JP2010031222A - Coating liquid for silica coating film formation and method for its preparation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パターニング特性を備え、しかも比較的高い塗膜強度と比較的低い比誘電率を有し、さらには表面平坦性や耐クラック性などに優れたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなるシリカ系塗膜形成用塗布液およびその調製方法に関するものである。 The present invention is a liquid for forming a silica-based coating film having patterning characteristics, having a relatively high coating film strength and a relatively low relative dielectric constant, and having excellent surface flatness and crack resistance. The present invention relates to a coating liquid for forming a silica-based coating film comprising a composition and a method for preparing the same.
近年、半導体装置、液晶装置、センサー装置、表示装置などの製造業界においては、半導体基板上、多層配線構造の配線層間、素子表面および/またはPN接合部を設けてなる基板上や液晶基板上などに、絶縁膜としてのシリカ系塗膜を形成して使用することが多い。 In recent years, in the manufacturing industry of semiconductor devices, liquid crystal devices, sensor devices, display devices, etc., on a semiconductor substrate, a wiring layer having a multilayer wiring structure, an element surface and / or a PN junction, a liquid crystal substrate, etc. In addition, a silica-based coating film is often used as an insulating film.
このようなシリカ系塗膜を形成するための液状組成物としては、例えば、a)一般式RnSi(OR’)4-n(式中、R、R’は、炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはビニル基を表し、nは0〜3の整数である。)で表されるアルコキシシランを加水分解重縮合させて得られるシリカゾルと前記アルコキシシランの部分加水分解物との反応物を含む塗膜形成用塗布液(特許文献1に記載。)や、b)シリカ微粒子、および一般式XnSi(OR)4-n(式中、Xは、H、Fまたは炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはビニル基を表し、Rは、Hまたは炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはビニル基を表し、nは0〜3の整数である。)で示されるアルコキシシランおよび/または一般式XnSiX’4-n(式中、Xは、H、Fまたは炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはビニル基を表し、X’はハロゲン原子を表し、nは0〜3の整数である。)で示されるハロゲン化シランまたはこれらの加水分解物、との反応物を含有することを特徴とする低誘電率シリカ系塗膜形成用塗布液(特許文献2に記載。)などがある。 The liquid composition for forming such a silica-based coating film, for example, a) the general formula R n Si (OR ') 4 -n ( wherein, R, R' is from 1 to 8 carbon atoms An alkyl group, an aryl group, or a vinyl group, and n is an integer of 0 to 3.) Reaction of silica sol obtained by hydrolytic polycondensation of alkoxysilane represented by the above and a partial hydrolyzate of the alkoxysilane coating forming coating liquid containing an object (described in Patent Document 1.) and, b) silica fine particles, and the general formula X n Si (oR) 4- n ( wherein, X is, H, F or carbons 1 -8 represents an alkyl group, aryl group or vinyl group, R represents H or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, aryl group or vinyl group, and n is an integer of 0 to 3). during alkoxysilane and / or the general formula X n SiX '4-n (wherein, X is , F or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an aryl group or a vinyl group, X ′ represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3) or a hydrolysis thereof. And a coating liquid for forming a low dielectric constant silica-based coating film (described in Patent Document 2) characterized by containing a reaction product with the product.
しかし、本発明者らが、これらの組成物と従来公知の塗膜形成方法(スピンコート法やその他の塗布法)を用いて種々の装置を構成する基板やその他接合面にシリカ系塗膜を形成する試験を繰り返し行ったところ、前記の特性を備えた塗膜は得られるものの、塗膜中に前記シリカ微粒子が一部偏在して存在していたり、あるいは前記シリカ微粒子とアルコキシシランの部分加水分解物および/または加水分解物との反応が不十分であったりした場合には、膜全体に均一でかつ安定した強度(圧縮強度および引っ張り強度)を有する塗膜が必ずしも得られず、場合によっては塗膜にピンホールやクラックなどが発生してしまうことがあった。 However, the present inventors use these compositions and conventionally known coating film forming methods (spin coating method and other coating methods) to apply silica-based coatings on substrates and other bonding surfaces constituting various devices. When the test to form was repeated, a coating film having the above characteristics was obtained, but the silica fine particles were partially localized in the coating film, or the silica fine particles and the alkoxysilane were partially hydrolyzed. If the reaction with the decomposed product and / or hydrolyzed product is insufficient, a coating film having a uniform and stable strength (compressive strength and tensile strength) is not necessarily obtained over the entire film. May cause pinholes and cracks in the coating.
また、これらの塗布液を用いて形成されたシリカ系塗膜は、当然のことながら、それ自体がパターニング特性を備えていない。
通常、このようなシリカ系塗膜にパターニングを施すためには、該塗膜上にフォトレジストを塗布した後、その上にパターニング用マスクを載置して露光、現像してレジストパターンを形成し、その後ドライエッチングなどを用いて、レジストパターンを転写して必要なパターンを施した絶縁層を得るのが一般的である。
しかし、フォトレジストを用いたパターニング方法は、そのプロセスの工程数が多く、極めて煩雑である。
Moreover, naturally the silica-type coating film formed using these coating liquids is not equipped with the patterning characteristic itself.
Usually, in order to pattern such a silica-based coating film, a photoresist is coated on the coating film, and then a patterning mask is placed thereon, exposed and developed to form a resist pattern. Then, generally, dry etching or the like is used to transfer the resist pattern to obtain an insulating layer having a necessary pattern.
However, the patterning method using a photoresist has a large number of steps and is extremely complicated.
このようなプロセス上の煩雑性を解消するため、感光性を備えた絶縁材料を用いて、それ自体を露光・現像してパターンを形成する方法が知られている。しかし、半導体装置などの用途に使用される絶縁材料には、比較的高い耐熱性が要求されるため、一般的にフォトレジストなどの用途に使用される感光性有機材料を用いることはできない。
そこで、比較的耐熱性が高く、しかも感光性を備えたシリコーン系塗膜形成用組成物が少なからず提案されている。
例えば、特許文献3には、ポリラダーシロキサンおよび/または末端ヒドロキシポリラダーシロキサンと、芳香族アジド化合物および/または芳香族スルホニルアジド化合物とを含む感光性シリコーン樹脂組成物が開示されており、また特許文献4には、ポリラダーシロキサンとジシラン誘導体とを含む感光性材料組成物が開示されている。
In order to eliminate such process complexity, a method of forming a pattern by exposing and developing itself using an insulating material having photosensitivity is known. However, since a relatively high heat resistance is required for an insulating material used for a semiconductor device or the like, a photosensitive organic material generally used for a photoresist or the like cannot be used.
In view of this, a number of silicone-based coating film forming compositions having relatively high heat resistance and photosensitivity have been proposed.
For example, Patent Document 3 discloses a photosensitive silicone resin composition containing a poly ladder siloxane and / or a terminal hydroxy poly ladder siloxane and an aromatic azide compound and / or an aromatic sulfonyl azide compound. Document 4 discloses a photosensitive material composition containing a poly ladder siloxane and a disilane derivative.
さらに、特許文献5には、(i)シロキサンポリマー、(ii)露光により酸または塩基を発生し前記シロキサンポリマーを架橋させる化合物、および(iii)熱処理により気化する、および/または光により退色反応する増感剤を含むネガ型感光性樹脂組成物が開示されており、また特許文献6には、(i)シロキサンポリマー、(ii)キノンジアジド化合物および(iii)溶剤を含むポジ型感光性シロキサン組成物が開示されている。
しかし、これらのシリコーン系塗膜形成用組成物を基板上に塗布し、さらにキセノン−水銀灯、エキシマレザー光、超高圧水銀灯などを用いて露光して現像すれば、絶縁膜上にそれなりのパターンを形成することはできるものの、上記の特許文献1や特許文献2に記載された塗膜と同様に、比較的耐熱性が高く、また比較的高い塗膜強度と比較的低い比誘電率を有し、さらには表面平坦性や耐クラック性などに優れたシリカ系塗膜を得ることは難しかった。
Further, Patent Document 5 describes (i) a siloxane polymer, (ii) a compound that generates an acid or a base by exposure to crosslink the siloxane polymer, and (iii) vaporizes by heat treatment and / or undergoes a fading reaction by light. A negative photosensitive resin composition containing a sensitizer is disclosed, and Patent Document 6 discloses a positive photosensitive siloxane composition containing (i) a siloxane polymer, (ii) a quinonediazide compound, and (iii) a solvent. Is disclosed.
However, if these silicone-based coating film-forming compositions are applied onto a substrate, and further exposed and developed using a xenon-mercury lamp, excimer leather light, ultra-high pressure mercury lamp, etc., an appropriate pattern is formed on the insulating film. Although it can be formed, it has a relatively high heat resistance, a relatively high coating strength, and a relatively low dielectric constant, like the coatings described in Patent Document 1 and Patent Document 2 above. Furthermore, it was difficult to obtain a silica-based coating film excellent in surface flatness and crack resistance.
発明者らは、上記のような問題を解決することを目的として鋭意研究を続けたところ、以下に示すようなシリカ系塗膜形成用塗布液を用いればよいことを見いだし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであって、フォトレジストを用いることなく塗膜自体の特性でパターニングを施すことのできる、比較的高い塗膜強度と比較的低い比誘電率を有し、さらには表面平坦性、耐クラック性、耐熱性などに優れたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなるシリカ系塗膜形成用塗布液およびその調製方法を提供することを目的としている。 The inventors of the present invention have conducted intensive research for the purpose of solving the above problems, and found that a coating solution for forming a silica-based coating film as shown below may be used to complete the present invention. It came to. That is, the present invention is intended to solve the above problems, and can be patterned with the characteristics of the coating film itself without using a photoresist. A coating solution for forming a silica-based coating film comprising a liquid composition for forming a silica-based coating film having a low relative dielectric constant and excellent surface flatness, crack resistance, heat resistance, and the like, and a method for preparing the same The purpose is to provide.
本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液は、パターニング特性を備えたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなる塗布液であって、
塩基性触媒成分を含有するシリカ系微粒子、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランおよび下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物を加水分解して得られる珪素化合物および紫外線照射により酸を発生する酸発生剤とを含むことを特徴としている。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
RnSiX4-n ・・・ (II)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、Xはハロゲン原子を表す。また、nは0〜3の整数である。)
The coating liquid for forming a silica-based coating film according to the present invention is a coating liquid composed of a liquid composition for forming a silica-based coating film having patterning characteristics,
At least one organic silicon compound selected from silica-based fine particles containing a basic catalyst component, an alkoxysilane represented by the following general formula (I) and a halogenated silane represented by the following general formula (II) is added. It includes a silicon compound obtained by decomposition and an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet rays.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
R n SiX 4-n (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and X represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3.)
前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分は、アンモニア、水酸化アンモニウムおよび第4級アンモニウム化合物から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記シリカ系微粒子は、前記塩基性触媒成分を200〜1100重量ppmの範囲で含有することが好ましい。
さらに、前記シリカ系微粒子は、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを前記塩基性触媒成分の存在下で加水分解・縮重合させて得られるシリカ系微粒子であり、しかも該シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の量を調整したものであることが好ましい。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表す。また、nは0〜3の整数である。)
The basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is preferably at least one selected from ammonia, ammonium hydroxide and a quaternary ammonium compound.
Moreover, it is preferable that the said silica type fine particle contains the said basic catalyst component in the range of 200-1100 weight ppm.
Further, the silica-based fine particles are silica-based fine particles obtained by hydrolysis / condensation polymerization of an alkoxysilane represented by the following general formula (I) in the presence of the basic catalyst component, and the silica-based fine particles It is preferable to adjust the amount of the basic catalyst component contained therein.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. Represents an alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and n is an integer of 0 to 3.)
前記珪素化合物は、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物が加水分解された反応物であり、しかも該反応物の少なくとも一部が前記シリカ系微粒子の外部表面およびその細孔内表面に結合していることが好ましい。
また、前記珪素化合物は、ポリスチレン換算基準で400〜3000の数平均分子量を有することが好ましい。
The silicon compound is a reaction product obtained by hydrolyzing the organosilicon compound by at least the basic catalyst component released from the silica-based fine particles, and at least a part of the reaction product is an outer surface of the silica-based fine particles. And preferably bonded to the inner surface of the pore.
Moreover, it is preferable that the said silicon compound has a number average molecular weight of 400-3000 on a polystyrene conversion standard.
前記酸発生剤は、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネートおよびビス(4−t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタンから選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記酸発生剤は、該酸発生剤をXで表し、さらに前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分をYで表したとき、そのモル比(X/Y)が0.02〜0.50となる範囲で含むことが好ましい。
The acid generator may be at least one selected from triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium p-toluenesulfonate, and bis (4-t-butylphenylsulfonyl) diazomethane. preferable.
Further, when the acid generator is represented by X and the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is represented by Y, the molar ratio (X / Y) is 0.02 to 0.02. It is preferable to include in the range which becomes 0.50.
前記液状組成物は、さらにプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびヘキシレングリコールから選ばれた少なくとも1種の有機溶媒を含むことが好ましい。
また、前記液状組成物は、さらにトリエタノールアミン、トリエチルアミンおよびトリ-n−ブチルアミンから選ばれた少なくとも1種のアミン化合物を含むことが好ましい。
さらに、前記アミン化合物は、該アミン化合物をZで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(Z/X)が0.01〜1.0となる範囲で含むことが好ましい。
The liquid composition preferably further contains at least one organic solvent selected from propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate and hexylene glycol.
The liquid composition preferably further contains at least one amine compound selected from triethanolamine, triethylamine, and tri-n-butylamine.
Furthermore, when the amine compound is represented by Z and the acid generator is represented by X, the amine compound may contain a molar ratio (Z / X) of 0.01 to 1.0. preferable.
前記液状組成物は、さらにアントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセン、9,10−ジブトキシアントラセンから選ばれた少なくとも1種の増感剤を含むことが好ましい。
また、前記増感剤は、該増感剤をWで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(W/X)が0.05〜0.7となる範囲で含むことが好ましい。
The liquid composition was further selected from anthracene, 9,10-diphenylanthracene, 9,10-dimethoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10-dipropoxyanthracene, and 9,10-dibutoxyanthracene. It is preferable to include at least one sensitizer.
In addition, the sensitizer includes the sensitizer in a range where the molar ratio (W / X) is 0.05 to 0.7 when the sensitizer is represented by W and the acid generator is represented by X. It is preferable.
本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液の調製方法は、パターニング特性を備えたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなる塗布液を調製する方法であって、
(a)下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを塩基性触媒成分の存在下で加水分解・縮重合させて得られたシリカ系微粒子の水−アルコール系分散液を限外濾過装置にかけて、前記塩基性触媒成分の含有量を調整したシリカ系微粒子の水−アルコール系分散液を調製する工程、
(b)前記シリカ系微粒子を含む水―アルコール分散液に、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランおよび下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物またはその部分加水分解物を含む水分散液を混合したのち、30〜80℃の温度に加熱して、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物を加水分解して得られる珪素化合物と、前記塩基性触媒成分を含むシリカ系微粒子とを含有する水系混合液を調製する工程、
(c)前記水系混合液中に含まれる水分およびアルコール成分を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびヘキシレングリコールから選ばれた少なくとも1種の有機溶媒と溶媒置換して、有機溶媒系混合液を調製する工程、および
(d)前記有機溶媒系混合液に、紫外線照射により酸を発生する酸発生剤を混合して、少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物および前記酸発生剤を含有する液状組成物を調製する工程
を含むことを特徴としている。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
RnSiX4-n ・・・ (II)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、Xはハロゲン原子を表す。また、nは0〜3の整数である。)
A method for preparing a coating liquid for forming a silica-based coating film according to the present invention is a method for preparing a coating liquid comprising a liquid composition for forming a silica-based coating film having patterning characteristics,
(A) A water-alcohol dispersion of silica-based fine particles obtained by hydrolysis / condensation polymerization of an alkoxysilane represented by the following general formula (I) in the presence of a basic catalyst component is passed through an ultrafiltration device. A step of preparing a water-alcohol dispersion of silica-based fine particles in which the content of the basic catalyst component is adjusted,
(B) In the water-alcohol dispersion containing the silica-based fine particles, at least one selected from an alkoxysilane represented by the following general formula (I) and a halogenated silane represented by the following general formula (II): After mixing an aqueous dispersion containing an organosilicon compound or a partial hydrolyzate thereof, the organosilicon compound is heated at a temperature of 30 to 80 ° C., and at least the organosilicon compound is released by the basic catalyst component released from the silica-based fine particles. A step of preparing an aqueous mixed solution containing a silicon compound obtained by hydrolysis and silica-based fine particles containing the basic catalyst component;
(C) Solvent substitution with water and alcohol components contained in the aqueous mixture with at least one organic solvent selected from propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate and hexylene glycol A step of preparing an organic solvent mixture, and (d) mixing an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet light into the organic solvent mixture, so that at least the silica fine particles, the silicon compound, and It includes a step of preparing a liquid composition containing the acid generator.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
R n SiX 4-n (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and X represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3.)
前記工程(a)で使用される塩基性触媒成分は、アンモニア、水酸化アンモニウムおよび第4級アンモニウム化合物から選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
また、前記工程(a)から得られるシリカ系微粒子は、前記塩基性触媒成分を200〜1100重量ppmの範囲で含有することが好ましい。
さらに、前記工程(c)から得られるシリカ系微粒子は、前記塩基性触媒成分を10〜800重量ppmの範囲で含有することが好ましい。
The basic catalyst component used in the step (a) is preferably at least one selected from ammonia, ammonium hydroxide and a quaternary ammonium compound.
Moreover, it is preferable that the silica type fine particle obtained from the said process (a) contains the said basic catalyst component in the range of 200-1100 weight ppm.
Furthermore, the silica-based fine particles obtained from the step (c) preferably contain the basic catalyst component in a range of 10 to 800 ppm by weight.
前記工程(d)で使用される酸発生剤は、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネートおよびビス(4−t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタンから選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
さらに、前記工程(d)において前記酸発生剤は、該酸発生剤をXで表し、さらに前記工程(b)から得られるシリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分をYで表したとき、そのモル比(X/Y)が0.02〜0.50となるような割合で混合することが好ましい。
The acid generator used in the step (d) is selected from triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium p-toluenesulfonate, and bis (4-t-butylphenylsulfonyl) diazomethane. Preferably, at least one kind is used.
Furthermore, when the acid generator in the step (d) represents the acid generator by X, and the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles obtained from the step (b) is represented by Y, It is preferable to mix in such a ratio that the molar ratio (X / Y) is 0.02 to 0.50.
前記工程(d)から得られる液状組成物には、さらにトリエタノールアミン、トリエチルアミンおよびトリ-n−ブチルアミンから選ばれた少なくとも1種のアミン化合物を混合することが好ましい。
また、前記アミン化合物は、該アミン化合物をZで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(Z/X)が0.01〜1.0となるような割合で混合することが好ましい。
It is preferable that the liquid composition obtained from the step (d) is further mixed with at least one amine compound selected from triethanolamine, triethylamine and tri-n-butylamine.
The amine compound is mixed in such a ratio that when the amine compound is represented by Z and the acid generator is represented by X, the molar ratio (Z / X) is 0.01 to 1.0. It is preferable to do.
前記工程(d)から得られる液状組成物には、さらにアントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセン、9,10−ジブトキシアントラセンから選ばれた少なくとも1種の増感剤を混合することが好ましい。
また、前記増感剤は、該増感剤をWで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(W/X)が0.05〜0.7となるような割合で混合することが好ましい。
The liquid composition obtained from the step (d) further includes anthracene, 9,10-diphenylanthracene, 9,10-dimethoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10-dipropoxyanthracene, 9,10. -It is preferable to mix at least one sensitizer selected from dibutoxyanthracene.
The sensitizer is a ratio such that when the sensitizer is represented by W and the acid generator is represented by X, the molar ratio (W / X) is 0.05 to 0.7. It is preferable to mix with.
本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液によれば、フォトレジストを用いたパターニング法を採用しなくても、それ自体がパターニング特性を備えたシリカ系塗膜を形成することができ、しかも比較的高い塗膜強度と比較的低い比誘電率を有し、さらには表面平坦性、耐クラック性、耐熱性などに優れたシリカ系塗膜を形成することができる。
さらに詳しく述べれば、次のような特性を備えたシリカ系塗膜、特にシリカ系絶縁膜を基板上に容易に形成することができる。
According to the coating liquid for forming a silica-based coating film according to the present invention, it is possible to form a silica-based coating film that itself has patterning characteristics without adopting a patterning method using a photoresist. A silica-based coating film having a relatively high coating film strength and a relatively low relative dielectric constant and excellent in surface flatness, crack resistance, heat resistance, and the like can be formed.
More specifically, a silica-based coating film having the following characteristics, particularly a silica-based insulating film, can be easily formed on the substrate.
(1)前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、該塗布液を基板上に塗布して乾燥させたシリカ系塗膜上にパターニング用マスクを載せて紫外線を照射したのち、該塗膜を加熱処理して現像すると、従来のフォトレジストを用いなくとも、所望のパターニングを施したシリカ系塗膜を得ることができる。これにより、従来公知の方法で採用されてきた、煩雑なフォトレジストの形成操作や除去・洗浄操作、さらには塗膜のエッチング操作を行うことが省略できるので、極めて経済的である。
(2)前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、ヤング弾性率が3.0 GPa以上、好ましくは5.0 GPa以上の比較的高い塗膜強度と、4.0以下、好ましくは3.5以下の比較的低い比誘電率を有するシリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)を得ることができる。
(1) If the coating liquid for forming a silica-based coating film is used, a patterning mask is placed on the silica-based coating film obtained by applying the coating liquid onto a substrate and dried, and then irradiated with ultraviolet rays. When developing with heat treatment, a silica-based coating film having a desired patterning can be obtained without using a conventional photoresist. Thereby, it is possible to omit the complicated photoresist forming operation, removal / cleaning operation, and coating film etching operation, which have been employed in a conventionally known method, and it is extremely economical.
(2) When the silica-based coating film forming coating solution is used, a relatively high coating film strength with Young's modulus of 3.0 GPa or more, preferably 5.0 GPa or more, and 4.0 or less, preferably 3 A silica-based coating film having a relatively low relative dielectric constant of 5 or less (particularly, a coating film in an ultraviolet non-irradiated region) can be obtained.
(3)前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、塗膜の表面に研磨処理などを施さなくとも、その表面粗さ(Rms)が5.0nm以下である平滑な表面を有するシリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)を得ることができる。
(4)前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、たとえ比較的厚い塗膜(ただし、5μm以下)を基板上に形成しても、その表面にクラックやピンホールなどの発生が認められないシリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)を得ることができる。
(3) If the coating liquid for forming a silica-based coating film is used, a silica-based surface having a smooth surface with a surface roughness (Rms) of 5.0 nm or less without subjecting the surface of the coating film to polishing treatment or the like. A coating film (particularly, a coating film in an ultraviolet non-irradiated region) can be obtained.
(4) If the silica-based coating film forming coating solution is used, even if a relatively thick coating film (5 μm or less) is formed on the substrate, cracks or pinholes are observed on the surface. A silica-based coating film (particularly, a coating film in an ultraviolet non-irradiated region) can be obtained.
(5)前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、たとえ比較的高い温度(ただし、400℃以下)の雰囲気下に該塗膜を晒しても、その塗膜に劣化が認められないシリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)を得ることができる。
(6)前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、上記の性状のほかに、半導体基板などの塗膜形成面との密着性や耐アルカリ性などの耐薬品性に優れ、さらには耐酸素プラズマ性やエッチング加工性などのプロセス適合性においても優れた特性を備えたシリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)を得ることができる。
(5) If the coating liquid for forming a silica-based coating film is used, even if the coating film is exposed to an atmosphere at a relatively high temperature (400 ° C. or less), the coating film is not deteriorated. A system coating film (particularly, a coating film in an ultraviolet non-irradiated region) can be obtained.
(6) If the above-mentioned coating liquid for forming a silica-based coating film is used, in addition to the above properties, it has excellent chemical resistance such as adhesion to a coating film-forming surface such as a semiconductor substrate and alkali resistance, and oxygen resistance. A silica-based coating film (particularly, a coating film in an ultraviolet non-irradiated region) having excellent characteristics in process compatibility such as plasma property and etching processability can be obtained.
以下、本発明によるシリカ系塗膜形成用塗布液およびその調製方法について具体的に説明する。 Hereinafter, the coating liquid for forming a silica-based coating film and the preparation method thereof according to the present invention will be specifically described.
