TW202216857A - 組成物、硬化體及其製造方法以及構件、無機固體物圖案的製造方法、電子零件及纖維及其製造方法 - Google Patents

組成物、硬化體及其製造方法以及構件、無機固體物圖案的製造方法、電子零件及纖維及其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種組成物,含有:(A)具有選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子與氧原子的重複結構的聚金屬氧烷(以下稱為「(A)聚金屬氧烷」);及(B)具有下述通式(1)所表示的基的胺化合物(以下稱為「(B)胺化合物」),且組成物中的(B)胺化合物的含量相對於(A)聚金屬氧烷100重量份而為1重量份~30重量份。本發明提供一種能夠形成耐裂紋性優異且具有高密度的硬化體的、包含聚金屬氧烷的組成物。

Description

組成物、硬化體及其製造方法以及構件、電子零件及纖維
本發明是有關於一種組成物、硬化體及其製造方法以及構件、電子零件及纖維。
現在,隨著智慧型手機、平板電腦等通訊設備普及,正在開發更高性能、具有更大功能性的新一代積體電路(integrated circuit,IC)。特別是於半導體儲存裝置中,藉由將記憶體單元陣列設為三維結構,期待高積體化及低成本化。於此種半導體儲存裝置的製造製程中,要求將包括單一或多個層的無機固體物加工成縱橫比高的圖案的技術。
作為無機固體物的圖案加工方法,已知有於被加工無機固體物上形成經圖案化的遮罩,使用所述遮罩進行乾式蝕刻,藉此對無機固體物進行圖案加工的方法。藉由乾式蝕刻加工成縱橫比高的圖案時,用於圖案的遮罩會長時間暴露於蝕刻氣體中。因此,遮罩較佳為具有高耐蝕刻性。
作為具有高耐蝕刻性的遮罩,一般而言已知有藉由化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition;CVD)法堆積而成的碳膜(例如,參照專利文獻1)、或金屬氧化物HfO 2、ZrO 2、及該些的矽酸鹽(HfSi xO y、ZrSi xO y)、以及Al 2O 3及其複合氧化物(Hf 1-xAl xO y、Zr 1-xAl xO y)(例如,參照非專利文獻1)。已知包含此種金屬氧化物的膜藉由CVD等氣相法而形成。然而,CVD等氣相法的膜形成速度慢,難以獲得工業上能夠使用的膜厚。
另一方面,作為具有金屬-氧-金屬原子鍵的膜的形成方法,提出了藉由塗佈在主鏈具有金屬-氧-金屬原子鍵的聚金屬氧烷的溶液並使其硬化而獲得薄膜的方法。
於過去的文獻中,提出了藉由在聚金屬氧烷聚合物的側鏈導入特定的取代基而製成於溶液中以均勻的狀態穩定地存在的高分子量聚金屬氧烷,將其塗佈於基板上並進行加熱,藉此獲得硬化膜的方法(例如,參照專利文獻2~專利文獻3)。另外,作為包含聚金屬氧烷的組成物,提出了包含具有烷氧基的鈦矽氧烷及/或鋯矽氧烷縮合物、具有鈦及/或鋯配位性基的化合物、以及具有兩個以上的乙烯性不飽和基的化合物的組成物(例如參照專利文獻4);包含矽烷基化聚金屬矽氧烷化合物與Si-H鍵化合物的硬化性組成物(例如參照專利文獻5)。 [現有技術文獻] [非專利文獻]
非專利文獻1:斧高一、高橋和生、江利口浩二,電漿與聚變研究雜誌(Journal of Plasma and Fusion Research,J.Plasma Fusion Res.),Vol.85,No.4(2009)185-192 [專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2017-224823號公報 專利文獻2:國際公開第2017/090512號 專利文獻3:國際公開第2019/188835號 專利文獻4:日本專利特開2016-27154號公報 專利文獻5:日本專利特開2009-173910號公報
[發明所欲解決之課題] 然而,於將如專利文獻1中記載的藉由CVD法堆積而成的碳膜用作遮罩的方法中,存在碳膜的堆積需要長時間的問題。另外,於無機固體物加工時,作為遮罩的碳膜的耐乾式蝕刻性並不充分,因此存在遮罩容易被削掉而無法加工縱橫比高的圖案的問題。
於如專利文獻2及專利文獻3中記載的在聚合物的側鏈導入有特定的取代基的高分子量聚金屬氧烷中,例如若欲形成厚度0.5 μm以上的硬化膜,則有產生裂紋的情況,難以獲得工業上能夠使用的膜厚。
於如專利文獻4及專利文獻5中記載的包含聚金屬氧烷的組成物中,硬化膜的密度低,無法獲得高耐蝕刻性。
本發明的目的在於提供一種能夠形成耐裂紋性優異且具有高密度的硬化體的、包含聚金屬氧烷的組成物。 [解決課題之手段]
本發明是一種組成物,含有:(A)具有選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子與氧原子的重複結構的聚金屬氧烷;及(B)具有下述通式(1)所表示的基的胺化合物,且組成物中的(B)胺化合物的含量相對於(A)聚金屬氧烷100重量份而為1重量份~30重量份。
[化1]
Figure 02_image003
R 1為氫原子、碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基。R 2~R 5分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基。R 11~R 14分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基。n為0至2的整數。 [發明的效果]
根據本發明,可提供一種耐裂紋性優異且具有高密度的硬化體。
本發明的組成物含有:(A)具有選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子與氧原子的重複結構的聚金屬氧烷(以下簡稱為「(A)聚金屬氧烷」)。
((A)聚金屬氧烷) 聚金屬氧烷是指具有金屬原子與氧原子的重複結構的高分子。即,是以金屬-氧-金屬鍵為主鏈的高分子。
本發明中使用的(A)聚金屬氧烷於主鏈具有與藉由蝕刻對無機固體物進行圖案加工時的蝕刻氣體或蝕刻液的反應性低的金屬原子,因此具有高耐蝕刻性。因此,含有該聚金屬氧烷的硬化體可用作藉由蝕刻對無機固體物進行圖案加工時的遮罩。
由於(A)聚金屬氧烷會溶解於有機溶劑中,因此藉由將包含聚金屬氧烷及有機溶劑的組成物塗佈於基板上並進行加熱,可獲得具有高耐蝕刻性的硬化體。如此,可於不經過如CVD法般繁雜的真空製程的情況下形成具有高耐蝕刻性的遮罩,因此與使用藉由先前的CVD法堆積而成的碳膜的方法相比,能夠簡化製程。另外,含有聚金屬氧烷的硬化體具有較所述碳膜高的耐蝕刻性,因此可以更薄的膜厚形成所需的無機固體物圖案。
另外,(A)聚金屬氧烷與碳膜相比,熱處理膜的膜應力低。因此,當於無機固體物上形成包含聚金屬氧烷的硬化體時,可減少對基板及無機固體物施加的應力。
(A)聚金屬氧烷的主鏈中所含的金屬原子選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中。藉由包含該些金屬原子,可製成具有高耐蝕刻性的遮罩。更佳為選自由Al、Ti、Zr、Hf及Sn所組成的群組中的金屬原子。關於該些金屬原子,由於後述的作為聚金屬氧烷的合成原料的金屬烷氧化物穩定存在,因此容易獲得高分子量的聚金屬氧烷。
關於(A)聚金屬氧烷的重量平均分子量,作為下限值,較佳為1萬以上,更佳為2萬以上,進而佳為5萬以上。另外,作為上限值,較佳為200萬以下,更佳為100萬以下,進而佳為50萬以下。藉由將重量平均分子量設為所述範圍,塗佈特性變得良好。另外,藉由重量平均分子量為下限值以上,後述的硬化體的物性提高,特別是可獲得耐裂紋性優異的硬化體。
本發明中的重量平均分子量是指利用凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography,GPC)測定的聚苯乙烯換算的值。聚金屬氧烷的重量平均分子量藉由以下方法而求出。使聚金屬氧烷以濃度成為0.2 wt%的方式溶解於展開溶媒中而製成試樣溶液。繼而,將試樣溶液注入至填充有多孔質凝膠及展開溶媒的管柱中,利用凝膠滲透層析(GPC)進行測定。藉由示差折射率檢測器檢測管柱溶出物,並分析溶出時間,藉此求出重量平均分子量。再者,作為展開溶媒,可適宜地使用溶解有氯化鋰的N-甲基-2-吡咯啶酮。
(A)聚金屬氧烷的重複結構單元並無特別限制,較佳為具有下述通式(3)所表示的重複結構單元。
[化2]
Figure 02_image005
