JP2022075179A - 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物 - Google Patents

感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物 Download PDF

Info

Publication number
JP2022075179A
JP2022075179A JP2020185798A JP2020185798A JP2022075179A JP 2022075179 A JP2022075179 A JP 2022075179A JP 2020185798 A JP2020185798 A JP 2020185798A JP 2020185798 A JP2020185798 A JP 2020185798A JP 2022075179 A JP2022075179 A JP 2022075179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
formula
energy
sensitive composition
organic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2020185798A
Other languages
English (en)
Inventor
国宏 野田
Kunihiro Noda
直彦 伊熊
Naohiko Ikuma
孝徳 小林
Takanori Kobayashi
大 塩田
Masaru Shioda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd filed Critical Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority to JP2020185798A priority Critical patent/JP2022075179A/ja
Priority to US17/452,360 priority patent/US20220144745A1/en
Priority to TW110140736A priority patent/TW202225135A/zh
Priority to KR1020210149477A priority patent/KR20220061875A/ko
Publication of JP2022075179A publication Critical patent/JP2022075179A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/02Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D487/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C61/00Compounds having carboxyl groups bound to carbon atoms of rings other than six-membered aromatic rings
    • C07C61/16Unsaturated compounds
    • C07C61/39Unsaturated compounds containing six-membered aromatic rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/06Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/22Amides of acids of phosphorus
    • C07F9/24Esteramides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/547Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom
    • C07F9/6564Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having phosphorus atoms, with or without nitrogen, oxygen, sulfur, selenium or tellurium atoms, as ring hetero atoms
    • C07F9/6581Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having phosphorus atoms, with or without nitrogen, oxygen, sulfur, selenium or tellurium atoms, as ring hetero atoms having phosphorus and nitrogen atoms with or without oxygen or sulfur atoms, as ring hetero atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/26Thermosensitive paints
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/63Additives non-macromolecular organic
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/0045Photosensitive materials with organic non-macromolecular light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. dissolution inhibitors
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/075Silicon-containing compounds
    • G03F7/0754Non-macromolecular compounds containing silicon-to-silicon bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2603/00Systems containing at least three condensed rings
    • C07C2603/02Ortho- or ortho- and peri-condensed systems
    • C07C2603/04Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings
    • C07C2603/06Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing at least one ring with less than six ring members
    • C07C2603/10Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing at least one ring with less than six ring members containing five-membered rings
    • C07C2603/12Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing at least one ring with less than six ring members containing five-membered rings only one five-membered ring
    • C07C2603/18Fluorenes; Hydrogenated fluorenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/06Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/062Organo-phosphoranes without P-C bonds
    • C07F9/065Phosphoranes containing the structure P=N-
    • C07F9/067Polyphosphazenes containing the structure [P=N-n]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/60Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

