JPWO2008016029A1 - 膜物性改善処理方法を用いてなる有機薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
R1 nMXm−n ・・・(I)
(式中、R1は、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいハロゲン化炭化水素基、連結基を含む炭化水素基、又は連結基を含むハロゲン化炭化水素基を表し、Mは、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、スズ原子、チタン原子、及びジルコニウム原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を表し、Xは、水酸基又は加水分解性基を表し、nは、1〜(m−1)のいずれかの整数を表し、mはMの原子価を表し、nが2以上の場合、R1は、同一または相異なっていてもよく、(m−n)が2以上の場
合、Xは同一であっても、相異なっていてもよい。但し、(m−n)個のXのうち、少なくとも一個のXは、加水分解性基又は水酸基である。)で表される化合物を用いることを特徴とする上記(1)〜(12)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(14)少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤として、式(II)R2 3C−(CR3 2)p−R4q−MYrXm−r−1 ・・・(II)
(式中、Mは、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、スズ原子、チタン原子、及びジルコニウム原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を表し、Xは、水酸基又は加水分解性基を表し、R2及びR3は、それぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、R4は、アルキレン基、ビニレン基、エチニレン基、アリーレン基、又はケイ素原子及び/若しくは酸素原子を含む2価の連結基を表し、Yは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、含フッ素アルキル基、又は含フッ素アルコキシ基を表し、pは0又は自然数を表し、qは0又は1を表し、rは0〜(m−2)の整数を表し、rが2以上の場合、Yは、同一または相異なっていてもよく、(m−r−1)が2以上の場合、Xは、同一または相異なっていてもよい。但し、(m−n−1)個のXのうち、少なくとも一個のXは、加水分解性基又は水酸基である。)で表される化合物を用いることを特徴とする上記(1)〜(12)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(15)Xが、ハロゲン原子、C1〜C6アルコキシ基、又はアシルオキシ基からなる加水分解性基であることが特徴とする上記(13)又は(14)に記載の有機薄膜の製造方法や、(16)有機溶媒溶液として、炭化水素系溶媒溶液又はフッ化炭素系溶媒溶液を用いることを特徴とする上記(1)〜(15)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(17)有機薄膜が、結晶性有機薄膜であることを特徴とする上記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(18)有機薄膜が、単分子膜であることを特徴とする上記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(19)有機薄膜が、化学吸着膜であることを特徴とする上記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(20)有機薄膜が、自己集合膜であることを特徴とする上記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(21)基材として、表面に活性水素を含む基材を用いることを特徴とする上記(1)〜(20)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(22)基材として、金属、ガラス、シリコンウェハー、セラミックス、及びプラスチックからなる群から選ばれる少なくとも一つから構成されている基材を用いることを特徴とする上記(1)〜(21)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(23)基材が結晶性を有さず、かつ有機薄膜が結晶性を有することを特徴とする上記(1)〜(22)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法や、(24)工程(B)が、少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤、及び該金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機溶媒溶液を、ディップ法、スピンコート法、ロールコート法、メイヤバー法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、刷毛塗り法及びスプレー法から選ばれる少なくとも1種の方法により、基材上に塗布する工程(B’)であることを特徴とする上記(1)〜(23)のいずれかに記載の有機薄膜の製造方法に関する。
本発明に用いる有機溶媒溶液に含まれる、少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤としては、少なくとも1以上の加水分解可能な官能基又は水酸基と疎水性基とを同一分子内に有するものであれば、特に制限されないが、基材表面上の活性水素と反応して結合を形成することができる加水分解性基や水酸基を有するものが好ましい。そのような金属系界面活性剤として、具体的には、前記式(I)で表される化合物を好ましく例示することができる。
よいハロゲン化炭化水素基、連結基を含む炭化水素基又は連結基を含むハロゲン化炭化水素基を表す。
連結基の具体例としては、−O−、−S−、−SO2−、−CO−、−C(=O)O−又は−C(=O)NR51−(式中、R51は、水素原子;メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基等のアルキル基;を表す。)等が挙げられる。
nは、1〜(m−1)のいずれかの整数を表す。高密度の有機薄膜を製造する上では、nは1であるのが好ましい。
nが2以上のとき、R1は同一であっても相異なっていてもよい。
また、(m−n)が2以上のとき、Xは同一であっても相異なっていてもよいが、(m−n)個のXのうち、少なくとも一個のXは加水分解性基又は水酸基である。
(1)CH3−(CH2)g−MYrXm−r−1
(2)CH3−(CH2)s−O−(CH2)t−MYrXm−r−1
(3)CH3−(CH2)u−Si(CH3)2−(CH2)v−MYrXm−r−1
(4)CF3COO−(CH2)w−MYrXm−r−1
等を好ましい態様の一つとして例示することができる。
上記式中、g、s、t、u、v、及びwは、任意の整数を表すが、特に好ましい範囲として、gは1〜25、sは0〜12、tは1〜20、uは0〜12、vは1〜20、wは1〜25を例示することができる。
M、Y、X、r及びmは、式(II)における意味と同じ意味を表す。
なお、以下においては、金属原子Mがケイ素原子である化合物を代表例として示しているが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、加水分解性基についても、例示した官能基に限定されず他の加水分解性基が結合したものであってもよい。
CF3CH2O(CH2)15Si(OCH3)3
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OCH3)3
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OCH3)3