R 6為氫原子或碳數1~12的烷基。R 7為羥基、碳數1~12的烷基、碳數5~12的脂環式烷基、碳數1~12的烷氧基、碳數6~12的芳基、碳數6~30的苯氧基、碳數10~30的萘氧基、碳數7~13的芳烷基、(R 8 3SiO-)基、(R 9R 10NO-)基或具有金屬氧烷鍵的基。聚金屬氧烷中存在多個的R 6及R 7分別可相同亦可不同。
R 8為羥基、碳數1~12的烷基、碳數5~12的脂環式烷基、碳數1~12的烷氧基、碳數6~12的芳基、碳數7~13的芳烷基或具有矽氧烷鍵的基。存在多個的R 8分別可相同亦可不同。
R 9及R 10分別獨立地為氫原子、碳數1~12的烷基、碳數5~12的脂環式烷基、碳數6~12的芳基、碳數7~13的芳烷基或碳數1~12的醯基。R 4及R 5可經由碳-碳飽和鍵或碳-碳不飽和鍵連結而形成環結構。
M表示選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子。
m為表示金屬原子M的價數的整數,a為1~(m-2)的整數。
作為碳數1~12的烷基,可列舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、辛基、2-乙基己基、壬基、癸基等。
作為碳數5~12的脂環式烷基,可列舉:環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基、環癸基等。
作為碳數1~12的烷氧基,可列舉:甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基等。
作為碳數6~12的芳基,可列舉:苯基、萘基等。
作為碳數6~30的苯氧基,可列舉:苯氧基、甲基苯氧基、乙基苯氧基、丙基苯氧基、甲氧基苯氧基、乙氧基苯氧基、丙氧基苯氧基等。
作為碳數10~30的萘氧基,可列舉:萘氧基、甲基萘氧基、乙基萘氧基、丙基萘氧基、甲氧基萘氧基、乙氧基萘氧基、丙氧基萘氧基等。
作為碳數7~13的芳烷基,可列舉苄基、苯乙基等。
作為(R 8 3SiO-)基,可列舉:三羥基矽氧基、三甲基矽氧基、三乙基矽氧基、三丙基矽氧基、三異丙基矽氧基、三丁基矽氧基、三異丁基矽氧基、三-第二丁基矽氧基、三-第三丁基矽氧基、三環己基矽氧基、三甲氧基矽氧基、三乙氧基矽氧基、三丙氧基矽氧基、三異丙氧基矽氧基、三丁氧基矽氧基、三苯基矽氧基、羥基二苯基矽氧基、甲基二苯基矽氧基、乙基二苯基矽氧基、丙基二苯基矽氧基、二羥基(苯基)矽氧基、二甲基(苯基)矽氧基、二乙基(苯基)矽氧基、二丙基(苯基)矽氧基、三萘基矽氧基、羥基二萘基矽氧基、甲基二萘基矽氧基、乙基二萘基矽氧基、丙基二萘基矽氧基、二羥基(萘基)矽氧基、二甲基(萘基)矽氧基、二乙基(萘基)矽氧基、二丙基(萘基)矽氧基等。
作為(R 9R 10NO-)基,可列舉:二乙基胺基氧基、二苄基胺基氧基、2-氮雜金剛烷基氧基;甲醯胺基、甲醯苯胺基、乙醯胺基、乙醯苯胺基、三氟乙醯胺基、2,2,2,2-三氟乙醯苯胺基、苯甲醯胺基、苯甲醯苯胺基、吡咯啶酮基、哌啶酮基;N-乙醯胺基氧基、N-辛醯胺基氧基、N-苯甲醯胺基氧基、N-苯甲醯基-N-苯基胺基氧基、N-萘-1-羧醯胺基氧基、N-水楊醯胺基氧基、α-(對丁氧基苯基)-N-乙醯胺基氧基、N-琥珀醯亞胺基氧基、N-鄰苯二甲醯亞胺基氧基、N-(4-硝基鄰苯二甲醯亞胺基)氧基、N-(5-降冰片烯-2,3-二甲醯亞胺基)氧基、N-氧基磺基琥珀醯亞胺鈉基、N-(N'-羥基均苯四甲醯亞胺基)氧基、N-(1,8-萘二甲醯亞胺基)氧基、N-(N'-羥基-1,2,3,4-環丁烷四甲醯二亞胺基)氧基等。
所謂為具有金屬氧烷鍵的基的情況是指R 7為氧原子、且經由該氧原子直接與其他聚金屬氧烷鏈的金屬原子M鍵結。
具有矽氧烷鍵的基是指R 8為氧原子、且經由該氧原子直接與其他矽氧烷鏈的Si鍵結。
藉由(A)聚金屬氧烷具有通式(3)所表示的重複結構單元,可製成以於主鏈具有電子密度高的金屬原子的樹脂為主體的膜。因此,可提高膜中的金屬原子的密度,可容易地獲得高密度。另外,由於所述膜為不具有自由電子的介電質,因此可獲得具有高透明性以及高耐熱性的硬化體。
(A)聚金屬氧烷較佳為包含如所述通式(3)中R 7的至少一個為羥基般的結構單元。(A)聚金屬氧烷藉由具有羥基,可製成即便在長期保管時黏度上升亦小而保存穩定性優異的聚金屬氧烷。
(A)聚金屬氧烷較佳為包含如所述通式(3)中R 7的至少一個為(R 8 3SiO-)基般的結構單元。(A)聚金屬氧烷藉由具有(R 8 3SiO-)基,與其他成分的相容性顯著提高。因此,該聚金屬氧烷於有機溶劑中穩定地存在。進而,於後述的形成硬化膜的步驟中,藉由具有(R 8 3SiO-)基而緩和縮合應力,因此可獲得不易產生裂紋的均質的硬化膜。
(A)聚金屬氧烷的合成方法並無特別限制,較佳為藉由對下述通式(4)及/或通式(5)所表示的化合物視需要進行水解、其後進行部分縮合及聚合來合成。此處,所謂部分縮合,並非使水解物的M-OH全部縮合,而是指使所得的聚金屬氧烷中殘存一部分M-OH。若為後述的一般的縮合條件,則通常為殘存部分M-OH。所殘存的M-OH量並無限制。
[化3]
Figure 02_image007
Figure 02_image010
R 6、R 7、M、m及a如上述說明所述。
作為聚金屬氧烷的合成的更具體的方法,例如可列舉國際公開第2019/188834號或國際公開第2019/188835號中記載的方法。
於聚金屬氧烷的合成中,視需要添加觸媒。作為觸媒,並無特別限制,但可較佳地使用鹼性觸媒。藉由使用鹼性觸媒,可獲得特別是高分子量的聚金屬氧烷。鹼性觸媒中,進而佳為使用下述(B)胺化合物。藉由使用(B)胺化合物,可獲得耐裂紋性優異的硬化體。
((B)胺化合物) 本發明的組成物含有(B)具有下述通式(1)所表示的基的胺化合物(以下稱為「(B)胺化合物」)。
[化4]
Figure 02_image003
R 1為氫原子、碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基。R 2~R 5分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基。R 11~R 14分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基。n為0~2的整數。
通式(1)中,作為碳數1~12的烷基,可列舉:甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、辛基、2-乙基己基、壬基、癸基等。
作為碳數1~12的烷氧基,可列舉:甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、2-乙基己氧基、壬氧基、癸氧基等。
一般而言,可溶於有機溶劑的聚金屬氧烷具有烷氧基(M-OR基)或羥基(M-OH基)。M-OR基由於水解速度高,因此於塗膜形成時與空氣中的水分反應而成為M-OH基。M-OH基的酸度高,藉由熱處理而急劇進行硬化,且高密度化。因此,推斷無法緩和伴隨高密度化的硬化應力而產生裂紋。
聚金屬氧烷組成物藉由含有(B)胺化合物,於聚金屬氧烷中的酸性度高的M-OH基與(B)胺化合物之間產生適度的相互作用。因此,於硬化體形成時,會降低M-OH基的活性,緩和硬化應力。認為其結果為,藉由含有(B)胺化合物,硬化體的耐裂紋性提高。
此處,本發明的特徵之一為(B)胺化合物於胺的鄰接位具有相當於R 2~R 5的取代基。當將一般的胺化合物與聚金屬氧烷混合時,胺化合物親核地作用於聚金屬氧烷中的金屬原子。該情況下,未見由M-OH基與胺化合物的相互作用引起的耐裂紋性提高。另一方面,(B)胺化合物於胺的鄰接位存在相當於R 2~R 5的取代基,因此藉由該取代基的立體障礙,對聚金屬氧烷中的金屬原子的親核性降低而優先與M-OH基產生相互作用。認為其結果為,藉由含有(B)胺化合物,硬化應力緩和,耐裂紋性提高。
通式(1)中,R 2~R 5各自獨立地較佳為碳數1~12的烷基。
通式(1)所表示的基較佳為下述通式(2)所表示的基。
[化5]
Figure 02_image011
通式(2)中,R 1~R 5與通式(1)中的R 1~R 5相同。
具有通式(2)所表示的基的胺化合物由於環的應變小而可穩定地存在。因此,可提高含有(A)聚金屬氧烷及(B)胺化合物的組成物的保存穩定性。
通式(1)及通式(2)中的R 1較佳為氫原子或碳數1~3的烷基。其原因在於:聚金屬氧烷中的M-OH基與(B)胺化合物容易相互作用,可形成耐裂紋性更優異的硬化體。
(B)胺化合物較佳為具有兩個以上的通式(1)或通式(2)所表示的基的胺化合物。藉由具有兩個以上的通式(1)或通式(2)所表示的基,(B)胺化合物與多個M-OH基相互作用,可進一步緩和硬化應力。因此,可形成耐裂紋性更優異的硬化體。