【課題】クラック耐性に優れる硬化物を与える感エネルギー性組成物、当該感エネルギー性組成物の硬化物、及び硬化物の形成方法を提供する。【解決手段】ポリシラン(A)と熱塩基発生剤(B)とを含み、熱塩基発生剤(B)が下記式(b1)で表される化合物を含む、感エネルギー性組成物を用いる。TIFF2022075179000036.tif45134(式(b1)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、Rb3は、水素原子又はアルキル基を表し、n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、Zq+はq価の有機カチオンを表し、qは1以上の整数を表す。)【選択図】なし

Description

本発明は、感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物に関する。
ケイ素とケイ素との結合を有するポリシランは、セラミックス前駆体、光電子材料(例えば、フォトレジスト、有機感光体等の光電子写真材料、光導波路等の光伝送材料、光メモリ等の光記録材料、エレクトロルミネッセンス素子用材料)、種々の素子における層間絶縁膜や保護膜、LED素子や有機EL素子のような発光素子の封止材料、半導体基板への不純物拡散用の塗布膜、及び半導体プロセス用のギャップフィル材料等の用途で使用されている。
ポリシランを含む組成物は種々開発されている。例えば、ポリシランと、塩基発生剤とを含む感エネルギー性組成物が開発されている(特許文献1等参照)。このような感エネルギー性組成物は、塩基発生剤から発生した塩基の作用により、ポリシランの高分子量化が進行して硬化物を与える。当該硬化物は上記の材料として使用し得る。
特開2019-194692号公報
感エネルギー性組成物の硬化物を形成した後、硬化物が加熱される場合がある。例えば、硬化物を形成した後に他の部材を形成するために加熱される場合や、硬化物の残留応力をとるアニール処理等のためにさらに加熱される場合がある。このため、硬化物には、加熱によりクラックが発生し難いこと、すなわち、優れたクラック耐性を有することが望まれる。
しかし、特許文献1等に開示されるような、従来から知られるポリシランを含む組成物を用いて得られる硬化物について、クラック耐性が不十分である場合がある。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、クラック耐性に優れる硬化物を与える感エネルギー性組成物、当該感エネルギー性組成物の硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物を提供することを目的とする。
本発明者らは、ポリシラン(A)と熱塩基発生剤(B)とを含み、熱塩基発生剤(B)が、下記式(b1)で表される化合物を含む感エネルギー性組成物により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
本発明の第1の態様は、ポリシラン(A)と、熱塩基発生剤(B)とを含み、熱塩基発生剤(B)が、下記式(b1)で表される化合物を含む、感エネルギー性組成物である。
Figure 2022075179000001
(式(b1)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の有機カチオンを表し、
qは1以上の整数を表す。)
本発明の第2の態様は、第1の態様にかかる感エネルギー性組成物の硬化物である。
本発明の第3の態様は、基板上に第1の態様にかかる感エネルギー性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜を加熱して硬化する工程とを含む硬化物の形成方法である。
本発明の第4の態様は、下記式(b1a)で表される化合物を含む、熱塩基発生剤である。
Figure 2022075179000002
(式(b1a)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の対カチオンを表し、
qは1以上の整数を表す。)
本発明の第5の態様は、下記式(b1a)で表される化合物である。
Figure 2022075179000003
(式(b1a)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の対カチオンを表し、
qは1以上の整数を表す。)
本発明によれば、クラック耐性に優れる硬化物を与える感エネルギー性組成物と、当該感エネルギー性組成物の硬化物と、硬化物の形成方法と、当該感エネルギー性組成物に使用し得る熱塩基発生剤及び化合物を提供することができる。
以下、本発明の実施態様について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
また、本明細書において、「~」は特に断りがなければ以上から以下を表す。
≪感エネルギー性組成物≫
感エネルギー性組成物は、ポリシラン(A)と、熱塩基発生剤(B)とを含む。熱塩基発生剤(B)は、下記式(b1)で表される化合物を含む。
感エネルギー性組成物が含む必須成分及び任意成分と、感エネルギー性組成物の製造方法及び用途とについて、以下に説明する。
<ポリシラン(A)>
感エネルギー性組成物が含むポリシラン(A)の構造は特に限定されない。ポリシラン(A)は直鎖状であっても、分岐鎖状であっても、網目状であっても、環状であってもよいが、直鎖状又は分岐鎖状の鎖状構造が好ましい。
ポリシラン(A)は、シラノール基やアルコキシ基を含有していてもよい。
好適なポリシラン(A)としては、例えば、下記式(a1)及び(a2)で表される単位の少なくとも1つを必須に含有し、下記式(a3)~(a5)で表される単位から選択される少なくとも1つの単位を含有してもよいポリシランが挙げられる。かかるポリシランは、シラノール基や、ケイ素原子に結合するアルコキシ基を含有していてもよい。
Figure 2022075179000004
(式(a1)~(a5)中、Ra1及びRa2は、水素原子、有機基又はシリル基を表す。Ra3は、水素原子又はアルキル基を表す。)
a3がアルキル基である場合、炭素原子数1以上4以下のアルキル基が好ましく、メチル基及びエチル基がより好ましい。
a1及びRa2について、有機基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基等の炭化水素基や、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニルオキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基等が挙げられる。
これらの基の中では、アルキル基、アリール基、及びアラルキル基が好ましい。
当該アルキル基は、好ましくは炭素原子数1以上20以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数1以上4以下の直鎖状又は分岐状のアルキル基である。
アリール基の好適な例としては、下記の基が挙げられる。
Figure 2022075179000005
上記式中、Ra4は、水素原子;水酸基;メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基;メチル基、エチル基、ブチル基、プロピル基等の炭化水素基である。上記式中、Ra5は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等のアルキレン基である。
アリール基又はアラルキル基の好適な具体例としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、フルオレニル基、ピレニル基等が挙げられる。
a1及びRa2がシリル基である場合、シリル基としては、シリル基、ジシラニル基、トリシラニル基等のSi1-10シラニル基(Si1-6シラニル基等)が挙げられる。
ポリシランは、下記(a6)~(a9)のいずれかのユニットを含むのが好ましい。
Figure 2022075179000006
(式(a6)~(a9)中、Ra1及びRa2は、式(a1)、(a3)、及び(a4)におけるRa1及びRa2と同様である。a、b、及びcは、それぞれ、2以上1000以下の整数である。)
a、b、及びcは、それぞれ、3以上500以下が好ましく、5以上100以下がより好ましい。各構成単位は、ランダムに含まれていても、ブロック化された状態で含まれていてもよい。
以上説明したポリシランの中では、それぞれケイ素原子に結合している、アルキル基と、アリール基又はアラルキル基とを組み合わせて含むポリシラン又はアルキル基のみケイ素原子に結合しているポリシランが好ましい。より具体的には、それぞれケイ素原子に結合している、メチル基と、ベンジル基とを組み合わせて含むポリシランや、それぞれケイ素原子に結合している、メチル基と、フェニル基とを組み合わせて含むポリシラン、又はメチル基のみケイ素原子に結合しているポリシランが好ましく使用される。
