KR20040030834A - 포지티브형 감방사선성 조성물 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

포지티브형 감방사선성 조성물 및 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은
(A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
(B) 광산발생제, 및
(C) 염기성 화합물을 함유한다.
<화학식 1>
(R1)pSi(X)4-p
식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
본 발명의 조성물을 사용함으로써 패턴 정밀도 등이 우수한 경화물을 얻을 수 있으며, 본 발명의 조성물은 광도파로를 형성시키기 위한 재료로서 사용할 수 있다.

Description

포지티브형 감방사선성 조성물 및 패턴 형성 방법{Positive Type Radiosensitive Composition and Method for Forming Pattern}
졸겔 재료를 이용한 종래의 포지티브형 포토리소그래피 재료로서, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)10-310642호 공보에는 페놀성 수산기를 갖는 것, 또는 그 페놀성 수산기의 수소 원자가 어느 특정한 원자로 치환되어 있는 고분자 실리콘 화합물이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 (평)11-302382호 공보에는 고분자 실리콘 화합물의 카르복실기의 수소 원자 또는 카르복실기와 수산기의 수소 원자를 산불안정기에 의해 치환하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이들 공보에 기재된 기술에 있어서는, 사용할 수 있는 단량체 또는 중합체의 종류에 제한이 있다.
한편, 졸겔 재료는 광도파로 형성용 재료로서도 유용하다. 이 경우, 대부분의 장치 재료가 포지티브형이기 때문에, 광도파로를 형성시키기 위한 졸겔 재료로서는 포지티브형인 것이 요구되고 있다.
본 발명은 포지티브형 감방사선성 조성물 및 그것을 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 패턴 정밀도 등이 우수한 경화물을 얻을 수 있는 포지티브형 감방사선성 조성물, 그것을 이용한 패턴 형성 방법 및 광도파로의 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명은 이상과 같은 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 폴리실록산계에서의 규소 원자 상의 치환기에 상관없이 우수한 패턴 정밀도를 갖는 경화물을 얻을 수 있는 포지티브형 감방사선성 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 문제는 하기 (A) 내지 (C) 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물을 제공함으로써 해결할 수 있다.
(A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
(B) 광산발생제,
(C) 염기성 화합물.
(R1)pSi(X)4-p
식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물에 의하면, 특수한 가수분해성 실란 화합물 단량체를 사용하지 않아도 범용성 가수분해성 실란 화합물을 사용하여 포지티브형 감방사선성 경화막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물에 의하면, 패턴 노광함으로써 해상도가 우수한 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은 광도파로 형성에 바람직하며, 광도파로에서의 도파로 손실을 낮출 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은
(A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
(B) 광산발생제, 및
(C) 염기성 화합물을 함유하는 것이다.
<화학식 1>
(R1)pSi(X)4-p
식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
이하, 이들 (A) 내지 (C) 성분 및 다른 임의 성분에 대하여 설명한다.
[(A) 성분]
포지티브형 감방사선성 조성물의 구성 성분 중 (A) 성분은 열경화 성분으로서, 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이다.
(1) 구조
(A) 성분의 구조를 나타내는 화학식 1 중, X로 표시되는 가수분해성기는 통상 무촉매, 과잉의 물의 공존하에서 실온(25 ℃) 내지 100 ℃의 온도 범위 내로 가열함으로써 가수분해되어 실라놀기를 생성할 수 있는 기, 또는 실록산 축합물을 형성할 수 있는 기를 가리킨다.
또한, 화학식 1 중의 p는 0 내지 3의 정수이지만, 0 내지 2의 정수가 보다 바람직하고, 1이 특히 바람직하다.
단, 화학식 1로 표시되는 (A) 성분에 있어서, 일부 X가 가수분해될 수도 있으며, 그 경우에는 가수분해성 실란 화합물과 가수분해물의 혼합물이 된다.
또한, 가수분해성 실란 화합물의 가수분해물이라고 할 때에는, 가수분해 반응에 의해 알콕시기가 실라놀기로 변한 화합물 뿐만 아니라, 일부 실라놀기들끼리 축합된 부분 축합물도 포함한다.
(2) 유기기 R1
유기기 R1에서의 "비가수분해성"이란, 가수분해성기 X가 가수분해되는 조건에서 그대로 안정적으로 존재하는 성질을 의미한다.
여기서, 유기기 R1로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기 등의 알킬기, 페닐기, 크실릴기, 톨릴기 등의 아릴기, 벤질기 등의 아랄킬기 등을 들 수 있다. 이들은 직쇄상, 분지상, 환상 또는 이들의 조합일 수도 있다.
(3) 가수분해성기 X
화학식 1에서의 가수분해성기 X로서는 수소 원자, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등의 탄소수 1 내지 12의 알콕시기, 염소 원자, 요오드 원자, 불소 원자 등의 할로겐 원자, 아미노기 및 아실옥시기 등을 들 수 있다.
(4) 가수분해성 실란 화합물의 구체예
이어서, 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물(간단히 "실란 화합물"이라고도 함)의 구체예로서는 테트라클로로실란, 테트라아미노실란, 테트라아세톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라부톡시실란, 테트라페녹시실란, 테트라벤질옥시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란 등의 4개의 가수분해성기로 치환된 실란 화합물;
메틸트리클로로실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리부톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 에틸트리부톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 펜타플루오로페닐트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, d3-메틸트리메톡시실란, 노나플루오로부틸에틸트리메톡시실란, 트리플루오로메틸트리메톡시실란 등의 3개의 가수분해성기로 치환된 실란 화합물;
디메틸디클로로실란, 디메틸디아미노실란, 디메틸디아세톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디부틸디메톡시실란 등의 2개의 가수분해성기로 치환된 실란 화합물;
트리메틸클로로실란, 헥사메틸디실라잔, 트리메틸실란, 트리부틸실란, 트리메틸메톡시실란, 트리부틸에톡시실란 등의 1개의 가수분해성기로 치환된 실란 화합물을 들 수 있다.
또한, 상술한 실란 화합물을 가수분해 또는 축합시키기 위한 조건은 특별히 제한되지 않지만, 일례로서 하기에 나타내는 1) 내지 3)의 공정에 의해 실시하는 것이 바람직하다.
1) 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물과 소정량의 물을 교반기가 부착된 용기 내에 수용한다.
2) 이어서, 용액의 점도를 조절하면서 유기 용매를 용기 내에 더 수용하여 혼합 용액으로 한다.
3) 얻어진 혼합 용액을 공기 분위기 중에서 0 ℃부터 유기 용매 또는 가수분해성 실란 화합물의 비점 이하의 온도로 1 내지 24 시간 가열 교반한다. 또한, 가열 교반 중 필요에 따라 증류에 의해 혼합 용액을 농축하거나, 또는 용제를 치환하는 것도 바람직하다.
또한, 상술한 실란 화합물을 가수분해, 축합시킬 때에는 촉매를 사용하는 것도 바람직하다. 이러한 촉매의 종류로서는 금속 킬레이트 화합물, 유기산, 무기산, 유기 염기, 무기 염기 등을 들 수 있다.
또한, 이들 촉매 중 금속 킬레이트 화합물, 유기산, 무기산이 바람직하며, 보다 바람직하게는 티탄 킬레이트 화합물 또는 알루미늄 킬레이트 화합물, 유기산을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 동시에 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 촉매의 사용량은 (A) 성분인 실란 화합물 100 중량부(완전 가수분해 축합물 환산)에 대하여 통상 0.001 내지 10 중량부의 범위이며, 바람직하게는 0.005 내지 10 중량부의 범위이다.
또한, 본 발명에 있어서, 완전 가수분해 축합물이란 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 중의 가수분해성기가 100 ％ 가수분해되어 SiOH기가 되고, 더욱 완전하게 축합되어 실록산 구조가 되는 것을 말한다.
(5) 가수분해물의 중량 평균 분자량
이어서, (A) 성분으로서의 가수분해성 실란 화합물은 가수분해성기의 일부 또는 전부가 가수분해된 가수분해물인 것도 바람직하며, 그 경우 가수분해물의 중량 평균 분자량을 500 내지 30,000의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다.
그 이유는 가수분해물의 중량 평균 분자량의 값이 500 미만인 경우, 도막의 막형성성이 저하되는 경우가 있기 때문이며, 한편 30,000을 초과하면 열경화성이 상승하고, 현상액에 대한 용해성이 저하되는 경우가 있기 때문이다.
따라서, 가수분해물의 중량 평균 분자량을 800 내지 15,000의 범위 내 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 가수분해물의 중량 평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피(이하, "GPC"라고 함)를 이용하여 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량으로서 측정할 수 있다.
