JP2022553764A - ポリシロキサン共重合体、その調製方法、及びポリシロキサンコポリマーを含む樹脂組成物 - Google Patents

ポリシロキサン共重合体、その調製方法、及びポリシロキサンコポリマーを含む樹脂組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、シロキサン系ポリマー由来の構造単位とシラン系モノマー由来の構造単位とを含むポリシロキサン共重合体、及びその調製方法に関する。本発明のポリシロキサン共重合体は、耐熱性、柔軟性、透明性、感光性、及び耐久性等に優れ、光学分野及び/又は電子分野の材料として広く利用され得る。

Description

本発明は、耐熱性、柔軟性、透明性、感光性、及び耐久性等に優れ、種々の分野の材料(例えば、プリント回路基板材料、カバーフィルム材料、及び感光材料等)として使用し得るポリシロキサン共重合体、及び当該ポリシロキサン共重合体の調製方法に関する。
耐熱性を有する高分子は、光学分野及び/又は電子分野において必須の材料として使用されている。具体的には、耐熱性高分子は、折り畳み型又は曲面型ディスプレイを得るためのプリント回路基板材料又はカバーフィルム材料として、又は、露光及び現像プロセスにおける感光材料として使用されている。また、軽量化及び薄型化に伴い、無機ガラス基板材料に代わる基板材料としても耐熱性高分子が使用されている。
しかしながら、現在知られている耐熱性ポリマーは、耐熱性、柔軟性、透明性、感光性、及び耐久性等の全てを必要なレベルで得るには限界があり、それにより各材料が使用分野に制限を受けるという問題があった。例えば、耐熱性高分子としてのポリエーテルスルホン(PES)は、機械的特性に優れ、カバーフィルム材料として使用されているが、プリント回路基板材料に必要な耐熱性及び柔軟性に劣るため、プリント回路基板(カバーフィルム)材料として適用することは困難であった。また、耐熱性高分子であるポリイミド(PI)は、耐熱性及び柔軟性に優れているため、プリント回路基板材料として使用されているが、完全芳香族構造(complete aromatic structure)に起因する透明性の低さから、光学分野の材料として適用することが困難であった。
そのため、柔軟性、透明性、感光性、及び耐久性等の全てにおいて優れた特性を有し、かつ耐熱性を有するポリマーが求められている。
本発明は、耐熱性、柔軟性、透明性、感光性、及び耐久性等に優れ、光学分野及び/又は電子分野の材料として広く使用可能なポリシロキサン共重合体を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、ポリシロキサン共重合体の調製方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、ポリシロキサン共重合体を含む樹脂組成物を提供することを目的とする。
上記に鑑み、本発明の一態様によれば、シロキサン系ポリマー由来の構造単位とシラン系モノマー由来の構造単位とを含み、上記シラン系モノマーは、下記の化学式1~化学式3で表される化合物群より成る群から選択される、ポリシロキサン共重合体が提供される。
Figure 2022553764000002

Figure 2022553764000003

Figure 2022553764000004

化学式1及び化学式2において、
~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数4~20の脂環式炭化水素基、及び炭素数4~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、Rは炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であり、R及びRはそれぞれ独立して、水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、Lは酸素原子及び炭素数1~12の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、aは0~20の整数であり、
化学式3において、
~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、Rは水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、Rは水素、ヒドロキシ基、及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、Lは単結合、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数3~10の脂環式炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、aは0~20の整数であり、
~R、X~X、L及びLはそれぞれ独立して、非置換であるか、又は、酸素原子、フッ素原子、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択される1又は複数種の置換基で置換されている。
本発明の別の態様によれば、ポリシロキサン共重合体の調製方法が提供され、当該方法は、
第1のシラン化合物を準備すること;
第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させることにより、シラン系モノマーを準備すること;及び
上記第1のシラン化合物と上記シラン系モノマーとを同時に反応させること、
を含み、
ここで、上記シラン系モノマーは、化学式1~化学式3で表される化合物群からなる群より選択される。
本発明の別の態様によれば、ポリシロキサン共重合体の調製方法が提供され、当該方法は、
第1のシラン化合物を反応させることにより、シロキサン系ポリマーを準備すること;
第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させることにより、シラン系モノマーを準備すること;及び
上記シロキサン系ポリマーと上記シラン系モノマーとを反応させること、
を含み、
ここで、上記シラン系モノマーは、化学式1~化学式3で表される化合物群からなる群より選択される。
本発明の別の態様によれば、バインダ樹脂、有機溶剤、及び添加剤を含む樹脂組成物であって、上記バインダ樹脂が上記ポリシロキサン共重合体である、樹脂組成物が提供される。
本発明において、「~由来の構造単位」という用語は、ポリマー、モノマー、又は化合物に由来する成分、構造、又は材料そのものを表してよく、具体例としては、重合反応中に導入されたポリマー、モノマー、又は化合物が当該重合反応に参加して共重合体中に形成された構造単位(繰り返し単位)を意味し得る。
本発明において、「脂肪族炭化水素基」という用語は、炭素と水素が直鎖状又は分枝状の構造で単結合を形成しているものを指し、1価から4価の脂肪族炭化水素基を意味し得る。1価から4価とは、脂肪族炭化水素基が置換基として親に結合する結合数を意味し得、脂肪族炭化水素基が表す置換基の最小炭素原子数は、各置換基の種類に応じて決定し得る。
本発明において、「脂環式炭化水素基」という用語は、炭素と水素が環状構造で単結合を形成しているものを指し、1価から4価の脂環式炭化水素基を意味し得る。1価から4価は、脂環式炭化水素基が置換基として親に結合する結合数を意味し得、脂環式炭化水素基が表す置換基の最小炭素原子数は、各置換基の種類に応じて決定し得る。
本発明において、「芳香族炭化水素基」という用語は、炭素と水素が環状構造で1つ以上の単結合と1つ以上の不飽和結合を形成しているものを指し、1価から4価の芳香族炭化水素基を意味し得る。1価から4価とは、芳香族炭化水素基が置換基として親に結合する結合数を意味し得、芳香族炭化水素基が表す置換基の最小炭素原子数は、各置換基の種類に応じて決定し得る。さらに、芳香族炭化水素基は、1種類以上のヘテロ原子(例えば、N、O、S、F)を含む芳香族炭化水素基を含むと定義してもよい。
本発明に係るポリシロキサン共重合体は、シロキサン系ポリマー由来の構造単位が、シラン系モノマー由来の構造単位によって結合(連結)した構造を有しており、それによって優れた柔軟性(flexibility)を有することが可能である。また、本発明に係るポリシロキサン共重合体は、調製時にシラン系モノマーによってキャップされたシロキサン系重合体にシラノール基(Si-OH)が存在するため、優れた安定性を有することが可能である。また、本発明に係るポリシロキサン共重合体は、アミド酸(amic acid)構造又はイミド構造を有するので、優れた耐熱性及び感光性(現像性)を有することが可能である。
したがって、本発明に係るポリシロキサン共重合体を含む樹脂組成物は、光学分野及び/又は電子分野等の様々な分野の材料として広く利用することができる。
図1は、本発明の実験例を説明する参照図である。
本発明の明細書及び特許請求の範囲に記載された用語又は単語は、一般的な意味又は辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者が発明を最適に説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に基づいて、本発明の技術思想に対応する意味及び概念として解釈されるものとする。
本発明のポリシロキサン共重合体は、アミド酸構造を含むハードブロックとシロキサン基を含むソフトブロックとが結合して得られるものであり、このような本発明のポリシロキサン共重合体は、その分子量を容易に制御することが可能であり、高い混合エントロピーを有することから、種々の分野において材料として使用することが可能である。このような本発明のポリシロキサン共重合体を具体的に説明すると、以下のようになる。
本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体は、シロキサン系ポリマー由来の構造単位(すなわち、シロキサン系ポリマーに由来する構造単位)とシラン系モノマー由来の構造単位(すなわち、シラン系モノマーに由来する構造単位)を含み、上記シラン系モノマーは以下の化学式1~化学式3で表される化合物からなる群より選択され得る。
Figure 2022553764000005

Figure 2022553764000006

Figure 2022553764000007

化学式1及び化学式2において、
~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数4~20の脂環式炭化水素基、及び炭素数4~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、Rは炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であり、R及びRはそれぞれ独立して、水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、Lは酸素原子及び炭素数1~12の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、aは0~20の整数であり得る。
化学式3において、
~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、Rは水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、Rは水素、ヒドロキシ基、及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、Lは単結合、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数3~10の脂環式炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、aは0~20の整数であり得る。
化学式1~化学式3において、R~R、X~X、L及びLはそれぞれ独立して、非置換であるか、又は、酸素原子、フッ素原子、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択される1又は複数種の置換基で置換されていてもよい。
具体的には、X~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~3の脂肪族炭化水素基、炭素数4~12の脂環式炭化水素基、及び炭素数6~10の芳香族炭化水素基からなる群より選択されてもよい。より具体的には、Xは、下記のX-1~X-5で表される構造(*は置換基の結合位置を意味する)からなる群より選択されてもよく、X及びXは、下記のX-6で表される構造(*は置換基の結合位置を意味する)であってもよい。さらに具体的には、Xは、X-1又はX-2で表される構造であってもよい。X-1又はX-2で表される構造としてXが脂環式である場合、ポリシロキサン共重合体は透明性が向上し、その結果、本発明のポリシロキサン共重合体は、光学分野の材料、カバーフィルムの材料、又は無機ガラス基板に代わる材料として有用に適用可能である。
Figure 2022553764000008