ポリシランの質量平均分子量は、ポリスチレン換算で、300以上100000以下が好ましく、500以上70000以下がより好ましく、800以上30000以下がさらに好ましい。異なる質量平均分子量のポリシランを2種以上混合してもよい。
感エネルギー性組成物中の、ポリシラン(A)の含有量は特に限定されず、所望の膜厚に応じて設定すればよい。製膜性の点からは、感エネルギー性組成物中のポリシラン(A)の含有量は、1質量%以上50質量%以下が好ましく、3質量%以上40質量%以下がより好ましく、5質量%以上35質量%以下が特に好ましい。
<熱塩基発生剤(B)>
感エネルギー性組成物は、熱塩基発生剤(B)として、下記式(b1)で表される化合物を含む。
熱塩基発生剤(B)は、加熱により塩基を発生させる化合物からなる。加熱により熱塩基発生剤(B)が発生させる塩基によって、ポリシラン(A)の高分子量化が進行し、硬化物が形成される。なお、熱塩基発生剤(B)は、加熱により塩基を発生させる限りにおいて、光によっても塩基を発生させ得る化合物であってもよい。
Figure 2022075179000007
(式(b1)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の有機カチオンを表し、
qは1以上の整数を表す。)
式(b1)中、Rb1及びRb2に係るハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられ、塩素原子又は臭素原子が好ましい。
b1及びRb2に係るアルキル基としては、置換基を有していてもいなくてもよく、直鎖状、分枝状もしくは環状のいずれであってもよく、炭素原子数1以上12以下(好ましくは炭素原子数1以上10以下、より好ましくは炭素原子数1以上6以下)のアルキル基が挙げられ、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、2-メチルブチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基、2-メチルペンチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、sec-ヘプチル基、tert-ヘプチル基、ネオヘプチル基、シクロヘプチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、sec-オクチル基、tert-オクチル基、ネオオクチル基、2-エチルヘキシル基、シクロオクチル基、n-ノニル基、イソノニル基、sec-ノニル基、tert-ノニル基、ネオノニル基、シクロノニル基、n-デシル基、イソデシル基、sec-デシル基、tert-デシル基、ネオデシル基、シクロデシル基、n-ウンデシル基、シクロウンデシル基、n-ドデシル基、シクロドデシル基、ノニルボニル基(ノルボルナン-χ-イル基)、ボルニル基(ボルナン-χ-イル基)、メンチル基(メンタ-χ-イル基)、アダマンチル基、デカヒドロナフチル基等が挙げられる。
上述したアルキル基のなかでも、例えばメチル基、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基等の炭素原子数1以上4以下の直鎖状、分枝状もしくは環状のアルキル基が好ましく、そのなかでも、炭素原子数1のアルキル基であるメチル基がさらに好ましい。
b1及びRb2に係るアリール基としては、単環式もしくは縮合多環式のいずれであってもよく、置換基を有していてもいなくてもよく、炭素原子数6以上14以下のアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基(アントリル基)、フェナントレニル基(フェナントリル基)等が挙げられ、なかでも、例えばフェニル基、ナフチル基等の炭素原子数6以上10以下のアリール基が好ましく、そのなかでも、炭素原子数6のアリール基であるフェニル基がより好ましい。
b1及びRb2に係るアリールアルキル基としては、置換基を有していてもいなくてもよく、単環式もしくは縮合多環式のいずれであってもよく、炭素原子数7以上15以下のアリールアルキル基が挙げられ、ベンジル基、フェネチル基、メチルベンジル基、フェニルプロピル基、1-メチルフェニルエチル基、フェニルブチル基、2-メチルフェニルプロピル基、テトラヒドロナフチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、インデニル基、フルオレニル基、アントラセニルメチル基(アントリルメチル基)、フェナントレニルメチル基(フェナントリルメチル基)等が挙げられ、なかでも、炭素原子数7のアリールアルキル基であるベンジル基が好ましい。
b1及びRb2に係るアルコキシ基としては、置換基を有していてもいなくてもよく、直鎖状、分枝状もしくは環状のいずれであってもよく、炭素原子数1以上12以下(好ましくは炭素原子数1以上6以下、より好ましくは炭素原子数1以上4以下)のアルコキシ基が挙げられ、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、シクロブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、sec-ペンチルオキシ基、tert-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、2-メチルブトキシ基、1,2-ジメチルプロポキシ基、1-エチルプロポキシ基、シクロペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、sec-ヘキシルオキシ基、tert-ヘキシルオキシ基、ネオヘキシルオキシ基、2-メチルペンチルオキシ基、1,2-ジメチルブトキシ基、2,3-ジメチルブトキシ基、1-エチルブトキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n-ヘプチルオキシ基、イソヘプチルオキシ基、sec-ヘプチルオキシ基、tert-ヘプチルオキシ基、ネオヘプチルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、イソオクチルオキシ基、sec-オクチルオキシ基、tert-オクチルオキシ基、ネオオクチルオキシ基、2-エチルヘキシルオキシ基、シクロオクチルオキシ基、n-ノニルオキシ基、イソノニルオキシ基、sec-ノニルオキシ基、tert-ノニルオキシ基、ネオノニルオキシ基、シクロノニルオキシ基、n-デシルオキシ基、イソデシルオキシ基、sec-デシルオキシ基、tert-デシルオキシ基、ネオデシルオキシ基、シクロデシルオキシ基、n-ウンデシルオキシ基、シクロウンデシルオキシ基、n-ドデシルオキシ基、シクロドデシルオキシ基、ノルボルニルオキシ基(ノルボルナン-χ-イルオキシ基)、ボルニルオキシ基(ボルナン-χ-イルオキシ基)、メンチルオキシ基(メンタ-χ-イルオキシ基)、アダマンチルオキシ基、デカヒドロナフチルオキシ基等が挙げられ、なかでも、例えばメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、シクロブトキシ基等の炭素原子数1以上4以下の直鎖状、分枝状もしくは環状のアルコキシ基が好ましく、そのなかでも、炭素原子数1のアルコキシ基であるメトキシ基がより好ましい。
b3に係るアルキル基としては、置換基を有していてもいなくてもよく、直鎖状又は分枝状のいずれであってもよく、炭素原子数1以上4以下のアルキル基が挙げられ、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基が挙げられる。
b1及びRb2としては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基がより好ましい。
n1及びn2としては、0であることが好ましい。
qとしては、1以上3以下の整数であることが好ましく、1又は2の整数であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。
式(b1)で表される化合物のアニオン部の好ましい具体例としては、以下のアニオンが挙げられる。
Figure 2022075179000008
式(b1)中、q価の対カチオンZq+は、pKaの値が15(共役酸のpKa)超、好ましくは20以上、より好ましくは24以上、さらに好ましくは30以上の塩基から構成される有機カチオン(有機塩基)から構成される。
これにより、膜中でのポリシランの架橋反応を促進することができる。
pKaの上限値としては特に制限はないが、例えば、50以下が挙げられ、好ましくは45以下であり、より好ましくは40以下、特に好ましくは35以下である。
