JP6916619B2 - ポリシラン化合物、組成物、硬化物及び基板の製造方法、並びにアニオン重合選択的促進剤 - Google Patents
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Description
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ポリシラン化合物を含む膜におけるアウトガス発生及びマイクロクラック発生を抑制することができるポリシラン化合物の製造方法、該ポリシラン化合物を含む組成物、硬化物及び基板並びにポリシラン化合物の製造におけるアニオン重合選択的促進剤の提供を目的とする。
ニトロキシ化合物の存在下においてハロシラン化合物を反応させることを含むポリシラン化合物の製造方法である。
本発明の第3の態様は、第2の態様のポリシラン化合物を含む組成物である。
本発明の第4の態様は、第3の態様の組成物の硬化物である。
本発明の第5の態様は、第4の態様の硬化物を備える基板である。
本発明の第6の態様は、下記一般式(A)で表される構造を含むニトロキシ化合物を含む、ポリシラン化合物の製造におけるアニオン重合選択的促進剤である。
本発明の第8の態様は、組成物の硬化物の製造方法であって、上記組成物が第7の態様の方法によって製造される、方法である。
本発明の第9の態様は、硬化物を備える基板の製造方法であって、上記硬化物が第8の態様の方法によって製造される、方法である。
また、本明細書において、「〜」は特に断りがなければ以上から以下を表す。
第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法は、ニトロキシ化合物の存在下においてハロシラン化合物を反応させることを含む。
シリルラジカルアニオンはアニオン重合によりポリシラン化合物の製造に供し得る一方、空気中の水(H2O)又は酸素(O2)はシリルラジカルカチオンと選択的に反応し、シロキサン結合(Si−O)、シラノール基(Si−OH)等の副反応物を生成することがあった。このようなシロキサン結合、シラノール基等の副反応物を含むポリシラン化合物を含有する組成物を用いて膜を形成すると、上記シロキサン結合、シラノール基等がマイクロクラックの原因になることを本発明者らは見出した。
また、シリルラジカルカチオンはシリルラジカルアニオンよりも、アリール基、アルキル基等の置換基(特に、アリール基)の脱離が生じ易く、アウトガスの原因になると考えられる。
これに対し、第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法においては、ニトロキシ化合物がシリルラジカルカチオンをスピンチャージしてシリルラジカルカチオンを減少させることにより、シリルラジカルアニオンによるアニオン重合を選択的に促進することができると推定される。これにより、マイクロクラックの原因となるシロキサン結合、シラノール基等の副反応物の生成を抑制することができ、また、アウトガスの発生も抑制することができると推定される。
上記ニトロキシ化合物としては、ニトロキシドラジカルとして安定に存在し得る化合物であれば特に限定されないが、下記一般式(A)で表される構造を含む化合物であることが好ましい。
式(A)において、Ra1〜Ra4で表される有機基としては、炭素原子数1〜10の有機基が挙げられ、Ra1、Ra2、Ra3、及びRa4は、それぞれ独立に、アルキル基又はヘテロ原子で置換されたアルキル基であることが好ましい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、及びイソプロピル基が好ましい。ヘテロ原子の好適な例としては、ハロゲン原子、酸素原子、硫黄原子、及び窒素原子等が挙げられる。
Ra6は、2価又は3価の有機基を表す。
n1及びn2は、1≦n1+n2≦2を満たす整数である。
n3及びn4は、1≦n3+n4≦2を満たす整数である。
n5及びn6は、1≦n5+n6≦2を満たす整数である。
n7は、2又は3である。
ニトロキシ化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記ハロシラン化合物としては下記式(1)で表される化合物であることが好ましい。
XnSiR4−n (1)
(式中、nは2〜4の整数であり、n個のXは、各々独立に、ハロゲン原子であり、(4−n)個のRは、各々独立に、水素原子、有機基又はシリル基である。)
従来は、シリルラジカルカチオンがアルキル基、アリール基等の有機基(特にアリール基)をケイ素原子に直結して有する場合、上記有機基の脱離が生じ易くアウトガスの原因となり得た。
これに対し、第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法においては、シリルラジカルカチオンが有機基をケイ素原子に直結して有する場合(Rが有機基(特にアリール基)の場合)であっても、上記ニトロキシ化合物がシリルラジカルカチオンをスピンチャージしてシリルラジカルカチオンが減少することにより、有機基の脱離が生じ難くアウトガスの発生を抑制することができると推定される。
