JPH11194491A - 無機質含有感光性樹脂組成物および無機パターン形成方法 - Google Patents

無機質含有感光性樹脂組成物および無機パターン形成方法

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JPH11194491A
JPH11194491A JP10001252A JP125298A JPH11194491A JP H11194491 A JPH11194491 A JP H11194491A JP 10001252 A JP10001252 A JP 10001252A JP 125298 A JP125298 A JP 125298A JP H11194491 A JPH11194491 A JP H11194491A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無機成分の含有量が多くても、高い感度で解
像度に優れる無機パターンを形成する。 【解決手段】 (A)感光性ポリマー,(B)加水分解重
合性有機金属化合物又はその縮合物および(C)官能基
を有する無機フィラーで構成された無機質含有感光性樹
脂組成物を基体に塗布し、露光,現像してパターンを形
成した後、焼成し、無機パターンを形成する。(A)感
光性ポリマーは、オリゴマー又はポリマーと、感光剤と
で構成でき、(B)加水分解重合性有機金属化合物は、
感光性基を有していてもよい。無機フィラーは、平均粒
子径2〜100nmの単分散したコロイダルシリカであ
ってもよい。各成分の割合は、固形分換算で、(A)1
重量部に対して,(B)1〜25重量部および(C)1〜
20重量部程度である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細な無機パター
ンを形成するのに有用な無機質含有感光性樹脂組成物お
よびその製造方法、並びに無機パターンの形成方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】無機パターンを形成する材料として、感
光性樹脂に無機微粒子を充填した感光性ペーストが知ら
れている。この感光性ペーストでは、基体に塗布し、塗
膜に所定のマスクを介してパターン露光し、現像した
後、焼成して有機質成分を消失させることにより無機パ
ターンを形成している。このような感光性ペーストに
は、無機成分を高充填できること、高感度で高解像度で
あることが要求される。しかし、感光性ペーストにおい
て、無機微粒子の濃度(充填率)と感光特性(感度や解
像度など)とが相反する関係にある。そのため、無機微
粒子の充填率が小さいと、有機成分を除去するため加熱
焼成すると、体積収縮が大きく、無機パターンが基板か
ら剥離し、密着性が低下するとともに、パターン形状が
変化して解像度が低下する。一方、無機微粒子の含有率
を高めると、無機粒子により露光された光線が吸収,反
射又は散乱され、低感度となるとともに、解像度も低下
する。そして、前記感光性ペーストでは、高矩形性で高
アスペクト比の微細な無機パターンを高精度に形成する
ことが困難である。
【0003】無機微粒子の分散性を向上させて感度や解
像度を改善するため、無機微粒子を表面処理することが
提案されている。しかし、未だ分散性が十分でなく、露
光部および非露光部のコントラスト(現像液に対する溶
解性の差)が小さく、解像度を改善するには十分でな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、無機成分の含有量が多くても、高い感度および解像
度の無機パターンを形成できる無機質含有感光性樹脂組
成物およびその製造方法、並びに無機パターンの形成方
法を提供することにある。本発明の他の目的は、高いア
スペクト比、高い矩形性の無機パターンを形成するのに
有用な無機質含有感光性樹脂組成物およびその製造方
法、並びに無機パターンの形成方法を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため鋭意検討の結果、感光性樹脂と、加水分
解重合性有機金属化合物と、反応性や感光性などを有す
るの官能基を持つ無機微粒子とを組み合わせて、無機成
分の分散性を向上させると、無機成分を高充填しても高
い感度および解像度を維持できることを見いだし、本発
明を完成した。
【0006】すなわち、本発明の無機質含有感光性樹脂
組成物は、(A)感光性有機オリゴマー又はポリマー,
(B)加水分解重合性有機金属化合物又はその縮合物お
よび(C)官能基を有する無機フィラーで構成されてい
る。前記(A)感光性有機オリゴマー又はポリマーは、
オリゴマー又はポリマーと、感光剤とで構成でき、
(B)加水分解重合性有機金属化合物は、ケイ素含有化
合物あるいは感光性基を有するシランカップリング剤又
はそれらの縮合物などで構成できる。前記(C)無機フ
ィラーの官能基は感光性基であってもよく、(C)無機
フィラーは、平均粒子径2〜100nmの単分散したコ
ロイダルシリカであってもよい。
【0007】本発明には、(A)感光性有機オリゴマー
又はポリマー,(B)加水分解重合性有機金属化合物又
はその縮合物および(C)官能基を有する無機フィラー
を混合し、無機質含有感光性樹脂組成物を製造する方
法、さらに、前記無機質含有感光性樹脂組成物を基体に
塗布し、露光,現像してパターンを形成した後、焼成
し、無機パターンを形成する方法も含まれる。
【0008】
【発明の実施の形態】[感光性ポリマー] (A)感光性有機オリゴマー又はポリマー(以下、単に
感光性ポリマーという)は、(A1)オリゴマー又はポリ
マー自体が感光性を有していてもよく、(A2)オリゴマ
ー又はポリマーと、感光剤とを含む感光性樹脂組成物で
構成してもよい。通常、後者の感光性樹脂組成物(A2)
が利用される。
【0009】(A1)感光性を有するオリゴマー又はポリ
マーには、ジアゾニウム塩基含有重合体、アジド基含有
重合体、ポリケイ皮酸ビニルエステルなどのシンナモイ
ル基やシンナミリデン基などの光二量化型官能基を有す
る重合体などが例示できる。