ここで、「pKa」とは、アセトニトリル(CHCN)溶媒中でのpKaのことを表し、例えば、化学便覧(II)(改訂4版、1993年、日本化学会編、丸善株式会社)に記載のものであり、この値が低いほど酸強度が大きいことを示している。CHCN中でのpKaは、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求めることもできる(J.Org.Chem.2016,81,7349-7361)。
q価の対カチオンZq+を構成する上記pKa15超の塩基としては、塩基性及び、ケイ素原子に対する求核性の観点から、ホスファゼン化合物及びアミジン化合物よりなる群から選択される少なくとも1つの塩基を含むことが好ましい、すなわち、上記q価の対カチオンZq+がホスファゼン化合物カチオン及びアミジン化合物カチオンよりなる群から選択される少なくとも1つのカチオンを含むことが好ましい。
(ホスファゼン化合物)
ここで「ホスファゼン化合物」とは「分子中に-P=N-結合を有する有機化合物」をいう。
上記ホスファゼン化合物における-P=N-結合数としてはpKa15超である限り特に制限はないが、1以上10以下が挙げられ、1以上6以下が好ましく、1以上5以下がより好ましく、2以上4以下が更に好ましく、2又は3が特に好ましく、2が最も好ましい。
上記ホスファゼン化合物としては、下記式(bc-1)で表される化合物又は下記式(bc-1)で表される構造の少なくとも2つが互いに連結してなる化合物が好ましく、下記式(bc-1)で表される構造の少なくとも2つが互いに連結してなる化合物がより好ましい。
Figure 2022075179000009
(上記式(bc-1)中、Rbc1~Rbc7はそれぞれ独立して、水素又はヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基を表し、Rbc1~Rbc7のうちの少なくとも2つが互いに結合して環を形成していてもよい。)
bc1~Rbc7に係るヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基は、炭素原子数1以上20以下であることが好ましく、炭素原子数1以上10以下であることがより好ましく、炭素原子数1以上6以下であることが更に好ましい。
上記有機基としては、ヘテロ原子を含んでいてもよい、アルキル基、アリールアルキル基等が挙げられる。
ヘテロ原子を含んでいてもよい上記アルキル基としては、直鎖状、分枝状もしくは環状のいずれであってもよく、炭素原子数1以上12以下(好ましくは炭素原子数1以上10以下、より好ましくは炭素原子数1以上6以下)のアルキル基が挙げられ、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、2-メチルブチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1-エチルプロピル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基、2-メチルペンチル基、1,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、sec-ヘプチル基、tert-ヘプチル基、ネオヘプチル基、シクロヘプチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、sec-オクチル基、tert-オクチル基、ネオオクチル基、2-エチルヘキシル基、シクロオクチル基、n-ノニル基、イソノニル基、sec-ノニル基、tert-ノニル基、ネオノニル基、シクロノニル基、n-デシル基、イソデシル基、sec-デシル基、tert-デシル基、ネオデシル基、シクロデシル基、n-ウンデシル基、シクロウンデシル基、n-ドデシル基、シクロドデシル基、ノニルボニル基(ノルボルナン-χ-イル基)、ボルニル基(ボルナン-χ-イル基)、メンチル基(メンタ-χ-イル基)、アダマンチル基、デカヒドロナフチル基等が挙げられる。
上述したアルキル基のなかでも、例えばメチル基、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基等の炭素原子数1以上4以下の直鎖状、分枝状もしくは環状のアルキル基が好ましい。
ヘテロ原子を含んでいてもよい上記アリールアルキル基としては、炭素原子数7以上15以下のアリールアルキル基が挙げられ、ベンジル基、フェネチル基、メチルベンジル基、フェニルプロピル基、1-メチルフェニルエチル基、フェニルブチル基、2-メチルフェニルプロピル基、テトラヒドロナフチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、インデニル基、フルオレニル基、アントラセニルメチル基(アントリルメチル基)、フェナントレニルメチル基(フェナントリルメチル基)等が挙げられ、なかでも、炭素原子数7のアリールアルキル基であるベンジル基が好ましい。
bc1~Rbc7に係る1価の有機基が有し得るヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、リン原子又はイオウ原子が挙げられ、炭素原子と結合していることが好ましく、カルボキシル基又はスルホン基等の酸官能基を構成しないことが好ましい。
bc7は水素原子ではないことが好ましい。
bc1~Rbc7のうちの少なくとも2つが形成し得る環としては五員環、六員環又は七員環が挙げられ、好ましくは六員環である。
上記式(bc-1)で表される構造の少なくとも2つが互いに連結してなる化合物としては、上記式(bc-1)で表される構造の2以上6以下が互いに連結してなる化合物が好ましく、上記式(bc-1)で表される構造の2以上4以下が互いに連結してなる化合物がより好ましく、上記式(bc-1)で表される構造の2又は3が互いに連結してなる化合物が更に好ましい。
上記式(bc-1)で表される構造の少なくとも2つが互いに連結する態様としては、ある1つの上記式(bc-1)で表される構造と、他の上記式(bc-1)で表される構造とが、上記式(bc-1)中における1つの窒素原子を共有するように連結する態様であることが好ましい。
上記ホスファゼン化合物の分子量(Mw)は、例えば120以上900以下であり、硬化性又は残膜特性の観点で、250以上600以下が好ましく、300以上500以下がより好ましい。
上記ホスファゼン化合物の好ましい具体例を以下に例示するが、これらに限定されるものではない。
Figure 2022075179000010
Figure 2022075179000011
Figure 2022075179000012
Figure 2022075179000013
(アミジン化合物)
上記アミジン化合物としては下記式(bc-2)で表される化合物が好ましい。
Figure 2022075179000014
(上記式(bc-2)中、Rbc11~Rbc14はそれぞれ独立して、水素又はヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基を表し、Rbc11~Rbc14のうちの少なくとも1つはヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基を表し、Rbc11~Rbc14のうちの少なくとも2つが互いに結合して環を形成していてもよい。)
bc11~Rbc14に係るヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基の具体例及び好ましい例としては、Rbc1~Rbc7に係るヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基として前述したものと同様のものが挙げられる。
bc11~Rbc14に係る1価の有機基が有し得るヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、リン原子又はイオウ原子が挙げられ、炭素原子と結合していることが好ましく、カルボキシル基又はスルホン基等の酸官能基を構成しないことが好ましい。
bc14は水素原子ではないことが好ましい。
bc11~Rbc14のうちの少なくとも2つが形成し得る環としては五員環、六員環又は七員環が挙げられ、好ましくは六員環又は七員環である。
少なくとも1つの環構造を含むアミジン(すなわち、環式アミジン)が好ましい。2つの環構造を含む環式アミジン(すなわち、二環式アミジン)がより好ましい。
上記アミジン化合物は下記式で表される化合物がより好ましい。
Figure 2022075179000015
(上記式中、rは1以上3以下の整数を表す。)
