JP2002088304A - Silica-based coating agent, method for producing thin silica film and thin silica film - Google Patents

Silica-based coating agent, method for producing thin silica film and thin silica film

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JP2002088304A
JP2002088304A JP2000278519A JP2000278519A JP2002088304A JP 2002088304 A JP2002088304 A JP 2002088304A JP 2000278519 A JP2000278519 A JP 2000278519A JP 2000278519 A JP2000278519 A JP 2000278519A JP 2002088304 A JP2002088304 A JP 2002088304A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a silica-based coating agent capable of giving a strong and thin silica film prepared by a sol-gel method and generating little cracks through drying and heat treating at <=200 deg.C, and to form the thin silica film and to provide a structural body having the silica film. SOLUTION: This silica-based coating agent contains a silica sol obtained by hydrolyzing and condensing at least one species selected from a tetraalkoxysilane having 1-3C alkyls, its hydrolyzed product and its oligomer and having 85,000-500,000 weight average molecular weight. The thin silica film is provided by the sol-gel method and has <=35 deg. contact angle with water on the surface of the film. The structural body has this thin silica film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリカ系コーティ
ング剤、それを用いたシリカ薄膜の製造方法、シリカ薄
膜およびシリカ薄膜を有する構造体に関する。さらに詳
しくは、本発明は、ゾル−ゲル法により調製され、かつ
200℃以下の低温熱処理で、クラックの発生がほとん
どない上、乾燥・熱処理時の膜厚収縮率が小さい強固な
シリカ薄膜を与えるシリカ系コーティング剤、このコー
ティング剤を用いたシリカ薄膜の製造方法、上記性能を
有するゾル−ゲル法により得られたシリカ薄膜、および
該シリカ薄膜を有する構造体に関するものである。
The present invention relates to a silica-based coating agent, a method for producing a silica thin film using the same, a silica thin film, and a structure having the silica thin film. More specifically, the present invention provides a strong silica thin film prepared by a sol-gel method and hardly generating cracks by low-temperature heat treatment at 200 ° C. or less and having a small film thickness shrinkage during drying and heat treatment. The present invention relates to a silica-based coating agent, a method for producing a silica thin film using the coating agent, a silica thin film obtained by a sol-gel method having the above performance, and a structure having the silica thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリカ系被膜は、耐熱性、耐摩耗
性、耐食性などに優れていることから、例えば半導体素
子における半導体基板と金属配線層との間または金属配
線層間の絶縁膜、半導体基板上に設けられた金属配線層
などにより生じた凹凸を平坦化するための被膜、液晶表
示セルにおけるガラス基板とITO(インジウムチンオ
キシド)膜との間、透明電極と配向膜との間などに設け
られる絶縁膜などとして広く用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, silica-based coatings are excellent in heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance, etc., and therefore, for example, an insulating film between a semiconductor substrate and a metal wiring layer in a semiconductor element, an insulating film between metal wiring layers, and a semiconductor. Coating for flattening unevenness caused by metal wiring layer provided on substrate, between glass substrate and ITO (indium tin oxide) film in liquid crystal display cell, between transparent electrode and alignment film, etc. It is widely used as an insulating film to be provided.

【0003】このようなシリカ系被膜を形成させる方法
としては、各種の方法が知られているが、一般に純度の
よいシリカ膜を作製できるゾル−ゲル法が多用されてい
る。このゾル−ゲル法は、アルコールを主体とする有機
溶媒中にアルコキシシランを溶解し、加水分解、縮合さ
せて塗布液を調製したのち、これを塗布し、熱処理して
シリカ膜を形成する方法である。このようなゾル−ゲル
法においては、ち密なガラス質のシリカ膜を得るために
は、少なくとも600℃以上の熱処理が必要となる。
[0003] Various methods are known as a method for forming such a silica-based coating film. In general, a sol-gel method capable of producing a silica film having high purity is often used. This sol-gel method is a method of dissolving alkoxysilane in an organic solvent mainly composed of alcohol, hydrolyzing and condensing to prepare a coating solution, applying the coating solution, and heat-treating to form a silica film. is there. In such a sol-gel method, a heat treatment of at least 600 ° C. or more is required to obtain a dense glassy silica film.

【0004】一方、表面硬度が良好で、優れた耐擦傷性
や耐摩耗性を有するハードコートフィルムは、例えば、
車両、建物などの窓ガラスや窓用プラスチックボードな
どの表面貼付用として、あるいはCRTディスプレイや
フラットパネルディスプレイなどの保護用などとして広
く用いられている。また、プラスチックレンズは、ガラ
スレンズに比べて、軽量でかつ安全性、加工性、ファッ
ション性などに優れていることから、近年急速に普及し
てきている。しかしながら、このプラスチックレンズ
は、ガラスレンズに比べて傷が付きやすいという欠点を
有しており、したがって、その表面をハードコート層で
被覆することが行われている。
On the other hand, a hard coat film having a good surface hardness and excellent scratch and abrasion resistance is, for example,
It is widely used for attaching surfaces such as window glasses and window plastic boards of vehicles and buildings, or for protecting CRT displays and flat panel displays. In addition, plastic lenses have been rapidly spread in recent years because they are lighter and more excellent in safety, processability, fashionability, and the like than glass lenses. However, this plastic lens has a drawback that it is easily damaged as compared with a glass lens, and therefore, its surface is coated with a hard coat layer.

【0005】このようなハードコートフィルムやプラス
チックレンズに設けられるハードコート層の材料として
は、一般に、ゾル−ゲル法によるシリカ系コーティング
剤が用いられる。しかしながら、この場合、有機基材に
適用されるため、コーティング膜の高温熱処理が不可能
であって、通常200℃以下の温度で熱処理が行われ
る。その結果、ち密で強固なシリカ膜が形成されにくい
上、原料であるアルコキシシランのアルコキシル基が膜
中に残存していることが多く、経時的にその脱離反応が
進行して、クラック発生の原因となることが多い。
As a material for such a hard coat film or a hard coat layer provided on a plastic lens, a silica-based coating agent by a sol-gel method is generally used. However, in this case, since it is applied to an organic base material, high-temperature heat treatment of the coating film is impossible, and the heat treatment is usually performed at a temperature of 200 ° C. or less. As a result, it is difficult to form a dense and strong silica film, and the alkoxyl group of the alkoxysilane as a raw material often remains in the film. Often causes.

