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JP7327163B2 - 樹脂組成物、その硬化膜 - Google Patents

樹脂組成物、その硬化膜 Download PDF

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JP7327163B2 JP2019549505A JP2019549505A JP7327163B2 JP 7327163 B2 JP7327163 B2 JP 7327163B2 JP 2019549505 A JP2019549505 A JP 2019549505A JP 2019549505 A JP2019549505 A JP 2019549505A JP 7327163 B2 JP7327163 B2 JP 7327163B2
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Description

本発明は、樹脂組成物、その硬化膜、ならびにそれを具備する固体撮像素子、有機EL素子、表示装置に関する。
近年、液晶ディスプレイや有機ELテレビなどにおいて、LED光源等を用いて、側面から光を導入し、狭額縁化、薄型化を実現している。特に、最近、液晶ディスプレイにおいて、透明液晶ディスプレイが新しい表示装置として、各社で精力的に検討、開発されている。その際側面から入射した光を効率よく一定方向に導光するため、低屈折率で、透明性が高く、加工プロセスに使用される薬品への耐薬品性に優れ、加熱工程において、黄変等の劣化を起こさない、耐熱性良好な新規材料が求められている。高透明で、低屈折率材料としては、特許文献1、2、3に示すように、ポリシロキサン材料が知られており、液晶ディスプレイやタッチパネル、固体撮像素子等に広く使用されている。しかしこれらの材料には、低屈折率にするため、フッ素含有シロキサン化合物の大量添加やシリカナノ粒子や中空シリカ等の粒子添加が採用されているが、フッ素含有シロキサン化合物の大量添加では、耐薬品性、耐熱性の低下は避けられず、粒子添加ではパターン状に加工した際、表面やエッジでの微細な凹凸が避けられなかった。粒子添加無しで、耐熱性、耐薬品性に優れた低屈折率材料が強く求められた。
特開2007-119744号公報 特開2013-014680号公報 特開2015-129908号公報
上記で述べた課題を解決するために、本発明は、粒子添加無しで、耐熱性、耐薬品性に優れ、かつパターン加工性にも優れた低屈折率材料である樹脂組成物を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、(A)ポリシロキサン、(B)溶剤を含有する樹脂組成物であって、前記(A)ポリシロキサンが、下記一般式(1)~(3)で表される構造を少なくとも一つ以上、および、下記一般式(4)~(5)で表される構造を少なくとも一つ以上含むことを特徴とする樹脂組成物である。
Figure 0007327163000001
(Yは炭素数5~10の脂環族または芳香族の連結基である。Rは、単結合または炭素数1~4のアルキレン基、Rは互いに独立して、水素または炭素数1~4のアルキル基、Rは互いに独立して炭素数1~8の有機基、Xは水素原子または酸解離性基、aは1~3の整数、nは1~10の整数を示す。)
本発明によれば、低屈折率で、耐熱性、耐薬品性、塗布性に優れ、かつパターン加工性に優れた樹脂組成物を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物を用いた硬化膜の作製例を示す工程図である。 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である。 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である。
以下、本発明を詳細に説明する。
<(A)ポリシロキサン>
本発明の樹脂組成物は、下記一般式(1)~(3)で表される構造を少なくとも一つ以上、および、下記一般式(4)~(5)で表される構造を少なくとも一つ以上含むポリシロキサンを含有する。ポリシロキサン中に(1)~(3)で表される構造を少なくとも一つ以上、および、(4)~(5)で表される構造を少なくとも一つ以上、含有することで、ポリシロキサンのアルカリ溶解性を高めつつ、感光剤とシラノールの相互作用によるアルカリ溶解抑止効果が発現できるため、現像前後において露光部と未露光部のコントラストを高め、解像度に優れた膜を得ることができる。
Figure 0007327163000002
(Yは炭素数5~10の脂環族または芳香族の連結基である。Rは、単結合または炭素数1~4のアルキレン基、Rは互いに独立して、水素または炭素数1~4のアルキル基、Rは互いに独立して炭素数1~8の有機基、Xは水素原子または酸解離性基、aは1~3の整数、nは1~10の整数を示す。)
一般式(1)~(3)で表される構造において、Yは炭素数5~10の脂環族または芳香族の連結基である。Rは単結合または炭素数1~4のアルキレン基、Rは互いに独立して水素または炭素数1~4のアルキル基、Rは互いに独立して炭素数1~8の有機基、Xは水素原子または酸解離性基、aは1~3の整数、nは1~10の整数を示す。
のアルキレン基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、t-ブチレン基などが挙げられる。
の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、n-ブチル基、イソブトキシ基、t-ブチル基などが挙げられる。
の有機基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。
Xは水素原子または酸解離性基であり、Xが複数個存在する場合は、Xは互いに同じでも異なっていてもよい。ここで、酸解離性基とは、酸の存在下で解離して極性基を生じる基である。上記酸解離性基は、アルカリに対しては比較的安定なアセタール構造又はケタール構造を有しており、これらが酸の作用によって、解離することとなる。具体的に例示すると、アルコキシカルボニル基、アセタール基、シリル基、アシル基等を挙げることができるがこの限りではない。アルコキシカルボニル基としては、例えば、tert-ブトキシカルボニル基、tert-アミルオキシカルボニル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、i-プロポキシカルボニル基等を例示できる。アセタール基としては、メトキシメチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基、シクロヘキシルオキシエチル基、ベンジルオキシエチル基、フェネチルオキシエチル基、エトキシプロピル基、ベンジルオキシプロピル基、フェネチルオキシプロピル基、エトキシブチル基、エトキシイソブチル基などが挙げられる。シリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、エチルジメチルシリル基、メチルジエチルシリル基、トリエチルシリル基、i-プロピルジメチルシリル基、メチルジ-i-プロピルシリル基、トリ-i-プロピルシリル基、tert-ブチルジメチルシリル基、メチルジ-tert-ブチルシリル基、トリ-tert-ブチルシリル基、フェニルジメチルシリル基、メチルジフェニルシリル基、トリフェニルシリル基等を挙げることができる。アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、ヘプタノイル基、ヘキサノイル基、バレリル基、ピバロイル基、イソバレリル基、ラウリロイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、オキサリル基、マロニル基、スクシニル基、グルタリル基、アジポイル基、ピペロイル基、スベロイル基、アゼラオイル基、セバコイル基、アクリロイル基、プロピオロイル基、メタクリロイル基、クロトノイル基、オレオイル基、マレオイル基、フマロイル基、メサコノイル基、カンホロイル基、ベンゾイル基、フタロイル基、イソフタロイル基、テレフタロイル基、ナフトイル基、トルオイル基、ヒドロアトロポイル基、アトロポイル基、シンナモイル基、フロイル基、テノイル基、ニコチノイル基、イソニコチノイル基等を挙げることができる。これらの酸解離性基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたものを使用することもできる。また、これらの酸解離性基は単種類が(A)ポリシロキサン化合物に導入されていてもよいし、複数種類が導入されていてもよい。
一般式(1)~(3)で表される構造は、同じものであるが下記の(1’)~(3’)とも表記される。
Figure 0007327163000003
また、一般式(4)、(5)で表される構造は、同じものであるが下記の(4’)、(5’)とも表記される。
Figure 0007327163000004
前記一般式(1)~(3)で表される構造は下記一般式(6)~(8)で示される構造が好ましい。下記の構造であることで感光剤とシロキサンの相溶性が向上するため、熱硬化時に各々が相分離することによる膜の白濁化を防止し、透明性を損なうことなく硬化膜を形成できる。
Figure 0007327163000005
上記一般式で表される部分の具体例としては、aは1~3の整数であるが、溶解性、耐薬性の観点からaは1~2が好ましく、aが1であるとさらに好ましい。
これらの具体例を一般式で示すと以下の構造が挙げられる。
Figure 0007327163000006
ここで*はRに直結する結合を示す。Rが単結合の場合にはケイ素原子に直結する結合を示す。これらの構造を含有することにより、低屈折率で塗布性に優れ、さらにパターン加工性にも優れた組成物を得ることができる。これらの構造は、(A)ポリシロキサン中に5~50mol%含有することが好ましく、5~30mol%含有するとさらに好ましい。上記一般式(1)~(3)で表されるオルガノシラン単位の含有比率は、ポリシロキサンの29Si-NMRを測定し、芳香族基が結合したSiのピーク面積と、芳香族基が結合していないオルガノシラン単位由来のSiのピーク面積の比から求めることができる。
また、一般式(1)~(3)で表されるオルガノシラン単位はH-NMR、19F-NMR、13C-NMR、IR、TOF-MS等を用いて同定することができる。