(B)胺化合物的重量平均分子量較佳為300以上且5000以下。藉由(B)胺化合物的重量平均分子量為300以上,(B)胺化合物具有高沸點。藉此,即便在後述的硬化膜形成時的熱處理步驟中暴露於高溫下的情況下,(B)胺化合物亦不會蒸發而可存在於體系中。因此,聚金屬氧烷中的M-OH基與(B)胺化合物的相互作用於熱處理中得以維持,可進一步緩和硬化應力。另外,藉由(B)胺化合物的重量平均分子量為5000以下,(B)胺化合物與(A)聚金屬氧烷相容,可製成均質的硬化膜。
(B)胺化合物的重量平均分子量藉由與所述聚金屬氧烷的重量平均分子量同樣的方法求出。
作為(B)胺化合物,例如可列舉:雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酸酯、雙(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、雙(N-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、雙(N-苄基氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、雙(N-環己基氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、雙(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)2-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)-2-丁基丙二酸酯、雙(1-丙烯醯基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)2,2-雙(3,5-二-第三丁基-4-羥基苄基)-2-丁基丙二酸酯、雙(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基甲基丙烯酸酯、4-[3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙醯基氧基]-1-[2-(3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙醯基氧基)乙基]-2,2,6,6-四甲基哌啶、2-甲基-2-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)胺基-N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丙醯胺、四(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)1,2,3,4-丁烷四羧酸酯、四(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)1,2,3,4-丁烷四羧酸酯等化合物;N,N',N'',N'''-四-[4,6-雙-〔丁基-(N-甲基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)胺基〕-三嗪-2-基]-4,7-二氮雜癸烷-1,10-二胺、二丁基胺與1,3,5-三嗪・N,N'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-六亞甲基二胺以及N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丁基胺的縮聚物、二丁基胺與1,3,5-三嗪以及N,N'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丁基胺的縮聚物、聚〔{(1,1,3,3-四甲基丁基)胺基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基}六亞甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基}〕、1,6-己二胺-N,N'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)與嗎啉-2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的縮聚物、聚[(6-嗎啉基-均三嗪-2,4-二基)〔(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基〕-六亞甲基〔(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基〕]、1,6-己二胺,N,N'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)與2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪縮聚物、N-丁基-丁烷胺與N-丁基1-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的反應生成物等多個哌啶環經由三嗪骨架鍵結而成的高分子量化合物;琥珀酸二甲酯與4-羥基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物、1,2,3,4-丁烷四羧酸與1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇以及3,9-雙(2-羥基-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10-四氧雜螺環[5,5]十一烷的混合酯化合物等哌啶環經由酯鍵鍵結而成的化合物等聚合體類型等。
作為(B)胺化合物,市售品例如可列舉:艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-52、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA57、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-63P、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-68、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77Y、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77G、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-82、艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-87(以上,艾迪科(ADEKA)製造)、奇妙塑(Chimassorb)119FL、奇妙塑(Chimassorb)2020FDL、奇妙塑(Chimassorb)944FDL、天來穩(TINUVIN)622LD、天來穩(TINUVIN)144、天來穩(TINUVIN)765、天來穩(TINUVIN)770DF(以上,巴斯夫(BASF)製造)等。
本發明組成物中的(B)胺化合物的含量相對於(A)聚金屬氧烷100重量份而為1重量份~30重量份。(B)胺化合物的含量進而佳為4重量份~20重量份。藉由(B)胺化合物的含量為1重量份以上、更佳為4重量份以上,可進一步提高硬化體的耐裂紋性。另一方面,藉由含量為30重量份以下、更佳為20重量份以下,組成物中的(A)聚金屬氧烷所佔的比例增加,因此於硬化體形成時,可使聚金屬氧烷充分硬化。其結果,可提高所得的硬化體的密度。
(溶劑) 本發明的組成物亦可含有有機溶劑。藉由本發明的組成物包含有機溶劑,可將組成物調節為任意的黏度。藉此,組成物的塗膜性變得良好。
有機溶劑可直接使用聚金屬氧烷的製造中獲得的聚金屬氧烷溶液中的有機溶劑,亦可追加其他的有機溶劑。
作為組成物中所含的有機溶劑,並無特別限制,較佳為使用與聚金屬氧烷的合成中使用的溶劑相同的溶劑。進而佳為非質子性極性溶劑。藉由使用非質子性極性溶劑,聚金屬氧烷的穩定性提高。藉此,可製成即便於長期保管時黏度的上升亦小、保存穩定性優異的組成物。
