JPWO2017188047A1 - 樹脂組成物、その硬化膜およびその製造方法ならびに固体撮像素子 - Google Patents

樹脂組成物、その硬化膜およびその製造方法ならびに固体撮像素子 Download PDF

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Abstract

(A)ポリシロキサンと、(B)溶媒を含む樹脂組成物であって、
(A)ポリシロキサンが下記一般式(1)〜(3)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含み、前記樹脂組成物を塗布し、100℃で3分間乾燥させた後の膜厚Xと、その後、230℃で5分間加熱した後の膜厚Yの関係が、(X−Y)/X≦0.05である樹脂組成物。本樹脂組成物は、凹凸部分への塗布性に優れ、薄膜でも優れた平坦化性能を有する。
【化1】
Figure 2017188047

(Rは単結合または炭素数1〜4のアルキル基、Rは炭素数1〜4のアルキル基、Rは有機基を示す。)

Description

本発明は、樹脂組成物、その硬化膜およびその製造方法ならびに固体撮像素子に関する。
近年、デジタルカメラやカメラ付携帯電話等の急速な発展に伴って、固体撮像素子の小型化、高画素化が要求されている。固体撮像素子の小型化は感度低下を招くため、光センサー部とカラーフィルターの間に光導波路を形成することで、光を効率的に集光し、感度の低下を防いでいる。
光導波路の一般的な作製方法としては、CVD法などにより形成した無機膜をドライエッチングで加工する方法や、樹脂を塗布し加工する方法が挙げられる。
光導波路形成材料には、高い透過率を維持しつつ、耐湿性、耐薬品性、凹凸部分への塗布性、平坦化性等に優れることが要求される。このような要求を満たす樹脂として、ポリシロキサン樹脂が用いられている。
例えば、特許文献1には、優れた塗布性を有し、平坦化膜に適用可能なポリシロキサンとして、フッ素を側鎖に有するシランと、アクリル基を側鎖に有するシラン等との共重合ポリシロキサンが記載されている。また、特許文献2には、高硬度でパターン加工性にも優れ、平坦化膜に適用可能なポリシロキサンとして、カルボキシル基とラジカル重合性基を有するポリシロキサンが記載されている。特許文献3には、高解像にビアを形成可能であり、かつ、現像装置内に堆積物を生じない感光性樹脂組成物として、光重合可能な不飽和結合基、及びカルボキシル基、及び/又は酸無水物基を含むポリシロキサンを含む感光性樹脂組成物が記載されている。
特開2013−014680号公報 国際公開第2010/061744号 特開2015−68930号公報
近年、光導波路にはさらなる薄膜化が要求されており、薄膜における平坦化性能がより重要になっている。特許文献1〜3に記載の技術では、そのような薄膜での平坦化性能が十分ではなかった。
本発明は、凹凸部分への塗布性に優れ、薄膜でも優れた平坦化性能を有する樹脂組成物をすることを目的とする。
本発明は、(A)ポリシロキサンを含む樹脂組成物であって、(A)ポリシロキサンが下記一般式(1)〜(3)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含み、(A)ポリシロキサン中に含まれるスチリル基のモル量が、Si原子の100モル%に対して40モル%以上99モル%以下である、樹脂組成物である。
Figure 2017188047
(Rは単結合または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。)
本発明の樹脂組成物は、凹凸部分への塗布性に優れ、薄膜でも優れた平坦化性能を有する。
支持基板にパターンが形成された凹凸構造を有する基板の上面図 支持基板にパターンが形成された凹凸構造を有する基板の断面図 凹凸構造を有する基板に樹脂膜を形成した状態の断面図 凹凸構造を有する基板に樹脂膜を形成した状態の断面図 シリコンウェハにパターンが形成された凹凸構造を有する基板の上面図 シリコンウェハに硬化膜パターンが形成された凹凸構造を有する基板の断面図 硬化膜パターンを有するシリコンウェハに樹脂膜を形成した状態の断面図 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物を用いた硬化膜の作製例を示す工程図 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物を用いた硬化膜の作製例を示す工程図 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物を用いた硬化膜の作製例を示す工程図
以下、本発明に係る樹脂組成物、その硬化膜およびその製造方法ならびに固体撮像素子の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。
<樹脂組成物>
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(A)ポリシロキサンを含む樹脂組成物であって、(A)ポリシロキサンが下記一般式(1)〜(3)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含み、(A)ポリシロキサン中に含まれるスチリル基のモル量が、Si原子の100モル%に対して40モル%以上99モル%以下である、樹脂組成物である。
Figure 2017188047
は単結合または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。
本発明者らは、凹凸構造を有する表面を薄膜により平坦化するという課題を解決するにあたり、平坦化材料の熱収縮に着目した。
ここでいう凹凸構造とは、例えば、図1および図2に示す凹凸構造をいう。図1は凹凸構造を有する基板(以下、「凹凸基板」)を上面から見た図であり、図2は、図1のA−A’線における断面図である。パターン部1が凸部であり、パターンの開口部、すなわち支持基板2が露出している部分が凹部である。この凹凸構造は、深さH、凹部の幅W1、凸部の幅W2の段差を有する。
ここで、
W1≧W2
H≧W2
0.1μm≦H≦5.0μm
0.1μm≦W1≦5.0μm
である。
このような凹凸基板上に、スピンコートやスリットコートなどの手法で樹脂組成物を塗布し、キュアをして硬化膜を得た場合には、一般的に図3のような断面図になる。ここで、dはキュア前の凸部における樹脂膜厚、dはキュア後の凸部における樹脂膜厚、dはキュア前の凹部における樹脂膜厚、dはキュア後の凹部における樹脂膜厚、である。
膜厚の大小関係は、d<dかつd<dであり、キュア時に膜が収縮する割合は凸部と凹部で変わらないため、(d−d)<(d−d)が成り立つ。したがって、凹部のほうが膜厚の変化量が大きく、凹みが生じる。熱収縮が大きい材料では(d−d)<(d−d)が大きくなり、凹みが大きくなるが、熱収縮が小さい材料では(d−d)<(d−d)が小さくなるため、凹みが小さく、平坦になりやすい。
ここで、凹凸基板上の樹脂膜厚が十分に大きい場合では、樹脂の自由体積が大きくなり、熱収縮と同時に樹脂の流動が生じ、平坦性が改善する場合もある。しかし、固体撮像素子の光導波路に用いられる平坦化材料は、光路長を短縮するために薄膜であることが求められる。光路長を短縮することにより、光のロスを低減し、感度を向上させることができるからである。
固体撮像素子の光導波路に求められる膜厚は、光導波路のサイズにより異なるが、図4のように断面を図示した場合、dTOP/H ≦ 0.3であることが好ましい。dTOPとは、凹凸基板の凸部の高さを基準としたときの、凸部における光導波路の膜厚をいい、後述の方法で測定される。dTOPがこの範囲にあると、キュア時の樹脂の流動が起こりにくく、膜の収縮による影響が大きくなり平坦性が崩れやすい。そのため、熱収縮が小さい材料が求められる。
求められる平坦性としては、図4に示すdTOPとdBOTTOMがdBOTTOM/dTOP≧0.7の関係にあることが望ましい。dBOTTOMとは、凹凸基板の凸部の高さを基準としたときの、凹部における光導波路の膜厚をいい、後述の方法で測定される。
TOPおよびdBOTTOMは、樹脂組成物の硬化膜を形成した凹凸基板に傷を付けて劈開し、電解放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)にて測長する。固体撮像素子の光導波路であれば、1〜5万倍程度の倍率でdTOPおよびdBOTTOMを測定できる。dTOPおよびdBOTTOMとしては、凸部および凹部の中央部分の膜厚を3箇所で測定し、それらの平均値を採用する。3箇所は、基板の中心部とそれに隣接する左右の凹凸を選択する。
本発明者らは、樹脂組成物の熱収縮に着目し、キュアして硬化膜を形成する際、キュア前後の膜厚の変化率が小さい樹脂組成物を適用することで、凹凸基板に塗布し硬化させた際に、dBOTTOM/dTOPが1に近づき、平坦性に優れた硬化膜が得られることを見出した。
具体的には、(A)ポリシロキサンが上記一般式(1)〜(3)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含み、(A)ポリシロキサン中に含まれるスチリル基のモル量が、Si原子の100モル%に対して40モル%以上99モル%以下である樹脂組成物を適用することで、膜厚の変化率が小さく、平坦性に優れた硬化膜を得ることができる。そして、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、230℃で5分間加熱する前後の膜厚変化率が5%以下であることが好ましい。
ところで、後述のように、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、凹凸基板上に塗布膜を形成した後に露光および現像工程を経てからキュアされる、感光性組成物である場合と、そのような露光および現像工程を経ないでキュアされる、非感光性組成物である場合とがある。いずれの場合も、本発明の効果を奏する上で大切なのは、キュア直前の膜厚と直後の膜厚の関係である。
そこで、本発明において、樹脂組成物の230℃で5分間加熱する前後の膜厚変化率は以下のように定義される。
まず、樹脂組成物が非感光性組成物である場合は、樹脂組成物を塗布し、100℃で3分間乾燥させた後の膜厚を膜厚Xとし、その後、230℃で5分間加熱した後の膜厚を膜厚Yとしたときに、(X−Y)/X≦0.05の関係にあることをいう。
次に、樹脂組成物が感光性組成物である場合は、樹脂組成物を塗布し、100℃で3分間乾燥させた後、i線ステッパー露光機により、露光量を400mJ/cmで露光する。その後、0.4重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスする。さらに100℃で3分間加熱乾燥させた後の膜厚を膜厚X’とし、その後、230℃で5分間加熱した後の膜厚を膜厚Yとしたときに、(X’−Y)/X’≦0.05の関係にあることをいう。
なお、膜厚X、X’およびYは、平滑な基板上に塗布した際の膜厚である。本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、非感光性組成物である場合は、平滑な基板上でXが0.95〜1.1μmの範囲に入るような条件で塗布した際に(X−Y)/X≦0.05の関係を満たすものである。また、感光性組成物である場合は、平滑な基板上でX’が0.95〜1.1μmの範囲に入るような条件で塗布、露光および現像した際に(X’−Y)/X’≦0.05の関係を満たすものである。
膜厚X、X’およびYは、以下のようにして測定される値である。XまたはX’と、Yとは、同一箇所を測定するほうがよく、測定箇所に傷をつけないよう、非接触式の膜厚測定方法を用いる。例えば、シリコンウェハなどの基板上に樹脂組成物を塗布し、ピンセットで5mmφ程度の丸印を3〜5箇所つけて、丸印の中心をラムダエースSTM−602(商品名、大日本スクリーン製)を用いて測定し、平均値を取る。
((A)ポリシロキサン)
ポリシロキサンはガラス転移温度(Tg)が低く、100℃以下にTgをもつものが多い。したがって、ポリシロキサンを含む樹脂組成物は塗布時に流動しやすく、平坦化材として用いられる。本発明におけるポリシロキサンは、熱収縮を抑制することにより、キュア後の硬化膜においても塗布後の平坦性を大きく損なうことのないものである。
本発明に用いられるポリシロキサンは、上記一般式(1)〜(3)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含む。これらの部分構造は、(a−1)スチリル基を含むものである。
ポリシロキサンが(a−1)スチリル基を有することで、熱硬化時の膜収縮を抑えることができる。(a−1)スチリル基は、分子間でDiels-alder反応を起こして二量化し、3級炭素のプロトンが引き抜かれてラジカル発生するため、熱ラジカル重合を起こしやすい。スチレンのラジカル重合による硬化は、シロキサンの縮合による硬化に比べて膜の体積収縮が非常に小さく、塗膜後の良好な平坦性を維持することができる。
ポリシロキサン中に含まれる(a−1)スチリル基のモル量は、Si原子の100モル%に対して40モル%以上99モル%以下である。この範囲にあることにより、熱硬化時に膜収縮を抑える効果が大きくなり、優れた平坦化性能を示す。
ポリシロキサン中に含まれる(a−1)スチリル基のモル量は、H−NMRおよび/または29Si−NMRを用い、全ポリシロキサンのピークの積分比とスチリル基由来のピークの積分比との比率から、算出することができる。
(A)ポリシロキサンは、さらに、(A)ポリシロキサン中に下記一般式(7)〜(9)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含むことが好ましい。これらの部分構造は、(a−3)親水性基を含むものである。
Figure 2017188047
はエポキシ基、ヒドロキシル基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、カルボキシル基またはカルボン酸無水物を有する炭化水素基である。Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。
(A)ポリシロキサンは、さらに、(A)ポリシロキサン中に下記一般式(4)〜(6)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含むことが好ましい。これらの部分構造は、(a−2)(メタ)アクリロイル基を含むものである。
Figure 2017188047
はそれぞれ独立に単結合または炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。
(a−1)スチリル基は熱硬化時の膜収縮を抑える点に寄与する一方で、疎水性が高いため、基板の外周部では、樹脂組成物の濡れ広がりが悪く、歩留まりが低下する恐れがある。基板の外周部まで均一に樹脂組成物を塗布し、歩留まりを向上させるために、(a−3)親水基を導入することが好ましい。そこで、ポリシロキサン中に、上記(7)〜(9)で示される部分構造に含まれる(a−3)親水基を含ませることによって、樹脂組成物の基板への塗れ性が良好となる。その結果、基板の外周部をロスすることなく、歩留まりを向上させることができる。
さらに、ポリシロキサン中に(a−2)(メタ)アクリロイル基を含ませることで、樹脂組成物の露光部と未露光部の硬化度のコントラストがつきやすくなり、高解像かつ現像残渣の少ないパターン加工が可能となる。
(a−3)親水性基としては、特に制限はないが、下記構造で示される親水基が好ましい。これらの(a−3)親水基を有するポリシロキサンの原料であるアルコキシシラン化合物は市販されているため、入手が容易である。
Figure 2017188047
構造式中の*はSi原子に直結することを意味する。
なかでも、フォトリソグラフィー工程でパターン加工を行う場合には、カルボン酸構造を有する炭化水素基またはカルボン酸無水物構造を有する炭化水素基等が好ましく、中でも、コハク酸構造を有する炭化水素基または無水コハク酸構造を有する炭化水素基がより好ましい。
ポリシロキサン中の(a−2)(メタ)アクリロイル基のモル量は、Si原子の100mol%に対して15mol%以上40mol%以下が好ましい。
ポリシロキサン中の(a−3)親水性基のモル量は、現像残渣、および基板との密着性の観点から、Si原子の100mol%に対して10mol%以上20mol%以下が好ましい。
ポリシロキサン中の(a−2)(メタ)アクリロイル基および(a−3)親水性基のモル量は、(a−1)スチリル基と同様、H−NMRおよび/または29Si−NMRを用いて、全ポリシロキサンのピークの積分比と、(メタ)アクリロイル基または親水性基由来のピークの積分比との比率から、算出することができる。
上記(1)〜(3)、(4)〜(6)で示された部分構造を含むポリシロキサンは、一般式(10)〜(11)を含む複数のアルコキシシラン化合物を加水分解および重縮合することによって得ることができる。
Figure 2017188047
およびRは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、R7は有機基を示す。
また、上記(7)〜(9)で示された部分構造を含むポリシロキサンは一般式(12)を含む複数のアルコキシシラン化合物を加水分解および重縮合することによって得ることができる。
Figure 2017188047
は炭素数1〜4のアルキル基を示し、R7は有機基を示し、Rはエポキシ基、ヒドロキシル基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、カルボキシル基またはカルボン酸無水物を有する炭化水素基を示す。mは2または3であり、nは2または3である。
