合している。Rは独立して、置換及び非置換ヒドロカルビル基から選択されるが、Rはとりわけ最も典型的には、屈折率を制御するためにアルキル基及びアリール基から選択される。
シラン化合物及びその製造方法の具体例は、同時係属出願第61/824,424号に記載され、その全体において参照により本明細書に援用される。
シラン化合物は、カチオン重合性材料、例えば、オルガノポリシロキサン樹脂を効果的に可溶化し得、その結果別の溶媒の必要性をなくす。いくつかの実施形態において、第1及び/又は第2の組成物は、シラン化合物以外の溶媒を含まない。シラン化合物はまた、第1及び/又は第2の組成物中に存在する場合、これらの組成物の屈折率を低下させ、そのため、使用するシラン化合物の相対量を、第1及び/又は第2の組成物の屈折率を選択的に制御するため、修正してもよい。例えば、第1の組成物は、第2の組成物よりも少ない量のシラン化合物を使用でき、それによって、第2の組成物に第1の組成物よりも低い屈折率を付与でき、他の全て(例えば、使用する特定のオルガノポリシロキサン樹脂)については同等である。
希釈剤成分は典型的には、シラン化合物を第1及び/又は第2の組成物の所望の屈折率及び他の物性に基づいての量で含む。例えば、特定の実施形態において、希釈剤成分は、シラン化合物を、第2の組成物の全重量を基準にして少なくとも3重量%、あるいは少なくとも5重量%、あるいは少なくとも10重量%、あるいは少なくとも15重量%、あるいは少なくとも20重量%、あるいは少なくとも25重量%、あるいは少なくとも30重量%のシラン化合物を供給するのに十分な量で含む。シラン化合物は一般的に、両方の組成物に使用する場合、第1の組成物中に、第2の組成物中よりも少ない量で存在する。
希釈剤成分は、シラン化合物に加えての、化合物又は成分を含まなくてもよく、あるいは含んでもよい。例えば、希釈剤成分は、シラン化合物以外の希釈剤化合物、及びシラン化合物に加えての希釈剤化合物を含んでもよい。希釈剤化合物は、様々な点でシラン化合物と異なっていてもよい。例えば、希釈剤化合物は、1つより多いカチオン重合性基を有してもよい。あるいは、希釈剤化合物は単一のカチオン重合性基を有してもよいが、ケイ素を含まなくてもよい。希釈剤成分は1つより多い希釈剤化合物を含んでもよく、すなわち、希釈剤成分は希釈剤化合物のいずれの組み合わせを含んでもよい。希釈剤化合物は、芳香族、脂環式、脂肪族などであってもよい。
希釈剤成分に好適な芳香族希釈剤化合物の具体例としては、各々少なくとも1つの芳香環を有する多価フェノールのポリグリシジルエーテル、又はフェノールのアルキレンオキシド付加物のポリグリシジルエーテル、例えば、ビスフェノールA及びビスフェノールFのグリシジルエーテル、又はアルキレンオキシドをビスフェノールA及びビスフェノールFに更に付加することによって得られる化合物のグリシジルエーテル、並びにエポキシノボラック樹脂が挙げられる。
希釈剤成分に好適な脂環式希釈剤化合物の具体例としては、各々少なくとも1つの脂環式環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル、及びシクロヘキセン環含有化合物又はシクロペンテン環含有化合物を酸化剤でエポキシ化することによって得られる、シクロヘキセンオキシド含有化合物又はシクロペンテンオキシド含有化合物が挙げられる。例としては、水素添加ビスフェノールAグリシジルエーテル、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルカルボキシレート、ジシクロペンタジエンジエポキシド、エチレングリコールジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、及びエポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシルが挙げられる。
希釈剤成分に好適な脂肪族希釈剤化合物の具体例としては、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル、及び脂肪族多価アルコールのアルキレンオキシド付加物、脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、アクリル酸グリシジル若しくはメタクリル酸グリシジルのビニル重合により合成されるホモポリマー、並びに、アクリル酸グリシジル及び別のビニルポリマーのビニル重合により合成されるコポリマーが挙げられる。代表的な化合物としては、多価アルコールのグリシジルエーテル、例えば、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ソルビトールのテトラグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールのヘキサグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、1種又は2種以上のアルキレンオキシドをプロピレングリコール、トリメチロールプロパン又はグリセリンなどの脂肪族多価アルコールに付加することによって得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル、及び脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステルが挙げられる。また、脂肪族高級アルコール、フェノール、クレゾール、ブチルフェノールのモノグリシジルエーテル、これらにアルキレンオキシドを付加することによって得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル、高級脂肪酸のグリシジルエステル、エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化ポリブタジエンなどが例として挙げられる。
希釈剤成分に好適な希釈剤化合物の付加的な例としては、オキセタン化合物、例えば、トリメチレンオキシド、3,3−ジメチルオキセタン、及び3,3−ジクロロメチルオキセタンが挙げられ、トリオキサン、例えば、テトラヒドロフラン及び2,3−ジメチルテトラヒドロフランが挙げられ、環状エーテル化合物、例えば、1,3−ジオキソラン及び1,3,6−トリオキサシクロオクタンが挙げられ、環状ラクトン化合物、例えば、プロピオラクトン、ブチロラクトン、及びカプロラクトンが挙げられ、チイラン化合物、例えば、エチレンスルフィドが挙げられ、チエタン化合物、例えば、トリメチレンスルフィド及び3,3−ジメチルチエタンが挙げられ、環状チオエーテル化合物、例えば、テトラヒドロチオフェン誘導体が挙げられ、エポキシ化合物及びラクトンの反応によって得られるスピロオルソエステル化合物、並びにビニルエーテル化合物、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、アルキルビニルエーテル、3,4−ジヒドロピラン−2−メチル(3,4−ジヒドロピラン−2−メチル(3,4−ジヒドロピラン−2−カルボキシレート)、及びトリメチレングリコールジビニルエーテルが挙げられる。
存在する場合、希釈剤成分は典型的には、希釈剤化合物を、それぞれ第1の組成物又は第2の組成物の全重量を基準にして、0重量%より多く30重量%まで、あるいは0重量%より多く10重量%まで、あるいは1〜5重量%の希釈剤化合物を供給するのに十分な量で含む。これらの値は一般的に、希釈剤成分中のシラン化合物以外のいずれのカチオン重合性希釈剤化合物も反映し、すなわち、異なる希釈剤化合物の組み合わせを使用する場合、上記の値はそれらをまとめた量を表す。特定の実施形態において、希釈剤成分はシラン化合物及び希釈剤化合物を含む。