は、炭素数1~10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及びプロピル基等)又は炭素数1~10のアルキルオキシ基(例えば、メトキシ基及びエトキシ基等)であってよい。Rが上記アルキル基又は上記アルキルオキシ基である場合、分子量を容易に調節でき、広い分子量分布を有するポリシロキサン共重合体を提供することが可能である。また、シロキサンポリマーに結合するシラノール基(Si-OH)が良好にキャップされ、安定性に優れるポリシロキサン共重合体を提供することも可能である。
及びRは、全て水素であってもよい。R及びRが全て水素である場合、ポリシロキサン共重合体がアミド酸構造を有し、耐熱性に優れるポリシロキサン共重合体を提供することが可能である。
は、エーテル基、ケトン基、及び炭素数1~10のアルキレン基からなる群より選択されてもよい。具体的には、シラン系モノマーの合成容易性を考慮すると、Lは、下記のL-1~L-7(*は置換基の結合位置を意味する)で表される構造からなる群より選択されてもよい。
Figure 2022553764000009

~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、及びプロピル基等)及び炭素数1~10のアルキルオキシ基(例えば、メトキシ基及びエトキシ基等)からなる群より選択されてもよい。R~Rがアルキル基又はアルキルオキシ基である場合、分子量を容易に制御することができ、広い分子量分布を有するポリシロキサン共重合体を提供することが可能である。また、シロキサンポリマーに結合するシラノール基(Si-OH)を良好にキャップすることができ、安定性に優れるポリシロキサン共重合体を提供することが可能である。
は水素であり得、Rはヒドロキシ基であり得る。Rが水素であり且つRがヒドロキシ基である場合、ポリシロキサン共重合体がアミド酸構造を有し、耐熱性に優れるポリシロキサン共重合体を提供することが可能である。
は、炭素数1~10のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数3~10のシクロアルキレン基、及び炭素数6~10のアリーレン基からなる群より選択されてよい。具体的には、シラン系モノマーの合成容易性を考慮すると、Lは下記のL-6~L-22(*は置換基の結合位置を意味する)で表される構造からなる群より選択されてもよい。
Figure 2022553764000010

このようなR~R、X~X、L及びL(具体的には、R~R、X~X、L及びLの炭素原子に結合している水素)はそれぞれ独立して、非置換であってよいか、又は、酸素原子、フッ素原子、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基(例えば、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルキレン基、及び炭素数1~10のアルキルオキシ基等)、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基(例えば、炭素数3~20のヘテロアリール基及び炭素数6~20のアリール基等)からなる群より選択される1又は複数種の置換基で置換されていてもよい。
化学式1~化学式3で表されるこのような化合物からなる群より選択されるシラン系モノマーは、下記のS-1~S-162で表される化合物からなる群より具体的に選択されてもよい。
Figure 2022553764000011


Figure 2022553764000012


Figure 2022553764000013


Figure 2022553764000014


Figure 2022553764000015


Figure 2022553764000016


Figure 2022553764000017


Figure 2022553764000018


Figure 2022553764000019


Figure 2022553764000020


Figure 2022553764000021

本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体に含まれるシロキサン系ポリマー由来の構造単位は、ポリシロキサン共重合体の耐熱性及び耐久性(機械強度)を向上し、シロキサン系ポリマーは、シラン化合物(シラン化合物のポリマー)の公知の反応を介して得ることが可能である。本明細書において、シラン化合物(第1のシラン化合物)は、後述の調製方法において具体的に記載されるであろう。
本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体は、広い分子量分布を有し得、多様な分野における材料として使用することが可能である。具体的には、本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体の重量平均分子量は2,000~200,000の範囲内であり、そのため、
重量平均分子量が10,000~100,000の範囲内である必要があるカバーフィルム材料又はプリント回路基板材料(例えば、平坦膜(PL)材料、隔壁(partition wall)(PDL)材料、主基板(main substrate)材料)として使用し得る。さらに、上記ポリシロキサン共重合体は、重量平均分子量が2,000~20,000の範囲内である必要がある感光性材料としても使用し得る。
さらに、本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体の酸価は10KOHmg/g~200KOHmg/gであり得、具体的には20KOHmg/g~100KOHmg/gであり得る。
本発明は、上述のポリシロキサン共重合体を調製する方法を提供し、その具体的な説明は以下の通りである。
本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体を調製する方法は、
第1のシラン化合物を準備すること(以下、「ステップA-1」と称する);
第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させることによりシラン系モノマーを準備すること(以下、「ステップA-2」と称する);及び
上記第1のシラン化合物と上記シラン系モノマーを同時に反応させること(以下、「ステップA-3」と称する)、
を含み得る。具体的には、本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体を調製する方法は、上記第1のシラン化合物の重合反応と、上記シラン系モノマーの結合反応とを同時に行うことにより、上記ポリシロキサン共重合体を調製する。
ステップA-1における第1のシラン化合物は、シラン基を有する公知の化合物であってよい。具体的には、第1のシラン化合物は、
トリメチルメトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリエチルプロポキシシラン、トリメチルブトキシシラン、トリエチルブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-トリメトキシシリルプロピルメタクリレート、3-トリエトキシシリルプロピルメタクリレート、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、及びビニルトリプロポキシシランからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
ステップA-2は、第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させて、下記の化学式1~化学式3で表される化合物からなる群より選択されるシラン系モノマーを調製するステップであり得る。ここで、化学式1~化学式3の説明は上述の説明と同じであるので、繰り返さない。
Figure 2022553764000022

Figure 2022553764000023

Figure 2022553764000024

このようなシラン系モノマーを調製するための第2のシラン化合物は、3-アミノプロピルジメチルエトキシシラン、3-アミノプロピルジメチルメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルジメトキシモノメチルシラン、及び3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシランからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
さらに、上記シラン系モノマーを調製するための無水系化合物は、下記の構造により表される二無水物(dianhydride)、又は公知の無水物からなる群より選択される1又は複数種であってよい。具体的には、上記無水系化合物は、シクロブタン無水物、シクロヘキサン二無水物、ピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4-(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフタル酸無水物、マレイン酸無水物、コハク酸無水物、フタル酸無水物、安息香酸無水物、及び酢酸無水物からなる群より選択される1又は複数種であってよい。
Figure 2022553764000025


Figure 2022553764000026

ステップA-2において、シラン系モノマーの収量を考慮すると、第2のシラン化合物(a)と無水系化合物(b)の反応比(a:b)は当量比で1:1~2:1であり得る。
さらに、ステップA-2では、第2のシラン化合物及び無水系化合物を公知の第1の有機溶媒の存在下で反応させてもよい。具体的には、第1の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン、ブタンジオ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、エチレングリコールモノメチルエーテル、ブタンジオールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸t-ブチル、プロピオン酸t-ブチル、プロピレングリコールモノt-ブチルエーテルアセテート、及びγ-ブチロラクトンからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
ステップA-3は、第1のシラン化合物とシラン系モノマー(第2のシラン化合物及び無水系化合物の反応材料)を導入し、この結果物を同時に反応させることにより、ポリシロキサン共重合体を調製するステップであり得る。ここで、第1のシラン化合物として、上述の第1のシラン化合物のうちの、2種以上の異なるシラン化合物、具体的には3種の異なるシラン化合物を反応器に導入してもよい。3種のシラン化合物をここで使用する場合、使用する各シラン化合物の量はそれぞれ、第1のシラン化合物の総重量に対して、1重量部~80重量部であり得、具体的にはそれぞれ5重量部~40重量部又は5重量部~30重量部であり得る。さらに、シラン系モノマーとしては、化学式1~化学式3で表される化合物のうち、2価~4価のメトキシ基又はエトキシ基を含む化合物(シラン系モノマー)を反応器に導入してよい。ここで、シラン系モノマーは、固形粉末状態で又は第1の有機溶媒で希釈された状態で反応器に導入されてよい。
ステップA-3において、使用するシラン系モノマーの量は、第1のシラン化合物の総重量に対して、0.1モル%~50モル%、具体的には0.5モル%~20モル%、より具体的には1モル%~10モル%であり得る。
さらに、ステップA-3において、第1のシラン化合物とシラン系モノマーの反応温度(重合温度)は0℃~120℃、具体的には60℃~100℃であってよい。
ステップA-3では、第1のシラン化合物及びシラン系モノマーを、酸性触媒又は塩基性触媒の存在下で反応させてもよい。酸性触媒は公知の無機酸、脂肪族スルホン酸、又は芳香族スルホン酸であり得る。具体的には、酸性触媒は、シュウ酸、フッ化水素酸、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、リン酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、及びトルエンスルホン酸からなる群より選択される1又は複数種であってよい。塩基性触媒は、公知の有機塩基、無機塩基、又は4級アンモニウム塩であり得る。具体的には、塩基性触媒は、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、ジエチルアミン、トリエタノールアミン、又はジエタノールアミン等の有機塩基;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、又は水酸化セリウム等の無機塩基;及び水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、又は水酸化テトラメチルアンモニウム等の4級アンモニウム塩からなる群より選択される1又は複数種であってよい。
使用するこのような酸性触媒又は塩基性触媒の量は、第1のシラン化合物1モルに対して、10-5モル~10モル、具体的には10-4モル~1モルであってよい。
さらに、ステップA-3では、第1のシラン化合物とシラン系モノマーを、公知の第2の有機溶媒の存在下で反応させてもよい。第2の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン、ブタンジオ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、エチレングリコールモノメチルエーテル、ブタンジオールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸t-ブチル、プロピオン酸t-ブチル、プロピレングリコールモノt-ブチルエーテルアセテート、及びγ-ブチロラクトンからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
使用するこのような第2の有機溶媒の量は、第1のシラン化合物1モルに対して、0mL~1,000mL、具体的には0mL~500mLであってよい。
ステップA-3において得られる第1のシラン化合物及びシラン系モノマーの反応材料は、洗浄プロセスに供してもよい。具体的には、上記反応材料を脱イオン水で洗浄するが、ここで、使用する脱イオン水の量は反応材料の1倍~20倍、具体的には2倍~5倍であり得る。このような洗浄プロセスにおいて、脱イオン水と混合していない公知の有機溶媒を導入して、水層をスムーズに分離してもよい。洗浄プロセスはおおよそ1回~5回繰り返してもよく、本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体はこのような洗浄プロセスを経た後で得ることが可能である。
本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体の調製方法を用いて調製されたポリシロキサン共重合体は、下記の化学式4~化学式6で表される構造単位(繰り返し単位)からなる群より選択される1又は複数種を含み得る。
Figure 2022553764000027