一般式(10)で表されるアルコキシシラン化合物の具体例としては、スチリルトリメトキシシラン、スチリルトリエトキシシラン、スチリルトリ(メトキシエトキシ)シラン、スチリルトリ(プロポキシ)シラン、スチリルトリ(ブトキシ)シラン、スチリルメチルジメトキシシラン、スチリルエチルジメトキシシラン、スチリルメチルジエトキシシラン、スチリルメチルジ(メトキシエトキシ)シラン等が好ましく用いられる。
一般式(11)で表される、(メタ)アクリロイル基を有するオルガノシラン化合物の具体例としては、γ−アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロイルプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピルトリ(メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロイルプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロイルプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロイルプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピル(メトキシエトキシ)シランなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらのうち、硬化膜の硬度やパターン加工時の感度をより向上させる観点から、γ−アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロイルプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルプロピルトリエトキシシランが好ましい。
一般式(12)で表されるアルコキシシラン化合物の具体例としては、下記一般式(13)〜(15)のいずれかで表されるカルボン酸無水物構造を有するオルガノシラン化合物、エポキシ基含有オルガノシラン化合物、下記一般式(16)で表されるウレタン基含有オルガノシラン化合物、下記一般式(17)で表されるウレア基含有オルガノシラン化合物等が挙げられる。
Figure 2017188047
一般式(13)〜(15)中、R〜R11、R13〜R15およびR17〜R19は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基または炭素数2〜6のアルキルカルボニルオキシ基を表す。R12、R16およびR20は、単結合、または炭素数1〜10の鎖状脂肪族炭化水素基、炭素数3〜16の環状脂肪族炭化水素基、炭素数2〜6のアルキルカルボニルオキシ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、アミド基、芳香族基、もしくはこれらのいずれかを有する2価の基を表す。これらの基は置換されていてもよい。hおよびkは0〜3の整数を表す。
12、R16およびR20の具体例としては、−C−、−C−、−C−、−O−、−COCHCH(OH)CHC−、−CO−、−CO−、−CONH−、以下にあげる有機基などが挙げられる。
Figure 2017188047
一般式(13)で表されるオルガノシラン化合物の具体例としては、3−トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物、3−トリエトキシシシリルプロピルコハク酸無水物、3−トリフェノキシシリルプロピルコハク酸無水物などが挙げられる。
一般式(14)で表されるオルガノシラン化合物の具体例としては、3−トリメトキシシリルプロピルシクロヘキシルジカルボン酸無水物などが挙げられる。
一般式(15)で表されるオルガノシラン化合物の具体例としては、3−トリメトキシシシリルプロピルフタル酸無水物などが挙げられる。
エポキシ基含有オルガノシラン化合物としては、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシドキシ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、γ−グリシドキシ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プロポキシシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、2−(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、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、4−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、4−(3,4−エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン等を挙げることができる。
Figure 2017188047
23、R27およびR28は、炭素数1〜20の2価の有機基を表す。R29は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表す。R24〜R26は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシル基、フェニル基、フェノキシ基、炭素数2〜6のアルキルカルボニルオキシ基またはそれらの置換体を表す。ただし、R24〜R26のうち少なくとも一つは、アルコキシ基、フェノキシ基またはアセトキシ基である。
上記一般式(16)〜(17)におけるR28およびR27の好ましい例としては、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、フェニレン基、−CH−C−CH−、−CH−C−などの炭化水素基が挙げられる。これらの中でも、耐熱性の観点から、フェニレン基、−CH−C−CH−、−CH−C−などの、芳香族環を有する炭化水素基が好ましい。
上記一般式(17)におけるR29は、反応性の観点から、水素またはメチル基が好ましい。上記一般式(16)〜(17)におけるR28の具体例としては、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、n−ペンチレン基などの炭化水素基や、オキシメチレン基、オキシエチレン基、オキシn−プロピレン基、オキシn−ブチレン基、オキシn−ペンチレン基などが挙げられる。これらの中でも、合成の容易性の観点から、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、オキシメチレン基、オキシエチレン基、オキシn−プロピレン基、オキシn−ブチレン基が好ましい。
上記一般式(16)〜(17)におけるR24〜R26のうち、アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。合成の容易性の観点から、メチル基またはエチル基が好ましい。またアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基などが挙げられる。合成の容易性の観点から、メトキシ基またはエトキシ基が好ましい。また、置換体の置換基としては、メトキシ基、エトキシ基などが挙げられる。具体的には、1−メトキシプロピル基、メトキシエトキシ基などが挙げられる。
上記一般式(17)で表されるウレア基含有オルガノシラン化合物は、下記一般式(18)で表されるアミノカルボン酸化合物と、下記一般式(19)で表されるイソシアネート基を有するオルガノシラン化合物とから、公知のウレア化反応により得ることができる。また、上記一般式(16)で表されるウレタン基含有オルガノシラン化合物は、下記一般式(20)で表されるヒドロキシカルボン酸化合物と、下記一般式(19)で表されるイソシアネート基を有するオルガノシラン化合物とから、公知のウレタン化反応により得ることができる。
Figure 2017188047
23、R27およびR28は、炭素数1〜20の2価の有機基を表す。R29は、水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表す。R24〜R26は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシル基、フェニル基、フェノキシ基、炭素数2〜6のアルキルカルボニルオキシまたはそれらの置換体を表す。ただし、R24〜R26のうち、少なくとも一つはアルコキシ基、フェノキシ基またはアセトキシ基である。R23〜R29の好ましい例は、一般式(16)〜(17)におけるR23〜R29について先に説明したとおりである。
ポリシロキサンの合成には、さらに上記以外のシラン化合物を含有してもよい。これらのアルコキシシラン化合物としては、3官能アルコキシシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシ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、フェニルトリイソプロポキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−(N,N−ジグリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシ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、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、β−シアノエチルトリエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、パーフルオロプロピルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロプロピルエチルトリエトキシシラン、パーフルオロペンチルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロペンチルエチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリプロポキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリイソプロポキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシランなどが挙げられる。
2官能アルコキシシラン化合物としては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、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、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジエトキシシラン、トリフルオロプロピルエチルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルエチルジエトキシシラン、トリフルオロプロピルビニルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルビニルジエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
3官能性アルコキシシラン化合物としては、例えば、これらのうち、得られる塗膜の耐薬品性の観点から、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、およびフェニルトリエトキシシランが好ましい。
2官能性アルコキシシラン化合物としては、これらのうち、得られる塗膜に可とう性を付与させる目的には、ジメチルジアルコキシシランが好ましく用いられる。
これら以外に4官能性アルコキシシラン化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。
これらアルコキシシラン化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物における、アルコキシシラン化合物の加水分解・縮合反応生成物(シロキサン化合物)に由来する成分の含有量は、溶媒を除く固形分全量に対して10重量%以上が好ましく、20重量%以上がより好ましい。また、80重量%以下がより好ましい。この範囲でシロキサン化合物を含有することにより、塗膜の透過率とクラック耐性をより高めることができる。
加水分解反応は、溶媒中、上記したアルコキシシラン化合物に酸触媒および水を1〜180分かけて添加した後、室温〜110℃で1〜180分反応させることが好ましい。このような条件で加水分解反応を行うことにより、急激な反応を抑制することができる。反応温度は、より好ましくは40〜105℃である。
また、加水分解反応によりシラノール化合物を得た後、反応液を50℃以上溶媒の沸点以下で1〜100時間加熱し、縮合反応を行うことが好ましい。また、縮合反応により得られるシロキサン化合物の重合度を上げるために、再加熱もしくは塩基触媒の添加を行うことも可能である。
加水分解における各種条件は、反応スケール、反応容器の大きさ、形状などを考慮して、適宜定めることができる。たとえば、酸濃度、反応温度、反応時間などを適宜設定することによって、目的とする用途に適した物性を得ることができる。
加水分解反応に用いる酸触媒としては、塩酸、酢酸、蟻酸、硝酸、蓚酸、塩酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、多価カルボン酸あるいはその無水物、イオン交換樹脂などの酸触媒が挙げられる。特に、蟻酸、酢酸またはリン酸を用いた酸性水溶液が好ましい。
酸触媒の好ましい含有量としては、加水分解反応時に使用される全アルコキシシラン化合物100重量部に対して、好ましくは、0.05重量部以上、より好ましくは0.1重量部以上であり、また、好ましくは10重量部以下、より好ましくは5重量部以下である。ここで、全アルコキシシラン化合物量とは、アルコキシシラン化合物、その加水分解物およびその縮合物の全てを含んだ量のことを言い、以下同じとする。酸触媒の量を0.05重量部以上とすることでスムーズに加水分解が進行し、また10重量部以下とすることで加水分解反応の制御が容易となる。
加水分解反応に用いる溶媒は特に限定されないが、樹脂組成物の安定性、濡れ性、揮発性などを考慮して適宜選択する。溶媒は1種類のみならず2種類以上用いることも可能である。溶媒の具体例としては、例えば、
メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類;
エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類;
エチ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピ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モノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル類;
メチルエチルケトン、アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、2−ヘプタノンなどのケトン類;
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類;
エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチルなどのアセテート類;
トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサンなどの芳香族あるいは脂肪族炭化水素;
および、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。
これらのうち、硬化膜の透過率、クラック耐性等の点で、プロピレングリコ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アセテート、プロピ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モノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、γ−ブチロラクトン等が好ましく用いられる。
また、加水分解反応終了後に、さらに溶媒を添加することにより、樹脂組成物として適切な濃度に調整することも好ましい。また、加水分解後に、加熱および/または減圧することにより、生成アルコール等の全量あるいは一部を留出、除去し、その後好適な溶媒を添加することも可能である。
加水分解反応時に使用される溶媒の量は、全アルコキシシラン化合物100重量部に対して、好ましくは50重量部以上、より好ましくは80重量部以上であり、また、好ましくは500重量部以下、より好ましくは、200重量部以下である。溶媒の量を50重量部以上とすることでゲルの生成を抑制できる。また500重量部以下とすることで加水分解反応が速やかに進行する。
また、加水分解反応に用いる水としては、イオン交換水が好ましい。水の量は任意に選択可能であるが、アルコキシシラン化合物1モルに対して、1.0〜4.0モルの範囲で用いることが好ましい。
また、組成物の貯蔵安定性の観点から、加水分解、部分縮合後のポリシロキサン溶液には上記触媒が含まれないことが好ましく、必要に応じて触媒の除去を行うことができる。除去方法に特に制限は無いが、操作の簡便さと除去性の点で、水洗浄、および/またはイオン交換樹脂による処理が好ましい。水洗浄とは、ポリシロキサン溶液を適当な疎水性溶剤で希釈した後、水で数回洗浄して得られた有機層をエバポレーター等で濃縮する方法である。イオン交換樹脂による処理とは、ポリシロキサン溶液を適当なイオン交換樹脂に接触させる方法である。