CH3COO(CH2)15Si(OCH3)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)7−(CH=CH)3−Si(OCH3)3
CH3CH2O(CH2)15Si(OC2H5)3
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OC2H5)3
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)3
CF3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)3
CH3COO(CH2)15Si(OC2H5)3
CF3COO(CH2)15Si(OC2H5)3
CF3COO(CH2)15Si(OCH3)3
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OC2H5)3
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OC2H5)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OC2H5)3
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OC2H5)3
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OC2H5)2
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(OC2H5)
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)2(OCH3)
CF3(CF2)3(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)3(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)5(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)7(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(OCH3)3
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)−
CONH(CH2)3Si(OCH3)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CH2)2Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)3(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)5(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)7(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)4(CF2)2(CH2)2Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)4(CF2)2(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)4(CH2)2O(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)−
CONH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3
CH3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OCH3)2
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3
CH3(CF2)7(CH2)2Si(NCO)3
CH3(CF2)8(CH2)2Si(OCH3)3
CH3(CF2)8(CH2)2Si(NCO)3
CH3(CF2)9(CH2)2Si(OCH3)3
CH3(CF2)9(CH2)2Si(NCO)3
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(OCH3)3
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(NCO)3
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(OCH3)3
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(NCO)3
CH3CH2(CF2)10(CH2)2Si(OCH3)3
CH3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OCH3)3
CH3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)3
CH3(CF2)8(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)3
CH3(CF2)9(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)3
CH3CH2(CF2)6(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)3
CH3(CF2)6CONH(CH2)3Si(OCH3)3
CH3(CF2)8CONH(CH2)3Si(OCH3)3
CH3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)−
CONH(CH2)3Si(OCH3)3
CF3CH2O(CH2)15Si(OCH3)1(OH)2
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OCH3)(OH)2
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OCH3)(OH)2
CH3COO(CH2)15Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OCH3)(OH)2
CH3CH2O(CH2)15Si(OC2H5)(OH)2
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OC2H5)(OH)2
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)(OH)2
CF3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)(OH)2
CH3COO(CH2)15Si(OC2H5)(OH)2
CF3COO(CH2)15Si(OC2H5)(OH)2
CF3COO(CH2)15Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OC2H5)(OH)2
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OC2H5)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OC2H5)(OH)2
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OC2H5)(OH)2
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)9(CH2)2Si(CH3)(OH)2
CF3CH2O(CH2)15Si(OCH3)2(OH)
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OCH3)2(OH)
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OCH3)2(OH)