特定の実施形態において、第1、第2、及び第3の組成物の各々は、触媒を更に含む。第1の組成物の触媒は、第2の組成物の触媒と同じでも、又は異なってもよく、それが、第3の組成物の触媒と同じでも、又は異なってもよい。各触媒は独立して、それぞれの組成物の硬化を促進することに効果的である。例えば、第1、第2、及び第3の組成物が活性エネルギー線への露光時に硬化可能である場合、その触媒は、光触媒と呼ばれる場合もある。しかし、光触媒以外の触媒を使用してもよく、例えば、第1及び/又は第2の組成物を、活性エネルギー線への露光とは対照的に、熱への曝露時に硬化する場合である。あるいは、光触媒は、光重合開始剤と呼ばれる場合もあり、一般的に、カチオン重合性材料及び希釈剤成分の光重合開始の役割を果たす。特定の実施形態において、第1及び第2の組成物は独立して、(A)オルガノポリシロキサン樹脂、及び(B)触媒を含む。オルガノポリシロキサン樹脂は上記で記載されている。触媒は、かかる重合に好適ないずれの触媒を含んでもよい。触媒の例としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、セレノニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、パラトルエンスルホネート、トリクロロメチル置換トリアジン、及びトリクロロメチル置換ベンゼンを挙げ得る。付加的な触媒としては、酸発生剤が挙げられ、これは当技術分野において公知である。触媒は、組成物の硬化速度を増大し得、硬化開始時間を短縮し得、組成物の架橋度を増大し得、硬化生成物の架橋密度を増大し得、又はそれらのいずれか2つ以上の組み合わせを為し得る。典型的には、触媒は少なくとも、組成物の硬化速度を増大する。
触媒に好適なスルホニウム塩は、次の化学式、R7 3S+X−で表すことができ、式中、R7は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又は1〜6個の炭素原子を有する同様のアルキル基を指す場合があり、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、トリル基、プロピルフェニル基、デシルフェニル基、ドデシルフェニル基、又は6〜24個の炭素原子を有する同様のアリール基若しくは置換アリール基を指す場合がある。上記の化学式中、X−は、SbF6 −、AsF6 −、PF6 −、BF4 −、B(C6F5)4 −、HSO4 −、ClO4 −、CF3SO3 −、又は同様の非求核性、非塩基性アニオンを表す。ヨードニウム塩は次の化学式、R7 2I+X−で表すことができ、式中、R7は、上記で定義したX−と同じである。セレノニウム塩は次の化学式、R7 3Se+X−で表すことができ、式中、R7、X−は、上記で定義したものと同じである。ホスホニウム塩は次の化学式、R7 4P+X−で表すことができ、式中、R7、X−は、上記で定義したものと同じである。ジアゾニウム塩は次の化学式、R7N2 +X−で表すことができ、式中、R7及びX−は、上記で定義したものと同じである。パラトルエンスルホネートは、次の化学式、CH3C6H4SO3R8で表すことができ、式中、R8は、ベンゾイルフェニルメチル基又はフタルイミド基など、電子吸引性基を有する有機基である。トリクロロメチル置換トリアジンは、次の化学式、[CCl3]2C3N3R9で表すことができ、式中、R9は、フェニル基、置換若しくは非置換のフェニルエチニル基、置換若しくは非置換のフラニルエチニル基、又は同様の電子吸引性基である。トリクロロメチル置換ベンゼンは、次の化学式、CCl3C6H3R7R10で表すことができ、式中、R7は、上記で定義したものと同じであり、R10は、ハロゲン基、ハロゲン置換アルキル基、又は同様のハロゲン含有基である。
第1及び/又は第2の組成物に好適な触媒の具体例としては、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、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、トリフェニルスルホニウムトリフレート、トリ(p−トリル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、p−tert−ブチル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、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−tert−ブチルフェニルビフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジ(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルセレノニウムテトラフルオロボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p−クロロフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、ベンゾイルフェニルパラトリエンスルホネート、ビストリクロロメチルフェニルトリアジン、ビストリクロロメチルフラニルトリアジン、p−ビストリクロロメチルベンゼンなどが挙げられる。
触媒は、任意選択的にキャリア溶媒の存在下で、2種以上の異なる種を含んでもよい。
触媒は、第1、第2、及び第3の組成物中に、独立して異なる量で存在することができる。一般的に、触媒は、紫外線などの活性エネルギー線(すなわち、高エネルギー線)への露光時、重合及び硬化を開始するのに十分な量で存在する。特定の実施形態において、触媒は、第1及び第2の組成物の各々に、それぞれの組成物の全重量を基準にして0重量%より多く5重量%まで、あるいは0.1〜4重量%の量で使用する。
第1及び/又は第2及び/又は第3の組成物は、無溶媒でもよい。これらの実施形態において、希釈剤成分は一般的に、第1及び/又は第2の組成物を注入及びウェットコーティングするのに十分にカチオン重合性材料を可溶化する。しかし、所望の場合、第1及び/又は第2の組成物は、溶媒、例えば有機溶媒を更に含んでもよい。「無溶媒」は、本明細書で第1及び/又は第2の組成物が無溶媒であることを指して使用するとき、あらゆるキャリア溶媒を含む全溶媒が、それぞれの組成物中に、それぞれの組成物の全重量を基準にして、5重量%未満、あるいは4重量%未満、あるいは3重量%未満、あるいは2重量%未満、あるいは1重量%未満、あるいは0.1重量%未満の量で存在し得ることを意味する。