(A)ポリシロキサンの重量平均分子量(Mw)は、特に制限されないが、ゲルパーエミッションクロマトグラフィー(GPC)で測定されるポリスチレン換算で、好ましくは1,000以上、より好ましくは2,000以上である。また、好ましくは100,000以下、さらに好ましくは50,000以下である。Mwを上記範囲とすることで、良好な塗布特性が得られ、パターン形成する際の現像液への溶解性も良好になる。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物において、(A)ポリシロキサンの含有量は、特に制限はなく、所望の膜厚や用途により任意に選ぶことができるが、樹脂組成物中10重量%以上80重量%以上が好ましい。また、固形分中10重量%以上が好ましく、20重量%以上50重量%以下がより好ましい。
(A)ポリシロキサンが、スチリル基を有するオルガノシラン化合物と、(メタ)アクリロイル基を有するオルガノシラン化合物と、親水性基を有するオルガノシラン化合物を含むオルガノシラン化合物とを、後述する金属化合物粒子の存在下で加水分解し、該加水分解物を縮合して得られるものであることが好ましい。これにより、硬化膜の屈折率、硬度がより向上する。これは、金属化合物粒子の存在下でポリシロキサンの重合を行なうことで、ポリシロキサンの少なくとも一部に金属化合物粒子との化学的結合(共有結合)が生じ、金属化合物粒子が均一に分散して塗液の保存安定性や硬化膜の均質性が向上するためと考えられる。
また、金属化合物粒子の種類により、得られる硬化膜の屈折率を調整することができる。なお、金属化合物粒子としては、後述の金属化合物粒子として例示するものを用いることができる。
((B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物)
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、感光性を備える場合には、(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物を含有することが好ましい。より具体的には、(A)ポリシロキサンが、(a−1)スチリル基、(a−2)(メタ)アクリロイル基および(a−3)親水性基を有し、さらに(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物を含有することが好ましい。
この場合において、(A)ポリシロキサン中の(a−1)スチリル基のモル量がSi原子の100mol%に対して45mol%以上70mol%以下であり、(a−2)(メタ)アクリロイル基のモル量がSi原子の100mol%に対して15mol%以上40mol%以下であることが好ましい。
また、(a−3)親水性基が、コハク酸もしくは無水コハク酸を有する炭化水素基であり、かつ、(A)ポリシロキサン中の(a−3)親水性基のモル量がSi原子の100mol%に対して10mol%以上20mol%以下であることが好ましい。
(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物としては、2価の(メタ)アクリレートモノマーを用いることが好ましく、2価の(メタ)アクリレートモノマーが下記一般式(21)で表されることが好ましい。
Figure 2017188047
一般式(21)中、R21は、それぞれ独立に、水素原子またはアルキル基を表し、R22は、それぞれ独立に、アルキレン基を表し、Xは、水素原子または置換基を表し、Aは、単結合、−O−、−S−、−R−、−SO−または以下に示す構造
Figure 2017188047
で表される二官能性基である。RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、エチル基、フェニル基、ジフェニル基を表し、Rは、炭素数が3〜24のアルキレン基、シクロアルキレン基、またはジフェニレン基を表し、Rは、炭素数が1〜12のアルキレン基またはシクロアルキレン基を表し、oは、それぞれ独立に、0〜14の整数を表す。
21は、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表すことが好ましく、水素原子を表すことがより好ましい。
22は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基を表すことが好ましく、炭素数1〜4のアルキレン基を表すことがより好ましく、エチレン基を表すことが特に好ましい。
Xは、水素原子を表すことが好ましい。また、Xが置換基である場合は、例えば後述のR、Rと同様のものを挙げることができる。
およびRは、それぞれ独立に、メチル基、フェニル基を表すことが好ましく、メチル基を表すことがより好ましい。
は、炭素数が5〜18のアルキレン基、炭素数が6〜12のシクロアルキレン基またはジフェニレン基を表すことが好ましく、ジフェニレン基を表すことがより好ましい。Rを含む構造体は、フルオレン基を表すことが特に好ましい。
は、炭素数が1〜6のアルキレン基、炭素数が1〜6のシクロアルキレン基を表すことが好ましく、炭素数が1〜6のシクロアルキレン基を表すことがより好ましい。
Aは、
Figure 2017188047
であることが好ましく、
Figure 2017188047
であることがより好ましい。
oは、それぞれ独立に、1〜10の整数を表すことが好ましく、1〜4の整数を表すことがより好ましく、1であることが特に好ましい。
(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物としては、例えば以下のものを用いることができる。EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ECH変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、ECH変性ヘキサヒドロフタル酸ジ(メタ)アクリレート、ECH変性フタル酸ジ(メタ)アクリレート。
それらの中でも、上記一般式(21)を満たす、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレートを用いることが好ましく、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレートがより好ましく、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレートが特に好ましい。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物において、(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物の含有量は、特に制限はないが、シロキサン樹脂組成物の全固形分中5重量%以上35重量%以下が好ましい。
((C)感光剤)
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、感光性を備える場合には、(C)感光剤を含有することが好ましい。例えば、樹脂組成物が光ラジカル重合開始剤などを含有することで、ネガ感光性を付与することができる。細線加工、硬度の観点から、光ラジカル重合開始剤を用いることが好ましい。
光ラジカル重合開始剤は、光(紫外線、電子線を含む)により分解および/または反応し、ラジカルを発生させるものであればどのようなものでもよい。具体例としては、2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−(2,4,4−トリメチルペンチル)−フォスフィンオキサイド、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]、1−フェニル−1,2−ブタジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1,3−ジフェニルプロパントリオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、エタノン,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)、4,4−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、2−エチルヘキシル−p−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジエチルアミノ安息香酸エチル、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−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、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4,4−ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルサルファイド、アルキル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、4−ベンゾイル−N,N−ジメチル−N−[2−(1−オキソ−2−プロペニルオキシ)エチル]ベンゼンメタナミニウムブロミド、(4−ベンゾイルベンジル)トリメチルアンモニウムクロリド、2−ヒドロキシ−3−(4−ベンゾイルフェノキシ)−N,N,N−トリメチル−1−プロペンアミニウムクロリド一水塩、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン、2−ヒドロキシ−3−(3,4−ジメチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イロキシ)−N,N,N−トリメチル−1−プロパナミニウムクロリド、2,2’−ビス(o−クロロフェニル)−4,5,4’,5’−テトラフェニル−1,2−ビイミダゾール、10−ブチル−2−クロロアクリドン、2−エチルアンスラキノン、ベンジル、9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、メチルフェニルグリオキシエステル、η5−シクロペンタジエニル−η6−クメニル−アイアン(1+)−ヘキサフルオロフォスフェイト(1−)、ジフェニルスルフィド誘導体、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム、チオキサントン、2−メチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、4−ベンゾイル−4−メチルフェニルケトン、ジベンジルケトン、フルオレノン、2,3−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニル−2−フェニルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、p−t−ブチルジクロロアセトフェノン、ベンジルメトキシエチルアセタール、アントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、2−アミノアントラキノン、β−クロルアントラキノン、アントロン、ベンズアントロン、ジベンズスベロン、メチレンアントロン、4−アジドベンザルアセトフェノン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)シクロヘキサン、2,6−ビス(p−アジドベンジリデン)−4−メチルシクロヘキサノン、ナフタレンスルフォニルクロライド、キノリンスルホニルクロライド、N−フェニルチオアクリドン、ベンズチアゾールジスルフィド、トリフェニルホスフィン、四臭素化炭素、トリブロモフェニルスルホン、過酸化ベンゾイルおよびエオシン、メチレンブルーなどの光還元性の色素とアスコルビン酸、トリエタノールアミンなどの還元剤の組み合わせなどが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
これらのうち、パターン加工性、硬化膜の硬度の観点から、α−アミノアルキルフェノン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、オキシムエステル化合物、アミノ基を有するベンゾフェノン化合物またはアミノ基を有する安息香酸エステル化合物が好ましい。これらの化合物は、光照射および熱硬化の際に塩基または酸としてシロキサンの架橋にも関与し、硬度がより向上する。
α−アミノアルキルフェノン化合物の具体例としては、2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1などが挙げられる。
アシルホスフィンオキサイド化合物の具体例としては、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−(2,4,4−トリメチルペンチル)−フォスフィンオキサイドなどが挙げられる。
オキシムエステル化合物の具体例としては、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]、1−フェニル−1,2−ブタジオン−2−(o−メトキシカルボニル)オキシム、1,3−ジフェニルプロパントリオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム、エタノン,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)などが挙げられる。
アミノ基を有するベンゾフェノン化合物の具体例としては、4,4−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどが挙げられる。
アミノ基を有する安息香酸エステル化合物の具体例としては、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、2−エチルヘキシル−p−ジメチルアミノベンゾエート、p−ジエチルアミノ安息香酸エチルなどが挙げられる。
これらのうち、パターン加工性の観点から、硫黄原子を有する光重合開始剤がより好ましい。硫黄原子を有する光重合開始剤の具体例としては、2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)]などが挙げられる。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物において、(C)感光剤の含有量は、特に制限はないが、樹脂組成物の固形分中0.01重量%以上が好ましく、0.1重量%以上がより好ましく、1重量%以上がさらに好ましい。また、20重量%以下が好ましく、10重量%以下がより好ましい。上記範囲とすることで、ラジカル硬化を十分に進めることができ、かつ残留したラジカル重合開始剤の溶出等を防ぎ耐溶剤性を確保することができる。
((D)金属化合物粒子)
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、さらに(D)金属化合物粒子を含有することが好ましい。(D)金属化合物粒子としては、アルミニウム化合物粒子、スズ化合物粒子、チタン化合物粒子およびジルコニウム化合物粒子から選ばれる1以上の金属化合物粒子、またはアルミニウム化合物、スズ化合物、チタン化合物およびジルコニウム化合物から選ばれる1以上の金属化合物とケイ素化合物との複合粒子が挙げられる。
なかでも、屈折率を向上させる観点から、酸化チタン粒子などのチタン化合物粒子、酸化ジルコニウム粒子などのジルコニウム化合物粒子のいずれか一種以上が好ましい。樹脂組成物が、酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子のいずれか一種以上を含有することによって、屈折率を所望の範囲に調整することができる。また、硬化膜の硬度、耐擦傷性、耐クラック性をより向上させることができる。
(D)金属化合物粒子の数平均粒子径は、1nm〜200nmであることが好ましい。数平均粒子径が1nm以上、より好ましくは5nm以上であることにより、厚膜形成時のクラック発生をより抑制することができる。また、数平均粒子径が200nm以下、より好ましくは70nm以下であることにより、硬化膜の可視光に対する透明性をより向上させることができる。
ここで、(D)金属化合物粒子の数平均粒子径は、動的光散乱法により測定した値を指す。用いる機器は特に限定されないが、ダイナミック光散乱高度計DLS−8000(大塚電子(株)製)などを挙げることができる。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物において、(D)金属化合物粒子の含有量は、(A)ポリシロキサンを構成するオルガノシラン化合物の合計量100重量部に対して、10重量部以上500重量部以下であることが好ましく、100重量部以上400重量部以下であることがより好ましい。10重量部以上であることにより、屈折率が高い金属化合物粒子の影響で屈折率がより高くなる。500重量部以下であることにより、粒子間の空間に他の組成物が充填されるため、耐薬品性がより向上する。
また、(D)金属化合物粒子の含有量は、感光性樹脂組成物の全固形分に対して、30重量%以上60重量%以下が好ましく、下限としては40重量%以上が、上限としては60重量%以下がそれぞれより好ましい。上記の範囲にすることで、高屈折率の硬化膜を得ることができる。