【0006】低温焼成により、シリカ膜を形成させる技
術としては、例えば低級アルキルシリケートをメタノー
ルやエタノール中で加水分解して調製したアルコール性
シリカゾルをコーティングして、室温〜100℃の低温
で加熱処理することにより、強固な膜を形成し得ること
が開示されている(特開平6−52796号公報)。し
かしながら、この公報に記載されている実施例において
は、アルキルシリケートの濃度が低く、かつ反応時間も
5時間と短いため、ゾルの成長が不十分であって、成膜
後の膜収縮も大きいことが考えられ、成膜時に斑が発生
するおそれがある。
As a technique for forming a silica film by firing at a low temperature, for example, an alcoholic silica sol prepared by hydrolyzing a lower alkyl silicate in methanol or ethanol is coated and heat-treated at a low temperature of room temperature to 100 ° C. Thus, it is disclosed that a strong film can be formed (JP-A-6-52796). However, in the examples described in this publication, since the concentration of the alkyl silicate is low and the reaction time is as short as 5 hours, the sol growth is insufficient and the film shrinkage after film formation is large. And unevenness may occur during film formation.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、ゾル−ゲル法により調製され、かつ20
0℃以下の低温熱処理で、クラックの発生がほとんどな
い上、乾燥・熱処理時の膜厚収縮率が小さい強固なシリ
カ薄膜を与えるシリカ系コーティング剤、このコーティ
ング剤を用いたシリカ薄膜の製造方法、上記性能を有す
るゾル−ゲル法により得られたシリカ薄膜、および該シ
リカ薄膜を有する構造体を提供することを目的とするも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION Under the above circumstances, the present invention has been prepared by a sol-gel method, and
In a low-temperature heat treatment at 0 ° C. or lower, there is almost no occurrence of cracks, and a silica-based coating agent that provides a strong silica thin film having a small film thickness shrinkage during drying and heat treatment, a method for producing a silica thin film using this coating agent, It is an object of the present invention to provide a silica thin film obtained by the sol-gel method having the above performance, and a structure having the silica thin film.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、残存アルコキ
シル基の経時による脱離に伴い、シリカ膜にクラックな
どが発生するのを抑制するため、ゾル−ゲル反応におけ
る加水分解、縮合時にアルコキシル基の少ないシリカ前
駆体を作製し、その前駆体の分子量をある範囲に調節す
ることによって、200℃以下の温度で熱処理を施すの
みで、クラックなどの発生のない強固なシリカ膜が得ら
れること、また、成膜後の膜表面の水接触角をある値以
下にすることで、残存アルコキシル基を低減させること
になり、該アルコキシル基の経時による脱離に伴うクラ
ックの発生を抑制し得ること、さらに、成膜後、特定の
条件で熱処理した際の膜収縮率をある値以下にすること
により、成膜後の経時変化が少なく、ヒートサイクル試
験においても膜にクラックが発生しないことを見出し
た。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, have found that cracks and the like are generated in the silica film with the elimination of the residual alkoxyl group over time. In order to suppress the hydrolysis and hydrolysis in the sol-gel reaction, a silica precursor having a small number of alkoxyl groups is produced at the time of condensation, and by adjusting the molecular weight of the precursor to a certain range, only a heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or less. , A strong silica film free of cracks and the like can be obtained, and by making the water contact angle of the film surface after film formation a certain value or less, the residual alkoxyl group will be reduced, and the alkoxyl group It is possible to suppress the occurrence of cracks due to desorption with the lapse of time, further, after film formation, by reducing the film shrinkage when heat treatment under specific conditions to a certain value or less, after film formation When the change is small, cracks film is also in a heat cycle test was found to not occur.

【0009】本発明は、かかる知見に基づいて完成した
ものである。すなわち、本発明は、 (1)一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシラン、この部分加水分解物およ
びその縮合物であるオリゴマーの中から選ばれる少なく
とも1種を加水分解、縮合させてなる、重量平均分子量
85,000〜500,000のシリカゾルを含むこと
を特徴とするシリカ系コーティング剤、(2)基材表面
に、上記シリカ系コーティング剤を塗布したのち、乾燥
・熱処理することを特徴とするシリカ薄膜の製造方法、
(3)ゾル−ゲル法により得られたシリカ薄膜であっ
て、膜表面の水接触角が35°以下であることを特徴と
するシリカ薄膜、(4)上記(1)のシリカ系コーティ
ング剤を用いて形成されたシリカ薄膜を有することを特
徴とする構造体、および(5)上記(3)のシリカ薄膜
を有することを特徴とする構造体を提供するものであ
る。
The present invention has been completed based on such findings. That is, the present invention provides: (1) General formula (I) Si (OR) 4 ... (I) (wherein, R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and the four ORs are the same or different. ), At least one selected from oligomers that are partial hydrolysates and condensates thereof, represented by the formula (1), and having a weight average molecular weight of 85,000 to 500. (2) a method for producing a silica thin film, which comprises applying the silica-based coating agent to a substrate surface, followed by drying and heat treatment;
(3) a silica thin film obtained by a sol-gel method, wherein the water contact angle of the film surface is 35 ° or less; (4) a silica-based coating agent of the above (1). It is intended to provide a structure characterized by having a silica thin film formed by using the same, and (5) a structure characterized by having a silica thin film of the above (3).