Figure 2022553764000028


Figure 2022553764000029

化学式4~化学式6において、R~R、R、R、R、X~X、L、L、a、及びaについての説明は、上述の説明と同じであり、R~R12はそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、m~mはそれぞれ1~100の整数であり得る。
具体的には、R~R12はそれぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基等)、炭素数3~10のヘテロアリール基、又は炭素数6~10のアリール基(例えば、フェニル基及びナフチル基等)であり得る。
また、本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体の調製方法はさらに、ステップA-3において得られた第2のシラン化合物とシラン系モノマーの上記反応材料を、化学的又は熱的にイミド化することを含んでよい。上記反応材料をイミド化する場合、濃縮反応が起こり、分子中に環構造(例えば、
Figure 2022553764000030


;ここで、X~X、L及びLの説明は上述の説明を同じである)が加えられ得る。上述の通り反応材料をイミド化(濃縮反応)することにより、より優れた耐熱性を有するポリシロキサン共重合体を得ることが可能である。
さらに、本発明の一実施形態に係るポリシロキサン共重合体の調製方法はさらに、ステップA-3で得られた第1シラン化合物とシラン系モノマーの反応材料、又は当該反応材料をイミド化することにより得られる濃縮反応材料にアセタールを導入することも含んでよい。アセタールは、公知の方法を使用して導入可能である。上記反応材料又は上記濃縮反応材料にアセタールを導入することにより、分子中に存在するヒドロキシ基(-OH)が減少し、より優れた安定性を有するポリシロキサン共重合体を得ることが可能である。
本発明の別の実施形態に係るポリシロキサン共重合体を調製する方法は、第1のシラン化合物を反応させることによりシロキサン系ポリマーを準備すること(以下、「ステップB-1」と称する);第2のシラン化合物を無水系化合物と反応させることにより、シラン系モノマーを準備すること(以下、「ステップB-2」と称する);及び上記シロキサン系ポリマーと上記シラン系モノマーを反応させること(以下、「ステップB-3」と称する)を含み得る。具体的には、本発明の別の実施形態に係るポリシロキサン共重合体を調製する方法では、第1のシラン化合物の重合反応を行うことにより、最初にシロキサン系ポリマーを調製し、その次に、シロキサン系ポリマーとシラン系モノマーの結合反応を行うことにより、ポリシロキサン共重合体を調製する(ワンポット反応)。
ステップB-1は、第1のシラン化合物を重合反応させることにより、シロキサン系ポリマーを調製するステップであり得る。ここで、第1のシラン化合物は2種以上の異なるシラン化合物、具体的には3種の異なるシラン化合物であってよい。換言すると、ステップB-1におけるシロキサン系ポリマーは、2種以上の異なるシラン化合物を重合することにより得られるシロキサン系ポリマーであってよい。ここで使用する第1のシラン化合物の説明は、ステップA-1における第1のシラン化合物についての説明と同じであるので、繰り返さない。本明細書において3種のシラン化合物を使用する場合、使用する各シラン化合物の量は、第1のシラン化合物の総重量に対して、1重量部~80重量部、具体的には5重量部~40重量部又は5重量部~30重量部であってよい。
ステップB-1において、第1のシラン化合物の反応温度(重合温度)は0℃~120℃、具体的には60℃~100℃であってよい。
さらに、ステップB-1では、第1のシラン化合物を、酸性触媒又は塩基性触媒の存在下で反応させてもよい。酸性触媒又は塩基性触媒についての説明は、ステップA-3における酸性触媒又は塩基性触媒についての説明と同じであるので、繰り返さない。
さらに、ステップB-1では、第1のシラン化合物を、第3の有機溶媒の存在下で反応させてもよい。第3の有機溶媒についての説明は、ステップA-3における第1の有機溶媒についての説明と同じであるので、繰り返さない。
ステップB-2は、第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させて、下記の化学式1~化学式3で表される化合物からなる群より選択されるシラン系モノマーを調製するステップであり得る。ここで、化学式1~化学式3の説明は上述の説明と同じであるので、繰り返さない。
Figure 2022553764000031

Figure 2022553764000032

Figure 2022553764000033

シラン系モノマーを調製するための第2のシラン化合物及び無水系化合物の説明は、ステップA-2における第2のシラン化合物及び無水系化合物についての説明と同じであるので、繰り返さない。
さらに、ステップB-2における第2のシラン化合物及び無水系化合物の反応比及び反応条件の説明も、ステップA-2における説明と同じなので、繰り返さない。
ステップB-3は、シロキサン系ポリマー(第1のシラン化合物の反応材料)とシラン系モノマー(第2のシラン化合物と無水系化合物との反応材料)とを反応させて、ポリシロキサン共重合体を調製するステップであり得る。ここで、シラン系モノマーとしては、化学式1~化学式3で表される化合物のうち、2価~4価のメトキシ基又はエトキシ基を含む化合物(シラン系モノマー)を使用してよい。さらに、シラン系モノマーは、固形粉末状態で又は上述の第1の有機溶媒で希釈された状態で反応器に導入されてよく、ゲル化又は分子量の急激な増加を防止するためにゆっくり導入してよい。
ステップB-3において、使用するシラン系モノマーの量は、第1のシラン化合物の総重量に対して、0.1モル%~50モル%、具体的には0.5モル%~20モル%、より具体的には1モル%~10モル%であり得る。
さらに、ステップB-3において、シロキサン系ポリマー及びシラン系モノマーの反応温度(重合温度)は0℃~120℃、具体的には60℃~100℃であり得る。
ステップB-3において、シロキサン系ポリマー及びシラン系モノマーを第4の有機溶媒の存在下で反応させてもよい。第4の有機溶媒は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン、ブタンジオ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、エチレングリコールモノメチルエーテル、ブタンジオールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸t-ブチル、プロピオン酸t-ブチル、プロピレングリコールモノt-ブチルエーテルアセテート、及びγ-ブチロラクトンからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
ステップB-3において得られるシロキサン系ポリマーとシラン系モノマーの反応材料は、洗浄プロセスに供してもよい。具体的には、上記反応材料を脱イオン水で洗浄するが、ここで、使用する脱イオン水の量は反応材料の1倍~20倍、具体的には2倍~5倍であり得る。このような洗浄プロセスにおいて、脱イオン水と混合していない公知の有機溶媒を導入して、水層をスムーズに分離してもよい。洗浄プロセスはおおよそ1回~5回繰り返してもよく、本発明の別の実施形態に係るポリシロキサン共重合体はこのような洗浄プロセスを経た後で得ることが可能である。
本発明の別の実施形態に係るポリシロキサン共重合体の調製方法を用いて調製されたポリシロキサン共重合体は、下記の化学式7~化学式9で表される構造単位(繰り返し単位)からなる群より選択される1又は複数種を含み得る。
Figure 2022553764000034