上述のように、第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法においては、シリルラジカルカチオンが有機基をケイ素原子に直結して有する場合(Rが有機基(特にアリール基)の場合)であっても、上記ニトロキシ化合物の作用により、有機基の脱離が生じ難くアウトガスの発生を抑制することができる。
トリハロシラン化合物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
なお、テトラハロシラン化合物は、モノ、ジ又はトリハロシラン化合物と組み合わせて使用することが好ましい。
(a)マグネシウムを還元剤としてハロシラン化合物を脱ハロゲン縮重合させる方法(「マグネシウム還元法」、WO98/29476号公報、特開2003−277507号公報に記載の方法など)
(b)金属ナトリウム、金属リチウム、金属カリウムなど(好ましくは金属ナトリウム)のアルカリ金属の存在下でハロシラン化合物を脱ハロゲン縮重合させる方法(「キッピング法」、J.Am.Chem.Soc.,110,124(1988)、Macromolecules,23,3423(1990)など)
(c)電極還元によりハロシラン化合物を脱ハロゲン縮重合させる方法(J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1161(1990)、J.Chem.Soc.,Chem.Commun.897(1992)など)
第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法は、ニトロキシ化合物とともに、マグネシウムの存在下において上記ハロシラン化合物を反応させるマグネシウム還元法、又は
ニトロキシ化合物とともに、金属ナトリウム、金属リチウム、金属カリウムなど(好ましくは金属ナトリウム)のアルカリ金属の存在下において上記ハロシラン化合物を反応させるキッピング法であることが好ましく、ニトロキシ化合物とともに、マグネシウムの存在下において上記ハロシラン化合物を反応させるマグネシウム還元法であることがより好ましい。
マグネシウム合金の種類は特に制限されず、慣用のマグネシウム合金、例えば、アルミニウム、亜鉛、希土類元素(スカンジウム、イットリウムなど)などの成分を含むマグネシウム合金が例示できる。
マグネシウム成分の形状としては、ハロシラン化合物の反応を損なわない限り特に限定されないが、粉粒状(粉体、粒状体など)、リボン状体、切削片状体、塊状体、棒状体、板状体(平板状など)などが例示され、特に、粉体、粒状体、リボン状体、切削片状体などであることが好ましい。マグネシウム(例えば、粉粒状のマグネシウム)の平均粒径は、例えば、1〜10000μm、好ましくは10〜7000μm、さらに好ましくは15〜5000μm(例えば、20〜3000μm)であってもよい。
マグネシウム成分及びアルカリ金属は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、マグネシウム成分又はアルカリ金属の使用量は、ハロシラン化合物に対してモル数でマグネシウム又はアルカリ金属として1〜20倍であることが好ましく、1.1〜14倍であることがより好ましく、1.2〜10倍であることが更に好ましく、1.2〜5倍であることが特に好ましい。
MpLp/q (Z1)
(上記一般式(Z1)中、Mpは、p価の金属カチオンを表し、Lはq価の有機配位子を表し、p及びqは各々独立に1以上の整数を表す。)
pとしては、1〜4の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましく、2又は3であることが更に好ましい。
qとしては、1〜4の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましい。
q価の有機配位子Lとしては、β−ジケトナト配位子、オレフィン、共役ケトン、ニトリル、アミン、カルボキシラト配位子、一酸化炭素、ホスフィン、ホスフィナイト、ホスホナイト、ホスファイト等の有機配位子が挙げられる。q価の有機配位子Lはキレート配位子であってもよい。
pの好ましい例としては上述の通りである。
これら有機金属錯体は、単独または2種以上を組み合わせて使用できる。有機金属錯体として、あらかじめ合成した金属錯体を使用してもよく、系中で製造したものを使用してもよい。
第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法は、ニトロキシ化合物、及びマグネシウム又はアルカリ金属とともに、更に金属ハロゲン化物の存在下において上記ハロシラン化合物を反応させてもよい。