[(B) 성분]
(B) 성분은 광산발생제이며, 자외선 등의 방사선을 조사함으로써 후술하는 (C) 성분인 염기성 화합물을 중화할 수 있는 화합물로 정의된다.
(1) 종류
광산발생제의 종류로서는 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 오늄염(제1군의 화합물)이나, 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 갖는 술폰산 유도체(제2군의 화합물)를 들 수 있다.
[R2 aR3 bR4 cR5 dW]+m[MZm+n]-m
식 중, 양이온은 오늄 이온이며, W는 S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, O, I, Br, Cl 또는 -N≡N이고, R2, R3, R4및 R5는 서로 동일하거나 또는 상이한 유기기이며, a, b, c 및 d는 각각 0 내지 3의 정수로서, (a+b+c+d)는 W의 가수와 동일하고, 또한 M은 할로겐화물 착체 [MZm+n]의 중심 원자를 구성하는 금속 또는 메탈로이드이며, 예를 들면 B, P, As, Sb, Fe, Sn, Bi, Al, Ca, In, Ti, Zn, Sc, V, Cr, Mn, Co 이고, Z는 예를 들면 F, Cl, Br 등의 할로겐 원자 또는 아릴기이며, m은 할로겐화물 착체 이온의 실제 전하이고, n은 M의 원자가이다.
Qs-[S(=O)2-R6]t
식 중, Q는 1가 또는 2가의 유기기이고, R6은 탄소수 1 내지 12의 1가 유기기이며, s는 0 또는 1이고, t는 1 또는 2이다.
우선, 제1군의 화합물인 오늄염은 수광함으로써 산성 활성 물질을 방출할 수 있는 화합물이다.
여기서, 화학식 2에서의 음이온 [MZm+n]의 구체예로서는 테트라플루오로보레이트(BF4 -), 헥사플루오로포스페이트(PF6 -), 헥사플루오로안티모네이트(SbF6 -), 헥사플루오로아르세네이트(AsF6 -), 헥사클로로안티모네이트(SbCl6 -), 테트라페닐보레이트, 테트라키스(트리플루오로메틸페닐)보레이트, 테트라키스(펜타플루오로메틸페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
또한, 화학식 2에서의 음이온 [MZm+n] 대신에 화학식 [MZnOH-]로 표시되는 음이온을 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 과염소산 이온(ClO4 -), 트리플루오로메탄술폰산 이온(CF3SO3 -), 플루오로술폰산 이온(FSO3 -), 톨루엔술폰산 이온, 트리니트로벤젠술폰산 음이온, 트리니트로톨루엔술폰산 음이온 등의 다른 음이온을 갖는 오늄염을 사용할 수도 있다.
또한, 제1군의 화합물의 시판품의 예를 들면 선에이드 SI-60, SI-80, SI-100, SI-60L, SI-80L, SI-100L, SI-L145, SI-L150, Si-L160, SI-L110, SI-L147(이상, 산신 가가꾸 고교(주) 제조), UVI-6950, UVI-6970, UVI-6974, UVI-6990(이상, 유니온 카바이드사 제조), 아데카옵토머 SP-150, SP-151, SP-170, SP-171(이상, 아사히 덴까 고교(주) 제조), 이르가큐어 261(시바 스페셜티 케미컬즈(주) 제조), CI-2481, CI-2624, CI-2639, CI-2064(이상, 닛본 소따쯔(주) 제조), CD-1010, CD-1011, CD-1012(이상, 사토마사 제조), DS-100, DS-101, DAM-101, DAM-102, DAM-105, DAM-201, DSM-301, NAI-100, NAI-101, NAI-105, NAI-106, SI-100, SI-101, SI-105, SI-106, PI-105, NDI-105, 벤조인토실레이트, MBZ-101, MBZ-301, PYR-100,PYR-200, DNB-101, NB-101, NB-201, BBI-101, BBI-102, BBI-103, BBI-109(이상, 미도리 가가꾸(주) 제조), P,I-061T, P,I-062T, P,I-020T, P,I-022T(이상, 닛본 가야꾸(주) 제조), IBPF, IB,F(산와 케미컬(주) 제조) 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 제1군 화합물 중 보다 유효한 오늄염은 방향족 오늄염이며, 특히 바람직하게는 하기 화학식 4로 표시되는 디아릴요오도늄염이다.
[R7-Ar1-I+-Ar2-R8][Y-]
식 중, R7및 R8은 각각 1가 유기기이고 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, R7및 R8중 하나 이상은 탄소수 4 이상의 알킬기를 가지며, Ar1및 Ar2는 각각 방향족기이고 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, Y-는 1가 음이온이고, 주기율표 3족, 5족의 불화물 음이온 또는 ClO4 -, CF3-SO3 -에서 선택되는 음이온이다.
이러한 디아릴요오도늄염으로서는, 구체적으로 (4-n-데실옥시페닐)페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트, [4-(2-히드록시-n-테트라데실옥시)페닐]페닐요오도늄 헥사플루오로안티모네이트, [4-(2-히드록시-n-테트라데실옥시)페닐]페닐요오도늄 트리플루오로술포네이트, [4-(2-히드록시-n-테트라데실옥시)페닐]페닐요오도늄 헥사플루오로포스페이트, [4-(2-히드록시-n-테트라데실옥시)페닐]페닐요오도늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 비스(4-t-부틸페닐)요오도늄 헥사플루오로안티모네이트, 비스(4-t-부틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트, 비스(4-t-부틸페닐)요오도늄 트리플루오로술포네이트, 비스(4-t-부틸페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트, 비스(도데실페닐)요오도늄 헥사플루오로안티모네이트, 비스(도데실페닐)요오도늄 테트라플루오로보레이트, 비스(도데실페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트, 비스(도데실페닐)요오도늄 트리플루오로메틸술포네이트 등의 1종 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다.
또한, 디아릴요오도늄염의 시판품으로서는, 예를 들면 사토마사 제조의 D1012, 산와 케미컬(주) 제조의 IBPF, IBCF, 미도리 가가꾸(주) 제조의 BBI-101, BBI-102, BBI-103, BBI-109 등을 들 수 있다.
이어서, 제2군의 화합물에 대하여 설명한다. 화학식 3으로 표시되는 술폰산 유도체의 예를 들면 디술폰류, 디술포닐디아조메탄류, 디술포닐메탄류, 술포닐벤조일메탄류, 이미드술포네이트류, 벤조인술포네이트류, 1-옥시-2-히드록시-3-프로필 알코올의 술포네이트류, 피로갈롤트리술포네이트류, 벤질술포네이트류를 들 수 있다.
또한, 화학식 3으로 표시되는 술폰산 유도체 중에서 이미드술포네이트류가 보다 바람직하며, 이미드술포네이트 중 트리플루오로메틸술포네이트 유도체가 더욱 바람직하다.
(2) 첨가량
본 발명에 있어서, 포지티브형 감방사선성 조성물 중의 광산발생제의 비율은 통상 (A) 성분 100 중량부(완전 가수분해 축합물 환산)에 대하여 통상 0.01 내지 15 중량부이고, 바람직하게는 0.05 내지 10 중량부이다.
광산발생제의 비율이 0.01 중량부 미만이 되면 염기성 화합물의 중화능이 저하되고, (C) 성분에 의한 열경화 속도가 우선되는 경우가 있기 때문이며, 한편 광산발생제의 비율이 15 중량부를 초과하면 발생된 산에 의한 (A) 성분의 광경화가 우선되기 쉬운 경우가 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서, 상술한 광산발생제와 병용하여 광증감제를 배합하는 것도 광 등의 에너지선을 보다 효과적으로 흡수할 수 있고, 광산발생제의 감도를 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
이러한 광증감제로서는 티오크산톤, 디에틸티오크산톤 및 티오크산톤의 유도체; 안트라퀴논, 브롬 안트라퀴논 및 안트라퀴논의 유도체; 안트라센, 브롬 안트라센 및 안트라센 유도체; 페릴렌 및 페릴렌의 유도체; 크산톤, 티오크산톤 및 티오크산톤의 유도체; 쿠마린 및 케토쿠마린 등을 들 수 있다.
또한, 이들 광증감제 중에서 보다 바람직한 화합물은 디에틸티오크산톤 및 브롬안트라센이다.
이들 광증감제를 사용하는 경우에는, 광산발생제에 대하여 0.1 내지 1 중량％의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
[(C) 성분]
(C) 성분은 염기성 화합물이며, (A) 성분을 열에 의해 경화 촉진시키는 것이고, (B) 성분으로부터 발생하는 산에 의해 중화되는 화합물로 정의된다.
(1) 종류
(C) 성분의 염기성 화합물로서는 패턴 형성 공정 중의 노광 처리에 의해 염기성이 변화되지 않는 질소 함유 유기 화합물이 바람직하다.