次に一般式(4)または(5)で表される構造において、式中Rは互いに独立して、水素、または炭素数1~4のアルキル基を示す。一般式(4)または(5)で表される構造を有するシロキサンの具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラターシャリブトキシシラン、メチルシリケート51(扶桑化学工業株式会社製)、Mシリケート51、シリケート40、シリケート45(多摩化学工業株式会社製)、メチルシリケート51、メチルシリケート53A、エチルシリケート48(コルコート株式会社製)等が挙げられる。これらのオルガノシランを含有することにより、耐薬品性を向上させることができる。望ましい含有量は加水分解縮合物であるポリシロキサン中に5~50mol%、より好ましくは5~30mol%である。一般式(4)または(5)で表されるオルガノシラン単位の含有比率は、H-NMR、13C-NMR、29Si-NMR、IR、TOF-MS、元素分析法、灰分測定などを組み合わせて求めることができる。
さらに(A)ポリシロキサンは下記一般式(9)~(11)で表される構造を含有してもよい。
Figure 0007327163000007
(Rは互いに独立して、水素または炭素数1~4のアルキル基、Rは互いに独立して炭素数1~8の有機基、Rはフルオロ基を有する炭素数1~10の有機基を示す。)
一般式(9)~(11)の構造を有する、フッ素含有シラン化合物の具体例としては、トリフルオロエチルトリメトキシシラン、トリフルオロエチルトリエトキシシラン、トリフルオロエチルトリイソプロポキシシラン、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、トリフルオロプロピ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、ヘプタデカフルオロデシルトリイソプロポキシシラン、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メトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリイソプロポキシシラン、トリフルオロエチルメチルジメトキシシラン、トリフルオロエチルメチルジエトキシシラン、トリフルオロエチルメチルジイソプロポキシシラン、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メチルジイソプロポキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチ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イソプロポキシシラン、トリデカフルオロオクチルメチルジメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルメチルジエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルメチルジイソプロポキシシラン、トリフルオロエチルエチルジメトキシシラン、トリフルオロエチルエチルジエトキシシラン、トリフルオロエチルエチルジイソプロポキシシラン、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エチルジイソプロポキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルエチルジメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルエチルジエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルエチルジイソプロポキシシラン、トリデカフルオロオクチルエチルジエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルエチルジメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルエチルジイソプロポ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、耐薬品性の観点から、トリフルオロエチルトリメトキシシラン、トリフルオロエチルトリエトキシシラン、トリフルオロエチルトリイソプロポキシシラン、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、トリフルオロプロピ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、ヘプタデカフルオロデシルトリイソプロポキシシラン、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メトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリイソプロポキシシランを用いることが好ましい。また、均一なコーティング膜を形成する観点から、トリフルオロエチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシランを用いることが特に好ましい。ポリシロキサン(A)中の含有量としては耐薬性の観点から5~50mol%が好ましく、10~40mol%がより好ましい。
本発明の樹脂組成物に用いられる(A)ポリシロキサンには、上記オルガノシラン化合物に加えて、他のオルガノシラン化合物を共重合してもよい。共重合可能なオルガノシラン化合物の具体例としては、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(メトキシエトキシ)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、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、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-グリシジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、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、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ラン、γ-グリシドキシプロピルトリイソプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリ(メトキシエトキシ)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、σ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、σ-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、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、ジメチルジメトキシシラン、ジ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メトキシシラン、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、グリシドキシ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メチルジ(メトキシエトキシ)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、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、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、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種以上使用してもよい。さらにポリシロキサンの原料として親水性基を有するオルガノシラン化合物を必要に応じて共重合してもよい。親水性基を有するオルガノシラン化合物としては、カルボン酸構造を有するオルガノシラン化合物またはカルボン酸無水物構造を有するオルガノシラン化合物が好ましく、カルボン酸無水物構造を有するオルガノシラン化合物がより好ましい。
カルボン酸無水物構造を有するオルガノシラン化合物の具体例としては、下記一般式(12)~(14)のいずれかで表されるオルガノシラン化合物が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
Figure 0007327163000008
一般式(12)~(14)中、R~R、R~R11およびR13~R15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。R、R12およびR16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。
、R12およびR16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 0007327163000009
一般式(12)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(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(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-トリメトキシシシリルプロピルフタル酸無水物などが挙げられる。
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、溶剤を除く固形分全量に対して10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。また、80質量%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、溶剤中、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℃以上溶剤の沸点以下で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、たとえば酸濃度、反応温度、反応時間などを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質量部に対して、好ましくは、0.05質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上であり、また、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下である。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質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質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。