(D)金属化合物粒子の例としては、酸化スズ−酸化チタン複合粒子の“オプトレイクTR−502”、“オプトレイクTR−504”、酸化ケイ素−酸化チタン複合粒子の“オプトレイクTR−503”、“オプトレイクTR−513”、“オプトレイクTR−520”、“オプトレイクTR−527”、“オプトレイクTR−528”、“オプトレイクTR−529”、“オプトレイクTR−543”、“オプトレイクTR−544”、“オプトレイクTR−550”、酸化チタン粒子の“オプトレイクTR−505”(以上、商品名、触媒化成工業(株)製)、NOD−7771GTB(商品名、ナガセケムテックス(株)製)、酸化ジルコニウム粒子((株)高純度化学研究所製)、酸化スズ−酸化ジルコニウム複合粒子(触媒化成工業(株)製)、酸化スズ粒子((株)高純度化学研究所製)、“バイラール”Zr−C20(酸化チタン粒子;平均粒径=20nm;多木化学(株)製)、ZSL−10A(酸化チタン粒子;平均粒径=60−100nm;第一稀元素株式会社製)、ナノユースOZ−30M(酸化チタン粒子;平均粒径=7nm;日産化学工業(株)製)、SZR−M若しくはSZR−K(以上酸化ジルコニウム粒子;いずれも堺化学(株)製)、HXU−120JC(酸化ジルコニア粒子;住友大阪セメント(株)製)、ZR−010(酸化ジルコニア粒子;株式会社ソーラー)又はZRPMA(ジルコニア粒子;シーアイ化成株式会社)が挙げられる。
((E)溶媒)
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(E)溶媒を含んでいてもよい。溶媒は、膜厚XまたはX’が0.95〜1.1μmの範囲に入るように、樹脂組成物の濃度を調整するために用いられることが好ましい。
(E)溶媒としては、具体的には、エチ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エチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピ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モノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル等のエーテル類;
エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、イソブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等のアセテート類;
アセチルアセトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブチルアルコール、ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ブタノール、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類;
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;
および、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリジノン等が挙げられる。これらは単独あるいは混合して用いてもかまわない。
これらのうち、特に好ましい溶媒の例は、プロピレングリコ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アセテート、プロピ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モノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジアセトンアルコール、γ−ブチロラクトン等である。これらは単独あるいは2種以上用いてもかまわない。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物における全溶媒の含有量は、全アルコキシシラン化合物の含有量100重量部に対して、100重量部〜9900重量部の範囲が好ましく、100重量部〜5000重量部の範囲がより好ましい。
(その他の成分)
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、その硬化を促進させる、あるいは硬化を容易ならしめる、架橋剤や硬化剤を含有しても良い。具体例としては、シリコーン樹脂硬化剤、各種金属アルコレート、各種金属キレート化合物、イソシアネート化合物およびその重合体などがあり、これらを1種類、ないし2種類以上含有してもよい。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、塗布時におけるフロー性や膜厚の均一性向上のために、各種界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤の種類に特に制限はなく、例えば、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ポリアルキレンオキシド系界面活性剤、ポリ(メタ)アクリレート系界面活性剤などを用いることができる。これらのうち、フロー性や膜厚均一性の観点から、フッ素系界面活性剤が特に好ましく用いられる。
フッ素系界面活性剤の具体的な例としては、1,1,2,2−テトラフロロオクチル(1,1,2,2−テトラフロロプロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロオクチルヘキシルエーテル、オクタエチレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロブチル)エーテル、ヘキサエチレングリコール(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、オクタプロピレングリコールジ(1,1,2,2−テトラフロロブチル)エーテル、ヘキサプロピレングリコールジ(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、パーフロロドデシルスルホン酸ナトリウム、1,1,2,2,8,8,9,9,10,10−デカフロロドデカン、1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロデカン、N−[3−(パーフルオロオクタンスルホンアミド)プロピル]−N,N′−ジメチル−N−カルボキシメチレンアンモニウムベタイン、パーフルオロアルキルスルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル−N−エチルスルホニルグリシン塩、リン酸ビス(N−パーフルオロオクチルスルホニル−N−エチルアミノエチル)、モノパーフルオロアルキルエチルリン酸エステルなどの末端、主鎖および側鎖の少なくとも何れかの部位にフルオロアルキルまたはフルオロアルキレン基を有する化合物からなるフッ素系界面活性剤を挙げることができる。
また、市販品としては、“メガファック”(登録商標)F142D、同F172、同F173、同F183(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、“エフトップ”(登録商標)EF301、同303、同352(新秋田化成(株)製)、“フロラード”FC−430、同FC−431(住友スリーエム(株)製)、“アサヒガード”(登録商標)AG710、“サーフロン”(登録商標)S−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(旭硝子(株)製)、“BM−1000”、“BM−1100”(裕商(株)製)、“NBX−15”、“FTX−218”((株)ネオス製)などのフッ素系界面活性剤を挙げることができる。これらの中でも、上記“メガファック”(登録商標)F172、“BM−1000”、“BM−1100”、“NBX−15”、“FTX−218”がフロー性や膜厚均一性の観点から特に好ましい。
シリコーン系界面活性剤の市販品としては、“SH28PA”、“SH7PA”、“SH21PA”、“SH30PA”、“ST94PA”(いずれも東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)、“BYK−333”(ビックケミー・ジャパン(株)製)などが挙げられる。その他の界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジステアレートなどが挙げられる。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物における界面活性剤の含有量は、樹脂組成物中の全アルコキシシラン化合物含有量100重量部に対して、通常、0.001〜10重量部である。これらは、1種あるいは2種以上を同時に使用してもよい。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物には、必要に応じて、粘度調整剤、安定化剤、着色剤、ガラス質形成剤などを含有することができる。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物として、特に感光性を備える場合の好ましい組成の一例を以下に示す。
(A)ポリシロキサンを20重量%以上50重量%以下、
(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物を5重量%以上35重量%以下、
(C)感光剤を1重量%以上10重量%以下、
(D)金属化合物粒子を30重量%以上60重量%以下、
含有する、樹脂組成物。
<硬化膜の形成方法>
本発明の実施の形態に係る硬化膜の製造方法は、以下の工程を含むことが好ましい。
(I)上記の樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(III)塗膜を加熱して硬化する工程。
また、上記の樹脂組成物が感光性樹脂組成物である場合には、(I)の工程と(III)の工程の間に、以下の工程をさらに含むことが好ましい。
(II)その塗膜を露光および現像する工程。
以下に例を挙げて説明する。
(I)樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程
上記の樹脂組成物を、スピン塗布やスリット塗布等の公知の方法によって基板上に塗布し、ホットプレート、オーブン等の加熱装置を用いて加熱(プリベーク)する。プリベークは、50〜150℃の温度範囲で30秒〜30分間行うことが好ましい。プリベーク後の膜厚は0.1〜15μmが好ましい。
(II)塗膜を露光および現像する工程
プリベーク後、ステッパー、ミラープロジェクションマスクアライナー(MPA)、パラレルライトマスクアライナー(PLA)等の紫外可視露光機を用い、所望のマスクを介して、10〜4000J/m程度(波長365nm露光量換算)の露光量にて、パターン露光する。
露光後、現像により未露光部の膜を溶解除去し、ネガパターンを得る。パターンの解像度は、好ましくは15μm以下である。現像方法としては、シャワー、ディップ、パドル等の方法が挙げられ、現像液に5秒〜10分間、膜を浸漬することが好ましい。現像液としては、公知のアルカリ現像液を用いることができ、例えば、以下のアルカリ成分の水溶液等が挙げられる。アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩等の無機アルカリ成分、2−ジエチルアミノエタノール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン類、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、コリン等の4級アンモニウム塩。アルカリ現像液として、これらを2種以上用いてもよい。
また、現像後は水でリンスすることが好ましく、必要であれば、ホットプレート、オーブン等の加熱装置で50〜150℃の温度範囲で脱水乾燥ベークを行ってもよい。さらに、必要であれば、ホットプレート、オーブン等の加熱装置で、50〜300℃の温度範囲で30秒〜30分間加熱(ソフトベーク)を行う。
(III)塗膜を加熱して硬化する工程
(I)を経た塗膜、または、(I)および(II)を経た塗膜を、ホットプレート、オーブン等の加熱装置で、150〜450℃の温度範囲で30秒〜2時間程度加熱(キュア)することで、硬化膜を得る。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(II)露光および現像する工程において、パターン形成における生産性の観点から、露光時の感度が1500J/m以下であることが好ましく、1000J/m以下であることがより好ましい。このような高い感度は、スチリル基および/または(メタ)アクリロイル基を有するオルガノシラン化合物を用いたポリシロキサンを含有する感光性樹脂組成物により、達成することができる。
露光時の感度は、以下の方法により求められる。感光性樹脂組成物を、シリコンウェハ上に、スピンコーターを用いて任意の回転数でスピン塗布する。ホットプレートを用いて120℃で3分間、塗膜をプリベークし、膜厚1μmのプリベーク膜を作製する。マスクアライナであるPLA(キヤノン(株)製PLA−501F)を用いて、超高圧水銀灯により、感度測定用のマスクである、1〜10μmのライン・アンド・スペースパターンを有するグレースケールマスクを介してプリベーク膜を露光する。その後、自動現像装置(滝沢産業(株)製AD−2000)を用いて、2.38重量%TMAH水溶液で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスする。形成されたパターンにおいて、設計寸法100μmの正方形パターンが現像後に剥がれず、基板上に残って形成される露光量のうちもっとも露光量が低いもの(以下、これを最適露光量という)を感度とする。
その後、熱硬化工程として、ホットプレートを用いて220℃で5分間キュアして硬化膜を作製し、感度における最小パターン寸法をキュア後解像度として求める。
図8に、本発明の実施の形態に係る硬化膜の製造方法の具体例を示す。まず、上記の樹脂組成物を基板7の上に塗布して塗膜8を形成する。次に、マスク9を介して塗膜8に活性光線10を照射して露光する。次に、現像することでパターン11が得られ、これを加熱することで硬化膜12が得られる。
また、本発明の実施の形態に係る硬化膜の製造方法の第二の例としては、以下の工程を含むことが好ましい。
(I)上記の樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(II)その塗膜を露光および現像する工程、
(IV)さらに、上記の樹脂組成物を上記現像後の塗膜の上に塗布して第2の塗膜を形成する工程、
(V)上記第2の塗膜を露光および現像する工程、および
(VI)上記現像後の塗膜および上記現像後の第2の塗膜を加熱する工程。
この例においては、工程(I)および(II)は前に説明したのと同様の手順である。また、工程(IV)〜(VI)は、それぞれ工程(I)〜(III)と同様の方法で実施することができる。
なお、工程(I)および(II)により得られる最初の塗膜のパターンと、工程(IV)および(V)で得られる第2の塗膜のパターンとは、同一であることが好ましい。これにより、2層積層型のパターンを得ることができる。また、工程(VI)により、それらのパターンを一括して硬化することができる。
図9に、本例による硬化膜の製造方法の具体例を示す。最初の塗膜のパターン11の形成までは前述の通りに行う。次に、そのパターン11の上に上記の感光性樹脂組成物を塗布して、第2の塗膜13を形成する。そして、最初の塗膜の露光時に用いたのと同じマスク9を用いて、活性光線10を照射する。これにより、パターン11の上にパターン14が得られる。これらのパターンを加熱することで、2層分の厚さに相当する硬化膜12が得られる。
また、本発明の実施の形態に係る硬化膜の製造方法の第三の例としては、以下の工程を含むことが好ましい。
(I)上記の樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
(II)その塗膜を露光および現像する工程、
(III)その現像後の塗膜を加熱する工程、
(IV’)さらに、上記の樹脂組成物を前述の加熱後の塗膜の上に塗布して第2の塗膜を形成する工程、
(V’)その第2の塗膜を露光および現像する工程、および
(VI’)その現像後の第2の塗膜を加熱する工程。
この実施形態においては、工程(I)〜(III)は前に説明したのと同様の手順である。また、工程(IV’)〜(VI’)は、それぞれ工程(IV)〜(VI)と同様の方法で実施することができる。
なお、工程(I)〜(III)により得られる最初のパターンと、工程(IV)〜(VI)で得られる第2のパターンとは、同一であることが好ましい。これにより、2層積層型のパターンを得ることができる。
図10に、第三の例による硬化膜の製造方法の具体例を示す。最初の硬化膜12の形成までは前述の通りに行う。次に、その硬化膜12の上に上記の樹脂組成物を塗布して、第2の塗膜13を形成する。そして、最初の塗膜の露光時に用いたのと同じマスク9を用いて、活性光線10を照射する。これにより、硬化膜12のパターンの上にパターン14が得られる。これを加熱することで、2層分の厚さに相当する硬化膜15が得られる。
本発明の樹脂組成物およびその硬化膜は、固体撮像素子、光学フィルター、ディスプレイ等の光学デバイスに好適に用いられる。より具体的には、裏面照射型CMOSイメージセンサなどの固体撮像素子等に形成される集光用マイクロレンズや光導波路、光学フィルターとして設置される反射防止膜、ディスプレイ用TFT基板の平坦化材、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターおよびその保護膜、位相シフター等が挙げられる。これらの中でも、高い透明性と高い屈折率を両立できることから、固体撮像素子上に形成される集光用マイクロレンズや、集光用マイクロレンズと光センサー部を繋ぐ光導波路として特に好適に用いられる。また、半導体装置のバッファコート、層間絶縁膜や、各種保護膜として用いることもできる。本発明の感光性樹脂組成物は、エッチング法によるパターン形成が不要であるため作業の簡略化が可能であり、エッチング薬液やプラズマによる配線部の劣化を回避することができる。