[シリカ系塗膜形成用塗布液]
本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液は、パターニング特性を備えたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなる塗布液であって、
塩基性触媒成分を含有するシリカ系微粒子、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランおよび下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物を加水分解して得られる珪素化合物および紫外線照射により酸を発生する酸発生剤とを含むものである。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
RnSiX4-n ・・・ (II)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、Xはハロゲン原子を表す。また、nは0〜3の整数である。)
[Coating liquid for forming silica-based coating film]
The coating liquid for forming a silica-based coating film according to the present invention is a coating liquid composed of a liquid composition for forming a silica-based coating film having patterning characteristics,
At least one organic silicon compound selected from silica-based fine particles containing a basic catalyst component, alkoxysilane represented by the following general formula (I) and halogenated silane represented by the following general formula (II) is added. It contains a silicon compound obtained by decomposition and an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet rays.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
R n SiX 4-n (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and X represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3.)
前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分としては、アンモニア、水酸化アンモニウムおよび第4級アンモニウム化合物から選ばれた少なくとも1種の化合物を使用することが好ましく、この中でもアンモニアまたは水酸化アンモニウムを使用することが望ましい。これは、これらの塩基性触媒成分を含むシリカ系微粒子を加熱すると、該塩基性触媒成分が前記シリカ系微粒子中から放出され易いからである。
また、前記シリカ系微粒子は、前記塩基性触媒成分を10〜800重量ppmの範囲で含むことが好ましい。ここで、前記塩基性触媒成分の含有量が10重量ppm未満であると、後述するパターニング処理工程で塗膜に紫外線を照射した時に、紫外線照射領域で酸発生剤から発生する酸と反応可能な塩基性触媒成分が少なすぎるため、発生した酸が該紫外線照射領域の塗膜中に残ってしまい、結果としてこの残余の酸によって該塗膜中に含まれる前記珪素化合物の架橋を進ませてしまうことがあるので、鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなる。また、前記含有量が800重量ppmを超えると、塩基性触媒成分が多すぎるため、この塩基性触媒成分によって前記紫外線照射領域で前記珪素化合物の架橋を進めないためには、該塩基性触媒成分と充分に反応できるだけの酸が必要となり、結果として前記酸発生剤の量を増やす必要があるので、経済的に好ましくない。さらに、紫外線非照射量域に残留する酸発生剤の量が増えるため、最終的に得られる塗膜の誘電率を増加させてしまう可能性があり、また前記酸発生剤の量を増やさなかった場合には、少ない酸発生剤で塩基性触媒成分と充分に反応できるだけの酸を発生させる必要があるため、紫外線の照射量を増やすことが必要となるので、好ましくない。
As the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles, it is preferable to use at least one compound selected from ammonia, ammonium hydroxide and a quaternary ammonium compound. Among these, ammonia or ammonium hydroxide is preferably used. It is desirable to use it. This is because when the silica-based fine particles containing these basic catalyst components are heated, the basic catalyst components are easily released from the silica-based fine particles.
The silica-based fine particles preferably include the basic catalyst component in a range of 10 to 800 ppm by weight. Here, when the content of the basic catalyst component is less than 10 ppm by weight, it can react with the acid generated from the acid generator in the ultraviolet irradiation region when the coating film is irradiated with ultraviolet rays in the patterning process described later. Since the amount of the basic catalyst component is too small, the generated acid remains in the coating film in the ultraviolet irradiation region, and as a result, the residual acid promotes the crosslinking of the silicon compound contained in the coating film. In some cases, it becomes difficult to form a clear pattern on the substrate. In addition, when the content exceeds 800 ppm by weight, the basic catalyst component is too much. Therefore, in order to prevent the basic catalyst component from proceeding crosslinking of the silicon compound in the ultraviolet irradiation region, the basic catalyst component This is not economically preferable because an acid capable of sufficiently reacting with the acid generator is required, and as a result, the amount of the acid generator needs to be increased. Further, since the amount of the acid generator remaining in the ultraviolet non-irradiation amount region increases, there is a possibility of increasing the dielectric constant of the finally obtained coating film, and the amount of the acid generator was not increased. In such a case, it is necessary to generate an acid capable of sufficiently reacting with the basic catalyst component with a small amount of an acid generator.
さらに、前記シリカ系微粒子は、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを前記塩基性触媒成分の存在下で加水分解・縮重合させて得られるシリカ系微粒子であり、しかも該シリカ系微粒子中に含まれる前記塩基性触媒成分の量を調整したものであることが好ましい。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表す。また、nは0〜3の整数である。)
Furthermore, the silica-based fine particles are silica-based fine particles obtained by hydrolysis / condensation polymerization of an alkoxysilane represented by the following general formula (I) in the presence of the basic catalyst component, and the silica-based fine particles. It is preferable to adjust the amount of the basic catalyst component contained therein.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. Represents an alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and n is an integer of 0 to 3.)
前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の調整は、200〜1100重量ppmの範囲となるように行うことが好ましい。ここで、前記含有量が200重量ppm未満であると、前記シリカ系微粒子の外部表面付近や細孔内表面付近で前記有機珪素化合物の部分加水分解反応や加水分解反応が余り進まない(すなわち、反応量が少ない)ため、このようにして得られる塗布液を用いてシリカ系被膜を形成した場合、十分な被膜強度が得られず、また1100重量ppmを超えると、前記の部分加水分解反応や加水分解反応が進みすぎるため、得られる塗布液の保存安定性が悪くなるので好ましくない。
また、前記シリカ系微粒子は、平均粒子径が5〜500nmの範囲にあることが好ましい。ここで、前記平均粒子径が5nm未満であると、フィラーとしての効果を十分に発揮することができないため、塗膜の強度向上という面で問題となり、また前記平均粒子径が500nmを超えると、均一な分散液状態で保存しておくことが困難となるので、好ましくない。
The basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is preferably adjusted so as to be in the range of 200 to 1100 ppm by weight. Here, when the content is less than 200 ppm by weight, the partial hydrolysis reaction or hydrolysis reaction of the organosilicon compound does not proceed so much in the vicinity of the outer surface of the silica-based fine particles or the surface of the pores (that is, Therefore, when a silica-based coating is formed using the coating solution thus obtained, sufficient coating strength cannot be obtained, and if it exceeds 1100 ppm by weight, the partial hydrolysis reaction or Since the hydrolysis reaction proceeds excessively, the storage stability of the resulting coating solution is deteriorated, which is not preferable.
The silica-based fine particles preferably have an average particle diameter in the range of 5 to 500 nm. Here, when the average particle diameter is less than 5 nm, the effect as a filler cannot be sufficiently exhibited, so that there is a problem in terms of improving the strength of the coating film, and when the average particle diameter exceeds 500 nm, Since it becomes difficult to preserve | save in a uniform dispersion state, it is not preferable.
前記一般式(I)で表されるアルコキシシランとしては、例えばメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリイソプロポキシシラン、フルオロトリメトキシシラン、フルオロトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジメトキシシラン、ジエトキシシラン、ジフルオロジメトキシシラン、ジフルオロジエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランなどが挙げられる。この中でも、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシランまたはその混合物を使用することが好ましい。 Examples of the alkoxysilane represented by the general formula (I) include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, and octyltrisilane. Methoxysilane, octyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, triisopropoxysilane, fluorotrimethoxysilane, fluorotriethoxysilane , Dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, dimethoxysilane, diethoxysilane, difluorodimeth Examples include xylsilane, difluorodiethoxysilane, trifluoromethyltrimethoxysilane, trifluoromethyltriethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetramethoxysilane. Among these, it is preferable to use methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane or a mixture thereof.
また、前記一般式(II)で表されるハロゲン化シランとしては、例えば、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、n-プロピルトリクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチル-3,3,3-トリフルオロプロピルジクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルプロピルジクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシランなどが挙げられる。この中でも、トリクロロシラン、メチルトリクロロシランまたはその混合物を使用することが好ましい。 Examples of the halogenated silane represented by the general formula (II) include tetrachlorosilane, trichlorosilane, methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, vinyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane, dimethylchlorosilane, 3 , 3,3-trifluoropropyltrichlorosilane, methylvinyldichlorosilane, n-propyltrichlorosilane, trimethylchlorosilane, methyl-3,3,3-trifluoropropyldichlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methylpropyldichlorosilane, phenyltri Examples include chlorosilane, t-butyldimethylchlorosilane, methylphenyldichlorosilane, heptadecafluorodecyltrichlorosilane, and diphenyldichlorosilane. Among these, it is preferable to use trichlorosilane, methyltrichlorosilane, or a mixture thereof.
前記珪素化合物は、前記のアルコキシシランおよびハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物を加水分解して得られるものである。
さらに、前記珪素化合物は、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物が加水分解された反応物であり、しかも該反応物の少なくとも一部が前記シリカ系微粒子の外部表面およびその細孔内表面に結合していることが好ましい。この場合、前記有機珪素化合物の加水分解は、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の他に、前記有機珪素化合物を含む水―アルコール系分散液中に外部から所望の塩基性触媒成分および/または酸性触媒成分を添加して行わせてもよい。
また、前記珪素化合物は、ポリスチレン換算基準で400〜3000の数平均分子量を有することが好ましい。
The silicon compound is obtained by hydrolyzing at least one organic silicon compound selected from the above alkoxysilanes and halogenated silanes.
Further, the silicon compound is a reaction product obtained by hydrolyzing the organosilicon compound by at least the basic catalyst component released from the silica-based fine particles, and at least a part of the reaction product is formed of the silica-based fine particles. It is preferably bonded to the outer surface and the inner surface of the pore. In this case, the hydrolysis of the organosilicon compound is carried out by adding a desired basic catalyst component from the outside into the water-alcohol dispersion containing the organosilicon compound in addition to the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles. And / or an acidic catalyst component may be added.
Moreover, it is preferable that the said silicon compound has a number average molecular weight of 400-3000 on a polystyrene conversion standard.
前記シリカ系微粒子と前記珪素化合物との含有割合は、前記シリカ系微粒子の重量(SiO2換算基準)をAで表し、さらに前記珪素化合物の重量(SiO2換算基準)をBで表したとき、その重量比(A/B)が1/9〜9/1、好ましくは4/6〜6/4の範囲にあることが好ましい。ここで、前記重量比が1/9未満であると、最終的に得られる塗膜(紫外線の非照射部分)の耐クラック性が悪くなり、また前記重量比が9/1を超えると、前記塗膜の比誘電率が高まることになるので、好ましくない。 The content ratio of the silica-based fine particles and the silicon compound is expressed by the weight of the silica-based fine particles (SiO 2 conversion standard) as A, and the weight of the silicon compound (SiO 2 conversion standard) as B, The weight ratio (A / B) is preferably in the range of 1/9 to 9/1, preferably 4/6 to 6/4. Here, when the weight ratio is less than 1/9, crack resistance of the finally obtained coating film (non-irradiated portion of ultraviolet rays) is deteriorated, and when the weight ratio exceeds 9/1, Since the dielectric constant of a coating film will increase, it is not preferable.
前記酸発生剤としては、該酸発生剤を含む塗膜に紫外線を照射した時に分解して酸を発生するものであれば特に制限なく使用することができ、その具体例としては、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパ−フルオロ−nーオクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−(ビシクロ〔2.2.1〕ヘプタンー2−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムピレンスルホネート、トリフェニルスルホニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム4−トルエンスルホネート、トリフェニルスルホニウムベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウムn−オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウム4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロベンゼンスルホネート、(4−フルオロフェニル)ジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、(4−フルオロフェニル)ジフェニルスルホニウムノナフルオローn−ブタンスルホネート、(4−フルオロフェニル)ジフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウムノナフルオローn−ブタンスルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウム10−カンファースルホネート、トリス(4−フルオロフェニル)スルホニウム4−トルエンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム2,4−ジフルオロベンゼンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウム4−トリフルオロメチルベンゼンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキサンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−クロロベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル・4−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキサンスルホニル・4−トルエンスルホニルジアゾメタン、シクロヘキサンスルホニル・1,1−ジメチルエタンスルホニルジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1−メチルエタンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,4−ジオキサスピロ〔4.5〕デカン−7−スルホニル)ジアゾメタンなどを挙げることができる。この中でも、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネートおよびビス(4−t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタンから選ばれた少なくとも1種を使用することが好ましい。 As the acid generator, any acid generator can be used without particular limitation as long as it decomposes when the coating film containing the acid generator is irradiated with ultraviolet rays to generate an acid, and specific examples thereof include triphenylsulfonium. Trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, triphenylsulfonium perfluoro-n-octanesulfonate, triphenylsulfonium 2- (bicyclo [2.2.1] heptan-2-yl) -1,1 2,2-tetrafluoroethanesulfonate, triphenylsulfonium pyrenesulfonate, triphenylsulfonium n-dodecylbenzenesulfonate, triphenylsulfonium 4-toluenesulfonate, triphenylsulfoniumbenzenesulfonate, triphenyls Honium 10-camphorsulfonate, triphenylsulfonium n-octanesulfonate, triphenylsulfonium 2-trifluoromethylbenzenesulfonate, triphenylsulfonium 4-trifluoromethylbenzenesulfonate, triphenylsulfonium naphthalenesulfonate, triphenylsulfonium perfluorobenzenesulfonate, (4-Fluorophenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, (4-fluorophenyl) diphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, (4-fluorophenyl) diphenylsulfonium 10-camphor sulfonate, tris (4-fluorophenyl) sulfonium trifluoro Lomethanesulfonate, tris (4-fluoroph Nyl) sulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, tris (4-fluorophenyl) sulfonium 10-camphor sulfonate, tris (4-fluorophenyl) sulfonium 4-toluenesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium 2,4-difluorobenzenesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium 4-trifluoromethylbenzenesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium p-toluene Sulfonate, bis (trifluoromethanesulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexanesulfonyl) diazomethane, bis (phenylsulfonyl) ) Diazomethane, bis (4-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylbenzenesulfonyl) diazomethane, bis (4-t-butylphenylsulfonyl) diazomethane, bis (4-chlorobenzenesulfonyl) diazomethane, methylsulfonyl 4- Toluenesulfonyldiazomethane, cyclohexanesulfonyl, 4-toluenesulfonyldiazomethane, cyclohexanesulfonyl, 1,1-dimethylethanesulfonyldiazomethane, bis (1,1-dimethylethanesulfonyl) diazomethane, bis (1-methylethanesulfonyl) diazomethane, bis (1 , 4-dioxaspiro [4.5] decane-7-sulfonyl) diazomethane. Among these, it is preferable to use at least one selected from triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium p-toluenesulfonate, and bis (4-t-butylphenylsulfonyl) diazomethane.
また、前記酸発生剤は、該酸発生剤をXで表し、さらに前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分をYで表したとき、そのモル比(X/Y)が0.02〜0.50、好ましくは0.05〜0.3となる範囲で含むことが望ましい。ここで、前記モル比が0.02未満であると、乾燥塗膜に紫外線を照射しても発生する酸の量が少ないため、紫外線照射領域に架橋の進んだ珪素化合物が残ってしまって鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなり、また前記モル比が0.5を超えると、発生する酸の量が多くなり過ぎるため、紫外線非照射領域への酸の滲みだしが多くなり、さらに紫外線照射領域においても塩基性触媒成分やアミン化合物と反応せずに残った酸によって前記珪素化合物の架橋を進ませてしまったりするので、好ましくない。 Further, when the acid generator is represented by X and the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is represented by Y, the molar ratio (X / Y) is 0.02 to 0.02. It is desirable to include in the range of 0.50, preferably 0.05 to 0.3. Here, when the molar ratio is less than 0.02, the amount of acid generated even when the dried coating film is irradiated with ultraviolet rays is small, so that a silicon compound that has undergone cross-linking remains in the ultraviolet irradiation region. It is difficult to form a simple pattern on the substrate, and when the molar ratio exceeds 0.5, the amount of acid generated is excessive, so that the acid oozes out into the non-irradiated region, Further, even in the ultraviolet irradiation region, it is not preferable because crosslinking of the silicon compound is promoted by the remaining acid without reacting with the basic catalyst component or the amine compound.
前記液状組成物中には、さらに有機溶媒を含むことが好ましい。この有機溶媒は、250℃以下の温度で蒸発するものであれば、特に制限なく使用することができるが、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびヘキシレングリコールから選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。 The liquid composition preferably further contains an organic solvent. The organic solvent can be used without particular limitation as long as it evaporates at a temperature of 250 ° C. or lower, and is selected from propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate and hexylene glycol. Preferably, at least one selected from the above is used.
また、前記液状組成物中には、さらにアミン化合物を含むことが好ましい。このアミン化合物としては、紫外線の照射により酸発生剤から生じた酸が紫外線の非照射領域の塗膜中に拡散するのを防止できれば特に制限なく使用することができ、その具体例としては、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、ジ−n−ヘキシルアミン、ジ−n−ヘプチルアミン、ジ−n−オクチルアミン、ジ−n−ノニルアミン、ジ−n−デシルアミン、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、トリ−n−ノニルアミン、トリ−n−デシルアミン、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、1−ナフチルアミンなどが挙げられる。この中でも、トリエタノールアミン、トリエチルアミンおよびトリ-n−ブチルアミンから選ばれた少なくとも1種のアミン化合物を使用することが好ましい。すなわち、このアミン化合物を前記液状組成物中に含ませておくと、前記酸発生剤から生じた酸がパターニング用マスクの下部に位置する紫外線の非照射領域に拡散するのを防止できるので、所望する鮮明なパターンを前記塗膜上に形成することができる。 The liquid composition preferably further contains an amine compound. The amine compound can be used without particular limitation as long as the acid generated from the acid generator upon irradiation with ultraviolet rays can be prevented from diffusing into the coating film in the non-irradiated region of ultraviolet rays. -Hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine, n-decylamine, di-n-butylamine, di-n-pentylamine, di-n-hexylamine, di-n-heptylamine, di -N-octylamine, di-n-nonylamine, di-n-decylamine, triethanolamine, triethylamine, tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, tri-n-pentylamine, tri-n-hexylamine , Tri-n-heptylamine, tri-n-octylamine, tri-n-nonylamine, tri-n-decylami , Aniline, N- methylaniline, N, N- dimethylaniline, 2-methylaniline, 3-methylaniline, 4-methylaniline, 4-nitroaniline, diphenylamine, triphenylamine, and 1-naphthylamine. Among these, it is preferable to use at least one amine compound selected from triethanolamine, triethylamine, and tri-n-butylamine. That is, if this amine compound is contained in the liquid composition, the acid generated from the acid generator can be prevented from diffusing into the non-irradiated region of ultraviolet light located under the patterning mask. A clear pattern can be formed on the coating film.
また、前記アミン化合物は、該アミン化合物をZで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(Z/X)が0.01〜1.0、好ましくは0.05〜0.5となる範囲で含むことが望ましい。ここで、前記モル比が0.01未満であると、紫外線照射領域で発生した酸が紫外線非照射領域に滲みだすのを防止できなくなるため、鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなり、また前記モル比が1.0を超えると、乾燥塗膜に紫外線を照射しても発生する酸の量が不足するため、紫外線照射領域に架橋の進んだ珪素化合物が残ってしまって鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなる。
さらに詳しく述べれば、前記アミン化合物は、紫外線の照射領域で前記酸発生剤から生じた酸が、前記シリカ系微粒子から放出される塩基性触媒成分と該アミン化合物によって丁度中和される程度の量を添加することが望ましい。これは、前記酸が過剰に存在すると、この過剰な酸により紫外線照射領域の塗膜に含まれる前記珪素化合物の架橋が進んでしまうこととなり、また前記アミン化合物が過剰に存在すると、この過剰なアミン化合物により紫外線照射領域の塗膜に含まれる前記珪素化合物の架橋が進んでしまうことになるので、前記塗膜上に所望の鮮明なパターンを形成することができなくなるためである。
The amine compound is represented by Z, and when the acid generator is represented by X, the molar ratio (Z / X) is 0.01 to 1.0, preferably 0.05 to It is desirable to include in the range which becomes 0.5. Here, when the molar ratio is less than 0.01, it becomes impossible to prevent the acid generated in the ultraviolet irradiation region from oozing into the non-ultraviolet irradiation region, and it becomes difficult to form a clear pattern on the substrate. In addition, when the molar ratio exceeds 1.0, the amount of acid generated even when the dried coating film is irradiated with ultraviolet rays is insufficient, so that a silicon compound with advanced crosslinking remains in the ultraviolet irradiation region, which is clear. It becomes difficult to form a pattern on a substrate.
More specifically, the amine compound is in such an amount that the acid generated from the acid generator in the ultraviolet irradiation region is just neutralized by the basic catalyst component released from the silica-based fine particles and the amine compound. It is desirable to add. This is because if the acid is present in excess, the excess acid will cause crosslinking of the silicon compound contained in the coating film in the ultraviolet irradiation region, and if the amine compound is present in excess, this excess This is because crosslinking of the silicon compound contained in the coating film in the ultraviolet irradiation region is promoted by the amine compound, so that a desired clear pattern cannot be formed on the coating film.
また、前記液状組成物中には、さらに増感剤を含むことが好ましい。この増感剤としては、少なくとも300〜480nmの波長域における紫外線を吸収して、前記酸発生剤に対する電子供与性を有するものであれば特に制限なく使用することができ、その具体例としては、ビフェニル、1,4−ジメチルナフタレン、9−フルオレノン、フルオレン、フェナントレン、トリフェニレン、ピレン、アントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセン、9,10−ジブトキシアントラセン、ベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、アセトフェノン、4−メトキシアセトフェノン、ベンズアルデヒドなどの芳香族化合物などが挙げられる。この中でも、アントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセンおよび9,10−ジブトキシアントラセンから選ばれた少なくとも1種の芳香族化合物を使用することが好ましい。 Moreover, it is preferable that a sensitizer is further contained in the liquid composition. As this sensitizer, it can be used without particular limitation as long as it absorbs ultraviolet rays in a wavelength range of at least 300 to 480 nm and has an electron donating property to the acid generator. Biphenyl, 1,4-dimethylnaphthalene, 9-fluorenone, fluorene, phenanthrene, triphenylene, pyrene, anthracene, 9,10-diphenylanthracene, 9,10-dimethoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10-di Examples thereof include aromatic compounds such as propoxyanthracene, 9,10-dibutoxyanthracene, benzophenone, 4,4′-dimethoxybenzophenone, acetophenone, 4-methoxyacetophenone, and benzaldehyde. Among these, at least one selected from anthracene, 9,10-diphenylanthracene, 9,10-dimethoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10-dipropoxyanthracene, and 9,10-dibutoxyanthracene. Preference is given to using aromatic compounds.
また、前記増感剤は、該増感剤をWで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(W/X)が0.05〜0.7、好ましくは0.1〜0.5となる範囲で含むことが望ましい。ここで、前記モル比が0.05未満であると、前記増感剤による増感機能(すなわち、少なくとも300〜480nmの波長域を有する紫外線を吸収してその紫外線のエネルギーにより前記酸発生剤を分解する機能)を充分に果たすことができなくなるため、鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなる場合がある。ただし、以下で述べる紫外線ランプを使用する場合にはこの限りでない。また、前記モル比が0.7を超えると、前記増感剤による紫外線の吸収量が多くなり過ぎて、このように吸収された紫外線のエネルギーにより前記酸発生剤が過度に分解して酸の発生量が必要以上に多くなることがあるため、紫外線非照射領域への酸の滲みだしが多くなったり、あるいは塗膜中に残存する酸の量が増大したりして、鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなる場合がある。
しかし、本発明に係る液状組成物においては、該液状組成物中に前記増感剤を含ませることは必ずしも必要でない。すなわち、300nm未満の低波長域、特に254nm付近の波長域を含む紫外線を照射可能な紫外線ランプ(たとえば、波長254nm付近の紫外線をフィルターでカットしていない紫外線ランプや、低圧水銀ランプ、水銀キセノンランプなど)を用いて塗膜に紫外線を照射できる環境があれば、該液状組成物中に前記増感剤を含んでいなくとも、基板上に鮮明なパターンを形成することができる。
Further, when the sensitizer is represented by W and the acid generator is represented by X, the molar ratio (W / X) is 0.05 to 0.7, preferably 0.8. It is desirable to include in the range which becomes 1-0.5. Here, when the molar ratio is less than 0.05, the sensitizing function of the sensitizer (that is, the ultraviolet light having a wavelength range of at least 300 to 480 nm is absorbed and the acid generator is absorbed by the energy of the ultraviolet light. In this case, it may be difficult to form a clear pattern on the substrate. However, this is not the case when an ultraviolet lamp described below is used. Further, if the molar ratio exceeds 0.7, the amount of ultraviolet light absorbed by the sensitizer is excessively increased, and the acid generator is excessively decomposed by the energy of ultraviolet light absorbed in this manner, thereby Since the generated amount may be larger than necessary, the acid oozes out into the ultraviolet non-irradiated region, or the amount of acid remaining in the coating increases, resulting in a clear pattern on the substrate. It may be difficult to form on top.