上記アミジン化合物の具体例としては、1,2-ジメチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1-エチル-2-メチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1,2-ジエチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1-n-プロピル-2-メチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1-イソプロピル-2-メチル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1-エチル-2-n-プロピル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、1-エチル-2-イソプロピル-1,4,5,6-テトラヒドロピリミジン、DBU(すなわち、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン)、DBN(すなわち、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン)、TBD(すなわち、1,5,7-トリアザビシクロ[4,4,0]デカ-5-エン)及びこれらに類するもの、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。
式(b1)で表される化合物は、下記式で表される酸と、pKa15超の上記塩基とを任意の条件にて混合して反応(例えば、中和反応)することにより製造できる。
Figure 2022075179000016
(式中、Rb1、Rb2、Rb3、n1、n2は、それぞれ式(b1)と同様である。)
式(b1)で表される化合物において、カチオン部とアニオン部との構成モル比は、例えば、カチオン部:アニオン部=1:1~1:2の範囲であり、好ましくは、1:1~1:1.5である。
感エネルギー性組成物は、式(b1)で表される化合物を1種単独又は2種以上を含んでいてもよい。
このように、感エネルギー性組成物が、ポリシラン(A)とともに、熱塩基発生剤(B)として、式(b1)で表される化合物を含むことにより、クラック耐性に優れる硬化物を形成できる。このため、当該感エネルギー性組成物により形成された硬化物では、加熱によるクラックの発生が生じ難い。したがって、感エネルギー性組成物の硬化物を形成した後、他の部材を形成するために加熱されたり、硬化物の残留応力をとるアニール処理等のためにさらに硬化物が加熱されても、クラックの発生が抑制される。
他方、感エネルギー性組成物が式(b1)で表される化合物を含まない場合、加熱により硬化物にクラックが発生しやすい。
また、式(b1)で表される化合物は、高温(例えば200℃以上)では勿論、低温(例えば90℃以上200℃未満、さらには150℃以下)においても塩基を発生し得る。
このため、式(b1)で表される化合物を含む感エネルギー性組成物は、低温でも硬化性に優れ、硬化物を形成する際の加熱工程を低温で行うこともできる。
一方、式(b1)で表される化合物を含む感エネルギー性組成物は、加熱工程を高温で行うことにより、形成される硬化物への式(b1)で表される化合物の残留が抑制され、硬化物の膜特性(例えば膜の硬度、低誘電率など)が良好になる。
感エネルギー性組成物中の式(b1)で表される化合物の含有量は、0.001質量%以上10質量%以下が好ましく、0.005質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上3質量%以下がさらに好ましい。
また、感エネルギー性組成物において、式(b1)で表される化合物の質量は、ポリシラン(A)の質量を100質量部とした場合、0.01質量部以上30質量部以下が好ましく、0.1質量部以上20質量部以下がより好ましく、1質量部以上15質量部以下がさらに好ましい。
[式(b1)で表される化合物以外の熱塩基発生剤]
熱塩基発生剤(B)は、さらに、式(b1)で表される化合物以外の熱塩基発生剤(以下、「その他の熱塩基発生剤」ともいう)を含んでいてもよい。
その他の熱塩基発生剤は、熱により分解し塩基を発生し得る。その他の熱塩基発生剤が含まれる場合、上記式(b1)で表される化合物から発生した塩基とともに、その他の熱塩基発生剤から発生した塩基の作用により、ポリシラン(A)の高分子量化等が進行し、感エネルギー性組成物が硬化し得る。
その他の熱塩基発生剤としては、非イオン性化合物が挙げられる。
感エネルギー性組成物が、熱塩基発生剤(B)として式(b1)で表される化合物とともに非イオン性化合物を含むことにより、耐熱性に優れる硬化物を形成できる。このため、当該感エネルギー性組成物により形成された硬化物では、加熱による変形が生じ難い。したがって、感エネルギー性組成物の硬化物を形成した後、他の部材を形成するために加熱されたり、硬化物の残留応力をとるアニール処理等のためにさらに硬化物が加熱されても、加熱前の硬化物の形状を維持できる。
非イオン性化合物としては、加熱により下記式(i)で表されるイミダゾール化合物を発生させる化合物が挙げられる。
Figure 2022075179000017
(式(i)中、Rb11~Rb13は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、ホスフィノ基、スルホナト基、ホスフィニル基、ホスホナト基、又は有機基を示す。)
b11~Rb13における有機基としては、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。この有機基は、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。この有機基は、通常は1価であるが、環状構造を形成する場合等には、2価以上の有機基となり得る。
b11及びRb12は、それらが結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合をさらに含んでいてもよい。環状構造としては、ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリール基等が挙げられ、縮合環であってもよい。
b11~Rb13の有機基に含まれる結合は、本発明の効果が損なわれない限り特に限定されず、有機基は、酸素原子、窒素原子、珪素原子等のヘテロ原子を含む結合を含んでいてもよい。ヘテロ原子を含む結合の具体例としては、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(-N=C(-R)-、-C(=NR)-:Rは水素原子又は有機基を示す)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合、アゾ結合等が挙げられる。
b11~Rb13の有機基が有してもよいヘテロ原子を含む結合としては、イミダゾール化合物の耐熱性の観点から、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、イミノ結合(-N=C(-R)-、-C(=NR)-:Rは水素原子又は1価の有機基を示す)、カーボネート結合、スルホニル結合、スルフィニル結合が好ましい。
b11~Rb13の有機基が炭化水素基以外の置換基である場合、Rb11~Rb13は本発明の効果が損なわれない限り特に限定されない。Rb11~Rb13の具体例としては、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、シリル基、シラノール基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、チオカルバモイル基、ニトロ基、ニトロソ基、カルボキシラート基、アシル基、アシルオキシ基、スルフィノ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホナト基、アルキルエーテル基、アルケニルエーテル基、アルキルチオエーテル基、アルケニルチオエーテル基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基等が挙げられる。上記置換基に含まれる水素原子は、炭化水素基によって置換されていてもよい。また、上記置換基に含まれる炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、及び環状のいずれでもよい。
b11~Rb13としては、水素原子、炭素原子数1以上12以下のアルキル基、炭素原子数6以上12以下のアリール基、炭素原子数1以上12以下のアルコキシ基、及びハロゲン原子が好ましく、水素原子がより好ましい。
加熱により上記式(i)で表されるイミダゾール化合物を発生させる化合物は、従来から種々の組成物に配合されている、熱の作用によりアミンを発生する化合物(熱塩基発生剤)について、加熱時に発生するアミンに由来する骨格を、上記式(i)で表されるイミダゾール化合物に由来する骨格に置換することにより得られる。
加熱により式(i)で表されるイミダゾール化合物を発生させる化合物としては、下記式(b2)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2022075179000018