本発明の樹脂組成物に用いられる(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。
本発明の樹脂組成物において、(A)ポリシロキサンの含有量に特に制限はなく、所望の膜厚や用途により任意に選ぶことができるが、樹脂組成中5質量%~80質量%が一般的である。また、固形分中5質量%以上50質量%が好ましく、20質量%以上40質量%以下がより好ましい。
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の処理が好ましい。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。イオン交換樹脂での処理とは、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。
本発明の樹脂組成物に用いられる(A)ポリシロキサンが、上記一般式(1)~(3)のいずれかの構造に由来するオルガノシラン化合物、上記一般式(4)または(5)のいずれかの構造に由来するオルガノシラン化合物、および、好ましくは、上記一般式(9)~(11)のいずれかの構造に由来するオルガノシラン化合物を、後述する金属化合物粒子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と、硬化膜の屈折率、硬度がより向上する。金属化合物粒子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)溶剤>
本発明の樹脂組成物は(B)溶剤を含む。
本発明の樹脂組成物に用いられる溶剤は特に限定されないが、なかでもヘテロ原子を有する芳香族炭化水素系の溶剤を1種類以上含有することが好ましい。ヘテロ原子を有する芳香族炭化水素系の溶剤は、高い極性を持ちながらも、ナフトキノンジアジドなどの剛直な骨格を有する有機化合物の溶解性が高いため、シロキサンとナフトキノジンアジドの両方と分子間相互作用し、コーティング膜の感光性評価において、現像膜減りを抑制し、未露光部と露光部のコントラストを高くすることができる。また、溶剤としてのハンドリング性を向上するために23℃1気圧下で液体の性状であることが好ましい。これよりも融点が高くなると、使用時に加温する必要があり、溶剤として扱いづらくなる。さらに、溶剤の沸点は100℃以上300℃以下が好ましく、さらに好ましくは120℃以上250℃以下である。沸点が100℃以上であることで溶剤の揮発性が適度に抑えられ、コーティング時のレベリング性が向上し、均一な塗膜を形成しやすくなる。また、沸点が300℃以下であることで、膜の熱硬化後に溶剤が残存しにくく、硬化膜のアウトガスを低減することができる。ヘテロ原子を有する芳香族炭化水素系の溶剤の具体例としては、ベンジルアルコール、2-メチルベンジルアルコール、3-メチルベンジルアルコール、4-メチルベンジルアルコール、4-イソプロピルベンジルアルコール、1-フェニルエチルアルコール、2-フェニル-2-プロパノール、2-エチルベンジルアルコール、3-エチルベンジルアルコール、4-エチルベンジルアルコール、アニソール、1,2-ジメトキシベンゼン、1,3-ジメトキシベンゼン、1,4-ジメトキシベンゼン、フェニルエーテル、2-メトキシトルエン、3-メトキシトルエン、4-メトキシトルエン、ジベンジルエーテル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、1,4-ビス(メトキシメチル)ベンゼンが挙げられる。
これらの溶剤の含有量として好ましくは、樹脂組成物中の全溶剤に対して、10~50質量%が好ましく、さらに好ましくは20~40質量%である。50質量%以下の含有量にあることで樹脂組成物を塗布して乾燥する際に乾燥性が良くなる。また、10質量%以上の含有量であることでシロキサンと感光剤の相溶性が向上し、塗布性が向上する。
その他、本発明の樹脂組成物に用いられる好ましい(B)溶剤としては、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、アセト酢酸エチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸プロピル、アセト酢酸ブチル、アセト酢酸ベンジ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、特に好ましい溶剤の例は、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、乳酸エチル等である。これらは単独あるいは2種以上用いてもかまわない。
本発明の樹脂組成物における全溶剤の含有量は、全アルコキシシラン化合物含有量100質量部に対して、100質量部~9900質量部の範囲が好ましく、より好ましくは、100質量部~5000質量部の範囲である。
<(C)ナフトキノンジアジド化合物>
本発明の樹脂組成物は、(C)ナフトキノンジアジド化合物を含有することが好ましい。ナフトキノンジアジド化合物を含有する樹脂組成物は、露光部が現像液で除去されるポジ型を形成する。用いるナフトキノンジアジド化合物に特に制限は無いが、好ましくはフェノール性水酸基を有する化合物にナフトキノンジアジドスルホン酸がエステル結合した化合物であり、当該化合物のフェノール性水酸基のオルト位、およびパラ位がそれぞれ独立して水素、もしくは一般式(15)で表される置換基のいずれかである化合物が用いられる。
Figure 0007327163000010
式中、R17、R18、R19はそれぞれ独立して炭素数1~10のアルキル基、カルボキシル基、フェニル基、置換フェニル基のいずれかを表す。また、R17、R18、R19で環を形成してもよい。アルキル基は無置換体、置換体のいずれでもよく、組成物の特性に応じて選択できる。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、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、トリフルオロメチル基、2-カルボキシエチル基が挙げられる。また、フェニル基上の置換基としては、水酸基、メトキシ基などが挙げられる。また、R17、R18、R19で環を形成する場合の具体例としては、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、アダマンタン環、フルオレン環が挙げられる。
フェノール性水酸基のオルト位、およびパラ位が上記以外、例えばメチル基の場合、熱硬化によって酸化分解が起こり、キノイド構造に代表される共役系化合物が形成され、硬化膜が着色して無色透明性が低下する。なお、これらのナフトキノンジアジド化合物は、フェノール性水酸基を有する化合物と、ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドとの公知のエステル化反応により合成することができる。
フェノール性水酸基を有する化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられる(いずれも本州化学工業(株)製)。
Figure 0007327163000011
Figure 0007327163000012
原料となるナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドとしては、4-ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドあるいは5-ナフトキノンジアジドスルホン酸クロリドを用いることができる。4-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物はi線(波長365nm)領域に吸収を持つため、i線露光に適している。また、5-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物は広範囲の波長領域に吸収が存在するため、広範囲の波長での露光に適している。露光する波長によって4-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物、5-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物を選択することが好ましい。4-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物と5-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル化合物を混合して用いることもできる。
本発明で好ましく用いられるナフトキノンジアジド化合物として、下記一般式(16)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007327163000013
式中、R20は水素、または炭素数1~8から選ばれるアルキル基を示す。R21、R22、R23は水素原子、炭素数1~8から選ばれるアルキル基、アルコキシル基、カルボキシル基、エステル基のいずれかを示す。各R21、R22、R23は同じであっても異なっていても良い。Qは5-ナフトキノンジアジドスルホニル基、水素原子のいずれかを表し、Qの全てが水素原子になることはない。b、c、d、α、βは0~4の整数を表す。ただし、α+β≧3である。一般式(16)で表されるナフトキノンジアジド化合物を用いることで、パターン加工に於ける感度や、解像度が向上する。
ナフトキノンジアジド化合物の添加量は特に制限されないが、好ましくは樹脂(ポリシロキサン)100質量部に対して1~30質量部であり、さらに好ましくは1~15質量部である。ナフトキノンジアジド化合物の添加量が1質量部より少ない場合、露光部と未露光部との溶解コントラストが低すぎて、実用に足る感光性を発現しない。また、さらに良好な溶解コントラストを得るためには5質量部以上が好ましい。一方、ナフトキノンジアジド化合物の添加量が30質量部より多い場合、ポリシロキサンとナフトキノンジアジド化合物との相溶性が悪くなることによる塗布膜の白化が起こったり、熱硬化時に起こるキノンジアジド化合物の分解による着色が顕著になるために、硬化膜の無色透明性が低下する。また、さらに高透明性の膜を得るためには15質量部以下が好ましい。