【0010】(A2)感光性ポリマーとしては、極性又は
非極性基を有する種々のポリマーが使用できる。好まし
い感光性ポリマーは、極性基、例えば、ヒドロキシル
基、アルコキシ基、カルボキシル基、エステル基、エー
テル基、カーボネート基、アミド基又はN−置換アミド
基(−NHC(O)−,>NC(O)−など)、ニトリ
ル基、グリシジル基、ハロゲン原子を含有している。感
光性ポリマーは、(メタ)アクリロイル基,アリル基な
どの重合性基を有する重合性オリゴマー又はポリマーで
あってもよい。
【0011】ヒドロキシル基含有ポリマーおよびその誘
導体としては、例えば、ポリビニルアルコール系重合
体、ポリビニルアセタール、エチレン−ビニルアルコー
ル共重合体、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、メチロ
ールメラミン、それらの誘導体(例えば、アセタール化
物やヘキサメトキシメチルメラミン);カルボキシル基
含有ポリマーおよびその誘導体としては、例えば、(メ
タ)アクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸などの重
合性不飽和カルボン酸を含む単独又は共重合体およびこ
れらのエステルなど;エステル基含有ポリマーとして
は、例えば、酢酸ビニルなどのビニルエステル、メタク
リル酸メチルなどの(メタ)アクリル酸エステルなどの
モノマーを含む単独または共重合体(例えば、ポリ酢酸
ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、(メタ)アク
リル系樹脂など)、飽和ポリエステル、不飽和ポリエス
テル、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、
セルロースエステルなどが例示できる。エーテル基を有
するポリマーには、例えば、ポリアルキレンオキシド、
ポリオキシアルキレングリコール、ポリビニルエーテ
ル、ケイ素樹脂などが含まれ、カーボネート基含有ポリ
マーとしては、ビスフェノールA型ポリカーボネートな
どが例示できる。
【0012】前記アミド基又は置換アミド基を有するポ
リマーとしては、ポリオキサゾリン、ポリアルキレンイ
ミンのN−アシル化物(前記ポリオキサゾリンに対応す
るポリマー、例えば、N−アセチルアミノ、N−ポリプ
ロピオニルアミノ基などのN−アシルアミノ基を有する
ポリマー);ポリビニルピロリドンおよびその誘導体;
ポリウレタン系重合体;ポリ尿素;ナイロン又はポリア
ミド系重合体;ビュレット結合を有するポリマー;アロ
ハネート結合を有するポリマー、ゼラチンなどの蛋白類
などが例示できる。
【0013】前記ポリオキサゾリンの単体量としては、
2−オキサゾリン、オキサゾリン環の2−位に置換基を
有する2−置換−2−オキサゾリン(例えば、C1-4
ルキル基、ジクロロメチル,トリクロロメチル,ペンタ
フルオロエチル基などのハロアルキル基、フェニル基、
4−メチルフェニル,4−クロロフェニルなどの置換基
を有するフェニル基、C1-4 アルコキシ−カルボニル基
などの置換基を有するオキサゾリン類)などを挙げるこ
とができる。ポリオキサゾリンは単独重合体であっても
共重合体であってもよく、ポリオキサゾリンは1種又は
2種以上混合して使用できる。さらに、ポリオキサゾリ
ンは、他のポリマーにオキサゾリンがグラフト重合した
共重合であってもよい。
【0014】前記ポリウレタン系重合体には、例えば、
ポリイソシアネート(例えば、トリレンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジシ
ソシアネートなど)と、ポリオール(例えば、エチレン
グリコール、プロピレングリコール、テトラメチレング
リコール、グリセリンなどの多価アルコール;ジエチレ
ングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレン
グリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリエー
テルポリオール;ポリエステルポリオールなど)との反
応により生成するポリウレタンが含まれ、ポリ尿素に
は、ポリイソシアネートとポリアミン(例えば、エチレ
ンジアミン、ジエチレントリアミン)との反応により生
成するポリマーなどが含まれ、ナイロン又はポリアミド
系重合体には、ラクタム成分、ジカルボン酸成分やジア
ミン成分を用いたポリアミド(ナイロン66,ナイロン
6,ナイロン610,ナイロン611,ナイロン612
やこれらの変性ナイロンなど)、ポリ(メタ)アクリル
アミド系重合体、ポリアミノ酸などが含まれる。なお、
ポリアミドには、スターバーストデンドリマー(D.A.To
malia.et al.,Polymer Journal,17,117(1985))も含ま
れる。
【0015】ビュレット結合を有するポリマーには、前
記ポリイソシアネートとウレタン結合を有する化合物と
の反応により生成するポリマー;アロハネート結合を有
するポリマーには、前記ポリイソシアネートと尿素結合
を有する化合物との反応により生成するポリマーが含ま
れる。ニトリル基を有するポリマーには、アクリロニト
リル系重合体が含まれ、グリシジル基を有するポリマー
としては、例えば、エポキシ樹脂、グリシジル(メタ)
アクリレートの単独又は共重合体などが例示できる。ハ
ロゲン含有ポリマーには、例えば、ポリ塩化ビニル、塩
化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニリデン系ポリ
マー、塩素化ポリプロピレンなどが含まれる。
【0016】他の有機ポリマーとしては、例えば、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、カルボキシル変性ポリオレ
フィンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、ス
チレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル
−ブタジエン−スチレンブロック共重合体などのスチレ
ン系樹脂などを挙げることができる。これらは単独で又
は2種以上を併用してもよい。
【0017】重合性基を有する重合性オリゴマーには、
ポリビニルフェノール誘導体、エポキシ(メタ)アクリ
レート(例えば、エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸と
の反応などにより生成する樹脂)、ポリエステル(メ
タ)アクリレート、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン(メタ)アクリレート[例えば、ジオール成分(ポ
リアルキレングリコールやポリエステルジオールなど)
とジイソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネー
トなど)とヒドキロシル基含有重合性単量体(2−ヒド
ロキシエチルメタクリレート,N−メチロールアクリル
アミドなど)との反応生成物、ヒドロキシル基および重
合性不飽和基を有する化合物(ヒドロキシエチルフタリ
ル(メタ)アクリレート,トリメチロールプロパンジア
リルエーテルなど)とジイソシアネート(キシリレンイ
ソシアネート,2,4−トリレンジイソシアネートな
ど)とのウレタン反応生成物など]、重合性ポリビニル
アルコール系ポリマー(例えば、ポリビニルアルコール
とN−メチロールアクリルアミドとの反応生成物な
ど)、ポリアミド系ポリマー[例えば、多価カルボン酸
又はその酸無水物(ピロメリット酸二無水物など)およ
びヒドロキシル基含有重合性単量体(アリルアルコール
など)の反応により生成するカルボキシル基含有エステ
ルと、必要によりカルボキシル基を酸ハライド基に変換
するためのハロゲン化剤(塩化チオニルなど)と、ジア
ミン(p,p′−ジアミノジフェニルエーテルなど)と
の反応により生成するプレポリマー、カルボキシル基含
有重合体(ポリ(メタ)アクリル酸又はマレイン酸の共
重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合体など)とア
ミノ基含有重合性単量体(アリルアミンなど)との反応
生成物など]、シリコーン樹脂型ポリマーなどが例示で
きる。好ましい(A1)感光性を有するオリゴマー又はポ
リマーには、ウレタン(メタ)アクリレートなどが含ま
れる。
【0018】前記(A1)(A2)感光性ポリマーは、必要
により、光重合性基を有する重合性単量体又はオリゴマ
ーと併用してもよい。重合性単量体又はオリゴマーに
は、単官能性又は多官能性の光重合性化合物が含まれ
る。光重合性基としては、例えば、(メタ)アクリロイ
ル基、アクリルアミド基、アリル基、ビニルエーテル
基、ビニルチオエーテル基、ビニルアミノ基、グリシジ
ル基、アセチレン性不飽和基などが例示できる。
【0019】単官能性光重合性化合物としては、例え
ば、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレー
ト、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル
(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)メタクリレー
トなどのアルキル(メタ)アクリレート、シクロヘキシ
ル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレー
ト、ジメチルアミノエチル(メタ)メタクリレート、カ
ルビトール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチ
ル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メ
タ)アクリレート、グリシジル(メタ)メタクリレー
ト、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)
アクリルアミド、N−ジアセトン(メタ)アクリルアミ
ド、N,N´−メチレンピス(メタ)アクリルアミド、
スチレン、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、N
−ビニルピロリドンなどが例示できる。
【0020】多官能性光重合性化合物としては、例え
ば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレ
ングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレング
リコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリ
コールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオー
ルジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ
(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ
(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メ
タ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)
アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)ア
クリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アク
リレートなどが例示できる。さらに、テトラメチロール
メタンテトラ(メタ)アクリレート、2,2,5,5−
テトラヒドロキシメチルシクロペンタノンの(メタ)ア
クリル酸エステル、ジグリシジルフタレートの(メタ)
アクリル酸エステル、N,N,N´,N´−テトラキス
(β−ヒドロキシエチル)エチレンジアミンの(メタ)
アクリル酸エステル、トリグリセリンとメチルアクリレ
ートとのエステル交換反応生成物、ウレタン型(メタ)