作為非質子性極性溶劑的具體例,例如可列舉:丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯、二甲氧基乙烷、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、二丙二醇二甲基醚、四甲基脲、二乙二醇乙基甲基醚、二甲基亞碸、N-甲基吡咯啶酮、γ-丁內酯、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、碳酸伸丙酯、N,N'-二甲基丙烯脲、N,N-二甲基異丁醯胺等。
本發明的組成物的固體成分濃度較佳為1質量%以上且50質量%以下,進而佳為2質量%以上且40質量%以下。藉由將組成物的固體成分濃度設為所述範圍,可將後述的塗佈步驟中的塗佈膜製成膜厚均勻性良好的塗佈膜。於鋁杯中秤取1.0 g的組成物,使用加熱板,於250℃下加熱30分鐘來使液體成分蒸發,秤量加熱後的鋁杯中所殘留的固體成分,藉此可獲得組成物的固體成分濃度。
包含聚金屬氧烷的組成物於25℃下的黏度較佳為1 mPa·s以上且1000 mPa·s以下,更佳為1 mPa·s以上且500 mPa·s以下,進而佳為1 mPa·s以上且200 mPa·s以下。藉由將組成物的黏度設為所述範圍,可將後述的塗佈步驟中的塗佈膜製成膜厚均勻性良好的塗佈膜。組成物的黏度可藉由將組成物的溫度設為25℃,使用E型黏度計,以任意的轉速進行測定而獲得。
(其他成分) 本發明的組成物亦可包含其他成分。作為其他成分,可列舉:界面活性劑、交聯劑、交聯促進劑等。
(硬化體) 藉由對本發明的組成物進行加熱而可獲得硬化體。硬化體包括後述的硬化膜或金屬氧化物纖維。如此般獲得的硬化體以於主鏈具有電子密度高的金屬原子的樹脂為主體,因此可提高硬化體中的金屬原子的密度,可容易地獲得高密度。另外,由於成為不具有自由電子的介電質,因此可獲得高耐熱性。
本發明的硬化體是含有:(a)選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子、氧原子、及碳原子的硬化體,該硬化體中,氧原子的含量相對於硬化體中的所有金屬原子100原子百分比(atomic%)而為170 atomic%~300 atomic%,且於硬化體100重量%中含有1重量%~35重量%的(B)具有所述通式(1)所表示的基的胺化合物。
一般而言,由含有聚金屬氧烷的組成物獲得的硬化體具有高密度,但由於硬化體中殘存收縮應力,因此耐裂紋性低。本發明的硬化體藉由設為如上所述的組成,不易殘存收縮應力而成為耐裂紋性大的硬化體。因此,容易兼顧高密度與耐裂紋性。
(硬化膜) 可藉由將本發明的組成物塗佈於基板上並進行加熱來獲得硬化膜。如此般獲得的硬化膜成為以於主鏈具有電子密度高的金屬原子的樹脂為主體的膜,因此可提高膜中的金屬原子的密度,可容易地獲得高密度。另外,由於成為不具有自由電子的介電質,因此可獲得高耐熱性。
作為形成硬化膜的基板,並無特別限制,可列舉矽晶圓或藍寶石晶圓、玻璃、光學膜等。作為玻璃,例如可列舉:鹼玻璃、無鹼玻璃、熱強化玻璃或化學強化玻璃。作為光學膜,可列舉:包含丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚碸、聚丙烯、聚乙烯、聚醯亞胺或環烯烴聚合物的膜。
所述基板上亦可形成有無機固體物。此處,無機固體物是指包含除有機化合物以外的非金屬物質的固體的總稱。作為無機固體物,並無特別限制,較佳為包含選自由氧化矽(SiO 2)、氮化矽(Si 3N 4)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化鈦(TiO 2)、氧化鋯(ZrO 2)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鋁(AlN)、氮化鉭(TaN)、鉭酸鋰(LiTaO 3)、氮化硼(BN)、氮化鈦(TiN)、鈦酸鋇(BaTiO 3)、氧化銦(InO 3)、氧化錫(SnO 2)、硫化鋅(ZnS)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO 3)及氧化鉬(MoO 3)、矽(Si)所組成的群組中的一種以上的材料,進而佳為包含選自由SiO 2、Si 3N 4、Al 2O 3、TiO 2及ZrO 2所組成的群組中的一種以上的材料。無機固體物亦可為包含多個無機固體物的複合體。
作為將組成物塗佈於基板上的方法,可使用公知的方法。作為塗佈中使用的裝置,可列舉:旋轉塗佈、浸漬塗佈、簾幕流動塗佈、噴霧塗佈或狹縫塗佈等整面塗佈裝置或網版印刷、輥塗佈、微凹版塗佈或噴墨等印刷裝置。
於將組成物塗佈於基板上後,若需要則可使用加熱板、烘箱等加熱裝置來進行加熱(預烘烤)。將預烘烤後的塗佈膜稱為預烘烤膜。預烘烤較佳為於50℃以上且150℃以下的溫度範圍內進行30秒~30分鐘。藉由進行預烘烤,可獲得膜厚均勻性良好的硬化體。預烘烤後的膜厚較佳為0.1 μm以上且15 μm以下。
可藉由經過如下煆燒步驟而獲得含有聚金屬氧烷的硬化體,所述煆燒步驟為使用加熱板或烘箱等加熱裝置,於100℃以上且1000℃以下、較佳為200℃以上且800℃以下、進而佳為400℃以上且800℃以下的溫度範圍內對塗佈膜或預烘烤膜進行30秒~10小時左右的加熱。藉由將加熱溫度設為所述下限值以上,推進聚金屬氧烷的硬化,硬化體的密度上升。藉由將加熱溫度設為所述上限值以下,可抑制由於加熱而對基板、無機固體物、及周邊構件的損傷。
硬化體的膜厚較佳為0.5 μm~15 μm,進而佳為0.7 μm~10 μm。藉由硬化體的膜厚為所述下限值以上,於後述的以硬化膜的圖案為遮罩的無機固體物的蝕刻中,可使形成的無機固體物圖案的形狀成為相對於深度方向直線性優異的圖案。藉由硬化體的膜厚為所述上限值以下,可抑制施加於基板及無機固體物上的應力。
硬化膜的密度較佳為1.50 g/cm 3以上且5.00 g/cm 3以下,更佳為2.50 g/cm 3以上且4.00 g/cm 3以下。藉由硬化膜的密度為下限值以上,後述的硬化膜的圖案的機械物性提高。因此,於將硬化膜的圖案作為遮罩而藉由蝕刻對無機固體物進行圖案加工時,可製成不易受到蝕刻損傷的硬化體的圖案。
硬化體的密度可藉由拉塞福背向散射分析法(拉塞福背向散射能譜術(Rutherford backscattering spectrometry,RBS))測定。可藉由對硬化體照射離子束(H +或He ++),測定因拉塞福散射而向後方散射的離子的能量及強度,而進行測定。
設置於基板上的硬化膜的膜應力較佳為1 MPa以上且200 MPa以下,更佳為5 MPa以上且150 MPa以下。藉由硬化膜的膜應力為上限值以下,可抑制施加於基板及無機固體物的應力。
硬化膜的膜應力可藉由以下方法測定。首先,測定未形成硬化膜的、雙軸彈性係數已知的基板的曲率半徑R1。接著,於測定了曲率半徑的基板上形成硬化膜,測定硬化膜形成基板的曲率半徑R2。自R1及R2求出基板的曲率半徑變化量R。使用所得的曲率半徑變化量與基板的雙軸彈性係數、基板的厚度、及熱處理膜的膜厚,可算出硬化膜的膜應力。
(用途) (無機固體物蝕刻用遮罩用途) 由本發明的組成物獲得的硬化體以於主鏈具有與藉由蝕刻對無機固體物進行圖案加工時的蝕刻氣體或蝕刻液的反應性低的金屬原子的聚金屬氧烷為主體,因此具有高耐蝕刻性。因此,本發明的硬化體可用作藉由蝕刻對無機固體物進行圖案加工時的遮罩。
本發明的硬化體與碳膜相比,硬化膜的膜應力低。因此,當於無機固體物上形成包含聚金屬氧烷的硬化膜時,可減少對基板及無機固體物施加的應力。
作為此種利用方法,例如可列舉如下無機固體物圖案的製造方法,即包括:於無機固體物上塗佈本發明的組成物的步驟;於100℃以上且1000℃以下的溫度下加熱藉由所述塗佈步驟而獲得的塗佈膜而形成硬化膜的步驟;對所述硬化膜進行圖案加工而形成硬化膜圖案的步驟;以及將所述硬化膜圖案作為遮罩而藉由蝕刻對所述無機固體物進行圖案加工的步驟。
於所述方法中,關於形成硬化膜的步驟的詳細情況,如已說明般。再者,作為無機固體物,較佳為包含選自由SiO 2、Si 3N 4、Al 2O 3、TiO 2及ZrO 2所組成的群組中的一種以上的材料。另外,無機固體物較佳為多個無機固體物層的積層體。
作為對硬化膜進行圖案加工而形成硬化膜圖案的方法,並無特別限制,例如較佳為如下方法:於硬化膜上形成光阻劑(photoresist)圖案、或者形成包含選自由SiO 2、Si 3N 4及碳所組成的群組中的化合物或該些的複合化合物的硬遮罩圖案,而對硬化膜進行蝕刻。
對硬化膜進行蝕刻的方法可將光阻劑圖案或硬遮罩圖案作為遮罩並使用乾式蝕刻法或濕式蝕刻法。
硬化膜的乾式蝕刻法較佳為使用反應性離子蝕刻裝置(RiE裝置),並將製程氣體設為三氟化甲烷(CHF 3)、四氟化甲烷(CF 4)、Cl 2(氯)、BCl 3(三氯化硼)、CCl 4(四氯化碳)、氧或該些的混合氣體。熱處理膜的濕式蝕刻較佳為使用將氫氟酸(HF)、硝酸(HNO 3)、氟化銨(NH 4F)、磷酸(H 3PO 4)或者該些的混合物利用水及/或乙酸(CH 3COOH)進行稀釋而得者。