Figure 2022553764000035


Figure 2022553764000036

化学式7~化学基9において、R~R、R、R、R、X~X、L、L、a、及びaについての説明は、上述の説明と同じであり、R~R12はそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3(N、O又はS等のヘテロ原子を含む場合は4)~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、m~mはそれぞれ1~100の整数であり得る。
具体的には、R~R12はそれぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基等)、炭素数3~10のヘテロアリール基、又は炭素数6~10のアリール基(例えば、フェニル基及びナフチル基等)であり得る。
また、本発明の別の実施形態に係るポリシロキサン共重合体の調製方法はさらに、ステップB-3において得られたシロキサン系ポリマーとシラン系モノマーの上記反応材料を、化学的又は熱的にイミド化することを含んでよい。上記反応材料をイミド化する場合、濃縮反応が起こり、分子中に環構造(例えば、
Figure 2022553764000037


;ここで、X~X、L及びLの説明は上述の説明を同じである)が加えられ得る。上述の通り反応材料をイミド化(濃縮反応)することにより、より優れた耐熱性を有するポリシロキサン共重合体を得ることが可能である。
さらに、本発明の別の実施形態に係るポリシロキサン共重合体の調製方法はさらに、ステップB-3で得られたシロキサン系ポリマーとシラン系モノマーの反応材料、又は当該反応材料をイミド化することにより得られる濃縮反応材料にアセタールを導入することも含んでよい。アセタールは、公知の方法を使用して導入可能である。上記反応材料又は上記濃縮反応材料にアセタールを導入することにより、分子中に存在するヒドロキシ基(-OH)が減少し、より優れた安定性を有するポリシロキサン共重合体を得ることが可能である。
本発明は、上述のポリシロキサン共重合体を含む樹脂組成物を提供し、その具体的な説明は以下の通りである。
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、バインダ樹脂;有機溶媒;及び添加剤を含み、上記バインダ樹脂が上述のポリシロキサン共重合体であり得る。本発明の一実施形態に係るこのような樹脂組成物は、バインダ樹脂として、優れた耐熱性、柔軟性、透明性、感光性、及び耐久性等を有する上記ポリシロキサン共重合体を含むため、光学分野及び/又は電子分野等の種々の分野における材料を調製する際に使用(適用)可能である。
(例えば、プリント回路基板材料、カバーフィルム材料、及び感光材料等)として使用し得るポリシロキサン共重合体、及び当該ポリシロキサン共重合体の調製方法に関する。本発明の一実施形態に係る樹脂組成物中に含まれる有機溶媒及び添加剤は、公知の有機溶媒及び添加剤であってよい。
ここで、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、バインダ樹脂として、上述のポリシロキサン共重合体以外の公知の樹脂をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態に係るこのような樹脂組成物は、プリント回路基板材料を調製するための樹脂組成物、カバーフィルム材料を調製するための樹脂組成物、又は感光性材料を調製するための樹脂組成物であってよい。具体的には、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物は、感光性材料を調製するために使用される感光性樹脂組成物であってよく、その具体的な説明は下記の通りである。
本発明の一実施形態に係る感光性樹脂組成物はネガ型緩効性樹脂組成物であり、上述のポリシロキサン共重合体;架橋性化合物、光重合開始剤、熱重合開始剤、光増感剤、光酸発生剤、熱酸発生剤、及び架橋結合剤(crosslinking binding agent)からなる群より選択される1又は複数種の機能性添加剤;有機溶媒;及び添加剤を含み得る。具体的には、上記感光性樹脂組成物は、上記ポリシロキサン共重合体、有機溶媒、及び添加剤を含み、且つ、機能性添加剤のうち、架橋性化合物と、光重合開始剤及び熱重合開始剤のうちの1又は複数と、を含む、第1の感光性樹脂組成物;上記ポリシロキサン共重合体、有機溶媒、及び添加剤を含み、且つ、機能性添加剤のうち、光増感剤を含む、第2の感光性樹脂組成物;上記ポリシロキサン共重合体、有機溶媒、及び添加剤を含み、且つ、機能性添加剤のうち、光酸発生剤を含む、第3の感光性樹脂組成物;又は、上記ポリシロキサン共重合体、有機溶媒、及び添加剤を含み、且つ、機能性添加剤のうち、熱酸発生剤及び架橋結合剤を含む、第4の感光性樹脂組成物であり得る。このような感光性樹脂組成物のそれぞれに含まれるポリシロキサン共重合体の説明は上述の説明と同じであるので、繰り返さない。
第1の感光性樹脂組成物に含まれる架橋性化合物は、エチレン性不飽和結合を有する架橋性化合物であり、エチレン性二重結合を少なくとも2つ有する架橋性単位であり得る。具体的には、架橋性化合物は、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールプロパンテトラアクリレート、テトラメチロールプロパンテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、及びカルドエポキシジアクリレートからなる群より選択される1又は複数種のモノマー;上記モノマーのポリ化合物等の多官能(メタ)アクリル系モノマー(ポリエチレングリコールジアクリレート);上記モノマーのオリゴマー;(メタ)アクリル酸を、多価アルコール及び一塩基酸又は多塩基酸の濃縮により得られるポリエステルプレポリマーと反応させることにより得られるポリエステル(メタ)アクリレート;ポリオール基とイソシアネート基を2つ有する化合物とを反応させ、さらに(メタ)アクリル酸と反応させることにより得られるポリウレタン(メタ)アクリレート;並びに、(メタ)アクリル酸と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、レゾール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸ポリグリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエステル、脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、及びジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂からなる群より選択される1又は複数種のエポキシ樹脂と、を反応させることにより得られるエポキシ(メタ)アクリレート樹脂、からなる群より選択される1又は複数種を含んでよい。具体的には、露光感度等を考慮すると、架橋性化合物は多官能(メタ)アクリル系モノマーであってよい。
このような架橋性化合物の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、10重量部~200重量部、具体的には30重量部~150重量部であり得る。架橋性化合物の含有量が上述の範囲内であると、ポリシロキサン共重合体の硬化が十分であり、パターン形成性が良好となり、形成されるパターンの硬度及び解像度が向上し得る。
第1の感光性樹脂組成物に含まれる光重合開始剤は、可視光線、紫外線、遠紫外線、荷電粒子線、及びX線等により、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)の重合を開始可能な活性種を発生させる役割を演じ得る。このような光重合開始剤は、オキシムエステル系化合物、ビイミダゾール系化合物、ベンゾイン系化合物、アセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、α-ジケトン系化合物、多核キノン系化合物、ホスフィン系化合物、及びトリアジン系化合物からなる群より選択される1又は複数種であり得、具体的には、アセトフェノン系化合物又はオキシムエステル系化合物であり得る。
オキシムエステル系化合物は、非常に露光感度が高く、現像プロセス後のパターン安定性に優れ、露光量が少なくても安定した現像パターンを形成し、それに加えて、基板との密着性、遮光性、及び絶縁性に優れ、残基を有しないため平坦さを向上し得る。このようなオキシムエステル系化合物は、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-1-(0-アセチルオキシム)、又は1,3-オクタンジオン-1[(4-フェニルチオ)フェニル]2-ベンゾイル-オキシム等であってよい。
アセトフェノン系化合物は、薄膜の強度をさらに向上し得る。このようなアセトフェノン系化合物は、α-ヒドロキシケトン系化合物又はα-アミノケトン系化合物等であってよい。α-ヒドロキシケトン系化合物は、1-フェニル-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-i-プロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、又は1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等であってよい。α-アミノケトン系化合物は、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノプロパン-1-オン、又は2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン-1等であってよい。さらに、アセトフェノン系化合物は、2,2-ジメトキシアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、又は2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン等であってもよい。このようなアセトフェノン系化合物は、単独で、又は2種以上の混合物として使用してよい。
ビイミダゾール系化合物は、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラキス(4-エトキシカルボニルフェニル)-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2-ブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラキス(4-エトキシカルボニルフェニル)-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2-ブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、又は2,2’-ビス(2,4,6-トリブロモフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール等であってよく、具体的には、2,2’-ビス(2-クロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾール、又は2,2’-ビス(2,4,6-トリクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾールであってよく、より具体的には、2,2’-ビス(2,4-ジクロロフェニル)-4,4’,5,5’-テトラフェニル-1,2’-ビイミダゾールであってよい。
