JP2669988B2 - ポリ(アルコキシシロキサン)の製造方法 - Google Patents

ポリ(アルコキシシロキサン)の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばレジスト、層
間絶縁膜などの電子材料用のポリ(アルコキシシロキサ
ン)の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリ(シロキサン)は、レジスト、層間
絶縁膜などの構成材料として有用なシリコーン樹脂であ
る。従来この種のシリコーン樹脂の製造方法としては、
加水分解可能な2官能性若しくは3官能性シランモノマ
ー又はその等価体としてのオリゴマーを適当な触媒を用
いて加水分解、重合させる方法が一般的であった。
【0003】その具体例としては、例えば文献a(西ド
イツ公開公報第1495902号)に開示された側鎖に
フェニル基のついたフェニルシルセスキオキサンポリマ
ーの製造方法を挙げることができる。この方法は、オク
タフェニルシルセスキオキサンを水酸化カリウムやベン
ジルトリメチル水酸化アンモニウムのようなアルカリ性
触媒を用いて高温下で重縮合させ、これによって得られ
たプレポリマーを単離し、これをさらに高温、アルカリ
性触媒存在下で重合させてポリフェニルシルセスキオキ
サンを得るというものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、側鎖が
アルコキシ基となっているポリ(シロキサン)すなわち
ポリ(アルコキシシロキサン)を上記文献aに開示の方
法で合成しようとすると、アルコキシ基が反応性を有す
るためアルコキシ基の縮合も同時に起こるので、目的物
が得られないという問題点があった。また、文献aの方
法において加熱温度を低くした緩やかな条件下で合成を
行なった場合であっても上記と同様な問題点が生じてし
まう。ポリ(アルコキシシロキサン)もレジスト構成材
料、層間絶縁膜構成材料などとして有用であることを考
えると、何らかの対策が望まれる。
【0005】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの発明の目的は、ポリ(アルコキシ
シロキサン)を安定に得ることができ然もその分子量制
御を容易に行なえる製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明のポリ(アルコキシシロキサン)の製造方
法によれば、当該ポリ(アルコキシシロキサン)に残存
させたいアルコキシ基及び該アルコキシ基に比べ加水分
解速度が早い他の官能基を有するシランモノマーを用
い、これら官能基の加水分解速度差を利用して前述の他
の官能基の加水分解、縮合を行なってポリ(アルコキシ
シロキサン)を製造することを特徴とする。
【0007】ここで、前述のシランモノマーには、前述
の他の官能基が当該アルコキシ基に比べ加水分解速度が
早い他のアルコキシ基であるシランモノマーも含まれ
る。しかし、この発明の実施に当たっては、前述のシラ
ンモノマーを、下記の(1)式で表わされるもの及び下
記の(2)式で表わされるものから選ばれたシランモノ
マーとするのが好適である。つまり、前記他の官能基が
アルコキシ基以外の適正な官能基となっているシランモ
ノマーである。勿論、場合によっては、(1)式で表わ
されるもの同士、(2)式で表わされるもの同士、或い
は(1)式で表わされるものと(2)式で表わされるも
の同士を2種以上混合して用いても良い。ここで、
(1)、(2)式中のRはアルキル基または置換アルキ
ル基(残存させたいアルコキシ基の一部となる)を表わ
し、Xはアセトキシ基(CH3 COO−)、ハロゲンま
たはフェノキシ基(PhO−)を表わす。
【0008】 (RO)2 SiX2 ・・・(1) (RO)SiX3 ・・・(2) また、この発明の実施に当たり触媒を用いるのが良い。
用い得る触媒としては、塩基性触媒であれば種々のもの
で良く、例えば、トリエチルアミン、トリ−n−ブチル
アミン、ピリジン、ルチジン、γ−コリジン等を挙げる
ことができる。
【0009】また、上述のシランモノマーの重合は無溶
媒或いは溶媒中いずれで行なわせても良い。しかし、重