이러한 질소 함유 유기 화합물로서는, 예를 들면 하기 화학식 5, 6으로 표시되는 화합물(이하, "질소 함유 화합물 (I)"이라고 함)을 들 수 있다.
화학식 5 중 R9, R10, R11및 화학식 6 중 R12, R13, R14, R15는 서로 독립적으로수소 원자, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환의 아릴기를 나타내고, 화학식 6 중 Y는 4급 암모늄염의 상대 음이온을 나타낸다.
또한, 별도의 질소 함유 유기 화합물로서는 동일 분자 내에 질소 원자를 2개 갖는 디아미노 화합물(이하, "질소 함유 화합물 (II)"라고 함)이나, 질소 원자를 3개 이상 갖는 디아미노 중합체(이하, "질소 함유 화합물 (III)"이라고 함), 또는 아미드기 함유 화합물, 우레아 화합물, 질소 함유 복소환 화합물 등을 들 수 있다.
여기서, 질소 함유 화합물 (I)로서는 n-헥실아민, n-헵틸아민, n-옥틸아민, n-노닐아민, n-데실아민 등의 모노알킬아민류;
디-n-부틸아민, 디-n-펜틸아민, 디-n-헥실아민, 디-n-헵틸아민, 디-n-옥틸아민, 디-n-노닐아민, 디-n-데실아민 등의 디알킬아민류;
트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리-n-부틸아민, 트리-n-펜틸아민, 트리 -n-헥실아민, 트리-n-헵틸아민, 트리-n-옥틸아민, 트리-n-노닐아민, 트리-n-데실아민 등의 트리알킬아민류;
테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에틸암모늄히드록시드, 테트라프로필암모늄히드록시드 등의 테트라알킬아민염류;
아닐린, N-메틸아닐린, N,N-디메틸아닐린, 2-메틸아닐린, 3-메틸아닐린, 4-메틸아닐린, 4-니트로아닐린, 디페닐아민, 트리페닐아민, 1-나프틸아민 등의 방향족 아민류;
에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 알카놀아민류 등을 들 수 있다.
또한, 질소 함유 화합물 (II)로서는, 예를 들면 에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라키스(2-히드록시에틸)에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라키스(2-히드록시프로필)에틸렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노벤조페논, 4,4'-디아미노디페닐아민, 2,2'-비스(4-아미노페닐)프로판, 2-(3-아미노페닐)-2-(4-아미노페닐)프로판, 2-(4-아미노페닐)-2-(3-히드록시페닐)프로판, 2-(4-아미노페닐)-2-(4-히드록시페닐)프로판, 1,4-비스[1-(4-아미노페닐)-1-메틸에틸]벤젠, 1,3-비스[1-(4-아미노페닐)-1-메틸에틸]벤젠 등을 들 수 있다.
또한, 질소 함유 화합물 (III)으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민, 디메틸아미노에틸아크릴아미드의 중합체 등을 들 수 있다.
또한, 아미드기 함유 화합물로서는, 예를 들면 포름아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 프로피온아미드, 벤즈아미드, 피롤리돈, N-메틸피롤리돈 등을 들 수 있다.
또한, 우레아 화합물로서는, 예를 들면 우레아, 메틸우레아, 1,1-디메틸우레아, 1,3-디메틸우레아, 1,1,3,3-테트라메틸우레아, 1,3-디페닐우레아, 트리부틸티오우레아 등을 들 수 있다.
또한, 질소 함유 복소환 화합물로서는, 예를 들면 이미다졸, 벤즈이미다졸, 2-메틸이미다졸, 4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 4-페닐이미다졸, 4-메틸-2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류;
피리딘, 2-메틸피리딘, 4-메틸피리딘, 2-에틸피리딘, 4-에틸피리딘, 2-페닐피리딘, 4-페닐피리딘, N-메틸-4-페닐피리딘, 니코틴, 니코틴산, 니코틴산 아미드, 퀴놀린, 8-옥시퀴놀린, 아크리딘 등의 피리딘류;
피라진, 피라졸, 피리다진, 퀴녹살린, 푸린, 피롤리딘, 피페리딘, 모르폴린, 4-메틸모르폴린, 피페라진, 1,4-디메틸피페라진, 1,4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄 등을 들 수 있다.
이들 질소 함유 유기 화합물 중 질소 함유 화합물 (I), 질소 함유 복소환 화합물 등이 바람직하다. 또한, 질소 함유 화합물 (I) 중에서는 테트라알킬아민염류가 특히 바람직하고, 질소 함유 복소환 화합물 중에서는 피리딘류가 특히 바람직하다.
또한, 염기성 화합물은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것도 바람직하다.
또한, 이들 질소 함유 염기성 화합물과 산성 화합물을 병용하여 사용하는 것도 바람직하다.
이 때 사용하는 산성 화합물로서는 포름산, 아세트산, 프로피온산 등의 모노카르복실산류, 옥살산, 말론산, 숙신산, 아디프산, 말레산, 숙신산 등의 디카르복실산류 등을 들 수 있다.
(2) 첨가량
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물 중의 염기성 화합물의 비율은 (A) 성분 100 중량부(완전 가수분해 축합물 환산)에 대하여 통상 0.001 내지 15 중량부이고, 바람직하게는 0.001 내지 10 중량부이며, 특히 바람직하게는 0.005 내지 5 중량부이다.
그 이유는 염기성 화합물의 비율이 0.001 중량부 미만에서는 공정 조건에 따라서는 (A) 성분의 축합이 약하고, 열경화하는데 불충분한 경우가 있기 때문이며, 한편 이러한 염기성 화합물의 비율이 15 중량부를 초과하면 (A) 성분의 열경화 반응이 지나치게 진행되어 현상액에 불용화되는 경우가 있기 때문이다.
[(D) 성분]
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은 (A) 내지 (C) 성분에 추가하여 (D) 성분으로서 아크릴 중합체를 포함할 수 있다.
(D) 성분의 구체예로서는, 예를 들면 가수분해성 실릴기를 함유하는 (메트)아크릴계 공중합체를 들 수 있다.
(D) 성분을 사용함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물의 균열 내성을 향상시킬 수 있고, 나아가 (A) 성분을 단독으로 가공한 경우와 비교하여 유전율을 낮추는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 감방사성 조성물을 구성할 때, (A) 성분과 (D) 성분을 미리 반응시킨 공축합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이 (A) 성분과 (D) 성분을 미리 반응시킴으로써 (A) 성분과 (D) 성분이 상분리되는 경향이 감소하고, 얻어지는 경화막의 투명성 등을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, (D) 성분의 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체에 대하여 설명한다.
① 종류 및 제조 방법
제1 실시 형태에 사용하는 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체는, 하기 화학식 7에 나타낸 바와 같이 분자 중에 1개 이상의 가수분해성 실릴기를 갖는 비닐 단량체의 중합체로 정의된다. 또한, 화학식 7에서의 가수분해성 실릴기는 화학식 1에서의 가수분해 실릴기와 동일한 내용이다.
식 중, R16은 각각 독립적으로서 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 12의 1가 유기기이고, R17은 단결합 또는 탄소수 1 내지 15의 2가 유기기이며, R18, X'는 알콕시기, 할로겐 원자 또는 아실옥시기를 나타내고, m은 0 내지 2의 수를 나타낸다.
또한, 이러한 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체를 제조할 때, 비닐계 중합체 중으로의 가수분해성 실릴기의 도입 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 이하에 나타내는 제1 제조 방법이나 제2 제조 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
(제1 제조 방법)
제1 제조 방법은 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화 단량체를 중합함으로써, 또는 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화 단량체와 가수분해성 실릴기를 갖지 않는 중합성 불포화 단량체를 공중합함으로써 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체를 제조하는 방법이다.
이러한 제1 제조 방법에 사용되는 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화단량체로서는, 예를 들면 (메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 아크릴옥시프로필트리메톡시실란, (메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, (메트)아크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, (메트)아크릴옥시프로필트리클로로실란, 비스(메타크릴옥시프로필)디메톡시실란 등의 (메트)아크릴옥시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란, 비닐트리에톡시실란, 디비닐디메톡시실란, 디비닐디에톡시실란 등의 비닐실란 등을 들 수 있다. 또한, 상술한 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화 단량체는 1종을 단독으로 중합하거나, 또는 2종 이상을 조합하여 중합할 수도 있다.
또한, 가수분해성 실릴기를 포함하지 않는 중합성 불포화 단량체는 라디칼 중합성의 에틸렌성 불포화 결합을 분자 중에 갖는 화합물이며, 1 분자 중에 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 단관능 단량체로부터 선택된다.