However, in the liquid composition according to the present invention, it is not always necessary to include the sensitizer in the liquid composition. That is, an ultraviolet lamp capable of irradiating ultraviolet rays including a low wavelength region of less than 300 nm, particularly including a wavelength region of about 254 nm (for example, an ultraviolet lamp in which ultraviolet rays of about 254 nm wavelength are not cut by a filter, a low pressure mercury lamp, a mercury xenon lamp) Etc.), a clear pattern can be formed on the substrate even if the sensitizer is not included in the liquid composition.
前記液状組成物中に含まれる固形分(主に、珪素含有成分)の含有量は、その使用用途によっても異なるが、該組成物の重量に対し2〜60重量%、好ましくは10〜50重量%の範囲となるように調整することが望ましい。ここで、前記含有量が60重量%を超えると、前記組成物の経時安定性が悪くなり、また前記含有量が2重量%未満であると、均一な塗膜を基板上に形成することが難しくなる。
さらに、本発明においては、前記液状組成物中にレベリング剤としての界面活性剤やポリシリコーン樹脂などが添加されていてもよい。前記界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンジメチルポリシロキサン等のシリコーン系界面活性剤やパーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物等のフッ素系界面活性剤などが挙げられ、また前記ポリシリコーン樹脂としては、ポリエーテル変性シリコーン樹脂、アミノ変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、アルコキシ変性樹脂などが挙げられる。この中でも、ポリシリコーン樹脂を使用することが好ましい。
The solid content (mainly silicon-containing component) contained in the liquid composition varies depending on the intended use, but is 2 to 60% by weight, preferably 10 to 50% by weight based on the weight of the composition. It is desirable to adjust so that it may become the range of%. Here, when the content exceeds 60% by weight, the temporal stability of the composition is deteriorated, and when the content is less than 2% by weight, a uniform coating film can be formed on the substrate. It becomes difficult.
Furthermore, in the present invention, a surfactant as a leveling agent, a polysilicon resin, or the like may be added to the liquid composition. Examples of the surfactant include silicone-based surfactants such as polyoxyalkylene dimethylpolysiloxane and fluorine-based surfactants such as perfluoroalkylcarboxylates and perfluoroalkylethylene oxide adducts. Examples of silicone resins include polyether-modified silicone resins, amino-modified silicone resins, epoxy-modified silicone resins, and alkoxy-modified resins. Among these, it is preferable to use a polysilicone resin.
以下に、本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液の調製方法について具体的に説明するが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。
[シリカ系塗膜形成用塗布液の調製方法]
本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液の調製方法は、パターニング特性を備えたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなる塗布液を調製する方法であって、
(a)下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを塩基性触媒成分の存在下で加水分解・縮重合させて得られたシリカ系微粒子の水−アルコール系分散液を限外濾過装置にかけて、前記塩基性触媒成分の含有量を調整したシリカ系微粒子の水−アルコール系分散液を調製する工程、
(b)前記シリカ系微粒子を含む水―アルコール分散液に、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランおよび下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物またはその部分加水分解物を含む水分散液を混合したのち、30〜80℃の温度に加熱して、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物を加水分解して得られる珪素化合物と、前記塩基性触媒成分を含むシリカ系微粒子とを含有する水系混合液を調製する工程、
(c)前記水系混合液中に含まれる水分およびアルコール成分を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびヘキシレングリコールから選ばれた少なくとも1種の有機溶媒と溶媒置換して、有機溶媒系混合液を調製する工程、および
(d)前記有機溶媒系混合液に、紫外線照射により酸を発生する酸発生剤を混合して、少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物および前記酸発生剤を含有する液状組成物を調製する工程
を含むものである。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
RnSiX4-n ・・・ (II)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、Xはハロゲン原子を表す。また、nは0〜3の整数である。)
Although the preparation method of the coating liquid for silica-type coating film formation concerning this invention is demonstrated concretely below, this invention is not necessarily limited to this.
[Method for preparing coating solution for forming silica-based coating film]
A method for preparing a coating liquid for forming a silica-based coating film according to the present invention is a method for preparing a coating liquid comprising a liquid composition for forming a silica-based coating film having patterning characteristics,
(A) A water-alcohol dispersion of silica-based fine particles obtained by hydrolysis / condensation polymerization of an alkoxysilane represented by the following general formula (I) in the presence of a basic catalyst component is passed through an ultrafiltration device. A step of preparing a water-alcohol dispersion of silica-based fine particles in which the content of the basic catalyst component is adjusted,
(B) In the water-alcohol dispersion containing the silica-based fine particles, at least one selected from an alkoxysilane represented by the following general formula (I) and a halogenated silane represented by the following general formula (II): After mixing an aqueous dispersion containing an organosilicon compound or a partial hydrolyzate thereof, the organosilicon compound is heated at a temperature of 30 to 80 ° C., and at least the organosilicon compound is released by the basic catalyst component released from the silica-based fine particles. A step of preparing an aqueous mixed solution containing a silicon compound obtained by hydrolysis and silica-based fine particles containing the basic catalyst component;
(C) Solvent substitution with water and alcohol components contained in the aqueous mixture with at least one organic solvent selected from propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate and hexylene glycol A step of preparing an organic solvent mixture, and (d) mixing an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet light into the organic solvent mixture, so that at least the silica fine particles, the silicon compound, and The method includes a step of preparing a liquid composition containing the acid generator.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
R n SiX 4-n (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and X represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3.)
上記の各工程について具体的に述べれば、以下の通りである。
工程(a)
この工程では、前記アルコキシシランを前記塩基性触媒成分の存在下で加水分解・縮重合させて得られるシリカ系微粒子を含む水―アルコール系分散液を調製するが、その調製方法については、従来公知の方法を採用することができる。すなわち、1)前記アルコキシシランを含む水―アルコール分散液に塩基性触媒成分(例えば、アンモニア)の水溶液を添加した後、得られた加水分解・縮合物を熟成させる方法や、2)前記1)で得られたシリカ系微粒子を、さらにオートクレーブなどの圧力容器中で水熱処理して熟成させる方法などがある。ただし、前記シリカ系微粒子の平均粒子径は、5〜500nmの範囲にあることが好ましい。
The above steps will be specifically described as follows.
Step (a )
In this step, a water-alcohol dispersion containing silica-based fine particles obtained by hydrolyzing and polycondensating the alkoxysilane in the presence of the basic catalyst component is prepared. The method can be adopted. That is, 1) a method in which an aqueous solution of a basic catalyst component (for example, ammonia) is added to a water-alcohol dispersion containing the alkoxysilane, and then the resulting hydrolyzed / condensed product is aged, or 2) the above 1) There is a method in which the silica-based fine particles obtained in (1) are further aged by hydrothermal treatment in a pressure vessel such as an autoclave. However, the average particle diameter of the silica-based fine particles is preferably in the range of 5 to 500 nm.
しかし、本発明方法においては、前記シリカ系微粒子中に含まれる前記塩基性触媒成分の含有量を調整することが必要である。その方法について具体的に述べれば、以下の通りである。ただし、本発明方法は、ここに記載された方法に限定されるものではない。
(1)先ず始めに、上記の方法で得られたシリカ系微粒子を含む水―アルコール系分散液を限外濾過装置にかけてその容量が約2分の1から約5分の1になるまで濃縮して、該分散液中に含まれる前記アルコキシシランの未反応物や中間反応物などを除去する。この場合、前記分散液中に含まれる水、アルコールおよび塩基性触媒成分(例えば、アンモニア)の一部が取り除かれる。
However, in the method of the present invention, it is necessary to adjust the content of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles. Specifically, the method is as follows. However, the method of the present invention is not limited to the method described herein.
(1) First, the water-alcohol-based dispersion containing silica-based fine particles obtained by the above method is subjected to an ultrafiltration device and concentrated until the volume becomes about 1/2 to about 1/5. Then, unreacted or intermediate reactants of the alkoxysilane contained in the dispersion are removed. In this case, a part of water, alcohol and basic catalyst components (for example, ammonia) contained in the dispersion is removed.
(2)次いで、前記(1)で得られた水―アルコール系分散液に約1〜3倍の容量の純水(温度が5〜25℃のものを使用し、以下同じ。)を加えて撹拌した後、限外濾過装置にかけてその容量が約2分の1になるまで濃縮して、該分散液中に含まれる塩基性触媒成分の一部を除去する。さらに必要に応じて、得られた水―アルコール系分散液と同容量の純水を加えて撹拌した後、限外濾過装置にかけて同様な操作を繰り返し行う。この操作を繰り返し行うことにより、前記シリカ系微粒子の中から塩基性触媒成分が徐々に前記分散液中に放出されるので、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の含有量を調整することができる。ここで行われる前記操作の回数は、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分やその含有量、さらには該シリカ系微粒子の性状などによっても異なるが、2〜5回行うことが好ましい。 (2) Next, about 1 to 3 times the volume of pure water (the temperature is 5 to 25 ° C., the same shall apply hereinafter) is added to the water-alcohol dispersion obtained in (1) above. After stirring, the mixture is concentrated on an ultrafiltration device until the volume is reduced to about 1/2 to remove a part of the basic catalyst component contained in the dispersion. Further, if necessary, after adding the same volume of pure water as the obtained water-alcohol dispersion and stirring, the same operation is repeated through an ultrafiltration device. By repeating this operation, the basic catalyst component is gradually released from the silica-based fine particles into the dispersion, so that the content of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is adjusted. be able to. The number of operations performed here is preferably 2 to 5 times, although it varies depending on the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles, the content thereof, and the properties of the silica-based fine particles.
(3)次に、前記(1)または(2)で得られた水―アルコール系分散液(アルコール濃度は低い)に、同容量のアルコール(温度が5〜25℃のものを使用し、以下同じ。)を加えて撹拌した後、限外濾過装置にかけてその容量が約2分の1になるまで濃縮して、該分散液中に含まれる水とアルコールとを溶媒置換する。さらに必要に応じて、得られた水―アルコール系分散液と同容量のアルコールを加えて撹拌した後、限外濾過装置にかけて同様な操作を繰り返し行う。この操作を2〜4回程度、繰り返し行うことにより、前記水―アルコール分散液中に含まれるアルコール濃度を約60〜90重量%に調整する。これにより、前記有機珪素化合物の水分散液との混合に適した水―アルコール分散液が得られる。また、この水―アルコール分散液中に含まれる前記シリカ系微粒子の濃度は、約5〜20重量%に調整することが望ましい。 (3) Next, the water-alcohol dispersion obtained in (1) or (2) above (with a low alcohol concentration) is used with the same volume of alcohol (temperature is 5 to 25 ° C.) The same is applied), and the mixture is stirred and then concentrated on an ultrafiltration apparatus until the volume is reduced to about one half, and water and alcohol contained in the dispersion are solvent-substituted. Further, if necessary, after adding the same volume of alcohol as the obtained water-alcohol dispersion and stirring, the same operation is repeated through an ultrafiltration device. By repeating this operation about 2 to 4 times, the alcohol concentration contained in the water-alcohol dispersion is adjusted to about 60 to 90% by weight. As a result, a water-alcohol dispersion suitable for mixing with the aqueous dispersion of the organosilicon compound is obtained. The concentration of the silica-based fine particles contained in the water-alcohol dispersion is preferably adjusted to about 5 to 20% by weight.
これにより、前記塩基性触媒成分の含有量が200〜1100重量ppmの範囲に調整されたシリカ系微粒子を含む水―アルコール系分散液が得られる。
しかし、前記塩基性触媒成分の必要量は、後段の工程(b)で使用される有機珪素化合物の種類や使用量、あるいはこれらを混合して得られる分散液中に含まれる触媒成分の種類やその含有量などによっても異なるので、これらの条件を考慮して前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の含有量を前記の範囲で調整することが望ましい。
なお、この水―アルコール系分散液中には、前記の加水分解・縮重合反応に使用された塩基性触媒成分が含まれている。すなわち、前記分散液中には、上記の限外濾過操作では除去されない塩基性触媒成分や、前記操作終了後に前記シリカ系微粒子から一部、放出された塩基性触媒成分を含んでいるが、後段の工程(b)で行われる加水分解反応に利用することができるので、そのまま含ませておいてもよい。
As a result, a water-alcohol-based dispersion containing silica-based fine particles in which the content of the basic catalyst component is adjusted to a range of 200 to 1100 ppm by weight is obtained.
However, the required amount of the basic catalyst component is the type and amount of the organosilicon compound used in the subsequent step (b), or the type of catalyst component contained in the dispersion obtained by mixing them. Since it varies depending on the content thereof, it is desirable to adjust the content of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles in the above range in consideration of these conditions.
The water-alcohol dispersion contains the basic catalyst component used in the hydrolysis / condensation polymerization reaction. That is, the dispersion contains a basic catalyst component that is not removed by the ultrafiltration operation and a basic catalyst component that is partially released from the silica-based fine particles after the operation is completed. Since it can be used for the hydrolysis reaction performed in the step (b), it may be contained as it is.
この工程で使用される前記アルコキシシランについては、前記シリカ系微粒子を得ることができれば特に制限なく用いることができるが、エチルシリケートやメチルシリケートなどを使用することが好ましい。
また、前記塩基性触媒成分としては、アンモニア、水酸化アンモニウムおよび第4級アンモニウム化合物から選ばれた少なくとも1種を使用することができるが、この中でもアンモニアまたは水酸化アンモニウムを使用することが好ましい。
さらに、前記アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコールから選ばれた少なくとも1種を使用することができるが、この中でもメチルアルコールまたはエチルアルコールを使用することが好ましい。
The alkoxysilane used in this step can be used without particular limitation as long as the silica-based fine particles can be obtained, but it is preferable to use ethyl silicate or methyl silicate.
In addition, as the basic catalyst component, at least one selected from ammonia, ammonium hydroxide and quaternary ammonium compounds can be used. Among them, ammonia or ammonium hydroxide is preferably used.
Further, as the alcohol, at least one selected from methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, and n-butyl alcohol can be used. Among them, methyl alcohol or ethyl alcohol can be used. preferable.
工程(b)
この工程では、前記工程(a)で得られた前記シリカ系微粒子を含む水―アルコール分散液と、下記一般式(I)で表されるアルコキシシラン、下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランおよびその部分加水分解物から選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物を含む水分散液とが混合される。これにより、前記シリカ系微粒子、前記有機珪素化合物などを含む水系混合液が得られる。
ここで、前記アルコキシシランおよび/またはハロゲン化シランは、酸性触媒成分の存在下で予め部分加水分解させてから混合してもよい。これは、初期の段階で前記有機珪素化合物を酸性触媒成分の存在下で部分加水分解および/または加水分解させた後、さらに以下に述べる塩基性触媒成分によって加水分解させて得られた珪素化合物を含む組成物を用いて塗膜を形成すると、緻密なシリカ系塗膜を得ることができるからである。
前記酸性触媒成分としては、硝酸、塩酸、酢酸および硫酸などが挙げられる。この中でも、硝酸または塩酸を使用することが好ましい。
Step (b )
In this step, a water-alcohol dispersion containing the silica-based fine particles obtained in the step (a), an alkoxysilane represented by the following general formula (I), and a halogen represented by the following general formula (II) And an aqueous dispersion containing at least one organosilicon compound selected from silane silane and its partial hydrolyzate. As a result, an aqueous mixed liquid containing the silica-based fine particles, the organosilicon compound, and the like is obtained.
Here, the alkoxysilane and / or halogenated silane may be mixed after being partially hydrolyzed in advance in the presence of an acidic catalyst component. This is because, in the initial stage, the organosilicon compound is partially hydrolyzed and / or hydrolyzed in the presence of an acidic catalyst component, and then the silicon compound obtained by further hydrolyzing with the basic catalyst component described below is used. This is because a dense silica-based coating film can be obtained when a coating film is formed using the composition containing the same.
Examples of the acidic catalyst component include nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, and sulfuric acid. Of these, nitric acid or hydrochloric acid is preferably used.
また、この工程では、前記水系混合液中に、さらに外部から塩基性触媒成分を含有させることができる。この塩基性触媒成分としては、上記と同じものを使用することができる。
先にも述べたように、前記工程(a)で得られた水―アルコール系分散液中には、塩基性触媒成分が含まれていることが多い。しかし、前記工程(a)で得られるシリカ系微粒子に含まれる塩基性触媒成分の量が所望値より少ないときには、前記水系混合液中に、外部から前記塩基性触媒成分を添加することができる。このような場合としては、以下のようなケースがある。
In this step, a basic catalyst component can be further contained in the aqueous mixed solution from the outside. As the basic catalyst component, the same components as described above can be used.
As described above, the water-alcohol dispersion obtained in the step (a) often contains a basic catalyst component. However, when the amount of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles obtained in the step (a) is less than a desired value, the basic catalyst component can be added from the outside into the aqueous mixed solution. Such cases include the following cases.
(1)前記アルコキシシランを加水分解・縮重合させたシリカ系微粒子をさらにオートクレーブなどの圧力容器中で水熱処理して熟成させたシリカ系微粒子を含む水―アルコール系分散液を使用した場合であり、このケースにおいては、得られるシリカ系微粒子が比較的緻密な構造となっているため、該シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分が幾分少なくなってしまうことがある。
(2)前記アルコキシシランを加水分解・縮重合させたシリカ系微粒子、あるいはこれをさらにオートクレーブなどの圧力容器中で水熱処理して熟成されたシリカ系微粒子を含む水―アルコール系分散液を限外濾過する際に、間違った操作(例えば、過度の操作回数等)などを行って、得られるシリカ系微粒子や水―アルコール分散液中に含まれる塩基性触媒成分の含有量が所望値より低下してしまった場合であり、このようなケースにおいては、前記塩基性触媒成分を外部から補ってやることが必要となるときがある。
(1) This is a case of using a water-alcohol dispersion containing silica-based fine particles obtained by hydrothermally treating and aging the silica-based fine particles obtained by hydrolyzing and condensation-polymerizing the alkoxysilane in a pressure vessel such as an autoclave. In this case, since the silica-based fine particles obtained have a relatively dense structure, the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles may be somewhat reduced.
(2) Ultrafine water-alcohol dispersion containing silica fine particles hydrolyzed and polycondensed from the alkoxysilane, or silica fine particles aged by hydrothermal treatment in a pressure vessel such as an autoclave When filtering, the content of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles or water-alcohol dispersion obtained by performing wrong operation (for example, excessive number of operations, etc.) is lower than the desired value. In such a case, it may be necessary to supplement the basic catalyst component from the outside.
さらに、この工程では、上記の水系混合液を30〜80℃の温度に加熱して、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物が加水分解される。
前記水系混合液は、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分によっても異なるが、30〜80℃、好ましくは40〜70℃の温度に加熱することが望まれる。ここで、前記温度が30℃未満であると、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の放出速度が遅いため、前記有機珪素化合物を部分加水分解および/または加水分解させるための時間が長くなり、また前記温度が80℃を超えると、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の拡散が急速または急激に起こるため、前記分散液の安定性が悪くなるので、好ましくない。
このように、前記水系混合液を加熱することにより、前記シリカ系微粒子中に含まれる前記塩基性触媒成分は、前記シリカ系微粒子から徐々に放出されるが、場合によっては前記の加熱操作を段階的に行ってよい。
Furthermore, in this step, the organic silicon compound is hydrolyzed by at least the basic catalyst component released from the silica-based fine particles by heating the aqueous mixed solution to a temperature of 30 to 80 ° C.
The aqueous mixed solution varies depending on the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles, but it is desired to heat to a temperature of 30 to 80 ° C., preferably 40 to 70 ° C. Here, when the temperature is less than 30 ° C., the release rate of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is slow, and therefore the time for partial hydrolysis and / or hydrolysis of the organosilicon compound is slow. If the temperature is longer and the temperature exceeds 80 ° C., the diffusion of the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles occurs rapidly or rapidly, which is not preferable because the stability of the dispersion is deteriorated.
As described above, by heating the aqueous mixture, the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is gradually released from the silica-based fine particles. You can go there.
これにより、前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物は、前記シリカ系微粒子の外部表面やその細孔内表面の付近で部分加水分解および/または加水分解されるので、前記シリカ系微粒子と十分に結合した珪素化合物を得ることができる。この場合、前記有機珪素化合物は、前記混合液中に含まれる前記塩基性触媒成分によっても加水分解されるが、本発明方法においては、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって加水分解させることが重要である。
なお、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分と前記分散液中に含まれる塩基性触媒成分とは、同一であっても異なっていてもよいが、できるだけ同一なものを使用することが望ましい。
As a result, the organosilicon compound is partially hydrolyzed and / or hydrolyzed near the outer surface of the silica-based fine particles and the inner surface of the pores by the basic catalyst component released from the silica-based fine particles. A silicon compound sufficiently bonded to the silica-based fine particles can be obtained. In this case, the organosilicon compound is also hydrolyzed by the basic catalyst component contained in the mixed solution, but in the method of the present invention, at least the basic catalyst component released from the silica-based fine particles is used. It is important to hydrolyze.
The basic catalyst component contained in the silica-based fine particles and the basic catalyst component contained in the dispersion may be the same or different, but the same ones should be used as much as possible. desirable.
このようにして得られる水系混合液中に含まれるシリカ系微粒子は、前記工程(a)で調整された塩基性触媒成分の含有量やこの工程(b)における塩基性触媒成分の放出量などによっても異なるが、前記塩基性触媒成分を200〜1100重量ppmの範囲で含んでいることが好ましい。
また、前記珪素化合物は、ポリスチレン換算基準で400〜3000、好ましくは800〜2000の数平均分子量を有することが好ましい。この数平均分子量が上記の範囲にあれば、最終的に得られるシリカ系塗膜形成用塗布液において優れた経時安定性と良好な塗工性を示すことができる。
The silica-based fine particles contained in the aqueous mixture thus obtained are determined depending on the content of the basic catalyst component adjusted in the step (a) and the amount of the basic catalyst component released in the step (b). Although it differs, it is preferable that the said basic catalyst component is included in the range of 200-1100 weight ppm.
The silicon compound preferably has a number average molecular weight of 400 to 3000, preferably 800 to 2000, on a polystyrene basis. If this number average molecular weight is in the above range, the finally obtained silica-based coating film-forming coating solution can exhibit excellent temporal stability and good coating properties.
工程(c)
この工程では、前記工程(b)で得られた水系混合液を、ロータリーエバポレーターなどの従来公知の溶媒置換工程に供して、該分散液中に含まれる水分とアルコール成分を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキシレングリコールなどから選ばれた少なくとも1種の有機溶媒と溶媒置換して、有機溶媒系混合液を調製する。
その具体例(溶媒置換用の有機溶媒として、プロピレングリコールモノプロピルエーテル(PGP)を使用した事例)を示せば、以下の通りである。しかし、本発明は、ここで述べる方法に限定されるものではない。
Step (c)
In this step, the aqueous mixture obtained in the step (b) is subjected to a conventionally known solvent substitution step such as a rotary evaporator, and water and alcohol components contained in the dispersion are converted into propylene glycol monopropyl ether. Then, at least one organic solvent selected from propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, hexylene glycol and the like is used for solvent substitution to prepare an organic solvent mixed solution.
A specific example thereof (example using propylene glycol monopropyl ether (PGP) as an organic solvent for solvent replacement) is as follows. However, the present invention is not limited to the method described here.
(i)上記で得られた水系混合液を、ロータリーエバポレーターのフラスコ中に入れ、さらにプロピレングリコールモノプロピルエーテルをフラスコ中に入れる。
(ii)次いで、ロータリーエバポレーターを駆動して、50〜90℃、好ましくは60〜80℃の温度条件下、−0.05〜−0.1MPa、好ましくは−0.08〜−0.1MPaの減圧条件下で、前記フラスコを30〜120rpm、好ましくは60〜90rpmの速度で回転させる。すると、前記水系混合液中に含まれる水とアルコールが蒸発してくるので、これを冷却して系外に排出する。
(iii)前記操作(ii)を必要時間、続けて行うことにより、前記水およびアルコールとプロピレングリコールモノプロピルエーテルとが溶媒置換された有機溶媒系混合液が得られる。
(I) The aqueous mixture obtained above is put into a flask of a rotary evaporator, and further propylene glycol monopropyl ether is put into the flask.
(Ii) Next, the rotary evaporator is driven, and the temperature is 50 to 90 ° C., preferably 60 to 80 ° C., −0.05 to −0.1 MPa, preferably −0.08 to −0.1 MPa. Under reduced pressure, the flask is rotated at a speed of 30-120 rpm, preferably 60-90 rpm. Then, since water and alcohol contained in the aqueous mixed solution are evaporated, this is cooled and discharged out of the system.
(Iii) By performing the operation (ii) continuously for a necessary time, an organic solvent-based mixed solution in which the water and alcohol and propylene glycol monopropyl ether are solvent-substituted can be obtained.