アクリレート、多価カルボン酸の不飽和エステル、不飽
和酸アミド、無機酸とのエステルおよび金属塩、アセチ
レン性不飽和基を有するモノマー、グリシジル基を有す
るモノマーなどを使用することもできる。
【0021】ウレタン型アクリレートには、例えば、ポ
リイソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネート
など)とヒドロキシル基含有単量体(2−ヒドロキシエ
チルメタクリレートなど)の反応生成物、ポリイソシア
ネート(2,4−トリレンジイソシアネートなど)の一
部のイソシアネート基とヒドロキシル基含有単量体(2
−ヒドロキシエチルメタクリレートなど)とを反応させ
た後、さらに残余のイソシアネート基をアルカノールア
ミン(トリエタノールアミンなど)と反応させた反応生
成物、ベンゾインにポリイソシアネート(2,4−トリ
レンジイソシアネートなど)とヒドロキシル基含有単量
体(2−ヒドロキシエチルメタクリレートなど)とを反
応させた反応生成物などを挙げることができる。
【0022】多価カルボン酸の不飽和エステルとして
は、例えば、多価カルボン酸(フタル酸、トリメリット
酸、ピロメリット酸など)をヒドロキシル基含有単量体
(アリルアルコール、2−ヒドロキシエチルメタクリレ
ートなど)でエステル化した多官能性単量体、例えば、
ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート、ジアリ
ルマレエート、ジアリルクロレンダート、ジアリルアジ
ベート、ジアリルジグリコレート、トリアリルシアヌレ
ート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、
2−ヒドロキシエチルメタクリレートのフタル酸エステ
ル、アリルアルコールのトリメリット酸エステル、p−
ヒドロキシ安息香酸を(メタ)アクリロイルクロライド
でエステル化し、さらにエポキシ含有単量体(グリシジ
ルメタクリレート)を付加させた化合物などが例示でき
る。
【0023】不飽和酸アミドとしては、例えば、N,N
´−メチレンビルアクリルアミド、ヘキサメチレンビス
アクリルアミドなどのアルキレンビスアクリルアミドの
他、ポリアミンと不飽和酸との縮合物、水酸基を有する
不飽和アミド(例えば、N−メチロールアクリルアミ
ド)と多価カルボン酸、多価エポキシなどとの反応生成
物などが例示できる。さらに、N−メチロールアクリル
アミドの酸性化合物の存在下での反応生成物、1,3,
3−トリメチル−1−アクリロイルアミノメチル−5−
アクリロイルアミノシクロヘキサン、ヘキサヒドロ−
1,3,5−トリアクリル−S−トリアジン、N−アク
リロイルヒドロキシエチルマレイミド、ε−カプロラク
タムとテトラメチレンジアミンの反応で得られたオリゴ
マーにアクリル酸クロライドを反応させたビスアクリル
アミド、N、N´−ビス(ε−アクリロイルヒドロキシ
エチル)アニリン、N−メチロールアクリルアミドとジ
エチレングリコールジグリシジルエーテルとの反応生成
物なども含まれる。
【0024】無機酸とのエステルや金属塩としては、例
えば、アクリル酸亜鉛とアルコール溶性ポリアミド樹
脂、リン酸のビス(2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト)エステルなどが例示できる。
【0025】アセチレン性不飽和基を有するモノマーと
しては、アントラキノンと1−メトキシブテン−3−イ
ンから合成される9−(ω−メトキシブテニル)アント
ラキノール、2,4−ヘキサジイン−1,6−ジオール
とヘキシルイソシアネートとの反応で得られるウレタン
などを挙げることができる。
【0026】グリシジル基を有するモノマーとしては、
例えば、ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテルを
挙げることができる。
【0027】光重合性基を有する重合性単量体又はオリ
ゴマーの使用量は、前記感光性ポリマー100重量部に
対して5〜500重量部、好ましくは10〜300重量
部程度の範囲から選択できる。
【0028】前記(A2)感光性ポリマーの感光剤は、感
光性樹脂組成物のタイプに応じて、種々の光増感剤や光
重合開始剤などが使用できる。感光剤は、感光性ポリマ
ーの種類(ポジ型又はネガ型)に応じて、慣用の感光剤
や増感剤、例えば、ジアゾニウム塩(ジアゾニウム塩、
テトラゾニウム塩、ポリアゾニウム塩など)、キノンジ
アジド類(ジアゾベンゾキノン誘導体,ジアゾナフトキ
ノン誘導体など)、アジド化合物、ピリリウム塩、チア
ピリリウム塩、光二量化増感剤、光重合開始剤[例え
ば、ケトン類(アセトフェノン,プロピオフェノン、ア
ントラキノン,チオキサントン,ベンゾフェノン又はそ
れらの誘導体),ベンゾインエーテル又はその誘導体,
アシルホスフィンオキシドなど]などから選択できる。
感光剤の使用量は、例えば、感光性ポリマー100重量
部に対して0.1〜20重量部、好ましくは1〜10重
量部程度の範囲から選択できる。
【0029】[加水分解重合性有機金属化合物又はその
縮合物] (B)加水分解重合性有機金属化合物又はその縮合物
は、通常、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類金属、
又は周期律表III〜V族金属元素を含む。好ましい金属
元素は、周期律表IIIb族、IVa族およびIVb族金属元素、
例えば、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ケイ
素、特にアルミニウムおよびケイ素(中でもケイ素)で
ある。これらの金属は前記化合物又は縮合物に単独で又
は二種以上併存併存していてもよい。
【0030】加水分解重合性基としては、例えば、メト
キシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキ
シ、イソブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ基