이러한 가수분해성 실릴기를 갖지 않는 화합물(단관능성 단량체)로서는 (메트)아크릴산, (메트)아크릴레이트류, 아크릴아미드류, N-비닐 화합물, 스티렌류, 비닐에테르류, 비닐에스테르류, 할로겐화 올레핀류, 디엔류 등을 들 수 있다.
바람직한 (메트)아크릴레이트류로서는 알킬(메트)아크릴레이트, 말단 히드록시기 (메트)아크릴레이트, 아미노기 함유 (메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 (메트)아크릴레이트류의 구체예로서는, 예를 들면 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 7-아미노-3,7-디메틸옥틸(메트)아크릴레이트, 이소보르닐옥시에틸(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 에틸디에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 알릴(메트)아크릴레이트, 디시클로펜타디엔(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐옥시에틸(메트)아크릴레이트, 디시클로펜테닐(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드 테트라클로로페닐 (메트)아크릴레이트, 2-테트라클로로페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴(메트)아크릴레이트, 테트라브로모페닐(메트)아크릴레이트, 2-테트라브로모페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 2-트리클로로페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 트리브로모페닐(메트)아크릴레이트, 2-트리브로모페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 페녹시에틸(메트)아크릴레이트, 부톡시에틸(메트)아크릴레이트, 펜타클로로페닐(메트)아크릴레이트, 펜타브로모페닐(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 모노(메트)아크릴레이트, 보르닐(메트)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
또한, 바람직한 아크릴아미드류로서는 (메트)아크릴로일모르폴린, 이소부톡시메틸(메트)아크릴아미드, t-옥틸(메트)아크릴아미드, 디아세톤(메트)아크릴아미드, 비닐카프로락탐을 들 수 있고, N-비닐 화합물로서는 N-비닐피롤리돈, N-비닐카르바졸을 들 수 있다.
또한, 바람직한 스티렌류로서는 스티렌, α-메틸스티렌, 메틸스티렌, 메톡시스티렌, 히드록시스티렌, 클로로메틸스티렌을 들 수 있고, 비닐에테르류로서는 예를 들면 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, 부틸비닐에테르, 히드록시에틸비닐에테르, 히드록시부틸비닐에테르, 노나플루오로부틸에틸비닐에테르를 들 수 있다.
또한, 바람직한 비닐에스테르류로서는 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐, 라우릴산 비닐을 들 수 있다.
또한, 바람직한 할로겐화 올레핀류로서는 불화비닐리덴, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로펜, 염화비닐리덴을 들 수 있다.
또한, 바람직한 디엔류로서는 부타디엔, 이소프렌을 들 수 있다.
또한, 가수분해성 실릴기를 함유하지 않는 이들 단관능성 단량체는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 상술한 가수분해성 실릴기를 포함하지 않는 중합성 불포화 단량체 중에서도 아미드 구조나 아민 구조를 포함하지 않는다는 점에서 열경화성을 저하시키는 경우가 없고, 동시에 방향족환을 포함하지 않는다는 점에서 내광성도 양호하다는 이유로 알킬(메트)아크릴레이트를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 알킬(메트)아크릴레이트로서는 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 부톡시에틸(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메트)아크릴레이트, 보르닐(메트)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌디글리콜(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
또한, 이러한 단관능성 단량체의 시판품으로서는, 예를 들면 알로닉스 M-101, M-102, M-111, M-113, M-117, M-152, TO-1210(이상, 도아 고세이(주) 제조), 가야래드 T,-110S, R-564, R-128H(이상, 닛본 가야꾸(주)), 비스코트 192, 비스코트 220, 비스코트 2311HP, 비스코트 2000, 비스코트 2100, 비스코트 2150, 비스코트 8F, 비스코트 17F(이상, 오사까 유끼 가가꾸 고교(주) 제조) 등을 들 수 있다.
이들 비닐계 단량체 및 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화 단량체의 공중합 방법은 공지된 방법을 이용할 수 있다.
예를 들면, 아조 화합물, 과산화물, 산화제/환원제를 조합시킨 산화환원 중합 개시제 등의 열라디칼 중합 개시제의 공존하에서 유기 용제 중 또는 무용제로 가열교반함으로써 공중합체가 제조된다.
여기서, 유기 용제 대신에 물을 사용할 수도 있으며, 이 경우 유화 중합시 첨가되는 공지된 계면활성제의 공존하에서 제조된다.
또한, 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화 단량체와 비닐계 단량체의 반응 비율은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 가수분해성 실릴기를 갖는 중합성 불포화 단량체의 중합도를 t라고 하고, 비닐계 단량체의 중합도를 u라고 했을 때, t/(t+u)를 0.001 내지 1.000의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다. t/(t+u)의 값이 이러한 범위 밖이 되면 얻어진 경화물에서의 내광성이나 내약품성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, t/(t+u)를 0.01 내지 0.500의 범위 내 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 열라디칼 중합 개시제 대신에 광으로 분해 개시되는 중합 개시제를 사용하는 것도 바람직하며, 열라디칼 중합 개시제를 사용하여 얻어진 공중합체와 동등한 공중합체를 제조할 수 있다.
이들 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체의 제조 방법 중에서 바람직한 것을 예로 들면, 열라디칼 중합 개시제의 공존하에서 유기 용제 중에 실시되는 방법(용액 중합법)을 들 수 있다.
이 경우, 유기 용제로서 1 기압하에서의 비점이 30 ℃ 내지 250 ℃인 범위, 바람직하게는 50 ℃ 내지 200 ℃ 범위인 유기 용제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기 용제로서는 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 1,3-디옥산 등의 에테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 아세트산 아밀, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 카르비톨 등의 알코올류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류; 시클로헥산, n-헥산, 리그로인 등의 탄화수소류; 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 아미드류; 사염화탄소, 염화메틸렌 등의 할로겐화 탄화수소류를 들 수 있다. 또한, 이들 중에서 보다 바람직한 유기 용제로서는 알코올류, 케톤류를 들 수 있다.
또한, 이들 유기 용제는 가수분해성 실릴기의 안정성을 확보한다는 의미에서 수분 함유량이 낮은 것이 바람직하다. 예를 들면 1 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 0.1 중량％ 이하의 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 용액 중의 중합체 고형분 농도는 반응이 균일하고, 원활하게 진행되는한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 통상 고형분 농도로서 10 내지 80 중량％, 바람직하게는 20 내지 60 중량％의 고형분 농도로 실시된다.
(제2 제조 방법)
제2 제조 방법은 반응성 유기기를 갖는 비닐계 중합체와 가수분해성 실릴기를 갖는 화합물을 화학 반응시킴으로써 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체를 제조하는 방법이다. 이 경우, 가수분해성 실릴기를 갖는 화합물로서 미리 가수분해 또는 더 축합시킨 것을 사용할 수 있다.
이와 같이 가수분해성 실릴기를 화학 반응에 의해 도입하는 경우, 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면
1) 불포화 이중 결합을 갖는 중합체에 대하여 전이 금속 촉매의 존재하에서 트리알콕시실란을 부가시키는 히드로실릴화 반응,
2) 에폭시기를 함유하는 중합체에 대하여 머캅토기 또는 아미노기를 갖는 알콕시실란류를 부가 반응시키는 방법,
3) 히드록시기를 갖는 중합체에 대하여 이소시아네이트기를 갖는 알콕시실란을 반응시켜 우레탄 결합에 의해 실릴화하는 방법 등을 이용할 수 있다.
이와 같이 하여 제1 및 제2 제조 방법으로 제조된 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체의 배합 방법으로서는, (A) 성분인 가수분해성 실란 화합물 중으로 직접 혼합하는 방법이 통상 행해진다.
단, 가수분해성 실릴기 함유 비닐계 중합체에 대하여 (A) 성분을 혼합한 후, 가수분해성 실란의 가수분해 및 축합을 동일 용기 중에서 실시하는 것도 바람직하다. 이와 같이 하여 제조된 성분 (A) 및 성분 (D)는 각각이 실록산 결합을 통해 공축합된 중합체로 되어 있으며, 상분리되는 경우가 없다. 따라서, 포지티브형 감방사선성 조성물 중의 제조가 용이해지고, 얻어진 경화막의 투명성이 보다 향상된다.
② 비닐계 중합체의 첨가량
이어서, 제1 실시 형태에 사용하는 비닐계 중합체의 첨가량(함유 비율)에 대하여 설명한다. 이러한 비닐계 중합체의 첨가량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, (A) 성분 100 중량부에 대하여 1 내지 80 중량부의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다. 비닐계 중합체의 첨가량이 1 중량부 미만이 되면 균열 내성이 (A) 성분 단독일 때와 그다지 차이가 없다. 한편, 비닐계 중합체의 첨가량이 80 중량부를 초과하면 포지티브형 감방사선성 조성물의 경화물에서의 내열성이 저하되는 경향이 있다.