<(D)金属化合物粒子>
本発明には、金属化合物粒子を含有することが好ましい。金属化合物粒子としては、特に限定されないが、(D)シリカ粒子を含有することが、屈折率調整の観点から好ましい。(D)シリカ粒子および(B)溶剤の存在下で上記一般式(1)~(3)のいずれかの構造に由来するシラン化合物、および、上記一般式(4)、(5)の構造に由来するシラン化合物を加水分解後に縮合反応させた、(D)シリカ粒子との複合シロキサン系樹脂とすることが相溶性の観点から好ましい。(D)シリカ粒子は数平均粒子径が1~200nmであることが好ましい。可視光透過率の高い硬化膜を得るためには、数平均粒子径1~120nmであることがより好ましい。中でも、中空を有するシリカ粒子の場合は数平均粒子径30~100nmであることがより好ましい。1nm以上であれば低屈折率性が十分となり、200nm以下であれば反射が十分抑制され、膜の硬度が十分高くなる。(D)シリカ粒子の数平均粒子径は、ガス吸着法や動的光散乱法、X線小角散乱法、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡により粒子径を直接測定する方法などにより測定することができる。本発明における粒子の数平均粒子径とは、動的光散乱法により測定した値をいう。
本発明で用いる(D)シリカ粒子は内部が多孔質および/または中空を有するシリカ粒子や内部が多孔質でなく、かつ中空を有しないシリカ粒子が挙げられる。これら(D)シリカ粒子のうち、コーティング膜の低屈折率化には、内部が多孔質および/または中空を有するシリカ粒子が好ましい。内部が多孔質でなく、かつ中空を有しないシリカ粒子は、粒子自体の屈折率が1.45~1.5であるため、期待される低屈折率化効果は小さい。一方、内部が多孔質および/または中空を有するシリカ粒子は、粒子自体の屈折率が1.2~1.4であるため、低屈折率化効果が大きい。つまり、内部が多孔質および/または中空を有するシリカ粒子は優れた硬度を付与でき、かつ低屈折率性を付与できる点で好ましく用いられる。
本発明で好適に使用される内部に中空を有するシリカ粒子とは、外殻によって包囲された中空部を有するシリカ粒子のことをいう。また本発明で使用される内部が多孔質であるシリカ粒子とは、粒子表面や内部に多数の空洞部を有するシリカ粒子のことをいう。これらのうち、透明被膜の硬度を考慮した場合、粒子自体の強度が高い中空を有するシリカ粒子が好ましい。(D)シリカ粒子自体の屈折率は1.2~1.4であることが好ましく、1.2~1.35であることがより好ましい。なお、これらの(D)シリカ粒子は、特許第3272111号公報、特開2001-233611号公報に開示されている方法によって製造できる。またこのような(D)シリカ粒子としては、例えば特開2001-233611号公報に開示されているものや、特許第3272111号公報等に示された一般に市販されているものを挙げることもできる。
(D)シリカ粒子の屈折率は以下の方法で測定することができる。(D)シリカ粒子の含有率を0質量%、20質量%、30質量%、40質量%、50質量%に調製した固形分濃度10%のマトリックス樹脂と(D)シリカ粒子の混合溶液サンプルを作製し、それぞれ、シリコンウエハー上に、厚さが0.3~1.0μmとなるように、スピンコーターを用いて塗布し、ついで200℃のホットプレートで5分間、加熱、乾燥させ、コーティング膜を得る。次に例えばエリプソメータ(大塚電子(株)社製)を用いて波長633nmでの屈折率を求め、(D)シリカ粒子100質量%の値を外挿して求めることができる。
内部が多孔質および/または中空を有するシリカ粒子をコーティング材料中に導入することは、コーティング材料から得られる膜の屈折率を最適化することができるだけでなく、膜の硬度を高めることができるため好ましい。
内部が多孔質でなく、かつ中空を有しないシリカ粒子とは、例えば、粒子径12nmのイソプロパノールを分散剤としたIPA-ST、粒子径12nmのメチルイソブチルケトンを分散剤としたMIBK-ST、粒子径45nmのイソプロパノールを分散剤としたIPA-ST-L、粒子径100nmのイソプロパノールを分散剤としたIPA-ST-ZL(以上、商品名、日産化学工業(株)製)、粒子径12nmのγ-ブチロラクトンを分散剤としたオスカル101、粒子径60nmのγ-ブチロラクトンを分散剤としたオスカル105、粒子径120nmのジアセトンアルコールを分散剤としたオスカル106(以上、商品名、日揮触媒化成工業(株)製)が挙げられる。なお、中空の有無については、TEM(走査型電子顕微鏡)写真により粒子断面像によって確認できる。
市販されている(D)シリカ粒子の例としては、オルガノシリカゾルの“OSCAL”(日揮触媒化成工業(株)製)、コロイダルシリカ“スノーテックス”、オルガノシリカゾル(日産化学工業(株)製)、高純度コロイダルシリカ、高純度オルガノゾル“クォートロン”(扶桑化学工業(株))などが挙げられる。
また、低屈折率の硬化膜を得るには、中空シリカ粒子を含有することが好ましい。中空の有無については、TEM(走査型電子顕微鏡)写真により粒子断面像によって確認できる。(D)シリカ粒子の含有量に特に制限はなく、用途によって適当な量とすることができるが、シロキサン系樹脂組成物の全固形分の1~80質量%程度とするのが一般的である。
本発明の樹脂組成物は、少なくとも上記(A)ポリシロキサン、(B)溶剤、そして好ましくは(C)ナフトキノンジアジド化合物、を混合することで得られる。この際、任意の溶剤で希釈してもよい。混合温度に特に制限はないが、操作の簡便さから5~50℃の範囲が好ましい。
本発明のシロキサン樹脂組成物は、樹脂組成物の硬化を促進させる、あるいは硬化を容易ならしめる各種の硬化剤を含有してもよい。硬化剤の具体例としては、窒素含有有機物、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、メチロール化メラミン誘導体、メチロール化尿素誘導体などがあり、これらを一種類、ないし2種類以上含有してもよい。なかでも、塗膜の透明性、硬化剤の安定性などから金属キレート化合物が好ましく用いられる。
金属キレート化合物としてはチタンキレート化合物、ジルコニウムキレート化合物、アルミニウムキレート化合物およびマグネシウムキレート化合物が挙げられる。これらの金属キレート化合物は、金属アルコキシドにキレート化剤を反応させることにより容易に得ることができる。キレート化剤の例としては、アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、ジベンゾイルメタンなどのβ-ジケトン;アセト酢酸エチル、ベンゾイル酢酸エチルなどのβ-ケト酸エステルなどを挙げることができる。金属キレート化合物の好ましい具体的な例としては、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルキルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムモノアセチルアセテートビス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)などのアルミニウムキレート化合物、エチルアセトアセテートマグネシウムモノイソプロピレート、マグネシウムビス(エチルアセトアセテート)、アルキルアセトアセテートマグネシウムモノソプロピレート、マグネシウムビス(アセチルアセトネート)などのマグネシウムキレート化合物が挙げられる。硬化剤の含有量は、シロキサン樹脂組成物中の固形分中好ましくは0.1質量%~10質量%であり、より好ましくは、0.5質量%~6質量%である。
ポリシロキサンは酸により硬化が促進されるので、本発明の樹脂組成物中に熱酸発生剤等の硬化触媒を含有してもよい。熱酸発生剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、スルフォニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアリールスルフォニウム塩、トリアリールセレニウム塩等の各種オニウム塩系化合物、スルホン酸エステル、ハロゲン化合物等が挙げられる。
具体例として、スルフォニウム塩としては、4-ヒドロキシフェニルジメチルスルフォニウムトリフレート(試作品「W」 三新化学工業(株)製)、ベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムトリフレート(試作品「O」 三新化学工業(株)製)、2-メチルベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムトリフレート(試作品「N」 三新化学工業(株)製)、4-メチルベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムトリフレート、4-ヒドロキシフェニルメチル-1-ナフチルメチルスルフォニウムトリフレート、4-メトキシカルボニルオキシフェニルジメチルスルフォニウム トリフレート(試作品「J」 三新化学工業(株)製)、ベンジル-4-メトキシカルボニルオキシフェニルメチルスルフォニウムトリフレート(試作品「T」 三新化学工業(株)製)、4-アセトキシフェニルベンジルメチルスルフォニウムトリフレート(試作品「U」 三新化学工業(株)製)、4-アセトキシフェニルメチル-4-メチルベンジルスルフォニウムトリフレート、4-アセトキシフェニルジメチルスルフォニウムトリフレート(試作品「V」 三新化学工業(株)製)、4-ヒドロキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、ベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、2-メチルベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、4-メチルベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、4-ヒドロキシフェニルメチル-1-ナフチルメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、4-メトキシカルボニルオキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、ベンジル-4-メトキシカルボニルオキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、4-アセトキシフェニルベンジルメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート(試作品「A」 