金属ハロゲン化物としては、多価金属ハロゲン化物、例えば、遷移金属(例えば、サマリウムなどの周期表3A族元素、チタンなどの周期表4A族元素、バナジウムなどの周期表5A族元素、鉄、ニッケル、コバルト、パラジウムなどの周期表8族元素、銅などの周期表1B族元素、亜鉛などの周期表2B族元素など)、周期表3B族金属(アルミニウムなど)、周期表4B族金属(スズなど)などの金属のハロゲン化物(塩化物、臭化物又はヨウ化物など)が挙げられる。金属ハロゲン化物を構成する上記金属の価数は、特に制限されないが、好ましくは2〜4価、特に2又は3価である。これらの金属ハロゲン化物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法におけるニトロキシ化合物の存在下におけるハロシラン化合物の反応は、溶媒(反応溶媒)中で行うことが好ましく、非プロトン性溶媒中で行うことがより好ましい。
溶媒(反応溶媒)としての非プロトン性溶媒には、例えば、エーテル類(1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテルなどの環状又は鎖状C4−6エーテル)、カーボネート類(プロピレンカーボネートなど)、ニトリル類(アセトニトリル、ベンゾニトリルなど)、アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシドなど)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレンなど)、脂肪族炭化水素類(例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、シクロオクタンなどの鎖状又は環状炭化水素類)などが含まれる。
上記ポリシラン化合物を塩基又は酸に接触させて精製処理することにより、ハロゲン原子(例えば、ハロゲンイオン(塩化物イオン等)、ポリシラン化合物中に残存するSi−Cl)等の夾雑物を除去することができ、また、ポリシラン化合物の低分子量化を促進することができ、上記ポリシラン化合物の溶剤溶解性を向上することができる。
また、酸は、上記ハロシラン化合物の反応のクエンチャーとしても機能し得る。
また、上記ポリシラン化合物を下記金属ハロゲン化物に接触させて精製処理することにより、ポリシラン化合物中に残存する金属原子(例えば、Mg、Zn等)を除去することができる。
処理温度は−50℃〜溶媒の沸点程度が好ましく、室温〜100℃がさらに好ましい。
使用する酸としては種々用いることができるが、塩化水素等の無機酸を用いることができる。
環状骨格含アセテート化合物としては、本発明の効果を損なわない環状骨格を有するアセテート系溶剤である限り特に制限はないが、下記式(S1)で表されるシクロアルキルアセテートであることが好ましい。
Rs1で表されるアルキル基としては炭素原子数1〜3のアルキル基が挙げられ、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基が挙げられる。
これらの中では、入手容易性等の観点から、シクロヘキシルアセテートが好ましい。
使用する酸としては種々用いることができるが、塩化水素等の無機酸を用いることができる。
第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法によれば、上述のように、シロキサン結合、シラノール基等の副反応物の生成を抑制することができることから、ポリシロキサン化合物中のシロキサン結合(Si−O)の存在量を低減することができる。
第1の態様に係るポリシラン化合物の製造方法によれば、ポリシラン化合物中のX線光電子分光法により測定される99eV以上104eV以下の結合エネルギー範囲に最大検出ピーク高さを有するスペクトルをピーク分離して求められる下記(1X)及び(2X)のピークの面積の和に対する下記(2X)の比である、下記式(3X)で表される割合を0.4以下とすることができ、0.35以下であることが好ましく、0.3以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましく、0.1以下であることが特に好ましく、0.05以下であることが最も好ましい。
(1X)・・・結合エネルギーが99.0eV以上99.5eV以下の範囲に最大ピーク高さを有するピークの面積
(2X)・・・結合エネルギーが100eV以上104eV以下の範囲に最大ピーク高さを有するピークの面積
(3X)・・・(2X)/[(1X)+(2X)]
また、従来のポリシラン化合物がSi−Cだけでなく、Si−Oを含む場合、100eV以上104eV以下の範囲にはピーク分離後、最大ピーク高さを有するピークが2つ重なって表れるため面積比は大きくなるため、上記式で表される割合が0.4を超える。
第1の態様に係る製造方法により製造された第2の態様に係るポリシラン化合物としては、例えば、Si原子数3〜40のポリシラン化合物が挙げられ、Si原子数5〜30のポリシラン化合物であることが好ましい。