따라서, 균열 내성과 내열성의 균형이 보다 양호하다는 점에서 비닐계 중합체의 첨가량을 (A) 성분 100 중량부에 대하여 5 내지 60 중량부의 범위 내 값으로 하는 것이 보다 바람직하며, 10 내지 40 중량부의 범위 내 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
③ 중량 평균 분자량
비닐계 중합체의 중량 평균 분자량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 1,000 내지 100,000의 범위 내 값인 것이 바람직하다. 비닐계 중합체의 중량 평균 분자량이 1,000 미만이 되면 유연성이 저하되는 경향이 있고, 한편 중량 평균분자량이 1,000,000을 초과하면 경화막의 투명성이 부족해지는 경향 및 현상액에 대한 용해도가 낮아지는 경향이 있다.
따라서, 유연성과 투명성의 균형이 보다 양호하다는 점에서 비닐계 중합체의 중량 평균 분자량을 3,000 내지 50,000의 범위 내 값으로 하는 것이 보다 바람직하며, 5,000 내지 30,000의 범위 내 값으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
[유기 용매]
본 발명에 있어서는, 통상 상기 (A) 내지 (C) 성분 및 필요에 따라 (D) 성분을 유기 용매에 용해하여 사용하는 것이 바람직하다. 유기 용매를 사용함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물의 보존 안정성이 향상됨과 동시에 적당한 점도를 얻을 수 있기 때문에 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있다.
(1) 유기 용매의 종류
유기 용매의 종류로서는 본 발명의 목적, 효과를 손상시키지 않는 범위에서 선택할 수 있는데, 통상 대기압하에서의 비점이 50 내지 200 ℃의 범위 내 값을 갖는 유기 화합물로서, 각 구성 성분을 균일하게 용해시키는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
따라서, 에테르계 유기 용매, 에스테르계 유기 용매, 케톤계 유기 용매, 방향족 탄화수소계 유기 용매, 알코올계 유기 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 들 수 있으며, 더욱 바람직하게는 알코올류 및 케톤류를 들 수 있다.
그 이유는 이들 유기 용매를 사용함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물의보존 안정성을 보다 향상시킬 수 있기 때문이다.
또한, 보다 바람직한 유기 용매로서는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 락트산 에틸, 메틸이소부틸케톤, 메틸아밀케톤, 톨루엔, 크실렌, 및 메탄올로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 들 수 있다.
(2) 유기 용매의 첨가량
또한, 유기 용매의 첨가량은 포지티브형 감방사선성 조성물의 전량을 100 중량％라고 했을 때, 10 내지 99 중량％의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 유기 용매의 첨가량이 10 중량％ 미만이 되면 포지티브형 감방사선성 조성물의 점도 조정이 곤란해지는 경우가 있기 때문이며, 한편 유기 용매의 첨가량이 99 중량％를 초과하면 충분한 두께를 갖는 경화 조성물을 형성하는 것이 곤란해지는 경우가 있기 때문이다.
[반응성 희석제]
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은 필요에 따라 반응성 희석제를 함유할 수도 있다. 반응성 희석제를 함유함으로써 도막의 경화 수축을 감소시키거나, 기계적 강도를 제어할 수 있다.
또한, 라디칼 중합성의 반응성 희석제를 사용한 경우에는 라디칼 발생제를 더 첨가함으로써 광반응성을 조절할 수 있고, 양이온 중합성의 반응성 희석제를 사용한 경우에는 광반응성이나 기계적 특성에 대해서도 조절할 수 있다.
(1) 반응성 희석제의 종류
반응성 희석제의 종류로서는 양이온 중합성 단량체 및 에틸렌성 불포화 단량체 또는 어느 하나의 단량체를 배합하는 것이 바람직하다.
여기서, 반응성 희석제인 양이온 중합성 단량체란 광산발생제의 존재하에서 광조사함으로써 중합 반응이나 가교 반응을 일으키는 유기 화합물로 정의된다. 따라서, 예를 들면 에폭시 화합물, 옥세탄 화합물, 옥솔란 화합물, 환상 아세탈 화합물, 환상 락톤 화합물, 티이란 화합물, 티에탄 화합물, 비닐에테르 화합물, 에폭시 화합물과 락톤의 반응 생성물인 스피로오르토에스테르 화합물, 에틸렌성 불포화 화합물, 환상 에테르 화합물, 환상 티오에테르 화합물, 비닐 화합물 등을 들 수 있다. 이들 양이온 중합성 단량체는 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 에틸렌성 불포화 단량체로서는 에틸렌성 불포화 결합을 분자 중에 갖는 화합물이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1 분자 중에 1개의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 단관능 단량체나, 1 분자 중에 2개 이상의 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다관능 단량체가 바람직하다.
(2) 반응성 희석제의 첨가량
또한, 반응성 희석제의 함유량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, (A) 성분 100 중량부(완전 가수분해 축합물 환산)에 대하여 통상 0.1 내지 100 중량부이고, 바람직하게는 0.5 내지 80 중량부이며, 보다 바람직하게는 1 내지 50 중량부의 범위 내이다.
[무기 입자]
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은 필요에 따라 무기 입자를 함유함으로써 도막의 경화 수축을 감소시키거나, 또는 형성된 경화 조성물의 기계적 특성이나 내열성을 향상시킬 수 있다.
(1) 무기 입자의 종류 등
본 발명에서 사용할 수 있는 무기 입자로서는 실리카, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 산화물 및 Ti, Zr, Al, B, Sn, P 등의 산화물을 들 수 있다.
또한, 무기 입자의 평균 입경을 0.001 내지 20 ㎛의 값으로 하는 것이 바람직하지만, 특히 투명한 경화막이 형성된다는 점에서 평균 입경을 0.001 내지 0.2 ㎛의 값으로 하는 것이 바람직하고, 0.001 내지 0.01 ㎛의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 무기 입자의 굴절률(온도 25 ℃, Na-D선, 이하, 동일)과 포지티브형 감방사선성 조성물의 굴절률과의 차이를 0.02(-) 이하가 되도록 무기 입자를 선택하는 것이 바람직하다. 굴절률 차이를 이러한 값으로 함으로써 경화막의 투명성을 보다 높일 수 있다.
또한, 무기 입자의 비표면적을 0.1 내지 3,000 m2/g의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하며, 10 내지 1,500 m2/g의 범위 내 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 무기 입자의 형상도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구상, 중공상, 다공질상, 봉상, 판상, 섬유상 또는 부정형상의 군에서 선택되는 하나 이상의 형상인 것이 바람직하다. 단, 분산성이 보다 양호하다는 점에서 구상의 실리카 입자를사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 무기 입자로서 실리카 입자의 분산액을 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 특히 높은 투명성을 얻을 수 있다는 점에서 콜로이드 실리카를 사용하는 것이 바람직하다.
(2) 무기 입자의 첨가량
무기 입자의 함유량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 (A) 성분 100 중량부(완전 가수분해 축합물 환산)에 대하여 통상 10 내지 250 중량부이고, 바람직하게는 20 내지 200 중량부이며, 특히 바람직하게는 30 내지 150 중량부이다.
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물에는 본 발명의 목적이나 효과를 손상시키지 않는 범위에서 상술한 구성 성분 이외에 첨가제로서 (D) 성분 이외의 고분자 수지, 예를 들면 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리클로로프렌 수지, 폴리에테르 수지, 폴리에스테르 수지, 스티렌-부타디엔 블럭 공중합체, 석유 수지, 크실렌 수지, 케톤 수지, 셀룰로오스 수지, 불소계 중합체, 실리콘계 중합체를 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 그 밖의 첨가제로서 중합 금지제; 중합 개시 보조제; 레벨링제; 습윤성 개량제; 계면활성제; 가소제; 자외선 흡수제; 산화 방지제; 대전 방지제; 실란 커플링제 등을 첨가하는 것도 바람직하다.
[패턴 형성 방법]
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물을 사용하여 패턴을 형성하는 방법은, 우선 기판에 본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물을 도포하고, 가열에 의해 반경화시켜 패턴 노광시킨 후에 중화 반응을 촉진하는 노광 후 소성을 행하여 현상액에 의해 노광 부분을 제거하는 것이다.
이하, 구체적인 예를 들면서 설명한다.
① 기판의 준비
우선, 평탄한 표면을 갖는 기판을 준비한다. 이 기판의 종류로서는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 실리콘 기판이나 유리 기판 등을 사용할 수 있다.
② 도막의 형성
포지티브형 감방사선성 조성물을 기판에 도포하고, 건조 또는 가열하여 도막을 형성한다.