溶媒は、使用する場合、一般的に、カチオン重合性材料及び希釈剤成分との混和性のために選択される。一般的に、溶媒は大気圧において80℃〜200℃の沸点を有し、これにより、溶媒を加熱又は他の方法で容易に除去できる。溶媒の具体例としては、イソプロピルアルコール、tert−ブチルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、メシチレン、クロロベンゼン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エトキシ−2−プロパノールアセテート、メトキシ−2−プロパノールアセテート、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、酢酸2−エチルヘキシル、安息香酸エチル、酢酸2−ブトキシ−エトキシエチル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、及びジエチレングリコールブチルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。2つ以上の溶媒を組成物に使用してもよい。
第1及び/又は第2及び/又は第3の組成物は、任意選択的に及び付加的に、いずれの他の好適な成分(複数可)、例えば、カップリング剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、顔料、触媒、触媒の阻害物質などを含んでもよい。触媒の阻害物質は、(例えば、阻害物質を除去又は失活することによって)触媒が活性化されるまで、硬化を防止又は低速化するように機能できる。
特定の実施形態において、第1、第2、及び第3の組成物は各々、25℃で20〜10,000mPa・秒(mPa・s)の動的粘度を有する液体の形態である。動的粘度は、ブルックフィールド粘度計、ウベローデ管、コーン/プレート流動計、又は他の装置及び方法を用いて測定できる。使用する計器/装置により値はわずかに変動する場合があるが、これらの値は一般的に、測定の種類に関係なく一定に維持される。
本発明の方法及び物品(20、90、150、180)は、パッシブシステム要素及びアクティブシステム要素の両方に適用できる。かかる用途の例は、非分岐型光導波路、波長分割多重変換装置[WDM]、分岐型光導波路、光学接着剤、又は同様の受動的光透過素子、光導波路スイッチ、光減衰器、及び光増幅器、又は同様の能動的光透過素子である。方法及び物品を使用できる好適な物品及び用途の付加的な例としては、体積位相格子、ブラッグ格子、マッハツェンダー干渉計(Mach Zhender interferometers)、レンズ、増幅器、レーザーキャビティ、音響光学デバイス、変調器、及び誘電体ミラーが挙げられる。
それぞれの物品(20、90、150、180)のそれぞれのいずれの層の寸法も、それぞれの物品(20、90、150、180)の最終使用目的に基づいて変更してもよい。それぞれの物品(20、90、150、180)が光学物品を備える場合、第2のコントラスト層の硬化部分(あるいはこの部分を、コア層と呼ぶ場合がある)の厚さはとりわけ重要であり、他の層の厚さは特に重要ではない。コア層の硬化部分の厚さは典型的には、1〜100マイクロメートル(μm)、あるいは1〜60μm、あるいは20〜40μmである。他の層の厚さは、独立して変動してもよく、例えば、1〜100μmである。
特定の実施形態において、本発明で形成した物品(20、90、150、180)は、1つ以上のファイバコネクタ200と篏合するため、更に加工してもよい。
ここで図26を参照すると、この更なる態様を代表するものとして、図22〜図25に示すような上記の方法により形成した物品180は、外部コア220に包まれた内部コア210を有するファイバコネクタ200と篏合している。
具体的には、ファイバコネクタ200(この図で、2つのファイバコネクタ200として示すもの)のそれぞれ1つの内部コア210の第1端部215は、第2のコントラスト層65の少なくとも1つの硬化部分66(また、コアとも呼ぶもの)の相当する1つと位置合せされ接触している。残りの外部層(36、66)はまた、下記の実施例などで、クラッドとしても記載できる。
内部コア210は一般的に、円筒形状として示され、第1端部215は円形断面であるが、他の形状が、図示しないものの具体的に考えられる。例えば、内部コア210は、長方形の形状とし得、第1端部215は四角形又は長方形の断面を取り得る。同様に、内部コア210及び相当する第1端部215の相対的な大きさは、篏合する少なくとも1つの硬化部分66の大きさに対して、異なる大きさとしてもよい。したがって、例えば、第1端部215の大きさ及び形状は、位置合せする相当する硬化部分66縁部の、大きさ及び形状に対して、一致させてもよかろうし、又は一致させなくてもよかろう。同様に、内部コア215に対する外部コア210の相対的な大きさ及び形状は、図25に描いている大きさ及び形状に限定されない。
したがって、本発明は、単純で再現性のある、物品を形成する方法、及びそれによるファイバコネクタ200などでの使用を提供する。本発明の方法により、同様の物品を製造するため従来の方法に必要であったものより低コストで、より少ない工程で、物品を形成することにより、これらのそれぞれの物品を形成するプロセスを改良する。とりわけ、第1、第2、及び(存在する場合は)第3のコントラスト層の未硬化部分を、各層の適用後に除去することにより、プロセスから1つ又は2つ(第3のコントラスト層が存在する場合)の除去工程を無くする。それに伴い、第1のコントラスト層の上への第2層の適用に先立っての、第1のコントラスト層の未硬化部分を除去する工程の除外により、第1のコントラスト層への第2層(及び結果として第2のコントラスト層)の接着が改良される。同様に、第2のコントラスト層の上への第3層の適用に先立っての、第2のコントラスト層の未硬化部分を除去する工程の除外により、第2のコントラスト層への第3層(及び結果として第3のコントラスト層)の接着が改良される。これにより、十分に機能的な光導波路の生産における不良率を低下することができる。本発明の方法は、上記で記述したように、光導波路などの光学物品の製造に、特に積層光導波路を有する物品の形成に、特に好適である。
添付の特許請求の範囲は、詳細な説明に記述された明白で特定の化合物、組成物、又は方法に限定されず、化合物、組成物、又は方法は、添付の特許請求の範囲内にある特定の実施形態間で異なってもよい。様々な実施形態の具体的な特徴又は態様を説明するために本明細書において依拠されている任意のマーカッシュ群に関して、異なる、特殊な及び/又は不測の結果は、全ての他のマーカッシュ群の構成員から独立して、各マーカッシュ群のそれぞれの構成員から得られるものとする。マーカッシュ群の各要素は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が個別に及び/又は組み合わせて依拠することがあり、適切な根拠を提供する。