上記ポリシラン化合物は、下記一般式(T−1)及び(T−2)で表されるポリシラン化合物よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
(Rt10Rt11Rt12Si)t1(Rt13Rt14Si)t2(Rt15Si)t3(Si)t4 (T−1)
(上記一般式中、Rt10、Rt11、Rt12、Rt13、Rt14及びRt15は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基又は有機基である。t1、t2、t3及びt4は、それぞれ独立に、モル分率であり、t1+t2+t3+t4=1、0≦t1≦1、0≦t2≦1、0≦t3≦1及び0≦t4≦1である。)
Rt10〜Rt17で表される有機基としては、Rで表される有機基として前述した具体例及び好ましい例と同様のものが挙げられる。
Rt10〜Rt17で表される有機基としては、例えば、特開2003−261681号公報段落0031に記載の方法により任意の有機基を導入することもできる。
本明細書において質量平均分子量(Mw)はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算による測定値である。
第3の態様に係る組成物は、第1の態様に係る製造方法により製造された第2の態様に係るポリシラン化合物を含む組成物である。
第3の態様に係る組成物に、上記ニトロキシ化合物を更に含有させる方法としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、第1の態様に係る製造方法において使用した上記ニトロキシ化合物を第3の態様に係る組成物に残存させることによって達成するものであってもよいし、第2の態様に係るポリシラン化合物を含む組成物に上記ニトロキシ化合物を添加することによって達成するものであってもよい。
上記ニトロキシ化合物は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、第3の態様に係る組成物中の上記ニトロキシ化合物の含有量は第3の態様に係る組成物の溶剤以外の成分の質量の合計に対して、2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。
また、第3の態様に係る組成物は感放射線性組成物であってもよいし感放射線性組成物ではなくてもよく、露光により現像液に対して可溶化するポジ型の感放射線性組成物であってもよいし、露光により現像液に対して不溶化するネガ型の感放射線性組成物であってもよい。
上記放射線の光源としては、紫外線、エキシマレーザー光等の活性エネルギー線、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、カーボンアーク灯等の紫外線を発する光源等が挙げられる。
第3の態様に係る組成物は、溶剤を含有することが好ましい。溶剤としては、上記式(S1)で表されるシクロアルキルアセテート等の上記環状骨格含アセテート化合物、
メタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール等のアルコール類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等の多価アルコール類;
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル−n−アミルケトン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノン等のケトン類;
γ−ブチロラクトン等のラクトン環含有有機溶媒;
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、又はジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類又は前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテル又はモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体;
ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル等のエステル類;
アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、アミルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤;
N,N,N’,N’−テトラメチルウレア、N,N,2−トリメチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン等の窒素含有有機溶媒;
が挙げられる。
これらの溶剤は、2種以上組み合わせて使用してもよい。
第3の態様に係る組成物の水分は、溶剤に由来する場合が多い。このため、第3の態様に係る組成物の水分量が上記の量となるように、溶剤が脱水されているのが好ましい。