このような溶媒置換を行うことにより、前記水系混合液中に含まれる水とアルコール、さらには前記アルコキシシランなどの加水分解で副生されるアルコール類などが分離・除去される。なお、上記の操作をロータリーエバポレーターを用いて行えば、前記の溶媒置換をほゞ完全に行うこともできるが、本発明においては、必ずしもこれを完全に行う必要はない。
これにより、前記有機溶媒系混合液中に含まれる固形分(主に、珪素含有成分)の含有量を、該混合液の重量に対し2〜60重量%、好ましくは10〜50重量%の範囲となるように調整することができる。
さらに、前記有機溶媒系混合液中に含まれるシリカ系微粒子は、前記塩基性触媒成分を10〜800重量ppmの範囲で含んでいることが好ましい。
By performing such solvent substitution, water and alcohol contained in the aqueous mixture, and alcohols by-produced by hydrolysis of the alkoxysilane and the like are separated and removed. In addition, if said operation is performed using a rotary evaporator, the said solvent substitution can also be performed almost completely, However, In this invention, this does not necessarily need to be performed completely.
Thereby, the content of the solid content (mainly silicon-containing component) contained in the organic solvent-based mixed solution is in the range of 2 to 60% by weight, preferably 10 to 50% by weight, based on the weight of the mixed solution. Can be adjusted.
Furthermore, it is preferable that the silica-based fine particles contained in the organic solvent-based mixed solution contain the basic catalyst component in a range of 10 to 800 ppm by weight.
工程(d)
この工程では、前記工程(c)で得られた有機溶媒系混合液に、紫外線照射により酸を発生する酸発生剤を混合して、少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物および前記酸発生剤を含有する液状組成物を調製する。
前記酸発生剤としては、先にも述べたように、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネートおよびビス(4−t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタンから選ばれた少なくとも1種を使用することが好ましい。この場合、前記酸発生剤は、そのまゝ前記有機溶媒系混合液中に混合してもよいが、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキシレングリコールなどの有機溶媒に溶解・分散させてから混合することが望ましい。この場合、前記酸発生剤を溶解・分散させる有機溶媒としては、前記有機溶媒系混合液中に含まれる有機溶媒と同じ種類のものを使用することが好ましい。
Step (d )
In this step, the organic solvent mixture obtained in the step (c) is mixed with an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet rays, so that at least the silica-based fine particles, the silicon compound, and the acid generator are mixed. A liquid composition is prepared.
As described above, the acid generator is selected from triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium p-toluenesulfonate, and bis (4-t-butylphenylsulfonyl) diazomethane. It is preferable to use at least one selected from the above. In this case, the acid generator may be mixed as it is in the organic solvent-based mixed solution, but an organic solvent such as propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, hexylene glycol or the like. It is desirable to mix after dissolving and dispersing in a solvent. In this case, as the organic solvent for dissolving and dispersing the acid generator, it is preferable to use the same type of organic solvent as that contained in the organic solvent mixture.
前記酸発生剤は、前記有機溶媒系混合液に撹拌下で添加して、さらに室温にて十分に撹拌すれば、該酸発生剤を分散させた液状組成物を得ることができる。
ここで、前記酸発生剤は、該酸発生剤をXで表し、さらに前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分をYで表したとき、そのモル比(X/Y)が0.02〜0.50、好ましくは0.05〜0.3となるような割合で添加することが好ましい。その理由は、上記の通りである。
If the acid generator is added to the organic solvent-based mixture under stirring and further sufficiently stirred at room temperature, a liquid composition in which the acid generator is dispersed can be obtained.
Here, when the acid generator is represented by X and the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles is represented by Y, the molar ratio (X / Y) is 0.02. It is preferable to add at a ratio of ˜0.50, preferably 0.05 to 0.3. The reason is as described above.
その他工程
この工程では、前記工程(d)で得られた液状組成物に、さらに必要に応じて、紫外線の照射により酸発生剤から生じた酸が紫外線の非照射領域の塗膜中に拡散するのを防止するためのアミン化合物を混合して、少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物、前記酸発生剤および前記アミン化合物を含有する液状組成物を調製する。
しかし、紫外線の非照射領域の塗膜中に存在する前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分がその役目も果たす(ただし、その含有量と放出量に依存する)ことができるので、本発明においては、前記アミン化合物を添加することは必ずしも必須条件ではない。
前記アミン化合物としては、先にも述べたように、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、トリ-n−ブチルアミンから選ばれた少なくとも1種のアミン化合物であることが好ましい。この場合、前記アミン化合物は、そのまゝ前記有機溶媒系混合液中に混合してもよいが、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキシレングリコールなどの有機溶媒に溶解・分散させてから混合することが望ましい。この場合、前記アミン化合物を溶解・分散させる有機溶媒としては、前記有機溶媒系混合液中に含まれる有機溶媒と同じ種類のものを使用することが好ましい。
Other Steps In this step, the acid generated from the acid generator by the irradiation of ultraviolet rays is further diffused into the coating film in the non-irradiated region of the ultraviolet rays, if necessary, in the liquid composition obtained in the step (d). A liquid composition containing at least the silica-based fine particles, the silicon compound, the acid generator, and the amine compound is prepared by mixing an amine compound for preventing the above.
However, the basic catalyst component contained in the silica-based fine particles present in the coating film in the non-irradiated region of the ultraviolet ray can also play its role (however, depending on the content and release amount). In the invention, it is not always necessary to add the amine compound.
As described above, the amine compound is preferably at least one amine compound selected from triethanolamine, triethylamine, and tri-n-butylamine. In this case, the amine compound may be mixed in the organic solvent-based mixed solution as it is, but an organic solvent such as propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, hexylene glycol or the like. It is desirable to mix after dissolving and dispersing in. In this case, as the organic solvent for dissolving and dispersing the amine compound, it is preferable to use the same type of organic solvent as that contained in the organic solvent mixture.
前記アミン化合物は、前記工程(d)で得られた液状組成物に撹拌下で混合して、さらに室温にて十分に撹拌すれば、該アミン化合物を分散させた液状組成物を得ることができる。
ここで、前記アミン化合物は、該アミン化合物をZで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(Z/X)が0.01〜1.0、好ましくは0.05〜0.5となる範囲で含むことが望ましい。その理由は、上記の通りである。さらに詳しく述べれば、前記アミン化合物は、紫外線の照射領域で前記酸発生剤から生じた酸が、前記シリカ系微粒子から放出される塩基性触媒成分と該アミン化合物によって丁度中和される程度の量を添加することが望ましい。
The amine compound can be mixed with the liquid composition obtained in the step (d) under stirring, and further stirred at room temperature to obtain a liquid composition in which the amine compound is dispersed. .
Here, when the amine compound is represented by Z and the acid generator is represented by X, the molar ratio (Z / X) is 0.01 to 1.0, preferably 0.05. It is desirable to include in the range which becomes -0.5. The reason is as described above. More specifically, the amine compound is in such an amount that the acid generated from the acid generator in the ultraviolet irradiation region is just neutralized by the basic catalyst component released from the silica-based fine particles and the amine compound. It is desirable to add.
この工程では、前記工程(d)で得られた液状組成物に、さらに必要に応じて、塗膜への紫外線照射時に少なくとも300〜480nmの波長域における紫外線を吸収してその紫外線のエネルギーにより前記酸発生剤を分解することのできる機能を備えた増感剤を混合して、少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物、前記酸発生剤および前記増感剤を含有する液状組成物、あるいは少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物、前記酸発生剤、前記アミン化合物および前記増感剤を含有する液状組成物を調製する。
しかし、本発明においては、前記工程(d)で得られた液状組成物に、前記増感剤を混合することは必ずしも必須条件ではない。ただし、該液状組成物中に前記増感剤を混合しない場合は、塗膜への紫外線照射時に、300nm未満の低波長域、特に254nm付近の波長域を含む紫外線を照射できる紫外線ランプ(たとえば、波長254nm付近の紫外線をフィルターでカットしていない紫外線ランプや、低圧水銀ランプ、水銀キセノンランプなど)を使用することが必要である。
In this step, if necessary, the liquid composition obtained in the step (d) absorbs ultraviolet rays in a wavelength region of at least 300 to 480 nm when the coating film is irradiated with ultraviolet rays. A liquid composition containing at least the silica-based fine particles, the silicon compound, the acid generator and the sensitizer by mixing a sensitizer having a function capable of decomposing the acid generator, or at least the above-mentioned A liquid composition containing silica-based fine particles, the silicon compound, the acid generator, the amine compound, and the sensitizer is prepared.
However, in the present invention, it is not always essential to mix the sensitizer with the liquid composition obtained in the step (d). However, when the sensitizer is not mixed in the liquid composition, an ultraviolet lamp capable of irradiating ultraviolet rays including a low wavelength region of less than 300 nm, particularly a wavelength region near 254 nm, when the coating film is irradiated with ultraviolet rays (for example, It is necessary to use an ultraviolet lamp in which ultraviolet rays having a wavelength of around 254 nm are not cut by a filter, a low-pressure mercury lamp, a mercury xenon lamp, or the like.
前記増感剤としては、先にも述べたように、アントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセンおよび9,10−ジブトキシアントラセンから選ばれた少なくとも1種の芳香族化合物を使用することが望ましい。この場合、前記増感剤は、そのまゝ前記有機溶媒系混合液中に混合してもよいが、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ヘキシレングリコールなどの有機溶媒に溶解・分散させてから混合することが望ましい。この場合、前記増感剤を溶解・分散させる有機溶媒としては、前記有機溶媒系混合液中に含まれる有機溶媒と同じ種類のものを使用することが好ましい。 As described above, the sensitizer includes anthracene, 9,10-diphenylanthracene, 9,10-dimethoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10-dipropoxyanthracene and 9,10. It is desirable to use at least one aromatic compound selected from dibutoxyanthracene. In this case, the sensitizer may be mixed as it is in the organic solvent-based mixed solution, but organic compounds such as propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, and hexylene glycol are used. It is desirable to mix after dissolving and dispersing in a solvent. In this case, as the organic solvent for dissolving and dispersing the sensitizer, it is preferable to use the same type of organic solvent as that contained in the organic solvent mixture.
前記増感剤は、前記工程(d)で得られた液状組成物に撹拌下で混合して、さらに室温にて十分に撹拌すれば、該増感剤を分散させた液状組成物を得ることができる。
ここで、前記増感剤は、該増感剤をWで表し、さらに前記酸発生剤をXで表したとき、そのモル比(W/X)が0.05〜0.7、好ましくは0.1〜0.5となる範囲で含むことが望ましい。その理由は、上記の通りである。
このようにして、パターニング特性を備え、しかも比較的高い塗膜強度と比較的低い比誘電率を有し、さらには表面平坦性や耐クラック性などに優れたシリカ系塗膜を形成するための液状組成物からなるシリカ系塗膜形成用塗布液を調製することができる。
The sensitizer is mixed with the liquid composition obtained in the step (d) under stirring, and further stirred at room temperature to obtain a liquid composition in which the sensitizer is dispersed. Can do.
Here, when the sensitizer is represented by W and the acid generator is represented by X, the molar ratio (W / X) is 0.05 to 0.7, preferably 0. It is desirable to include within a range of 1 to 0.5. The reason is as described above.
Thus, for forming a silica-based coating film having patterning characteristics, having a relatively high coating film strength and a relatively low relative dielectric constant, and having excellent surface flatness and crack resistance. A coating liquid for forming a silica-based coating film made of a liquid composition can be prepared.
[パターニングされたシリカ系塗膜の形成方法]
次に、本発明に係る前記シリカ系塗膜形成用塗布液を用いて、パターニングされたシリカ系塗膜を基板上に形成する方法について説明する。その方法としては、次に示すようなものがあるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。
この方法は、パターニングされたシリカ系塗膜を基板上に形成する方法であって、
(1)前記シリカ系塗膜形成用組成物を基板上に塗布する工程、
(2)前記工程で基板上に形成された塗膜を乾燥する工程、
(3)前記工程で乾燥された塗膜上にパターニング用マスクを載置する工程、
(4)前記工程でマスキングされた塗膜上に紫外線を照射する工程、
(5)前記工程で紫外線が照射された塗膜を加熱する工程、
(6)前記工程で焼成された塗膜を現像液に浸漬する工程、および
(7)前記工程で現像液に浸漬された塗膜を洗浄する工程
を含むものである。
上記の各工程について具体的に述べれば、以下の通りである。
[Method for forming patterned silica-based coating film]
Next, a method of forming a patterned silica-based coating film on a substrate using the silica-based coating film forming coating solution according to the present invention will be described. The method includes the following, but the present invention is not necessarily limited to this.
This method is a method of forming a patterned silica-based coating film on a substrate,
(1) The process of apply | coating the said composition for silica-type coating film formation on a board | substrate,
(2) A step of drying the coating film formed on the substrate in the step,
(3) A step of placing a patterning mask on the coating film dried in the step,
(4) A step of irradiating the coating film masked in the step with ultraviolet rays,
(5) A step of heating the coating film irradiated with ultraviolet rays in the step,
(6) a step of immersing the coating film baked in the step in a developer; and (7) a step of cleaning the coating film immersed in the developer in the step.
The above steps will be specifically described as follows.
工程(1)
一般に、塗膜形成用塗布液を基板上に塗布するためには、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、スリットコート法、転写法等の塗布方法が採用されているが、本発明においても、このような従来公知の方法を用いて前記シリカ系塗膜形成用塗布液を基板上に塗布することができる。この中でも、半導体基板上などに塗膜形成用塗布液を塗布する場合には、スピンコート法が好適で、塗布膜厚の均一性や低発塵性などにおいて優れている。従って、本発明塗布液においては、このスピンコート法による塗布法を採用することが望ましいが、たとえば、大口径の液晶基板上などに塗布する場合には、スリットコート法などを採用してもよい。
なお、本発明塗布液において「組成物を基板上に塗布すること」の意味は、前記組成物をシリコンウェハーなどの基板上に直接、塗布するだけでなく、該基板上に形成された半導体加工用保護膜やその他の塗膜の上部に塗布することも含むものである。
Process (1 )
In general, in order to apply a coating liquid for forming a coating film on a substrate, a coating method such as a spin coating method, a dip coating method, a roll coating method, a slit coating method, or a transfer method is employed. Moreover, the said coating liquid for silica-type coating film formation can be apply | coated on a board | substrate using such a conventionally well-known method. Among these, when the coating film forming coating solution is applied on a semiconductor substrate or the like, the spin coating method is suitable, and the coating film thickness uniformity and low dust generation are excellent. Accordingly, in the coating solution of the present invention, it is desirable to employ this spin coating method. However, for example, when coating on a large-diameter liquid crystal substrate, a slit coating method or the like may be employed. .
In the coating solution of the present invention, the meaning of “coating the composition on the substrate” means not only directly coating the composition on a substrate such as a silicon wafer, but also processing the semiconductor formed on the substrate. It also includes applying to the upper part of the protective film and other coating films.
工程(2)
この工程では、前記工程(1)で塗布された塗膜を、25〜120℃、好ましくは40〜100℃の温度で乾燥処理する。ここで、この操作を25℃未満の温度で行うと、塗膜の乾燥が不充分であるため、後段の工程(3)においてパターニング用マスクを載置すると塗膜表面に付着したりするため、所望のパターニングを施すことができず、また120℃を超えた温度で行うと、塗膜中に含まれる塩基性触媒成分によって前記珪素化合物の架橋が進んでしまったりすることがあるため、後述する工程で鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなる。
Process (2 )
In this step, the coating film applied in the step (1) is dried at a temperature of 25 to 120 ° C, preferably 40 to 100 ° C. Here, when this operation is performed at a temperature of less than 25 ° C., the coating film is insufficiently dried, and therefore, when a patterning mask is placed in the subsequent step (3), If the desired patterning cannot be performed and the temperature exceeds 120 ° C., crosslinking of the silicon compound may proceed due to the basic catalyst component contained in the coating film. It becomes difficult to form a clear pattern on the substrate in the process.
また、この乾燥処理は、塗膜の膜厚などによっても異なるが、10〜300秒、好ましくは30〜180秒をかけて行うことが望ましい。ここで、この操作を10秒未満で行うと、後段の工程(3)においてパターニング用マスクを載置すると塗膜表面に付着したりするため、所望のパターニングを施すことができず、また300秒以上かけて行うと、塗膜中に含まれる塩基性触媒成分によって前記珪素化合物の架橋が進んでしまったりすることがあるため、後述する工程で鮮明なパターンを基板上に形成することが難しくなる。
さらに、この乾燥処理は、空気雰囲気下または窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことができるが、経済的には空気雰囲気下で行うことが好ましい。これは、この処理が120℃以下という低い温度条件下で短時間行われるので、たとえ酸素を比較的多量に含んでいる空気雰囲気下で加熱処理しても半導体基板等の上部に配設された金属配線などに対し金属酸化などによるダメージを与えないからである。
なお、この乾燥処理は、前記の塗布工程で得られた基板を枚葉式のホットプレート上に載置して行うことが好ましい。
Further, this drying treatment is performed for 10 to 300 seconds, preferably 30 to 180 seconds, although it varies depending on the film thickness of the coating film. Here, if this operation is performed in less than 10 seconds, the patterning mask is deposited on the surface of the coating film in the subsequent step (3), so that the desired patterning cannot be performed and 300 seconds. When the above is performed, the silicon compound may be cross-linked by the basic catalyst component contained in the coating film, so that it becomes difficult to form a clear pattern on the substrate in the process described later. .
Further, the drying treatment can be performed in an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, but it is preferable to perform the drying process in an air atmosphere. This is because the process is performed for a short time under a low temperature condition of 120 ° C. or lower, so that even if heat treatment is performed in an air atmosphere containing a relatively large amount of oxygen, it is disposed on the top of the semiconductor substrate or the like. This is because the metal wiring or the like is not damaged by metal oxidation or the like.
In addition, it is preferable to perform this drying process by mounting the board | substrate obtained at the said application | coating process on a single wafer type hotplate.
工程(3)
この工程では、前記工程(2)で乾燥された塗膜上にパターニング用マスクを載置する。
ここで、前記パターニング用マスクは、開口部以外は紫外線を透過せず、しかも紫外線の照射に耐えられる材料で構成されたものであれば、従来のフォトレジスト用に使用されていたものをそのまま使用することができる。たとえば、半導体層間絶縁膜用絶縁膜、素子分離用絶縁膜、液晶TFT素子用絶縁膜などに用いられる従来公知のパターニング用マスクから、その用途に応じて適宜選択して使用することができる。
Process (3 )
In this step, a patterning mask is placed on the coating film dried in the step (2).
Here, as long as the mask for patterning is made of a material that does not transmit ultraviolet rays except for the opening and can withstand ultraviolet irradiation, the mask used for conventional photoresists is used as it is. can do. For example, a conventionally known patterning mask used for an insulating film for a semiconductor interlayer insulating film, an insulating film for element isolation, an insulating film for a liquid crystal TFT element, and the like can be appropriately selected and used according to the application.
工程(4)
この工程では、前記工程(3)でマスキングされた塗膜上に紫外線を照射する。
この工程で使用される紫外線の照射量は、パターニングを施す塗膜の種類やパターニング用マスクのスリット間隔などによっても異なることがあるため、特に制限されるものではないが、前記塗膜の単位面積あたりの照射量が積算で2〜1000mJ/cm2(ただし、以下で定義する波長254nm付近の値と波長405nm付近の値とを含む)の範囲となるように行うことが好ましい。さらに詳しく述べれば、300nm未満の低波長域、特に254nm付近の波長域を含む紫外線を照射できる紫外線ランプを用いる場合は、積算照射量が2〜140mJ/cm2(波長254nm付近の値)の範囲にあることが好ましく、また300〜480nmの波長域を有する紫外線を照射できる紫外線ランプを用いる場合は、積算照射量が10〜1000mJ/cm2(波長405nm付近の値)の範囲にあることが好ましい。ここで、前記積算照射量が、前者の紫外線ランプで2mJ/cm2(波長254nm付近の値)未満である場合、さらに後者の紫外線ランプで10mJ/cm2(波長405nm付近の値)未満である場合は、前記酸発生剤から発生する酸が不充分となり、また前記積算照射量が、前者の紫外線ランプで140mJ/cm2(波長254nm付近の値)を超える場合、さらに後者の紫外線ランプで1000mJ/cm2(波長405nm付近の値)を超える場合は、前記酸発生剤から発生する酸が多くなり過ぎることがあり、さらには紫外線の照射に要する時間が比較的長くなるので、好ましくない。
上記において、「紫外線の照射量」とは、塗膜の単位面積(cm2)あたりに照射される紫外線の量を意味し、また「積算照射量」とは、前記塗膜に1秒間あたりに照射される紫外線の量(以下、「照度」という場合がある。)に照射時間(秒)を掛けて得られる値を意味する。また、上記において「波長254nm付近の値」とは、波長254nm付近(概ね、240〜270nm)の紫外線量をセンサーで測定して得られる値を意味し、さらに「波長405nm付近の値」とは、波長405nm付近(概ね、360〜480nm)の紫外線量をセンサーで測定して得られる値を意味する。なお、これらについては、下記においても同様に解釈するものとする。
Process (4 )
In this step, the coating film masked in the step (3) is irradiated with ultraviolet rays.
The irradiation amount of ultraviolet rays used in this step is not particularly limited because it may vary depending on the type of coating film to be patterned and the slit interval of the patterning mask, but the unit area of the coating film It is preferable that the amount of irradiation per unit area be in the range of 2 to 1000 mJ / cm 2 (including a value near the wavelength 254 nm and a value near the wavelength 405 nm defined below). More specifically, in the case of using an ultraviolet lamp capable of irradiating ultraviolet rays including a low wavelength region of less than 300 nm, particularly a wavelength region of about 254 nm, the integrated irradiation amount is in the range of 2 to 140 mJ / cm 2 (a value in the vicinity of a wavelength of 254 nm). In addition, when an ultraviolet lamp capable of irradiating ultraviolet rays having a wavelength region of 300 to 480 nm is used, the integrated irradiation amount is preferably in the range of 10 to 1000 mJ / cm 2 (value in the vicinity of a wavelength of 405 nm). . Here, the integrated irradiation amount, is less than 2 mJ / cm 2 with the former UV lamp (a value in the vicinity of a wavelength of 254 nm), is less than more 10 mJ / cm 2 in the latter the ultraviolet lamp (value around a wavelength of 405 nm) In this case, the acid generated from the acid generator becomes insufficient, and when the integrated irradiation amount exceeds 140 mJ / cm 2 (value near the wavelength of 254 nm) with the former ultraviolet lamp, further 1000 mJ with the latter ultraviolet lamp. If it exceeds / cm 2 (value in the vicinity of a wavelength of 405 nm), the amount of acid generated from the acid generator may be excessive, and the time required for ultraviolet irradiation will be relatively long, which is not preferable.
In the above, “ultraviolet ray irradiation amount” means the amount of ultraviolet ray irradiated per unit area (cm 2 ) of the coating film, and “cumulative irradiation amount” means that the coating film is applied per second. It means a value obtained by multiplying the amount of irradiated ultraviolet light (hereinafter sometimes referred to as “illuminance”) by the irradiation time (seconds). In addition, in the above, “value near wavelength 254 nm” means a value obtained by measuring the amount of ultraviolet light near wavelength 254 nm (approximately 240 to 270 nm) with a sensor, and “value near wavelength 405 nm” Means a value obtained by measuring the amount of ultraviolet rays in the vicinity of a wavelength of 405 nm (approximately 360 to 480 nm) with a sensor. In addition, these shall be interpreted similarly in the following.
上記の紫外線照射量を達成するには、前者の紫外線ランプを用いる場合は、塗膜表面の照度が0.5〜5.0mW/cm2(波長254nm付近の値)となるように設定して0.4〜280秒間かけて行うことが好ましく、また後者の紫外線ランプを用いる場合は、塗膜表面の照度が5〜50mW/cm2(波長405nm付近の値)となるように設定して0.2〜200秒間かけて行うことが好ましい。
これにより、前記紫外線が照射された領域(パターニング用マスクの開口部の下部に位置する)の塗膜に含まれる前記酸発生剤が分解して酸を発生する。たとえば、スルホニウム塩系酸発生剤を用いた場合の一例を示せば、以下の通りである。
In order to achieve the above-mentioned ultraviolet irradiation amount, when the former ultraviolet lamp is used, the illuminance on the coating film surface is set to 0.5 to 5.0 mW / cm 2 (a value near a wavelength of 254 nm). It is preferable to carry out for 0.4 to 280 seconds. In the case of using the latter ultraviolet lamp, the illuminance on the coating film surface is set to 5 to 50 mW / cm 2 (a value in the vicinity of a wavelength of 405 nm). It is preferable to carry out over 2 to 200 seconds.
Thereby, the acid generator contained in the coating film in the region irradiated with the ultraviolet rays (located below the opening of the patterning mask) decomposes to generate an acid. For example, an example of using a sulfonium salt acid generator is as follows.