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明のシリカ系コーティング剤
においては、原料として、一般式(I) Si(OR)4 …(I) で表されるテトラアルコキシシランが用いられる。上記
一般式(I)において、Rは炭素数1〜3のアルキル
基、具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基お
よびイソプロピル基である。4つのORはたがいに同一
でも異なっていてもよい。Rが炭素数4以上である場
合、加水分解性が悪くて、所望の重量平均分子量を有す
るシリカゾルが得られにくく、また、得られた膜表面の
水接触角も35°以下になりにくい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the silica-based coating agent of the present invention, a tetraalkoxysilane represented by the general formula (I) Si (OR) 4 ... (I) is used as a raw material. In the general formula (I), R is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, specifically, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group and an isopropyl group. The four ORs may be the same or different. When R has 4 or more carbon atoms, the hydrolyzability is poor, and it is difficult to obtain a silica sol having a desired weight average molecular weight, and the water contact angle of the obtained film surface is also hard to be 35 ° or less.

【0011】この一般式(I)で表されるテトラアルコ
キシシランの例としては、テトラメトキシシラン、テト
ラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライ
ソプロポキシシラン、エトキシトリメトキシシラン、プ
ロポキシトリメトキシシラン、イソプロポキシトリメト
キシシラン、メトキシトリエトキシシラン、プロポキシ
トリエトキシシラン、イソプロポキシトリエトキシシラ
ン、メトキシトリプロポキシシラン、エトキシトリプロ
ポキシシラン、ジエトキシジメトキシシラン、ジメトキ
シジプロポキシシランなどが挙げられるが、これらの中
でテトラメトキシシランおよびテトラエトキシシラン
が、加水分解性および入手の容易さなどの点で好まし
い。本発明においては、これらのテトラアルコキシシラ
ンを用いてもよいし、その部分加水分解物を用いてもよ
く、また、その加水分解縮合物であるオリゴマーを用い
てもよい。あるいは、これらの混合物を用いることもで
きる。
Examples of the tetraalkoxysilane represented by the general formula (I) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, ethoxytrimethoxysilane, propoxytrimethoxysilane, and isopropoxy. Trimethoxysilane, methoxytriethoxysilane, propoxytriethoxysilane, isopropoxytriethoxysilane, methoxytripropoxysilane, ethoxytripropoxysilane, diethoxydimethoxysilane, dimethoxydipropoxysilane, and the like. Methoxysilane and tetraethoxysilane are preferable in terms of hydrolyzability and availability. In the present invention, these tetraalkoxysilanes may be used, a partial hydrolyzate thereof may be used, and an oligomer which is a hydrolytic condensate thereof may be used. Alternatively, a mixture thereof can be used.

【0012】また、加水分解、縮合反応は、アルコー
ル、ケトン、エーテルなどの適当な極性溶剤中におい
て、塩酸、硫酸、硝酸などの酸、あるいは固体酸として
のカチオン交換樹脂を用い、通常0〜60℃、好ましく
20〜40℃の温度において実施され、重量平均分子量
85,000〜500,000の範囲のシリカゾルを形
成させる。このシリカゾルの重量平均分子量が85,0
00未満では、得られるシリカ膜は、膜表面の水接触角
が35°以下になりにくく、かつ成膜後の膜収縮率も大
きく、経時によりクラックなどが発生する。一方、重量
平均分子量が500,000を超えると溶剤への溶解性
が低下し、均一なシリカゾルが形成されにくく、目的と
するコーティング剤が得られない。なお、上記重量平均
分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー
(GPC)法により測定したポリスチレン換算の値であ
る。
The hydrolysis and condensation reactions are carried out in an appropriate polar solvent such as alcohol, ketone or ether using an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid, or a cation exchange resin as a solid acid. C., preferably at a temperature of 20 to 40.degree. C., to form a silica sol having a weight average molecular weight in the range of 85,000 to 500,000. The weight average molecular weight of this silica sol is 85,0
If it is less than 00, the resulting silica film has a water contact angle of less than 35 ° on the film surface, has a large film shrinkage after film formation, and cracks occur with the passage of time. On the other hand, when the weight average molecular weight exceeds 500,000, the solubility in a solvent is reduced, a uniform silica sol is hardly formed, and a desired coating agent cannot be obtained. The weight average molecular weight is a value in terms of polystyrene measured by a gel permeation chromatography (GPC) method.

【0013】加水分解、縮合反応終了後、固体酸を用い
た場合には、それを除去したのち、SiO2換算濃度
が、好ましくは0.5〜15重量%、より好ましくは1
〜10重量%の範囲になるように、アルコール、ケト
ン、エーテルなどの適当な極性溶剤で希釈することによ
り、本発明のシリカ系コーティング剤を調製する。
When the solid acid is used after the completion of the hydrolysis and condensation reactions, it is removed, and then the concentration in terms of SiO 2 is preferably 0.5 to 15% by weight, more preferably 1 to 15% by weight.
The silica-based coating agent of the present invention is prepared by diluting with an appropriate polar solvent such as alcohol, ketone, ether or the like so as to be in the range of 10 to 10% by weight.

【0014】このようにして得られた本発明のシリカ系
コーティング剤は、適当な基材表面に塗布し、80℃
で、1時間乾燥処理してなる膜表面の水接触角が、通常
35°以下、好ましくは30°以下、より好ましくは2
5°以下である。この水接触角が35°を超える場合、
膜中に残存する原料のテトラアルコキシシランに由来す
るアルコキシル基の量が多く、該アルキル基の経時によ
る脱離に伴い、クラックなどが発生しやすくなる。ま
た、以下に示す方法で求められる膜厚の収縮率も大きく
なる。
The silica-based coating agent of the present invention thus obtained is applied to a suitable substrate surface,
The water contact angle of the film surface after the drying treatment for 1 hour is usually 35 ° or less, preferably 30 ° or less, more preferably 2 ° or less.
5 ° or less. When this water contact angle exceeds 35 °,
The amount of alkoxyl groups derived from tetraalkoxysilane as a raw material remaining in the film is large, and cracks and the like are likely to occur as the alkyl groups are eliminated over time. Further, the shrinkage of the film thickness obtained by the method described below also increases.