三新化学工業(株)製)、4-アセトキシフェニルメチル-4-メチルベンジルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、4-アセトキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート(商品名「SI-150」 三新化学工業(株)製)、「SI-180L」(三新化学工業(株)製)、4-ヒドロキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、2-メチルベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-メチルベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-ヒドロキシフェニルメチル-1-ナフチルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-メトキシカルボニルオキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル-4-メトキシカルボニルオキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-アセトキシフェニルベンジルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-アセトキシフェニルメチル-4-メチルベンジルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-アセトキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、4-アセトキシフェニルジメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、ベンジル-4-ヒドロキシフェニルメチルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート等が挙げられる。
芳香族ジアゾニウム塩としては、クロロベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジメチルアミノベンゼンジアゾニウムヘキサフルオロアンチモネ-ト、ナフチルジアゾニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジメチルアミノナフチルジアゾニウムテトラフルオロボレート等が挙げられる。
ジアリールヨードニウム塩としては、ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネ-ト、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジフェニルヨードニウムトリフレート、4,4’-ジ-t-ブチル-ジフェニルヨードニウムトリフレート、4,4’-ジ-t-ブチル-ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボレート、4,4’-ジ-t-ブチル-ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロフォスフェイト等が挙げられる。
トリアリールスルフォニウム塩としては、トリフェニルスルフォニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェイト、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネ-ト、トリ(p-クロロフェニル)スルフォニウムテトラフルオロボレート、トリ(p-クロロフェニル)スルフォニウムヘキサフルオロフォスフェイト、トリ(p-クロロフェニル)スルフォニウムヘキサフルオロアンチモネ-ト、4-t-ブチルトリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェイト等が挙げられる。
トリアリールセレニウム塩としては、トリフェニルセレニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルセレニウムヘキサフルオロフォスフェイト、トリフェニルセレニウムヘキサフルオロアンチモネ-ト、ジ(クロロフェニル)フェニルセレニウムテトラフルオロボレート、ジ(クロロフェニル)フェニルセレニウムヘキサフルオロフォスフェイト、ジ(クロロフェニル)フェニルセレニウムヘキサフルオロアンチモネ-ト等が挙げられる。
スルホン酸エステルとしては、ベンゾイントシレート、p-ニトロベンジル-9,10-エトキシアントラセンー2-スルフォネート、2-ニトロベンジルトシレート、2,6-ジニトロベンジルトシレート、2,4-ジニトロベンジルトシレート等が挙げられる。
ハロゲン化合物としては、2-クロロ-2-フェニルアセトフェノン、2,2’,4’-トリクロロアセトフェノン、2,4,6-トリス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシスチリル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-フェニル-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(p-メトキシフェニル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、2-(4’-メトキシ-1´-ナフチル)-4,6-ビス(トリクロロメチル)-s-トリアジン、ビス-2-(4-クロロフェニル)-1,1,1-トリクロロエタン、ビス-1-(4-クロロフェニル)-2,2,2-トリクロロエタノール、ビス-2-(4-メトキシフェニル)-1,1,1-トリクロロエタン等が挙げられる。
その他、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミジルトリフレート(商品名「NDI-105」 みどり化学(株)製)、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミジルトシレート(商品名「NDI-101」 みどり化学(株)製)、4-メチルフェニルスルフォニルオキシイミノ-α-(4-メトキシフェニル)アセトニトリル(商品名「PAI-101」 みどり化学(株)製)、トリフルオロメチルスルフォニルオキシイミノ-α-(4-メトキシフェニル)アセトニトリル(商品名「PAI-105」 みどり化学(株)製)、9-カンファースルフォニルオキシイミノα-4-メトキシフェニルアセトニトリル(商品名「PAI-106」 みどり化学(株)製)、1,8-ナフタルイミジルブタンスルフォネート(商品名「NAI-1004」 みどり化学(株)製)、1,8-ナフタルイミジルトシレート(商品名「NAI-101」 みどり化学(株)製)、1,8-ナフタルイミジルトリフレート(商品名「NAI-105」 みどり化学(株)製)、1,8-ナフタルイミジルノナフルオロブタンスルフォネート(商品名「NAI-109」 みどり化学(株)製)等の熱酸発生剤も例として挙げることができる。
本発明の樹脂組成物は、塗布時のフロー性向上のために、各種のフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの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、“メガファック(登録商標)”F142D、同F172、同F173、同F183、同F430、同F444、同F445、同F470、同F475、同F477、同F553、同F554、同F555、同F556、同F559、同F560、同F563(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、NBX-15、FTX-218、DFX-18((株)ネオス製)、LE-604、LE-605、LE-606、LE-607(共栄社化学(株)製)などのフッ素系界面活性剤、BYK-333、BYK-301、BYK-331、BYK-345、BYK-307(ビックケミージャパン(株)製)KL-402、KL-403、KL-404、KL-700、LE-302、LE-303、LE-304、LE-604、LE-605、LE-606、LE-607(共栄社化学(株)製)などの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。これらを2種以上用いてもよい。
さらに、本発明の樹脂組成物は、必要に応じて、シランカップリング剤、架橋剤、架橋促進剤、増感剤、熱ラジカル発生剤、溶解促進剤、溶解抑止剤、安定剤、消泡剤等の添加剤を含有することもできる。
<硬化膜の形成方法>
本発明の硬化膜は、本発明の樹脂組成物、または、本発明の樹脂組成物である感光性樹脂組成物を硬化させてなるものである。ここでは、感光性樹脂組成物について、詳述する。感光性樹脂組成物の硬化膜の製造方法の1つの実施形態としては、以下の工程を含むことが好ましい。
(I)感光性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、および
(III)その現像後の塗膜を加熱する工程。
以下に例を挙げて説明する。
感光性樹脂組成物を、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。
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)パターン露光する。
露光後、現像により(未)露光部を溶解除去し、ネガまたはポジパターンを得る。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、パドル等の方法で現像液に5秒~10分間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、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、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級アンモニウム塩の水溶液等が挙げられる。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。膜を、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)を行った後、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。