なお、本発明においては、上記の各工程、すなわち前記工程(1)〜(4)のいずれかにおいて操作上の過ちやその他で不具合が発生した場合には、次の加熱工程、すなわち工程(5)に供することなく、直接、以下の各工程、すなわち工程(6)および(7)に供することが望ましい。これは、前記工程(1)〜(4)で基板上に形成されたシリカ系塗膜は、現像液中に浸漬すると、該塗膜中に含まれる珪素化合物の架橋が進んでいないため、前記現像液中に溶出してしまうためである。
これにより、比較的高価な基板、たとえば半導体基板や液晶TFT基板などを簡単に再生することができるので、歩留まりがよくなり極めて経済的である。すなわち、このようにして再生された基板を再び上記の各工程に供すれば、パターニングされたシリカ系塗膜を有する基板を容易に得ることができる。よって、これも本発明の一つの利点である。
In the present invention, if a malfunction occurs in any of the above steps, that is, any of the steps (1) to (4), the next heating step, that is, the step (5) It is desirable to directly apply to the following steps, that is, steps (6) and (7), without being subjected to the above). This is because when the silica-based coating film formed on the substrate in the steps (1) to (4) is immersed in a developer, the crosslinking of the silicon compound contained in the coating film has not progressed. This is because it elutes into the developer.
As a result, a relatively expensive substrate, such as a semiconductor substrate or a liquid crystal TFT substrate, can be easily reproduced, resulting in a high yield and extremely economical. That is, if the substrate regenerated in this manner is subjected again to each of the above steps, a substrate having a patterned silica-based coating film can be easily obtained. Therefore, this is also an advantage of the present invention.
工程(5)
この工程では、前記工程(4)で紫外線が照射された塗膜を100〜200℃、好ましくは130〜190℃の温度で加熱処理する。ここで、この操作を100℃未満の温度で行うと、紫外線非照射領域の塗膜に含まれる前記珪素化合物の架橋の進行が不充分となるため、後段の工程(6)で現像液に浸漬した際にこれらが溶解してしまい、また200℃を超えた温度で行うと、紫外線照射領域の塗膜に含まれる前記珪素化合物の架橋が熱により進行してしまうため、後段の工程(6)で現像液に浸漬してもこれらが溶解しなくなるので、好ましくない。
また、この加熱処理は、塗膜の膜厚などによっても異なるが、10〜300秒、好ましくは30〜180秒をかけて行うことが望ましい。ここで、この操作を10秒未満で行うと、紫外線非照射領域の塗膜に含まれる前記珪素化合物の架橋の進行が不充分となるため、後段の工程(6)で現像液に浸漬した際にこれらが溶解してしまい、また300秒以上かけて行うと、紫外線照射領域の塗膜に含まれる前記珪素化合物の架橋が熱により進行してしまうため、後段の工程(6)で現像液に浸漬してもこれらが溶解しなくなるので、好ましくない。
Process (5 )
In this step, the coating film irradiated with ultraviolet rays in the step (4) is heat-treated at a temperature of 100 to 200 ° C, preferably 130 to 190 ° C. Here, if this operation is performed at a temperature lower than 100 ° C., the progress of crosslinking of the silicon compound contained in the coating film in the ultraviolet non-irradiated region becomes insufficient, so that it is immersed in the developer in the subsequent step (6). When these are dissolved, and when performed at a temperature exceeding 200 ° C., crosslinking of the silicon compound contained in the coating film in the ultraviolet irradiation region proceeds by heat, so that the subsequent step (6) However, these are not preferred because they will not dissolve even when immersed in a developer.
Moreover, although this heat processing changes with film thickness etc. of a coating film, it is desirable to carry out for 10 to 300 seconds, Preferably it takes 30 to 180 seconds. Here, if this operation is performed in less than 10 seconds, the progress of the crosslinking of the silicon compound contained in the coating film in the ultraviolet non-irradiated region becomes insufficient, so when immersed in the developer in the subsequent step (6) If these are dissolved, and if it is carried out for 300 seconds or more, the crosslinking of the silicon compound contained in the coating film in the ultraviolet irradiation region proceeds by heat, the developer in the subsequent step (6) These are not preferred because they will not dissolve even when immersed.
さらに、この加熱処理は、空気雰囲気下または窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことができるが、経済的には空気雰囲気下で行うことが好ましい。これは、この処理が200℃以下という低い温度条件下で短時間行われるので、たとえ酸素を比較的多量に含んでいる空気雰囲気下で加熱処理しても半導体基板上に配設された金属配線などに対し金属酸化などによるダメージを与えないからである。
なお、この加熱処理は、前記の塗布工程で得られた基板を枚葉式のホットプレート上に載置して行うことが好ましい。
Further, the heat treatment can be performed in an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, but it is preferable to perform the heat treatment in an air atmosphere. This is because the treatment is performed for a short time under a low temperature condition of 200 ° C. or less, so that even if heat treatment is performed in an air atmosphere containing a relatively large amount of oxygen, the metal wiring disposed on the semiconductor substrate is used. This is because no damage is caused by metal oxidation or the like.
In addition, it is preferable to perform this heat processing by mounting the board | substrate obtained at the said application | coating process on a single wafer type hotplate.
これにより、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分(例えば、アンモニア)が粒子外に放出されて、前記酸と反応する。さらに、前記アミン化合物も前記酸と反応するため、紫外線の照射を行った塗膜中には、前記珪素化合物の架橋を推し進めることのできる酸化合物やアルカリ化合物は単独で殆ど存在しないか、或いは少量しか存在しないことになる。
一方、紫外線の非照射領域における塗膜中では、前記酸発生剤が分解して発生しないため、上記のような中和反応は起こらず、結果として前記シリカ系微粒子から放出される塩基性触媒成分(例えば、アンモニア)と前記アミン化合物の作用効果により前記珪素化合物の架橋を推し進めることができる。よって、この領域では、−O−Si−O−結合の架橋が或る程度、進んだシリカ系塗膜が形成される。また、前記アミン化合物は、紫外線の照射を行った塗膜中で発生した酸が、紫外線を照射していない塗膜中に滲み出してきた場合、これと反応して該塗膜中に拡散するのを防止する役目を果たす。
Thereby, the basic catalyst component (for example, ammonia) contained in the silica-based fine particles is released to the outside of the particles and reacts with the acid. Further, since the amine compound also reacts with the acid, the acid compound or alkali compound capable of promoting the crosslinking of the silicon compound is hardly present alone or in a small amount in the coating film irradiated with ultraviolet rays. It will only exist.
On the other hand, since the acid generator is not decomposed and generated in the coating film in the non-irradiated region of ultraviolet rays, the above neutralization reaction does not occur, and as a result, the basic catalyst component released from the silica-based fine particles. The crosslinking of the silicon compound can be promoted by the action and effect of (for example, ammonia) and the amine compound. Therefore, in this region, a silica-based coating film having a certain degree of cross-linking of —O—Si—O— bonds is formed. The amine compound reacts with and diffuses into the coating film when the acid generated in the coating film irradiated with ultraviolet rays oozes out into the coating film not irradiated with ultraviolet rays. It plays a role to prevent
工程(6)
この工程では、前記工程(4)で加熱処理された塗膜を現像液に浸漬して、紫外線の照射領域における塗膜(すなわち、珪素化合物の架橋が進んでいない箇所)を溶解する。
この工程で用いられる現像液は、従来公知の市販品から適宜選択して使用することができる。すなわち、紫外線の照射領域における塗膜を溶解して洗い流すことのできるものであれば特に制限なく使用することができるが、テトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイド、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムから選ばれた少なくとも1種のアルカリ化合物の水溶液であることが好ましい。この中でも、特にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドやテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドなどのテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイドからなるアルカリ化合物を使用することが望ましい。
また、現像液への浸漬時間は、現像液の種類によっても異なるが、1〜20分であることが好ましい。ここで、前記浸漬時間が1分未満であると、紫外線の照射領域における塗膜の溶解が不充分となる可能性があり、また前記浸漬時間が20分を超えると、紫外線の非照射領域における塗膜中へ現像液が浸入してしまい、ごく僅かに存在する未架橋成分を溶解してしまう可能性があるため、好ましくない。
Process (6 )
In this step, the coating film heat-treated in the step (4) is immersed in a developing solution to dissolve the coating film in the ultraviolet irradiation region (that is, the portion where the crosslinking of the silicon compound has not progressed).
The developer used in this step can be appropriately selected from conventionally known commercially available products. That is, it can be used without particular limitation as long as it can dissolve and wash away the coating film in the ultraviolet irradiation region, but at least one selected from tetraalkylammonium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide. An aqueous solution of a seed alkali compound is preferred. Among these, it is particularly preferable to use an alkali compound made of tetraalkylammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide or tetraethylammonium hydroxide.
Further, the immersion time in the developer is preferably 1 to 20 minutes, although it varies depending on the type of the developer. Here, if the immersion time is less than 1 minute, the coating film may be insufficiently dissolved in the ultraviolet irradiation region. If the immersion time exceeds 20 minutes, the ultraviolet irradiation region is not irradiated. This is not preferable because the developer enters the coating film and may dissolve the uncrosslinked component which is present in a very small amount.
工程(7)
この工程では、前記工程(6)で現像液に浸漬された塗膜や基板を洗浄する。これにより、架橋が殆ど進んでいない珪素化合物やシリカ系微粒子を現像液で溶解させた後の残留物(中和反応物等)をきれいに洗い流すと共に、前記の現像液などを塗膜や基板上から洗浄・除去する。
この工程で使用される洗浄液は、形成されるシリカ系塗膜(例えば、半導体層間絶縁膜用塗膜)の用途によっても異なるが、純水(イオン交換水)や超純水などを用いることが好ましく、またこの洗浄操作は、前記の現像液などを完全に除去するまで行うことが望ましい。
これにより、前記塗膜上に所望のパターンを形成することができ、さらには従来のポジ型レジストをパターニングしてエッチングし、ポジ型レジストを剥離する操作を行わなくとも、溝(凹部)を塗膜上に築くことができる。
Process (7 )
In this step, the coating film and the substrate immersed in the developer in the step (6) are washed. As a result, the residue (neutralization reaction product, etc.) after dissolving the silicon compound or silica-based fine particles that are hardly cross-linked with the developer is washed away, and the developer is removed from the coating film or the substrate. Wash and remove.
The cleaning liquid used in this step varies depending on the use of the silica-based coating film to be formed (for example, a coating film for a semiconductor interlayer insulating film), but pure water (ion exchange water), ultrapure water, or the like may be used. This washing operation is preferably performed until the developer or the like is completely removed.
As a result, a desired pattern can be formed on the coating film, and a groove (concave portion) can be applied without performing an operation of patterning and etching a conventional positive resist and removing the positive resist. Can be built on a membrane.
本発明塗布液を用いてパターニングされたシリカ系塗膜を形成する方法は、上記の通りであるが、さらに以下の工程に処することが望ましい。
浸漬工程
上記したように、前記工程(2)で乾燥された塗膜上にパターニング用マスクを載置して紫外線を照射すると、前記酸発生剤が分解して酸を発生するため、この塗膜をそれ以降の工程(5)〜(7)で処理すれば、所望のパターニングを施したシリカ系塗膜を得ることができる。しかし、前記工程(2)における塗膜の乾燥度合いが高すぎたりすると、所望のパターンを塗膜上に形成できないことがあった。
そこで、本発明者らは鋭意検討を繰り返したところ、前記工程(2)で乾燥された塗膜を純水や超純水などに浸漬してからこれをそれ以降の工程(3)〜(7)で処理すれば、このような問題が生じないことが分かった。その理由は必ずしも明らかではないが、前記乾燥塗膜に紫外線を照射したときに起こる前記酸発生剤の分解や酸の生成などに水分が関与していることが考えられる。
The method for forming a patterned silica coating film using the coating solution of the present invention is as described above, but it is desirable to further perform the following steps.
Immersion step As described above, when a patterning mask is placed on the coating film dried in the step (2) and irradiated with ultraviolet rays, the acid generator decomposes to generate an acid. If this coating film is processed in the subsequent steps (5) to (7), a silica-based coating film having a desired patterning can be obtained. However, if the degree of drying of the coating film in the step (2) is too high, a desired pattern may not be formed on the coating film.
Then, the present inventors repeated earnest examination, and after immersing the coating film dried at the said process (2) in a pure water or ultrapure water etc., this is followed by subsequent process (3)-(7 ), It was found that such a problem does not occur. Although the reason is not necessarily clear, it is considered that moisture is involved in the decomposition of the acid generator or the generation of acid that occurs when the dried coating film is irradiated with ultraviolet rays.
よって、上記のシリカ系塗膜の形成方法では、さらに前記工程(2)で乾燥された塗膜を純水や超純水などに浸漬して該塗膜を湿らせておくことが好ましい。ただし、前記乾燥塗膜中に或る程度の水分を含む場合には、必ずしもこの浸漬処理を行う必要はない。ここで、純水とはイオン交換水をいい、また超純水とは純水中に含まれる不純物をさらに取り除いたもので、不純物の含有量が0.01μg/L以下のものいう。
なお、前記乾燥塗膜の浸漬時間は、前記工程(2)における塗膜の乾燥度合いなどによっても異なるが、5〜30分であることが好ましい。ここで、前記浸漬時間が5分未満であると、該乾燥塗膜を充分に湿らすことができず、また前記浸漬時間が30分を超えると、後述する焼成工程のような方法で焼成処理を施した塗膜の比誘電率を高くさせる可能性があるため、好ましくない。
Therefore, in the method for forming a silica-based coating film, it is preferable that the coating film dried in the step (2) is further dipped in pure water or ultrapure water to wet the coating film. However, when the dry coating film contains a certain amount of moisture, it is not always necessary to perform this immersion treatment. Here, pure water refers to ion-exchanged water, and ultrapure water refers to water from which impurities contained in pure water are further removed, and an impurity content of 0.01 μg / L or less.
In addition, although the immersion time of the said dried coating film changes also with the drying degree of the coating film in the said process (2) etc., it is preferable that it is 5 to 30 minutes. Here, when the immersion time is less than 5 minutes, the dried coating film cannot be sufficiently moistened, and when the immersion time exceeds 30 minutes, a baking treatment is performed by a method such as a baking step described later. Since there is a possibility of increasing the relative dielectric constant of the coated film, it is not preferable.
焼成工程
前記工程(1)〜(6)の各工程(さらに、必要に応じ前記浸漬工程)に処すれば、その表面に所望のパターニングを施したシリカ系塗膜を得ることができる。
しかし、このシリカ系塗膜(前記紫外線の非照射領域の塗膜)は、前記工程(4)のところで説明したように、前記珪素化合物の架橋が或る程度進んだものとして得られるが、この工程(4)では、100〜200℃の温度でしか加熱していないため、十分に架橋が進んだシリカ系塗膜を得ることはできない。よって、このシリカ系塗膜を、比較的高い塗膜強度や比較的低い比誘電率、さらには比較的高い耐吸湿性(疎水性)などが要求される用途にそのまま使用することはできない。
そこで、このような用途(例えば、半導体層間絶縁膜など)に使用する場合には、前記工程(6)で得られたシリカ系塗膜を、さらに乾燥したのち300〜450℃、好ましくは350〜400℃の温度で焼成処理することが望ましい。ここで、この操作を300℃未満の温度で行うと、前記珪素化合物の架橋がよく進まないため充分な塗膜強度を有する塗膜が得られず、また450℃を超えた温度で行うと、たとえば、半導体基板を構成するアルミニウム配線や銅配線などが酸化されたり、あるいは溶融されたりして、当該配線層に致命的な損傷を与えることがあるので、好ましくない。
Firing step If each of the steps (1) to (6) (and the immersion step if necessary) is performed, a silica-based coating film having a desired patterning on the surface can be obtained.
However, this silica-based coating film (the coating film in the non-irradiated region of the ultraviolet rays) can be obtained as a result of the crosslinking of the silicon compound being advanced to some extent as described in the step (4). In the step (4), since the heating is performed only at a temperature of 100 to 200 ° C., a silica-based coating film having sufficiently advanced crosslinking cannot be obtained. Therefore, this silica-based coating film cannot be used as it is for applications requiring relatively high coating strength, relatively low dielectric constant, and relatively high hygroscopic resistance (hydrophobicity).
Therefore, when used in such applications (for example, semiconductor interlayer insulating film, etc.), the silica-based coating film obtained in the step (6) is further dried and then 300 to 450 ° C., preferably 350 to It is desirable to perform a baking treatment at a temperature of 400 ° C. Here, when this operation is performed at a temperature of less than 300 ° C., crosslinking of the silicon compound does not proceed well, so that a coating film having sufficient coating strength cannot be obtained, and when performed at a temperature exceeding 450 ° C., For example, it is not preferable because aluminum wiring, copper wiring, etc. constituting the semiconductor substrate may be oxidized or melted to cause fatal damage to the wiring layer.
また、この焼成処理は、前記珪素化合物の種類や塗膜の膜厚などによっても異なるが、 5〜90分、好ましくは10〜60分をかけて行うことが望ましい。ここで、この操作を 5分未満で行うと、前記珪素化合物の架橋がよく進まないため充分な塗膜強度を有する塗膜が得られず、また90分以上かけて行うと、たとえば、半導体基板などを構成するアルミニウム配線や銅配線などが酸化されたり、あるいは溶融されたりして、当該配線層に致命的な損傷を与えることがあるので、好ましくない。
さらに、この焼成処理は、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。ただし、これに酸素ガスまたは空気を加えて、少量の酸素(たとえば、500〜10000容量ppm程度の酸素)を含む不活性ガス(国際出願W0 01/48806 A1に記載)を使用することもできる。これは、この焼成処理を、比較的高い温度(たとえば、400℃以上)の空気雰囲気下で行うと、半導体基板上に配設された金属配線などに対し金属酸化などによるダメージを与えてしまうからである。
なお、この加熱処理は、前記の塗布工程で得られた基板を枚葉式のホットプレート上に載置して行うことが好ましい。
Moreover, although this baking process changes also with the kind of said silicon compound, the film thickness of a coating film, It is desirable to carry out for 5 to 90 minutes, preferably 10 to 60 minutes. Here, do this operation If it is performed in less than 5 minutes, the silicon compound is not sufficiently cross-linked, so that a coating film having sufficient coating strength cannot be obtained. Or copper wiring may be oxidized or melted, which may cause fatal damage to the wiring layer.
Furthermore, it is preferable to perform this baking process in inert gas atmosphere, such as nitrogen gas. However, an inert gas (described in International Application WO01 / 48806 A1) containing a small amount of oxygen (for example, oxygen of about 500 to 10,000 ppm by volume) can be used by adding oxygen gas or air thereto. This is because if this firing process is performed in an air atmosphere at a relatively high temperature (for example, 400 ° C. or higher), metal wiring or the like disposed on the semiconductor substrate is damaged by metal oxidation or the like. It is.
In addition, it is preferable to perform this heat processing by mounting the board | substrate obtained at the said application | coating process on a single wafer type hotplate.
[パターニングされたシリカ系塗膜]
次に、上記の方法から得られたシリカ系塗膜について説明する。
先にも述べたように、本発明に係るシリカ系塗膜形成用塗布液を用いれば、フォトレジストを用いたパターニング法を採用しなくても、それ自体がパターニング特性を備えたシリカ系塗膜を形成することができ、しかも比較的高い塗膜強度と比較的低い比誘電率を有し、さらには表面平坦性、耐クラック性、耐熱性などに優れたシリカ系塗膜を形成することができる。
すなわち、前記シリカ系塗膜形成用塗布液を使用すれば、従来より採用されてきた煩雑なフォトレジストの形成操作や除去・洗浄操作、さらには塗膜のエッチング操作などを行わなくとも、所望のパターニングを施したシリカ系塗膜を容易に得ることができる。
[Patterned silica-based coating film]
Next, the silica-type coating film obtained from said method is demonstrated.
As described above, if the coating liquid for forming a silica-based coating film according to the present invention is used, the silica-based coating film itself has patterning characteristics without adopting a patterning method using a photoresist. It is possible to form a silica-based coating film having a relatively high coating strength and a relatively low relative dielectric constant, and having excellent surface flatness, crack resistance, heat resistance, etc. it can.
That is, if the silica-based coating film-forming coating solution is used, a desired photoresist forming operation, removal / cleaning operation, and coating film etching operation, which have been conventionally employed, can be performed as desired. A patterned silica coating film can be easily obtained.
また、前記焼成工程から得られるシリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)は、ヤング弾性率が3.0 GPa以上、好ましくは5.0 GPa以上の比較的高い塗膜強度と、4.0以下、好ましくは3.5以下の比較的低い比誘電率を有しており、さらには該塗膜の表面に研磨処理などを施さなくとも、その表面粗さ(Rms)が5.0nm以下である平滑な表面を備えている。
さらに、前記シリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)は、たとえ比較的厚い膜(ただし、5μm以下)になっても、その塗膜表面にクラックやピンホールなどの発生が認められず、またたとえ比較的高い温度(ただし、400℃以下)の雰囲気下に晒しても、その塗膜に劣化が認められないという特性を有している。
また、前記シリカ系塗膜(特に、紫外線非照射領域の塗膜)は、上記の性状のほかに、半導体基板などの塗膜形成面との密着性や耐アルカリ性などの耐薬品性に優れ、さらには耐酸素プラズマ性やエッチング加工性などのプロセス適合性においても優れた特性を備えている。
このような特性を備えたシリカ系塗膜を形成できる本発明塗布液は、半導体基板上、多層配線構造の配線層間、素子表面および/またはPN接合部を設けてなる基板上、あるいは当該基板上に設けられた多層の配線層間などにシリカ系塗膜、特にシリカ系絶縁膜を形成するために使用される。この中でも、半導体用層間絶縁膜、液晶TFT素子用絶縁膜、センサー装置用絶縁膜、表示装置用絶縁膜などを形成する用途に用いることが好適である。
Further, the silica-based coating film (particularly, the coating film in the ultraviolet non-irradiated region) obtained from the baking step has a relatively high coating film strength having a Young's modulus of 3.0 GPa or more, preferably 5.0 GPa or more. It has a relatively low relative dielectric constant of 4.0 or less, preferably 3.5 or less, and even if the surface of the coating film is not subjected to polishing treatment, the surface roughness (Rms) is 5 It has a smooth surface of 0.0 nm or less.
Furthermore, even if the silica-based coating film (particularly, the coating film in the ultraviolet non-irradiated region) is a relatively thick film (5 μm or less), generation of cracks, pinholes, etc. is recognized on the surface of the coating film. In addition, even when exposed to an atmosphere at a relatively high temperature (400 ° C. or lower), the coating film has a characteristic that no deterioration is observed.
In addition to the above properties, the silica-based coating film (particularly, a coating film in an ultraviolet non-irradiated region) is excellent in chemical resistance such as adhesion to a coating film forming surface such as a semiconductor substrate and alkali resistance, Furthermore, it has excellent characteristics in process compatibility such as oxygen plasma resistance and etching processability.
The coating solution of the present invention capable of forming a silica-based coating film having such characteristics is provided on a semiconductor substrate, on a wiring layer having a multilayer wiring structure, on a device surface and / or on a substrate having a PN junction, or on the substrate. It is used to form a silica-based coating film, particularly a silica-based insulating film, between the multilayer wiring layers provided on the substrate. Among these, it is preferable to use for the purpose of forming an interlayer insulating film for a semiconductor, an insulating film for a liquid crystal TFT element, an insulating film for a sensor device, an insulating film for a display device, and the like.
〔測定方法〕
次に、本発明の実施例その他で採用された測定方法を具体的に述べれば、以下の通りである。
(1)シリカ系微粒子の平均粒子径
水―アルコール分散液(試料)中に含まれるシリカ系微粒子の10万倍拡大画像を透過型電子顕微鏡(TEM)(日立ハイテック社製H−800)にて撮影したTEM写真をルーゼックス自動画像処理解析装置(ニコレ社製LUZEX−AP)で解折し、さらに付属の解析ソフトを使用して前記シリカ微粒子の平均粒子径を算出する。
〔Measuring method〕
Next, the measurement methods employed in the examples and others of the present invention will be specifically described as follows.
(1) Average particle diameter of silica-based fine particles A 100,000 times magnified image of the silica-based fine particles contained in the water-alcohol dispersion (sample) was taken with a transmission electron microscope (TEM) (H-Hitachi High-Tech, Ltd.). 800) is parsed with a Luzex automatic image processing analyzer (LUZEX-AP manufactured by Nicole), and the average particle diameter of the silica fine particles is calculated using the attached analysis software.