【0015】さらに、本発明のシリカ系コーティング剤
は、シリコンウェーハ表面に塗布し、80℃で1時間乾
燥処理後、500℃で30分間熱処理した際の膜厚の収
縮率が、通常15%以下、好ましくは12%以下であ
る。この収縮率が15%を超えると、後述のヒートサイ
クル試験においてクラックが発生する。すなわち、経時
によりクラックが発生しやすくなる。
Further, the silica-based coating agent of the present invention is applied to a silicon wafer surface, dried at 80 ° C. for 1 hour, and then heat-treated at 500 ° C. for 30 minutes. , Preferably 12% or less. If the shrinkage exceeds 15%, cracks occur in a heat cycle test described later. That is, cracks are likely to occur over time.

【0016】本発明のシリカ薄膜の製造方法において
は、基材表面に、前記のシリカ系コーティング剤を塗布
したのち、乾燥・熱処理することにより、シリカ薄膜を
形成させる。この際、基材としては、無機基材および有
機基材のいずれも用いることができるが、本発明におい
ては、200℃以下の温度で、乾燥・熱処理することか
ら、耐熱性の低い有機基材に対して特に有用である。2
00℃以下の温度で、乾燥・熱処理しても、クラックな
どの発生のない強固なシリカ薄膜が得られる。
In the method for producing a silica thin film of the present invention, the above-mentioned silica-based coating agent is applied to the surface of a substrate, followed by drying and heat treatment to form a silica thin film. In this case, as the base material, any of an inorganic base material and an organic base material can be used. However, in the present invention, the organic base material having low heat resistance is dried and heat-treated at a temperature of 200 ° C. or lower. Especially useful for 2
A strong silica thin film free from cracks and the like can be obtained even when dried and heat-treated at a temperature of 00 ° C. or less.

【0017】この際、塗布方法としては、例えばディッ
プコート法、スピンコート法、スプレーコート法、バー
コート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレード
コート法、ダイコート法、グラビアコート法などの公知
の手段を用いることができる。また、形成されるシリカ
薄膜の厚さは、通常1μm以下、好ましくは0.01〜
0.7μm、より好ましくは0.05〜0.5μmの範
囲である。
At this time, as a coating method, for example, a known method such as dip coating, spin coating, spray coating, bar coating, knife coating, roll coating, blade coating, die coating, gravure coating, etc. Means can be used. The thickness of the formed silica thin film is usually 1 μm or less, preferably 0.01 to
It is 0.7 μm, more preferably in the range of 0.05 to 0.5 μm.

【0018】有機基材を用いる場合、シリカ薄膜との密
着性を向上させるために、所望により、酸化法や凹凸化
法などにより表面処理を施すことができる。上記酸化法
としては、例えばコロナ放電処理、クロム酸処理(湿
式)、火炎処理、熱風処理、オゾン・紫外線照射処理な
どが挙げられ、また、凹凸化法としては、例えばサンド
ブラスト法、溶剤処理法などが挙げられる。これらの表
面処理法は基材の種類に応じて適宜選ばれる。なお、本
発明における有機基材は、有機系材料以外の材料、例え
ば金属系材料、ガラスやセラミックス系材料、その他各
種無機系または金属系材料からなる基材の表面に、有機
系塗膜を有するものも包含する。
When an organic substrate is used, it may be subjected to a surface treatment by an oxidation method or a roughening method, if desired, in order to improve the adhesion to the silica thin film. Examples of the oxidation method include corona discharge treatment, chromic acid treatment (wet method), flame treatment, hot air treatment, ozone / ultraviolet irradiation treatment, and examples of the unevenness method include a sand blast method and a solvent treatment method. Is mentioned. These surface treatment methods are appropriately selected according to the type of the base material. In addition, the organic substrate in the present invention has a material other than the organic material, for example, a metal-based material, a glass or ceramic-based material, and a surface of a substrate made of other various inorganic or metal-based materials, having an organic-based coating film. Also encompasses

【0019】本発明はまた、ゾル−ゲル法により得られ
たものであって、表面の水接触角が35°以下、好まし
くは30°以下、より好ましくは25°以下であるシリ
カ薄膜をも提供する。この本発明のシリカ薄膜は、80
℃で1時間乾燥処理した膜を、500℃で30分間熱処
理した際の膜厚の収縮率が、通常15%以下、好ましく
は12%以下である。上記の性状を有する本発明のシリ
カ薄膜は、経時による変化が少なく、また、後述のヒー
トサイクル試験を行ってもクラックの発生が認められな
い。
The present invention also provides a silica thin film obtained by a sol-gel method and having a surface water contact angle of 35 ° or less, preferably 30 ° or less, more preferably 25 ° or less. I do. This silica thin film of the present invention
The shrinkage of the film thickness when the film dried at 1 ° C. for 1 hour is heat-treated at 500 ° C. for 30 minutes is usually 15% or less, preferably 12% or less. The silica thin film of the present invention having the above-mentioned properties has little change with the passage of time, and no crack is observed even when a heat cycle test described later is performed.

【0020】本発明は、さらに、前述のシリカ系コーテ
ィング剤を用いて形成されたシリカ薄膜を有する構造
体、および上記のゾル−ゲル法により得られ、表面の水
接触角が35°以下、好ましくは30°以下、より好ま
しくは25°以下であるシリカ薄膜を有する構造体をも
提供する。前者の構造体においては、シリカ薄膜の形成
に、本発明の方法を適用することができる。
The present invention further provides a structure having a silica thin film formed by using the above-mentioned silica-based coating agent and the above-mentioned sol-gel method, wherein the surface has a water contact angle of 35 ° or less, preferably Also provides a structure having a silica thin film of 30 ° or less, more preferably 25 ° or less. In the former structure, the method of the present invention can be applied to the formation of a silica thin film.