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。合成例および実施例に用いた化合物のうち、略語を使用しているものについて、以下に示す。
<アルコキシシラン化合物>
MTMS:メチルトリメトキシシラン
MTES:メチルトリエトキシシラン
PhTMS:フェニルトリメトキシシラン
PhTES:フェニルトリエトキシシラン
StTMS:スチリルトリメトキシシラン
StTES:スチリルトリエトキシシラン
SuTMS: 3−トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物
EpCTMS:2−(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
NaTMS:1−ナフチルトリメトキシシラン
AcTMS:γ−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン
MAcTMS:γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン
DPD:ジフェニルシランジオール
TIP:テトライソプロポキシチタン。
<溶媒>
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
DAA:ジアセトンアルコール
THF:テトラヒドロフラン
NMP:N−メチルピロリドン。
<固形分濃度>
ポリシロキサン溶液の固形分濃度は、以下の方法により求めた。アルミカップにポリシロキサン溶液を1.5g秤取し、ホットプレートを用いて250℃で30分間加熱して液分を蒸発させた。加熱後のアルミカップに残った固形分を秤量して、ポリシロキサン溶液の固形分濃度を求めた。
<スチリル基の比率測定>
29Si−NMRの測定を行い、全体の積分値から、それぞれのオルガノシランに対する積分値の割合を算出して、比率を計算した。試料(液体)は直径10mmの“テフロン”(登録商標)製NMRサンプル管に注入し、測定に用いた。29Si−NMRの測定条件を以下に示す。
装置:日本電子社製JNM GX−270、測定法:ゲーテッドデカップリング法
測定核周波数:53.6693MHz(29Si核)、スペクトル幅:20000Hz
パルス幅:12μsec(45°パルス)、パルス繰り返し時間:30.0sec
溶媒:アセトン−d6、基準物質:テトラメチルシラン
測定温度:室温、試料回転数:0.0Hz。
<実施例のポリマー合成>
合成例1 ポリシロキサン(P−1)の合成
500mLの三口フラスコに、MTMSを27.24g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、EpCTMSを12.32g(0.05mol)、PGMEを113.54g仕込み、室温で攪拌しながら、水27.0gとリン酸0.478gとの混合液を、30分かけて添加した。その後、フラスコを70℃のオイルバスに浸けて1時間攪拌した後、オイルバスを30分かけて110℃まで昇温した。昇温開始1時間後に溶液の内温が100℃に到達し、そこから2時間加熱攪拌した(内温は100〜110℃)。反応中に、副生成物であるメタノールと水が、合計62g留出した。フラスコ内に残留したポリシロキサンのPGME溶液を、ポリシロキサン(P−1)のPGME溶液とした。この溶液の固形分濃度は35.2%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−1)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例2 ポリシロキサン(P−2)の合成
合成例1と同様の手順で、PhTMSを39.66g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、EpCTMSを12.32g(0.05mol)、PGMEを136.6g仕込み、水27.0gとリン酸0.54gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−2)を合成した。ポリシロキサン(P−2)のPGME溶液の固形分濃度は34.9%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−2)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例3 ポリシロキサン(P−3)の合成
合成例1と同様の手順で、NaTMSを49.67g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、EpCTMSを12.32g(0.05mol)、PGMEを155.19g仕込み、水27.0gとリン酸0.59gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−3)を合成した。ポリシロキサン(P−3)のPGME溶液の固形分濃度は34.7%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−3)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例4 ポリシロキサン(P−4)の合成
合成例1と同様の手順で、AcTMSを46.86g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、EpCTMSを12.32g(0.05mol)、PGMEを149.97g仕込み、水27.0gとリン酸0.576gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−4)を合成した。ポリシロキサン(P−4)のPGME溶液の固形分濃度は35.2%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−4)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例5 ポリシロキサン(P−5)の合成
合成例1と同様の手順で、MAcTMSを49.68g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、EpCTMSを12.32g(0.05mol)、PGMEを155.21g仕込み、水27.0gとリン酸0.59gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−5)を合成した。ポリシロキサン(P−5)のPGME溶液の固形分濃度は35.0%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−5)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例6 ポリシロキサン(P−6)の合成
合成例1と同様の手順で、NaTMSを49.67g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを158.34g仕込み、水27.9gとリン酸0.594gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−6)を合成した。ポリシロキサン(P−6)のPGME溶液の固形分濃度は35.4%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−6)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例7 ポリシロキサン(P−7)の合成
合成例1と同様の手順で、AcTMSを46.86g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを153.12g仕込み、水27.9gとリン酸0.58gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−7)を合成した。ポリシロキサン(P−7)のPGME溶液の固形分濃度は35.6%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−7)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例8 ポリシロキサン(P−8)の合成
合成例1と同様の手順で、MAcTMSを49.68g(0.2mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを158.36g仕込み、水27.9gとリン酸0.594gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−8)を合成した。ポリシロキサン(P−8)のPGME溶液の固形分濃度は35.3%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−8)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例9 ポリシロキサン(P−9)の合成
合成例1と同様の手順で、AcTMSを58.58g(0.25mol)、StTMSを44.86g(0.2mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを154.05g仕込み、水27.9gとリン酸0.583gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−9)を合成した。ポリシロキサン(P−9)のPGME溶液の固形分濃度は35.1%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−9)中のスチリル基のモル量は40mol%だった。
合成例10 ポリシロキサン(P−10)の合成
合成例1と同様の手順で、AcTMSを35.15g(0.15mol)、StTMSを67.29g(0.3mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを152.20g仕込み、水27.9gとリン酸0.578gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−10)を合成した。ポリシロキサン(P−10)のPGME溶液の固形分濃度は35.5%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−10)中のスチリル基のモル量は60mol%だった。
合成例11 ポリシロキサン(P−11)の合成
合成例1と同様の手順で、AcTMSを23.43g(0.1mol)、StTMSを78.51g(0.35mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを151.27g仕込み、水27.9gとリン酸0.575gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−11)を合成した。ポリシロキサン(P−11)のPGME溶液の固形分濃度は35.5%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−11)中のスチリル基のモル量は70mol%だった。
合成例12 ポリシロキサン(P−12)の合成
合成例1と同様の手順で、AcTMSを11.72g(0.05mol)、StTMSを89.72g(0.4mol)、SuTMSを13.12g(0.05mol)、PGMEを150.34g仕込み、水27.9gとリン酸0.573gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−12)を合成した。ポリシロキサン(P−12)のPGME溶液の固形分濃度は35.3%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−12)中のスチリル基のモル量は80mol%だった。
合成例13 ポリシロキサン(P−13)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを30.65g(0.225mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、SuTMSを13.12g(0.025mol)、PGMEを110g仕込み、水27.45gとリン酸0.466gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−13)を合成した。ポリシロキサン(P−13)のPGME溶液の固形分濃度は35.1%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−13)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例14 ポリシロキサン(P−14)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを23.84g(0.175mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、SuTMSを19.67g(0.075mol)、PGMEを123.39g仕込み、水28.35gとリン酸0.498gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−14)を合成した。ポリシロキサン(P−14)のPGME溶液の固形分濃度は35.4%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−14)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例15 ポリシロキサン(P−15)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを20.43g(0.15mol)、StTMSを56.08g(0.25mol)、SuTMSを26.23g(0.1mol)、PGMEを130.08g仕込み、水28.80gとリン酸0.514gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−15)を合成した。ポリシロキサン(P−15)のPGME溶液の固形分濃度は35.2%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−15)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例16 ポリシロキサン(P−16)の合成
合成例1と同様の手順で、StTMSを44.86g(0.2mol)、EpCTMSを73.92g(0.3mol)、PGMEを156.52g仕込み、水27gとリン酸0.594gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−16)を合成した。ポリシロキサン(P−16)のPGME溶液の固形分濃度は35.8%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−16)中のスチリル基のモル量は40mol%だった。
合成例17 ポリシロキサン(P−17)の合成
合成例1と同様の手順で、StTMSを56.08g(0.25mol)、EpCTMSを61.60g(0.25mol)、PGMEを154.47g仕込み、水27gとリン酸0.588gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−17)を合成した。ポリシロキサン(P−17)のPGME溶液の固形分濃度は35.7%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−17)中のスチリル基のモル量は50mol%だった。
合成例18 ポリシロキサン(P−18)の合成
合成例1と同様の手順で、StTMSを67.29g(0.3mol)、EpCTMSを49.28g(0.2mol)、PGMEを152.42g仕込み、水27gとリン酸0.583gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−18)を合成した。ポリシロキサン(P−18)のPGME溶液の固形分濃度は35.3%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−18)中のスチリル基のモル量は60mol%だった。
合成例19 ポリシロキサン(P−19)の合成
合成例1と同様の手順で、StTMSを78.51g(0.35mol)、EpCTMSを36.96g(0.15mol)、PGMEを150.36g仕込み、水27gとリン酸0.577gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−19)を合成した。ポリシロキサン(P−19)のPGME溶液の固形分濃度は35.5%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−19)中のスチリル基のモル量は70mol%だった。
合成例20 ポリシロキサン(P−20)の合成
合成例1と同様の手順で、StTMSを89.72g(0.4mol)、EpCTMSを24.64g(0.1mol)、PGMEを148.31g仕込み、水27gとリン酸0.572gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−20)を合成した。ポリシロキサン(P−20)のPGME溶液の固形分濃度は35.1%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−20)中のスチリル基のモル量は80mol%だった。
合成例21 ポリシロキサン(P−21)の合成