更に、本発明の様々な実施形態を説明する際に依拠される任意の範囲及び部分範囲は独立して及び総じて、添付の請求の範囲内に入り、たとえ、本明細書にその中の全部及び/又は一部の値が明記されていなくても、そのような値を包含する全範囲を説明及び想到するものと理解される。計数範囲及び部分範囲が、本発明の様々な実施態様を十分に記述しかつ可能にし、かかる範囲及び部分範囲が、更に、関連する2分の1、3分の1、4分の1、5分の1等に詳述されてよいことを当業者は容易に理解する。ほんの一例として、範囲「0.1〜0.9」は、下の方の3分の1、即ち、0.1〜0.3、中間の3分の1、即ち、0.4〜0.6、及び上の方の3分の1、即ち、0.7〜0.9に更に詳述でき、これらは、個別的かつ集合的に添付の特許請求の範囲内であり、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が個別的及び/又は集合的に依拠することがあり、適切な根拠を提供し得る。更に、「少なくとも」、「より大きい」、「未満」、「以下」等の範囲を定義又は修飾する用語に関して、かかる用語が部分範囲及び/又は上限又は下限を含むことを理解されたい。別の例として、「少なくとも10」の範囲は、本質的に、少なくとも10〜35の部分範囲、少なくとも10〜25の部分範囲、25〜35の部分範囲などを含み、各部分範囲は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が個別的及び/又は集合的に依拠することがあり、適切な根拠を提供する。最終的には、開示された範囲内の個々の数は、添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が依拠することがあり、適切な根拠を提供する。例えば、範囲「1〜9」は、様々な個々の整数、例えば、3、及び小数点(又は分数)を含む個別の数、例えば、4.1を含み、これは添付の特許請求の範囲内の特定の実施形態が依拠することがあり、適切な根拠を提供する。
いくつかの実施形態は、以下の付番した態様のいずれか1つ以上を含む。
態様1.物品を製造する方法であって、前記方法は、第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層を基材上に形成するため、前記第1の組成物を前記基材上に適用することと、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第1のコントラスト層を形成するため、前記第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第1層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、第2層を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物を前記第1のコントラスト層の上に適用することであって、前記第2の屈折率(RI2)が前記第1の屈折率(RI1)と同じ、又は異なるものである、適用することと、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第2のコントラスト層を形成するため、前記第2層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第2層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、前記物品を製造するため、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去することと、を含む、方法であり、前記物品が、前記基材、前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第1のコントラスト層、及び前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第2のコントラスト層を順に有するものである、方法。
態様2.前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去する工程が、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を同時に、かつ選択的に除去することを含む、態様1に記載の方法。
態様3.前記第1層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第1層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、前記第1層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、態様1又は2に記載の方法。
態様4.前記第2層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第2層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、及び、前記第1のコントラスト層の前記非標的部分に前記活性エネルギー線を照射することなく、前記第2層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、態様1〜3のいずれか一つに記載の方法。
態様5.前記第1及び前記第2の組成物が独立して、(A)オルガノポリシロキサン樹脂、及び(B)前記オルガノポリシロキサン樹脂の硬化を促進するための触媒を含む、態様1〜4のいずれか一つに記載の方法。
態様6.物品を製造する方法であって、前記方法は、第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層を基材上に形成するため、前記第1の組成物を前記基材上に適用することと、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第1のコントラスト層を形成するため、前記第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第1層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、第2層を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物を前記第1のコントラスト層の上に適用することであって、前記第2の屈折率(RI2)が前記第1の屈折率(RI1)と同じ、又は異なるものである、適用することと、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第2のコントラスト層を形成するため、前記第2層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第2層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、第3層を形成するため、第3の屈折率(RI3)を有する第3の組成物を前記第2のコントラスト層の上に適用することであって、前記第3の屈折率(RI3)が前記第2の屈折率(RI2)と同じ、又は異なるものであり、前記第1の屈折率(RI1)と同じ、又は異なるものである、適用することと、少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第3のコントラスト層を形成するため、前記第3層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第3層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、前記物品を製造するため、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去することと、を含む、方法であり、前記物品が、前記基材、前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第1のコントラスト層、前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第2のコントラスト層、及び前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第3のコントラスト層を順に有するものである、方法。