(2)シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の含有量
(a)塩基性触媒成分を含むシリカ系微粒子が分散された水―アルコール分散液(試料)中に含まれる塩基性触媒成分の全量(例えば、アンモニア量)を測定するため、水酸化ナトリウム水溶液を添加して前記シリカ系微粒子を溶解した後、加熱して発生した塩基性ガスを希硫酸(H2SO4:0.05mol/L)を含む水溶液に吸収させる。次いで、これにメチルレッド溶液を2〜3滴たらして、水酸化ナトリウム水溶液(NaOH:0.1mol/L)で滴定し、該分散液中に含まれる塩基性触媒成分の全量(Q1)を測定する。
(b)次に、前記水―アルコール分散液(試料)を3000rpmの回転速度で遠心分離(遠心濃縮器:アズワン社製VS2001、遠心分離機:KUBOTA社製 KUBOTA6930)して、該分散液中に含まれるシリカ系微粒子を分離する。次いで、得られた分散媒中に含まれる塩基性触媒成分の量(例えば、アンモニア量)を、前記(a)と同様な方法で、該分散媒中に含まれる塩基性触媒成分の全量(Q2)を測定する。
(c)前記(a)で測定された塩基性触媒成分量(Q1)から前記(b)で測定された塩基性触媒成分量(Q2)を差し引き、前記シリカ系微粒子中に含まれる塩基性触媒成分の量(Q)を算出する。
(2) Content of basic catalyst component contained in silica-based fine particles (a) Basic catalyst component contained in water-alcohol dispersion (sample) in which silica-based fine particles containing basic catalyst component are dispersed In order to measure the total amount (for example, the amount of ammonia), after adding the aqueous sodium hydroxide solution to dissolve the silica-based fine particles, the basic gas generated by heating is diluted with dilute sulfuric acid (H 2 SO 4 : 0.05 mol / Absorb in aqueous solution containing L). Next, 2 to 3 drops of methyl red solution are added thereto, and titrated with an aqueous sodium hydroxide solution (NaOH: 0.1 mol / L), and the total amount (Q1) of the basic catalyst component contained in the dispersion is determined. taking measurement.
(B) Next, the water-alcohol dispersion (sample) is centrifuged at a rotational speed of 3000 rpm (centrifugal concentrator: VS2001 manufactured by ASONE, centrifuge: KUBOTA 6930 manufactured by KUBOTA) The contained silica-based fine particles are separated. Next, the amount of the basic catalyst component (for example, the amount of ammonia) contained in the obtained dispersion medium is changed to the total amount of the basic catalyst component (Q2) contained in the dispersion medium in the same manner as in the above (a). ).
(C) The basic catalyst component contained in the silica-based fine particles by subtracting the basic catalyst component amount (Q2) measured in (b) from the basic catalyst component amount (Q1) measured in (a). The amount (Q) of the component is calculated.
(3)液状組成物のpH測定
pHメーター(HORIBA社製:D−54)を用いて測定する。水素イオン濃度が既知である水溶液を電極ガラス管の中に充填しておき、測定試料である液状組成物中にその電極を接触させて、該液状組成物と電極ガラス管内に充填された前記水溶液との電位差を測定する。次いで、測定した電位差から前記液状組成物中の水素イオン濃度を算出して、pHを求める。
(3) pH measurement of liquid composition The pH is measured using a pH meter (manufactured by HORIBA: D-54). An aqueous solution having a known hydrogen ion concentration is filled in an electrode glass tube, the electrode is brought into contact with a liquid composition that is a measurement sample, and the aqueous composition is filled in the electrode glass tube. Measure the potential difference between. Next, the pH is obtained by calculating the hydrogen ion concentration in the liquid composition from the measured potential difference.
(4)珪素化合物の数平均分子量
分子量測定装置(東ソー社製:GPC8020)を用いて、GPC(Gel Phase Chromatography)法により測定する。すなわち、試料としての液状組成物1mLを溶離液に乗せて、ゲルカラム(東ソー社製:TSKgel、東ソー社製:G5000Hxl、TSKgel G3000Hxlを連結)に通すことで、該試料中の分子成分を流体力学的体積の大きさに従って分離し、時間毎のリファレンスとの屈折率差により分子量分布を測定する。次いで、測定した分子量分布を予め測定した既知の分子量を持つポリスチレンの分布と比較して換算することにより、ポリスチレン換算の数平均分子量を算出する。
(4) The number average molecular weight of the silicon compound is measured by a GPC (Gel Phase Chromatography) method using a device for measuring the molecular weight (GPC8020 manufactured by Tosoh Corporation). That is, 1 mL of a liquid composition as a sample is placed on an eluent, and passed through a gel column (manufactured by Tosoh Corporation: TSKgel, Tosoh Corporation: G5000Hxl, TSKgel G3000Hxl connected) to hydrodynamically remove the molecular components in the sample. They are separated according to the size of the volume, and the molecular weight distribution is measured by the refractive index difference from the reference every time. Next, the number average molecular weight in terms of polystyrene is calculated by converting the measured molecular weight distribution in comparison with the distribution of polystyrene having a known molecular weight measured in advance.
(5)液状組成物のイオン濃度測定
試料としての液状組成物10mLを精製純水90mLと混合して、室温で1時間攪拌した後、この混合液を濾過し、さらに濾過後の濾材に100mLの精製純水を通して濾液を回収する。次いで、この回収濾液に含まれている金属イオンなどの陽イオン濃度を原子吸光法で測定し、塩基性触媒成分などの陰イオン濃度をイオンクロマトグラフィー法で測定する。
(5) 10 mL of a liquid composition as a sample for measuring the ionic concentration of the liquid composition is mixed with 90 mL of purified pure water and stirred at room temperature for 1 hour, and then the mixture is filtered. Collect the filtrate through purified water. Next, the concentration of cations such as metal ions contained in the recovered filtrate is measured by atomic absorption, and the concentration of anions such as basic catalyst components is measured by ion chromatography.
(6)シリカ系塗膜の比誘電率
試料としての液状組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法にて4000rpmの回転速度で塗布し、120℃の温度で5分間乾燥させた後、窒素雰囲気下にて350℃の温度で30分間焼成して塗布膜(シリカ系塗膜)を形成する。次いで、水銀プローブ法(Solid State Measurements 製SSM495、周波数1MHz)により測定する。すなわち、前記塗布膜に水銀電極を接触させて、電圧を変えて該塗布膜の電気容量を測定して、得られた電気容量と膜厚から塗布膜の比誘電率を算出する。
(6) A liquid composition as a relative dielectric constant sample of a silica-based coating is applied on a silicon wafer by a spin coating method at a rotational speed of 4000 rpm, dried at a temperature of 120 ° C. for 5 minutes, and then in a nitrogen atmosphere. Baked at 350 ° C. for 30 minutes to form a coating film (silica-based coating film). Subsequently, it measures by the mercury probe method (SSM495 by Solid State Measurements, frequency 1MHz). That is, a mercury electrode is brought into contact with the coating film, the electric capacity of the coating film is measured by changing the voltage, and the relative dielectric constant of the coating film is calculated from the obtained electric capacity and film thickness.
(7)シリカ系塗膜の塗膜強度
試料としての液状組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法にて4000rpmの回転速度で塗布し、120℃の温度で5分間乾燥させた後、窒素雰囲気下にて350℃の温度で30分間焼成して塗布膜(シリカ系塗膜)を形成する。次いで、ナノインデンテーション法(MTS Systems Corp製ナノインデンターXP)によりヤング弾性率(Young’s Modulus)を測定する。すなわち、ダイヤモンド製の圧子を前記塗布膜に押し込み、該圧子と塗布膜の接触面積および押し込み強度を測定して、ヤング弾性率を算出する。
(7) A liquid composition as a coating strength sample of a silica-based coating is applied on a silicon wafer by a spin coating method at a rotational speed of 4000 rpm, dried at a temperature of 120 ° C. for 5 minutes, and then in a nitrogen atmosphere. Baked at 350 ° C. for 30 minutes to form a coating film (silica-based coating film). Next, Young's Modulus is measured by the nanoindentation method (Nanoindenter XP manufactured by MTS Systems Corp). That is, a diamond indenter is pressed into the coating film, and the contact area and the pressing strength between the indenter and the coating film are measured to calculate the Young's elastic modulus.
(8)シリカ系塗膜のクラック耐性限界膜厚
試料としての液状組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法にて300〜700rpmの回転速度で塗布し、120℃の温度で5分間乾燥させた後、窒素雰囲気下にて350℃の温度で30分間焼成して塗布膜(シリカ系塗膜)を形成する。次いで、得られた塗布膜を顕微鏡(倍率:50倍)で観察し、クラックの有無を確認する。さらに、接触式段差膜厚測定法(ACCRETECH社製 SURFCOM1400D)により、クラックが発生しない限界膜厚を測定する。
(8) After applying a liquid composition as a crack resistant limit film thickness sample of a silica-based coating film on a silicon wafer at a rotational speed of 300 to 700 rpm by a spin coat method and drying at 120 ° C. for 5 minutes. Then, it is baked at a temperature of 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to form a coating film (silica-based coating film). Next, the obtained coating film is observed with a microscope (magnification: 50 times) to confirm the presence or absence of cracks. Furthermore, the limit film thickness which does not generate | occur | produce a crack is measured by the contact-type level | step difference film thickness measuring method (SURFCOM1400D by ACCRETECH).
(9)シリカ系塗膜の表面粗さ
試料としての液状組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法にて4000rpmの回転速度で塗布し、120℃の温度で5分間乾燥させた後、窒素雰囲気下にて350℃の温度で30分間焼成して塗布膜(シリカ系塗膜)を形成する。次いで、前記塗布膜に導電性が付与された探針付きカンチレバー(日本ビーコ(株)製 NCH-10V)を走査させ、探針と塗布膜の分子間力から表面形状を観測して、表面粗さ(Rms)を算出する。
(9) Surface roughness of silica-based coating film A liquid composition as a sample was applied on a silicon wafer by a spin coating method at a rotation speed of 4000 rpm and dried at a temperature of 120C for 5 minutes. Then, it is baked at a temperature of 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to form a coating film (silica-based coating film). Next, a cantilever with a probe (Nippon Biko Co., Ltd. NCH-10V) in which conductivity is imparted to the coating film is scanned, and the surface shape is observed from the intermolecular force between the probe and the coating film. (Rms) is calculated.
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[調製例1]
99.9重量%濃度のメタノール(関東化学(株)製)508gと純水760gからなる敷き水1268gを調製した。99.9重量%濃度のメタノール16048gとエチルシリケート(多摩化学工業(株)製)を8452g加えて撹拌したエチルシリケート溶液24500gを調製した。
次に、前記敷き水1268gを65℃の温度に加熱して保持し、これに前記エチルシリケート溶液24500gおよび1.9重量%濃度のアンモニア水9490gを同時に5時間かけて撹拌下で添加した。添加終了後、さらに前記温度に保って3時間、熟成操作を行い、7.4重量%のシリカ微粒子を含む水−メタノール分散液(以下、「水−メタノール分散液」という。)35258gを得た。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
[Preparation Example 1]
1268 g of bedding water consisting of 508 g of 99.9% by weight methanol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and 760 g of pure water was prepared. 16052 g of 99.9% strength by weight methanol and 8452 g of ethyl silicate (manufactured by Tama Chemical Industry Co., Ltd.) were added and 24500 g of a stirred ethyl silicate solution was prepared.
Next, 1268 g of the floor water was heated to 65 ° C. and held, and 24500 g of the ethyl silicate solution and 9490 g of 1.9 wt% ammonia water were simultaneously added to the mixture over 5 hours with stirring. After completion of the addition, the mixture was further aged for 3 hours while maintaining the above temperature to obtain 35258 g of a water-methanol dispersion (hereinafter referred to as “water-methanol dispersion”) containing 7.4% by weight of silica fine particles. .
次いで、得られた水−メタノール分散液を室温まで冷却し、該水−メタノール分散液のうち31860gに、純水20340gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタ(旭化成(株)製、ACP−2013)を用いて、その重量が18711gになるまで濃縮した。これにより、該水−メタノール分散液中に含まれる前記エチルシリケートの未反応物や中間反応物などを除去した水−メタノール分散液(以下、「水−メタノール精製液」という。)18711gを得た。 Next, the obtained water-methanol dispersion was cooled to room temperature, and after adding 20340 g of pure water to 31860 g of the water-methanol dispersion, the mixture was stirred and then subjected to an ultrafiltration filter (Asahi Kasei) at 25 ° C. Using ACP-2013), it was concentrated until its weight reached 18711 g. As a result, 18711 g of a water-methanol dispersion (hereinafter referred to as “water-methanol purified solution”) from which the unreacted or intermediate reactants of the ethyl silicate contained in the water-methanol dispersion were removed was obtained. .
次いで、上記で得られた水−メタノール精製液のうち10395gに、99.5重量%濃度のエタノール(和光純薬工業(株)製)13860gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が10395gになるまで濃縮した。さらに、得られた分散液にエタノール13860gを加えて撹拌した後、再度、前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が10395gになるまで濃縮した。これにより、前記水−メタノール精製液中に含まれる水とメタノールを溶媒置換させた、シリカ微粒子を含む水―エタノール分散液(以下、「水−エタノール分散液」という。)10395gを得た。 Subsequently, 13860 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 13860 g was added to 10395 g of the purified water-methanol solution obtained above, and the mixture was stirred, and then at a temperature of 25 ° C. The ultrafiltration filter was used to concentrate until the weight reached 10395 g. Further, 13860 g of ethanol was added to the obtained dispersion and stirred, and then concentrated again using the ultrafiltration filter until the weight became 10395 g. As a result, 10395 g of a water-ethanol dispersion liquid (hereinafter referred to as “water-ethanol dispersion liquid”) containing silica fine particles in which water and methanol contained in the water-methanol purified liquid were replaced with a solvent was obtained.
この水―エタノール分散液にエタノール2703gを加えて該分散液中に含まれるシリカ系微粒子の濃度を10重量%に調整し、さらにロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)を用いて濃縮して、シリカ微粒子を19.4重量%含む水−エタノール分散液の試料1A6752gを得た。
このようにして得られた試料1A中に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径を測定したところ、概ね20nmであった。
さらに、前記試料1A中に含まれるアンモニアの全含有量および前記シリカ系微粒子中に含まれるアンモニアの含有量を測定したところ、表1に示す通りであった。
2703 g of ethanol was added to this water-ethanol dispersion to adjust the concentration of silica-based fine particles contained in the dispersion to 10% by weight, and further concentrated using a rotary evaporator (RE20EU manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.). Sample 1A6752g of a water-ethanol dispersion containing 19.4% by weight of silica fine particles was obtained.
The average particle diameter of the silica-based fine particles contained in the sample 1A thus obtained was measured and found to be approximately 20 nm.
Furthermore, when the total content of ammonia contained in the sample 1A and the content of ammonia contained in the silica-based fine particles were measured, the results were as shown in Table 1.
[調製例2]
調製例1と同様な方法で、水―メタノール精製液18711gを調製した。
次に、調製した前記水―メタノール精製液を10150g取り出し、29重量%濃度のアンモニア水47gを加えて撹拌した後、オートクレーブ(耐圧ガラス工業(株)製、TAS−13型)に入れて、150℃の温度で15時間、処理して、該水―メタノール精製液中に含まれるシリカ微粒子の熟成を行った。
次に、これを室温まで冷却して得られた水―メタノール精製液(熟成液)を10045g取り出し、純水13020gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタを用いて、その重量が9998gになるまで濃縮した。更に純水13020gを加えて攪拌した後、再度、前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が9998gになるまで濃縮する作業を2回繰り返した。これにより、前記シリカ系微粒子中に含まれるアンモニアを一部除去した水―メタノール精製液9998gを得た。
[Preparation Example 2]
In the same manner as in Preparation Example 1, 18711 g of a purified water-methanol solution was prepared.
Next, 10150 g of the prepared water-methanol purified solution was taken out, 47 g of 29 wt% ammonia water was added and stirred, and then placed in an autoclave (Pressure Glass Industry Co., Ltd., TAS-13 type). The silica fine particles contained in the water-methanol purified liquid were aged by treatment at a temperature of 15 ° C. for 15 hours.
Next, 10045 g of a water-methanol purified solution (ripening solution) obtained by cooling this to room temperature was taken out, 13020 g of pure water was added and stirred, and then using an ultrafiltration filter at 25 ° C. And concentrated to 9998 g. Further, after adding 13020 g of pure water and stirring, the operation of concentrating until the weight became 9998 g using the ultrafiltration filter was repeated twice. As a result, 9998 g of a purified water-methanol solution from which ammonia contained in the silica-based fine particles was partially removed was obtained.
次いで、上記で得られた水―メタノール精製液9998gに、エタノール(和光純薬工業(株)製)13331gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタを用いて濾過し、その重量が9998gになるまで濃縮した。さらに、エタノール13331gを加えて撹拌した後、再度、前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が9998gになるまで濃縮した。これにより、前記水―メタノール分散液中に含まれる水とメタノールを溶媒置換させた水―エタノール分散液9998gを得た。
この水―エタノール分散液にエタノール2600gを加えて該分散液中に含まれるシリカ系微粒子の濃度を10重量%に調整し、さらにロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)を用いて濃縮して、シリカ微粒子を19.4重量%含む水−エタノール分散液の試料2A6494gを得た。
このようにして得られた前記試料2A中に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径を測定したところ、概ね25nmであった。
さらに、調製例1の場合と同様に、前記試料2A中に含まれるアンモニアの全含有量および前記シリカ系微粒子中に含まれるアンモニアの含有量を測定したところ、表1に示す通りであった。
Next, 13331 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 13331 g was added to 9998 g of the water-methanol purified solution obtained above and stirred, followed by filtration using an ultrafiltration filter under a temperature condition of 25 ° C. And concentrated to 9998 g. Further, 13331 g of ethanol was added and stirred, and then concentrated again using the ultrafiltration filter until the weight became 9998 g. As a result, 9998 g of a water-ethanol dispersion in which water and methanol contained in the water-methanol dispersion were replaced with a solvent was obtained.
2600 g of ethanol is added to this water-ethanol dispersion to adjust the concentration of silica-based fine particles contained in the dispersion to 10% by weight, and further concentrated using a rotary evaporator (RE20EU, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.). In addition, 6494 g of a water-ethanol dispersion sample 2A containing 19.4% by weight of silica fine particles was obtained.
The average particle size of the silica-based fine particles contained in the sample 2A thus obtained was measured and found to be approximately 25 nm.
Further, in the same manner as in Preparation Example 1, the total ammonia content contained in the sample 2A and the ammonia content contained in the silica-based fine particles were measured.
[調製例3]
水−メタノール精製液を得るまでは、調製例1と同様な方法で、水−メタノール精製液18711gを得た。
次いで、得られた水−メタノール精製液9998gを取り出し、アンモニア濃度を減らすために、再度、純水13331gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタを用いて、その重量が9998gになるまで濃縮した。次いで、エタノール(和光純薬工業(株)製)13331gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタを用いて、その重量が9998gになるまで濃縮した。さらに、エタノールを13331g加えて撹拌した後、再度、前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が9998gになるまで濃縮した。これにより、前記水−メタノール精製液中に含まれる水とメタノールを溶媒置換させた水―エタノール分散液9998gを得た。
[Preparation Example 3]
Until a water-methanol purified solution was obtained, 18711 g of a water-methanol purified solution was obtained in the same manner as in Preparation Example 1.
Subsequently, 9998 g of the obtained water-methanol purified solution was taken out, and 13331 g of pure water was again added and stirred in order to reduce the ammonia concentration. Was concentrated to 9998 g. Next, 13331 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred, and then concentrated using an ultrafiltration filter under a temperature condition of 25 ° C. until its weight reached 9998 g. Furthermore, after adding 13331g of ethanol and stirring, it concentrated until the weight became 9998g again using the said ultrafiltration filter. As a result, 9998 g of a water-ethanol dispersion in which water and methanol contained in the water-methanol purified solution were substituted by solvent was obtained.
この水―エタノール分散液にエタノール2600gを加えて、該分散液中に含まれるシリカ系微粒子の濃度を10重量%に調製し、さらにロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)を用いて濃縮して、シリカ微粒子を19.4重量%含む水−エタノール分散液の試料3A6494gを得た。
このようにして得られた試料3A中に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径を測定したところ、概ね25nmであった。
さらに、調製例1の場合と同様に、前記試料3A中に含まれるアンモニアの全含有量および前記シリカ系微粒子中に含まれるアンモニアの含有量を測定したところ、表1に示す通りであった。
2600 g of ethanol is added to this water-ethanol dispersion to adjust the concentration of silica-based fine particles contained in the dispersion to 10% by weight, and further concentrated using a rotary evaporator (RE20EU, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.). As a result, 6494 g of a water-ethanol dispersion sample 3A containing 19.4% by weight of silica fine particles was obtained.
The average particle diameter of the silica-based fine particles contained in the sample 3A thus obtained was measured and found to be approximately 25 nm.
Further, as in the case of Preparation Example 1, the total content of ammonia contained in the sample 3A and the content of ammonia contained in the silica-based fine particles were measured, and as shown in Table 1.
[調製例4]
水−メタノール精製液を得るまでは、調製例1と同様な方法で、水―メタノール精製液の試料18711gを調製した。
次に、前記水−メタノール精製液のうち10150gを取り、該試料中のアンモニア濃度を増やすために、前記水―メタノール精製液に29重量%濃度のアンモニア水190gを加えて撹拌した後、オートクレーブ(耐圧ガラス工業(株)製、TAS−13型)に入れて、150℃の温度で15時間、処理して、該水―メタノール精製液中に含まれるシリカ微粒子の熟成を行った。
次に、これを室温まで冷却して得られた水―メタノール精製液(熟成液)10340gのうち、10045gを取り出し、純水13020gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタを用いて、その重量が9861gになるまで濃縮した。更に純水13020gを加えて攪拌した後、再度、前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が9861gになるまで濃縮する作業を2回繰り返した。これにより、前記シリカ系微粒子中に含まれるアンモニアを一部除去した水―メタノール精製液9861gを得た。
[Preparation Example 4]
Until a water-methanol purified solution was obtained, 18711 g of a water-methanol purified solution was prepared in the same manner as in Preparation Example 1.
Next, 10150 g of the water-methanol purified solution was taken, and in order to increase the ammonia concentration in the sample, 190 g of 29 wt% ammonia water was added to the water-methanol purified solution and stirred, and then the autoclave ( It was put into a pressure-resistant glass industry, TAS-13 type), and treated at a temperature of 150 ° C. for 15 hours to mature the silica fine particles contained in the water-methanol purified solution.
Next, 10045 g of 10340 g of the water-methanol purified solution (ripening solution) obtained by cooling this to room temperature was taken out, 13020 g of pure water was added and stirred, and then ultrafiltration was performed at a temperature of 25 ° C. Using a filter, the solution was concentrated to 9861 g. Further, after adding 13020 g of pure water and stirring, the operation of concentrating until the weight became 9861 g using the ultrafiltration filter was repeated twice. As a result, 9861 g of a purified water-methanol solution from which ammonia contained in the silica-based fine particles was partially removed was obtained.
次いで、上記で得られた水―メタノール精製液9861gに、エタノール(和光純薬工業(株)製)13147gを加えて撹拌した後、25℃の温度条件下で限外濾過フィルタを用いて、その重量が9861gになるまで濃縮した。さらに、エタノールを13147g加えて撹拌した後、再度、前記限外濾過フィルタを用いて、その重量が9861gになるまで濃縮した。これにより、前記水―メタノール精製液中に含まれる水とメタノールを溶媒置換させた水―エタノール分散液をそれぞれ9861gを得た。
この水―エタノール分散液にエタノール2564gを加えて、該分散液中に含まれるシリカ系微粒子の濃度を10重量%に調製し、さらにロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)を用いて濃縮して、シリカ微粒子を19.4重量%含む水−エタノール分散液の試料4A6404gを得た。
このようにして得られた試料4A中に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径を測定したところ、概ね25nmであった。
さらに、調製例1の場合と同様に、前記試料4A中に含まれるアンモニアの全含有量および前記シリカ系微粒子中に含まれるアンモニアの含有量を測定したところ、表1に示す通りであった。
Next, 13147 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 13147 g was added to 9861 g of the purified water-methanol solution obtained above, and the mixture was stirred, and then the ultrafiltration filter was used under a temperature condition of 25 ° C. Concentrated to a weight of 9861 g. Furthermore, after adding 13147g of ethanol and stirring, it concentrated again using the said ultrafiltration filter until the weight became 9861g. As a result, 9861 g of a water-ethanol dispersion obtained by substituting the water and methanol contained in the purified water-methanol solution with a solvent was obtained.
2564 g of ethanol is added to this water-ethanol dispersion to adjust the concentration of silica-based fine particles contained in the dispersion to 10% by weight, and further concentrated using a rotary evaporator (RE20EU manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.). Thus, 6404 g of a water-ethanol dispersion sample 4A containing 19.4% by weight of silica fine particles was obtained.
The average particle size of the silica-based fine particles contained in the sample 4A thus obtained was measured and found to be approximately 25 nm.
Further, as in the case of Preparation Example 1, the total content of ammonia contained in the sample 4A and the content of ammonia contained in the silica-based fine particles were measured, and as shown in Table 1.