CH3COO(CH2)15Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3CH2O(CH2)15Si(OC2H5)2(OH)
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OC2H5)2(OH)
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)2(OH)
CF3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OC2H5)2(OH)
CH3COO(CH2)15Si(OC2H5)2(OH)
CF3COO(CH2)15Si(OC2H5)2(OH)
CF3COO(CH2)15Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OC2H5)2(OH)
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OC2H5)2(OH)
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OC2H5)2(OH)
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OC2H5)2(OH)
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OC2H5)(OH)
CF3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)3(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)3(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)3(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)3(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)5(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)7(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)7(CH2)2Si(NCO)(OH)2
CH3(CF2)8(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)8(CH2)2Si(NCO)(OH)2
CH3(CF2)9(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)9(CH2)2Si(NCO)(OH)2
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(NCO)(OH)2
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(NCO)(OH)2
CH3CH2(CF2)10(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)8(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)9(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CH3CH2(CF2)6(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)6CONH(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)8CONH(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CH3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(OCH3)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)2Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CH2)2Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)3(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)5(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)7(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)4(CF2)2(CH2)2Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)4(CF2)2(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)4(CH2)2O(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)(OH)
CH3(CH2)7Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OCH3)(OH)
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)7(CH2)2Si(NCO)2(OH)
CH3(CF2)8(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)8(CH2)2Si(NCO)2(OH)
CH3(CF2)9(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)9(CH2)2Si(NCO)2(OH)
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(NCO)2(OH)
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(NCO)2(OH)
CH3CH2(CF2)10(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)8(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)9(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3CH2(CF2)6(CH2)2O(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)6CONH(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)8CONH(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CH3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(OCH3)2(OH)
CF3CH2O(CH2)15Si(OH)3
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OH)3
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OH)3
CH3COO(CH2)15Si(OH)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OH)3
CH3CH2O(CH2)15Si(OH)3
CH3(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15Si(OH)3
CH3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OH)3