여기서, 포지티브형 감방사선성 조성물의 도포 방법으로서는 스핀 코팅법, 침지법, 분무법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 커텐 코팅법, 그라비아 인쇄법, 실크 스크린법, 또는 잉크젯법 등의 방법을 이용할 수 있다. 그 중에서 특히 균일한 두께의 도막을 얻을 수 있다는 점에서 스핀 코팅법을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 포지티브형 감방사선성 조성물의 유동학적 특성을 도포 방법에 적절하게 대응시키기 위해 각종 레벨링제, 요변성 부여제, 충전제, 유기 용매, 계면활성제 등을 필요에 따라 배합하는 것이 바람직하다.
또한, 포지티브형 감방사선성 조성물로 이루어지는 도막은 도포 후 50 내지200 ℃로 예비소성하는 것이 바람직하다. 여기서 도막은 현상액에 대하여 용해되고, 점착성이 없는 반경화 상태가 바람직하며, 따라서 50 내지 150 ℃의 범위가 보다 바람직하다.
③ 방사선 조사
도막의 윗면에 대하여 소정의 패턴에 따라, 예를 들면 소정의 라인 패턴을 갖는 포토마스크를 통해 방사선을 조사한다.
소정의 패턴을 따라 방사선 조사를 행하는 방법으로서는 방사선의 투과부와 비투과부로 이루어지는 포토마스크를 이용하는 방법으로 한정되지 않으며, 예를 들면 이하에 나타내는 a 내지 c의 방법을 들 수 있다.
a. 액정 표시 장치와 동일한 원리를 이용한, 소정의 패턴을 따라 방사선 투과 영역과 방사선 불투과 영역으로 이루어지는 마스크상을 전기 광학적으로 형성하는 수단을 이용하는 방법.
b. 다수의 광섬유를 묶어서 이루어지는 도광 부재를 사용하여, 이 도광 부재에서의 소정의 패턴에 대응하는 광섬유를 통해 방사선을 조사하는 방법.
c. 레이저광, 또는 렌즈, 거울 등의 집광성 광학계에 의해 얻어지는 수속성 방사선을 주사시키면서 방사선 경화성 조성물에 조사하는 방법.
또한, 방사선의 조사량에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 파장 200 내지 390 nm, 조도 1 내지 500 mW/cm2의 방사선을 조사량이 10 내지 5,000 mJ/cm2가 되도록 조사하여 노광하는 것이 바람직하다.
여기서, 조사되는 방사선의 종류로서는 가시광, 자외선, 적외선, X선 등을 사용할 수 있지만, 특히 자외선이 바람직하다. 또한, 방사선(자외선)의 조사 장치로서는, 예를 들면 고압 수은 램프, 저압 수은 램프, 메탈 할라이드 램프, 엑시머 램프 등을 사용하는 것이 바람직하다.
방사선을 조사함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물이 조사된 부분에만 (B) 성분으로부터 산이 발생하고, 도막 중의 (C) 성분과 중화 반응이 발생한다.
④ 가열 처리
이어서, 노광 후 노광 부분의 중화 반응을 촉진시키기 위해 가열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 가열 조건은 포지티브형 감방사선성 조성물의 배합 조성, 첨가제의 종류 등에 따라 다르지만, 통상 30 내지 200 ℃이고, 바람직하게는 50 내지 150 ℃이다.
⑤ 현상
이와 같이 하여 소정의 패턴을 따라 패턴 노광하고, 선택적으로 경화시킨 박막에 대해서는 경화 부분과 미경화 부분의 용해성 차이를 이용하여 현상 처리할 수 있다. 따라서, 패턴 노광 후, 미경화 부분을 제거함과 동시에 경화 부분을 잔존시킴으로써 결과적으로 포지티브형 패턴을 형성할 수 있다.
여기서, 현상액으로서는 유기 용매, 또는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 규산나트륨, 메타규산나트륨, 암모니아, 에틸아민, n-프로필아민, 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 트리에틸아민, 메틸디에틸아민, N-메틸피롤리돈, 디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에틸암모늄히드록시드, 콜린, 피롤, 피페리딘, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]-5-노난 등의 알칼리류를 포함하는 알칼리 수용액 등을 사용할 수 있다.
또한, 알칼리 수용성을 사용하는 경우, 그 농도는 통상 0.05 내지 25 중량％, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 중량％의 범위 내 값으로 하는 것이 좋다.
또한, 이러한 알칼리 수용액에 메탄올, 에탄올 등의 수용성 유기 용매나 계면활성제 등을 적당량 첨가하여 현상액으로서 사용하는 것도 바람직하다.
또한, 현상 시간은 통상 30 내지 600 초이며, 현상 방법은 패들법, 침지법, 샤워 현상법 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다.
현상액으로서 유기 용매를 사용한 경우에는 그대로 풍건함으로써, 또는 알칼리 수용액을 사용한 경우에는 유수 세정을 예를 들면 30 내지 90 초간 행하여 압축 공기나 압축 질소 등으로 풍건시킴으로써 표면 상의 수분을 제거하여 패턴상 피막이 형성된다.
⑥ 현상 후의 가열 처리
이어서, 패턴화부를 더욱 경화시키기 위해 핫 플레이트나 오븐 등의 가열 장치에 의해, 예를 들면 30 내지 400 ℃의 온도로 5 내지 600 분간 가열 처리하여 경화된 도막이 형성된다.
이와 같이 포지티브형 감방사선성 조성물을 구성한 바니시를 염기 화합물에 의해 촉진 축합시키고, 방사선 조사에 의해 패턴 노광함으로써 생성된 산에 의해 방사선 조사부만 중화되고, 우수한 패턴 정밀도를 갖는 포지티브형 경화물을 얻을수 있다.
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물은 광도파로, 절연막, 보호막 등에 유효하게 사용할 수 있다.
[광도파로의 형성 방법]
본 발명의 포지티브형 감방사선성 조성물(광도파로 형성용 조성물)을 사용하여 형성되는 광도파로의 형성 방법은, 하부 피복층 형성 공정과 코어 부분 형성 공정 및 상부 피복층 형성 공정으로 주로 구성되어 있다.
또한, 이하의 설명에서는 하부 피복층, 코어 부분 및 상부 피복층에 각각 광도파로 형성용 조성물을 사용하고 있지만, 예를 들면 코어 부분에만 광도파로 형성용 조성물을 사용할 수도 있다. 이 경우 다른 하부 피복층이나 상부 피복층에 대해서는 공지된 광도파로 재료, 예를 들면 석영 유리 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 광도파로 형성용 조성물의 유동학적 특성을 실제의 도포 수단에 적합하게 하기 위해 각종 레벨링제, 요변성 부여제, 충전제, 유기 용매, 계면활성제 등을 필요에 따라 배합하는 것이 바람직하다.
코어 부분, 하부 피복층 및 상부 피복층은 상술한 패턴 형성 방법과 동일한 순서로 형성할 수 있다.
[광도파로의 구조]
본 발명의 광도파로의 구성예를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명에서의 광도파로의 일례의 단면도이고, 도 2는 본 발명에서의 광도파로의 다른 예의 사시도이다.
우선, 도 1에 표시되는 광도파로 (10)은 지면에 대하여 수직 방향(광의 도파 방향)으로 신장하는 기판 (12), 이 기판 (12) 상에 순차적으로 적층된 하부 피복층 (13), 코어 부분 (15), 상부 피복층 (17)로 형성되어 있다.
또한, 코어 부분 (15)에 대해서는 도파광이 측부에서 누설되지 않도록 광의 도파 방향에 대하여 단면 횡방향의 코어 부분 (15)의 폭을, 대응하는 상부 피복층 (17) 및 하부 피복층 (13)의 폭보다 짧게 하고, 코어 부분 (15)의 측부에는 상부 피복층 (17)이 돌아 들어가는 구성으로 되어 있다. 즉, 코어 부분 (15)는 그 전체가 하부 피복층 (13) 및 상부 피복층 (17)의 적층체 중에 매설된 상태로 구성되어 있다.
또한, 도 1에 나타낸 예에서 코어 부분 (15)는 하나만 설치되어 있지만, 복수의 코어 부분 (15)를 평행하게 설치할 수도 있다.
또한, 도 1에 나타낸 광도파로의 예에서는 상부 피복층 (17)이 코어 부분 (15)의 측부를 돌아 들어가는 구성으로 되어 있지만, 도 2에 나타낸 바와 같이 코어 부분 (15)가 반원주상으로서, 하부 피복층 (13)이 코어 부분 (15)의 주변부를 돌아 들어가는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 코어 부분의 한쪽 측부에만 상부 피복층을 돌아 들어가게 하고, 다른 한쪽의 측부에는 하부 피복층을 돌아 들어가게 한 광도파로의 구성으로 할 수도 있다.