【0021】[0021]

【実施例】次に、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定
されるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0022】実施例1 テトラメトキシシランをSiO2換算濃度が16重量
%、0.1モル/リットル硝酸水溶液をテトラメトキシ
シランの6倍モルの水となるように2−メトキシエタノ
ールに添加した。これを、30℃で24時間反応を行っ
た。この溶液をジメチルホルムアミド(DMF)で希釈
して、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GP
C、キャリアー:DMF、検量線物質:ポリスチレン)
で分子量測定を行ったところ、重量平均分子量9600
0であった。この溶液をSiO2換算で2重量%及び4
重量%になるように2−メトキシエタノールで希釈し
た。2重量%の調製液をシリコンウェーハ上に、4重量
%溶液をアクリル基板およびガラス基板上に3000r
pm、30秒の条件でスピンコートし、80℃で1時間
乾燥した。
Example 1 Tetramethoxysilane was added to 2-methoxyethanol so as to have a concentration of 16% by weight in terms of SiO 2 and an aqueous solution of 0.1 mol / l nitric acid so that the amount of water was 6 times mol of tetramethoxysilane. This was reacted at 30 ° C. for 24 hours. This solution was diluted with dimethylformamide (DMF) and subjected to gel permeation chromatography (GP).
C, carrier: DMF, calibration curve substance: polystyrene)
When the molecular weight was measured, the weight average molecular weight was 9600.
It was 0. This solution was added in an amount of 2 % by weight as
It was diluted with 2-methoxyethanol to give a weight%. A 2% by weight solution was applied on a silicon wafer and a 4% by weight solution was applied on an acrylic substrate and a glass substrate at 3000 r.
The substrate was spin-coated at pm for 30 seconds and dried at 80 ° C. for 1 hour.

【0023】〈シリコンウェーハ成膜サンプルの評価〉
水接触角を測定したところ、20°であった。次にこの
膜をエリブソメータ(溝尻光学工業所製DVA−36V
W)を用いて膜厚を測定したところ、75.9nmであ
った。これを、500℃、30分加熱した後再び膜厚を
測定したところ、70.0nmであり、膜厚収縮率は
7.8%であった。
<Evaluation of Silicon Wafer Deposition Sample>
The measured water contact angle was 20 °. Next, this film was subjected to an ellipsometer (DVA-36V manufactured by Mizojiri Optical Industrial Co., Ltd.).
It was 75.9 nm when the film thickness was measured using W). After heating this at 500 ° C. for 30 minutes, the film thickness was measured again, and it was 70.0 nm, and the film thickness shrinkage was 7.8%.

【0024】〈アクリル基板およびガラス基板成膜サン
プルの評価〉ヒートサイクル試験器を用いて、70℃/
2時間、−20℃まで降温/2時間、−20℃/2時
間、70℃まで昇温/2時間を1サイクルとして、5サ
イクル耐久試験を行った。この後、表面状態を確認した
ところ、いずれの基板においても、シリカ膜にはクラッ
ク等の発生は見られなかった。
<Evaluation of Acrylic Substrate and Glass Substrate Film-Formed Samples>
A 5-cycle endurance test was performed in which one cycle was 2 hours, temperature lowered to -20 ° C / 2 hours, -20 ° C / 2 hours, and temperature raised to 70 ° C / 2 hours. After that, when the surface condition was confirmed, no cracks or the like were found in the silica film on any of the substrates.

【0025】実施例2 MS−51[コルコート(株)製、テトラメトキシシラ
ンのオリゴマー]をSiO2換算濃度が16重量%、
0.1モル/リットル硝酸水溶液をMS−51の4倍モ
ルの水となるようにメチルエチルケトンに添加した。こ
れを、30℃で24時間反応を行った。この溶液をDM
Fで希釈して、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ
ー(GPC、キャリアー:DMF、検量線物質:ポリス
チレン)で分子量測定を行ったところ、重量平均分子量
154800であった。この溶液をSiO2換算で2重
量%及び4重量%になるように2−メトキシエタノール
で希釈した。2重量%の調製液をシリコンウェーハ上
に、4重量%溶液をアクリル基板およびガラス基板上に
3000rpm、30秒の条件でスピンコートし、80
℃で1時間乾燥した。
Example 2 MS-51 (an oligomer of tetramethoxysilane, manufactured by Colcoat Co., Ltd.) was converted to a SiO 2 concentration of 16% by weight.
A 0.1 mol / liter nitric acid aqueous solution was added to methyl ethyl ketone so as to be 4 times the mole of water of MS-51. This was reacted at 30 ° C. for 24 hours. Transfer this solution to DM
After dilution with F, the molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC, carrier: DMF, calibration curve substance: polystyrene). As a result, the weight average molecular weight was 154,800. This solution was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 2% by weight and 4% by weight in terms of SiO 2 . A 2% by weight solution was spin-coated on a silicon wafer and a 4% by weight solution was spin-coated on an acrylic substrate and a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds.
Dried for 1 hour at ° C.

【0026】〈シリコンウェーハ成膜サンプルの評価〉
水接触角を測定したところ、16°であった。次にこの
膜をエリブソメータ(溝尻光学工業所製DVA−36V
W)を用いて膜厚を測定したところ、73.3nmであ
った。これを、500℃、30分加熱した後再び膜厚を
測定したところ、66.1nmであり、膜厚収縮率は
9.8%であった。
<Evaluation of Silicon Wafer Deposition Sample>
The measured water contact angle was 16 °. Next, this film was subjected to an ellipsometer (DVA-36V manufactured by Mizojiri Optical Industrial Co., Ltd.).
It was 73.3 nm when the film thickness was measured using W). After heating at 500 ° C. for 30 minutes, the film thickness was measured again, and it was 66.1 nm, and the film thickness shrinkage was 9.8%.