合制御の点から溶媒中で行なわせるのが好適である。用
い得る溶媒としては、特定されず、例えば、テトラヒド
ロフラン、ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン、トルエンなどを挙げることができる。
なお、反応時間の制御、分子量の制御の容易さの点か
ら、重合時の温度は、40〜80℃が望ましい。
【0010】また、この発明の実施に当たり、前述のシ
ランモノマーに加水分解可能な一官能性シランを混合し
て用いても良い。このようにすると、反応性の制御がで
きるので合成中のゲル化すなわち製造されるポリ(アル
コキシシロキサン)の一部が高分子量化することを防止
でき狭分散なポリ(アルコキシシロキサン)が得られる
からである。
【0011】また、当該ポリ(アルコキシシロキサン)
の末端がOH基のままであると当該ポリ(アルコキシシ
ロキサン)の保存中にシラノールの重縮合が起こる可能
性があり保存安定性の点で問題が生じるので、当該ポリ
(アルコキシシロキサン)の合成後にOH基よりも安定
な置換基によりOH基を保護するのが好適である。これ
には加水分解可能な一官能性シランを用いるのが好適で
ある。具体的には、当該ポリ(アルコキシシロキサン)
の合成後の反応液に例えばトリメチルシリルクロライド
のような一官能性シランとトリエチルアミンのような塩
基性触媒とを適宜混合することにより行なえば良い。
【0012】上述のような反応性の制御や保存安定性の
向上を図るための一官能性シランとしては、下記の
(3)式で表わされるものが好適である。
【0013】Y3 SiX ・・・(3) ただし、(3)式のYはメチル基またはアルコキシ基
(RO−)を表わし、Xはアセトキシ基(CH3 COO
−)、ハロゲンまたはフェノキシ基(PhO−)を表わ
す。
【0014】
【作用】この発明の構成によれば、出発材料として用い
るシランモノマー中の当該アルコキシ基と他の官能基と
の間で加水分解速度差があるためアルコキシ基を残存さ
せた状態で他の官能基の加水分解及び縮合を起こさせる
ことができるので、目的のポリ(アルコキシシロキサ
ン)が安定に得られる。また、当該他の官能基の加水分
解及び縮合のみが合成に関与するので、少なくとも2種
類の官能基(アルコキシ基及び他の官能基)を有してい
るシランモノマーを用いるにもかかわらず、ポリ(アル
コキシシロキサン)を分子量の制御性良く得ることがで
きる(後述の実施例3及び図1参照)。
【0015】
【実施例】以下、この発明のポリ(アルコキシシロキサ
ン)の製造方法の実施例について説明する。なお、以下
の説明中で述べる、使用材料及び材料の使用量、処理時
間、温度等の数値的条件は、この発明の範囲内の好適例
にすぎない。従って、この発明がこれら条件にのみ限定
されるものでないことは理解されたい。
【0016】<実施例1>反応器に、シランモノマーと
して(1)式中のRがt−ブチル基でありXがアセトキ
シ基であるジ−t−ブトキシ−ジ−アセトキシシラン
[(t−BuO)2(CH3 COO)2 Si]を290
g(1mol)入れ、また溶媒としてのメチルイソブチ
ルケトン(MIBK)を5000ml(0.2mol/
l)入れる。そして、これらを攪拌し、水冷する。次
に、この反応器に触媒としてのトリエチルアミン(Et
3 N)を14ml(0.1mol)加え、さらに水を1
80ml(10mol)加え、1時間攪拌する。この反
応液を60℃に加熱して6時間重合を行なう。この間ゲ
ルの生成はなかった。得られた溶液の有機層を水で洗浄
し酢酸を除去する。この溶液を硫酸マグネシウムで脱水
し、さらに溶媒を留去することにより生成物が得られ
た。この生成物は無色の結晶であった。
【0017】この結晶の重量平均分子量(MW )は71
60であった。また、この結晶をIRにより分析したと
ころ波数1460cm-1にt−ブチル基に由来の吸収
が、また波数1000〜1100cm-1にSi−Oに由
来の吸収がそれぞれ認められた。また、この結晶を1
−NMRにより分析したところ、δ値が1.2PPMに
t−ブチル基に由来のピークが認められた。これらのこ
とから、この結晶がポリ(ジ−t−ブトキシシロキサ
ン)であることが確認された。