(式(b2)中、Rb11~Rb13は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホナト基、又は有機基を示す。Rb14及びRb15は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を示す。Rb16~Rb20は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を示す。Rb16~Rb20は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。)
式(b2)において、Rb11~Rb13は、式(i)について説明したものと同様である。
式(b2)において、Rb14及びRb15は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を示す。
b14及びRb15における有機基としては、Rb11~Rb13について例示したものが挙げられる。この有機基は、Rb11~Rb13の場合と同様に、該有機基中にヘテロ原子を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
以上の中でも、Rb14及びRb15としては、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1以上10以下のアルキル基、炭素原子数4以上13以下のシクロアルキル基、炭素原子数4以上13以下のシクロアルケニル基、炭素原子数7以上16以下のアリールオキシアルキル基、炭素原子数7以上20以下のアラルキル基、シアノ基を有する炭素原子数2以上11以下のアルキル基、水酸基を有する炭素原子数1以上10以下のアルキル基、炭素原子数1以上10以下のアルコキシ基、炭素原子数2以上11以下のアミド基、炭素原子数1以上10以下のアルキルチオ基、炭素原子数1以上10以下のアシル基、炭素原子数2以上11以下のエステル基(-COOR、-OCOR:Rは炭化水素基を示す)、炭素原子数6以上20以下のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素原子数6以上20以下のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基、メチルチオ基であることが好ましい。より好ましくは、Rb14及びRb15の両方が水素原子であるか、又はRb14がメチル基であり、Rb15が水素原子である。
式(b2)において、Rb16~Rb20は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を示す。
b16~Rb20における有機基としては、Rb11~Rb13において例示したものが挙げられる。この有機基は、Rb11及びRb12の場合と同様に、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
b16~Rb20は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。環状構造としては、ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリール基等が挙げられ、縮合環であってもよい。例えば、Rb16~Rb20は、それらの2つ以上が結合して、Rb16~Rb20が結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成してもよい。
以上の中でも、Rb16~Rb20としては、それぞれ独立に水素原子、炭素原子数1以上10以下のアルキル基、炭素原子数4以上13以下のシクロアルキル基、炭素原子数4以上13以下のシクロアルケニル基、炭素原子数7以上16以下のアリールオキシアルキル基、炭素原子数7以上20以下のアラルキル基、シアノ基を有する炭素原子数2以上11以下のアルキル基、水酸基を有する炭素原子数1以上10以下のアルキル基、炭素原子数1以上10以下のアルコキシ基、炭素原子数2以上11以下のアミド基、炭素原子数1以上10以下のアルキルチオ基、炭素原子数1以上10以下のアシル基、炭素原子数2以上11以下のエステル基、炭素原子数6以上20以下のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換した炭素原子数6以上20以下のアリール基、電子供与性基及び/又は電子吸引性基が置換したベンジル基、シアノ基、メチルチオ基、ニトロ基であることが好ましい。
また、Rb16~Rb20としては、それらの2つ以上が結合して、Rb16~Rb20が結合しているベンゼン環の原子を共有してナフタレン、アントラセン、フェナントレン、インデン等の縮合環を形成している場合も好ましい。
上記式(b2)で表される化合物の中では、下記式(b2-1)で表される化合物が好ましい。
Figure 2022075179000019
(式(b2-1)中、Rb11~Rb13は、式(i)及び式(b2)と同義である。Rb14~Rb19は式(b2)と同義である。Rb21は、水素原子又は有機基を示す。Rc16及びRb17が水酸基となることはない。Rb16~Rb19は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。)
式(b2-1)で表される化合物は、置換基-O-Rb21を有するため、有機溶媒に対する溶解性に優れる。
式(b2-1)において、Rb21は、水素原子又は有機基である。Rb21が有機基である場合、有機基としては、Rb11~Rb13において例示したものが挙げられる。この有機基は、該有機基中にヘテロ原子を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。Rb21としては、水素原子、炭素原子数1以上12以下のアルキル基もしくはアルコキシアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基がより好ましい。
加熱により式(i)で表されるイミダゾール化合物を発生させる化合物として特に好適な化合物の具体例を以下に示す。
Figure 2022075179000020
感エネルギー性組成物は、その他の熱塩基発生剤を1種単独又は2種以上を含んでいてもよい。
熱塩基発生剤(B)がその他の熱塩基発生剤を含む場合、式(b1)で表される化合物の質量及びその他の熱塩基発生剤の質量の合計に対する、式(b1)で表される化合物の質量の比率は、10質量%以上95質量%以下であることが好ましく、15質量%以上90質量%以下であることがより好ましい。
感エネルギー性組成物の質量に対する、熱塩基発生剤(B)の質量の比率は、0.01質量%以上15質量%以下が好ましく、0.1質量%以上10質量%以下がより好ましく、1質量%以上5質量%以下がさらに好ましい。
また、感エネルギー性組成物において、熱塩基発生剤(B)の質量は、ポリシラン(A)の質量を100質量部とした場合、0.01質量部以上30質量部以下が好ましく、0.1質量部以上20質量部以下がより好ましく、1質量部以上15質量部以下がさらに好ましい。
<酸>
感エネルギー性組成物は、安定性を向上させるため、更に酸を含んでいてもよい。
上記酸は、均一性(適合性、相性)の観点から、上記式(b1)で表される塩基発生剤におけるアニオン部分の共役酸であることが好ましく、具体的には下記式で表される酸であることが好ましい。
Figure 2022075179000021
(上記式中、Rb1、Rb2、Rb3、n1、n2は、上記式(b1)と同様である。)
上記共役酸以外の酸としては、任意の有機酸又は無機酸が挙げられ、有機酸が好ましい。
上記共役酸以外の有機酸としては、例えば、炭素原子数1以上30以下の1価又は2価以上の有機酸が挙げられ、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、トリフルオロ酢酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、シュウ酸、マロン酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、プロピルマロン酸、ブチルマロン酸、ジメチルマロン酸、ジエチルマロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、クエン酸等が挙げられる。また、安定性を保つため、2種類以上の酸を混合して使用してもよい。
感エネルギー性組成物は上記酸を含有してもしていなくてもよいが、含有する場合、上記酸の使用量は、感エネルギー性組成物の固形分の質量(感エネルギー性組成物の質量から溶剤を除いた質量)を基準として、通常、0.001質量%以上10質量%以下、好ましくは0.01質量%以上5質量%以下である。
感エネルギー性組成物中での、熱塩基発生剤(B)と上記酸との使用割合は、モル比で、例えば、熱塩基発生剤(B):酸として、1:0.003~1:3.5であり、好ましくは1:0.01~1:3である。カチオン部がホスファゼンの場合、感エネルギー性組成物安定性の観点で、塩基発生剤(B)と酸との使用割合は、モル比で、塩基発生剤(B):酸として、1:0.003~1:1がより好ましい。