【0027】〈アクリル基板およびガラス基板成膜サン
プルの評価〉ヒートサイクル試験器を用いて、70℃/
2時間、−20℃まで降温/2時間、−20℃/2時
間、70℃まで昇温/2時間を1サイクルとして、5サ
イクル耐久試験を行った。この後、表面状態を確認した
ところ、いずれの基板においても、シリカ膜にはクラッ
ク等の発生は見られなかった。
<Evaluation of Acrylic Substrate and Glass Substrate Deposition Samples> Using a heat cycle tester, 70 ° C. /
A 5-cycle endurance test was performed in which one cycle was 2 hours, temperature lowered to -20 ° C / 2 hours, -20 ° C / 2 hours, and temperature raised to 70 ° C / 2 hours. After that, when the surface condition was confirmed, no cracks or the like were found in the silica film on any of the substrates.

【0028】実施例3 テトラメトキシシランをSiO2換算濃度が16重量
%、1モル/リットル硝酸水溶液をテトラメトキシシラ
ンの6倍モルの水となるように2−プロパノールに添加
した。これを、30℃で24時間反応を行った。この溶
液をDMFで希釈して、ゲルパーミエーションクロマト
グラフィー(GPC、キャリアー:DMF、検量線物
質:ポリスチレン)で分子量測定を行ったところ、重量
平均分子量340500であった。この溶液をSiO2
換算で2重量%及び4重量%になるように2−メトキシ
エタノールで希釈した。2重量%の調製液をシリコンウ
ェーハ上に、4重量%溶液をアクリル基板およびガラス
基板上に3000rpm、30秒の条件でスピンコート
し、80℃で1時間乾燥した。
Example 3 Tetramethoxysilane was added to 2-propanol at a concentration of 16% by weight in terms of SiO 2 , and a 1 mol / liter nitric acid aqueous solution was added to 2-propanol so that the molar amount of water was 6 times mol of tetramethoxysilane. This was reacted at 30 ° C. for 24 hours. This solution was diluted with DMF, and the molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC, carrier: DMF, calibration curve substance: polystyrene). As a result, the weight average molecular weight was 340,500. This solution is mixed with SiO 2
It was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 2% by weight and 4% by weight in conversion. A 2 wt% solution was spin-coated on a silicon wafer and a 4 wt% solution on an acrylic substrate and a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds and dried at 80 ° C. for 1 hour.

【0029】〈シリコンウェーハ成膜サンプルの評価〉
水接触角を測定したところ、22°であった。次にこの
膜をエリブソメータ(溝尻光学工業所製DVA−36V
W)を用いて膜厚を測定したところ、99.6nmであ
った。これを、500℃、30分加熱した後再び膜厚を
測定したところ、89.8nmであり、膜厚収縮率は
9.8%であった。
<Evaluation of Silicon Wafer Deposition Sample>
The measured water contact angle was 22 °. Next, this film was subjected to an ellipsometer (DVA-36V manufactured by Mizojiri Optical Industrial Co., Ltd.).
When the film thickness was measured using W), it was 99.6 nm. After heating at 500 ° C. for 30 minutes, the film thickness was measured again. As a result, it was 89.8 nm and the film thickness shrinkage was 9.8%.

【0030】〈アクリル基板およびガラス基板成膜サン
プルの評価〉ヒートサイクル試験器を用いて、70℃/
2時間、−20℃まで降温/2時間、−20℃/2時
間、70℃まで昇温/2時間を1サイクルとして、5サ
イクル耐久試験を行った。この後、表面状態を確認した
ところ、いずれの基板においても、シリカ膜にはクラッ
ク等の発生は見られなかった。
<Evaluation of Acrylic Substrate and Glass Substrate Film-Formed Samples>
A 5-cycle endurance test was performed in which one cycle was 2 hours, temperature lowered to -20 ° C / 2 hours, -20 ° C / 2 hours, and temperature raised to 70 ° C / 2 hours. After that, when the surface condition was confirmed, no cracks or the like were found in the silica film on any of the substrates.

【0031】比較例1 テトラエトキシシランをSiO2換算濃度が16重量
%、0.1モル/リットル硝酸水溶液をテトラエトキシ
シランの4倍モルの水となるように2−プロパノールに
添加した。これを、30℃で24時間反応を行った。こ
の溶液をDMFで希釈して、ゲルパーミエーションクロ
マトグラフィー(GPC、キャリアー:DMF、検量線
物質:ポリスチレン)で分子量測定を行ったところ、重
量平均分子量72200であった。この溶液をSiO2
換算で2重量%及び4重量%になるように2−メトキシ
エタノールで希釈した。2重量%の調製液をシリコンウ
ェーハ上に、4重量%溶液をアクリル基板およびガラス
基板上に3000rpm、30秒の条件でスピンコート
し、80℃で1時間乾燥した。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 Tetraethoxysilane was added to 2-propanol so as to have a concentration of 16% by weight in terms of SiO 2 and an aqueous solution of 0.1 mol / liter nitric acid which was 4 times the molar amount of tetraethoxysilane. This was reacted at 30 ° C. for 24 hours. This solution was diluted with DMF, and the molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC, carrier: DMF, calibration curve substance: polystyrene) to find that the weight average molecular weight was 72,200. This solution is mixed with SiO 2
It was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 2% by weight and 4% by weight in conversion. A 2 wt% solution was spin-coated on a silicon wafer and a 4 wt% solution on an acrylic substrate and a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds and dried at 80 ° C. for 1 hour.

【0032】〈シリコンウェーハ成膜サンプルの評価〉
水接触角を測定したところ、38°であった。次にこの
膜をエリブソメータ(溝尻光学工業所製DVA−36V
W)を用いて膜厚を測定したところ、234.6nmで
あった。これを、500℃、30分加熱した後再び膜厚
を測定したところ、185.2nmであり、膜厚収縮率
は21.1%であった。
<Evaluation of Silicon Wafer Deposition Sample>
The measured water contact angle was 38 °. Next, this film was subjected to an ellipsometer (DVA-36V manufactured by Mizojiri Optical Industrial Co., Ltd.).
The film thickness was measured using W) and found to be 234.6 nm. After heating this at 500 ° C. for 30 minutes, the film thickness was measured again and found to be 185.2 nm and the film thickness shrinkage was 21.1%.