このような光重合開始剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~20重量部、具体的には1重量部~10重量部、より具体的には1重量部~5重量部であり得る。
第1の感光性樹脂組成物に含まれる熱重合開始剤は、熱により、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)の重合を開始可能な活性種を発生させる役割を演じ得る。このような熱重合開始剤は、過酸化ジクミル、tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジ-(2-tert-ブチル-パーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ-(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、及び2,5-ジメチル-2,5-(tert-ブチルパーオキシ)ヘキシム-3からなる群より選択される1又は複数種であり得る。
熱重合開始剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~20重量部、具体的には1重量部~10重量部、より具体的には1重量部~5重量部であり得る。
第1の樹脂組成物に含まれる有機溶媒(1)は、アセテート系溶媒、エーテル系溶媒、グリコール系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、及びカーボネート系溶媒から成る群より選択される1又は複数種の有機溶媒であってよい。具体的には、有機溶媒(1)は、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3-エトキシプロピオン酸、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、及びN-メチルカプロラクタムからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような有機溶媒(1)の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~90重量部、具体的には10重量部~80重量部であってよい。有機溶媒(1)の含有量が上述の範囲内であると、第1の感光性樹脂組成物の塗布が容易であり、薄膜形成に良好であり、形成される薄膜の厚さを容易に調節し得る。
第1の感光性樹脂組成物に含まれる添加剤(1)は、熱安定化剤、熱架橋剤、光硬化促進剤、界面活性剤、抗酸化剤、接着助剤(adhesion aid)、光安定化剤、及び消泡剤からなる群より選択される1又は複数種であり得る。
添加剤(1)のうち、接着助剤は、第1の感光性樹脂組成物により形成される薄膜の接着強度を増強する役割を演じ得る。このような接着助剤は、カルボキシ基、メタクリロイル基(methacryloyl group)、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基、又はメルカプト基等の反応性官能基を有するシランカップリング剤であってよい。具体的には、接着助剤は、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びβ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような接着助剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0重量部~10重量部、具体的には0.01重量部~10重量部、0.02重量部~1重量部、又は0.05重量部~0.1重量部であってよい。接着助剤の含有量が上述の範囲内であると、薄膜の接着強度が向上し得る。
界面活性剤は、第1の感光性樹脂組成物の均一性及び塗布性(coatability)を増強し、形成された薄膜の染み抜き(stain removal)を増強する役割を演じ得る。このような界面活性剤は、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤からなる群より選択される1又は複数種であってよい。具体的には、界面活性剤はポリエーテル修飾ポリジメチルシロキサンであってよい。
このような界面活性剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.01重量部~5重量部、具体的には0.02重量部~1重量部、又は0.05重量部~0.1重量部であってよい。
第1の感光性樹脂組成物に含まれる光増感剤(光活性化合物)は、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、ビスフェノール-A、4,4’-[1-[4-[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]フェニル]-エチリデン]ビスフェノール、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシアセトフェノン、2,3,4-トリヒドロキシフェニルヘキシルケトン、2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシ-2’-メチルベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、4,4’,4”-トリヒドロキシフェニルメタン、4,4’,4”-エチリデントリス(2-メチルフェノール)、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メチルフェニルメタン、1,1,4-トリス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、2,2’,3,4,4’-ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,4’,5-ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,4’-ペンタヒドロキシジフェニルプロパン、又は2,2’,3,4,4’,5-ペンタヒドロキシジフェニルプロパン等のバラスト(Ballast)を、ナフトキノン-1,2-ジアジド-4-スルホン酸エステル基又はナフトキノン-1,2-ジアジド-5-スルホン酸エステル基で置換することにより得てもよい。
このような光増感剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~80重量部、具体的には10重量部~40重量部であってよい。光増感剤の含有量が上述の範囲内であると、相分離を抑制しつつ、パターンが良好に形成され得る。
第2の感光性樹脂組成物に含まれる有機溶媒(2)は、アセテート系溶媒、エーテル系溶媒、グリコール系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、及びカーボネート系溶媒から成る群より選択される1又は複数種の有機溶媒であってよい。具体的には、有機溶媒(2)は、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、及びN-メチルカプロラクタムからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような有機溶媒(2)の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~90重量部、具体的には10重量部~80重量部であってよい。有機溶媒21)の含有量が上述の範囲内であると、第2の感光性樹脂組成物の塗布が容易であり、薄膜形成に良好であり、形成される薄膜の厚さを容易に調節し得る。
第2の感光性樹脂組成物に含まれる添加剤(2)は、熱安定化剤、熱架橋剤、光硬化促進剤、界面活性剤、接着助剤(adhesion aid)、及び塩基クエンチャー(base quencher)からなる群より選択される1又は複数種であり得る。
添加剤(2)のうち、接着助剤は、第2の感光性樹脂組成物により形成される薄膜の接着強度を増強する役割を演じ得る。このような接着助剤は、カルボキシ基、メタクリロイル基(methacryloyl group)、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基、又はメルカプト基等の反応性官能基を有するシランカップリング剤であってよい。具体的には、接着助剤は、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びβ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような接着助剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.01重量部~10重量部であってよい。接着助剤の含有量が上述の範囲内であると、薄膜の接着強度が向上し得る。
界面活性剤は、第2の感光性樹脂組成物の均一性及び塗布性(coatability)を増強し、形成された薄膜の染み抜き(stain removal)を増強する役割を演じ得る。このような界面活性剤は、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤からなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような界面活性剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して0.01重量部~10重量部であってよい。
第3の感光性樹脂組成物に含まれる光酸発生剤は、化学線又は放射線の照射により酸を発生する役割を演じ得る。このような光酸発生剤は、250nm~400nmの波長での適切な光吸収、及び400nm以上の可視光における有機絶縁フィルム材料の透明性を維持することが可能な材料であり得る。具体的には、光酸発生剤は、ジアゾニウム塩系化合物、ホスホニウム塩系化合物、スルホニウム塩系化合物、ヨードニウム塩系化合物、イミドスルホネート系化合物オキシムスルホネート系化合物、ジアゾジスルホン系化合物、ジスルホン系化合物、オルト-ニトロベンジルスルホネート系化合物、及びトリアジン系化合物からなる群より選択される1又は複数種であってよい。より具体的には、光酸発生剤は、下記の化学式10又は化学式11で表される化合物であってよい。
Figure 2022553764000038


