专利名称：高含氟芳香-脂肪负性光刻胶及用于制备聚合物波导器件的制作方法
技术领域：
本发明属于聚合物光波导技术领域，具体涉及一种新型负性高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，其由高含氟芳香-脂肪环氧树脂、光致产酸剂和有机溶剂组成，该光刻胶可以用于制备聚合物波导器件。
背景技术：
光刻胶是一种对光和射线敏感的高分子材料。它通常由聚合物基质、光致产酸剂 PAG (Photo Acid Generator)以及溶剂组成。此类材料目前主要应用于微平板印刷、制造微电子器件及化学器件等。用光刻胶制造器件的基本制作过程是，首先将光刻胶涂覆在衬底材料上，烘干成膜，再通过掩模板使光刻胶层在活化辐射源下曝光，曝光区PAG光解成酸， 经烘烤后酸在光刻胶膜中引发化学反应，致使曝光区在特定溶剂中溶解能力发生改变，正性光刻胶曝光区域溶解能力增强；负性光刻胶溶解能力减弱。经过显影剂处理，正性光刻胶材料曝光部分被溶解，未曝光部分保留，得到正图形；负性光刻胶材料相反。用于光刻的光源主要为紫外光(350 450nm)、远紫外光(200 300nm)、电子束(< 0. Inm)和X射线 (0.4 5nm)，其中电子束光刻效率低，X光光刻设备昂贵，而紫外光刻方面不断取得突破， 保持了在光刻中的主导地位。目前，在紫外厚胶光刻中人们越来越青睐于负性光刻胶SU-8系列，它在近紫外光范围内光吸收度低，故整个光刻胶层所获得的曝光量均勻一致，可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形。已有文献报道用其制作光波导器件(K. K. Tung et al/Appl. Phys. A2005，80，621-626)。这种方法与传统聚合物光波导的制作方法相比，减少了蒸镀金属膜层、离子刻蚀及除去金属膜层等过程，即可以缩短制作过程又可以减少制作费用，更重要的是还可以得到侧壁更加陡直的光波导。直接作为主体材料用于光通讯领域的光刻胶，除了可以制得具有规整结构的微图案外还应具备有机聚合物光波导材料的特点，如好的热稳定性，低的吸收光损。SU-8系列光刻胶交联后的Tg可达到200°C以上，完全能够满足要求，但是在光通讯波段(1310和1550nm处)的光损耗较大(大于ldB/cm)。在1300_1600nm范围内，吸收主要来自分子的泛频吸收，其中C-H的泛频吸收，在光通讯窗口是比较高的，而C-F 键吸收很小。所以用C-F取代C-H后会增加材料在光通讯波段的光学透明性，降低吸收光损。因此，在光通讯领域中需要一种部分或全部氟取代的负性光刻胶，来减少传统聚合物光波导的制作步骤，缩短制作周期，在此基础上能得到侧壁陡直、表面平整、低光损的聚合物光波导。
发明内容
本发明目的是提供一种新型高含氟芳香_脂肪负性光刻胶组合物，它适合于聚合物光波导器件的制作。本发明所述的高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物按重量计，由54. 5 73衬％的高含氟芳香-脂肪环氧树脂、5. 5 7. 3wt %的光致产酸物和20 40wt %的有机溶剂组成， 它可以通过改变光致产酸物的种类来调整光刻胶组合物的曝光波长，同时由于在氟化的环氧树脂中，大部分氢原子被氟原子取代，在通讯波段吸收较小，因此该光刻胶组合物可以在紫外波长200 400nm的范围内曝光并成像制作聚合物光波导器件。其中，高含氟芳香-脂肪环氧树脂为一种或几种结构式如(1)所示的化合物，
权利要求
1. 一种高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，其特征在于按重量计，由M.5 73wt%的高含氟芳香-脂肪环氧树脂、5. 5 7. 3wt%的光致产酸物和20 40wt%的有机溶剂组成，其中，高含氟芳香-脂肪环氧树脂为一种或几种结构式如(1)所示的化合物，
2.如权利要求1所述的一种高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，其特征在于光致产酸物为三苯基六氟锑酸硫鐺盐、三苯基六氟磷酸硫鐺盐、三苯基六氟砷酸硫鐺盐、三苯基四氟硼酸硫鐺盐、4-甲基苯基二苯基六氟磷酸硫鐺盐、4-(苯硫基)苯基六氟磷酸硫鐺盐、 二苯基六氟锑酸碘鐺盐、二苯基六氟磷酸碘鐺盐、二苯基六氟砷酸碘鐺盐、二苯基四氟硼酸碘鐺盐、二甲苯基六氟砷酸碘鐺盐、二叔丁基苯基六氟磷酸碘鐺盐中的一种或几种的混合。
3.如权利要求1所述的一种高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，其特征在于有机溶剂为丙二醇单烷基醚、丙二醇烷基醚乙酸酯、环戊酮、乙酸丁酯、甲基异丁基酮、2-戊酮、 4-甲基-2-戊酮、环己酮、2-庚酮、Y-丁内酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丁内酯、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合。
4.如权利要求1所述的一种高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，其特征在于高含氟芳香-脂肪环氧树脂的数均分子量Mn为2000 10000，分散度Mw/Mn为1. 5 3. 0。
5.如权利要求1所述的一种高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，其特征在于高含氟芳香-脂肪环氧树脂的数均分子量Mn为5000 7000。
6.权利要求1 5任何一项所述的高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物在制备聚合物波导器件方面的应用。
7.如权利要求6所述的高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物在制备聚合物波导器件方面的应用，其特征在于(1)将高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物旋涂在S^2衬底上，得到的光刻胶涂层的厚度为5 7μπι;(2)将涂有光刻胶涂层的SW2衬底在70 110°C温度条件下前烘30 60min；(3)通过条形结构的波导掩膜板成像式紫外曝光光刻胶涂层，曝光时间为10 360S， 曝光光波长为200 400nm，光功率为800 1200W ；(4)曝光后，在100 160°C温度条件下中烘光刻胶涂层；(5)用显影液将光刻胶涂层显影，显影时间为10 30S；(6)在90 160°C温度条件下进行后烘，时间为30 60min，即在SW2衬底上制备得到聚合物光波导器件。
8.如权利要求7所述的高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物在制备聚合物波导器件方面的应用，其特征在于显影液为丙二醇单烷基醚、丙二醇烷基醚乙酸酯、环戊酮、乙酸丁酯、甲基异丁基酮、正丁酮2-戊酮、4-甲基-2-戊酮、环己酮、2-庚酮、Y - 丁内酯、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丁内酯、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合。
全文摘要
本发明属于聚合物光波导技术领域，具体涉及一种新型负性高含氟芳香-脂肪负性光刻胶组合物，按重量计，其由54.5～73wt％的高含氟芳香-脂肪环氧树脂、5.5～7.3wt％的光致产酸物和20～40wt％的有机溶剂组成，它可以通过改变光致产酸物的种类来调整光刻胶组合物的曝光波长。同时由于在氟化的环氧树脂中，大部分氢原子被氟原子取代，在通讯波段吸收较小，因此该光刻胶组合物可以在紫外波长200～400nm的范围内曝光并成像制作聚合物光波导器件。
文档编号G03F7/004GK102323717SQ20111016616
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者万莹, 史作森, 崔占臣, 许文辉 申请人:吉林大学