【0018】<比較例1>シランモノマーとして実施例
1と同様ジ−t−ブトキシ−ジ−アセトキシシランを2
90g(1mol)用い、触媒として水酸化カリウムを
5.6g(0.1mol)用い、文献a(西ドイツ公開
公報第1495902号)に記載の方法により重合を行
なった。しかし、ポリマーはゲル化した。
【0019】<実施例2>この発明の方法で製造される
ポリ(アルコキシシロキサン)の保存安定性の向上を図
るため末端のOH基をトリメチルシリル基により保護
(TMS化)した場合の例を説明する。
【0020】実施例1と同様な条件で溶液の脱水までの
工程を行なった後、反応液を氷冷によって3℃の温度に
保持する。なお、この反応液の一部を採取しこれを用い
て実施例1と同様に重量平均分子量を測定したところそ
れは6090であった。次に、TMS化を行なうため
に、上記氷冷している反応液に上記(3)式中のYがメ
チル基でありXが塩素であるトリメチルシリルクロライ
ド500ml(4mol)を加えよく攪拌しさらにトリ
エチルアミンを560ml(4mol)滴下し、16時
間攪拌を続ける。得られた反応液を濾過し、溶媒を留去
することにより、無色の結晶が得られた。この結晶の重
量平均分子量MW はTMS化前と変わらなかった。
【0021】<実施例3〜実施例6>この発明の製造方
法で得られるポリ(アルコキシシロキサン)の重量平均
分子量Mw が製造時の重合時間にどのように依存するか
を以下のように調べる。
【0022】このため、実施例1の構成において、重合
時間を下記の表1のように変えたこと以外は実施例1と
同様な条件でそれぞれ生成物を得る。各生成物は無色の
結晶であった。これら結晶をIRにより分析したところ
いずれのものも波数1460cm-1にt−ブチル基に由
来の吸収が、また波数1000〜1100cm-1にSi
−Oに由来の吸収がそれぞれ認められた。また、これら
の結晶を1 H−NMRにより分析したところ、いずれの
ものもδ値が1.2PPMにt−ブチル基に由来のピー
クが認められた。これらのことから、実施例3〜6の各
生成物がポリ(ジ−t−ブトキシシロキサン)であるこ
とが確認された。また、実施例3〜6の各生成物の重量
平均分子量Mw は表1の通りの値であった。
【0023】
【表1】
【0024】また、実施例1及び3〜6において得られ
た重合時間と重量平均分子量MW のデータを、横軸に重
合時間(単位:時間)をとり、縦軸に重量平均分子量を
とってプロットした結果を図1に示した。この図1から
明らかなように重合時間と重量平均分子量とは完全な比
例関係にあることが分かる。このことから、この発明の
製造方法では重合時間を制御することにより生成物の分
子量制御が容易なことが理解できる。
【0025】<実施例7>シランモノマーとして(2)
式中のRがt−ブチル基でありXがアセトキシ基である
t−ブトキシ−トリアセトキシシラン[(t−BuO)
(CH3 COO)3 Si)]278.4g(1mol)
を用いること以外は実施例1と同様な条件で生成物を得
る。得られた生成物は無色の結晶であった。この結晶の
重量平均分子量(MW )は10300であった。また、
この結晶をIRにより分析したところ波数1460cm
-1にt−ブチル基に由来の吸収が、また波数1000〜
1100cm-1にSi−Oに由来の吸収がそれぞれ認め
られた。また、この結晶を1H−NMRにより分析した
ところ、δ値が1.2PPMにt−ブチル基に由来のピ
ークが認められた。これらのことから、この結晶がポリ
(t−ブトキシシルセスキオキサン)であることが確認
された。
【0026】<実施例8>シランモノマーとして(1)
式中のRがメチル基でありXがアセトキシ基であるジメ
トキシジアセトキシシラン[(MeO)2 (CH3 CO
O)2 Si]208.3g(1mol)を用いること以
外は実施例1と同様な条件で生成物を得る。得られた生
成物は無色の結晶であった。この結晶の重量平均分子量
(MW )は15000であった。また、この結晶をIR
により分析したところ波数3000cm-1にメチル基に
由来の吸収が、また波数1000〜1100cm-1にS
i−Oに由来の吸収がそれぞれ認められた。また、この
結晶を1 H−NMRにより分析したところ、δ値が3.