[実施例1]
調製例1で調製された前記試料1Aおよび調製例2で調製された前記試料2A(共に、シリカ微粒子を19.4重量%含む水−エタノール分散液)をそれぞれ6050gずつ取り出し、これらにメチルトリメトキシシラン(MTMS、信越化学工業(株)製)1778gと0.44重量%濃度の硝酸(関東化学(株)製)の水溶液1409gとを混合して、室温から徐々に50℃の温度まで加熱した。さらに、この温度(50℃)に保って200rpmの速度で15時間、攪拌しながら、前記メチルトリメトキシシランの部分加水分解および/または加水分解を行った。
この時の混合液のpHを測定したところ、前記試料1Aを使用したものは、当初(加熱前)、酸性触媒成分として加えた硝酸の影響でpH2.1であったが、温度の上昇とともにpH7.8となり、その状態で安定化した。また、前記試料2Aを使用したものは、当初(加熱前)、酸性触媒成分として加えた硝酸の影響でpH2.4であったが、温度の上昇とともにpH8.0となり、その状態で安定化した。すなわち、前記試料中に含まれるシリカ系微粒子から塩基性触媒成分としてのアンモニアが放出され、前記メチルトリメトキシシランの部分加水分解反応および/または加水分解反応に寄与していることが分かった。
[Example 1]
6050 g each of the sample 1A prepared in Preparation Example 1 and the sample 2A prepared in Preparation Example 2 (both water-ethanol dispersions containing 19.4% by weight of silica fine particles) were taken out and added to methyltrimethoxy. 1778 g of silane (MTMS, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 1409 g of 0.44 wt% nitric acid (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were mixed and heated gradually from room temperature to a temperature of 50 ° C. . Further, the methyltrimethoxysilane was partially hydrolyzed and / or hydrolyzed with stirring at a speed of 200 rpm for 15 hours while maintaining this temperature (50 ° C.).
When the pH of the mixed solution at this time was measured, the sample using the sample 1A was initially (before heating) and had a pH of 2.1 due to the influence of nitric acid added as an acidic catalyst component. .8 and stabilized in that state. In addition, the sample using the sample 2A initially (before heating) had a pH of 2.4 due to the influence of nitric acid added as an acidic catalyst component, but became pH 8.0 as the temperature increased, and stabilized in that state. . That is, it was found that ammonia as a basic catalyst component was released from the silica-based fine particles contained in the sample and contributed to the partial hydrolysis reaction and / or hydrolysis reaction of the methyltrimethoxysilane.
次いで、得られた水−エタノール分散液をロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)に供して、該分散液中に含まれる水やエタノールなどをプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM、ダイセル化学工業(株)製)と溶媒置換した。さらに、この溶媒置換されたPGM溶液中に含まれる珪素化合物の含有量を、SiO2基準で25重量%に調整して、有機溶媒系混合液1B(前記試料1Aを使用して調製されたもの)および有機溶媒系混合液2B(前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液1Bおよび2Bから200gを採取し、これらにトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート(和光純薬工業(株)製)0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物1Cおよび2Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表2に示す通りであった。
Next, the obtained water-ethanol dispersion was subjected to a rotary evaporator (RE20EU, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.), and water and ethanol contained in the dispersion were mixed with propylene glycol monomethyl ether (PGM, Daicel Chemical Industries, Ltd.). )) And solvent substitution. Furthermore, the content of the silicon compound contained in the solvent-substituted PGM solution was adjusted to 25% by weight on the basis of SiO 2 to prepare an organic solvent-based mixed solution 1B (prepared using the sample 1A). ) And an organic solvent-based mixed solution 2B (prepared using the sample 2A).
Next, 200 g of these organic solvent mixed liquids 1B and 2B was collected, and 0.05 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether. 0.5 g of the acid generator solution was added with stirring. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 1C and 2C.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 2.
[実施例2]
調製例2で調製された前記試料2Aと、メチルトリメトキシシランの代わりにフェニルトリメトキシシラン(PhTMS、信越化学工業(株)製)とフェニルトリクロロシラン(PhTCS、信越化学工業(株)製)とをそれぞれ使用した以外は、実施例1の場合と同様な方法で、反応物である珪素化合物をSiO2基準で25重量%含む有機溶媒系混合液3B(前記試料2Aとフェニルトリメトキシシランを使用して調製されたもの)および有機溶媒系混合液4B(前記試料2Aとフェニルトリクロロシランを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液3Bおよび4Bから200gを採取し、これらにトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物3Cおよび4Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表2に示す通りであった。
[Example 2]
Sample 2A prepared in Preparation Example 2, phenyltrimethoxysilane (PhTMS, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and phenyltrichlorosilane (PhTCS, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) instead of methyltrimethoxysilane In the same manner as in Example 1, except that each was used, an organic solvent mixed solution 3B containing 25% by weight of a silicon compound as a reactant based on SiO 2 (using the above sample 2A and phenyltrimethoxysilane) And an organic solvent mixed solution 4B (prepared using the sample 2A and phenyltrichlorosilane).
Next, 200 g of these organic solvent-based mixed liquids 3B and 4B was collected, and 0.5 g of an acid generator solution in which 0.05 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether was added thereto. Added under stirring. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 3C and 4C.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 2.
[実施例3]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液5B(前記試料1Aを使用して調製されたもの)および有機溶媒系混合液6B(前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液5Bおよび6Bから200gを採取し、これらに2,4,6−トリメチルフェニルジフェニルスルホニウムp−トルエンスルホネート0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物5Cおよび6Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表2に示す通りであった。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, the organic solvent mixture 5B (prepared using the sample 1A) and the organic solvent mixture 6B (prepared using the sample 2A) Got.
Next, 200 g of these organic solvent mixture liquids 5B and 6B was collected, and 0.05 g of 2,4,6-trimethylphenyldiphenylsulfonium p-toluenesulfonate was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether. 0.5 g of acid generator solution was added with stirring. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 5C and 6C.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 2.
[実施例4]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液7B(前記試料1Aを使用して調製されたもの)および有機溶媒系混合液8B(前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液7Bおよび8Bから200gを採取し、これらにビス(4−t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物7Cおよび8Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表2に示す通りであった。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1, the organic solvent mixture 7B (prepared using the sample 1A) and the organic solvent mixture 8B (prepared using the sample 2A) Got.
Next, 200 g of these organic solvent-based mixed liquids 7B and 8B were collected, and 0.05 g of bis (4-t-butylphenylsulfonyl) diazomethane was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether. 0.5 g of solution was added under stirring. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 7C and 8C.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 2.
[比較例1]
調製例3で調製された試料3Aを使用した以外は、実施例1の場合と同様な方法で、前記メチルトリメトキシシランの部分加水分解および/または加水分解を行った。
前記試料3Aを用いた場合の混合液のpHを測定したところ、当初(加熱前)は、酸性触媒成分として加えた硝酸の影響でpH2.2であったが、温度の上昇とともに徐々に増加してpH4.1となった。すなわち、シリカ系微粒子から塩基性触媒成分として放出されるアンモニアの量が不充分であり、前記メチルトリメトキシシランの部分加水分解反応および/または加水分解反応に寄与する塩基性触媒が少ないことが分かった。
[Comparative Example 1]
The methyltrimethoxysilane was partially hydrolyzed and / or hydrolyzed in the same manner as in Example 1 except that the sample 3A prepared in Preparation Example 3 was used.
When the pH of the mixed solution in the case of using the sample 3A was measured, it was initially 2.2 (because of the influence of nitric acid added as an acidic catalyst component), but gradually increased as the temperature increased. PH was 4.1. That is, it is found that the amount of ammonia released from the silica-based fine particles as a basic catalyst component is insufficient, and there are few basic catalysts that contribute to the partial hydrolysis reaction and / or hydrolysis reaction of the methyltrimethoxysilane. It was.
次いで、得られた水−エタノール分散液をロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)に供して、該分散液中に含まれる水やエタノールなどをプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM、日本乳化剤(株)製)と溶媒置換した。さらに、この溶媒置換されたPGM溶液中に含まれる珪素化合物の含有量を、SiO2基準で25重量%に調整して、有機溶媒系混合液9B(前記試料3Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液9Bから200gを採取し、これにトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物9Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表2に示す通りであった。
Next, the obtained water-ethanol dispersion was subjected to a rotary evaporator (RE20EU, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.), and water and ethanol contained in the dispersion were mixed with propylene glycol monomethyl ether (PGM, Nippon Emulsifier Co., Ltd.). And the solvent was replaced. Further, the content of the silicon compound contained in the solvent-substituted PGM solution was adjusted to 25% by weight on the basis of SiO 2 to prepare an organic solvent-based mixed solution 9B (prepared using the sample 3A). )
Next, 200 g of these organic solvent-based mixed solutions 9B were collected, and 0.5 g of an acid generator solution in which 0.05 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether was stirred. Added at. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain a liquid composition 9C.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 2.
[比較例2]
調製例4で調製された前記試料4Aを使用した以外は、実施例1の場合と同様な方法で、前記メチルトリメトキシシランの部分加水分解および/または加水分解を行った。
前記試料4Aを用いた場合の混合液のpHを測定したところ、当初(加熱前)は、pH8.3であり、温度の上昇とともに少し増加してpH8.5になった。このように、酸性触媒としての硝酸を同量、混合したにもかかわらず、当初からpH値が高く、しかもその値が殆ど変化しなかった理由は、前記試料4Aの水−エタノール分散液中に含まれるアンモニア量が多いばかりでなく、シリカ系微粒子中にも塩基性触媒成分としてのアンモニアが多量に存在しているためである。これにより、前記メチルトリメトキシシランの加水分解反応が、過剰のアンモニア(塩基性触媒成分)によって進みすぎていることが予想される。
[Comparative Example 2]
The methyltrimethoxysilane was partially hydrolyzed and / or hydrolyzed in the same manner as in Example 1 except that the sample 4A prepared in Preparation Example 4 was used.
When the pH of the mixed solution in the case of using the sample 4A was measured, the initial value (before heating) was pH 8.3, and increased slightly as the temperature increased to pH 8.5. Thus, despite the fact that the same amount of nitric acid as an acidic catalyst was mixed, the pH value was high from the beginning, and the value did not substantially change. This is because not only a large amount of ammonia is contained, but also a large amount of ammonia as a basic catalyst component is present in the silica-based fine particles. Thereby, it is expected that the hydrolysis reaction of the methyltrimethoxysilane proceeds too much due to excess ammonia (basic catalyst component).
次いで、得られた水−エタノール分散液をロータリーエバポレーター(柴田科学(株)製 RE20EU)に供して、該分散液中に含まれる水やエタノールなどをプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM、日本乳化剤(株)製)に溶媒置換した。さらに、この溶媒置換されたPGM溶液中に含まれる珪素化合物の含有量を、SiO2基準で25重量%に調整して、有機溶媒系混合液10B(前記試料4Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液10Bから200gを採取し、これにトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物10Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表2に示す通りであった。また、この液状組成物は、長期保存するとゲル化して安定性に欠けることが分かった。
Next, the obtained water-ethanol dispersion was subjected to a rotary evaporator (RE20EU, manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd.), and water and ethanol contained in the dispersion were mixed with propylene glycol monomethyl ether (PGM, Nippon Emulsifier Co., Ltd.). The product was replaced with a solvent. Furthermore, the content of the silicon compound contained in the solvent-substituted PGM solution was adjusted to 25% by weight on the basis of SiO 2 , and an organic solvent mixed solution 10B (prepared using the above sample 4A) )
Next, 200 g of these organic solvent-based mixed solution 10B was collected, and 0.5 g of an acid generator solution in which 0.05 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether was stirred. Added at. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain a liquid composition 10C.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 2. Moreover, it turned out that this liquid composition will gelatinize and will lack stability if it preserve | saves for a long period of time.
[実施例5および比較例3]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液11B、12B、13Bおよび14B(共に、前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次いで、これらの有機溶媒系混合液11B、12B、13Bおよび14Bから200gづつを採取し、これらに前記酸発生剤溶液(トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル45gに分散させたもの)をそれぞれ0.03g、0.38g、1.26gおよび9.47gづつ添加した以外は、実施例1の場合と同様な方法で、液状組成物11C、12C、13Cおよび14Cを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれる珪素化合物(加水分解物)の数平均分子量(ポリスチレン換算基準)、シリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量および酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比を測定・算出したところ、表3に示す通りであった。
[Example 5 and Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, organic solvent-based mixed liquids 11B, 12B, 13B, and 14B (both prepared using Sample 2A) were obtained.
Next, 200 g of each of these organic solvent-based mixed liquids 11B, 12B, 13B and 14B was sampled, and the acid generator solution (5 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was dispersed in 45 g of propylene glycol monomethyl ether). Liquid compositions 11C, 12C, 13C and 14C were obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.03 g, 0.38 g, 1.26 g and 9.47 g were added respectively.
The number average molecular weight (polystyrene conversion standard) of the silicon compound (hydrolyzate) contained in the liquid composition thus obtained, the content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles, and the acid generator When the molar ratio of (X) / basic catalyst component (Y) was measured and calculated, it was as shown in Table 3.
[実施例6]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液15B(前記試料1Aを使用して調製されたもの)および有機溶媒系混合液16B(前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液15Bおよび16Bから200gを採取し、これらにトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.05gをプロピレングリコールモノメチルエーテル0.45gに分散させた酸発生剤溶液0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物15Cおよび16Cを得た。
次いで、これらの液状組成物15Cおよび16Cに、トリエタノールアミン0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル49.5gに分散させたアミン化合物溶液のうち0.5gを撹拌下で添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物15Dおよび16Dを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれるシリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量、酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比およびアミン化合物(Z)/酸発生剤(X)のモル比を測定・算出したところ、表4に示す通りであった。
[Example 6]
In the same manner as in Example 1, the organic solvent mixture 15B (prepared using the sample 1A) and the organic solvent mixture 16B (prepared using the sample 2A) Got.
Next, 200 g of these organic solvent mixture liquids 15B and 16B was collected, and 0.5 g of an acid generator solution in which 0.05 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was dispersed in 0.45 g of propylene glycol monomethyl ether was added thereto. Added under stirring. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 15C and 16C.
Next, 0.5 g of an amine compound solution in which 0.5 g of triethanolamine was dispersed in 49.5 g of propylene glycol monomethyl ether was added to these liquid compositions 15C and 16C with stirring. Subsequently, it fully stirred and mixed and liquid composition 15D and 16D were obtained.
Content of basic catalyst component (ammonia) in silica-based fine particles contained in the liquid composition thus obtained, molar ratio of acid generator (X) / basic catalyst component (Y), and amine compound When the molar ratio of (Z) / acid generator (X) was measured and calculated, it was as shown in Table 4.
[実施例7および比較例4]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液17B、18B、19Bおよび20B(共に、前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液17B、18B、19Bおよび20Bから200gづつを採取し、これらに前記酸発生剤溶液(トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル4.5gに分散させたもの)を0.5gづつ添加した。次いで、十分に撹拌して混合して、液状組成物17C、18C、19Cおよび20Cを得た。
次いで、これらの液状組成物液状組成物17C、18C、19Cおよび20Cに、前記アミン化合物溶液(トリエタノールアミン0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル49.5gに分散させたもの)をそれぞれ0.01g、0.11g、0.37gおよび2.76gづつ添加した以外は、実施例6の場合と同様な方法で、液状組成物17D、18D、19Dおよび20Dを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれるシリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量、酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比およびアミン化合物(Z)/酸発生剤(X)のモル比を測定・算出したところ、表4に示す通りであった。
[Example 7 and Comparative Example 4]
In the same manner as in Example 1, organic solvent mixed liquids 17B, 18B, 19B and 20B (both prepared using Sample 2A) were obtained.
Next, 200 g each of these organic solvent-based mixed liquids 17B, 18B, 19B and 20B was collected, and the acid generator solution (0.5 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was added to 4.5 g of propylene glycol monomethyl ether). 0.5 g of the dispersion was added. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 17C, 18C, 19C and 20C.
Next, 0.01 g of the amine compound solution (0.5 g of triethanolamine dispersed in 49.5 g of propylene glycol monomethyl ether) is added to each of these liquid compositions 17C, 18C, 19C and 20C. Liquid compositions 17D, 18D, 19D and 20D were obtained in the same manner as in Example 6 except that 0.11 g, 0.37 g and 2.76 g were added.
Content of basic catalyst component (ammonia) in silica-based fine particles contained in the liquid composition thus obtained, molar ratio of acid generator (X) / basic catalyst component (Y), and amine compound When the molar ratio of (Z) / acid generator (X) was measured and calculated, it was as shown in Table 4.
[実施例8および比較例5]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液21B、22B、23B、24Bおよび25B(共に、前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次に、これらの有機溶媒系混合液21B、22B、23B、24Bおよび25Bから200gづつを採取し、これらに前記酸発生剤溶液(トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル4.5gに分散させたもの)を0.5gづつ添加した。次いで、十分に撹拌し混合して、液状組成物21C、22C、23C、24Cおよび25Cを得た。
次に、前記アミン化合物溶液(トリエタノールアミン0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル49.5gに分散させたもの)を0.5gづつ添加した。次いで、十分に撹拌し混合して、液状組成物21D、22D、23D、24Dおよび25Dを得た。
次に、これらの液状組成物21D、22D、23D、24Dおよび25Dに、増感剤として9,10−ジプロポキシアントラセン0.3gをプロピレングリコールモノメチルエーテル9.7gに分散させた増感剤溶液をそれぞれ0.02g、0.15g、0.24g、0.5gおよび1.07gづつ添加した。次いで、十分に撹拌し混合して、液状組成物21E、22E、23E、24Eおよび25Eを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれるシリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量、酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比、アミン化合物(Z)/酸発生剤(X)のモル比、増感剤(W)/酸発生剤(X)のモル比を測定・算出したところ、表5に示す通りであった。
[Example 8 and Comparative Example 5]
In the same manner as in Example 1, organic solvent-based mixed liquids 21B, 22B, 23B, 24B, and 25B (both prepared using the sample 2A) were obtained.
Next, 200 g of each of these organic solvent-based mixed liquids 21B, 22B, 23B, 24B and 25B was collected, and 0.5 g of the acid generator solution (0.5 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate was added to propylene glycol monomethyl ether. 0.5 g) was added in increments of 0.5 g. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 21C, 22C, 23C, 24C and 25C.
Next, 0.5 g of the amine compound solution (0.5 g of triethanolamine dispersed in 49.5 g of propylene glycol monomethyl ether) was added. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 21D, 22D, 23D, 24D and 25D.
Next, a sensitizer solution obtained by dispersing 0.3 g of 9,10-dipropoxyanthracene in 9.7 g of propylene glycol monomethyl ether as a sensitizer in these liquid compositions 21D, 22D, 23D, 24D and 25D. 0.02 g, 0.15 g, 0.24 g, 0.5 g and 1.07 g were added respectively. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain liquid compositions 21E, 22E, 23E, 24E and 25E.
The content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles contained in the liquid composition thus obtained, the molar ratio of acid generator (X) / basic catalyst component (Y), amine compound The molar ratio of (Z) / acid generator (X) and the sensitizer (W) / acid generator (X) were measured and calculated as shown in Table 5.
[実施例9]
実施例1の場合と同様な方法で、有機溶媒系混合液26B(前記試料2Aを使用して調製されたもの)を得た。
次いで、実施例8と同様な方法で、前記酸発生剤溶液(トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル4.5gに分散させたもの)0.5gおよび前記アミン化合物溶液(トリエタノールアミン0.5gをプロピレングリコールモノメチルエーテル49.5gに分散させたもの)0.5gを含む液状組成物26Dを得た。
次に、この液状組成物26Dに、増感剤としての9,10−ジブトキシアントラセン 0.3gをプロピレングリコールモノメチルエーテル9.7gに分散させた増感剤溶液を0.26g添加した。次いで、十分に撹拌し混合して、液状組成物26Eを得た。
このようにして得られた液状組成物中に含まれるシリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)の含有量、酸発生剤(X)/塩基性触媒成分(Y)のモル比、アミン化合物(Z)/酸発生剤(X)のモル比、増感剤(W)/酸発生剤(X)のモル比を測定・算出したところ、表5に示す通りであった。
[Example 9]
In the same manner as in Example 1, an organic solvent mixed solution 26B (prepared using the sample 2A) was obtained.
Subsequently, in the same manner as in Example 8, 0.5 g of the acid generator solution (0.5 g of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate dispersed in 4.5 g of propylene glycol monomethyl ether) and the amine compound solution (triglyceride) (Liquid composition 26D containing 0.5 g of ethanolamine dispersed in 49.5 g of propylene glycol monomethyl ether) 0.5 g.
Next, 9,10-dibutoxyanthracene as a sensitizer is added to the liquid composition 26D. 0.26 g of a sensitizer solution in which 0.3 g was dispersed in 9.7 g of propylene glycol monomethyl ether was added. Next, the mixture was sufficiently stirred and mixed to obtain a liquid composition 26E.
The content of the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles contained in the liquid composition thus obtained, the molar ratio of acid generator (X) / basic catalyst component (Y), amine compound The molar ratio of (Z) / acid generator (X) and the sensitizer (W) / acid generator (X) were measured and calculated as shown in Table 5.
[実施例10および比較例6]
実施例1〜6で調製された前記液状組成物1C〜8C、12C、13C、15D、16D、18Dおよび19D、さらには比較例1〜4で調製された前記液状組成物9C、10C、11C、14C、17Dおよび20Dをそれぞれ5mlずつ従来公知のスピンコート法(MIKASA社製:1H−360S)を用いて6インチサイズのシリコンウェハー基板上に滴下して、500rpmの速度で15秒間、塗布処理を行った。このような操作を繰り返し行い、塗布処理を施した基板1C〜8C、12C、13C、15D、16D、18Dおよび19D、さらには基板9C、10C、11C、14C、17Dおよび20Dを得た。
次いで、これらの基板をホットプレート(IUCHI社製:EC−1200)上に載置して大気雰囲気下で100℃にて1分間、乾燥処理を施した。この乾燥処理工程では、塗膜中に含まれる有機溶媒(PGM)などが蒸発してくるので、これらを系外に排出した。
[Example 10 and Comparative Example 6]
The liquid compositions 1C to 8C, 12C, 13C, 15D, 16D, 18D and 19D prepared in Examples 1 to 6, and the liquid compositions 9C, 10C and 11C prepared in Comparative Examples 1 to 4, 14C, 17D, and 20D were each dropped on a 6-inch silicon wafer substrate using a conventionally known spin coat method (Mikasa Co., Ltd .: 1H-360S) at a rate of 5 ml, and the coating treatment was performed at a speed of 500 rpm for 15 seconds. went. Such operations were repeated to obtain substrates 1C to 8C, 12C, 13C, 15D, 16D, 18D and 19D, and substrates 9C, 10C, 11C, 14C, 17D and 20D which had been subjected to the coating treatment.
Subsequently, these substrates were placed on a hot plate (IUCHI: EC-1200) and dried at 100 ° C. for 1 minute in an air atmosphere. In this drying process, the organic solvent (PGM) contained in the coating film evaporates and was discharged out of the system.
次に、得られた乾燥塗膜付き基板を超純水に20分間、浸漬して、シリカ系塗膜(膜厚:約1.5μm)を得た。
次いで、このシリカ系塗膜上に、50μm幅のラインアンドスペース1:1のパターンを形成するためのパターニング用マスク(大日本印刷(株)製)を載置して、G線(波長435nm)、H線(波長405nm)、I線(波長365nm)および殺菌線(波長254nm)の波長域を有する紫外線ランプ((株)オーク製作所製、AHD200)を用いて、該塗膜上に紫外線を20秒間かけて照射した。この時、前記紫外線ランプに取り付けられた2基のセンサー、すなわち波長405nm付近の紫外線量を測定するためのセンサー(岩崎電気(株)製、UVPF−A1 PD−405)および波長254nm付近の紫外線量を測定するためのセンサー(岩崎電気(株)製、UVPF−A1 PD−254)を用いて塗膜表面における紫外線の照度と積算照射量を測定したところ、前者のセンサーでは、照度が7.6mW/cm2、積算照射量(照度x照射時間)が152mJ/cm2であり、また後者のセンサーでは、照度が1.0mW/cm2、積算照射量(照度x照射時間)が20mJ/cm2であった。これにより、前記シリカ系塗膜(乾燥塗膜)中に含まれる酸発生剤が分解して酸を発生させることになる。
次に、得られたシリカ系塗膜付き基板を大気雰囲気下で180℃の温度にて1分間、加熱処理した。これにより、前記シリカ系塗膜中に含まれるシリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)が粒子外に放出されて、前記紫外線の照射領域においては前記酸との反応(中和反応)が進み、また前記紫外線の非照射領域においては前記シリカ系塗膜中に含まれる珪素化合物の架橋が進むことになる。さらに、前記基板15D〜20D上に形成されたシリカ系塗膜においては、該塗膜中に含まれるアミン化合物が前記の中和反応と架橋をさらに推し進めると共に、前記酸が紫外線の非照射領域に滲み出すのを抑制することになる。
Next, the obtained substrate with a dry coating film was immersed in ultrapure water for 20 minutes to obtain a silica-based coating film (film thickness: about 1.5 μm).