合成例1と同様の手順で、StTMSを100.94g(0.45mol)、EpCTMSを12.32g(0.05mol)、PGMEを146.26g仕込み、水27gとリン酸0.566gとの混合液を添加し、ポリシロキサン(P−21)を合成した。ポリシロキサン(P−21)のPGME溶液の固形分濃度は35.5%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−21)中のスチリル基のモル量は90mol%だった。
合成例22 ポリシロキサン(P−22)の合成
500mLの三口フラスコに、StTMSを29.47g(0.131mol)、MAcTMSを17.80g(0.072mol)、SuTMSを9.40g(0.036mol)、TBC(t−ブチルピロカテコール)の1重量%DAA溶液を1.47g、DAAを59.78g仕込み、室温で攪拌しながら、水13.54gにリン酸0.283g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を30分間かけて添加した。その後、フラスコを70℃のオイルバスに浸けて90分間攪拌した後、オイルバスを30分間かけて115℃まで昇温した。昇温開始1時間後に溶液の内温が100℃に到達し、そこから2時間過熱攪拌し(内温は100〜110℃)、ポリシロキサン(P−22)の溶液を得た。なお、昇温および加熱攪拌中、窒素を0.05L(リットル)/分、流した。反応中に、副生成物であるメタノールと水が、合計29.37g留出した。得られたポリシロキサン(P−22)溶液の固形分濃度は40.6重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−22)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ55mol%、30mol%、15mol%であった。
合成例23 ポリシロキサン(P−23)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを38.26g(0.171mol)、MAcTMSを9.08g(0.037mol)、SuTMSを9.59g(0.037mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.91g、DAAを59.26g仕込み、水13.81gにリン酸0.285g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−23)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−23)溶液の固形分濃度は40.8重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−23)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ70mol%、15mol%、15mol%であった。
合成例24 ポリシロキサン(P−24)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを23.59g(0.105mol)、MAcTMSを20.32g(0.082mol)、SuTMSを12.26g(0.047mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.18g、DAAを60.16g仕込み、水13.46gにリン酸0.281g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−24)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−24)溶液の固形分濃度は40.5重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−24)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ45mol%、35mol%、20mol%であった。
合成例25 ポリシロキサン(P−25)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを23.80g(0.106mol)、MAcTMSを23.42g(0.094mol)、SuTMSを9.28g(0.035mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.19g、DAAを60.12g仕込み、水13.37gにリン酸0.282g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−25の溶液)を得た。得られたポリシロキサン(P−25)溶液の固形分濃度は40.5重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−25)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ45mol%、40mol%、15mol%であった。
合成例26 ポリシロキサン(P−26)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを35.29g(0.157mol)、MAcTMSを12.02g(0.048mol)、SuTMSを9.52g(0.036mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.76g、DAAを59.44g仕込み、水13.72gにリン酸0.284g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−26)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−26)溶液の固形分濃度は40.7重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−26)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ65mol%、20mol%、15mol%であった。
合成例27 ポリシロキサン(P−27)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを35.21g(0.157mol)、MAcTMSを9.00g(0.036mol)、SuTMSを12.67g(0.048mol)、20.5重量%の酸化チタン−酸化ケイ素複合粒子メタノール分散剤である“オプトレイク”TR−527(商品名、日揮触媒化成(株)製、数平均分子量は15nm)を244.95g(オルガノシランが完全に縮合した場合の重量(41.09g)100重量部に対して、粒子含有量122重量部)、TBCの1重量%DAA溶液を1.76g、DAAを59.88g仕込み、水13.91gにリン酸0.284g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−27)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−27)溶液の固形分濃度は40.7重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−27)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ65mol%、15mol%、20mol%であった。
合成例28 ポリシロキサン(P−28)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを29.21g(0.130mol)、MAcTMSを14.70g(0.059mol)、SuTMSを12.42g(0.047mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.46g、DAAを59.83g仕込み、水13.64gにリン酸0.282g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−28)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−28)溶液の固形分濃度は40.6重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−28)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ55mol%、25mol%、20mol%であった。
合成例29 ポリシロキサン溶液(P−29)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを29.73g(0.133mol)、MAcTMSを20.95g(0.084mol)、SuTMSを6.32g(0.024mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.49g、DAAを59.73g仕込み、水13.44gにリン酸0.285g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−29)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−29)溶液の固形分濃度は40.6重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−29)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ55mol%、35mol%、10mol%であった。
合成例30 ポリシロキサン(P−30)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを30.16g(0.134mol)、MAcTMSを17.18g(0.073mol)、SuTMSを9.62g(0.037mol)、TBCの1重量%DAA溶液を2.37g、DAAを58.79g仕込み、水13.86gにリン酸0.285g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−30)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−30)溶液の固形分濃度は40.9重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−30)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ55mol%、30mol%、15mol%であった。
合成例31 ポリシロキサン(P−31)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを35.86g(0.160mol)、MAcTMSを11.52g(0.049mol)、SuTMSを9.67g(0.037mol)、TBCの1重量%DAA溶液を2.37g、DAAを58.77g仕込み、水13.94gにリン酸0.285g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−31)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−31)溶液の固形分濃度は40.9重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−31)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ65mol%、20mol%、15mol%であった。
合成例32 ポリシロキサン(P−32)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを29.47g(0.131mol)、MAcTMSを17.80g(0.072mol)、SuTMSを9.40g(0.036mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.47g、DAAを59.78g仕込み、水13.54gにリン酸0.283g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P−32)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(P−32)溶液の固形分濃度は40.6重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(P−32)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ55mol%、30mol%、15mol%であった。
Figure 2017188047
<比較例のポリマー合成>
合成例33 ポリシロキサン(R−1)の合成
500mLの三口フラスコに、MTMSを47.67g(0.35mol)、PhTMSを39.66g(0.20mol)、StTMSを78.52g(0.35mol)、SuTMSを26.23g(0.10mol)、DAAを160.47g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら、水55.80gにリン酸0.331g(仕込みモノマーに対して0.2重量%)を溶かしたリン酸水溶液を、滴下ロートで10分かけて添加した。次いで、合成例3と同条件で加熱撹拌したところ、反応中に、副生成物であるメタノールと水が合計100g留出した。得られたポリシロキサン(R−1)のDAA溶液に、ポリマー濃度が40重量%となるようにDAAを加えて、ポリシロキサン(R−1)溶液を得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−1)中のスチリル基のモル量は35mol%だった。
合成例34 ポリシロキサン(R−2)の合成
500mLの三口フラスコに、MTMSを47.67g(0.35mol)、PhTMSを39.66g(0.20mol)、SuTMSを26.23g(0.10mol)、AcTMSを82.03g(0.35mol)、DAAを185.08g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら、水55.8gにリン酸0.401g(仕込みモノマーに対して0.2重量%)を溶かしたリン酸水溶液を、滴下ロートで10分かけて添加した。次いで、合成例3と同条件で加熱撹拌したところ、反応中に、副生成物であるメタノールと水が合計110g留出した。得られたポリシロキサン(R−2)のDAA溶液に、ポリマー濃度が40重量%となるようにDAAを加えて、ポリシロキサン(R−2)溶液を得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−2)中のスチリル基のモル量は0mol%だった。
合成例35 ポリシロキサン(R−3)の合成
500mLの三口フラスコに、MTMSを47.67g(0.35mol)、PhTMSを39.66g(0.20mol)、SuTMSを26.23g(0.10mol)、AcTMSを87.29g(0.35mol)、DAAを185.40g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら、水55.8gにリン酸0.401g(仕込みモノマーに対して0.2重量%)を溶かしたリン酸水溶液を、滴下ロートで10分かけて添加した。次いで、合成例3と同条件で加熱撹拌したところ、反応中に、副生成物であるメタノールと水が合計110g留出した。得られたポリシロキサン(R−3)のDAA溶液に、ポリマー濃度が40重量%となるようにDAAを加えてポリシロキサン(R−3)溶液を得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−3)中のスチリル基のモル量は0mol%だった。
合成例36 ポリシロキサン(R−4)の合成
500mLの三口フラスコに、SuTMSを26.23g(0.10mol)、AcTMSを210.93g(0.90mol)、DAAを185.08g仕込み、40℃のオイルバスに漬けて撹拌しながら、水55.8gにリン酸0.401g(仕込みモノマーに対して0.2重量%)を溶かしたリン酸水溶液を、滴下ロートで10分かけて添加した。次いで、合成例3と同条件で加熱撹拌したところ、反応中に、副生成物であるメタノールと水が合計110g留出した。得られたポリシロキサン(R−4)のDAA溶液に、ポリマー濃度が40重量%となるようにDAAを加えて、ポリシロキサン(R−4)溶液を得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−4)中のスチリル基のモル量は0mol%だった。
合成例37 ポリシロキサン(R−5)の合成
水冷コンデンサーおよびバキュームシール付き撹拌羽根を装着した、容量2Lの丸底フラスコに、DPDを540.78g(2.5mol)、MAcTMSを577.41g(2.325mol)、TIPを24.87g(0.0875mol)仕込み、撹拌を開始した。これをオイルバスに浸け、加熱温度を120℃に設定し、室温より加熱を開始した。途中、重合反応の進行に伴って発生するメタノールを水冷コンデンサーで還留させつつ、反応溶液温度が一定となるまで反応させ、その後更に30分間、加熱撹拌を継続した。その後、コールドトラップと真空ポンプとに接続されたホースを装着し、オイルバスを用いて80℃で加熱しつつ強撹拌し、メタノールが突沸しない程度に徐々に真空度を上げていくことによりメタノールを留去し、ポリシロキサン(R−5)を得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−5)中のスチリル基のモル量は0mol%だった。
合成例38 ポリシロキサン(R−6)の合成