熱塩基発生剤(B)と上記酸との使用に関して、感エネルギー性組成物のpHが、例えば4以上9以下の範囲、好ましくは、5以上7以下の範囲になるように調整すればよい。
<溶剤>
感エネルギー性組成物は、溶剤を含有することが好ましい。溶剤としては、後述する式(S1)で表されるシクロアルキルアセテート等の環状骨格含有アセテート化合物、
メタノール、エタノール、プロパノール、n-ブタノール等のアルコール類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等の多価アルコール類;
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル-n-アミルケトン、メチルイソアミルケトン、2-ヘプタノン等のケトン類;
γ-ブチロラクトン等のラクトン環含有有機溶媒;
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、又はジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、上記多価アルコール類又は上記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテル又はモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体;
ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル等のエステル類;
アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、アミルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤;
N,N,N’,N’-テトラメチルウレア、N,N,2-トリメチルプロピオンアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン等の窒素含有有機溶媒;
が挙げられる。
中でも、後述する式(S1)で表されるシクロアルキルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、N,N,N’,N’-テトラメチルウレア(TMU)、及びブタノールが好ましく、シクロプロピルアセテート、シクロブチルアセテート、シクロペンチルアセテート、シクロヘキシルアセテート、シクロヘプチルアセテート又はシクロオクチルアセテートがより好ましく、シクロヘキシルアセテートが更に好ましい。
これらの溶剤は、2種以上組み合わせて使用してもよい。
Figure 2022075179000022
(式(S1)中、Rs1は、それぞれ独立に、アルキル基であり、pは1以上6以下の整数であり、qは0以上(p+1)以下の整数である。)
s1で表されるアルキル基としては炭素原子数1以上3以下のアルキル基が挙げられ、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基が挙げられる。
式(S1)で表されるシクロアルキルアセテートの具体例としては、シクロプロピルアセテート、シクロブチルアセテート、シクロペンチルアセテート、シクロヘキシルアセテート、シクロヘプチルアセテート、及びシクロオクチルアセテートが挙げられる。
これらの中では、入手容易性等の観点から、シクロオクチルアセテートが好ましい。
感エネルギー性組成物における溶剤の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。製膜性の点から、溶剤は、感エネルギー性組成物の固形分濃度が、好ましくは0.1質量%以上50質量%以下、より好ましくは1質量%以上40質量%以下であるように用いられる。固形分とは、溶剤以外の成分である。
上記溶剤は、単独で用いても2種以上を混合して使用してもよい。
<その他の成分>
感エネルギー性組成物は、安定剤として環状エーテルを置換基として有する1価又は2価以上のアルコール、又はエーテル化合物を含んでいてもよい。用いることができる安定剤として、具体的には、特開2009-126940号公報の(0180)~(0184)段落に記載されている安定剤が挙げられる。
感エネルギー性組成物は、水を含んでいてもよい。水を添加することで、リソグラフィー性能が向上する。感エネルギー性組成物における溶剤成分中の水の含有率は、例えば、0質量%以上50質量%未満であり、好ましくは0.5質量%以上5質量%以下である。
感エネルギー性組成物は、必要に応じて界面活性剤を含んでいてもよい。用いることができる界面活性剤として、具体的には、特開2009-126940号公報の(0185)段落に記載されている界面活性剤が挙げられる。
<感エネルギー性組成物の製造方法>
感エネルギー性組成物の製造方法は特に限定されない。例えば、上記の各成分を撹拌機等で混合することにより感エネルギー性組成物が製造される。なお、製造された感エネルギー性組成物が均一となるよう、メンブランフィルタ等を用いて感エネルギー性組成物を濾過してもよい。
<用途>
感エネルギー性組成物は、例えば、種々の素子において、各種基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)を保護する保護膜、OLED表示素子用封止材、OLED照明、ハードコート、絶縁膜、反射防止膜、層間絶縁膜、カーボンハードマスク、ディスプレイパネル材料(平坦化膜、カラーフィルターの画素、有機EL用隔壁、スペーサ)、タッチパネル等の表示素子において金属配線等を被覆する透明被膜を形成する用途に使用され得る。上記各種基板としては、半導体基板、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ(OLED)、電気泳動ディスプレイ(電子ペーパー)、タッチパネル、カラーフィルター、バックライト等のディスプレイ材料の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、太陽電池の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光センサ等の光電変換素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光電素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)が挙げられる。
中でも、感エネルギー性組成物を用いて形成される硬化物はクラック耐性に優れる。このため、感エネルギー性組成物を用いて硬化物を形成した後、他の部材を形成するために加熱されたり、硬化物の残留応力をとるアニール処理等のためにさらに硬化物が加熱される工程を有する用途において、前述の感エネルギー性組成物は好適に用いられる。
≪硬化物及び硬化物の形成方法≫
以上説明した感エネルギー性組成物を用いることによって、硬化物を形成することができる。
このような硬化物は、典型的には、基板上に前述の感エネルギー性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜を加熱して硬化する工程とを含む方法により、形成される。
以下、各工程について説明する。基板上に感エネルギー性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程を「塗布膜形成工程」と記す。塗布膜を加熱して硬化する工程を「加熱工程」と記す。
<塗布膜形成工程>
感エネルギー性組成物を塗布して塗布膜を形成する方法としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、基板上に、ロールコータ、リバースコータ、バーコータ、インクジェット等の接触転写型塗布装置やスピンナー(回転式塗布装置)、カーテンフローコータ等の非接触型塗布装置を用いて塗布する方法が挙げられる。
基板としては特に制限はないが、例えば、ガラス基板、石英基板、透明又は半透明の樹脂基板(例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性の材料等)、金属、シリコン基板等が挙げられる。
半導体基板、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ(OLED)、電気泳動ディスプレイ(電子ペーパー)、タッチパネル、カラーフィルター、バックライト等のディスプレイ材料の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、太陽電池の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光センサ等の光電変換素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)、光電素子の基板(金属酸化物含有膜、各種金属含有膜を含む。)等の各種基板であってもよい。