CF3(CH2)6Si(CH3)2(CH2)9Si(OH)3
CH3COO(CH2)15Si(OH)3
CF3COO(CH2)15Si(OH)3
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)7(CH=CH)3Si(OH)3
CF3(CF2)9(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OH)3
CF3(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)3(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)7(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)3(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)5(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)7(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)4O(CF2)2(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(OH)3
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(OH)3
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OH)3
CH3(CF2)7(CH2)2Si(OH)3
CH3(CF2)8(CH2)2Si(OH)3
CH3(CF2)9(CH2)2Si(OH)3
CH3CH2(CF2)6(CH2)2Si(OH)3
CH3CH2(CF2)8(CH2)2Si(OH)3
CH3CH2(CF2)10(CH2)2Si(OH)3
CH3(CF2)4O(CF2)2(CH2)2Si(OH)3
CH3(CF2)7(CH2)2O(CH2)3Si(OH)3
CH3(CF2)8(CH2)2O(CH2)3Si(OH)3
CH3(CF2)9(CH2)2O(CH2)3Si(OH)3
CH3CH2(CF2)6(CH2)2O(CH2)3Si(OH)3
CH3(CF2)6CONH(CH2)3Si(OH)3
CH3(CF2)8CONH(CH2)3Si(OH)3
CH3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(OH)3
CF3(CF2)5(CH2)2Si(CH3)(OH)2
CF3(CH2)2Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)3(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)5(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)7(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)4(CF2)2(CH2)2Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)4(CF2)2(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)4(CH2)2O(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)7CONH(CH2)2Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)7CONH(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CF3(CF2)3O[CF(CF3)CF(CF3)O]2CF(CF3)CONH(CH2)3Si(CH3)(OH)2
CH3(CF2)7(CH2)2Si(CH3)(OH)2
これらの化合物は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の工程(B)中の有機溶媒溶液に含まれる、前記金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒としては、金属系界面活性剤の金属部分又は加水分解性基部分等と、配位結合や水素結合等を介して相互作用をすることにより、加水分解性基又は水酸基を活性化させ、縮合を促進させる作用を有する触媒であれば、特に制限されない。なかでも、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化又は配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒、及び酸触媒からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物が好ましく、金属アルコキシド類、金属アルコキシド類部分加水分解生成物がより好ましい。
金属酸化物は、ゾル、ゲル、固体状等の何れの状態のものも使用することができる。ゲル、ゾルの製造方法は、特に限定されず、例えばシリカゾルを例にとると、珪酸ナトリウム溶液を陽イオン交換する方法、シリコンアルコキシドを加水分解する方法等を例示することができる。特に、有機溶媒中に安定に分散しているゾルが好ましく、さらに、ゾルの粒子径が10〜100nmの範囲、さらに好ましくは、10〜20nmの範囲であるものが好ましい。ゾルの形状は特に限定されず、球状、細長い形状等、いずれのものも用いることができる。
金属水酸化物としては、金属の水酸化物であれば、どのような製造方法で得られたものであってもよい。金属水酸化物の製造方法としては、後述の金属アルコキシド類を加水分解する方法、金属塩を金属水酸化物と反応させる方法等が挙げられる。また、金属水酸化物として市販されているものを、所望により精製して使用することもできる。
金属アルコキシド類のアルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、含有酸化物濃度、有機物の脱離の容易さ、入手の容易さ等から、炭素数1〜4がより好ましい。本発明に用いる金属アルコキシド類の具体例としては、Si(OCH3)4、Si(OC2H5)4、Si(OC3H7−i)4、Si(OC4H9−t)4等のケイ素アルコキシド;Ti(OCH3)4、Ti(OC2H5)4、Ti(OC3H7−i)4、Ti(OC4H9)4等のチタンアルコキシド;Ti[OSi(CH3)3]4、Ti[OSi(C2H5)3]4等のテトラキストリアルキルシロキシチタン;Zr(OCH3)4、Zr(OC2H5)4、Zr(OC3H7)4、Zr(OC4H9)4等のジルコニウムアルコキシド;Al(OCH3)4、Al(OC2H5)4、Al(OC3H7−i)4、Al(OC4H9)3等のアルミニウムアルコキシド;Ge(OC2H5)4等のゲルマニウムアルコキシド;In(OCH3)3、In(OC2H5)3、In(OC3H7−i)3、In(OC4H9)3等のインジウムアルコキシド;Sn(OCH3)4、Sn(OC2H5)4、Sn(OC3H7−i)4、Sn(OC4H9)4等のスズアルコキシド;Ta(OCH3)5、Ta(OC2H5)5、Ta(OC3H7−i)5、Ta(OC4H9)5等のタンタルアルコキシド;W(OCH3)6、W(OC2H5)6、W(OC3H7−i)6、W(OC4H9)6等のタングステンアルコキシド;Zn(OC2H5)2等の亜鉛アルコキシド;Pb(OC4H9)4等の鉛アルコキシド;等が挙げられる。これらの金属アルコキシド類は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
また本発明においては、金属アルコキシド類として、2種以上の金属アルコキシド類の反応により得られる複合アルコキシド、1種もしくは2種以上の金属アルコキシド類と、1種もしくは2種以上の金属塩との反応により得られる複合アルコキシド、及びこれらの組み合わせを用いることもできる。
