[發明專利]高含氟芳香-脂肪負性光刻膠及用于制備聚合物波導器件

無效

• 申請號: 201110166166.7
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102323717A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 崔占臣;萬瑩;史作森;許文輝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G03F7/004
• 分類號: G03F7/004;G02B6/138
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于聚合物光波導技術領域，具體涉及一種新型負性高含氟芳香-脂肪負性光刻膠組合物，其由高含氟芳香-脂肪環氧樹脂、光致產酸劑和有機溶劑組成，該光刻膠可以用于制備聚合物波導器件。

技術背景

光刻膠是一種對光和射線敏感的高分子材料。它通常由聚合物基質、光致產酸劑PAG(Photo?Acid?Generator)以及溶劑組成。此類材料目前主要應用于微平板印刷、制造微電子器件及化學器件等。用光刻膠制造器件的基本制作過程是，首先將光刻膠涂覆在襯底材料上，烘干成膜，再通過掩模板使光刻膠層在活化輻射源下曝光，曝光區PAG光解成酸，經烘烤后酸在光刻膠膜中引發化學反應，致使曝光區在特定溶劑中溶解能力發生改變，正性光刻膠曝光區域溶解能力增強；負性光刻膠溶解能力減弱。經過顯影劑處理，正性光刻膠材料曝光部分被溶解，未曝光部分保留，得到正圖形；負性光刻膠材料相反。用于光刻的光源主要為紫外光(350～450nm)、遠紫外光(200～300nm)、電子束(＜0.1nm)和X射線(0.4～5nm)，其中電子束光刻效率低，X光光刻設備昂貴，而紫外光刻方面不斷取得突破，保持了在光刻中的主導地位。

目前，在紫外厚膠光刻中人們越來越青睞于負性光刻膠SU-8系列，它在近紫外光范圍內光吸收度低，故整個光刻膠層所獲得的曝光量均勻一致，可得到具有垂直側壁和高深寬比的厚膜圖形。已有文獻報道用其制作光波導器件(K.K.Tung?et?al/Appl.Phys.A2005，80，621-626)。這種方法與傳統聚合物光波導的制作方法相比，減少了蒸鍍金屬膜層、離子刻蝕及除去金屬膜層等過程，即可以縮短制作過程又可以減少制作費用，更重要的是還可以得到側壁更加陡直的光波導。直接作為主體材料用于光通訊領域的光刻膠，除了可以制得具有規整結構的微圖案外還應具備有機聚合物光波導材料的特點，如好的熱穩定性，低的吸收光損。SU-8系列光刻膠交聯后的Tg可達到200℃以上，完全能夠滿足要求，但是在光通訊波段(1310和1550nm處)的光損耗較大(大于1dB/cm)。在1300-1600nm范圍內，吸收主要來自分子的泛頻吸收，其中C-H的泛頻吸收，在光通訊窗口是比較高的，而C-F鍵吸收很小。所以用C-F取代C-H后會增加材料在光通訊波段的光學透明性，降低吸收光損。

因此，在光通訊領域中需要一種部分或全部氟取代的負性光刻膠，來減少傳統聚合物光波導的制作步驟，縮短制作周期，在此基礎上能得到側壁陡直、表面平整、低光損的聚合物光波導。

發明內容

本發明目的是提供一種新型高含氟芳香-脂肪負性光刻膠組合物，它適合于聚合物光波導器件的制作。

本發明所述的高含氟芳香-脂肪負性光刻膠組合物按重量計，由54.5～73wt％的高含氟芳香-脂肪環氧樹脂、5.5～7.3wt％的光致產酸物和20～40wt％的有機溶劑組成，它可以通過改變光致產酸物的種類來調整光刻膠組合物的曝光波長，同時由于在氟化的環氧樹脂中，大部分氫原子被氟原子取代，在通訊波段吸收較小，因此該光刻膠組合物可以在紫外波長200～400nm的范圍內曝光并成像制作聚合物光波導器件。

其中，高含氟芳香-脂肪環氧樹脂為一種或幾種結構式如(1)所示的化合物，

其中，Ar表示芳香族基團，包括等，R_F表示半氟化或未氟化的脂肪族基團，包括-CH₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-、-CH₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CF₂CH₂-、-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-等，m為5～20的整數，n為0～20的整數，優選的m為5～15的整數，n為5～15的整數。