Figure 2022553764000039

このような光酸発生剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.1重量部~10重量部、具体的には1重量部~5重量部であってよい。光酸発生剤の含有量が上述の範囲内であると、酸発生が効率的であり得、第3の感光性樹脂組成物の溶解度が下がることを抑制し得る。
第3の感光性樹脂組成物に含まれる有機溶媒(3)は、アセテート系溶媒、エーテル系溶媒、グリコール系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、及びカーボネート系溶媒から成る群より選択される1又は複数種の有機溶媒であってよい。具体的には、有機溶媒(1)は、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、及びN-メチルカプロラクタムからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような有機溶媒(3)の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~90重量部、具体的には10重量部~80重量部であってよい。有機溶媒(3)の含有量が上述の範囲内であると、第3の感光性樹脂組成物の塗布が容易であり、薄膜形成に良好であり、形成される薄膜の厚さを容易に調節し得る。
第3の感光性樹脂組成物に含まれる添加剤(3)は、熱安定化剤、熱架橋剤、光硬化促進剤、界面活性剤、接着助剤(adhesion aid)、及び塩基性クエンチャー(base quencher)からなる群より選択される1又は複数種であり得る。
添加剤(3)のうち、接着助剤は、第3の感光性樹脂組成物により形成される薄膜の接着強度を増強する役割を演じ得る。このような接着助剤は、カルボキシ基、メタクリロイル基(methacryloyl group)、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基、又はメルカプト基等の反応性官能基を有するシランカップリング剤であってよい。具体的には、接着助剤は、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びβ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような接着助剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.01重量部~10重量部であってよい。接着助剤の含有量が上述の範囲内であると、薄膜の接着強度が向上し得る。
塩基クエンチャーは、露光領域から未露光領域への酸の移動をコントロールする役割を演じ得る。このような塩基クエンチャーは、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、アニリン、エチレンジアミン、ピリジン、又はテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドで形成されたアミン及びその塩;プロトンスポンジ(proton sponge);1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン、ジイソプロピルアニリン、環状アルキルアミン、メラミン誘導体若しくはポリマー;グリコールウリル若しくはその誘導体;又はポリエーテル含有アミンであってよい。
界面活性剤は、第3の感光性樹脂組成物の均一性及び塗布性(coatability)を増強し、形成された薄膜の染み抜き(stain removal)を増強する役割を演じ得る。このような界面活性剤は、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤からなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような界面活性剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.01重量部~10重量部であってよい。
第4の感光性樹脂組成物に含まれる熱酸発生剤(TAG)は、架橋結合強度を向上可能な酸を発生させる役割を演じ得る。このような熱酸発生剤は、90℃以上、具体的には120℃以上、より具体的には150℃以上で活性化され得る。熱酸発生剤は、無金属(metal-free)スルホニウム塩及びヨードニウム塩(例えば、非求核強酸のトリアリールスルホニウム塩、ジアルキルアリールスルホニウム塩、ジアリールアルキルスルホニウム塩、非求核強酸のアルキルアリールヨードニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、非求核強酸のアンモニウム塩、アルキルアンモニウム塩、ジアルキルアンモニウム塩、トリアルキルアンモニウム塩、テトラアルキルアンモニウム塩等)であってよい。さらに、共有結合性熱酸発生剤は有用な添加剤であり得、例えば、アリールスルホン酸又はアルキルの2-ニトロベンジルエステルは熱分解して遊離スルホン酸及び別のスルホン酸のエステルを形成する。具体的に、共有結合性熱酸発生剤は、ジアリールヨードニウムパーフルオロアルキルスルホネート、ジアリールヨードニウムトリス(フルオロアルキルスルホニル)メチド、ジアリールヨードニウムビス(フルオロアルキルスルホニル)メチド、ジアリールヨードニウムビス(フルオロアルキルスルホニル)イミド、又はジアリールヨードニウム4級アンモニウムパーフルオロアルキルスルホネートであってよい反応性エステルは、具体的には、2-ニトロベンジルトシレート、2,4-ジニトロベンジルトシレート、2,6-ジニトロベンジルトシレート、4-ニトロベンジルトシレート;ベンゼンスルホネート(例えば、2-トリフルオロメチル-6-ニトロベンジル4-クロロベンゼンスルホネート、2-トリフルオロメチル-6-ニトロベンジル4-ニトロベンゼンスルホネート);フェノール系スルホネートエステル(例えば、フェニル4-メトキシベンゼンスルホネート);4級アンモニウムトリス(フルオロアルキルスルホニル)メチド、4級アルキルアンモニウムビス(フルオロアルキルスルホニル)イミド、及び有機酸のアルキルアンモニウム塩(例えば、10-カンファースルホン酸のトリエチルアンモニウム塩)等であってよい。
第4の感光性樹脂組成物に含まれる架橋結合剤は、求電子剤として、単独で又は酸の存在下でカルボニウムイオン(カルボカチオン)を形成する役割を演じ得る。このような架橋結合剤により、アルコール、エーテル、エステル、オレフィン、メトキシメチルアミノ、メトキシメチルフェニル等の基を含む化合物、及び求電子位置を複数含むその他の分子が、架橋を介してバインダ樹脂と結合し得る。架橋結合剤は、1,3-アダマンタンジオール、1,3,5-アダマンタントリオール、多官能反応性ベンジル化合物、メチロール、例えば、テトラメトキシメチル-ビスフェノール(TMOM-BP)、アミノプラスト架橋結合剤、グリコールウリル、Cymel、又はPowderlinkであってよい。さらに、架橋結合剤としては、グリコールウリル及びポリオールのポリマーを使用してもよい。
第4の感光性樹脂組成物に含まれる有機溶媒(4)は、アセテート系溶媒、エーテル系溶媒、グリコール系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、及びカーボネート系溶媒から成る群より選択される1又は複数種の有機溶媒であってよい。具体的には、有機溶媒(4)は、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチレングリコール、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、及びN-メチルカプロラクタムからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような有機溶媒(4)の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、1重量部~90重量部、具体的には10重量部~80重量部であってよい。有機溶媒(4)の含有量が上述の範囲内であると、第4の感光性樹脂組成物の塗布が容易であり、薄膜形成に良好であり、形成される薄膜の厚さを容易に調節し得る。
第4の感光性樹脂組成物に含まれる添加剤(4)は、熱安定化剤、熱架橋剤、光硬化促進剤、界面活性剤、接着助剤(adhesion aid)、及び塩基クエンチャーからなる群より選択される1又は複数種であり得る。
添加剤(4)のうち、接着助剤は、第4の感光性樹脂組成物により形成される薄膜の接着強度を増強する役割を演じ得る。このような接着助剤は、カルボキシ基、メタクリロイル基(methacryloyl group)、ビニル基、イソシアネート基、エポキシ基、又はメルカプト基等の反応性官能基を有するシランカップリング剤であってよい。具体的には、接着助剤は、トリメトキシシリル安息香酸、γ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びβ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランからなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような接着助剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.01重量部~10重量部であってよい。接着助剤の含有量が上述の範囲内であると、薄膜の接着強度が向上し得る。
塩基クエンチャーは、露光領域から未露光領域への酸の移動をコントロールする役割を演じ得る。このような塩基クエンチャーは、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、アニリン、エチレンジアミン、ピリジン、又はテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドで形成されたアミン及びその塩;プロトンスポンジ(proton sponge);1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセン、ジイソプロピルアニリン、環状アルキルアミン、メラミン誘導体若しくはポリマー;グリコールウリル若しくはその誘導体;又はポリエーテル含有アミンであってよい。
界面活性剤は、第4の感光性樹脂組成物の均一性及び塗布性(coatability)を増強し、形成された薄膜の染み抜き(stain removal)を増強する役割を演じ得る。このような界面活性剤は、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤からなる群より選択される1又は複数種であってよい。
このような界面活性剤の含有量は、ポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)100重量部に対して、0.01重量部~10重量部であってよい。
本発明の一実施形態に係るこのような感光性樹脂組成物は、半導体(例えば、低誘電性(Low-k)中間層(層間誘電体層)及びpre-metal Dielectrid(PMD)層の平坦化、オーバーコートパッシベーション、ギャップ充填)、LCD用デバイス、OLED用デバイス(例えば、隔壁材料(画素画定層(pixel define layer)、ハーフトーンレジスト)、太陽電池用デバイス、フレキシブルディスプレイ用デバイス、タッチスクリーン製造用デバイス、又はナノインプリントリソグラフィ用デバイスを製造する際の感光性硬化性パターン又はハードマスクを形成するプロセスに有用である。
感光性硬化性パターンを形成するための感光性樹脂組成物を塗布する方法は、公知の方法であってよい。具体的には、塗布方法は、スピンコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、スクリーンコーティング、スプレーコーティング、フローコーティング、スクリーン印刷、インクジェット、又はドロップキャスト法(drop casting)等であってよい。
上記塗布方法を用いて形成される薄膜の厚さは、塗布方法、組成物の固形分濃度、及び粘度等に応じて調節可能であり、具体的には0.5μm~100μmであってよい。このような薄膜を形成した後、プレベークプロセスにおいて真空、赤外線、又は熱を付与することにより溶媒を蒸発させてもよく、その後、選択的露光プロセスを行ってもよい。露光プロセスでは、エキシマレーザー、遠紫外線、紫外線、可視光線、電子ビーム、X線、g線(波長436nm)、i線(波長365nm)、又はh線(波長405nm)等を使用してよく、接触型、近接型、又は投影型等の露光方法を使用してよい。
本発明の一実施形態に係るこのような感光性樹脂組成物を用いて形成された薄膜の現像のためには、現像液として、環境に優しく経済的な水系アルカリ溶液を使用してよい。アルカリ現像液は具体的には、水酸化テトラメチルアンモニウム又は水酸化テトラエチルアンモニウム等の水酸化4級アンモニウムの水溶液;アンモニア、エチルアミン、ジエチルアミン、又はトリエチルアミン等のアミン系水溶液であってよい。より具体的には、アルカリ現像液は水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液であってよい。
以下、実施例を参照して、本発明をより詳細に説明する。しかし、以下の実施例は例示目的のみであって、本発明のカテゴリー及び技術史王の範囲内で様々な変更及び改変を行ってもよく、本発明の範囲は以下の実施例に限定されないことは当業者に自明であろう。
[合成例1]4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/CHDA)の合成
Figure 2022553764000040


無水テトラヒドロフラン(THF)(80mL)を保持する250mL容フラスコに、3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシラン(APDEMS)(38.3g)及びシクロヘキシル二無水物(CHDA)(22.4g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を撹拌し、室温で24時間反応させた。反応溶液を減圧濃縮した後、更なる精製無しで、オフホワイトの固形(58.2g)が収量96%で得られた。
H-NMR(δ, ppm), CDCl3:3.83 (q, 8H), 2.98 (m, 4H), 2.55 (m, 2H), 2.41 (m, 2H), 2.04 (m, 2H), 1.78 (m, 2H), 1.40 (m, 4H), 1.11 (t, 12H), 0.46 (m, 4H), 0.14 (s, 6H).
[合成例2]4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/PMDA)の合成
Figure 2022553764000041


無水テトラヒドロフラン(THF)(80mL)を保持する250mL容フラスコに、3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシラン(APDEMS)(38.3g)及びピロメリット酸二無水物(PMDA)(21.8g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を撹拌し、室温で48時間反応させた。反応溶液を減圧濃縮した後、更なる精製無しで、淡い黄色の固形(58.9g)が収量98%で得られた。
H-NMR (δ, ppm), CDCl3: 8.42 (s, 2H), 3.79 (q, 8H), 3.28 (m, 4H), 1.43 (m, 4H), 1.08 (t, 12H), 0.48 (m, 4H), 0.15 (s, 6H).
[合成例3]2価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/MA)の合成
Figure 2022553764000042


無水テトラヒドロフラン(THF)(40mL)を保持する100mL容フラスコに、3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシラン(APDEMS)(9.6g)及びマレイン酸無水物(MA)(4.9g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を撹拌し、室温で24時間反応させた。反応溶液を減圧濃縮した後、更なる精製無しで、淡い黄色の固形(14.3g)が収量99%で得られた。
H-NMR (δ, ppm), CDCl3: 7.3 (d, 1H), 6.7 (d, 1H), 3.75 (q, 4H), 3.09 (m, 2H), 1.37 (m, 2H), 1.13 (t, 6H), 0.45 (m, 2H), 0.11 (s, 3H).
[合成例4]4価メトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/CHDA)の合成
Figure 2022553764000043


無水テトラヒドロフラン(THF)(80mL)を保持する250mL容フラスコに、3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシラン(APDEMS)(32.7g)及びシクロヘキシル二無水物(CHDA)(22.4g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を撹拌し、室温で24時間反応させた。反応溶液を減圧濃縮した後、更なる精製無しで、オフホワイトの固形(53.1g)が収量97%で得られた。
H-NMR (δ, ppm), CDCl3: 3.39 (s, 12H), 2.96 (m, 4H), 2.54 (m, 2H), 2.44 (m, 2H), 2.02 (m, 2H), 1.75 (m, 2H), 1.38 (m, 4H), 0.42 (m, 4H), 0.13 (s, 6H).
[合成例5]4価メトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/PMDA)の合成
Figure 2022553764000044