將所述硬化膜的圖案作為遮罩的、無機固體物的蝕刻較佳為乾式蝕刻或濕式蝕刻。
無機固體物的乾式蝕刻較佳為使用反應性離子蝕刻裝置(RiE裝置),並將製程氣體設為SF 6(六氟化硫)、NF 3(三氟化氮)、CF 4(四氟化碳)、C 2F 6(六氟化乙烷)、C 3F 8(八氟化丙烷)、C 4F 6(六氟-1,3-丁二烯)、CHF 3(三氟甲烷)、CH 2F 2(二氟甲烷)、COF 2(氟化羰基)、氧或該些的混合氣體。
無機固體物的濕式蝕刻較佳為使用將氫氟酸(HF)、硝酸(HNO 3)、氟化銨(NH 4F)、磷酸(H 3PO 4)或該些的混合物利用水及/或乙酸(CH 3COOH)進行稀釋而得者來進行。
(無機固體物圖案的用途) 以如上所述的方式獲得的無機固體物圖案可用作半導體記憶體。特別適合於要求高縱橫比的無機固體物圖案的反及(NAND)型快閃記憶體。
(電子零件用途) 本發明的硬化體的折射率及絕緣性優異,因此適合用作固體攝像元件、顯示器等電子零件的構件。所謂構件是指構成電子零件的零部件。作為固體攝像元件的構件,可列舉:聚光用透鏡、將聚光用透鏡與光感測器部相連的光波導、防反射膜等。作為顯示器的構件,可列舉:折射率匹配(index matching)材料、平坦化材料、絕緣保護材料等。
(纖維用途) 藉由對本發明的組成物進行紡絲,可製成纖維。如此般獲得的纖維藉由進行煆燒而可製成金屬氧化物纖維。
包含金屬氧化物的纖維具有高耐熱、高強度、表面活性等特性,可期待具有對各種用途有用的特性。此種金屬氧化物纖維一般而言藉由熔融纖維化法製造。熔融纖維化法如下般。將金屬氧化物原料與二氧化矽等低熔點化合物混合。繼而,藉由高溫爐使所述混合物熔融後,將熔融物以細流的方式取出。藉由對所述細流吹附高壓空氣或者施加離心力而急速冷卻,製成金屬氧化物纖維。然而,熔融纖維化法中,若金屬氧化物原料的濃度變高,則熔融溫度變高,因此難以獲得高濃度的金屬氧化物纖維。
作為獲得高濃度的金屬氧化物纖維的方法,一般而言,已知有使用包含金屬氧化物源以及增稠劑的紡絲液,製作纖維狀的前驅物,對其進行加熱紡絲的方法。然而,於此種方法中,存在當增稠劑於煆燒過程中燃掉時產生空孔、龜裂,強度不足的問題。
包含聚金屬氧烷的本發明的組成物可以溶液狀態處理,因此可進行紡絲而不需要熔融步驟。另外,由於不需要增稠劑,因此可獲得緻密的金屬氧化物纖維。因此,可容易地獲得具有高耐熱、高強度、表面活性等特性的金屬氧化物纖維。
作為對本發明的組成物進行紡絲並將其煆燒而得的金屬氧化物纖維的更具體的方法,例如可列舉國際公開第2019/188834號中記載的方法。
(纖維的製造方法) 本發明的實施方式的纖維的製造方法至少包括紡絲步驟,所述紡絲步驟對以上所述的包含聚金屬氧烷的本發明的組成物進行紡絲而獲得纖維。於所述紡絲步驟中,作為對組成物進行紡絲的方法,可使用公知的方法。例如,作為所述紡絲的方法,可列舉:乾式紡絲法、濕式紡絲法、乾濕式紡絲法、電紡(electrospinning)法。
乾式紡絲法是指將組成物填充至容器中,對組成物施加負荷並自具有細孔的模口向環境中擠出,使有機溶劑蒸發而獲得絲狀物的方法。所述方法中,可於將組成物填充至容器中後進行加熱,以於擠出時降低黏度。另外,亦可將組成物於加熱環境中擠出,以控制有機溶劑的蒸發速度。將組成物擠出後,亦可使用旋轉的輥、高速的空氣流對絲狀物進行拉伸。
濕式紡絲是指將組成物等自具有細孔的模口向凝固浴中擠出,去除有機溶劑而獲得絲狀物的方法。作為凝固浴,較佳地使用水、極性溶劑。另外,乾濕式紡絲是指將組成物向環境中擠出,其後浸漬於凝固浴中,去除有機溶劑而獲得絲狀物的方法。
電紡法是指對填充有組成物的噴嘴施加高電壓,藉此於噴嘴前端的液滴上聚集電荷,藉由電荷彼此排斥而液滴擴展,溶液流被拉伸,從而進行紡絲的方法。所述方法中,能夠獲得細直徑的絲狀物。因此,若使用電紡法,則可獲得幾十nm~幾μm的直徑的細的絲狀物。
該些中,作為本發明中的紡絲步驟中的紡絲方法,尤其可較佳地使用乾式紡絲法或電紡法。
對於藉由紡絲步驟而獲得的纖維而言,於進行煆燒前,亦可視需要進行乾燥處理、水蒸氣處理、熱水處理、或者將該些加以組合的處理。
藉由對利用所述紡絲步驟而獲得的纖維進行煆燒,於進行交聯反應的同時,去除有機基等有機成分,從而可獲得強度優異的金屬氧化物纖維。即,本發明實施方式的纖維的製造方法於製造金屬氧化物纖維的情況下,包括如以上般對組成物進行紡絲的步驟、以及對藉由紡絲步驟而獲得的纖維進行煆燒的煆燒步驟。於所述煆燒步驟中,煆燒的溫度並無特別限制,較佳為200℃以上且2000℃以下,進而佳為400℃以上且1500℃以下。煆燒方法並無特別限制。例如,作為煆燒方法,可列舉於空氣環境中煆燒的方法;於氮氣、氬氣等惰性環境中煆燒的方法;或於真空中煆燒的方法等。
另外,於煆燒步驟中,可將所得的金屬氧化物纖維於氫氣般的還原環境中進一步煆燒。另外,於煆燒步驟中,可於對藉由紡絲而獲得的纖維、或者金屬氧化物纖維施加張力的同時進行煆燒。
對本發明的聚金屬氧烷的溶液進行紡絲並將該些煆燒而獲得的纖維可用作光觸媒、隔熱材料、放熱材料、纖維強化塑膠(fiber reinforced plastics,FRP)等複合材料。作為光觸媒,可用於水/大氣淨化用過濾器等中。作為隔熱材料/放熱材料,可用於電爐、核燃料棒鞘、或航空器的發動機渦輪、熱交換器等中。 [實施例]
以下,列舉合成例、實施例,對本發明進行更具體的說明,但本發明並不限定於該些實施例。
(固體成分濃度) 於各合成例、實施例中,聚金屬氧烷溶液的固體成分濃度藉由以下方式求出:於鋁杯中秤取1.0 g的聚金屬氧烷溶液,使用加熱板,於250℃下加熱30分鐘來使液體成分蒸發,秤量加熱後的鋁杯中所殘留的固體成分。
(紅外分光分析) 利用傅立葉轉換型紅外分光(Fourier transform infrared spectroscopy)(以下,簡稱為FT-IR)的分析是藉由以下的方法進行。首先,使用傅立葉轉換型紅外分光計(島津製作所製造的FT720),測定重疊有兩塊矽晶圓者,將其作為基準。繼而,於矽晶圓上滴下1滴金屬化合物或其溶液,利用另一矽晶圓而將其夾持,藉此將其作為測定試樣。根據測定試樣的吸光度與基準的吸光度的差,算出化合物或其溶液的吸光度,讀取吸收峰值。
(重量平均分子量的測定) 重量平均分子量(Mw)是使用凝膠滲透層析法(GPC)並藉由以下的方法而求出。作為展開溶媒,將氯化鋰溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮中,製作0.02 mol/dm 3氯化鋰N-甲基-2-吡咯啶酮溶液。於展開溶媒中以濃度成為0.2 wt%的方式溶解聚金屬氧烷,將其作為試樣溶液。以流速0.5 mL/min將展開溶媒流至多孔質凝膠管柱(東曹製造的TSKgel α-M、α-3000各一根),於其中注入0.2 mL試樣溶液。利用示差折射率檢測器(昭和電工製造的RI-201型)檢測管柱溶出物,並分析溶出時間,藉此求出聚苯乙烯換算的重量平均分子量(Mw)。
(硬化膜的密度及氧原子的含量的測定) 使用派勒特(Pelletron)3SDH(國家靜電(National Electrostatics)製造)向硬化體照射離子束。藉由分析散射離子能量來求出硬化膜的密度。另外,根據所得的散射離子能譜,調查碰撞的原子的質量數,獲得硬化膜的平均原子數比。自所得的平均原子數比中選擇金屬原子與氧原子的平均原子數比,藉由氧原子的平均原子數比除以金屬原子的平均原子數比的合計值,來作為相對於硬化體中的所有金屬原子100 atomic%的氧原子的含量(atomic %)。此後,將相對於硬化體中的所有金屬原子100 atomic%的氧原子的含量簡稱為氧原子的含量。再者,測定條件設為入射離子: 4He ++、入射能量:2300 keV、入射角:0 deg、散射角:160 deg、試樣電流:8 nA、光束直徑:2 mmϕ、照射量:48 μC。
(膜應力的測定) 關於硬化膜的膜應力,使用薄膜應力測定裝置FTX-3300-T(東朋科技(technology)製造),測定6英吋矽晶圓的曲率半徑R1,繼而,於晶圓上形成熱處理膜,測定熱處理膜形成基板的曲率半徑R2。自R1及R2求出晶圓的曲率半徑變化量R,使用所得的R與晶圓的雙軸彈性係數、基板的厚度、及硬化膜的膜厚,算出熱處理膜的膜應力。再者,晶圓的雙軸彈性係數設為1.805×10 11Pa。