3PPMにメチル基に由来のピークが認められた。これ
らのことから、この結晶がポリ(ジメトキシシロキサ
ン)であることが確認された。
【0027】<実施例9>シランモノマーとして(1)
式中のRが置換アルキル基であるベンジル基でありXが
アセトキシ基であるジベンジロキシジアセトキシシラン
[(PhCH2 O)2 (CH3 COO)2 Si]36
0.4g(1mol)を用いること以外は実施例1と同
様な条件で生成物を得る。得られた生成物は無色の結晶
であった。この結晶の重量平均分子量(MW )は910
0であった。また、この結晶をIRにより分析したとこ
ろ波数1600cm-1にフェニル基に由来の吸収が、ま
た波数1000〜1100cm-1にSi−Oに由来の吸
収がそれぞれ認められた。また、この結晶を1 H−NM
Rにより分析したところ、δ値が7.0〜7.5PPM
にフェニル基に由来のピークが、またδ値が4.3PP
Mにメチレン基に由来のピークがそれぞれ認められた。
これらのことから、この結晶がポリ(ジベンジロキシシ
ロキサン)であることが確認された。
【0028】<実施例10>シランモノマーとして
(1)式中のRがイソプロピル基でありXが塩素である
ジイソプロポキシジクロロシラン[(i−PrO)2
2 Si]217.2g(1mol)を用いること以外
は実施例1と同様な条件で生成物を得る。得られた生成
物は無色の結晶であった。この結晶の重量平均分子量
(MW )は9100であった。また、この結晶をIRに
より分析したところ波数1380cm-1と1365cm
-1にイソプロピル基に由来の吸収が、また波数1000
〜1100cm-1にSi−Oに由来の吸収がそれぞれ認
められた。また、この結晶を1 H−NMRにより分析し
たところ、δ値が1.2PPMにイソプロピル基のメチ
ル基に由来のピークが、またδ値が3.5PPMにイソ
プロピル基の2位の水素に由来のピークがそれぞれ認め
られた。これらのことから、この結晶がポリ(ジイソプ
ロポキシシロキサン)であることが確認された。
【0029】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のポリ(アルコキシシロキサン)の製造方法によ
れば、側鎖が種々のアルコキシ基である種々のポリ(ア
ルコキシシロキサン)を安定に然も分子量の制御性良く
製造することができる。このため、レジスト、層間絶縁
膜、三層レジスト法の中間絶縁膜の構成材料などとして
有用なポリ(アルコキシシロキサン)を安定に供給する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の製造方法で製造されるポリ(アルコ
キシシロキサン)の重量平均分子量の、重合時間依存性
を示した図である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリ(アルコキシシロキサン)を製造す
    るに当たり、 当該ポリ(アルコキシシロキサン)に残存させたいアル
    コキシ基及び該アルコキシ基に比べ加水分解速度が早い
    他の官能基を有するシランモノマーを用い、 これら官能基の加水分解速度差を利用して前記他の官能
    基の加水分解、縮合を行なってポリ(アルコキシシロキ
    サン)を製造することを特徴とするポリ(アルコキシシ
    ロキサン)の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のポリ(アルコキシシロ
    キサン)の製造方法において、 前記シランモノマーを、下記の(1)式で表わされるも
    の及び下記の(2)式で表わされるものから選ばれる少
    なくとも1つとしたことを特徴とするポリ(アルコキシ
    シロキサン)の製造方法(ただし、(1)、(2)式中
    のRはアルキル基または置換アルキル基を表わし、Xは
    アセトキシ基(CH3 COO−)、ハロゲンまたはフェ
    ノキシ基(PhO−)を表わす。)。 (RO)2 SiX2 ・・・(1) (RO)SiX3 ・・・(2)
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のポリ(アルコキシシロ
    キサン)の製造方法において、 前記シラノモノマーに下記の(3)式で表わされる一官
    能性シランを混合して用いること、及び前記加水分解、
    縮合後に下記の(3)式で表わされる一官能性シランを
    用いることの一方又は双方を行なうことを特徴とするポ
    リ(アルコキシシロキサン)の製造方法(ただし、
    (3)式のYはメチル基またはアルコキシ基(RO−)
    を表わし、Xはアセトキシ基(CH3COO−)、ハロ
    ゲンまたはフェノキシ基(PhO−)を表わす。)。 Y3 SiX ・・・(3)
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