無水テトラヒドロフラン(THF)(80mL)を保持する250mL容フラスコに、3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシラン(APDEMS)(32.7g)及びピロメリット酸二無水物(PMDA)(21.8g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を撹拌し、室温で48時間反応させた。反応溶液を減圧濃縮した後、更なる精製無しで、淡い黄色の固形(53.7g)が収量99%で得られた。
H-NMR (δ, ppm), CDCl3: 8.39 (s, 2H), 3.37 (s, 12H), 3.29 (m, 4H), 1.45 (m, 4H), 0.43 (m, 4H), 0.12 (s, 6H).
[合成例6]2価メトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/MA)の合成
Figure 2022553764000045


無水テトラヒドロフラン(THF)(40mL)を保持する100mL容フラスコに、3-アミノプロピルジエトキシモノメチルシラン(APDEMS)(8.2g)及びマレイン酸無水物(MA)(4.9g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を撹拌し、室温で24時間反応させた。反応溶液を減圧濃縮した後、更なる精製無しで、淡い黄色の固形(12.4g)が収量94%で得られた。
H-NMR (δ, ppm), CDCl3: 6.4 (d, 1H), 6.3 (d, 1H), 3.40 (s, 6H), 3.07 (m, 2H), 1.34 (m, 2H), 0.39 (m, 2H), 0.13 (s, 3H).
[実施例1~6]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。その後、反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例1で合成した4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/CHDA)(5.0g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表1に示す。
Figure 2022553764000046

[実施例7~12]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例2で合成した4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/PMDA)(4.9g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表2に示す。
Figure 2022553764000047

[実施例13~18]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例3で合成した2価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/MA)(3.5g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表3に示す。
Figure 2022553764000048

[実施例19~24]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例4で合成した4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/CHDA)(3.5g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表4に示す。
Figure 2022553764000049

[実施例25~30]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。その後、反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例5で合成した4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/PMDA)(4.4g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表5に示す。
Figure 2022553764000050

[実施例31~36]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。その後、反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例6で合成した2価エトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/MA)(3.2g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表6に示す。
Figure 2022553764000051

[実施例37]
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(100g)、ピリジニウムp-トルエンスルホネート(0.01g)、及び3,4-ジヒドロ-2H-ピラン(1.6g)を反応器に入れ、アセタール導入の反応を室温で24時間行い、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。得られた産物の重量平均分子量(Mw)は6,379であり、ADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)の測定結果は50Åであり、アセタールの導入が成功したことが確認できた。
[実施例38]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、ビニルトリエトキシシラン(11.8g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(12.5g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加することにより反応させた。その後、反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例1で合成した4価エトキシシランアミド酸モノマー(APDEMS/CHDA)(5.0g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。得られた産物の重量平均分子量(Mw)は5,483であり、ADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)の測定結果は1,800Åであった。
[実施例39~44]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、及びテトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加し、次に3-メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン(MPMS)(42.38g)及び3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPMS)(9.85g)の混合溶液を入れた。反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例6で合成した2価エトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/MA)(3.2g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOS/MPMS/GPMSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表7に示す。
Figure 2022553764000052

[実施例45~60]
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(60mL)を保持する250mL容三つ口フラスコに、フェニルトリメトキシシラン(PTMS)(23.4g)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)(34.3g)、テトラエトキシシラン(TEOS)(25.0g)、及びジメチルジメトキシシラン(DMDS)(6.54g)を窒素雰囲気下で入れ、結果物を混合した。混合溶液を10分間撹拌した後、0.1%で脱イオン水に溶解した塩酸水溶液(30g)を、おおよそ40℃以下の反応温度で1時間にわたってゆっくり滴下して添加して反応させた。その後、反応混合物を10分間撹拌し、温度を80℃に上げた後、結果物を2時間撹拌して、シロキサン系ポリマーを調製した。次に、合成例6で合成した2価エトキシシランアミド酸モノマー(APDMMS/MA)(3.2g)をゆっくり滴下し、結果物を更に撹拌して1時間反応させた。その後、反応混合物を室温に冷まし、そこに酢酸エチル及び脱イオン水を添加することにより層を分離させた後、有機層を脱イオン水で2回洗浄し、1回目の真空濃縮を行った。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を反応溶液中に入れて、1回目に真空濃縮した反応溶液の固形分がおおよそ30%となるようにし、結果物を2回目の真空濃縮を行って、産物(ポリシロキサン共重合体)を得た。
次に、PTMS/MTMS/TEOS/DMDSの最後の反応時間を調節した以外は同様にして各産物(ポリシロキサン共重合体)得た。得られた産物のそれぞれの重量平均分子量(Mw)及びADR(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)現像液)を以下の表8に示す。
Figure 2022553764000053

[調製例1]光重合開始剤を含む感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(1.65g)、Irgacure TPO(BASF社)(光重合開始剤)(0.5g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(7.5g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例2]光重合開始剤を含む感光性樹脂組成物の調製
Irgacure TPO(BASFT社)の代わりにTPM-P07(Takoma Technology社)を光重合開始剤として使用したこと以外は、調製例1と同様にして感光性樹脂組成物(固形分25%)を調製した。
[調製例3]光増感剤(光活性化合物)を含む感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(20g)、ジアゾナフトキノン化合物(光増感剤)(1g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(8g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.1g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.14g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例4]光酸発生剤を含む感光性樹脂組成物の調製
実施例37で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(20g)、1,3-ジオキソ-1H-ベンゾ[de]イソキノリン-2(3H)-イルトリフルオロメタンスルホネート(光酸発生剤:化学式10)(0.3g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(8.8g)、BYK333(界面活性剤)(0.03g)、及びKBM303(信越化学工業)(接着助剤)(0.02g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例5]熱酸発生剤を含む感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(20g)、テトラメトキシメチルグリコールウリル(架橋結合剤)(9g)、2-ヒドロキシヘキシルp-トルエンスルホネート(熱酸発生剤)(3g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(27g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.12g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.3g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例6]光重合開始剤及び熱重合開始剤を含む感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(1.65g)、TPM-P07(Takoma Technology社)(光重合開始剤)(0.35g)、ジ-tert-ブチルパーオキサイド(TCI Co.,Ltd.)(熱重合開始剤)(0.15g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(7.5g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例7]光重合開始剤を含む感光性樹脂組成物の調製
実施例38で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(1.65g)、TPM-P07(Takoma Technology社)(光重合開始剤)(0.5g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(7.5g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例8]光重合開始剤を含む黒色顔料感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(2.75g)、TPM-P07(Takoma Technology社)(光重合開始剤)(0.55g)、カーボンブラック顔料(0.84g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(7.04g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例9]光重合開始剤を含む黒色染料感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(2.75g)、TPM-P07(Takoma Technology社)(光重合開始剤)(0.55g)、黒色染料(0.84g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(6.6g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例10]光増感剤(光活性化合物)を含む黒色顔料感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(20g)、ジアゾナフトキノン化合物(光増感剤)(1g)、カーボンブラック顔料(1.52g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(6.9g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.1g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.14g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[調製例11]光増感剤(光活性化合物)を含む黒色染料感光性樹脂組成物の調製
実施例1で調製したポリシロキサン共重合体(バインダ樹脂)(20g)、ジアゾナフトキノン化合物(光増感剤)(1g)、黒色染料(1.52g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(6.9g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.1g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.14g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例1]
バインダ樹脂として、実施例1のポリシロキサン共重合体の代わりに、ベンジルメタクリレート(30重量%)とメチルメタクリレート(10重量%)とメタクリル酸(10重量%)を固形分30%でプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)の存在下で重合することにより得られたアクリル樹脂(重量平均分子量13,000)を使用したこと以外は、調製例1と同様にして、感光性樹脂組成物を調製した。
[比較調製例2]
光重合開始剤として、Irgacure TPO(BASF社)の代わりにTPM-P07(Takoma Technology社)を使用したこと以外は比較調製例1と同様にして、感光性樹脂組成物(固形分25%)を調製した。
[比較調製例3]
比較調製例1で使用したアクリル樹脂(5.5g)、ジアゾナフトキノン化合物(光増感剤)(1g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(8g)、KBM403(接着助剤)(0.1g)、及びFZ-2122(界面活性剤)(0.14g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例4]
バインダ樹脂として、1-エトキシエチルメタクリレート(アセタール-アクリル系モノマー)(25%重量)とベンジルメタクリレート(10重量%)とメチルメタクリレート(51重量%)とメタクリル酸(14重量%)とを固形分30%でプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)の存在下で重合することにより得られたアクリル樹脂(重量平均分子量15,000)(20g)、化学式10の光酸発生剤(0.3g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(8.8g)、BYK333(界面活性剤)(0.03g)、及びKBM303(接着助剤)(0.02g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例5]
比較調製例1で使用したアクリル樹脂(20g)、テトラメトキシメチルグリコールウリル(架橋結合剤)(9g)、2-ヒドロキシヘキシルp-トルエンスルホネート(熱酸発生剤)(3g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(27g)、BYK333(界面活性剤)(0.03g)、及びKBM303(接着助剤)(0.02g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例6]
比較調製例1で使用したアクリル樹脂(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(2.75g)、TPM-P07(Takoma Technology社)(光重合開始剤)(0.55g)、カーボンブラック顔料(0.84g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(7.04g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例7]
比較調製例1で使用したアクリル樹脂(5.5g)、SR399(Sartomer)(架橋性化合物)(2.75g)、TPM-P07(Takoma Technology社)(光重合開始剤)(0.55g)、黒色染料(0.84g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(7.04g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.03g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.08g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例8]
比較調製例1で使用したアクリル樹脂(5.5g)、ジアゾナフトキノン化合物(光増感剤)(1g)、カーボンブラック顔料(0.84g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(6.9g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.1g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.14g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[比較調製例9]
比較調製例1で使用したアクリル樹脂(5.5g)、ジアゾナフトキノン化合物(光増感剤)(1g)、黒色染料(0.84g)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(有機溶媒)(6.9g)、KBM403(信越化学工業)(接着助剤)(0.1g)、及びFZ-2122(Dow社)(界面活性剤)(0.14g)を反応器に入れ、結果物を室温で3時間撹拌した。5.0μmフィルターを用いたろ過プロセスを行ったと、感光性樹脂組成物(固形分25%)を得た。
[実験例]
調製例1~11及び比較調製例1~9で調製した感光性樹脂組成物のそれぞれを使用して、下記の評価方法を用いて特性を評価し、図1及び表9にその結果を示す。
(1)感度
スピンコーティングを用いてガラス基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、結果物を90℃~110℃で90秒間熱処理(ホットプレート)して、厚さ2μmの薄膜を形成した。形成された薄膜の厚さは、触針型膜厚測定装置(Veeco Insctruments Inc.、DEKTAK150)を用いて測定した。そして、薄膜を、マスクを介して高圧水銀ランプに露光した後、2.38% TMAH現像液を用いてスプレー現像することにより、パターンを得た。
(2)膜保持率
スピンコーティングを用いてガラス基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、結果物を90℃~110℃で90秒間熱処理(ホットプレート)して、厚さ2μmの薄膜を形成した。その後、フォトリソグラフィプロセスを行い、触針型膜厚測定装置(Veeco Instruments Inc.(米国)製DEKTAK 6M)を用いて、250℃、60分のポストベークを行った後の厚さの変化、及び現像前後の厚さを測定することにより、膜保持率を測定した。ここで、ポストベークは調製例6において110℃で行った。
(3)透過率
スピンコーティングを用いてガラス基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、結果物を90℃~110℃で90秒間熱処理(ホットプレート)して、厚さ2μmの薄膜を形成した。その後、250℃、60分のポストベークにより硬化膜を得た。得られた硬化膜について、UV分光器を用いて、400nm~800nmの波長の光の平均透過率を測定した。ここで、ポストベークは調製例6において110℃で行った。
(4)耐熱性
スピンコーティングを用いてガラス基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、結果物を90℃~110℃で90秒間熱処理(ホットプレート)して、厚さ2μmの薄膜を形成した。その後、250℃、60分のポストベークにより硬化膜を得た。得られた硬化膜について、TGA分析器を介して5%分解温度を測定した。ここで、ポストベークは調製例6において110℃で行った。
(5)光学濃度
スピンコーティングを用いてガラス基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、結果物を90℃~110℃で90秒間熱処理(ホットプレート)して、厚さ1.1μmの薄膜を形成した。その後、250℃、60分のポストベークにより硬化膜を得た。得られた硬化膜について、光学濃度計(OD)を用いて光学濃度を測定した。
Figure 2022553764000054