態様7.同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI2>RI3であり、RI2>RI1である、態様6に記載の方法。
態様8.同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI3>RI1である、態様6又は7に記載の方法。
態様9.同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI1>RI3である、態様6又は7に記載の方法。
態様10.同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI1=RI3である、態様6又は7に記載の方法。
態様11.同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI1=RI2=RI3である、態様6に記載の方法。
態様12.前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去する工程が、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を同時に、かつ選択的に除去することを含む、態様6〜11のいずれか一つに記載の方法。
態様13.前記第1層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第1層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、前記第1層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、態様6〜12のいずれか一つに記載の方法。
態様14.前記第2層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第2層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、及び、前記第1のコントラスト層の前記非標的部分に前記活性エネルギー線を照射することなく、前記第2層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、態様6〜12のいずれか一つに記載の方法。
態様15.前記第3層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第3層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、前記第2のコントラスト層の前記非標的部分に前記活性エネルギー線を照射することなく、及び、前記第1のコントラスト層の前記非標的部分に前記活性エネルギー線を照射することなく、前記第3層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、態様6〜14のいずれか一つに記載の方法。
態様16.前記第1、前記第2、及び前記第3の組成物が独立して、(A)オルガノポリシロキサン樹脂、及び(B)前記オルガノポリシロキサン樹脂の硬化を促進するための触媒を含む、態様6〜15のいずれか一つに記載の方法。
態様17.前記第2のコントラスト層を形成する工程に先立って、前記第2層を形成するため、前記第2の組成物を、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の少なくとも一部分と混合する、態様6〜16のいずれか一つに記載の方法。
態様18.前記第3のコントラスト層を形成する工程に先立って、前記第3層を形成するため、前記第3の組成物を、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の少なくとも一部分と混合する、態様6〜17のいずれか一つに記載の方法。
態様19.前記第3のコントラスト層を形成する工程に先立って、前記第3層を形成するため、前記第3の組成物を、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の少なくとも一部分及び前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の少なくとも一部分と混合する、態様6〜17のいずれか一つに記載の方法。
態様20.前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の各々1つが、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の相当する1つと位置合せされ、及び隣接し、並びに、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の各々1つが、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の相当する1つと位置合せされ、及び隣接する、態様6〜19のいずれか一つに記載の方法。
態様21.前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の少なくとも一部分が、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の相当する1つと位置合せされず、又は隣接しない、態様6〜19のいずれか一つに記載の方法。
態様22.前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の少なくとも一部分が、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分の相当する1つと位置合せされず、又は隣接しない、態様6〜19及び態様21のいずれか一つに記載の方法。
態様23.態様1〜22のいずれか一つに記載の方法によって製造される、物品。
以下の実施例は、本発明を例示することを意図しており、決して本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
硬化性シリコーン組成物1
ジメチルビニル末端のフェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン、ジメチルフェニル2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
ジメチルビニル末端のフェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン、ジメチルフェニル2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
硬化性シリコーン組成物2
ジメチルビニル末端のフェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン−ポリフェニルメチルシロキサンコポリマー、ジメチルフェニル 2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
ジメチルビニル末端のフェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン−ポリフェニルメチルシロキサンコポリマー、ジメチルフェニル 2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