또한, 보다 효율적으로 광도파시킨다는 점에서 도 2에 나타낸 바와 같이, 코어 부분 (15)의 상측에 융기부 (18)을 일체적으로 설치하는 것도 바람직하다. 또한, 융기부 (18)의 형태에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 단면 형상을 사다리꼴로 하는 것이 바람직하다.
이상의 구성을 갖는 광도파로 (10)에 있어서, 하부 피복층 (13), 상부 피복층 (17) 및 코어 부분 (15)의 두께는 각각 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 하부 피복층 (13)의 두께를 3 내지 50 ㎛의 범위 내 값으로 하고, 코어 부분 (15)의 두께를 3 내지 20 ㎛의 범위 내 값으로 하며, 상부 피복층 (17)의 두께를 ~50 ㎛의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 광의 도파 방향에 대한 단면 횡방향의 코어 부분 (15)의 폭에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 1 내지 50 ㎛의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 광도파로 (10)에 있어서, 코어 부분 (15)의 굴절률의 값을 하부 피복층 (13) 및 상부 피복층 (17)의 굴절률보다 크게 하는 것이 필요한데, 보다 우수한 도파 특성을 얻기 위해 파장 1300 내지 1600 nm의 광에 대하여 코어 부분 (15)의 굴절률을 1.450 내지 1.650의 범위 내 값으로 함과 동시에, 하부 피복층 (13) 및 상부 피복층 (17)의 굴절률을 1.400 내지 1.648의 범위 내 값으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 코어 부분 (15)의 굴절률에 대해서는 상하 피복층 (13,17)의 굴절률의 값을 고려하여 정하는 것이 바람직하며, 상하 피복층 (13,17)의 굴절률의 값보다 0.002 내지 0.5 큰 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 도파로는 굴절률의 값을 광도파로 형성용 조성물에서의 가수분해성 실란 화합물의 종류를 적절하게 변경함으로써, 또는 가수분해성 티탄 화합물을 첨가하거나, 희토류 원소를 도핑함으로써 쉽게 변경할 수 있다는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 기재된 것으로 한정되는 것이 아니다. 또한, 실시예 중 각 성분의 배합량은 특별히 기재가 없는 한 중량부를 의미한다.
[감방사선성 조성물의 제조]
(1) 폴리실록산 용액 1
교반기가 부착된 용기 내에 메틸트리메톡시실란(304.42 g, 2.23 몰), 페닐트리메톡시실란(230.33 g, 1.16 몰), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(150 g), Al 촉매(0.2 g, 0.005 중량％)를 수용한 후, 60 ℃의 오일조에 침지하여 15 분간 교반하였다. 용기 내온이 60 ℃에 도달하면 전기 전도율이 8×10-5Sㆍcm-1인 이온 교환수(244.15 g, 13.56 몰)를 일정량 첨가하였다. 그대로 5 시간 교반함으로써 메틸트리메톡시실란과 페닐트리메톡시실란의 가수분해를 행하였다. 이어서, 아세틸아세톤(30 g, 0.30 몰)을 첨가하고, 그 후 증발기에 의해 가수분해에 의해 생성된 메탄올을 제거하였다. 최종적으로 고형분 65 중량％로 제조된 폴리실록산을 함유하는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 용액을 얻었다. 이것을 "폴리실록산 용액 1"이라고 한다.
(2) 폴리실록산 용액 2
교반기가 부착된 용기 내에 메틸메타크릴레이트(375 g, 3.74 몰), 2-히드록시프로필아크릴레이트(75 g, 0.64 몰), 메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(50 g, 0.20 몰), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(1250 g), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(35 g, 0.14 몰)을 수용한 후, 계 내를 질소 치환하였다. 그 후, 반응 용기 내 온도를 70 ℃로 설정하여 6 시간 교반하였다. 최종적으로 고형분 28 중량％로 제조된 아크릴 중합체를 함유하는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 용액을 얻었다. 이것을 "아크릴 중합체 용액 1"이라고 한다.
교반기가 부착된 용기 내에 아크릴 중합체 용액 1(133.93 g), 메틸트리메톡시실란(85.62 g, 0.62 몰), 디메틸디메톡시실란(45.60 g, 0.38 몰), 페닐트리메톡시실란(64.78 g, 0.33 몰), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(11.27 g), Al 촉매(0.1 g, 0.005 중량％)를 수용한 후, 60 ℃의 오일조에 침지하여 15 분간 교반하였다. 용기 내온이 60 ℃에 도달하면 전기 전도율이 8×10-5Sㆍcm-1인 이온 교환수 (81.67 g, 4.52 몰)를 일정량 첨가하였다. 그대로 5 시간 교반함으로써 메틸트리메톡시실란과 페닐트리메톡시실란의 가수분해를 행하였다. 이어서, 아세틸아세톤 (15 g, 0.15 몰)을 첨가하고, 그 후 증발기에 의해 가수분해에 의해 생성된 메탄올을 제거하였다. 최종적으로 고형분 65 중량％로 제조된 폴리실록산을 함유하는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 용액을 얻었다. 이것을 "폴리실록산 용액 2"라고 한다.
(3) 폴리실록산 용액 3
교반기가 부착된 용기 내에 페닐트리메톡시실란(414.59 g, 2.09 몰), 테트라에톡시실란(103.99 g, 0.50 몰), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(225 g), Al 촉매 (0.2 g, 0.005 중량％)를 수용한 후, 60 ℃의 오일조에 침지하여 15 분간 교반하였다. 용기 내온이 60 ℃에 도달하면 전기 전도율이 8×10-5Sㆍcm-1인 이온 교환수(186.36 g, 10.36 몰)를 일정량 첨가하였다. 그대로 5 시간 교반함으로써 메틸트리메톡시실란과 페닐트리메톡시실란의 가수분해를 행하였다. 이어서, 아세틸아세톤(30 g, 0.30 몰)을 첨가하고, 그 후 증발기에 의해 가수분해에 의해 생성된 메탄올을 제거하였다. 최종적으로 고형분 65 중량％로 제조된 폴리실록산을 함유하는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 용액을 얻었다. 이것을 "폴리실록산 용액 3"이라고 한다.
(4) 폴리실록산 용액 4
교반기가 부착된 용기 내에 스티렌 단량체(525 g, 5.04 몰), 2-히드록시에틸아크릴레이트(150 g, 1.30 몰), 메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란(75 g, 0.30 몰), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(750 g), 2,2'-아조비스-(2-메틸프로피오니트릴)(22.5 g, 0.13 몰)을 수용한 후, 계 내를 질소 치환하였다. 그 후, 반응 용기 내 온도를 80 ℃로 설정하여 6 시간 교반하였다. 최종적으로 고형분 48 중량％로 제조된 아크릴 중합체를 함유하는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 용액을 얻었다. 이것을 "아크릴 중합체 용액 2"라고 한다.
교반기가 부착된 용기 내에 아크릴 중합체 용액 2(375 g), 메틸트리메톡시실란(80.98 g, 0.59 몰), 페닐트리메톡시실란(123.00 g, 0.62 몰), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(105.00 g), Al 촉매(0.07 g, 0.005 중량％)를 수용한 후, 60 ℃의 오일조에 침지하여 15 분간 교반하였다. 용기 내온이 60 ℃에 도달하면 전기 전도율이 8×10-5Sㆍcm-1인 이온 교환수(81.67 g, 4.52 몰)를 일정량 첨가하였다. 그대로 5 시간 교반함으로써 메틸트리메톡시실란과 페닐트리메톡시실란의 가수분해를 행하였다. 이어서, 아세틸아세톤(15 g, 0.15 몰)을 첨가하고, 그 후 증발기에 의해 가수분해에 의해 생성된 메탄올을 제거하였다. 최종적으로 고형분 65 중량％로 제조된 폴리실록산을 함유하는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 용액을 얻었다. 이것을 "폴리실록산 용액 4"라고 한다.
[광도파로 형성용 조성물의 제조]
(1) 광도파로 형성용 포지티브형 감방사선성 조성물 A(코어재)의 제조
상술한 폴리실록산 용액 1을 고형분 환산으로 100 중량부에 대하여, 광산발생제((4,7-디부톡시-1-나프틸렌)디메틸술폰 트리플루오로메탄술포네이트) 0.1 중량부, 염기성 화합물(테트라메틸암모늄히드록시드와 아세트산으로 이루어지는 화합물) 0.025 중량부, 실리콘계 계면활성제로서 SH28PA(도레이 다우코닝 실리콘(주) 제조) 0.05 중량부를 각각 첨가하고, 균일하게 혼합함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물 A를 얻었다.