感光性樹脂組成物は、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。 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エハー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し、ホットプレートを用いて120℃で3分間プリベークし、膜厚1μmのプリベーク膜を作製する。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した後、自動現像装置(滝沢産業(株)製AD-2000)を用いて2.38質量%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、10μmのライン・アンド・スペースパターンを1対1の幅で解像する露光量を感度として求める。
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1に本実施形態による硬化膜の製造方法の具体例を示す。まず、本発明の樹脂組成物を基板1の上に塗布して塗膜2を形成する。これを過熱硬化することで硬化膜3が得られる。
図2に本実施形態による硬化膜の製造方法の具体例を示す。最初の塗膜2の形成までは前述の通りに行う。次に、塗膜2に活性光線4を照射して露光する。これを加熱硬化することで硬化膜3が得られる。
図3に本実施形態による硬化膜の製造方法の具体例を示す。最初の塗膜2の形成までは前述の通りに行う。次にマスク5を介して塗膜2に活性光線4を照射して露光する。露光した塗膜を現像することでパターン6が得られる。このパターンに活性光線5を照射し、これを加熱硬化することで硬化膜3が得られる。
本発明の脂組成物を硬化させてなる硬化膜は、波長400nmにおける膜厚1μmあたりの光透過率が90%以上であることが好ましく、92%以上であることがより好ましい。このような高い透過率は、例えば透明性の高いポリシロキサンを樹脂成分として用いた感光性樹脂組成物により容易に得ることができる。
硬化膜の波長400nmにおける膜厚1μmあたりの透過率は、以下の方法により求められる。感光性樹脂組成物をテンパックスガラス板にスピンコーターを用いて任意の回転数でスピンコートし、ホットプレートを用いて100℃で3分間プリベークする。ホットプレートを用いて大気中220℃で5分間熱硬化して膜厚1μmの硬化膜を作製する。得られた硬化膜の紫外可視吸収スペクトルを(株)島津製作所製MultiSpec-1500を用いて測定し、波長400nmでの透過率を求める。別の方法としては、対象硬化膜の各波長による消衰係数、膜厚を大塚電子(株)製分光エリプソメータFE5000により測定し、下記式により求めることができる。
透過率=exp(-4πkt/λ)
ただし、kは消衰係数、tは膜厚、λは測定波長を表す。
本発明の樹脂組成物およびそれを硬化させた硬化膜は、固体撮像素子、光学フィルター、有機EL素子、および表示装置である液晶ディスプレイ、有機ELテレビ、特に透明液晶テレビ等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光学フィルターの反射防止膜、混色防止壁、透明画素、ディスプレイ用TFT基板の平坦化材、液晶ディスプレイ、シースルー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、反射防止膜、等が挙げられる。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。
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。
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
CPN:シクロペンタノン
gBL:ガンマブチロラクトン
BzOH:ベンジルアルコール
BzME:ベンジルメチルエーテル
MBz:安息香酸メチル
MTMS:メチルトリメトキシシラン
PhTMS:フェニルトリメトキシシラン
TES:テトラエトキシシラン
HfTMS:4-(2-ヒドロキシ-1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピル)-1-トリエトキシシリルベンゼン
CFTMS:トリフルオロプロピルトリメトキシシラン。
<置換基の比率測定>
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
溶剤: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。
<固形分濃度の測定>
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。
合成例1 HfTMS(Hf-1)の合成
Hf化合物(H1)を合成するために以下の反応を行った。
Figure 0007327163000014
還流管を取り付けた300mL三口フラスコ内に、予め乾燥させておいたHf化合物(H-1)6.46g(20.0mmol)、テトラブチルアンモニウムヨージド7.38g(40.0mmol)、およびビス(アセトニトリル)(1,5-シクロオクタジエン)ロジウム(I)テトラフルオロボラート0.2280g(0.60mmol)を室温で採取した。次いで、アルゴン雰囲気下で、脱水処理したN,N-ジメチルホルムアミド120mL、脱水処理したトリエチルアミン11.1mL(80.0mmol)、およびトリエトキシシラン7.40mL(40.0mmol)を加えて、80℃に昇温し、4時間攪拌した。反応系を室温までに自然冷却した後、溶剤であるN,N-ジメチルホルムアミドを留去し、次いでジイソプロピルエーテルを200mL加えた。生じた沈殿に、セライトを接触させて濾過した後、濾液を100mLの水で3回洗浄し、Na2SO4を加えて脱水乾燥させ、さらに濾過した後、溶剤を留去した。反応物である残渣を、クーゲルロール装置を用いて140℃~190℃、200Paの条件にて蒸留生成し、無色液体としてHfTMS(Hf-1)を得た。得られたHfTMS(Hf-1)の、H-NMR測定結果は以下のようになった。
H-NMR(溶剤CDCl3(重水素化クロロホルム)、TMS(テトラメチルシラン)):δ8.03(1H,s),7.79(2H,d,J=7.6Hz),7.47(1H,t,J=7.6Hz),4.16(1H,s),3.88(6H,q,J=5.0Hz),1.24(9H,t,J=7.4Hz)。
合成例2 HfTMS(Hf-2)の合成
Hf化合物(H1)を合成するために以下の反応を行った。
Figure 0007327163000015
Hf化合物(H-1)の代わりにHf化合物(H-2)を用いた以外は、合成例1と同様の手順で、HfTMS(Hf-2)を得た。得られたHfTMS(Hf-1)の、H-NMR測定結果は以下のようになった。
H-NMR(溶剤CDCl3(重水素化クロロホルム)、TMS(テトラメチルシラン)):δ7.74(4H,dd、J=18.6,18.3Hz),3.89(6H,q,J=7.0Hz),3.57(1H,s),1.26(9H,t,J=7.0Hz)。
合成例3 ポリシロキサン(P-1)の合成
500mlの三口フラスコにMTMSを109.25g(0.565mol)、HfTMS(Hf-1)を84.67g(0.049mol)、TESを6.51g(0.014mol)、PGMEAを191.75g仕込み、室温で攪拌しながら水56.82gにリン酸1.00g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)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-1)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、水が合計154.41g留出した。得られたポリシロキサン(P-1)の固形分濃度は43.1質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ20mol%、3mol%であった。
合成例4 ポリシロキサン(P-2)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを112.22g(0.551mol)、HfTMS(Hf-1)を66.97g(0.037mol)、TESを22.88g(0.048mol)、PGMEAを185.62g仕込み、水61.30gにリン酸1.01g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-2)を得た。得られたポリシロキサン(P-2)の固形分濃度は42.8質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、10mol%であった。
合成例5 ポリシロキサン(P-3)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを45.14g(0.257mol)、HfTMS(Hf-1)を57.72g(0.037mol)、TESを98.61g(0.240mol)、PGMEAを187.87g仕込み、水59.65gにリン酸1.01g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-3)を得た。得られたポリシロキサン(P-3)の固形分濃度は43.5質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、50mol%であった。
合成例6 ポリシロキサン(P-4)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを31.16g(0.184mol)、HfTMS(Hf-1)を55.79g(0.037mol)、TESを114.39g(0.288mol)、PGMEAを188.34g仕込み、水59.31gにリン酸1.01g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-4)を得た。得られたポリシロキサン(P-4)の固形分濃度は42.5質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、60mol%であった。