硬化性シリコーン組成物3
ジメチルビニル末端のフェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン、ジメチルフェニル 2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、ビス−[2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル]テトラメチルジシロキサン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
ジメチルビニル末端のフェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン、ジメチルフェニル 2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、ビス−[2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル]テトラメチルジシロキサン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
硬化性シリコーン組成物4
フェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン、ジメチルビニル末端の、トルエン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
フェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン、ジメチルビニル末端の、トルエン、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
硬化性シリコーン組成物5
フェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン−フェニルメチルシロキサンコポリマー、ジメチルフェニル 2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、ビス[(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル]アジペート、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
フェニル及び2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシルセスキオキサン−フェニルメチルシロキサンコポリマー、ジメチルフェニル 2−[3,4−エポキシシクロヘキシル]エチルシラン、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、ビス[(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル]アジペート、並びに、市販の光酸発生剤を含む硬化性シリコーン組成物。
実施例1
1.535の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物1のコーティング剤(を、シリコンウエハー上に、1900RPMで60秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置(EV Group,Inc.of Albany,New Yorkから市販の、光学両面リソグラフィ装置用の自動マスクアライメントシステム)の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100マイクロメートル(μm)の距離で置いた。次に、コーティングに、0.6J/cm2の線量でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。
1.535の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物1のコーティング剤(を、シリコンウエハー上に、1900RPMで60秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置(EV Group,Inc.of Albany,New Yorkから市販の、光学両面リソグラフィ装置用の自動マスクアライメントシステム)の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100マイクロメートル(μm)の距離で置いた。次に、コーティングに、0.6J/cm2の線量でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。
次に、1.515の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物2のコーティング剤を、第1の加工層の上部にコーティングした。次に、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、フォトマスクを、第1の加工層のビアがフォトマスク上のビア開口部と並ぶように、位置合せした。次に、第2層に、1.2J/cm2の線量でフォトマスクを通して照射した。次に、加工したウエハーを、メシチレン中へ2分間、浸漬する。次に、溶媒により、層1及び層2の未硬化区画を溶解する。次に、コーティングを、メシチレンで10秒間、続いてイソプロパノールで15秒間、リンスする。次に、ウエハーを、1500RPMでスピン乾燥し、いずれの残分も除去する。得られた構成は、層1及び層2からなり、単一の現像工程により、パターニングして現像した。
実施例2
1.505の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物3のコーティング剤を、シリコンウエハー上に、1900RPMで60秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化するが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残る。このプロセスにより、パターニングした下部クラッド層を形成する。
1.505の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物3のコーティング剤を、シリコンウエハー上に、1900RPMで60秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化するが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残る。このプロセスにより、パターニングした下部クラッド層を形成する。
次に、1.535の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物1の第2のコーティング剤を、第1の加工層の上部にコーティングした。次に、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置く。次に、フォトマスクを、第1の加工層のビアがフォトマスク上のビア開口部と並ぶように、位置合せする。次に、第2層に、0.25J/cm2の線量でフォトマスクを通して照射する。このプロセスにより、パターニングしたクラッドの上部に、パターニングしたコアを形成する。次に、加工したウエハーを、メシチレン中へ2分間、浸漬し、下部クラッド及びコア層の未硬化区画を溶解する。次に、コーティングを、メシチレンで10秒間、続いてイソプロパノールで15秒間、リンスする。次に、ウエハーを、1500RPMでスピン乾燥し、いずれの残分も除去する。得られた構成は、パターニングしたコア上にパターニングしたクラッドからなり、積層したポリマー光導波路構成が得られる。