などのC1-10アルコキシ基、ハロゲン原子(臭素,塩素
原子など)が例示でき、C1- 4 アルコキシ基、特にメト
キシ基、エトキシ基、プロポキシ基(中でもメトキシ基
およびエトキシ基)が好ましい。前記化合物又は縮合物
は、単独又は複数の異なる加水分解重合性基を有してい
てもよい。なお、縮合性又は重合性を付与するため、加
水分解重合性有機金属化合物は、通常、2以上の加水分
解重合性基を有している。アルミニウムを含む有機金属
化合物としては、例えば、トリメトキシアルミネート、
トリエトキシアルミネート、トリプロポキシアルミネー
トなどが例示でき、チタンを含む化合物としては、例え
ば、トリメトキシチタネート、テトラメトキシチタネー
ト、トリエトキシチタネート、テトラエトキシチタネー
ト、テトラプロポキシチタネート、クロロトリメトキシ
チタネート、クロロトリエトキシチタネート、エチルト
リメトキシチタネート、メチルトリエトキシチタネー
ト、エチルトリエトキシチタネート、ジエチルジエトキ
シチタネート、フェニルトリメトキシチタネート、フェ
ニルトリエトキシチタネートなどが例示でき、ジルコニ
ウムを含む化合物には、例えば、前記チタン含有化合物
に対応するジルコネートが含まれる。
【0031】ケイ素含有化合物には、下式で表される化
合物が含まれる。 (R1 n Si(OR2 4-n (式中、R1 は置換基を有してもよい炭素数1〜4のア
ルキル基またはアリール基、R2 は炭素数1〜4のアル
キル基を示し、R1 およびR2 は同一でも異なっていて
もよい。nは0〜2の整数である) ケイ素含有化合物としては、例えば、トリメトキシシラ
ン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、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、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、ジメチルジメトキシシラン、
ジエチルジエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリエ
トキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ
−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロ
ピ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、フェニルトリプロポ
キシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニル
ジエトキシシランなどが例示できる。これらの化合物の
うち、好ましい化合物としては、テトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシランなどのテトラC1-4 アルコキ
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、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエ
トキシシランなどのモノC1-4 アルキルトリC1-4 アル
コキシシラン、ジメチルジエトキシシランなどのジC
1-4 アルキルジC1-4 アルコキシシラン、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などのモ
ノアリールトリC1-4 アルコキシシラン、ジフェニルジ
メトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどジア
リールジC1-4 アルコキシシランなどが例示できる。
【0032】前記有機金属化合物は、感光性基を有する
のが好ましく、感光性基には、前記例示の感光性基(ジ
アゾニウム塩基,アジド基,シンナモイル基,シンナミ
リデン基,重合性基など)、特に重合性基((メタ)ア
クリロイル基,アリル基,ビニル基など)が含まれる。
【0033】重合性基を有する加水分解重合性有機金属
化合物としては、重合性基を有するシラン化合物、例え
ば、(メタ)アクリロイル基と加水分解性基とを有する
化合物[N−(3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロ
キシプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラ
ン、3−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキ
シシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルジメチル
エトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロ
ピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプ
ロピルメチルビス(トリメチルシロキン)シラン、3−
(メタ)アクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロ
キシ)シラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリ
ス(メトキシエトキシ)シラン、3−(メタ)アクリロ
キシプロピルメチルジクロロシラン、3−(メタ)アク
リロキシプロピルトリクロロシラン、3−(メタ)アク
リロキシプロピルジメチルクロロシラン、(メタ)アク
リロキシプロペニルトリメトキシシランなど]、アリル
基と加水分解性基とを有する化合物[アリルトリクロロ
シラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリメトキ
シシラン、アリルトリス(トリメチルシロキシ)シラン
など]、ビニル基と加水分解性基とを有する化合物[ビ
ニルジメチルクロロシラン、ビニルジメチルエトキシシ
ラン、ビニルエチルジクロロシラン、ビニルメチルビス