(實施例及比較例中使用的材料) [(B)胺化合物] (B-1)艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77Y:雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(艾迪科(ADEKA)製造,重量平均分子量(Mw):480)
[化6]
Figure 02_image013
(B-1)
(B-2)奇妙塑(Chimassorb)2020FDL:1,6-己二胺,N,N'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)與2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪縮聚物、N-丁基-丁烷胺與N-丁基1-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的反應生成物(巴斯夫(BASF)製造,重量平均分子量(Mw):2940)。
[化7]
Figure 02_image015
(B-2)
(合成例1)聚金屬氧烷(A-1)溶液的合成 將三-正丙氧基(三甲基矽氧基)鋯17.88 g(0.05 mol)、二-第二丁氧基(三甲基矽氧基)鋁13.12 g(0.05 mol)、及N,N'-二甲基異丁醯胺(三菱瓦斯化學製造:以下稱為DMIB)25.24 g混合,將其作為溶液1。另外,將水4.50 g(0.25 mol)、作為水稀釋溶媒的異丙醇(以下稱為IPA)50.0 g、以及作為聚合觸媒的三丁基胺1.85 g(0.01 mol)混合,將其作為溶液2。
於容量500 ml的三口燒瓶中,裝入溶液1的總量,將燒瓶浸漬於40℃的油浴中攪拌30分鐘。其後,以水解為目的而將溶液2的總量填充至滴液漏斗中,花1小時添加於燒瓶內。於溶液2的添加過程中,不會於燒瓶內容液中產生析出,為均勻的無色透明溶液。於添加溶液2後進而攪拌1小時,而獲得含羥基的金屬化合物。其後,以縮聚為目的,花30分鐘將油浴升溫至140℃。升溫開始1小時後,溶液的內溫達到100℃,其後加熱攪拌2小時(內溫為100℃~130℃)。於反應過程中,蒸餾出IPA、正丙醇、2-丁醇及水。於加熱攪拌過程中,不會於燒瓶內容液中產生析出,為均勻的透明溶液。
於加熱結束後,將燒瓶內容液冷卻至室溫,而獲得聚金屬氧烷溶液。所得的聚金屬氧烷溶液的外觀為淡黃色透明。
所得的聚金屬氧烷溶液的固體成分濃度為38.2質量%,其後以固體成分濃度成為20.0質量%的方式加入DMIB,製成聚金屬氧烷(A-1)溶液。
藉由以上所述的方法並使用FT-IR對聚金屬氧烷(A-1)溶液進行分析,結果確認到Zr-O-Si的吸收峰值(968 cm -1)、Al-O-Si的吸收峰值(780 cm -1)及羥基的吸收峰值(3450 cm -1),因此確認到為具有三甲基矽氧基及羥基的聚金屬氧烷。聚金屬氧烷(A-1)的重量平均分子量(Mw)於聚苯乙烯換算中為400,000。
(合成例2~合成例7)聚金屬氧烷(A-2)溶液~聚金屬氧烷(A-7)溶液的合成 將三-正丙氧基(三甲基矽氧基)鋯、二-第二丁氧基(三甲基矽氧基)鋁、及DMIB以表1記載的量混合,將其作為溶液1。另外,將水、作為水稀釋溶媒的IPA、以及作為聚合觸媒的B-1(合成例2~合成例6)或B-2(合成例7)以表1記載的量混合,將其作為溶液2。
與合成例1同樣地進行水解、縮聚。於反應過程中,蒸餾出IPA、正丙醇、2-丁醇及水。於各合成例中,於加熱攪拌過程中,不會於燒瓶內容液中產生析出,為均勻的透明溶液。
於加熱結束後,將燒瓶內容液冷卻至室溫,而獲得聚金屬氧烷溶液。所得的聚金屬氧烷溶液的外觀於各合成例中為淡黃色透明。
所得的聚金屬氧烷溶液的固體成分濃度記載於表1中。其後以固體成分濃度成為20.0%的方式加入DMIB,獲得聚金屬氧烷(A-2)溶液~聚金屬氧烷(A-7)溶液。
分別藉由以上所述的方法並使用FT-IR對聚金屬氧烷(A-2)溶液~聚金屬氧烷(A-7)溶液進行分析,結果均確認到Zr-O-Si的吸收峰值(968 cm -1)、Al-O-Si的吸收峰值(780 cm -1)及羥基的吸收峰值(3450 cm -1),因此確認到為具有三甲基矽氧基及羥基的聚金屬氧烷。聚金屬氧烷(A-2)~聚金屬氧烷(A-7)的重量平均分子量(Mw)記載於表1中。
[表1]
  溶液1 溶液2 聚合物物性
金屬烷氧化物1 金屬烷氧化物2 溶劑 水稀釋 溶媒 聚合觸媒
種類 添加量 種類 添加量 (B)胺化合物 以外 (B)胺化合物 聚合後 固體成分 濃度 調整後 固體成分 濃度 重量平均 分子量 (Mw)
合成例1 聚金屬 氧烷 (A-1)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.50 g (0.25 mol) IPA 50 g 三丁基胺 1.85 g (10 mmol) - 38.2% 20.0% 400,000
合成例2 聚金屬 氧烷 (A-2)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.51 g (0.25 mol) IPA 50 g - 艾迪科斯塔波 LA-77Y 0.17 g (0.35 mmol) 38.4% 20.0% 200,000
合成例3 聚金屬 氧烷 (A-3)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.51 g (0.25 mol) IPA 50 g - 艾迪科斯塔波 LA-77Y 0.48 g (1 mmol) 38.9% 20.0% 300,000
合成例4 聚金屬 氧烷 (A-4)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.51 g (0.25 mol) IPA 50 g - 艾迪科斯塔波 LA-77Y 0.96 g (2 mmol) 39.5% 20.0% 380,000
合成例5 聚金屬 氧烷 (A-5)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.51 g (0.25 mol) IPA 50 g - 艾迪科斯塔波 LA-77Y 2.40 g (5 mmol) 41.4% 20.0% 490,000
合成例6 聚金屬 氧烷 (A-6)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.51 g (0.25 mol) IPA 50 g - 艾迪科斯塔波 LA-77Y 4.81 g (10 mmol) 44.4% 20.0% 520,000
合成例7 聚金屬 氧烷 (A-7)溶液 三-正丙氧基 (三甲基 硅氧基) 鋯 17.88 g (0.05 mol) 二-第二丁氧基 (三甲基 矽氧基) 鋁 13.12 g (0.05 mol) DMIB 25.24 g 4.51 g (0.25 mol) IPA 50 g - 奇妙塑 2020FDL 1.50 g (0.5 mmol) 40.3% 20.0% 450,000
(組成物的製備) 調配合成例1中合成的聚金屬氧烷(A-1)溶液5.00 g、作為(B)胺化合物的(B-1)艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77Y 0.01 g、作為溶劑的DMIB 0.04 g並進行攪拌,藉此獲得組成物1。同樣地,以表2記載的調配量獲得組成物2~組成物16。再者,表2中的「(B)胺化合物相對於聚金屬氧烷100重量份的含量」中的(B)胺化合物的量是指聚金屬氧烷溶液中殘存的(B)胺化合物與之後加入的(B)胺化合物的合計量。
[表2]
  組成物    相對於 聚金屬氧烷 100重量份的 (B)胺化合物 含量
聚金屬氧烷溶液(20 wt%) (B)胺化合物 溶劑
名稱 聚金屬氧烷溶液 中的(B)胺化合物 (投入莫耳分率) 調配量 名稱 調配量 名稱 調配量
組成物1 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.01 g DMIB 0.04 g 1重量份
組成物2 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.03 g DMIB 0.12 g 3重量份
組成物3 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.05 g DMIB 0.20 g 5重量份
組成物4 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.10 g DMIB 0.40 g 10重量份