Next, a patterning mask (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.) for forming a 50 μm wide line-and-space 1: 1 pattern was placed on this silica-based coating film, and G-line (wavelength 435 nm) UV rays were applied onto the coating film using an ultraviolet lamp (AHD200, manufactured by Oak Seisakusho Co., Ltd.) having wavelength ranges of H rays (wavelength 405 nm), I rays (wavelength 365 nm), and germicidal rays (wavelength 254 nm). Irradiated for 2 seconds. At this time, two sensors attached to the ultraviolet lamp, that is, a sensor for measuring the amount of ultraviolet rays in the vicinity of a wavelength of 405 nm (manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd., UVPF-A1 PD-405) and the amount of ultraviolet rays in the vicinity of a wavelength of 254 nm. When the illuminance of UV rays and the integrated irradiation dose on the coating film surface were measured using a sensor (Iwasaki Electric Co., Ltd., UVPF-A1 PD-254) for measuring the illuminance, the former sensor had an illuminance of 7.6 mW. / Cm 2 , the integrated dose (illuminance x irradiation time) is 152 mJ / cm 2 , and the latter sensor has an illuminance of 1.0 mW / cm 2 and an integrated dose (illuminance x irradiation time) of 20 mJ / cm 2. Met. Thereby, the acid generator contained in the silica-based coating film (dry coating film) is decomposed to generate an acid.
Next, the obtained substrate with a silica-based coating film was heat-treated at a temperature of 180 ° C. for 1 minute in an air atmosphere. As a result, the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles contained in the silica-based coating film is released out of the particles, and the reaction with the acid (neutralization reaction) occurs in the ultraviolet irradiation region. In addition, in the non-irradiated region of the ultraviolet ray, the silicon compound contained in the silica-based coating is cross-linked. Further, in the silica-based coating film formed on the substrates 15D to 20D, the amine compound contained in the coating film further promotes the neutralization reaction and crosslinking, and the acid is not irradiated with ultraviolet rays. It will suppress bleeding.
次いで、得られたシリカ系塗膜付き基板を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH(25%)、多摩化学工業(株)製)11.9gと超純水488.1gを混合して調製した2.38重量%TMAH水溶液(現像液)500g中に5分間、浸漬して、前記シリカ系塗膜の現像を行った。これにより、少なくとも実施例に基づく基板上に形成されたシリカ系塗膜においては、紫外線の照射領域に存在する珪素化合物や中和反応物などが前記現像液によって溶解されて洗い流されることになる。
次に、前記シリカ系塗膜付き基板を超純水を用いて1分間洗浄して、パターニングを施したシリカ系塗膜を有する実施例基板1C〜8C、12C、13C、15D、16D、18Dおよび19D、さらには比較例基板9C、10C、11C、14C、17Dおよび20Dを得た。
Subsequently, the obtained substrate with a silica-based coating film was prepared by mixing 11.9 g of tetramethylammonium hydroxide (TMAH (25%), manufactured by Tama Chemical Co., Ltd.) and 488.1 g of ultrapure water 2 The silica-based coating film was developed by immersing in 500 g of a 38 wt% TMAH aqueous solution (developer) for 5 minutes. Thereby, at least in the silica-based coating film formed on the substrate based on the embodiment, the silicon compound or neutralization reaction product existing in the ultraviolet irradiation region is dissolved and washed away by the developer.
Next, Example substrates 1C to 8C, 12C, 13C, 15D, 16D, and 18D having silica-based coatings obtained by washing the substrate with silica-based coatings for 1 minute using ultrapure water and performing patterning, and 19D and further comparative substrates 9C, 10C, 11C, 14C, 17D and 20D were obtained.
このようにして得られたこれらの基板を走査型電子顕微鏡(日本電子データム(株)製、JSM−5600)を用いて観測・評価した結果を表6に示す。なお、これらの結果は、以下の評価基準に基づき評価したものである。
(a)パターン形成の有無
○ 何ら問題なく、パーターンが形成されている。
△ 紫外線照射領域に一部、異物が見られるが、パーターンは形成されている。
x パーターンが形成されていない。
(b)紫外線非照射領域への酸の滲み出しの有無
○ 酸の滲み出しは、何ら見られない。
△ 酸の滲み出しが、一部見られる。
× 酸の滲み出しが、多く見られる。
Table 6 shows the results obtained by observing and evaluating these substrates thus obtained using a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Datum Co., Ltd., JSM-5600). These results were evaluated based on the following evaluation criteria.
(A) Presence / absence of pattern formation ○ A pattern is formed without any problem.
Δ Some foreign matter is seen in the ultraviolet irradiation region, but a pattern is formed.
x No pattern is formed.
(B) Presence or absence of acid oozing out to the ultraviolet non-irradiated region ○ No acid oozing is observed.
Δ Some exudation of acid is observed.
X Acid oozing is often observed.
また、比較例基板9Cおよび実施例基板16Dを用いてパターニングを施したシリカ系塗膜の表面を光学顕微鏡(オリンパス(株)製、MX50)で撮影した倍率500倍の写真を、それぞれ図1および図2に示す。
さらに、実施例基板16Dを用いてパターニングを施したシリカ系塗膜の断面を走査型電子顕微鏡(日本電子データム(株)製、JSM−5600)で撮影した倍率1500倍の写真(SEM写真)を図3に示す。
In addition, photographs of 500 times magnification obtained by photographing the surface of the silica-based coating film patterned using the comparative example substrate 9C and the example substrate 16D with an optical microscope (manufactured by Olympus Corporation, MX50) are shown in FIG. As shown in FIG.
Furthermore, a photograph (SEM photograph) at a magnification of 1500 times obtained by photographing a cross section of the silica-based coating film patterned using the example substrate 16D with a scanning electron microscope (JSM-5600, manufactured by JEOL Datum Co., Ltd.). As shown in FIG.
[実施例11および比較例7]
実施例8で調製された前記液状組成物22E〜24E、実施例9で調製された前記液状組成物26E、さらには比較例5で調製された前記液状組成物21Eおよび25Eをそれぞれ5mlずつ従来公知のスピンコート法(MIKASA社製:1H−360S)を用いて6インチサイズのシリコンウェハー基板上に滴下して、500rpmの速度で15秒間、塗布処理を行った。このような操作を繰り返し行い、塗布処理を施した基板22E〜24E、基板26E、さらには基板21Eおよび25Eを得た。
さらに、実施例10と同様な方法で、前記液状組成物16Dおよび19Dを用いて塗布処理を施した基板16Dおよび19Dを得た。
次いで、これらの基板をホットプレート(IUCHI社製:EC−1200)上に載置して大気雰囲気下で100℃にて1分間、乾燥処理を施した。この乾燥処理工程では、塗膜中に含まれる有機溶媒(PGM)などが蒸発してくるので、これらを系外に排出した。
[Example 11 and Comparative Example 7]
5 ml each of the liquid compositions 22E to 24E prepared in Example 8, the liquid composition 26E prepared in Example 9, and the liquid compositions 21E and 25E prepared in Comparative Example 5 are conventionally known. The spin coating method (manufactured by MIKASA: 1H-360S) was dropped onto a 6-inch silicon wafer substrate, and coating treatment was performed at a speed of 500 rpm for 15 seconds. Such operations were repeated to obtain substrates 22E to 24E, substrate 26E, and substrates 21E and 25E that were subjected to the coating process.
Further, in the same manner as in Example 10, substrates 16D and 19D subjected to coating treatment using the liquid compositions 16D and 19D were obtained.
Subsequently, these substrates were placed on a hot plate (IUCHI: EC-1200) and dried at 100 ° C. for 1 minute in an air atmosphere. In this drying process, the organic solvent (PGM) contained in the coating film evaporates and was discharged out of the system.
次に、得られた乾燥塗膜付き基板を超純水に20分間、浸漬して、シリカ系塗膜(膜厚:約1.5μm)を得た。
次いで、このシリカ系塗膜上に、50μm幅のラインアンドスペース1:1のパターンを形成するためのパターニング用マスク(大日本印刷(株)製)を載置して、G線(波長435nm)、H線(波長405nm)およびI線(波長365nm)の波長域(すなわち、300nm未満、特に254nm付近の低波長域の紫外線をフィルターでカットしたもの)を有する紫外線ランプ((株)オーク製作所製、AHD200)を用いて、該塗膜上に紫外線を26.3秒間かけて照射した。この時、前記紫外線ランプに取り付けられた2基のセンサー、すなわち波長405nm付近の紫外線量を測定するためのセンサー(岩崎電気(株)製、UVPF−A1 PD−405)および波長254nm付近の紫外線量を測定するためのセンサー(岩崎電気(株)製、UVPF−A1 PD−254)を用いて塗膜表面における紫外線の照度と積算照射量を測定したところ、前者のセンサーでは、照度が7.6mW/cm2、積算照射量(照度x照射時間)が200mJ/cm2であり、また後者のセンサーでは、照度が0mW/cm2、積算照射量(照度x照射時間)が0mJ/cm2であった。
これにより、前記シリカ系塗膜(乾燥塗膜)中に含まれる増感剤が紫外線照射により励起状態に達し、励起電子が酸発生剤に伝播することにより、該シリカ系塗膜中に含まれる酸発生剤が分解して酸を発生させることになる。一方、前記シリカ系塗膜(乾燥塗膜)中に増感剤が含まれない基板(すなわち、基板16Dおよび19D)においては、前記紫外線ランプ(主として300〜480nmの波長域の紫外線が照射されるもの)を用いて紫外線を照射しても、前記酸発生剤の分解が進まず、酸の発生が見られなかった。
Next, the obtained substrate with a dry coating film was immersed in ultrapure water for 20 minutes to obtain a silica-based coating film (film thickness: about 1.5 μm).
Next, a patterning mask (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.) for forming a 50 μm wide line-and-space 1: 1 pattern was placed on this silica-based coating film, and G-line (wavelength 435 nm) UV lamp having a wavelength range of H ray (wavelength 405 nm) and I ray (wavelength 365 nm) (that is, UV light having a wavelength of less than 300 nm, particularly around 254 nm, cut by a filter) (manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.) , AHD200) was used to irradiate the coating film with ultraviolet rays for 26.3 seconds. At this time, two sensors attached to the ultraviolet lamp, that is, a sensor (UVPF-A1 PD-405 manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.) for measuring the amount of ultraviolet rays in the vicinity of a wavelength of 405 nm and the amount of ultraviolet rays in the vicinity of a wavelength of 254 nm. When the illuminance of UV rays and the integrated irradiation dose on the coating film surface were measured using a sensor (Iwazaki Electric Co., Ltd., UVPF-A1 PD-254) for measuring the illuminance, the former sensor had an illuminance of 7.6 mW. / Cm 2 , the integrated dose (illuminance x irradiation time) is 200 mJ / cm 2 , and the latter sensor has an illuminance of 0 mW / cm 2 and an integrated dose (illuminance x irradiation time) of 0 mJ / cm 2. It was.
Thereby, the sensitizer contained in the silica-based coating film (dried coating film) reaches an excited state by irradiation with ultraviolet rays, and the excited electrons propagate to the acid generator, thereby being contained in the silica-based coating film. The acid generator is decomposed to generate an acid. On the other hand, on the substrates (that is, the substrates 16D and 19D) in which no sensitizer is contained in the silica-based coating film (dry coating film), the ultraviolet lamp (mainly in the wavelength range of 300 to 480 nm) is irradiated. Even when irradiated with ultraviolet rays using the above-mentioned product, decomposition of the acid generator did not proceed and generation of acid was not observed.
次に、得られたシリカ系塗膜付き基板を大気雰囲気下で180℃の温度にて1分間、加熱処理した。これにより、前記シリカ系塗膜中に含まれるシリカ系微粒子中の塩基性触媒成分(アンモニア)が粒子外に放出されて、前記紫外線の照射領域においては前記酸との反応(中和反応)が進み、また前記紫外線の非照射領域においては前記シリカ系塗膜中に含まれる珪素化合物の架橋が進むことになる。しかし、前記基板16Dおよび19D上に形成されたシリカ系塗膜においては、前記紫外線の照射領域においても、前記紫外線の非照射領域と同様に、前記シリカ系塗膜中に含まれる珪素化合物の架橋が進むことになる。これは、前記紫外線を照射しても、前記酸発生剤の分解に基づく酸が発生しないので、前記シリカ系微粒子から放出される塩基性触媒成分(アンモニア)との中和反応が進まないためである。 Next, the obtained substrate with a silica-based coating film was heat-treated at 180 ° C. for 1 minute in an air atmosphere. As a result, the basic catalyst component (ammonia) in the silica-based fine particles contained in the silica-based coating film is released out of the particles, and the reaction with the acid (neutralization reaction) occurs in the ultraviolet irradiation region. In addition, in the non-irradiated region of the ultraviolet ray, the silicon compound contained in the silica-based coating film is cross-linked. However, in the silica-based coating film formed on the substrates 16D and 19D, the silicon compound contained in the silica-based coating film is cross-linked in the ultraviolet irradiation region as well as in the ultraviolet irradiation non-irradiation region. Will go on. This is because even when the ultraviolet rays are irradiated, no acid is generated based on the decomposition of the acid generator, so that the neutralization reaction with the basic catalyst component (ammonia) released from the silica-based fine particles does not proceed. is there.
次いで、得られたシリカ系塗膜付き基板を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH(25%)、多摩化学工業(株)製)11.9gと超純水488.1gを混合して調製した2.38重量%TMAH水溶液(現像液)500g中に5分間、浸漬して、前記シリカ系塗膜の現像を行った。これにより、少なくとも増感剤を用いて形成されたシリカ系塗膜においては、紫外線の照射領域に存在する珪素化合物や中和反応物などが前記現像液によって溶解されて洗い流されることになる。
次に、前記シリカ系塗膜付き基板を超純水を用いて1分間洗浄して、パターニングを施したシリカ系塗膜を有する実施例基板22E〜24E、実施例基板26E、さらには比較例基板21Eおよび25Eを得た。さらに、パターニングを施すことのできなかったシリカ系塗膜を有する比較例基板16Dおよび19Dを得た。
このようにして得られたこれらの基板を走査型電子顕微鏡(日本電子データム(株)製、JSM−5600)を用いて観測・評価した結果を表7に示す。なお、これらの結果は、実施例10に示す評価基準と同じ評価基準に基づき評価したものである。
Subsequently, the obtained substrate with a silica-based coating film was prepared by mixing 11.9 g of tetramethylammonium hydroxide (TMAH (25%), manufactured by Tama Chemical Co., Ltd.) and 488.1 g of ultrapure water 2 The silica-based coating film was developed by immersing in 500 g of a 38 wt% TMAH aqueous solution (developer) for 5 minutes. As a result, at least in the silica-based coating film formed using the sensitizer, the silicon compound or neutralization reaction product existing in the ultraviolet irradiation region is dissolved and washed away by the developer.
Next, Example substrates 22E to 24E, Example substrate 26E, and Comparative Example substrate having silica-based coating films that were washed with ultrapure water for 1 minute and patterned. 21E and 25E were obtained. Furthermore, comparative substrates 16D and 19D having silica-based coatings that could not be patterned were obtained.
Table 7 shows the results of observation and evaluation of these substrates thus obtained using a scanning electron microscope (JSM-5600, manufactured by JEOL Datum Co., Ltd.). These results were evaluated based on the same evaluation criteria as the evaluation criteria shown in Example 10.
[実施例12]
実施例1で調製された液状組成物2Cおよび実施例6で調製された液状組成物16Dをそれぞれ5mlずつ従来公知のスピンコート法を用いて6インチサイズのシリコンウェハー基板上に滴下して、300rpmの速度で15秒間、塗布処理を行った。このような操作を繰り返し行い、塗布処理を施した基板27Cおよび28Dを得た。
次いで、これらの基板をホットプレート上に載置して大気雰囲気下で100℃の温度にて1分間、乾燥処理を施した。この乾燥処理工程では、塗膜中に含まれる有機溶媒(PGM)などが蒸発してくるので、これらを系外に排出した。
次に、得られた乾燥塗膜付き基板を超純水に20分間、、浸漬して、シリカ系塗膜(膜厚:約3.2μm)を得た。次に、前記シリカ系塗膜を大気雰囲気下で180℃の温度にて1分間、加熱処理した。次いで、得られたシリカ系塗膜付き基板を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH(25%))11.9gと超純水488.1gを混合して調製した2.38重量%TMAH水溶液(現像液)500g中に5分間、浸漬したのち、超純水を用いて1分間洗浄してシリカ系塗膜を有する実施例基板27Xおよび28Yを得た。
[Example 12]
5 ml each of the liquid composition 2C prepared in Example 1 and the liquid composition 16D prepared in Example 6 were dropped on a 6-inch silicon wafer substrate using a conventionally known spin coating method, and 300 rpm The coating process was performed at a speed of 15 seconds. Such operations were repeated to obtain substrates 27C and 28D subjected to the coating treatment.
Next, these substrates were placed on a hot plate and dried for 1 minute at a temperature of 100 ° C. in an air atmosphere. In this drying process, the organic solvent (PGM) contained in the coating film evaporates and was discharged out of the system.
Next, the obtained substrate with a dry coating film was immersed in ultrapure water for 20 minutes to obtain a silica-based coating film (film thickness: about 3.2 μm). Next, the silica-based coating film was heat-treated at a temperature of 180 ° C. for 1 minute in an air atmosphere. Next, the obtained substrate with a silica coating film was prepared by mixing 11.9 g of tetramethylammonium hydroxide (TMAH (25%)) and 488.1 g of ultrapure water (development) (Liquid) After being immersed in 500 g for 5 minutes, it was washed with ultrapure water for 1 minute to obtain Example substrates 27X and 28Y having silica-based coating films.
このようにして、本発明塗布液を用いて得られるシリカ系塗膜の比誘電率、塗膜強度および表面粗さを簡便に測定するために、紫外線非照射であること以外は実施例10と同じ条件下で、パターニング用マスクを載置して紫外線を照射した際の紫外線非照射領域と同等の性状を有するシリカ系塗膜付き基板を作製した。
さらに、これらの基板をホットプレート上に載せたまま、その処理環境を大気雰囲気下から窒素ガス雰囲気下に変更して、350℃にて30分間、焼成処理を施した。次に、これらの基板を室温近くの温度まで冷却した後、系外に取り出した。
なお、このようにして得られたシリカ系塗膜の膜厚は、約3.1μmであった。
次いで、基板上に形成されたシリカ系塗膜の比誘電率、塗膜強度(ヤング弾性率)および表面粗さを上記の方法で測定した。さらに、この塗膜にクラックが発生しているかどうかを観察した。これらの測定結果および観察結果を表8に示す。
なお、前記液状組成物2Cを使用した場合の限界膜厚は、4.5μm程度であることが分かった。
Thus, in order to easily measure the relative dielectric constant, coating film strength, and surface roughness of the silica-based coating film obtained using the coating solution of the present invention, Example 10 and Under the same conditions, a substrate with a silica-based coating film having the same properties as the ultraviolet non-irradiated region when a patterning mask was placed and irradiated with ultraviolet rays was produced.
Further, while these substrates were placed on a hot plate, the processing environment was changed from an atmospheric atmosphere to a nitrogen gas atmosphere, and a baking treatment was performed at 350 ° C. for 30 minutes. Next, these substrates were cooled to a temperature close to room temperature and then taken out of the system.
In addition, the film thickness of the silica type coating film obtained in this way was about 3.1 μm.
Next, the relative dielectric constant, coating film strength (Young's elastic modulus) and surface roughness of the silica-based coating film formed on the substrate were measured by the above methods. Furthermore, it was observed whether or not cracks occurred in the coating film. These measurement results and observation results are shown in Table 8.
In addition, it turned out that the limit film thickness at the time of using the said liquid composition 2C is about 4.5 micrometers.
Claims (23)
塩基性触媒成分を含有するシリカ系微粒子、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランおよび下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物を加水分解して得られる珪素化合物および紫外線照射により酸を発生する酸発生剤とを含むことを特徴とするシリカ系塗膜形成用塗布液。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
RnSiX4-n ・・・ (II)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、Xはハロゲン原子を表す。また、nは0〜3の整数である。) A coating liquid for forming a silica-based coating film comprising a liquid composition for forming a silica-based coating film having patterning characteristics,
At least one organic silicon compound selected from silica-based fine particles containing a basic catalyst component, an alkoxysilane represented by the following general formula (I) and a halogenated silane represented by the following general formula (II) is added. A coating liquid for forming a silica-based coating film, comprising a silicon compound obtained by decomposition and an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet rays.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
R n SiX 4-n (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and X represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3.)
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表す。また、nは0〜3の整数である。) The silica-based fine particles are silica-based fine particles obtained by hydrolysis / condensation polymerization of an alkoxysilane represented by the following general formula (I) in the presence of the basic catalyst component, and in the silica-based fine particles, The coating liquid for forming a silica-based coating film according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of the basic catalyst component contained is adjusted.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. Represents an alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and n is an integer of 0 to 3.)
(a)下記一般式(I)で表されるアルコキシシランを塩基性触媒成分の存在下で加水分解・縮重合させて得られたシリカ系微粒子の水−アルコール系分散液を限外濾過装置にかけて、前記塩基性触媒成分の含有量を調整したシリカ系微粒子の水−アルコール系分散液を調製する工程、
(b)前記シリカ系微粒子を含む水―アルコール分散液に、下記一般式(I)で表されるアルコキシシランおよび下記一般式(II)で表されるハロゲン化シランから選ばれた少なくとも1種の有機珪素化合物またはその部分加水分解物を含む水分散液を混合したのち、30〜80℃の温度に加熱して、少なくとも前記シリカ系微粒子から放出される前記塩基性触媒成分によって前記有機珪素化合物を加水分解して得られる珪素化合物と、前記塩基性触媒成分を含むシリカ系微粒子とを含有する水系混合液を調製する工程、
(c)前記水系混合液中に含まれる水分およびアルコール成分を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートおよびヘキシレングリコールから選ばれた少なくとも1種の有機溶媒と溶媒置換して、有機溶媒系混合液を調製する工程、および
(d)前記有機溶媒系混合液に、紫外線照射により酸を発生する酸発生剤を混合して、少なくとも前記シリカ系微粒子、前記珪素化合物および前記酸発生剤を含有する液状組成物を調製する工程
を含むことを特徴とするシリカ系塗膜形成用塗布液の調製方法。
RnSi(OR’)4-n ・・・ (I)
RnSiX4-n ・・・ (II)
(式中、Rは水素原子、フッ素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、フッ素置換アルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、R’は水素原子、または炭素数1〜8のアルキル基、アリール基、ビニル基もしくはフェニル基を表し、Xはハロゲン原子を表す。また、nは0〜3の整数である。) A method for preparing a coating liquid for forming a silica-based coating film comprising a liquid composition for forming a silica-based coating film having patterning characteristics,
(A) A water-alcohol dispersion of silica-based fine particles obtained by hydrolysis / condensation polymerization of an alkoxysilane represented by the following general formula (I) in the presence of a basic catalyst component is passed through an ultrafiltration device. A step of preparing a water-alcohol dispersion of silica-based fine particles in which the content of the basic catalyst component is adjusted,
(B) In the water-alcohol dispersion containing the silica-based fine particles, at least one selected from an alkoxysilane represented by the following general formula (I) and a halogenated silane represented by the following general formula (II): After mixing an aqueous dispersion containing an organosilicon compound or a partial hydrolyzate thereof, the organosilicon compound is heated at a temperature of 30 to 80 ° C., and at least the organosilicon compound is released by the basic catalyst component released from the silica-based fine particles. A step of preparing an aqueous mixed solution containing a silicon compound obtained by hydrolysis and silica-based fine particles containing the basic catalyst component;
(C) Solvent substitution with water and alcohol components contained in the aqueous mixture with at least one organic solvent selected from propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate and hexylene glycol A step of preparing an organic solvent mixture, and (d) mixing an acid generator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet light into the organic solvent mixture, so that at least the silica fine particles, the silicon compound, and A method for preparing a coating solution for forming a silica-based coating film, comprising a step of preparing a liquid composition containing the acid generator.
R n Si (OR ') 4 -n ··· (I)
R n SiX 4-n (II)
(In the formula, R represents a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine-substituted alkyl group, an aryl group, a vinyl group, or a phenyl group, and R ′ represents a hydrogen atom or 1 to 8 carbon atoms. An alkyl group, an aryl group, a vinyl group or a phenyl group, and X represents a halogen atom, and n is an integer of 0 to 3.)
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