(2) 광도파로 형성용 포지티브형 감방사선성 조성물 B(피복재)의 제조
상술한 폴리실록산 용액 2(고형분) 100 중량부에 대하여, 광산발생제((4,7-디부톡시-1-나프틸렌)디메틸술폰 트리플루오로메탄술포네이트) 0.1 중량부, 염기성 화합물(테트라메틸암모늄히드록시드와 아세트산으로 이루어지는 화합물) 0.025 중량부, 실리콘계 계면활성제로서 SH28PA(도레이 다우 코닝 실리콘(주) 제조) 0.05 중량부를 각각 첨가하고, 균일하게 혼합함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물 B를 얻었다.
(3) 광도파로 형성용 포지티브형 감방사선성 조성물 C(코어재)의 제조
상술한 폴리실록산 용액 3을 고형분 환산으로 100 중량부에 대하여, 광산발생제((4,7-디부톡시-1-나프틸렌)디메틸술폰 트리플루오로메탄술포네이트) 0.1 중량부, 염기성 화합물(테트라메틸암모늄히드록시드와 아세트산으로 이루어지는 화합물) 0.025 중량부, 실리콘계 계면활성제로서 SH28PA(도레이 다우코닝 실리콘(주) 제조) 0.05 중량부를 각각 첨가하고, 균일하게 혼합함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물 C를 얻었다.
(4) 광도파로 형성용 포지티브형 감방사선성 조성물 D(피복재)의 제조
상술한 폴리실록산 용액 4(고형분) 100 중량부에 대하여, 광산발생제((4,7-디부톡시-1-나프틸렌)디메틸술폰 트리플루오로메탄술포네이트) 0.1 중량부, 염기성 화합물(테트라메틸암모늄히드록시드와 아세트산으로 이루어지는 화합물) 0.025 중량부, 실리콘계 계면활성제로서 SH28PA(도레이 다우코닝 실리콘(주) 제조) 0.05 중량부를 각각 첨가하고, 균일하게 혼합함으로써 포지티브형 감방사선성 조성물 D를 얻었다.
<실시예 1>
광도파로 형성용 조성물 B를 실리콘 기판의 표면 상에 스핀 코팅기로 도포하여 80 ℃에서 10 분간 건조시킨 후, 200 ℃에서 1 시간의 조건으로 가열하여 두께 10 ㎛의 하부 피복층을 형성하였다. 이 하부 피복층에서의 파장 1550 nm의 광의 굴절률은 1.4628이었다.
이어서, 광도파로 형성용 조성물 A를 하부 피복층 상에 스핀 코팅기로 도포하여 80 ℃에서 3 분간 건조시킨 후, 폭 4 내지 20 ㎛의 광도파로 패턴을 새긴 포토마스크를 이용하여 파장 365 nm, 조도 200 mW/cm2의 자외선을 5 초간 조사함으로써 노광을 행하였다. 이어서, 방사선 조사한 도막을 100 ℃에서 2 분간 가열하였다. 그 후, 이 기판을 1.8 중량％의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액(TMAH)으로 이루어지는 현상액 중에 침지하여 노광부를 용해시켰다. 그 후, 200 ℃에서 1 시간의 조건으로 가열하여 두께 7 ㎛의 코어 부분을 형성하였다. 얻어진 코어 부분에서의 파장 1550 nm의 광의 굴절률은 1.4685이었다.
또한, 이 코어 부분을 갖는 하부 피복층의 윗면에 광도파로 형성용 조성물 B를 스핀 코팅기로 도포하여 80 ℃에서 10 분간 건조시킨 후, 200 ℃에서 1 시간의 조건으로 가열하여 두께 15 ㎛의 상부 피복층을 형성하고, 그에 따라 광도파로를 형성하였다. 형성된 상부 피복층에서의 파장 1550 nm의 광의 굴절률은 1.4628이었다.
이와 같이 하여 얻어진 광도파로에 대하여 파장 1300 nm 및 1550 nm의 광을 도파로의 한쪽단에서 입사시켰을 때, 다른쪽단에서 출사하는 광의 양을 광량계의파워 미터에 의해 측정하였다. 그 결과, 광도파로에서의 도파로 손실은 각각 0.3, 0.7 dB/cm 이하의 값이었다.
<실시예 2>
광도파로 형성용 조성물 D를 실리콘 기판의 표면 상에 스핀 코팅기로 도포하여 80 ℃에서 10 분간 건조시킨 후, 200 ℃에서 1 시간의 조건으로 가열하여 두께 10 ㎛의 하부 피복층을 형성하였다. 이 하부 피복층에서의 파장 1550 nm의 광의 굴절률은 1.5236이었다.
이어서, 광도파로 형성용 조성물 C를 하부 피복층 상에 스핀 코팅기로 도포하여 80 ℃에서 1 분간 건조시킨 후, 폭 4 내지 20 ㎛의 광도파로 패턴을 새긴 포토마스크를 이용하여 파장 365 nm, 조도 200 mW/cm2의 자외선을 5 초간 조사함으로써 노광을 행하였다. 이어서, 방사선 조사한 도막을 100 ℃에서 2 분간 가열하였다. 그 후, 이 기판을 1.8 중량％의 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액(TMAH)으로 이루어지는 현상액 중에 침지하여 노광부를 용해시켰다. 그 후, 200 ℃에서 1 시간의 조건으로 가열하여 두께 7 ㎛의 코어 부분을 형성하였다. 얻어진 코어 부분에서의 파장 1550 nm의 광의 굴절률은 1.5285였다.
또한, 이 코어 부분을 갖는 하부 피복층의 윗면에 광도파로 형성용 조성물 D를 스핀 코팅기로 도포하여 80 ℃에서 10 분간 건조시킨 후, 200 ℃에서 1 시간의 조건으로 가열하여 두께 15 ㎛의 상부 피복층을 형성하고, 그에 따라 광도파로를 형성하였다. 형성된 상부 피복층에서의 파장 1550 nm의 광의 굴절률은 1.5236이었다.
이와 같이 하여 얻어진 광도파로에 대하여 파장 1300 nm 및 1550 nm의 광을 도파로의 한쪽단에서 입사시켰을 때, 다른쪽단에서 출사하는 광의 양을 광량계의 파워 미터에 의해 측정하였다. 그 결과, 광도파로에서의 도파로 손실은 각각 0.3, 0.4 dB/cm 이하의 값이었다.

Claims (13)

  1. (A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
    (B) 광산발생제, 및
    (C) 염기성 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 포지티브형 감방사선성 조성물.
    <화학식 1>
    (R1)pSi(X)4-p
    식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, (D) 성분으로서 아크릴 중합체를 더 함유하는 포지티브형 감방사선성 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 유기 용제를 더 함유하는 포지티브형 감방사선성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 염기성 화합물이 상기 광산발생제와 반응 가능한 화합물인 포지티브형 감방사선성 조성물.
  5. (A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
    (B) 광산발생제, 및
    (C) 염기성 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 광도파로용 포지티브형 감방사선성 조성물.
    <화학식 1>
    (R1)pSi(X)4-p
    식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
  6. 제5항에 있어서, (D) 성분으로서 아크릴 중합체를 더 함유하는 광도파로용 포지티브형 감방사선성 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 유기 용제를 더 함유하는 광도파로용 포지티브형 감방사선성 조성물.
  8. 제5항에 있어서, 상기 염기성 화합물이 상기 광산발생제와 반응 가능한 화합물인 광도파로용 포지티브형 감방사선성 조성물.
  9. (A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및 그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
    (B) 광산발생제, 및
    (C) 염기성 화합물을 함유하는 포지티브형 감방사선성 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하고, 원하는 위치에 방사선을 조사한 후, 도막의 방사선 조사부를 제거하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
    <화학식 1>
    (R1)pSi(X)4-p
    식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
  10. 제9항에 있어서, 방사선 조사 전에 도막을 가열하고, 방사선 조사 후에 더 가열하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서, 방사선 조사 후의 가열을 행한 후 현상액으로 현상하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  12. (A) 하기 화학식 1로 표시되는 가수분해성 실란 화합물, 그의 가수분해물 및그의 축합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물,
    (B) 광산발생제, 및
    (C) 염기성 화합물을 함유하는 광도파로용 포지티브형 감방사선성 조성물을 기판에 도포하여 도막을 형성하고, 원하는 위치에 방사선을 조사한 후, 도막의 방사선 조사부를 제거하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 형성 방법.
    <화학식 1>
    (R1)pSi(X)4-p
    식 중, R1은 탄소수 1 내지 12의 비가수분해성 유기기이고, X는 가수분해성기이며, p는 0 내지 3의 정수이다.
  13. 제12항에 기재된 방법으로 형성한 것을 특징으로 하는 광도파로.
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