組成物5 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.15 g DMIB 0.60 g 15重量份
組成物6 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.30 g DMIB 1.20 g 30重量份
組成物7 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g 奇妙塑2020FDL 0.10 g DMIB 0.40 g 10重量份
組成物8 聚金屬氧烷 (A-2)溶液 艾迪科斯塔波LA-77Y (0.35 mol%) 5.00 g - - - - 1重量份
組成物9 聚金屬氧烷 (A-3)溶液 艾迪科斯塔波LA-77Y (1.0 mol%) 5.00 g - - - - 3重量份
組成物10 聚金屬氧烷 (A-4)溶液 艾迪科斯塔波LA-77Y (2.0 mol%) 5.00 g - - - - 6重量份
組成物11 聚金屬氧烷 (A-5)溶液 艾迪科斯塔波LA-77Y (5.0 mol%) 5.00 g - - - - 14重量份
組成物12 聚金屬氧烷 (A-6)溶液 艾迪科斯塔波LA-77Y (10.0 mol%) 5.00 g - - - - 29重量份
組成物13 聚金屬氧烷 (A-7)溶液 奇妙塑 2020 FDL (0.5 mol%) 5.00 g - - - - 9重量份
組成物14 聚金屬氧烷 (A-7)溶液 奇妙塑 2020 FDL (0.5 mol%) 5.00 g 奇妙塑2020 FDL 0.10 g DMIB 0.40 g 19重量份
組成物15 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 5.00 g - - - -
組成物16 聚金屬氧烷 (A-1)溶液 - 10.00 g 艾迪科斯塔波LA-77Y 0.01 g DMIB 0.04 g 0.5重量份
實施例1 (I)含有聚金屬氧烷的硬化膜的製作 準備4片6英吋矽晶圓。將該些作為基板,使用旋轉塗佈機(三笠(Mikasa)製造的1H-360S),針對各基板改變轉速來旋轉塗佈以如上方式獲得的組成物1後,使用加熱板(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的SCW-636),於100℃下進行5分鐘加熱,而製作塗佈膜。使用加熱板(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的SCW-636)於500℃下對藉由塗佈步驟而得的塗佈膜進行5分鐘加熱,製作膜厚分別為0.5 μm、0.7 μm、1.0 μm及1.5 μm的硬化膜。再者,膜厚是使用光干涉式膜厚計(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的蘭姆達艾斯(Lambda Ace)STM602)來測定。
(硬化膜的耐裂紋性評價) 對於所獲得的硬化膜的耐裂紋性,分別藉由下述5等級進行評價。將4以上設為合格。 5:光學顯微鏡觀察(倍率:5倍)中未見裂紋 4:光學顯微鏡觀察(倍率:5倍)中可見輕微裂紋 3:光學顯微鏡觀察(倍率:5倍)中可見明顯裂紋 2:藉由通常的目視可見輕微裂紋 1:藉由通常的目視可見明顯裂紋 將耐裂紋性評價的結果示於表3中。
(硬化膜的密度、氧原子的含量及膜應力) 使用膜厚0.5 μm的硬化膜,測定密度、氧原子的含量及膜應力。將測定結果示於表3中。
實施例2~實施例14及比較例1~比較例2 藉由與實施例1同樣的方法,對表3中記載的組成物進行與實施例1同樣的評價。將評價結果示於表3中。
[表3]
評價結果
組成物 熱處理 溫度 耐裂紋性 膜密度 [g/cm 3] 氧原子的 含量 [atomic%] 膜應力 [MPa]
膜厚 0.5 μm 膜厚 0.7 μm 膜厚 1.0 μm 膜厚 1.5 μm
實施例1 組成物1 500℃ 5 1 1 1 2.84 200.0 61.7
實施例2 組成物2 500℃ 5 2 1 1 2.79 200.1 61.1
實施例3 組成物3 500℃ 5 3 1 1 2.75 200.2 60.4
實施例4 組成物4 500℃ 5 5 2 1 2.65 201.0 55.7
實施例5 組成物5 500℃ 5 5 4 1 2.56 202.0 50.4
實施例6 組成物6 500℃ 5 5 4 1 2.36 210.0 23.9
實施例7 組成物7 500℃ 5 5 4 2 2.59 201.5 45.1
實施例8 組成物8 500℃ 5 1 1 1 3.05 200.0 61.1
實施例9 組成物9 500℃ 5 2 1 1 2.99 200.1 60.4
實施例10 組成物10 500℃ 5 4 3 1 2.91 200.3 59.1
實施例11 組成物11 500℃ 5 5 4 1 2.72 201.5 46.5
實施例12 組成物12 500℃ 5 5 4 2 2.48 208.0 13.3
實施例13 組成物13 500℃ 5 5 4 3 2.78 201.0 46.5
實施例14 組成物14 500℃ 5 5 5 4 2.51 205.0 23.9
比較例1 組成物15 500℃ 3 1 1 1 2.87 200.0 59.1
比較例2 組成物16 500℃ 3 1 1 1 2.85 200.0 60.8
實施例15 ((B)胺化合物的校準曲線的製作) 準備6片6英吋矽晶圓。將該些作為基板,使用旋轉塗佈機(三笠(Mikasa)製造的1H-360S),將以如上方式獲得的含有作為(B)胺化合物的艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77Y的組成物1~組成物6分別旋轉塗佈於6片基板後,使用加熱板(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的SCW-636),於100℃下進行5分鐘加熱,製作膜厚分別為1.0 μm的塗佈膜。針對該些塗佈膜,使用傅立葉轉換型紅外分光計(島津製作所製造的FT720)獲得紅外吸收光譜。於各個塗佈膜中確認到通式(1)的結構的吸收峰值(1735 cm -1)。根據6個塗佈膜中通式(1)的結構的吸收峰值面積與組成物1~組成物6中的相對於聚金屬氧烷100重量份的(B)胺化合物含量,製作塗佈膜中(B)胺化合物的含量的校準曲線。
(硬化體中的(B)胺化合物含量) 將矽晶圓作為基板,使用旋轉塗佈機(三笠(Mikasa)製造的1H-360S),旋轉塗佈以如上方式獲得的含有作為(B)胺化合物的艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77Y的組成物10後,使用加熱板(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的SCW-636),於100℃下進行5分鐘加熱,而製作塗佈膜。使用加熱板(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的SCW-636)於150℃下對所得的塗佈膜進行5分鐘加熱,製作膜厚為1.0 μm的硬化膜。再者,膜厚是使用光干涉式膜厚計(斯庫林控股(SCREEN Holdings)製造的蘭姆達艾斯(Lambda Ace)STM602)來測定。針對該硬化膜,使用傅立葉轉換型紅外分光計(島津製作所製造的FT720)獲得紅外吸收光譜。可確認通式(1)的結構的吸收峰值(1735 cm -1),根據上述中所製作的校準曲線,算出硬化體100重量%中的(B)胺化合物的含量(重量%)。將測定結果示於表4中。
(硬化膜的密度、氧原子的含量) 使用膜厚1.0 μm的硬化膜,測定了密度、氧原子的含量及膜應力。將測定結果示於表4中。
實施例16~實施例17及比較例3 藉由與實施例15同樣的方法,對表4中記載的組成物進行與實施例15同樣的評價。將評價結果示於表4中。
[表4]
評價結果  
組成物 熱處理 溫度 硬化體100重量%中的 (B)胺化合物的重量% 膜密度 [g/cm 3] 氧原子的 含量 [atomic%]
實施例15 組成物10 150℃ 5.4 1.50 253.7  
實施例16 組成物10 230℃ 4.6 1.92 235.1  
實施例17 組成物10 300℃ 2.1 2.00 226.5  
比較例3 組成物16 230℃ 未檢測 1.93 233.8  