合成例7 ポリシロキサン(P-5)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを66.18g(0.367mol)、HfTMS(Hf-1)を59.24g(0.037mol)、TESを10.12g(0.024mol)、CFTMSを63.63g(0.137mol)、PGMEAを196.49g仕込み、水53.35gにリン酸1.00g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-5)を得た。得られたポリシロキサン(P-5)の固形分濃度は43.7質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、5mol%であった。
合成例8 ポリシロキサン(P-6)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを58.52g(0.330mol)、HfTMS(Hf-1)を58.21g(0.037mol)、TESを19.89g(0.048mol)、CFTMSを62.52(0.137mol)、PGMEAを196.59g仕込み、水53.28gにリン酸1.00g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-6)を得た。得られたポリシロキサン(P-6)の固形分濃度は42.9質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、10mol%であった。
合成例9 ポリシロキサン(P-7)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを46.14g(0.257mol)、HfTMS(Hf-1)を59.01g(0.037mol)、TESを30.24g(0.072mol)、CFTMSを63.38(0.137mol)、PGMEAを197.97g仕込み、水52.27gにリン酸0.99g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-7)を得た。得られたポリシロキサン(P-7)の固形分濃度は43.1質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、20mol%であった。
合成例10 ポリシロキサン(P-8)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを30.40g(0.184mol)、HfTMS(Hf-1)を54.42g(0.037mol)、TESを55.78g(0.144mol)、CFTMSを58.45(0.137mol)、PGMEAを196.94g仕込み、水53.02gにリン酸1.00g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-8)を得た。得られたポリシロキサン(P-8)の固形分濃度は43.2質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、30mol%であった。
合成例11 ポリシロキサン(P-9)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを5.71g(0.037mol)、HfTMS(Hf-1)を51.09g(0.037mol)、TESを87.29g(0.240mol)、CFTMSを54.88(0.137mol)、PGMEAを197.24g仕込み、水52.80gにリン酸0.99g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-9)を得た。得られたポリシロキサン(P-9)の固形分濃度は42.8質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ15mol%、50mol%であった。
合成例12 ポリシロキサン(P-10)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを54.02g(0.294mol)、HfTMS(Hf-1)を40.30g(0.025mol)、TESを41.31g(0.096mol)、CFTMSを64.92(0.137mol)、PGMEAを191.35g仕込み、水57.11gにリン酸1.00g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-10)を得た。得られたポリシロキサン(P-10)の固形分濃度は43.1質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ10mol%、20mol%であった。
合成例13 ポリシロキサン(P-11)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを35.26g(0.220mol)、HfTMS(Hf-1)を70.13g(0.049mol)、TESを35.95g(0.096mol)、CFTMSを56.49(0.137mol)、PGMEAを201.48g仕込み、水49.70gにリン酸0.99g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-11)を得た。得られたポリシロキサン(P-11)の固形分濃度は43.4質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ20mol%、20mol%であった。
合成例14 ポリシロキサン(P-12)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを20.80g(0.147mol)、HfTMS(Hf-1)を93.11g(0.074mol)、TESを31.82g(0.096mol)、CFTMSを50.00(0.137mol)、PGMEAを209.29g仕込み、水43.99gにリン酸0.98g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(P-12)を得た。得られたポリシロキサン(P-12)の固形分濃度は43.0質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ30mol%、20mol%であった。
合成例15 ポリシロキサン(P-13)の合成
500mlの三口フラスコにMTMSを109.25g(0.565mol)、HfTMS(Hf-2)を84.67g(0.049mol)、TESを6.51g(0.014mol)、PGMEAを191.75g仕込み、室温で攪拌しながら水56.82gにリン酸1.00g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)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-13)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、水が合計154.41g留出した。得られたポリシロキサン(P-1)の固形分濃度は43.0質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ20mol%、3mol%であった。
合成例16 ポリシロキサン(R-1)の合成
合成例1と同様の手順で、HfTMS(Hf-1)を188.82g(0.246mol)、PGMEAを235.14g仕込み、水25.09gにリン酸0.94g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-1)を得た。得られたポリシロキサン(R-1)の固形分濃度は43.2質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ100mol%、0mol%であった。
合成例17 ポリシロキサン(R-2)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを41.54g(0.330mol)、HfTMS(Hf-1)を151.49g(0.135mol)、PGMEAを219.40g仕込み、水36.60gにリン酸0.97g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-2)を得た。得られたポリシロキサン(R-2)の固形分濃度は43.5質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ55mol%、0mol%であった。
合成例18 ポリシロキサン(R-3)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを68.15g(0.330mol)、CFTMSを133.47g(0.252mol)、PGMEAを187.34g仕込み、水60.04gにリン酸1.01g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-3)を得た。得られたポリシロキサン(R-3)の固形分濃度は43.2質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ0mol%、0mol%であった。
合成例19 ポリシロキサン(R-4)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを73.11g(0.330mol)、PhTMSを130.10g(0.277mol)、PGMEAを181.36g仕込み、水64.42gにリン酸1.02g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-4)を得た。得られたポリシロキサン(R-4)の固形分濃度は42.8質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ0mol%、0mol%であった。
合成例20 ポリシロキサン(R-5)の合成
合成例1と同様の手順で、HfTMSを120.70g(0.111mol)、PhTMSを71.98g(0.277mol)、PGMEAを220.71g仕込み、水35.64gにリン酸0.97g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-5)を得た。得られたポリシロキサン(R-5)の固形分濃度は43.2質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ45mol%、0mol%であった。