第3の態様に係る組成物は、第2の態様に係るポリシラン化合物以外のポリシランを含んでもよい。例えば、薬品耐性向上等の点で、Mwの高いポリシラン化合物(以下、単に「高分子量ポリシラン」ともいう。)が挙げられ、高分子量ポリシランのMwとしては、例えば5000超100000以下であり、好ましくは6000〜60000程度である。
なお、上記ポリシラン−ポリシロキサン樹脂は、例えば、第2の態様に係るポリシラン化合物を、溶剤中、上述した塩基性条件下で処理した後に、下記一般式(A−1−1)〜(A−1−4)で表されるケイ素化合物よりなる群から選択される少なくとも1種のケイ素化合物並びに上記ケイ素化合物の加水分解物、縮合物及び加水分解縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種とを加水分解縮合反応させることにより製造することができる。
R1R2R3SiX1 (A−1−1)
R4R5SiX2 2 (A−1−2)
R6SiX3 3 (A−1−3)
SiX4 4 (A−1−4)
(上記一般式中、X1〜X4は、それぞれ独立に、加水分解性基であり、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子又は有機基であり、該有機基中の水素原子はハロゲン原子で置換されていてもよい。)
上記アルコキシ基としては、炭素原子数1〜6のアルコキシ基が挙げられ、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ペントキシ基等が挙げられる。
上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられ、塩素原子が好ましい。
HOOC−U−Z−Y−Si(ORa)3 (A−3)
(上記一般式(A−3)中、Uは、芳香族環基又は脂環基から2個の環炭素原子のそれぞれ1個の水素原子を除去することにより生成する2価の基又は分岐鎖及び/若しくは二重結合を有していても良いアルキレン基を表し、Zは−NHCO−又は−CONH−を表し、Yは、単結合、アルキレン基、アリーレン基又は−RY1−NH−RY2−(式中、RY1及びRY2はそれぞれ独立にアルキレン基を表す。)を表し、Raはそれぞれ独立に炭化水素基を表す。ただし、U及び/又はYは、(メタ)アクリル基、ビニル基及びエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を置換基として有していてもよい。)
上記Uにおける脂環としては、炭素数5〜10の脂環(例えば、単環シクロアルキル基、単環シクロアルケニル基、2環式アルキル基、篭型アルキル基等が挙げられ、具体的には、例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロヘプタン環、シクロオクタン環、シクロノナン環、シクロデカン環、ジシクロペンタジエン環、ノルボルナン環、ノルボルネン環、キュバン環、バスケタン環等)を挙げることができる。
上記Uにおける分岐鎖及び/若しくは二重結合を有していても良いアルキレン基としては、炭素数1〜4のアルキレン基が挙げられ、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ビニレン基、(2−オクテニル)エチレン基、(2,4,6−トリメチル−2−ノネニル)エチレン基等のアルキレン基、二重結合を有するアルキレン基又は炭素数1〜9の分岐鎖を有するアルキレン基を挙げることができる。
上記他のSi樹脂を含む場合、第3の態様に係る組成物における第1の態様に係るポリシラン化合物と他のSi樹脂の配合比(質量比)は、用途に応じて適宜変更すればよく、例えば、1:99〜99:1であり、好ましくは10:90〜90:10である。
上記構造式にはエナンチオ異性体(enantiomer)やジアステレオ異性体(diastereomer)が存在し得るが、各構造式はこれらの立体異性体のすべてを代表して表す。これらの立体異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
このような有機化合物を添加することで、製造プロセスにおける加工の際に樹脂組成物膜を除去する場合又は樹脂組成物にリソグラフィー性能を付与した場合に上記組成物を用いて形成された膜の崩壊が加速され剥離が容易になる。
なお、上記熱架橋促進剤は1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。また、熱架橋促進剤の添加量は、上記組成物の溶剤を除いた固形分全量に対して、好ましくは0.01〜50質量%、より好ましくは0.1〜40質量%である。
硬化剤としては、例えば、ブレンステッド酸;イミダゾール類;有機アミン類;有機リン化合物及びその複合体;ルイス酸の有機アミン錯体;アミジン類;光又は熱により塩基成分を発生する硬化剤等が挙げられる。