その具体例としては、BaTi(OR)6、SrTi(OR)6、BaZr(OR)6、SrZr(OR)6、LiNb(OR)6、LiTa(OR)6、及び、これらの組合せ、LiVO(OR)4、MgAl2(OR)8、(RO)3SiOAl(OR’)2、(RO)3SiOTi(OR’)3、(RO)3SiOZr(OR’)3、(RO)3SiOB(OR’)2、(RO)3SiONb(OR’)4、(RO)3SiOTa(OR’)4等のケイ素アルコキシドと、前記金属アルコキシド類との反応物及びその縮重合物等が挙げられる。ここで、R及びR’はアルキル基等を表す。
金属塩としては、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩等を、金属アルコキシド類としては、上述した金属アルコキシド類と同様のものをそれぞれ例示することができる。
金属アルコキシド類部分加水分解生成物は、金属アルコキシド類を完全に加水分解する前に得られるものであって、例えば、金属酸化物ゾルの前駆体、又はオリゴマーの状態で存在するもの等を例示することができる。
具体的には、有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、凝集せずに安定に分散している性質を有する分散質を好ましく例示することができる。この場合、分散質とは、分散系中に分散している微細粒子のことをいい、具体的には、コロイド粒子等を例示することができる。ここで凝集せずに安定に分散している状態とは、有機溶媒中、酸、塩基及び/又は分散安定化剤の非存在下、加水分解生成物の分散質が、凝結して不均質に分離していない状態を表し、好ましくは透明で均質な状態を表す。また透明とは、可視光における透過率が高い状態をいい、具体的には、分散質の濃度を酸化物換算で0.5重量%とし、石英セルの光路長を1cmとし、対照試料を有機溶媒とし、光の波長を550nmとする条件で測定した分光透過率で表して、好ましくは80〜100%の透過率を表す状態をいう。加水分解生成物の分散質の粒子径は特に限定されないが、可視光における高い透過率を得るためには、通常1〜100nm、好ましくは1〜50nm、より好ましくは1〜10nmの範囲である。また、酸、塩基、分散安定化剤については、後述する。
(1)有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、金属アルコキシド類に対し0.5〜1.0倍モルの範囲内の水を添加する方法、
(2)有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、加水分解が開始する温度以下、又は0℃以下、好ましくは−50〜−100℃の範囲で、金属アルコキシド類に対し1.0〜2.0倍モルの範囲内の水を添加する方法、
(3)有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、水の添加速度を制御する、添加する水の濃度を水溶性溶媒等を用いて薄める等の方法により加水分解速度を制御しながら、金属アルコキシド類に対し0.5〜2.0倍モルの範囲内の水を室温で添加する方法、等を例示することができる。
混合溶媒として用いる場合には、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒と、メタノール、エタノール、イソプロパノ−ル、t−ブタノール等の低級アルコール溶媒系の組み合わせが好ましい。この場合の低級アルコール系溶媒としては、イソプロパノ−ル、t−ブタノール等の2級以上のアルコール系溶媒を用いるのがより好ましい。混合溶媒の混合比は特に制限されないが、炭化水素系溶媒と低級アルコール系溶媒を、体積比で、99/1〜50/50の範囲で用いるのが好ましい。
金属アルコキシド加水分解生成物は、金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で加水分解することによって得られる生成物である。
該加水分解生成物は、金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で加水分解することによって得られたものであっても、金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量未満の水で部分加水分解することによって、金属アルコキシド類の部分加水分解生成物を得た後、この部分加水分解生成物を、さらに所定量の水(先の部分加水分解に使用した水の量との合計で金属アルコキシド類の2倍当量以上となる量の水)で加水分解することによって得られたものであってもよい。
用いる水は、中性であれば特に制限されないが、不純物が少なく、緻密な有機薄膜を得る観点から、純水、蒸留水又はイオン交換水を用いるのが好ましい。
水の使用量は、前記金属アルコキシド類に対し2倍当量以上、好ましくは2.0〜8倍当量の範囲、より好ましくは3〜5倍当量の範囲である。
(1)金属アルコキシド類の有機溶媒溶液に、水又は有機溶媒で希釈した水を添加する方法、
(2)水が懸濁又は溶解した有機溶媒中に、金属アルコキシド類、又は金属アルコキシド類の有機溶媒溶液を添加する方法、等を例示することができる。この場合、金属アルコキシド類の有機溶媒中の濃度は、急激な発熱を抑制し、撹拌が可能な流動性を有する範囲であれば特に限定されないが、5〜30重量%の範囲が好ましい。
また、該加水分解生成物は、有機溶媒以外の水、酸、塩基又は分散安定化剤等についても前記部分加水分解生成物において用いられたものが同様に使用でき制限されない。
キレート化又は配位化された金属化合物は、金属化合物の溶液に、該金属化合物の金属と錯体を形成し得るキレート化剤又は配位化合物を添加することで、調製することができる。キレート化剤又は配位化合物としては、金属水酸化物、金属アルコキシド類、又は金属アルコキシド類を水で処理して得られた加水分解生成物の金属にキレート化又は配位して、錯体を形成し得るものであれば特に限定されない。
キレート化剤又は配位化合物の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪族カルボン酸類;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸類;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、アレイン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸類;安息香酸、トルイル酸、フタル酸等の芳香族カルボン酸類;クロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等のハロゲノカルボン酸類;アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン等のβ−ジケトン類;アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等のβ−ケトエステル類;テトラヒドロフラン、フラン、フランカルボン酸、チオフェン、チオフェンカルボン酸、ピリジン、ニコチン酸、イソニコチン酸等の複素環化合物類;等が挙げられる。これらは1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
シラノール縮合触媒としては、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレート等を例示することができる。具体的には、酢酸第一スズ、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクテート、ジブチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジオクテート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクタン酸第一スズ、ナフテン酸鉛、ナフテン酸コバルト、2−エチルヘキセン酸鉄、ジオクチルスズビスオクチリチオグリコール酸エステル塩、ジオクチルスズマレイン酸エステル塩、ジブチルスズマレイン酸塩ポリマー、ジメチルスズメルカプトプロピオン酸塩ポリマー、ジブチルスズビスアセチルアセテート、ジオクチルスズビスアセチルラウレート、チタンテトラエトキサイド、チタンテトラブトキサイド、チタンテトライソプロポキサイド、チタンビス(アセチルアセトニル)ジプロポキサイド等を例示することができる。