合成例21 ポリシロキサン(R-6)の合成
合成例1と同様の手順で、HfTMSを66.32g(0.049mol)、PhTMSを129.44g(0.403mol)、PGMEAを209.20g仕込み、水44.06gにリン酸0.98g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-6)を得た。得られたポリシロキサン(R-6)の固形分濃度は43.2質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ20mol%、0mol%であった。合成例1~18で得られた(A)ポリシロキサンの原料であるアルコキシシランの仕込み量を表1に示す。
合成例22 ポリシロキサン(R-7)の合成
合成例1と同様の手順で、MTMSを15.46g(0.011mol)、CFTMSを19.27g(0.088mol)、TESを10.51g(0.050mol)、PGMEAを40.01g仕込み、水14.53gにリン酸0.23g(仕込みモノマーに対して0.50質量%)を溶かしたリン酸水溶液を添加して、ポリシロキサン(R-7)を得た。得られたポリシロキサン(R-6)の固形分濃度は43.2質量%であった。29Si-NMRの測定により、一般式(1)~(3)のいずれかで表される構造、および一般式(4)または(5)のいずれかで表される構造の、(A)ポリシロキサン中のモル量は、それぞれ0mol%、20mol%であった。合成例1~22で得られた(A)ポリシロキサンの原料であるアルコキシシランの仕込み量を表1に示す。
Figure 0007327163000016
合成例22 ナフトキノンジアジド化合物(C-1)の合成
乾燥窒素気流下、フェノール性水酸基を有する化合物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)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C-1を得た。
Figure 0007327163000017
[金属化合物粒子の溶剤置換]
溶剤置換例1 “スルーリア”4110の溶剤置換
金属酸化物粒子として、“スルーリア”4110(商品名、日揮触媒化成(株)製)の溶剤をイソプロパノールからPGMEAに置換した。500mlのナスフラスコに“スルーリア4110のイソプロパノールゾル(固形分濃度20%)を100g、PGMEAを80g仕込み、エバポレーターにて30℃で30分間減圧し、IPAを除去した。得られたスルーリア4110のPGMEA溶液D-1の固形分濃度を測定したところ、20.1%であった。
得られた樹脂組成物の各評価は、以下の方法で行った。
(1)膜厚測定
シリコンウエハー上に形成した膜について、ラムダエースSTM-602(商品名、大日本スクリーン製)を用いて、屈折率1.40でプリベーク膜、現像後膜および硬化膜の厚さを測定した。
(2)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。
(3)耐薬品性の評価
得られた硬化膜の膜厚を(1)膜厚測定し、膜厚t1とした。続いて、硬化膜をアセトンに5分間浸漬させた後、ホットプレート(アズワン(株)製HP-1SA)を用いて100℃で1分間加熱した。加熱後、硬化膜の膜厚をサーフコムにより測定し、膜厚t2とした。下記式により、アセトン浸漬前後での膜厚変化率Xを算出し、耐薬品性を評価した。評価基準を下記A~Eとする。
膜厚変化率 X(%)=(t1-t2)/t1×100
A:膜厚変化率Xが、X<5%
B:膜厚変化率Xが、5%≦X<15%
C:膜厚変化率Xが、15%≦X<30%
D:膜厚変化率Xが、30%≦X<60%
E:膜厚変化率Xが、60%≦X。
(4)クラック耐性の評価
得られた硬化膜を顕微鏡で観察することにより、クラックの有無を確認した。
評価基準を下記A~Cとする。
A:全面にクラックは観察されない
B:ウエハー基板の端にのみクラックが見られる
C:全面にクラックが見られる。
(5)塗布性の評価
得られた硬化膜を顕微鏡で観察することにより、異物、ハジキの有無を評価した。
A:全面に異物、ハジキは観察されない。
B:ウエハーの中央部のみ異物、ハジキが見られる。
C:ウエハー全面に異物、ハジキが見られる。
(6)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。
(7)解像度
得られた硬化膜について、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。
(8)現像膜減り評価
実施例19~40および比較例7~12について、現像時の膜減り量を算出した。
現像膜減り=(プリベーク膜の膜厚-現像後膜の膜厚)/プリベーク膜の膜厚×100
なお、プリベーク膜の膜厚および現像後の膜厚は前述の(1)膜厚測定に記載の方法に従って行った。
実施例1
表2の(I)樹脂組成物の比率にて調合を行い、黄色灯下で混合、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1を調製した。
組成物1を調製直後に4インチシリコンウエハーにスピンコーター(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120℃で3分間加熱し、膜厚1.0μmのプリベーク膜を作製した。その後、プリベーク膜をホットプレートを用いて230℃で5分間キュアして硬化膜1を作製した。
硬化膜1を用いて(2)屈折率の測定と(3)耐薬品性の評価、(4)クラック耐性の評価、(5)塗布性の評価を行なった。これらの結果を表3に示す。
実施例2~18、比較例1~7
樹脂組成物(I)と同様にして、表2に示す組成の組成物2~24を調製した。得られた各組成物を用いて、実施例1と同様にして硬化膜1を作製し、評価を行なった。評価結果を表3に示す。
実施例19
表4の(I)樹脂組成物の比率にて調合を行い、黄色灯下で混合、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25を調製した。
組成物25を調製直後、4インチシリコンウエハーとガラス基板それぞれに、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120℃で3分間加熱し、プリベーク膜を作製し、(1)膜厚測定を行った。プリベーク膜を、自動現像装置(滝沢産業(株)製AD-2000)を用いて2.38質量%TMAH水溶液で30秒間シャワー現像し、次いで水で30秒間リンスして、ウエハー上およびガラス基板上にそれぞれ現像後膜1と現像後膜2を得て、現像後膜1について(1)膜厚測定を行った。その後、現像後膜1と現像後膜2を、ホットプレートを用いて230℃で5分間キュアして、硬化膜2と硬化膜3をそれぞれ作製した。硬化膜2について(1)膜厚測定を行った。
また、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、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4を得た。
硬化膜2を用いて(2)屈折率の測定と(3)耐薬品性の評価を、硬化膜3を用いて(6)透過率の測定を、硬化膜4を用いて(7)解像度の評価を行なった。これらの結果を表5に示す。
実施例20~40、比較例8~12
組成物25と同様にして、表4に示す組成の樹脂組成物26~46を調製した。樹脂組成物44~46では、ナフトキノンジアジド化合物として、PC-5(東洋合成株式会社製)を使用した。得られた各組成物を用いて、実施例19と同様にしてプリベーク膜、硬化膜2~4を作製し、評価を行った。評価結果を表5に示す。
なお(2)屈折率の測定、(6)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1と同様にして硬化膜を作製し評価を行った。
Figure 0007327163000018
Figure 0007327163000019
Figure 0007327163000020
Figure 0007327163000021
1 基板
2 塗膜
3 硬化膜
4 活性光線
5 マスク
6 パターン
7 硬化膜パターン

Claims (12)

  1. (A)ポリシロキサンおよび(B)溶剤を含有する樹脂組成物であって、
    前記(A)ポリシロキサンが、下記一般式(6)(8)で表される構造を少なくとも一つ以上、および、下記一般式(4)~(5)で表される構造を少なくとも一つ以上含むことを特徴とする、樹脂組成物。
    Figure 0007327163000022
    は互いに独立して、水素または炭素数1~4のアルキル基示す。)
    Figure 0007327163000023
    (R は、単結合または炭素数1~4のアルキレン基、R は互いに独立して、水素または炭素数1~4のアルキル基、R は互いに独立して炭素数1~8の有機基、Xは水素原子または酸解離性基、aは1~3の整数を示す。)
  2. (A)ポリシロキサン骨格中に、前記一般式(4)~(5)で表される構造の少なくとも一つ以上を5~50mol%有する請求項1記載の樹脂組成物。
  3. (A)ポリシロキサンが、下記一般式(9)~(11)で表される構造を少なくとも一つ以上含む請求項1または2に記載の樹脂組成物。
    Figure 0007327163000024
    (Rは互いに独立して、水素または炭素数1~4のアルキル基、Rは互いに独立して炭素数1~8の有機基、Rはフルオロ基を有する炭素数1~10の有機基を示す。)
  4. (C)ナフトキノンジアジド化合物を含む請求項1~のいずれかに記載の樹脂組成物。
  5. (A)ポリシロキサン100質量部に対して、(C)ナフトキノンジアジド化合物が1~15質量部である請求項に記載の樹脂組成物。
  6. ヘテロ原子を有する芳香族炭化水素系の(B)溶剤を1種類以上含有する請求項1~のいずれかに記載の樹脂組成物。
  7. (D)金属化合物粒子を含有する請求項1~のいずれかに記載の樹脂組成物。
  8. 前記(D)金属化合物粒子が、シリカ粒子である請求項に記載の樹脂組成物。
  9. 請求項1~のいずれかに記載の樹脂組成物の硬化膜。
  10. 請求項に記載の硬化膜を具備する固体撮像素子。
  11. 請求項に記載の硬化膜を具備する有機EL素子。
  12. 請求項に記載の硬化膜を具備する表示装置。
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