第3の態様に係る組成物は、各種基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)を保護する保護膜又は層間膜を形成する用途として使用し得る。
上記各種基板としては、半導体基板、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ(OLED)、電気泳動ディスプレイ(電子ペーパー)、タッチパネル、カラーフィルター、バックライトなどのディスプレイ材料の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、太陽電池の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光センサ等の光電変換素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光電素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)が挙げられる。
第4の態様に係る硬化物は、第3の態様の組成物の硬化物である。
第5の態様に係る基板は、第4の態様の硬化物を備える基板である。
第4の態様に係る硬化物を形成する方法としては本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、必要に応じ任意の基板上に、ロールコータ、リバースコータ、バーコータ等の接触転写型塗布装置やスピンナー(回転式塗布装置)、カーテンフローコータ等の非接触型塗布装置を用いて塗布する方法が挙げられる。
基板としては特に制限はないが、例えば、ガラス基板、石英基板、透明又は半透明の樹脂基板(例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性の材料等)、金属、シリコン基板等が挙げられる。
半導体基板、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ(OLED)、電気泳動ディスプレイ(電子ペーパー)、タッチパネル、カラーフィルター、バックライトなどのディスプレイ材料の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、太陽電池の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光センサ等の光電変換素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光電素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)等の各種基板であってもよい。
基板の厚さは、特に限定されるものではなく、パターン形成体の使用態様に応じて適宜選択することができる。
第3の態様の組成物を基板上に塗布して、塗布膜を形成する工程と、
所定のパターンの凹凸構造が形成されたモールドを塗布膜に対し押圧する工程と、
露光する工程と、を含む方法が挙げられる。
露光する工程は、モールドが塗布膜に押圧された状態で、第3の態様の組成物からなる塗布膜に対して行われる。露光による硬化後、前記モールドを剥離することで、モールドの形状に応じてパターニングされた第4の態様に係る硬化物を得ることができる。
焼成温度は下層基板や使用用途にもよるが、例えば、200〜1000℃の範囲であり、200℃〜500℃が好ましく、200〜250℃であることがより好ましい。焼成雰囲気は特に限定されず、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲下、真空下、又は減圧下であってもよい。大気下であってもよいし、酸素濃度を適宜コントロールしてもよい。焼成時間は、適宜変更すればよく、10分〜120分程度である。
第6の態様に係るアニオン重合選択的促進剤は、上記一般式(A)で表される構造を含むニトロキシ化合物を含む、ポリシラン化合物の製造におけるアニオン重合選択的促進剤である。
第6の態様に係るアニオン重合選択的促進剤は、ポリシラン化合物製造時に生じるシリルラジカルカチオンをスピンチャージしてシリルラジカルアニオンに変換し、シリルラジカルアニオンによるアニオン重合を選択的に促進することができる。これにより、マイクロクラックの原因となるシロキサン結合、シラノール基等の副反応物の生成を抑制することができ、また、アウトガスの発生も抑制することができる。
第6の態様に係るアニオン重合選択的促進剤の使用量は、ポリシラン化合物製造に用いるハロシラン化合物に対して、0.0001〜10モル倍の範囲が好ましく、より好ましくは0.001〜5モル倍の範囲、更に好ましくは0.001〜1モル倍の範囲、特に好ましくは0.001〜0.1モル倍の範囲である。