本発明に用いられる有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪族モノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸;アクリル酸、プロピオール酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、オレイン酸等の不飽和脂肪族モノカルボン酸;フマル酸、マレイン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸;安息香酸、4−クロロ安息香酸、ナフタレンカルボン酸等の芳香族カルボン酸;モノクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等のハロゲン原子で置換された脂肪族カルボン酸;グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸等のヒドロキシカルボン酸;フェニル酢酸、3−フェニルプロピオン酸等の芳香族基で置換された脂肪族カルボン酸;ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等のスルホン酸;等が挙げられる。
酸解離定数Kaは、ガラス電極、金属電極、金属アマルガム電極、酸化還元電極、イオン選択性電極等のさまざまな電極を用いる、ポテンショメトリーにより精度よく測定することができる。本発明において、酸解離定数Kaは、水溶液中(水に溶解しないものは、水と適当な有機溶媒との混合溶媒、又は適当な有機溶媒中)のpH値を測定することにより求めることができる。pKa値は、測定条件により、±0.3程度相違する場合がある。なお、種々の有機酸の酸解離定数Ka又はpKa値は、A.E.Martell,R.M.Smith,Critical Stability Constants,Vol.1,2,3,5,Plenum Press(1974,1975,1977,1982)等に記載されている。
酸触媒としては、塩酸、硝酸、ホウ酸、ホウフッ化水素酸等の鉱酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸、炭酸、トリフルオロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等の有機酸等を例示することができ、さらには、光照射によって酸を発生する光酸発生剤、具体的には、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルホスホニウムヘキサフルオロホスフェート等を例示することができる。
本発明に用いる有機溶媒溶液に用いる有機溶媒としては、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒、及びシリコーン系溶媒が好ましく、炭化水素系溶媒がより好ましい。なかでも、沸点が100〜250℃の範囲内のものが特に好ましい。
具体的には、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、灯油、リグロイン等の炭化水素系溶媒;CBr2ClCF3、CClF2CF2CCl3、CClF2CF2CHFCl、CF3CF2CHCl2、CF3CBrFCBrF2、CClF2CClFCF2CCl3、Cl(CF2CFCl)2Cl、Cl(CF2CFCl)2CF2CCl3、Cl(CF2CFCl)3Cl等フロン系溶媒、フロリナート(3M社製品)、アフルード(旭ガラス社製品)等のフッ化炭素系溶媒;ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーン等のシリコーン系溶媒;が挙げられる。これらの溶媒は1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いる有機溶媒溶液中の金属系界面活性剤の含有量は、特に制限はないが、緻密な単分子膜を製造するためには、0.1〜30重量%の範囲が好ましい。
本発明の有機薄膜の製造方法は、少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤、及び該金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機溶媒溶液に、基材を接触させる工程(B)を少なくとも有する、基材表面に有機薄膜を形成する有機薄膜の製造方法において、前記工程(B)より後に、前記有機溶媒溶液に接触させた基材を100〜150℃の範囲内で加熱する工程(E1)、前記有機溶媒溶液に接触させた基材を40℃以上沸点未満の温水に浸漬する工程(E2)、又は前記有機溶媒溶液に接触させた基材を60℃〜150℃の範囲内の水蒸気に接触させる工程(E3)をさらに有することを特徴とする。工程(B)より後に、上記工程(E1)、上記工程(E2)、又は上記工程(E3)を有することにより、耐熱性や耐久性等の膜物性がより優れた有機薄膜を得ることができる。工程(E1)や工程(E2)や上記工程(E3)を有すると、本発明に用いる金属系界面活性剤の加水分解性基や水酸基が、隣接する分子間で加水分解して結合する割合が高まり、有機薄膜の耐熱性や耐久性等の膜物性が向上する。
なお、工程(E1)において、本発明の有機溶媒溶液に接触させた基材に接触する所定の温度の気体の相対湿度は特に制限されないが、本発明の有機溶媒溶液に接触させた基材の表面に接触する気体の相対湿度が、60%RH以下であることが好ましく、40%RH以下であることがより好ましく、20%RH以下であることがさらに好ましい。
工程(F2)は、温水に浸漬した基材を、所定の温度範囲で加熱させる限り、加熱時間等のその他の条件は特に制限されないが、例えば、1〜60分間の範囲内、好ましくは10〜20分間の範囲内加熱することができる。
なお、工程(F2)において、温水に浸漬した基材の表面に接触する所定の温度の気体の相対湿度は特に制限されないが、温水に浸漬した基材の表面に接触する気体の相対湿度が、60%RHより低いことが好ましく、40%RHより低いことがより好ましく、20%RHより低いことがさらに好ましい。
また、本発明の有機薄膜の製造方法は、工程(E1)、工程(E2)及び工程(E3)のいずれかの工程を有していればよいが、工程(E1)、工程(E2)及び工程(E3)から選ばれるいずれか1つ又は2つ以上の工程を有していてもよい。
なお、プラスチックや合成繊維のように表面に水酸基を持たない材質からなる基材であっても、酸素を含むプラズマ雰囲気中で予め基材表面を処理(例えば100Wで20分)したり、コロナ処理して親水性基を導入することにより、好ましく使用することができる。ポリアミド樹脂又はポリウレタン樹脂等からなる基材は、表面にイミノ基が存在しており、このイミノ基の活性水素と金属系界面活性剤のアルコキシシリル基等とが脱アルコール反応し、シロキサン結合(−SiO−)を形成するのでとくに表面処理を必要としない。
本発明の有機薄膜の製造方法に用いる基材としては、金属、ガラス、シリコンウェハー、セラミックス、及びプラスチックからなる群から選ばれる少なくとも1つから構成されている基材が好ましい。
本発明における有機薄膜は、結晶性有機薄膜、単分子膜、化学吸着膜、自己集合膜のいずれにも該等しない有機薄膜であってもよいが、結晶性有機薄膜、単分子膜、化学吸着膜、及び自己集合膜から選ばれる1つ又は2つ以上に該当する膜であることが好ましく、これらから選ばれる2つ以上に該当する膜であることがより好ましい。
1.金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒の調製