実施例3
1.515の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物5のコーティング剤を、シリコンウエハー上に、600RPMで60秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。このプロセスにより、パターニングした下部クラッド層を形成した。
1.515の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物5のコーティング剤を、シリコンウエハー上に、600RPMで60秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。このプロセスにより、パターニングした下部クラッド層を形成した。
次に、1.535の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物1の第2のコーティング剤を、第1の加工層の上部に、1900RPMで30秒かけてコーティングした。次に、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、フォトマスクを、アライメントマークを用いて下部層の上で位置合せし、ファイバコネクタ用スロットを有する積層した光導波路構造を形成した。次に、第2層に、0.25J/cm2の線量でフォトマスクを通して照射した。
次に、加工したウエハーを、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(DGMEA)中へ5分間、浸漬し、下部クラッド及びコア層の未硬化区画を溶解した。次に、コーティングを、DGMEAで30秒間、続いてイソプロパノールで1分間、リンスした。次に、ウエハーを、1500RPMで30秒間、スピン乾燥し、いずれの残分も除去した。得られた構成は、パターニングしたコア上にパターニングしたクラッドからなり、積層したポリマー光導波路構成が得られた。
最後の層の1.515の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物5を、2つの層を積層した構成の上部に、600RPMで60秒かけてスピンコーティングし、光導波路構成の上部クラッド層を形成した。次に、コーティングしたウエハーを、EVG 6200NTの上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。次に、加工したウエハーを、前に記載したように溶媒現像し、上部クラッド層の未硬化部分を除去した。
実施例4
1.505の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物5のコーティング剤を、シリコンウエハー上に、1900RPMで30秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。このプロセスにより、パターニングした下部クラッド層を形成した。
1.505の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物5のコーティング剤を、シリコンウエハー上に、1900RPMで30秒かけてスピンコーティングした。次に、コーティングしたウエハーを、EVG(登録商標)6200NT装置の上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。このプロセスにより、パターニングした下部クラッド層を形成した。
次に、1.525の屈折率を有する硬化性シリコーン組成物4の第2のコーティング剤を、第1の加工層の上部に、800RPMで60秒かけてコーティングした。次に、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、フォトマスクを、アライメントマークを用いて下部層の上で位置合せし、ファイバコネクタ用スロットを有する積層した光導波路構造を形成した。次に、第2層に、0.8J/cm2の線量でフォトマスクを通して照射し、パターニングした下部クラッドの上部にパターニングしたコアを形成した。
次に、硬化性シリコーン組成物3の第3のコーティング剤を、積層した下部クラッド−コアの組み合わせの上部へ、コーティングした。1.515の屈折率を有する第3層を、600RPMで60秒かけてスピンコーティングし、光導波路構成の上部クラッド層を形成した。次に、コーティングしたウエハーを、EVG 6200NTの上に載せ、フォトマスクを紫外線源とコーティングの間に、ウエハーから100μmの距離で置いた。次に、コーティングに、1.2J/cm2でフォトマスクを通して選択的に照射し、紫外線に露光した区画は架橋し硬質化したが、フォトマスクにより保護した領域は、未硬化又は溶媒に可溶のまま残った。第3層の紫外線硬化の結果、混交クラッド及びコア層が、硬化された。次に、積層した光導波路構成を有する、加工したウエハーを、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(DGMEA)中へ5分間、浸漬し、下部クラッド、コア、及び上部クラッド層の未硬化区画を溶解した。次に、コーティングを、DGMEAで30秒間、続いてイソプロパノールで1分間、リンスした。次に、ウエハーを、1500RPMで30秒間、スピン乾燥し、いずれの残分も除去した。得られた構成は、混交クラッド及びコアからなり、積層した構成はパターニングした下部クラッド−パターニングしたコア−パターニングした上部クラッドからなった。
本発明は、例示的な様式で説明されており、使用されている用語は限定目的よりも、むしろ説明のための言葉としての性質が意図されているものと理解されるべきである。明らかに本発明の多くの修正及び変更が上記教示から可能である。本発明は、具体的に記載した方法の通り以外の方法でも実施され得る。例を比較例と呼ぶことは、それが従来技術であることを意味するのではない。
Claims (15)
- 物品を製造する方法であって、前記方法が、
第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層を基材上に形成するため、前記第1の組成物を前記基材上に適用することと、
少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第1のコントラスト層を形成するため、前記第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第1層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、
第2層を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物を前記第1のコントラスト層の上に適用することであって、前記第2の屈折率(RI2)が前記第1の屈折率(RI1)と同じ、又は異なるものである、適用することと、