(メチルエチルケトキシミン)シラン、ビニルメチルビ
ス(トリメチルシロキシ)シラン、ビニルメチルジアセ
トキシシラン、ビニルメチルジクロロシラン、ビニルメ
チルジエチルとシラン、ビニルトリアセトキシシラン、
ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシ
シラン、ビニルトリス−t−プトキシシラン、ビニルト
リメチルシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニル
トリス(t−ブチルパーオキシ)シラン、ビニルトリス
イソプロペノキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシ
エトキシ)シランなど]、KBM1003(商品名;信
越化学工業(株)製)、KBM1063(商品名;信越
化学工業(株)製)、KBM1103(商品名;信越化
学工業(株)製)、KBM1403(商品名;信越化学
工業(株)製)、KBM503(商品名;信越化学工業
(株)製)、KBM502(商品名;信越化学工業
(株)製)、KBM5103(商品名;信越化学工業
(株)製)、KBM5102(商品名;信越化学工業
(株)製)、KBM5403(商品名;信越化学工業
(株)製)などが例示できる。
【0034】なお、加水分解重合性有機金属化合物又は
その縮合物は単独で又は二種以上組み合わせて使用でき
る。また、加水分解重合性有機金属化合物は予備縮合し
た縮合物としても使用できる。特に、感光性基(特に重
合性基)を有する加水分解重合性有機金属化合物は、非
感光性(重合性)の加水分解重合性有機金属化合物と縮
合して使用できる。例えば、(メタ)アクリロイル基な
どの重合性基を有するアルコキシシラン化合物と、アル
コキシシラン化合物とを縮合することにより、感光性基
を有する縮合物として使用できる。さらに、架橋密度や
生成物の特性などを調整するため、トリアルキルモノア
ルコキシシランなどを添加又は縮合させてもよい。
【0035】加水分解重合性有機金属化合物は、焼成に
より無機相を構成する。なお、保存安定性を高めるた
め、加水分解性基(例えばシラノール基)を保護するた
め、保護剤(例えば、t−ブタノール、i−プロパノー
ルなどのアルコール)を添加又は反応(エーテル化な
ど)させてもよい。また、加水分解の触媒となる酸又は
塩基(例えば、塩酸、アンモニアなど)の濃度を、中和
などの操作により低減することも有効である。
【0036】[官能基を有する無機フィラー] (C)官能基を有する無機フィラーは、無機微粒子(C
1)と、この無機微粒子に導入された官能基(C2)とで
構成できる。
【0037】無機微粒子(C1)には、無機パターンの機
能に応じて種々の微粒子、例えば、金属単体、無機酸化
物、無機炭酸塩、無機硫酸塩、リン酸塩などが使用でき
る。無機酸化物としては、シリカ(コロイダルシリカ,
アエロジルなど)、アルミナ、チタニア、ジルコニア、
酸化亜鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、酸化
錫、酸化インジウム、In2 O−SnOなどが例示で
き、炭酸塩には、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムな
どが例示でき、硫酸塩には、硫酸バリウム、硫酸カルシ
ウムなどが例示できる。リン酸塩には、リン酸カルシウ
ム、リン酸マグネシウムなどが含まれる。
【0038】無機微粒子の形状は、球状に限らず、楕円
形状、偏平状、ロッド状又は繊維状であってもよい。無
機微粒子の平均粒子径は、無機パターンの微細化の程度
などに応じて、例えば、1nm〜10μm、好ましくは
5nm〜5μm程度の範囲から選択できる。微細な無機
パターンを形成するには、BET法による平均粒子径2
〜100nm(好ましくは5〜50nm,さらに好まし
くは7〜30nm)程度の単分散した無機微粒子(特に
コロイダルシリカ)を用いるのが有利である。単分散し
た無機微粒子(特にコロイダルシリカ)はオルガノゾル
(オルガノシリカゾル)として市販されており、例え
ば、「スノーテックス コロイダルシリカ」、特に「メ
タノールシリカゾル」として日産化学工業(株)などか
ら入手できる。
【0039】無機フィラーは、官能基(C2)として反応
性基又は感光性基(特に重合性の感光性基)を有するの
が好ましい。反応性基又は感光性基としては、前記と同
様の加水分解重合性基や感光性基が例示できる。前記官
能基は、無機微粒子(C1)と前記加水分解重合性基及び
/又は感光性基を有する有機金属化合物(特に前記加水
分解重合性有機金属化合物、中でもシランカップリング
剤やチタンカップリング剤など)との反応、表面グラフ
ト重合法、CVD法などを利用して無機微粒子(C1)に
導入できる。
【0040】加水分解重合性基及び/又は感光性基を有
する有機金属化合物としては、前記(B)加水分解重合
性金属化合物又はその縮合物(特にケイ素含有有機化合
物)などが使用でき、前記例示の感光性基を有する加水
分解重合性有機金属化合物(特に重合性基を有するシラ
ン化合物)が好ましい。
【0041】無機フィラー(C)において、無機微粒子
(C1)に対する官能基(C2)の導入量は、官能基を有す
る化合物換算で、無機微粒子(C1)100重量部に対し
て0.1〜100重量部、好ましくは0.5〜50重量
部、さらに好ましくは1〜20重量部程度の範囲から選
択できる。
【0042】[各成分の割合]本発明の感光性樹脂組成
物において、前記(A)〜(C)成分の割合は、感度,無
機パターンの解像度や耐熱性などを損なわない範囲で選
択でき、通常、固形分換算で、前記成分(A)(B)の合
計量よりも成分(C)の量が多い[(A+B)<C]。
例えば、固形分換算(焼成により生成する成分(縮合水
やアルコールなど)を含まない)で、(A)感光性有機
オリゴマー又はポリマー1重量部に対して,(B)加水
分解重合性有機金属化合物又はその縮合物1〜25重量
部(好ましくは2〜20重量部、さらに好ましくは5〜
15重量部)および(C)官能基を有する無機フィラー