【0033】〈アクリル基板およびガラス基板成膜サン
プルの評価〉ヒートサイクル試験器を用いて、70℃/
2時間、−20℃まで降温/2時間、−20℃/2時
間、70℃まで昇温/2時間を1サイクルとして、5サ
イクル耐久試験を行った。この後、表面状態を確認した
ところ、いずれの基板においても、シリカ膜にクラック
等の発生が確認された。
<Evaluation of Acrylic Substrate and Glass Substrate Film-Formed Samples>
A 5-cycle endurance test was performed in which one cycle was 2 hours, temperature lowered to -20 ° C / 2 hours, -20 ° C / 2 hours, and temperature raised to 70 ° C / 2 hours. After that, when the surface state was confirmed, cracks and the like were confirmed in the silica film in each of the substrates.

【0034】比較例2 テトラエトキシシランをSiO2換算濃度が16重量
%、0.1モル/リットル硝酸水溶液をテトラエトキシ
シランの4倍モルの水となるようにメチルエチルケトン
に添加した。これを、30℃で24時間反応を行った。
この溶液をDMFで希釈して、ゲルパーミエーションク
ロマトグラフィー(GPC、キャリアー:DMF、検量
線物質:ポリスチレン)で分子量測定を行ったところ、
重量平均分子量82900であった。この溶液をSiO
2換算で2重量%及び4重量%になるように2−メトキ
シエタノールで希釈した。2重量%の調製液をシリコン
ウェーハ上に、4重量%溶液をアクリル基板およびガラ
ス基板上に3000rpm、30秒の条件でスピンコー
トし、80℃で1時間乾燥した。
Comparative Example 2 Tetraethoxysilane was added to methyl ethyl ketone such that the concentration of SiO 2 was 16% by weight and an aqueous solution of 0.1 mol / liter nitric acid was water having a molar concentration of 4 times the amount of tetraethoxysilane. This was reacted at 30 ° C. for 24 hours.
This solution was diluted with DMF, and the molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC, carrier: DMF, calibration curve substance: polystyrene).
The weight average molecular weight was 82,900. This solution is converted to SiO
It was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 2% by weight and 4% by weight in terms of 2. A 2 wt% solution was spin-coated on a silicon wafer and a 4 wt% solution on an acrylic substrate and a glass substrate at 3000 rpm for 30 seconds and dried at 80 ° C. for 1 hour.

【0035】〈シリコンウェーハ成膜サンプルの評価〉
水接触角を測定したところ、37°であった。次にこの
膜をエリブソメータ(溝尻光学工業所製DVA−36V
W)を用いて膜厚を測定したところ、184.6nmで
あった。これを、500℃、30分加熱した後再び膜厚
を測定したところ、153.6nmであり、膜厚収縮率
は16.8%であった。
<Evaluation of Silicon Wafer Deposition Sample>
The measured water contact angle was 37 °. Next, this film was subjected to an ellipsometer (DVA-36V manufactured by Mizojiri Optical Industrial Co., Ltd.).
The film thickness was measured using W) and found to be 184.6 nm. After heating this at 500 ° C. for 30 minutes, the film thickness was measured again and found to be 153.6 nm, with a film thickness shrinkage of 16.8%.

【0036】〈アクリル基板およびガラス基板成膜サン
プルの評価〉ヒートサイクル試験器を用いて、70℃/
2時間、−20℃まで降温/2時間、−20℃/2時
間、70℃まで昇温/2時間を1サイクルとして、5サ
イクル耐久試験を行った。この後、表面状態を確認した
ところ、いずれの基板においても、シリカ膜にクラック
等の発生が確認された。
<Evaluation of Acrylic Substrate and Glass Substrate Deposition Samples>
A 5-cycle endurance test was performed in which one cycle was 2 hours, temperature lowered to -20 ° C / 2 hours, -20 ° C / 2 hours, and temperature raised to 70 ° C / 2 hours. After that, when the surface state was confirmed, cracks and the like were confirmed in the silica film in each of the substrates.

【0037】比較例3 テトラメトキシシランをSiO2換算濃度が16重量
%、1モル/リットル硝酸水溶液をテトラメトキシシラ
ンの20倍モルの水となるように2−プロパノールに添
加した。これを、30℃で48時間反応を行った。この
溶液をDMFで希釈して、ゲルパーミエーションクロマ
トグラフィー(GPC、キャリアー:DMF、検量線物
質:ポリスチレン)で分子量測定を行ったところ、重量
平均分子量550,000であった。この溶液をSiO
2換算で2重量%及び4重量%になるように2−メトキ
シエタノールで希釈して塗布液を調製しようとしたが、
沈殿物が生じ、均一なシリカゾルからなる塗布液が得ら
れず、成膜が不可能であった。
COMPARATIVE EXAMPLE 3 Tetramethoxysilane was added to 2-propanol at a concentration of 16% by weight in terms of SiO 2 , and a 1 mol / liter aqueous solution of nitric acid was converted to water having a molar ratio of 20 times that of tetramethoxysilane. This was reacted at 30 ° C. for 48 hours. This solution was diluted with DMF, and the molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC, carrier: DMF, calibration curve substance: polystyrene). As a result, the weight average molecular weight was 550,000. This solution is converted to SiO
An attempt was made to prepare a coating solution by diluting with 2-methoxyethanol so as to be 2% by weight and 4% by weight in terms of 2.
A precipitate was formed, and a coating solution composed of a uniform silica sol was not obtained, and film formation was impossible.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明のシリカ系コーティング剤は、ゾ
ル−ゲル法により調製されたものであって、200℃以
下の低温熱処理で、クラックの発生がほとんどない上、
乾燥・熱処理時の膜厚収縮率が小さい強固なシリカ薄膜
を有機および無機基材いずれにも与える。中でも耐熱性
の低い有機基材に好適に適用することができる。
The silica-based coating agent of the present invention is prepared by a sol-gel method and has almost no cracks when subjected to a low-temperature heat treatment at 200 ° C. or lower.
A strong silica thin film having a small film thickness shrinkage during drying and heat treatment is applied to both organic and inorganic substrates. Especially, it can be suitably applied to an organic substrate having low heat resistance.