100mLのフラスコに、PhTESを18g(75mmol)、StTESを6.7g(25mmol)、MTESを18g(100mmol)、純水を8.6g(480mmol)、1N塩酸を45mg、及びハイドロキノンを140mg(1.3mmol)仕込み、空気中、90℃で加熱攪拌を行なった。反応開始時点では不均一系であったが、加熱から5分後には無色透明となった。また、加熱から10分後にはエタノールが留去しはじめた。2時間加熱後に、エタノールが理論量の85%(24g)留去した時点で反応を終了した。反応混合物中のエタノールを除去するために、減圧(1Torr)にて2時間乾燥させたところ、白色粉末状固体であるポリシロキサン(R−6)23gを得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−6)中のスチリル基のモル量は12.5mol%だった。
合成例39 ポリシロキサン(R−7)の合成
100mLのフラスコに、PhTESを19.2g(80mmol)、StTESを13.4g(50mmol)、MTESを12.6g(70mmol)、純水を8.6g(480mmol)、1N塩酸を45mg、及びハイドロキノンを140mg(1.3mmol)仕込み、空気中、90℃で加熱攪拌を行なった。反応開始時点では不均一系であったが、加熱から5分後には無色透明となった。また、加熱から10分後にはエタノールが留去しはじめた。2時間加熱後に、エタノールが理論量の85%(24g)留去した時点で反応を終了した。反応混合物中のエタノールを除去するために、減圧(1Torr)にて2時間乾燥させたところ、白色粉末状固体であるポリシロキサン(R−7)23gを得た。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−7)中のスチリル基のモル量は25mol%だった。
合成例40 ポリシロキサン(R−8)の合成
合成例22と同様の手順で、PhTMSを28.26g(0.143mol)、MAcTMSを19.31g(0.078mol)、SuTMSを10.20g(0.039mol)、DAAを60.88g仕込み、水14.69gにリン酸0.289g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R−8)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(R−8)溶液の固形分濃度は40.0重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−8)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ0mol%、30mol%、15mol%であった。
合成例41 ポリシロキサン(R−9)の合成
合成例22と同様の手順で、MTMSを24.34g(0.179mol)、MAcTMSを24.21g(0.097mol)、SuTMSを12.79g(0.049mol)、DAAを59.70g仕込み、水18.42gにリン酸0.307g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R−9)の溶液を得た。得られたポリシロキサン(R−9)溶液の固形分濃度は40.0重量%であった。29Si−NMRで測定した、ポリシロキサン(R−9)中のスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ0mol%、30mol%、15mol%であった。
合成例42 スチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基含有ポリシロキサン(R−10)の合成
合成例22と同様の手順で、StTMSを32.87g(0.147mol)、MAcTMSを19.85g(0.080mol)、MTMSを5.44g(0.040mol)、TBCの1重量%DAA溶液を1.64g、DAAを59.12g仕込み、水15.10gにリン酸0.291g(仕込みモノマーに対して0.50重量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R−10)を得た。得られたポリシロキサン(R−10)の固形分濃度は40.7重量%であった。29Si−NMRで測定したスチリル基、(メタ)アクリロイル基、親水性基のモル量は、それぞれ55mol%、30mol%、15mol%であった。
Figure 2017188047
<金属化合物粒子の溶媒置換>
溶剤置換例1 “オプトレイク”TR−527の溶剤置換
金属化合物粒子を含むゾルである“オプトレイク”TR−527(商品名、日揮触媒化成(株)製)の溶媒を、メタノールからDAAに置換した。500mLのナスフラスコに、“オプトレイク”TR−527のメタノールゾル(固形分濃度20%)を100g、DAAを80g仕込み、エバポレーターにて30℃で30分間減圧し、メタノールを除去した。得られたTR−527のDAA溶液(D−1)の固形分濃度を測定したところ、20.1%であった。
溶剤置換例2 “オプトレイク”TR−550の溶剤置換
金属酸化物粒子を含むゾルである“オプトレイク”TR−550(商品名、日揮触媒化成(株)製)の溶媒を、溶剤置換例1と同様にして、メタノールからDAAに置換した。得られたTR−550のDAA溶液(D−2)の固形分濃度を測定したところ、20.1%であった。
<凹凸基板の作成>
乾燥窒素気流下、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン(セントラル硝子(株)製、BAHF)15.9g(0.043モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(SiDA)0.62g(0.0025モル)を、N−メチルピロリドン(NMP)200gに溶解した。ここに、3,3’,4,4’−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(マナック(株)製、ODPA)15.5g(0.05モル)を、N−メチルピロリドン(NMP)50gとともに加えて、40℃で2時間撹拌した。その後、4−エチニルアニリン(東京化成(株)製)1.17g(0.01モル)を加え、40℃で2時間撹拌した。さらに、ジメチルホルアミドジメチルアセタール(三菱レイヨン(株)製、DFA)3.57g(0.03モル)をN−メチルピロリドン(NMP)5gで希釈した溶液を10分かけて滴下し、滴下後、40℃で2時間撹拌を続けた。撹拌終了後、溶液を水2Lに投入して、ポリマー固体の沈殿をろ過で集めた。さらに水2Lで3回洗浄を行い、集めたポリマー固体を50℃の真空乾燥機で72時間乾燥し、ポリアミド酸エステルAを得た。
乾燥窒素気流下、TrisP−PA(商品名、本州化学工業(株)製)21.23g(0.05mol)と5−ナフトキノンジアジドスルホニル酸クロリド37.62g(0.14mol)とを、1,4−ジオキサン450gに溶解させ、室温にした。ここに、1,4−ジオキサン50gと混合させたトリエチルアミン15.58g(0.154mol)を、系内が35℃以上にならないように滴下した。滴下後、30℃で2時間攪拌した。トリエチルアミン塩を濾過し、濾液を水に投入させた。その後、析出した沈殿を濾過で集めた。この沈殿を真空乾燥機で乾燥させ、下記構造のナフトキノンジアジド化合物Aを得た。
Figure 2017188047
ポリアミド酸エステルAを10.00g(100重量部)、ナフトキノンジアジド化合物Aを3.00g(30重量部)、ジフェニルジメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−202SS)を0.01g(0.1重量部)、フェノール性水酸基を有する化合物として1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(本州化学工業(株)製、TrisP−HAP)を0.50g(0.5重量部)、溶剤としてγ―ブチロラクトン(GBL)を組成物の固形分濃度が20重量%となる量(52.04g)、黄色灯下で混合、攪拌して均一溶液とした後、0.20μmのフィルターで濾過して、ポジ型感光性樹脂組成物を調製した。
上記ポジ型感光性樹脂組成物を、8インチ径のシリコンウェハに、スピンコーター(東京エレクトロン製 型式名クリーントラックマーク7)を用いてスピンコートした後、ホットプレート(アズワン(株)製HP−1SA)を用いて120℃で3分間プリベークし、膜厚1.2μmの感光性樹脂膜を作製した。作製した感光性樹脂膜を、i線ステッパー((株)ニコン社製NSR−2009i9C)を用いて、300mJ/cmで露光した。マスクとしては、図5、6に示す凹凸パターンが得られるような、石英ガラス製マスクを用いた。露光した後、自動現像装置(滝沢産業(株)製AD−2000)を用いて2.38wt%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で60秒間シャワー現像し、次いで、水で30秒間リンスした。その後、オーブン(ヤマト科学製DN43HI)を用いて230℃で30分間キュアして、凹凸基板を得た。
図5および図6に、段差のプロファイルを示す。図5はポジ型感光性樹脂組成物の硬化膜パターン5を凸部、シリコンウェハ6を凹部とする段差基板を上面から見た図であり、図6は図5のA−A’線における断面図である。
<硬化膜の作成>
8インチシリコンウェハおよび前述の凹凸基板上に、スピンコーター(東京エレクトロン製 型式名「クリーントラックマーク7」)を用いて、各実施例及び比較例のポリシロキサン樹脂組成物を塗布した。樹脂組成物が非感光性組成物である場合には、塗布後、100℃で3分間プリベークし、さらに230℃で5分間キュアして、厚さ約1μmの硬化膜を得た。樹脂組成物が感光性組成物である場合には、塗布後、100℃で3分間プリベークし、i線ステッパー露光機により、露光量を400mJ/cmで露光した。その後、0.4重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスした。さらに100℃で3分間加熱乾燥させ、最後に230℃で5分間キュアし、厚さ約1μmの硬化膜を得た。
<膜収縮率の測定>
ラムダエースSTM−602(商品名、大日本スクリーン製)を用いて、シリコンウェハ上に形成された樹脂組成物の塗布膜の膜厚を測定した。樹脂組成物が非感光性組成物である場合は、樹脂組成物を塗布し、100℃で3分間プリベークした後の膜にピンセットで5mmφ程度の丸印を5箇所つけて、丸印の中心を測定し、平均値を膜厚Xとした。その後、230℃で5分間キュアし、丸印の中心を測定し、膜厚Yとした。これらの膜厚XおよびYから膜収縮率(X―Y)/X×100[%]を計算した。
一方で、樹脂組成物が感光性組成物である場合は、樹脂組成物を塗布し、100℃で3分間プリベークした後、i線ステッパー露光機により、露光量を400mJ/cmで露光した。その後、0.4重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスした。さらに100℃で3分間加熱乾燥させた後、ピンセットで5mmφ程度の丸印を5箇所つけて、丸印の中心を測定し、平均値を膜厚X’とした。その後、230℃で5分間キュアし、丸印の中心を測定し、膜厚Yとした。これらの膜厚X’およびYから膜収縮率(X’−Y)/X’ ×100[%]を計算した。
<凹凸基板上の膜厚測定>
硬化膜を形成した凹凸基板に傷を付けて劈開し、図7に示すような膜断面を出した。この膜断面を、電解放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)S−4800(日立ハイテクノロジーズ(株)製)にて、加速電圧が3kVの条件で観察した。1〜5万倍程度の倍率でdTOPおよびdBOTTOMをそれぞれ計測し、dBOTTOM/dTOP×100[%]を計算により求めた。dTOPおよびdBOTTOMは凸部および凹部の中央部分の膜厚を3箇所で測定した平均値を採用した。3箇所は、基板の中心部とそれに隣接する左右の凹凸を選択した。(dBOTTOM/dTOP×100)の値が80以上なら平坦性が優(A)、70以上なら良(B)、60以上なら可(C)、60未満であれば不良(D)と判定した。
<塗布性>
シリコンウェハ上に形成された塗布膜を230℃で5分間キュアした後の硬化膜を、目視にて確認した。異物やムラが見られない場合には優(A)、異物はなく、スピンコーターのバキュームチャックムラや、ホットプレートのピンムラ等の軽微なムラが見られた場合には可(B)、異物もしくはストリエーションや全面ムラなどの重度のムラが見られた場合には不可(C)とした。
<保存安定性>
樹脂組成物を40℃の恒温槽に3日間保管後、シリコンウェハ上に塗布し、保管前と保管後で膜厚Xの違いを確認した。膜厚変化が5%以内であれば可(○)5%を超えるものは不可(×)とした。
実施例1
(A)ポリシロキサンとして(P−1)のPGME溶液(35.2%)を7.05g、(E)溶媒としてPGMEを0.45gおよびDAAを2.5g、黄色灯下で混合し、振とう撹拌した後、0.2μm径のフィルターで濾過して樹脂組成物1を得た。組成を表3に示す。
作製した組成物1を用いて、上記方法に従って膜厚XおよびYを測定し、膜収縮率の測定を行い、また、dTOPとおよびdBOTTOMを測長し、dBOTTOM/dTOP×100[%]を計算した。評価結果を表4に示す。
実施例2−21
表3に示す比率に従い、実施例1と同様の手順で樹脂組成物を調整し、各樹脂組成物の評価を行った。結果を表4に示す。
実施例22
(A)ポリシロキサンとして(P−6)のPGME溶液(35.4%)を5.64g、(E)溶媒としてPGMEを1.36gおよびDAAを0.5g、(D)金属化合物粒子としてTR−527のDAA溶液(D−1)を2.5g仕込み、黄色灯下で混合し、振とう撹拌した後、0.2μm径のフィルターで濾過して樹脂組成物23を得た。組成を表3に示す。続いて、実施例1と同様の手順で樹脂組成物の評価を行った。結果を表4に示す。
実施例23−25
表3に示す比率に従い、実施例22と同様の手順で実施例23−25の樹脂組成物を調整した後、実施例1と同様の手順で各樹脂組成物の評価を行った。結果を表4に示す。
実施例26
(A)ポリシロキサンとして(P−6)のPGME溶液(35.4%)を4.94g、(E)溶媒としてPGMEを0.06gおよびDAAを2.5g、(D)金属化合物粒子としてPGM−ST(日産化学製PGMEゾル、固形分濃度30%)を2.5g仕込み、黄色灯下で混合し、振とう撹拌した後、0.2μm径のフィルターで濾過して組成物を得た。組成を表3に示す。続いて、実施例1と同様の手順で樹脂組成物の評価を行った。結果を表4に示す。
実施例27
(A)ポリシロキサンとして(P−10)のPGME溶液(35.5%)を6.76g、(E)溶媒としてPGMEを1.14gおよびDAAを2.5g、(C)感光剤として1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−2−(O−ベンゾイルオキシム)](BASF製OXE−01)を0.1g仕込み、黄色灯下で混合し、振とう撹拌した後、0.2μm径のフィルターで濾過して組成物を得た。組成を表3に示す。
得られた樹脂組成物を凹凸基板およびシリコンウェハにそれぞれスピンコートした後、ホットプレートを用いて、100℃で3分間プリベークし、i線ステッパー露光機(ニコン製 型式名NSR2005i9C)により、露光量を400mJ/cmで露光した。その後、自動現像装置(AD−2000、滝沢産業(株)製)を用いて、0.4重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液ELM−D(三菱ガス化学(株)製)で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスした。さらに、100℃で3分間膜を乾燥させた後、膜厚X’を測定した。さらに、ホットプレートを用いて230℃で5分間キュアして硬化膜を作製し、膜厚Yを測定した。得られたX’およびYに基づいて膜収縮率を算出した。また、凹凸基板上に形成した硬化膜について、上記方法に従ってdTOPとおよびdBOTTOMを測長し、dBOTTOM/dTOP×100[%]を計算した。結果を表4に示す。
実施例28
実施例27の(C)感光剤をビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド(チバスペシャリティケミカル製IC−819)に変更した以外は同様の手順で組成物を調整し、評価を行った。組成を表3に、評価結果を表4に示す。
実施例29
実施例27の(C)感光剤を2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン(チバスペシャリティケミカル製IC−907)に変更した以外は同様の手順で組成物を調整し、評価を行った。組成を表3に、評価結果を表4に示す。
実施例30
実施例27の(A)ポリシロキサンを(P−14)に変更した以外は同様の手順で組成物を調整し、評価を行った。組成を表3に、評価結果を表4に示す。
Figure 2017188047
Figure 2017188047
比較例1
黄色灯下にて、(C)成分として2−メチル−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン(商品名「イルガキュア907」チバスペシャリティケミカル製)0.5166g、および4,4−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン0.0272gを、DAA2.9216gおよびPGMEA2.4680gに溶解させた。そこへ、(A)成分としてポリシロキサン溶液(R−1)を6.7974g、(B)成分として9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン(商品名「BPEFA」大阪ガスケミカル製)のPGMEA50重量%溶液2.7189g、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(商品名「“カヤラッド(登録商標)”DPHA」、新日本化薬製)のPGMEA50重量%溶液2.7189g、4−t−ブチルカテコールのPGMEA1重量%溶液1.6314g、シリコーン系界面活性剤であるBYK−333(ビックケミー・ジャパン(株)製)のPGMEA1重量%溶液0.2000g(濃度100ppmに相当)を加え、撹拌した。次いで、0.45μmのフィルターでろ過を行い、比較組成物1を得た。