Figure 2022553764000055

表9を参照すると、本発明の感光性樹脂組成物は、優れた耐熱性を有し、ガス放出をコントロール可能であり、熱に対して高い膜保持率値が得られ得る。さらに、感度が優れており、現像膜保持率が高いことにより高いプロセスマージンが得られ得る。さらに、低温硬化条件下であっても優れた性能が得られることが判明した(調製例6)。
また、図1には、JEOL Ltd.社のFE-SEM(モデル:JSM-6701F)を用いて同定された、調製例3の感光性樹脂組成物を用いて形成されたパターン(5μm孔パターン)及び調製例4の感光性樹脂組成物を用いて形成されたパターン(1μm線パターン)の結果が示されており、本発明の感光性樹脂組成物を用いてパターンを形成することにより、高感度且つ高解像度のパターンが形成されることが判明した。

Claims (7)

  1. シロキサン系ポリマー由来の構造単位と、
    シラン系モノマー由来の構造単位と、
    を含み、
    前記シラン系モノマーは、下記の化学式1~化学式3で表される化合物群から成る群より選択される、ポリシロキサン共重合体:
    Figure 2022553764000056


    Figure 2022553764000057


    Figure 2022553764000058


    化学式1及び化学式2において、
    ~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数4~20の脂環式炭化水素基、及び炭素数4~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であり、
    及びRはそれぞれ独立して、水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は酸素原子及び炭素数1~12の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は0~20の整数であり、
    化学式3において、
    ~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は水素、ヒドロキシ基、及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は単結合、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数3~10の脂環式炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は0~20の整数であり、
    ~R、X~X、L及びLはそれぞれ独立して、非置換であるか、又は、酸素原子、フッ素原子、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択される1又は複数種の置換基で置換されている。
  2. ~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~3の脂肪族炭化水素基、炭素数4~12の脂環式炭化水素基、及び炭素数6~10の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は炭素数1~10のアルキル基又は炭素数1~10のアルキルオキシ基であり、
    及びRは水素であり、
    はエーテル基、ケトン基、及び炭素数1~10のアルキレン基からなる群より選択される、
    請求項1に記載のポリシロキサン共重合体。
  3. ~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10のアルキル基、及び炭素数1~10のアルキルオキシ基からなる群より選択され、
    は水素であり、
    はヒドロキシ基であり、
    は炭素数1~10のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数3~10のシクロアルキレン基、及び炭素数6~10のアリーレン基からなる群より選択される、
    請求項1に記載のポリシロキサン共重合体。
  4. 第1のシラン化合物を準備すること;
    第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させることにより、シラン系モノマーを準備すること;及び
    前記第1のシラン化合物と前記シラン系モノマーとを同時に反応させること、
    を含む、ポリシロキサン共重合体の調製方法であって、
    ここで、前記シラン系モノマーは、化学式1~化学式3で表される化合物群からなる群より選択される、前記調製方法:
    Figure 2022553764000059


    Figure 2022553764000060


    Figure 2022553764000061


    化学式1及び化学式2において、
    ~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数4~20の脂環式炭化水素基、及び炭素数4~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であり、
    及びRはそれぞれ独立して、水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は酸素原子及び炭素数1~12の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は0~20の整数であり、
    化学式3において、
    ~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は水素、ヒドロキシ基、及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は単結合、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数3~10の脂環式炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は0~20の整数であり、
    ~R、X~X、L及びLはそれぞれ独立して、非置換であるか、又は、酸素原子、フッ素原子、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択される1又は複数種の置換基で置換されている。
  5. 第1のシラン化合物を反応させることにより、シロキサン系ポリマーを準備すること;
    第2のシラン化合物と無水系化合物とを反応させることにより、シラン系モノマーを準備すること;及び
    前記シロキサン系ポリマーと前記シラン系モノマーとを反応させること、
    を含む、ポリシロキサン共重合体の調製方法であって、
    ここで、前記シラン系モノマーは、化学式1~化学式3で表される化合物群からなる群より選択される、前記調製方法:
    Figure 2022553764000062


    Figure 2022553764000063


    Figure 2022553764000064


    化学式1及び化学式2において、
    ~Xはそれぞれ独立して、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数4~20の脂環式炭化水素基、及び炭素数4~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は炭素数1~10の脂肪族炭化水素基であり、
    及びRはそれぞれ独立して、水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は酸素原子及び炭素数1~12の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は0~20の整数であり、
    化学式3において、
    ~Rはそれぞれ独立して、水素、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は水素及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は水素、ヒドロキシ基、及び炭素数1~10の脂肪族炭化水素基からなる群より選択され、
    は単結合、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、炭素数3~10の脂環式炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択され、
    は0~20の整数であり、
    ~R、X~X、L及びLはそれぞれ独立して、非置換であるか、又は、酸素原子、フッ素原子、炭素数1~10の脂肪族炭化水素基、及び炭素数3~20の芳香族炭化水素基からなる群より選択される1又は複数種の置換基で置換されている。
  6. バインダ樹脂、
    有機溶剤、及び
    添加剤
    を含み、
    前記バインダ樹脂は請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のポリシロキサン共重合体である、樹脂組成物。
  7. プリント回路基板材料、カバーフィルム材料、又は感光性材料として使用される、請求項6に記載の樹脂組成物。
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