【0039】本発明のシリカ系コーティング剤は、例え
ばハードコートフィルムやプラスチックレンズに設けら
れるハードコート層の材料として、さらには半導体素子
における絶縁膜や平坦化膜、液晶表示セルにおける絶縁
膜などの材料として、好適に用いられる。
The silica-based coating agent of the present invention can be used, for example, as a material for a hard coat layer provided on a hard coat film or a plastic lens, as well as a material for an insulating film or a flattening film in a semiconductor element, or an insulating film in a liquid crystal display cell. Are preferably used.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/768 H01L 21/90 K (72)発明者 仲山 典宏 岐阜県岐阜市藪田西2丁目1番1号 宇部 日東化成株式会社内 Fターム(参考) 4D075 BB24Y BB24Z BB28Z BB93Y BB93Z BB95Y BB95Z CA02 CA03 CA18 CA23 CA33 CA37 CA50 DA06 DA23 DB01 DB13 DB14 DB43 DC01 DC11 DC22 DC24 EA07 EB43 EB47 EB52 4G072 AA25 BB09 FF09 GG02 HH18 HH30 KK01 KK03 LL11 MM31 MM36 NN21 PP17 RR05 UU01 4J038 AA011 DL021 HA441 LA02 MA14 NA11 PA19 PB09 5F033 GG03 GG04 QQ00 QQ74 RR09 RR25 SS00 SS03 SS22 WW00 WW03 XX01 XX12 XX17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) H01L 21/768 H01L 21/90 K (72) Inventor Norihiro Nakayama 2-1-1 Yabuta Nishi, Gifu City, Gifu Prefecture No. Ube Nitto Kasei Co., Ltd. F term (reference) 4D075 BB24Y BB24Z BB28Z BB93Y BB93Z BB95Y BB95Z CA02 CA03 CA18 CA23 CA33 CA37 CA50 DA06 DA23 DB01 DB13 DB14 DB43 DC01 DC11 DC22 DC24 EA07 EB43 EB47 EB52 H07 EB47 EB52 EB47 EB52 EB47 LL11 MM31 MM36 NN21 PP17 RR05 UU01 4J038 AA011 DL021 HA441 LA02 MA14 NA11 PA19 PB09 5F033 GG03 GG04 QQ00 QQ74 RR09 RR25 SS00 SS03 SS22 WW00 WW03 XX01 XX12 XX17

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシラン、この部分加水分解物およ
びその縮合物であるオリゴマーの中から選ばれる少なく
とも1種を加水分解、縮合させてなる、重量平均分子量
85,000〜500,000のシリカゾルを含むこと
を特徴とするシリカ系コーティング剤。
1. General formula (I) Si (OR) 4 ... (I) wherein R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and four ORs may be the same or different. ), A silica sol having a weight average molecular weight of 85,000 to 500,000, obtained by hydrolyzing and condensing at least one selected from tetraalkoxysilanes, partial hydrolysates thereof and oligomers which are condensates thereof. A silica-based coating agent comprising:
【請求項2】 基材表面に塗布し、80℃で、1時間乾
燥処理してなる膜表面の水接触角が35°以下である請
求項1に記載のシリカ系コーティング剤。
2. The silica-based coating agent according to claim 1, wherein the silica-based coating agent has a water contact angle of 35 ° or less on a film surface obtained by applying the composition to a substrate surface and drying at 80 ° C. for 1 hour.
【請求項3】 シリコンウェーハ表面に塗布し、80℃
で1時間乾燥処理後、500℃で30分間熱処理した際
の膜厚の収縮率が15%以下である請求項1または2に
記載のシリカ系コーティング剤。
3. Applying to a silicon wafer surface at 80 ° C.
3. The silica-based coating agent according to claim 1, wherein a shrinkage ratio of the film thickness when heat-treated at 500 ° C. for 30 minutes after drying for 1 hour is 15% or less.
【請求項4】 基材表面に、請求項1、2または3に記
載のシリカ系コーティング剤を塗布したのち、乾燥・熱
処理することを特徴とするシリカ薄膜の製造方法。
4. A method for producing a silica thin film, comprising applying a silica-based coating agent according to claim 1, 2 or 3 to a surface of a substrate, followed by drying and heat treatment.
【請求項5】 ゾル−ゲル法により得られたシリカ薄膜
であって、膜表面の水接触角が35°以下であることを
特徴とするシリカ薄膜。
5. A silica thin film obtained by a sol-gel method, wherein the water contact angle of the film surface is 35 ° or less.
【請求項6】 80℃で1時間乾燥処理した膜を、50
0℃で30分間熱処理した際の膜厚の収縮率が15%以
下である請求項5に記載のシリカ薄膜。
6. A membrane dried at 80 ° C. for 1 hour is treated with 50
The silica thin film according to claim 5, wherein a shrinkage ratio of the film thickness when heat-treated at 0 ° C for 30 minutes is 15% or less.
【請求項7】 請求項1、2または3に記載のシリカ系
コーティング剤を用いて形成されたシリカ薄膜を有する
ことを特徴とする構造体。
7. A structure comprising a silica thin film formed by using the silica-based coating agent according to claim 1, 2, or 3.
【請求項8】 シリカ薄膜が請求項4に記載の方法によ
り形成されたものである請求項7に記載の構造体。
8. The structure according to claim 7, wherein the silica thin film is formed by the method according to claim 4.
【請求項9】 請求項5または6に記載のシリカ薄膜を
有することを特徴とする構造体。
9. A structure comprising the silica thin film according to claim 5 or 6.
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