チタンテトライソプロポキシド(純度99%、酸化チタン換算濃度28.2重量%、日本曹達株式会社製)12.4gを4つ口フラスコ中で、トルエン45.0gに溶解し、窒素ガス置換した後に、エタノール/液体窒素バス中で−80℃に冷却した。別に、イオン交換水1.26g(H2O/Ti=1.6(モル比))をイソプロパノール11.3gに混合後、−80〜−70℃に冷却した状態で、上記4つ口フラスコ中へ攪拌しながら滴下した。滴下中は、フラスコ内の液温を−80〜−70℃に維持した。滴下終了後、30分間冷却しながら攪拌後、室温まで攪拌しながら昇温して、無色透明な酸化チタン換算濃度5重量%の部分加水分解溶液(触媒溶液)を得た。
有機薄膜製造用溶液の調製用の金属界面活性剤として、n−オクタデシルトリメトキシシラン(Gelest社製)(以下、「ODS」ということがある。)を用いた。
水分含量450ppmのトルエンに、最終濃度0.5重量%に相当する上記2.の金属系界面活性剤を加え室温で30分間攪拌した。次に、金属系界面活性剤の1/10倍モル(TiO2換算)相当の上記1.記載の触媒溶液を滴下し、滴下終了後、室温で3時間攪拌した。この溶液中に、その水分含量が500ppmになるように水を加え有機溶媒溶液を得た。
超音波洗浄およびオゾン洗浄したニッケル基板(「Ni鏡面板」;若狭電気産業株式会社製)を、上記3.で得られた有機溶媒溶液に、60分間浸漬後引き上げ、トルエンで超音波洗浄した後に、表1に示す後処理工程を行って有機薄膜(実施例1〜8)を製造した。
また、比較例1として、通常の後処理工程を行ったものを、比較例2として、水蒸気ではなくイソプロパノールの蒸気を曝露したものを製造した。
上記4.で得られたそれぞれの有機薄膜について、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を表1に示す。
上記4.で得られたそれぞれの有機薄膜の耐熱性を評価するために、有機薄膜を250℃、10分間加熱した後、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を表2に示す。なお、本耐熱性評価試験に用いた有機薄膜のうち、実施例4及び実施例5の有機薄膜については、温水への浸漬処理は行ったが、その後の100℃、10分の処理は行っていないものを用いた。
上記4.で得られたそれぞれの有機薄膜について、赤外全反射吸収スペクトル法(ATR法)によりIRを測定した。測定したIRの結果を、以下の表3の評価基準を用いて、有機薄膜のクロスリンクや結晶性を評価した。
上記表1、表2、表4の結果を、表5にまとめた。なお、表5にまとめる際、表1の結果を、3段階(◎ 水 107°以上、テトラデカン(TD) 34°以上; ○ 主として水 106°以上又はTD 34°以上; △ 前記基準以下のもの)で評価し、表2の結果を4段階(◎ 水 97°以上、テトラデカン(TD)13°以上; ○ 主として水 94°以上、TD 10.5°以上; △ 水 92−94°、TD 10°以上; × 上記基準以下のもの)で評価した。
これらの実施例の中でも、実施例8(高温、高湿度処理)の有機薄膜が最も優れていた。
超音波洗浄およびオゾン洗浄したシリコン基板(「6インチシリコンウェハー」;東芝セラミックス株式会社製)を、上記3.で得られた有機溶媒溶液に、10分間浸漬後引き上げ、トルエンで超音波洗浄した後に、表6に示す後処理工程を行って有機薄膜(実施例9〜12)を製造した。また、比較例3として、通常の後処理工程を行ったものを製造した。
上記9.で得られたそれぞれの有機薄膜の耐熱性を評価するために、比較例3、実施例10、及び実施例12の有機薄膜を270℃、10分間加熱した後、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を表7に示す。
上記9.で得られたそれぞれの有機薄膜の耐熱性を評価するために、比較例3、実施例9、及び実施例11の有機薄膜を250℃、10分間加熱した後、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を表8に示す。
上記表6〜表8の結果を、表9にまとめた。なお、表9にまとめる際、表6の結果を、3段階(◎ 水 107°以上、テトラデカン(TD) 34°以上; ○ 水 106°以上又はTD 34°以上; △ 前記基準以下のもの)で評価し、表7を3段階(◎
テトラデカン(TD)16°以上; ○ TD 10°以上16°程度まで; × TD 10°未満のもの)で評価し、表8を3段階(◎ テトラデカン(TD)25°以上; ○ TD 10°以上20−25°程度まで; × TD 20°未満のもの)で評価した。
1.金属系界面活性剤の調製2
有機薄膜製造用溶液の調製用の金属界面活性剤として、フルオロアルキルシラン(Gelest社製)(以下、「FAS」ということがある。)を用いた。
水分含量450ppmのトルエンに、最終濃度0.5重量%に相当する上記1.の金属系界面活性剤を加え室温で30分間攪拌した。次に、金属系界面活性剤の1/10倍モル(TiO2換算)相当の上記実施例Aの1.記載の触媒溶液を滴下し、滴下終了後、室温で3時間攪拌した。この溶液中に、その水分含量が500ppmになるように水を加え有機溶媒溶液を得た。
超音波洗浄およびオゾン洗浄したシリコン基板(「6インチシリコンウェハー」;東芝セラミックス株式会社製)を、上記2.で得られた有機溶媒溶液に、60分間浸漬後引き上げ、トルエンで超音波洗浄した後に、表10に示す後処理工程を行って有機薄膜(実施例13〜15)を製造した。また、比較例4として、通常の後処理工程を行ったものを製造した。
上記3.で得られたそれぞれの有機薄膜について、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を表10に示す。
上記3.で得られたそれぞれの有機薄膜の耐熱性を評価するために、比較例4、実施例13〜実施例15の有機薄膜を450℃、10分間加熱した後、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を表11に示す。
上記表10及び表11の結果を、表12にまとめた。なお、表12にまとめる際、表10の結果を、3段階(◎ 水 108°以上、テトラデカン(TD) 65°以上; ○
水 106°以上又はTD 63°以上; △ 前記基準以下のもの)で評価し、表11を4段階(◎水 100°以上、テトラデカン(TD) 55°以上; ○ 水 100°以上、TD 50°程度; △ 水 90°以上、TD 45°以上;× 水 90°未満、TD 50°未満)で評価した。
UVオゾン処理したシリコン基板(「6インチシリコンウェハー」;東芝セラミックス株式会社製)を、上記2.で得られた有機溶媒溶液に、30分間浸漬後引き上げ、トルエンで超音波洗浄した後に、60℃の温水に10分又は3時間浸漬して有機薄膜(実施例16及び17)を製造した。また、比較例5として、後処理工程を行わないで有機薄膜を製造した。
上記7.で得られたそれぞれの有機薄膜の耐熱性を評価するために、比較例5、実施例16、及び実施例17の有機薄膜を350℃、450℃及び500℃で夫々10分間加熱した後、純水及びテトラデカン(TD)の接触角を測定した。接触角の測定は、接触角計(協和界面科学株式会社製、「Drop Master 700」)により行った。それぞれの有機薄膜について測定した接触角を図1及び図2に示す。60℃の温水に10分又は3時間浸漬した有機薄膜(実施例16及び17)は、いずれも未処理のもの(比較例5)に比べて、接触角の低下が少ないことから、耐熱性が優れていることが分かった。
Claims (24)
- 少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤、及び該金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機溶媒溶液に、基材を接触させる工程(B)を少なくとも有する、基材表面に有機薄膜を形成する有機薄膜の製造方法において、前記工程(B)より後に、前記有機溶媒溶液に接触させた基材を100〜150℃の範囲内で加熱する工程(E1)、前記有機溶媒溶液に接触させた基材を40℃以上沸点未満の温水に浸漬する工程(E2)、又は前記有機溶媒溶液に接触させた基材を60〜150℃の範囲内の水蒸気に接触させる工程(E3)をさらに有することを特徴とする有機薄膜の製造方法。