得られた樹脂組成物について、凹凸基板およびシリコンウェハにそれぞれスピンコートした後、ホットプレートを用いて、100℃で3分間プリベークし、i線ステッパー露光機(ニコン製 型式名NSR2005i9C)により、露光量を400mJ/cmで露光した。その後、自動現像装置(AD−2000、滝沢産業(株)製)を用いて、0.4重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液ELM−D(三菱ガス化学(株)製)で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスした。さらに100℃で3分間膜を乾燥させた後、膜厚X’を測定した。さらにホットプレートを用いて230℃で5分間キュアして硬化膜を作製し、膜厚Yを測定した。得られたX’およびYに基づいて膜収縮率を算出した。また、凹凸基板上に形成した硬化膜について、上記方法に従ってdTOPとおよびdBOTTOMを測長し、dBOTTOM/dTOP×100[%]を計算した。樹脂組成物の組成を表5に、評価結果を表6に示す。
比較例2−4
比較例1のポリシロキサン(R−1)を(R−2)、(R−3)および(R−4)にそれぞれ変更した以外は同様の手順で、比較例2−4の樹脂組成物を調整し、比較例1と同様の評価を行った。樹脂組成物の組成を表5に、評価結果を表6に示す。
比較例5−7
ポリシロキサン(R−1)、(R−3)および(R−4)をそれぞれ用い、表5に示す組成の樹脂組成物を調整した。実施例1と同様の条件で評価を行った。評価結果を表6に示す。
比較例8
(A)成分として、合成例37で得られたポリ(シロキサン)R−5を100質量部、(C)成分として、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(チバスペシャリティケミカルズ製IRGACURE369)を4質量部、4,4'−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンを0.5質量部、その他の成分として、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン(昭和電工(株)製 カレンズMT BD1)を25質量部、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート(テトラメチレングリコールユニット数8 日本油脂製PDT−650)を30質量部、MAcTMSを30質量部、シリコーンレジン(東レ・ダウコーニング製217フレーク)を150質量部、N−メチル−2−ピロリドンを40質量部、混合した。その後、濃度が3分の1になるようにPGMEAで希釈混合し、孔径0.2ミクロンの“テフロン”(登録商標)製フィルターでろ過し、比較組成物8を得た。
得られた樹脂組成物を、スピンコーター(東京エレクトロン製 型式名クリーントラックマーク7)を用いて8インチシリコンウェハ上に塗布し、100℃で3分間プリベークした。この塗膜を、i線ステッパー露光機(ニコン製 型式名NSR2005i9C)により、露光量を400mJ/cmで露光した。続いて、自動現像装置(AD−2000、滝沢産業(株)製)を用いて、0.4重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液ELM−D(三菱ガス化学(株)製)で90秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスした。さらに、100℃で3分間膜を乾燥させた後、膜厚X’を測定した。さらに、ホットプレートを用いて230℃で5分間キュアして硬化膜を作製し、膜厚Yを測定した。得られたX’およびYに基づいて膜収縮率を算出した。また、段差基板上に形成した硬化膜について、上記方法に従ってdTOPとおよびdBOTTOMを測長し、dBOTTOM/dTOP×100[%]を計算した。樹脂組成物の組成を表5に、評価結果を表6に示す。
比較例9
ポリシロキサン(R−5)を用い、表5に示す組成の樹脂組成物を調整した。実施例1と同様の条件で評価を行った。評価結果を表6に示す。
比較例10
ポリシロキサン(R−6) 4.5gをTHF4.0gに充分溶解させ、そこにシラノール縮合触媒であるジイソプロポキシビス(アセチルアセトン)チタン135mgと、水171mgとを加え、振ることにより混合した。次に、別の容器にて、1,4−ビス(ジメチルシリル)ベンゼン380mg(2.0mmol)、白金−ビニルシロキサン錯体(1.54×10-4 mmol/mg)4.0×10−4mmol、貯蔵安定剤であるジメチルマレエートを4.0×10−4mmol及びTHF1.0gを加え、軽く振って混合した。上記の手順で調整した2種の溶液を充分に混合し、PGMEAを加えて2倍に希釈し、0.45μmのフィルターでろ過を行い、比較組成物10を得た。その後、実施例1と同様の条件で評価を行った。組成を表5に、評価結果を表6に示す。
比較例11−12
ポリシロキサン(R−6)および(R−7)をそれぞれ用い、表5に示す組成の樹脂組成物を調整した。実施例1と同様の条件で評価を行った。評価結果を表6に示す。
Figure 2017188047
Figure 2017188047
実施例31
黄色灯下で、表7に示す比率にて各成分を混合、撹拌して均一溶液とした後、0.20μmのフィルターで濾過して、組成物31を調製した。
組成物31を、調製直後に、4インチシリコンウェハに、スピンコーター(ミカサ(株)製1H−360S)を用いてスピン塗布した後、ホットプレート(大日本スクリーン製造(株)製SCW−636)を用いて、100℃で3分間加熱し、膜厚1.0μmのプリベーク膜を作製した。得られたプリベーク膜をi−線ステッパー(ニコン(株)製i9C)を用いて全面に1000msecで露光を行なった。露光を行った後に、自動現像装置(滝沢産業(株)製AD−2000)を用いて2.38重量%TMAH水溶液で60秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスして、現像後膜を得た。その後、現像後膜を、ホットプレートを用いて220℃で5分間キュアして、硬化膜1を作製した。
また、得られたプリベーク膜を、i−線ステッパーを用いて、100msec〜1000msecまで50msec刻みで露光を行ない、次いで、上記と同様の方法で現像、キュアを行ない、硬化膜2を得た。
また、図5および図6に示す凹凸基板に、調製した組成物31を塗布して、上記と同様の方法で、プリベーク、現像、キュアを行なって、dTOPが0.3μmとなる硬化膜3を得た。
硬化膜1を用いて、(1)屈折率の測定と(2)透過率の測定を行い、硬化膜2を用いて、(3)解像度の評価と(4)残渣の評価を行い、硬化膜3を用いて、平坦性の評価を行なった。(1)〜(4)の評価方法については下記に示す。さらに、組成物31を用い、前述の方法に従って、膜厚X’およびYを別途測定し、収縮率を求めた。これらの結果を表9に示す。
(1)屈折率の測定
得られた硬化膜について、大塚電子(株)製分光エリプソメータFE5000を用いて、22℃での633nmにおける屈折率を測定した。
(2)透過率の測定(400nm波長、1μm換算)
得られた硬化膜の400nm波長による消衰係数を、大塚電子(株)製分光エリプソメータFE5000により測定し、下記式により400nm波長における膜厚1μm換算での光透過率(%)を求めた。
光透過率=exp(−4πkt/λ)
ただし、kは消衰係数、tは換算膜厚(μm)、λは測定波長(nm)を表す。なお本測定では1μm換算の光透過率を求めるため、tは1(μm)となる。
(3)解像度
得られた硬化膜2について、全ての露光量での正方形パターンを観察し、最小パターン寸法を解像度として観察を行った。評価基準を以下のように定めた。
A:最小パターン寸法xが、x<15μm
B:最小パターン寸法xが、15μm≦x<50μm
C:最小パターン寸法xが、50μm≦x<100μm
D:最小パターン寸法xが、100μm≦x。
(4)残渣
得られた硬化膜2中の未露光部の溶け残り程度により、以下のように判定した。
5:目視では溶け残りがなく、顕微鏡観察において50μm以下の微細パターンも残渣がない。
4:目視では溶け残りがなく、顕微鏡観察において50μm超のパターンには残渣がないが、50μm以下のパターンには残渣がある。
3:目視では溶け残りがないが、顕微鏡観察において50μm超のパターンに残渣がある。
2:目視で、基板端部(厚膜部)に溶け残りがある。
1:目視で、未露光部全体に溶け残りがある。
実施例32〜44
組成物31と同様にして、表7に示す組成の組成物31〜44を調製した。得られた各組成物を用いて、実施例31と同様にしてプリベーク膜、硬化膜1〜3を作製し、評価を行った。評価結果を表9に示す。
なお(1)屈折率の算出、(2)透過率の測定において、現像して膜が全部溶解して評価が出来なかった場合は、現像を行わない以外は実施例31と同様にして硬化膜を作製し評価を行った。
比較例13〜17
組成物31と同様にして、表8に示す組成の比較組成物13〜17を調製した。得られた各組成物を用いて、実施例31と同様にしてプリベーク膜、硬化膜1〜3を作製し、評価を行った。評価結果を表9に示す。
なお(1)屈折率の算出、(2)透過率の測定において、現像して膜が全部溶解して評価ができなかった場合は、現像を行わない以外は実施例31と同様にして硬化膜を作製し、評価を行った。
Figure 2017188047
Figure 2017188047
Figure 2017188047
実施例1〜21と比較例1〜7および9〜12との対比により、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は膜収縮が小さく、平坦性に優れた組成物であることがわかる。比較例8は、膜の収縮は比較的小さく、平坦性は悪くなかったが、保存安定性が悪く、保管しておくと粘度上昇が見られたため、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物に劣ると判断した。
実施例1〜5と比較例6、7および9との対比から、ポリシロキサン中にスチリル基を含有することにより、収縮率が大きく低下し、平坦性が向上していることがわかる。
また、実施例9〜12および16〜21と比較例5、11および12との比較により、スチリル基を多く含むほど、膜収縮率が小さくなり、平坦性が向上していることがわかる。特に、実施例9〜12および16〜21のように、スチリル基がSi原子100モル%に対して40〜99モル%の範囲にある場合に、優れた平坦性を示した。
実施例1〜21と比較例10〜12との比較により、スチリル基を有するシロキサン中に親水基を含むことにより、塗布性が大幅に向上していることがわかる。
さらに、実施例31〜41の結果より、(B)成分、(C)成分、(D)成分を加えることで、高屈折率かつ平坦性に優れた硬化膜を形成できる感光性樹脂組成物が得られることがわかる。これらの感光性樹脂組成物は、実施例31〜41と比較例13とを比較すると、(メタ)アクリロイル基を含有することで、解像度や残渣といった感光性能が向上していることがわかる。また、実施例31〜41と比較例14、15および17とを比較すると、スチリル基が収縮率の低減と平坦性の向上に寄与していることがわかる。さらに、実施例31〜41と比較例16とを比較すると、親水基が感光特性に寄与していることがわかる。
1 パターン部
2 支持基板
3 キュア前の樹脂膜
4 キュア後の樹脂膜
5 硬化膜パターン
6 シリコンウェハ
7 基板
8 塗膜
9 マスク
10 活性光線
11 パターン
12 硬化膜
13 第2の塗膜
14 パターン
15 硬化膜

Claims (15)

  1. (A)ポリシロキサンを含む樹脂組成物であって、(A)ポリシロキサンが下記一般式(1)〜(3)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含み、(A)ポリシロキサン中に含まれるスチリル基のモル量が、Si原子の100モル%に対して40モル%以上99モル%以下である、樹脂組成物。
    Figure 2017188047
    (Rは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。)
  2. さらに、(A)ポリシロキサン中に下記一般式(7)〜(9)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含む、請求項1記載の樹脂組成物。
    Figure 2017188047
    (Rはエポキシ基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基またはカルボン酸無水物を有する炭化水素基である。Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。)
  3. さらに、(A)ポリシロキサン中に下記一般式(4)〜(6)のいずれかで示される部分構造を少なくとも1つ以上含む、請求項2記載の樹脂組成物。
    Figure 2017188047
    (Rはそれぞれ独立に単結合または炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Rは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す)
  4. 前記樹脂組成物が、230℃で5分間加熱する前後の膜厚変化率が5%以下である、請求項1〜3いずれかに記載の樹脂組成物。
  5. (A)ポリシロキサンを含む樹脂組成物であって、(A)ポリシロキサンが下記一般式(10)および(11)を含む複数のアルコキシシラン化合物を加水分解および重縮合することによって得られるポリシロキサンである、樹脂組成物。
    Figure 2017188047
    (Rは単結合または炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。nは2または3である。)
    Figure 2017188047
    (Rは、エポキシ基、ウレア基、ウレタン基、アミド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基またはカルボン酸無水物を有する炭化水素基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基を示し、Rは有機基を示す。mは2または3である。)
  6. (D)金属化合物粒子を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の樹脂組成物。
  7. (A)ポリシロキサンが、(a−1)スチリル基、(a−2)(メタ)アクリロイル基および(a−3)親水性基を有し、さらに(B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の樹脂組成物
  8. (A)ポリシロキサン中の(a−1)スチリル基のモル量がSi原子の100mol%に対して45mol%以上70mol%以下であり、(a−2)(メタ)アクリロイル基のモル量がSi原子の100mol%に対して15mol%以上40mol%以下である、請求項7記載の樹脂組成物。
  9. (a−3)親水性基が、コハク酸もしくは無水コハク酸を有する炭化水素基であり、かつ、(A)ポリシロキサン中の(a−3)親水性基のモル量がSi原子の100mol%に対して10mol%以上20mol%以下である、請求項7または8に記載の樹脂組成物。
  10. (A)ポリシロキサンを20重量%以上50重量%以下
    (B)ラジカル重合性基および芳香環を有する化合物を5重量%以上35重量%以下
    (C)感光剤を1重量%以上10重量%以下
    (D)金属化合物粒子を30重量%以上60重量%以下
    含有する、請求項7〜9のいずれかに記載の樹脂組成物。
  11. 以下の工程を含む硬化膜の製造方法;
    (I)請求項7〜10のいずれかに記載の樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
    (II)前記塗膜を露光および現像する工程、
    (IV)さらに、請求項7〜10のいずれかに記載の樹脂組成物を前記現像後の塗膜の上に塗布して第2の塗膜を形成する工程、
    (V)前記第2の塗膜を露光および現像する工程、および
    VI)前記現像後の塗膜および前記現像後の第2の塗膜を加熱する工程。
  12. 以下の工程を含む硬化膜の製造方法;
    (I)請求項7〜10のいずれかに記載の樹脂組成物を基板上に塗布して塗膜を形成する工程、
    (II)前記塗膜を露光および現像する工程、
    (III)前記現像後の塗膜を加熱する工程、
    (IV’)さらに、請求項7〜10のいずれかに記載の樹脂組成物を前記加熱後の塗膜の上に塗布して第2の塗膜を形成する工程、
    (V’)前記第2の塗膜を露光および現像する工程、および
    (VI’)前記現像後の第2の塗膜を加熱する工程。
  13. 請求項1〜10のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化膜。
  14. 請求項13記載の硬化膜を具備する固体撮像素子。
  15. 前記硬化膜が光導波路である請求項14記載の固体撮像素子。
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