1〜20重量部(好ましくは2〜18重量部、さらに好
ましくは5〜15重量部)程度である。特に、成分(A)
(B)(C)で構成された組成物中、成分(C)の含有量は、
例えば、50〜95重量%、好ましくは50〜90重量
%程度である。
【0043】無機質含有感光性樹脂組成物は、必要によ
り、光反応促進剤(重合促進剤など)、例えば、ジアル
キルアミノ安息香酸又はその誘導体、トリフェニルホス
フィン、トリアルキルホスフィンなどを含有していても
よい。さらに、組成物には、酸化防止剤など安定剤、可
塑剤、界面活性剤、溶解促進剤、染料や顔料などの着色
剤などの種々の添加剤を添加してもよい。さらに、感光
性樹脂組成物は、塗布性などの作業性を改善するため、
溶媒(水,アルコール類,グリコール類,セロソルブ
類,ケトン類,エステル類,エーテル類,アミド類、炭
化水素類などの有機溶剤)を含んでいてもよい。
【0044】本発明の無機質含有感光性樹脂組成物は、
慣用の方法、例えば、(A)感光性ポリマー,(B)加水
分解重合性有機金属化合物又はその縮合物および(C)
官能基を有する無機フィラーを混合することにより調製
できる。無機質含有感光性樹脂組成物は、通常、溶媒
(特にアルコール類などの親水性溶媒)を含有してい
る。各成分(A)〜(C)は同時に混合してもよく、適当
な順序で混合してもよい。なお、各成分(A)〜(C)は
それぞれ溶液又は分散体の形態である場合が多い。本発
明のパターン形成方法では、前記無機質含有感光性樹脂
組成物を基体に塗布し、感光層を形成した後、所定のパ
ターンを露光し、現像することによりパターンを形成す
る。次いで、焼成することにより、解像度及びアスペク
ト比の大きな矩形の無機パターンを形成できる。
【0045】基体としては、無機パターンの特性や用途
に応じて、金属,ガラス,セラミックス,プラスチック
などから適当に選択でき、シリコンウェハーなどの基板
であってもよい。なお、基体は、予め、表面処理、例え
ば、前記シランカップリング剤(重合性基を有する加水
分解重合性シランカップリング剤など)などにより表面
処理してもよい。塗布は、慣用のコーティング方法、例
えば、スピンコーティング法、ディッピング法、キャス
ト法などにより行うことができ、必要により、乾燥して
溶媒を除去することにより感光層を形成できる。パター
ン露光は、所定のマスクを介して光線を照射又は露光す
ることにより行うことができる。光線としては、無機パ
ターンの微細度などに応じて種々の光線(例えば、ハロ
ゲンランプ,高圧水銀灯,UVランプ,エキシマーレー
ザー,電子線、X線などの放射光など)が利用でき、通
常、波長100〜500nm程度の光線、特に紫外線な
どが利用できる。なお、露光エネルギーは、前記無機質
含有感光性樹脂組成物の感光特性(光硬化性など)に応
じて選択でき、露光時間は、通常、0.1秒〜20分程
度範囲から選択できる。
【0046】パターン露光の後、慣用の方法で感光層を
現像することにより、高解像度のパターンを形成でき
る。現像には、前記無機質含有感光性樹脂組成物の種類
(特にネガ型又はポジ型)に応じて種々の現像液(水,
アルカリ水溶液,有機溶媒,又はこれらの混合液など)
が使用できる。現像法も特に制限されず、例えば、パド
ル(メニスカス)法,ディップ法、スプレー法などが採
用できる。
【0047】なお、無機質含有感光性樹脂組成物の塗布
からパターン形成に至る工程のうち適当な工程で、塗膜
(感光層)を適当な温度で加熱処理してもよい。例え
ば、露光した後、必要により加熱処理してもよい。ま
た、現像により形成されたパターンを加熱処理し、焼成
工程に供してもよい。
【0048】焼成は、適当な温度、例えば、300〜1
000℃、好ましくは400〜600℃程度の温度で行
うことができる。焼成は、無機パターンの特性に応じ
て、不活性ガス雰囲気又は酸素含有ガス雰囲気(空気な
ど)などの適当な雰囲気で行うことができ、常圧又は必
要により減圧下で行ってもよい。焼成において、温度は
段階的又は連続的に昇温してもよい。焼成時間は特に制
限されず、1〜24時間、特に5〜24時間程度の範囲
から選択できる。このような焼成により、無機質化した
微細なパターンを形成でき、基体に対する無機質パター
ンの密着性も高い。
【0049】本発明の無機質含有感光性樹脂組成物(感
光性組成物)は、感光性有機/無機ハイブリット材料と
して機能し、有機質および無機質の双方の長所を合せ持
っている。そのため、絶縁性,誘電性,導電性,透明
性,耐熱性,硬度,耐磨耗性,強度などに優れる無機パ
ターンを形成するのに有用である。また、種々の用途、
例えば、絶縁性電子部品(例えば、プラズマディスプレ
ーパネルの背面基板に形成される隔壁など)、刷版材
料、紫外線硬化塗料やインキなどに適用できる。
【0050】
【発明の効果】本発明では、無機成分の含有量が多くて
も、高い感度および解像度の無機パターンを形成でき
る。特に、そのため、高いアスペクト比、高い矩形性の
無機パターンを形成するのに有用である。
【0051】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。 実施例1 1.無機質含有感光性樹脂組成物の調製 (1)感光性ポリマー(有機成分)の調製 共重合ナイロン(東レ(株)製、CM8000)2gを
メタノール8gに50℃で溶解させ、室温まで冷却した
後、ベンゾインメチルエーテル0.12g、メチレンビ
スアクリルアミド0.4gを添加し、均一透明になるま
で撹拌した。 (2)加水分解重合性有機金属化合物(無機成分)の調
製 テトラエトキシシラン10.4gと3−メタクリロキシ
プロピルトリメトキシシラン13.95g、0.05規
定の塩酸水溶液6.3gを、室温下で1時間撹拌するこ
とにより、加水分解反応を行った。 (3)有機/無機ハイブリッド溶液の調製 上記工程(1)で得られた有機成分溶液7.11g、前
記工程(2)で得られた無機成分溶液12.89gを室
温にて混合して有機/無機ハイブリッド溶液を調製し
た。
【0052】(4)感光性シリカ微粒子を含む分散体の
調製 シリカ微粒子(日産化学工業(株)製,メタノールシリ