三方コックを装着した内容積1000mlの丸型フラスコに、粒状(粒径20〜1000μm)のマグネシウム25gと、触媒としてトリス(アセチルアセトナト)鉄(III)2.1g、4−ヒドロキシ−TEMPO(4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル フリーラジカル)0.61ミリモル(0.10g)を仕込み、50℃で1mmHg(=133kPa)に加熱減圧して、反応器(フラスコ)内部を乾燥した後、乾燥アルゴンガスを反応器内に導入し、予めナトリウム−ベンゾフェノンケチルで乾燥したテトラヒドロフラン(THF)500mlを加え、25℃で約60分間撹拌した。この反応混合物に、予め蒸留により精製したメチルフェニルジクロロシラン63.5g(0.3mol)をシリンジで加え、25℃で約24時間撹拌した。反応終了後、反応混合物に1N(=1モル/L)の塩酸1000mlを投入し、さらにトルエン500mlで抽出した。トルエン層を純水200mlで10回洗浄し、トルエン層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、トルエンを留去することにより、メチルフェニルシラン重合体(質量平均分子量2000)を28.4g得た(収率63%)。
ハロシラン化合物の種類、有機金属錯体又は金属ハロゲン化物の種類、ニトロキシ化合物の有無及び製造されるポリシラン化合物の種類を下記表1に示すように変更する以外は実施例1と同様にして実施例2〜4並びに比較例1及び2のポリシラン化合物の製造を行った。なお実施例5は、ニトロキシ化合物を添加する以外は、JACS、110、124(1998)及びMacromolecules、23、3423(1990)に記載の方法に準じて製造を行った。
上記実施例1〜4並びに比較例1及び2で得られた各ポリシラン化合物を、表2に記載の種類の溶剤に固形分濃度が30質量%となるように溶解させ、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、調製例1〜4並びに比較調製例1及び2の各組成物を調製した。
サンプル基板上に、得られた各調製例及び比較調製例の組成物をスピンコーターを用いて塗布して、膜厚5.0μmの被膜を形成可能な膜厚の塗布膜を形成した。
塗布膜を100℃で2分間プリベークした後、縦型ベーク炉(TS8000MB、東京応化工業株式会社製)を用いて、塗布膜を350℃で30分間焼成して、膜厚5.0μmの被膜を得た。
形成された被膜について、下記方法に従って、マイクロクラックの有無及びアウトガス発生の有無について評価した。
形成された被膜の24時間放置後の表面を光学顕微鏡(倍率100倍)を用いて観察し、マイクロクラックの有無を評価した。結果を表2に示す。
また、昇温脱離ガス分析法(TDS)に基づいてアウトガス発生の程度を評価した。比較調製例1及び2の組成物を用いて形成された被膜はアウトガスの発生量は、実施例1〜5のポリシラン化合物を含有する調製例1〜5の組成物を用いて形成されたいずれの被膜に対しても、多く確認された。
一方、ニトロキシ化合物を用いて製造された実施例1〜5のポリシラン化合物を含有する調製例1〜5の組成物を用いて形成された被膜はいずれもマイクロクラックは見られず、アウトガスの発生も抑制されていた。
Claims (11)
- ニトロキシドラジカルを有するニトロキシ化合物の存在下においてハロシラン化合物を反応させることを含むポリシラン化合物の製造方法であって、
前記ハロシラン化合物が、ジハロシラン化合物及びトリハロシラン化合物から選択された少なくとも1つを含む、ポリシラン化合物の製造方法。 - 更に、アルカリ金属又はマグネシウムの存在下において前記ハロシラン化合物を反応させる、請求項1又は2のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記ハロシラン化合物が下記式(1)で表される化合物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
XnSiR4−n (1)
(式中、nは2又は3の整数であり、n個のXは、各々独立に、ハロゲン原子であり、(4−n)個のRは、各々独立に、有機基である。) - 更に、下記一般式(B)で表される有機金属錯体の存在下において前記ハロシラン化合物を反応させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- ポリシラン化合物を含む組成物の製造方法であって、前記ポリシラン化合物が請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法によって製造される、方法。
- 前記組成物がニトロキシ化合物を更に含む、請求項6に記載の方法。
- 組成物の硬化物の製造方法であって、前記組成物が請求項6又は7に記載の方法によって製造される、方法。
- 硬化物を備える基板の製造方法であって、前記硬化物が請求項8に記載の方法によって製造される、方法。
- ポリシラン化合物製造時に生じるシリルラジカルカチオンをスピンチャージする、請求項10に記載の促進剤。
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