- 工程(E3)における60〜150℃の範囲が、80〜130℃の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 工程(E2)より後に、温水に浸漬した基材を80〜150℃の範囲内で加熱する工程(F2)をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 工程(F2)における80〜150℃の範囲内が、100〜130℃の範囲であることを特徴とする請求項3に記載の有機薄膜の製造方法。
- 工程(B)より前に、基材をUVオゾン処理する工程(A)をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 工程(B)より後であって、工程(E1)、工程(E2)又は工程(E3)より前に、基材を炭化水素系有機溶剤で洗浄する工程(C)をさらに有する請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 工程(C)と、工程(E1)、工程(E2)又は工程(E3)との間に、基材に付着した炭化水素系有機溶剤を除去する工程(D)をさらに有することを特徴とする請求項6に記載の有機薄膜の製造方法。
- 金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒として、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化又は配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒、及び酸触媒からなる群から選ばれる少なくとも1種の触媒を用いることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化又は配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物における金属として、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、インジウム、スズ、タンタル、亜鉛、タングステン、鉛から選ばれる1種以上の金属を用いることを特徴とする請求項8に記載の有機薄膜の製造方法。
- 金属アルコキシド類部分加水分解生成物として、有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、凝集せずに安定に分散している性質を有する生成物を用いることを特徴とする請求項8に記載の有機薄膜の製造方法。
- 金属アルコキシド類部分加水分解生成物として、有機溶媒中、金属アルコキシド類に対し0.5〜2.0倍モルの範囲内の水を用い、−100℃から有機溶媒還流温度範囲で加水分解して得られた生成物を用いることを特徴とする請求項8に記載の有機薄膜の製造方法。
- 有機酸として、pKa値が1〜6の範囲の有機酸を用いることを特徴とする請求項8に記載の有機薄膜の製造方法。
- 少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤として、式(I)
R1 nMXm−n ・・・(I)
(式中、R1は、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいハロゲン化炭化水素基、連結基を含む炭化水素基、又は連結基を含むハロゲン化炭化水素基を表し、Mは、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、スズ原子、チタン原子、及びジルコニウム原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を表し、Xは、水酸基又は加水分解性基を表し、nは、1〜(m−1)のいずれかの整数を表し、mはMの原子価を表し、nが2以上の場合、R1は、同一または相異なっていてもよく、(m−n)が2以上の場合、Xは同一であっても、相異なっていてもよい。但し、(m−n)個のXのうち、少なくとも一個のXは、加水分解性基又は水酸基である。)で表される化合物を用いることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。 - 少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤として、式(II)
R2 3C−(CR3 2)p−R4q−MYrXm−r−1 ・・・(II)
(式中、Mは、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、スズ原子、チタン原子、及びジルコニウム原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属原子を表し、Xは、水酸基又は加水分解性基を表し、R2及びR3は、それぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、R4は、アルキレン基、ビニレン基、エチニレン基、アリーレン基、又はケイ素原子及び/若しくは酸素原子を含む2価の連結基を表し、Yは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、含フッ素アルキル基、又は含フッ素アルコキシ基を表し、pは0又は自然数を表し、qは0又は1を表し、rは0〜(m−2)の整数を表し、rが2以上の場合、Yは、同一または相異なっていてもよく、(m−r−1)が2以上の場合、Xは、同一または相異なっていてもよい。但し、(m−n−1)個のXのうち、少なくとも一個のXは、加水分解性基又は水酸基である。)で表される化合物を用いることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。 - Xが、ハロゲン原子、C1〜C6アルコキシ基、又はアシルオキシ基からなる加水分解性基であることが特徴とする請求項13又は14に記載の有機薄膜の製造方法。
- 有機溶媒溶液として、炭化水素系溶媒溶液又はフッ化炭素系溶媒溶液を用いることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 有機薄膜が、結晶性有機薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 有機薄膜が、単分子膜であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 有機薄膜が、化学吸着膜であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 有機薄膜が、自己集合膜であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 基材として、表面に活性水素を含む基材を用いることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 基材として、金属、ガラス、シリコンウェハー、セラミックス、及びプラスチックからなる群から選ばれる少なくとも一つから構成されている基材を用いることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 基材が結晶性を有さず、かつ有機薄膜が結晶性を有することを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
- 工程(B)が、少なくとも1以上の加水分解性基又は水酸基を有する金属系界面活性剤、及び該金属系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機溶媒溶液を、ディップ法、スピンコート法、ロールコート法、メイヤバー法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、刷毛塗り法及びスプレー法から選ばれる少なくとも1種の方法により、基材上に塗布する工程(B’)であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜の製造方法。
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