カゾル,平均粒子径10〜20nm,固形分30重量
%)25gに3−メタクリロキシプロピルトリメトキシ
シラン1.275g,メタノール111gを加えて、室
温下で24時間撹拌することにより、シリカ微粒子の表
面に感光性基を導入した。その後、メタノール含有量を
調整し、粒子の固形分重量が30重量%に調整した。 (5)感光性シリカ微粒子の炭素13−NMRスペクト
ル測定 シリカ微粒子の表面に感光性基が導入付与されているこ
とを確認するために、日本電子(株)製,JNM−GS
X270型炭素−13NMR測定装置を用いて、固体状
態で感光性シリカ微粒子のスペクトルを測定した。その
結果、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
に由来するプロピル基(10、16、24ppm),メ
トキシ基(50ppm),メチル基(66ppm),カ
ルボニル基(168ppm)に起因する炭素の吸収が認
められ、シリカ微粒子の表面に感光性基が導入付与され
ていることを確認した。
【0053】(6)無機質含有感光性樹脂組成物(有機
/無機/感光性シリカ微粒子混合液)の調製 前記工程(3)で調製した有機/無機ハイブリッド溶液
20gに前記工程(4)で調製した感光性シリカ微粒子
含有分散体25gを室温にて混合し、無機質含有感光性
樹脂組成物(有機/無機/感光性シリカ微粒子混合液)
を調製した。
【0054】2.パターンニング (1)基板の前処理 蒸留水5gを含むエタノール溶液95gに、3−メタク
リロキシプロピルトリメトキシシラン2gと0.05規
定塩酸溶液0.05gを加えて30分間室温にて撹拌し
た。この溶液に、基板であるパイレックスガラス板を、
ディップ引き上げ速度5.0mm/sec でディップコー
ティングした後、この基板を80℃のオーブンで15分
間加熱乾燥することにより前処理した。
【0055】(2)塗布 前記工程(1)で前処理した基板に、スピンコーター
(ミカサ(株)製,1H−DX2型)を用いて、前記工
程1-(6)で調製した無機質含有感光性樹脂組成物を5
00rpm/20秒で塗布した。次いで、乾燥したとこ
ろ、得られた塗膜は無色透明であり、良好な成膜性を示
した。電子顕微鏡で膜厚を測定したところ、約10ミク
ロンであった。
【0056】(3)露光および現像 前記工程(2)で形成した塗膜(複合膜)を、250W
の超高圧水銀灯を有する露光装置(ミカサ(株)製マス
クアライナーM−2L型)でテストマスクを介して5分
間密着露光した。その後、メタノールでスプレー現像を
行った。現像後の塗膜を電子顕微鏡で観察したところ、
現像による膜減りはほとんど観察されず、解像度10ミ
クロンを確認した。
【0057】3.加熱焼成による無機膜の形成 現像後のパターンニング膜を空気中で室温から570℃
まで12時間かけて昇温することにより焼成した。焼成
後、膜の赤外線吸収スペクトルを観察したところ、有機
成分に由来する吸収がほとんど観察されず、ほぼ完全に
無機化していることが確認された。また、焼成後の膜厚
を電子顕微鏡で観察したところ約8ミクロンであった。
【0058】実施例2および比較例 実施例1の工程1-(3)で調製した有機/無機ハイブリ
ッド溶液と、工程1-(4)で調製した感光性シリカ微粒
子含有分散体との配合比率を変える以外、実施例1と同
様の手順により、塗膜をパターンニングした後、加熱焼
成した。実施例1の結果も併せて結果を表に示す。
【0059】
【表1】 表から明らかなように、比較例に比べて実施例では、矩
形性の良い無機パターンを基板との密着性良く高い精度
で形成できた。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)感光性有機オリゴマー又はポリマ
    ー,(B)加水分解重合性有機金属化合物又はその縮合
    物および(C)官能基を有する無機フィラーで構成され
    ている無機質含有感光性樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 (A)感光性有機オリゴマー又はポリマ
    ーが、オリゴマー又はポリマーと感光剤とで構成されて
    いる請求項1記載の無機質含有感光性樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 (B)加水分解重合性有機金属化合物
    が、ケイ素含有化合物又はその縮合物である請求項1記
    載の無機質含有感光性樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 (B)加水分解重合性有機金属化合物
    が、感光性基を有するシランカップリング剤又はその縮
    合物である請求項1記載の無機質含有感光性樹脂組成
    物。
  5. 【請求項5】 (C)無機フィラーが感光性基を有する
    請求項1記載の無機質含有感光性樹脂組成物。
  6. 【請求項6】 (C)無機フィラーが、平均粒子径2〜
    100nmの単分散したコロイダルシリカである請求項
    1記載の無機質含有感光性樹脂組成物。
  7. 【請求項7】 固形分換算で、(A)感光性有機オリゴ
    マー又はポリマー1重量部に対して,(B)加水分解重
    合性有機金属化合物又はその縮合物1〜25重量部およ
    び(C)官能基を有する無機フィラー1〜20重量部を
    含む請求項1記載の無機質含有感光性樹脂組成物。
  8. 【請求項8】 (A)感光性有機オリゴマー又はポリマ
    ー,(B)加水分解重合性有機金属化合物又はその縮合
    物および(C)官能基を有する無機フィラーを混合する
    無機質含有感光性樹脂組成物の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の無機質含有感光性樹脂組
    成物を基体に塗布し、露光,現像してパターンを形成し
    た後、焼成し、無機パターンを形成する方法。
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