實施例18 將合成例4中所合成的聚金屬氧烷(A-4)溶液(固體成分濃度:20.0%,重量平均分子量:(Mw)380,000,相對於聚金屬氧烷100重量份而含有6重量份的作為(B)胺化合物的艾迪科斯塔波(ADEKASTAB)LA-77Y)於減壓下濃縮至固體成分濃度成為45%為止。濃縮後的聚金屬氧烷(A-4)溶液的黏度為2000 P。
將濃縮後的聚金屬氧烷(A-4)溶液填充至10 ml的分配器用注射器(武藏工程(Musashi Engineering)製造)中,於該注射器上,作為模嘴而安裝分配器用塑膠針(內徑0.20 mm,武藏工程(Musashi Engineering)製造)及接管(adapter tube)(武藏工程(Musashi Engineering)製造)。藉由將接管與壓縮空氣管線連接並施加0.4 MPa的壓力,而將填充物擠出至25℃的空氣環境中,獲得絲狀物。
藉由以下方法測定所得的絲狀物的平均纖維直徑。於台紙上貼附接著帶(掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)用碳雙面膠帶(鋁基材),日新EM製造),於其上水平地接著要測定纖維直徑的絲狀物,將此作為單纖維試驗片。利用電子顯微鏡自上表面觀察該單纖維試驗片,測定單纖維試驗片的像的寬度。沿著長度方向進行3次測定,將其平均值作為纖維直徑。對隨機選擇的20根絲狀物進行該操作,將所得的纖維直徑的平均值作為平均纖維直徑。所得的絲狀物的平均纖維直徑為60 μm。
將所得的絲狀物於25℃下乾燥24小時,繼而,使用電灼爐(愛多邦得科(ADVANTEC)製造,FUW263PA),於空氣環境下、升溫速度10℃/分鐘、500℃下煆燒60分鐘,獲得金屬氧化物纖維。藉由與絲狀物同樣的方法測定所得的金屬氧化物纖維的平均纖維直徑而為40 μm。
煆燒後的金屬氧化物纖維的定性分析藉由以下的廣角X射線繞射法(以下簡稱為XRD(X-ray diffraction))進行。使用X射線繞射裝置(布魯克(Bruker)AXS公司製造,D8先進(ADVANCE)),將測定範圍(2θ)設為10°~80°,獲得繞射圖案後,與標準資料進行對比而進行鑑定。其結果,煆燒後的金屬氧化物纖維為寬的X射線繞射圖案,未發現來自晶體的峰值。據此確認,煆燒後的金屬氧化物纖維為非晶質。
煆燒後的金屬氧化物纖維的拉伸強度藉由以下的方法測定。使用滕喜龍(Tensilon)萬能拉伸試驗機(奧立特(ORIENTEC)製造,RTM-100),以測定長度25 mm、拉伸速度1 mm/分鐘拉伸金屬氧化物纖維,將纖維斷裂時的強度作為拉伸強度。再者,測定值設為隨機選擇的20根纖維的拉伸強度的平均值。金屬氧化物纖維的拉伸強度為1.2 GPa。
Figure 110134915-A0101-11-0002-2

Claims (21)

  1. 一種組成物,含有:(A)聚金屬氧烷,具有選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子與氧原子的重複結構;及(B)胺化合物,具有下述通式(1)所表示的基,且組成物中的(B)胺化合物的含量相對於(A)聚金屬氧烷100重量份而為1重量份~30重量份;
    Figure 03_image017
    R 1為氫原子、碳數1~12的烷基、或碳數1~12的烷氧基;R 2~R 5分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基;R 11~R 14分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基;n為0~2的整數。
  2. 如請求項1所述的組成物,其中,通式(1)所表示的基為下述通式(2)所表示的基;
    Figure 03_image019
    R 1~R 5與通式(1)中的R 1~R 5相同。
  3. 如請求項1或請求項2所述的組成物,其中,R 1為氫原子或碳數1~3的烷基。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的組成物,其中,(B)胺化合物是具有兩個以上的通式(1)所表示的基的胺化合物。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的組成物,其中,(B)胺化合物的重量平均分子量為300以上且5000以下。
  6. 如請求項1至請求項5中任一項所述的組成物,其中,(A)聚金屬氧烷的重量平均分子量為1萬以上且200萬以下。
  7. 如請求項1至請求項6中任一項所述的組成物,其中,(A)聚金屬氧烷具有下述通式(3)所表示的結構單元;
    Figure 03_image021
    R 6為氫原子或碳數1~12的烷基;R 7為羥基、碳數1~12的烷基、碳數5~12的脂環式烷基、碳數1~12的烷氧基、碳數6~12的芳基、碳數6~30的苯氧基、碳數10~30的萘氧基、碳數7~13的芳烷基、(R 8 3SiO-)基、(R 9R 10NO-)基或具有金屬氧烷鍵的基;聚金屬氧烷中存在多個的R 6及R 7分別可相同亦可不同; R 8為選自由羥基、碳數1~12的烷基、碳數5~12的脂環式烷基、碳數1~12的烷氧基、碳數6~12的芳基、碳數7~13的芳烷基或具有矽氧烷鍵的基;存在多個的R 8分別可相同亦可不同; R 9及R 10分別獨立地為氫原子、碳數1~12的烷基、碳數5~12的脂環式烷基、碳數6~12的芳基、碳數7~13的芳烷基或碳數1~12的醯基;R 4及R 5可經由碳-碳飽和鍵或碳-碳不飽和鍵連結而形成環結構; M表示選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子; m為表示金屬原子M的價數的整數,a為1~(m-2)的整數。
  8. 如請求項7所述的組成物,其中,所述(A)聚金屬氧烷包含所述通式(3)中R 7的至少一個為羥基的結構單元。
  9. 如請求項7或請求項8所述的組成物,其中,所述(A)聚金屬氧烷包含所述通式(3)中R 7的至少一個由(R 8 3SiO-)基表示的結構單元。
  10. 如請求項1至請求項9中任一項所述的組成物,其中,所述(A)聚金屬氧烷為具有選自由Al、Ti、Zr、Sn及Hf所組成的群組中的金屬原子與氧原子的重複結構的聚金屬氧烷。
  11. 一種硬化體,是如請求項1至請求項10中任一項所述的組成物的硬化體。
  12. 一種硬化體,含有:(a)選自由Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W及Bi所組成的群組中的金屬原子、氧原子、及碳原子,其中,氧原子的含量相對於硬化體中的所有金屬原子100原子百分比而為170原子百分比~300原子百分比,且於硬化體100重量%中含有1重量%~35重量%的(B)具有下述通式(1)所表示的基的胺化合物;
    Figure 03_image023
    R 1為氫原子、碳數1~12的烷基、或碳數1~12的烷氧基;R 2~R 5分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基;R 11~R 14分別獨立地為氫原子或碳數1~12的烷基;n為0~2的整數。
  13. 一種硬化體的製造方法,包括將如請求項1至請求項10中任一項所述的組成物加熱的步驟。
  14. 一種無機固體物圖案的製造方法,包括:於無機固體物上塗佈如請求項1至請求項10中任一項所述的組成物的塗佈步驟; 將藉由所述塗佈步驟獲得的塗佈膜於100℃以上且1000℃以下的溫度下加熱而製成硬化膜的步驟; 形成所述硬化膜的圖案的步驟;以及 將所述硬化膜的圖案作為遮罩,藉由蝕刻對所述無機固體物進行圖案加工的步驟。
  15. 如請求項14所述的無機固體物圖案的製造方法,其中,所述無機固體物包含選自由SiO 2、Si 3N 4、Al 2O 3、TiO 2及ZrO 2所組成的群組中的一種以上的材料。
  16. 如請求項14或請求項15所述的無機固體物圖案的製造方法,其中,所述無機固體物為多個無機固體物層的積層體。
  17. 一種構件,包括如請求項11或請求項12所述的硬化體。
  18. 一種電子零件,包括如請求項17所述的構件。
  19. 一種纖維,是如請求項1至請求項10中任一項所述的組成物的纖維。
  20. 一種纖維的製造方法,包括對如請求項1至請求項10中任一項所述的組成物進行紡絲的步驟。
  21. 如請求項20所述的纖維的製造方法,包括對藉由所述紡絲而獲得的纖維進行煆燒的步驟。
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