少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第2のコントラスト層を形成するため、前記第2層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第2層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、前記物品を製造するため、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去することと、を含む、方法であり、前記物品が、前記基材、前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第1のコントラスト層、及び前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第2のコントラスト層を順に有するものである、方法。 - 前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去する工程が、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を同時に、かつ選択的に除去することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第1層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、前記第1層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記第2層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第2層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、及び、前記第1のコントラスト層の前記非標的部分に前記活性エネルギー線を照射することなく、前記第2層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1及び前記第2の組成物が独立して、
(A)オルガノポリシロキサン樹脂、及び、
(B)前記オルガノポリシロキサン樹脂の硬化を促進するための触媒を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 物品を製造する方法であって、前記方法は、
第1の屈折率(RI1)を有する第1の組成物を含む第1層を基材上に形成するため、前記第1の組成物を前記基材上に適用することと、
少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第1のコントラスト層を形成するため、前記第1層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第1層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、
第2層を形成するため、第2の屈折率(RI2)を有する第2の組成物を前記第1のコントラスト層の上に適用することであって、前記第2の屈折率(RI2)が前記第1の屈折率(RI1)と同じ、又は異なるものである、適用することと、
少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第2のコントラスト層を形成するため、前記第2層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第2層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、
第3層を形成するため、第3の屈折率(RI3)を有する第3の組成物を前記第2のコントラスト層の上に適用することであって、前記第3の屈折率(RI3)が前記第2の屈折率(RI2)と同じ、又は異なるものであり、前記第1の屈折率(RI1)と同じ、又は異なるものである、適用することと、
少なくとも1つの硬化部分と少なくとも1つの未硬化部分とを含む第3のコントラスト層を形成するため、前記第3層の非標的部分に硬化条件を適用することなく、前記第3層の標的部分に前記硬化条件を適用することと、前記物品を製造するため、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去することと、を含む、方法であり、前記物品が、前記基材、前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第1のコントラスト層、前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第2のコントラスト層、及び前記少なくとも1つの硬化部分を有し前記少なくとも1つの未硬化部分を有しない前記第3のコントラスト層を順に有するものである、方法。 - 同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI2>RI3であり、RI2>RI1である、請求項6に記載の方法。
- 同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI3>RI1である、請求項6又は7に記載の方法。
- 同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI1>RI3である、請求項6又は7に記載の方法。
- 同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI1=RI3である、請求項6又は7に記載の方法。
- 同じ光の波長及び同じ温度で測定する場合、RI1=RI2=RI3である、請求項6に記載の方法。
- 前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を選択的に除去する工程が、前記第1のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第2のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、前記第3のコントラスト層の前記少なくとも1つの未硬化部分と、を同時に、かつ選択的に除去することを含む、請求項6〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第1層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、前記第1層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、請求項6〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2層の前記標的部分に硬化条件を適用することが、前記第2層の前記非標的部分に活性エネルギー線を照射することなく、及び、前記第1のコントラスト層の前記非標的部分に前記活性エネルギー線を照射することなく、前記第2層の前記標的部分に前記活性エネルギー線を照射することを含む、請求項6〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法によって製造される、物品。
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