基板の厚さは、特に限定されず、硬化物の使用態様に応じて適宜選択することができる。
感エネルギー性組成物を塗布した後、乾燥(プリベーク)することが好ましい。乾燥方法は、特に限定されず、例えば、(1)ホットプレートにて80℃以上180℃以下、好ましくは90℃以上160℃以下の温度にて60秒間以上120秒間以下乾燥させる方法、(2)室温にて数時間~数日間放置する方法、(3)温風ヒータや赤外線ヒータ中に数十分間~数時間入れて溶剤を除去する方法等が挙げられる。
<加熱工程>
感エネルギー性組成物を用いて形成された塗布膜を加熱(焼成)することにより、熱塩基発生剤(B)から塩基が発生する。発生した塩基によりポリシラン(A)の高分子量化等が進行することで、硬化物(硬化膜)が形成される。なお、前述の感エネルギー性組成物は加熱により硬化するため、硬化物の形成において、通常、露光により硬化する工程は有さない。
加熱温度(焼成温度)は、式(b1)で表される化合物が分解して塩基を発生する温度以上の温度であればよく、例えば、90℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは130℃以上である。加熱温度の上限は特に限定されず、基板や用途に応じて適宜設定すればよいが、例えば1000℃以下であり、好ましくは700℃以下であり、より好ましくは600℃以下である。
ここで、前述のとおり、式(b1)で表される化合物は、高温では勿論、低温においても塩基を発生し得る。このため、加熱温度は、高温(例えば200℃以上)でも低温(例えば90℃以上200℃未満、さらには150℃以下)でもよい。
加熱雰囲気は特に限定されず、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲下、真空下、又は減圧下であってもよい。大気下であってもよいし、酸素濃度を適宜コントロールしてもよい。加熱時間は、適宜変更すればよく、10分以上120分以下である。
形成される硬化物の厚さは、10nm以上10000nm以下が好ましく、50nm以上5000nm以下がより好ましい。
前述の感エネルギー性組成物が、ポリシラン(A)とともに、熱塩基発生剤(B)として、式(b1)で表される化合物を含むため、感エネルギー性組成物を用いて形成される硬化物は、クラック耐性に優れる。このため、加熱による硬化物におけるクラックの発生が抑制される。
式(b1)で表される化合物は、新規化合物である。式(b1)で表される化合物は、上述のとおり式(b1)で表される化合物を含む熱塩基発生剤(B)、すなわち、式(b1)で表される化合物からなる熱塩基発生剤や、式(b1)で表される化合物とその他熱塩基発生剤とを含む熱塩基発生剤として使用できる。
また、式(b1)で表される化合物におけるZq+について、有機カチオンが、有機カチオン以外の対カチオンである化合物も、新規化合物である。当該化合物は、下記式(b1a)で表される化合物である。なお、Hは対カチオンには含まれない。
式(b1a)で表される化合物は、式(b1)で表される化合物と同様に、式(b1a)で表される化合物を含む熱塩基発生剤、すなわち、式(b1a)で表される化合物からなる熱塩基発生剤や、式(b1a)で表される化合物とその他熱塩基発生剤とを含む熱塩基発生剤として使用できる。
Figure 2022075179000023
(式(b1a)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の対カチオンを表し、
qは1以上の整数を表す。)
式(b1a)中、Rb1、Rb2、Rb3、n1、n2、qは、式(b1)と同様である。
式(b1a)中、pKaが15超の塩基から構成されるq価の対カチオンXq+は、有機カチオン、又は金属カチオンからなる。
有機カチオンについては、式(b1)のZq+と同様である。
金属カチオンとしては、典型金属元素、遷移金属元素及び半金属元素からなる群より選択される金属原子のカチオン又は上記金属原子を含む原子団のカチオンが挙げられる。
上記典型金属元素としては、アルカリ金属元素(周期表1族のうち水素を除く元素からなる金属元素、例えば、ナトリウム、及びカリウム)、アルカリ土類金属元素(周期表2族の元素からなる金属元素、例えば、マグネシウム)、周期表12族の元素からなる金属元素(例えば、亜鉛)、周期表13族のうちホウ素を除く元素からなる金属元素(例えば、アルミニウム)、周期表14族のうち炭素、ケイ素を除く元素からなる金属元素(例えば、スズ)、周期表15族のうち窒素、リン、及びヒ素を除く元素からなる金属元素(例えば、アンチモン)、並びに周期表16族のうち酸素、硫黄、セレン、及びテルルを除く元素からなる金属元素(例えば、ポロニウム)が挙げられる。
上記遷移金属元素としては、周期表3~11族の元素からなる金属元素(例えば、ハフニウム)が挙げられる。
上記半金属元素としては、ホウ素、ケイ素、砒素、セレン、及びテルル等が挙げられる。
上記金属原子を含む原子団のカチオンとしては、金属原子と非金属原子の両方を含む原子団等が挙げられ、具体的には、[ZrO]2+、[(CO)Al]2+、及び[(n-CSn-O-Sn(n-C2+等が挙げられる。
対カチオンXm+は、リン、硫黄又はヨウ素を含む原子団のカチオンでもよい。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
〔式(b1)で表される化合物の合成〕
(合成例1)
Figure 2022075179000024
20mlナスフラスコに上記スキームのカルボン酸(0.24g)とテトラヒドロフラン(9g)とを加えた。ナスフラスコ内を窒素置換した後、オイルバスにて60℃にて加温し、カルボン酸をテトラヒドロフランに溶解させた。次に、上記スキームに従い、ホスファゼン化合物(0.30g)を滴下し、カルボン酸とホスファゼン化合物とを60℃で30分反応させた。反応終了後、反応液を室温まで冷却した。その後、反応液から、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤を留去することにより、上記化合物b1を得た。(収量=0.44g,収率=97.78%,黄色固体)
H-NMR(重DMSO,400MHz):
カチオンδ(ppm)=1.24(-C(CH,9H),2.60(-NH,30H)
アニオンδ(ppm)=7.20-7.95(Ar-H,8H),4.95(Ar-CH-Ar,H)
(合成例2)
Figure 2022075179000025
50ml三つ口フラスコに上記スキームのカルボン酸(0.24g)とテトラヒドロフラン(20g)とを加えた。フラスコ内を窒素置換した後、ウォーターバスにて60℃にて加温し、カルボン酸をテトラヒドロフランに溶解させた。次に、上記スキームに従い、ジアザビシクロウンデセン(DBU;0.12g)を滴下し、カルボン酸とDBUとを60℃で4時間反応させた。反応終了後、反応液を室温(25℃)まで冷却した。その後、反応液から、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤を留去することにより、上記化合物b2を得た。(収量=0.30g,収率=90.90%,黄色粘調液体)
H-NMR(重DMSO,400MHz):
カチオンδ(ppm)=3.48(NH-CH-,2H),3.40(N-CH-,2H),3.15(N-CH-,2H),2.65(-CH-,2H),1.82(-CH-,2H),1.70-1.45(-CH-,6H)
アニオンδ(ppm)=7.20-7.95(Ar-H,8H),4.95(Ar-CH-Ar,H)
(合成例3)
Figure 2022075179000026
20mlナスフラスコに上記スキームのカルボン酸(0.24g)とテトラヒドロフラン(9g)とを加えた。ナスフラスコ内を窒素置換した後、オイルバスにて60℃にて加温し、カルボン酸をテトラヒドロフランに溶解させた。次に、上記スキームに従い、1,5,7-トリアザビシクロ[4,4,0]デカ-5-エン(TBD;0.12g)を滴下し、カルボン酸とTBDとを60℃で30分反応させた。反応終了後、反応液を室温まで冷却した。その後、反応液から、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤を留去することにより、上記化合物b3を得た。(収量=0.31g,収率=93.94%,黄色固体)
H-NMR(重DMSO,500MHz):
カチオンδ(ppm)=10.48(-NH-,2H),3.22-3.17(NH-CH-,4H),3.10-3.07(N-CH-,4H),1.86-1.81(-CH-,4H)
アニオンδ(ppm)=7.20-7.95(Ar-H,8H),4.95(Ar-CH-Ar,H)
〔実施例1~9及び比較例1〕
実施例、及び比較例において、ポリシラン(A)として、ケイ素原子に結合するシラノール基と、フェニル基と、メチル基とを含む鎖状ポリシラン(質量平均分子量:1500)を用いた。
実施例、及び比較例において、式(b1)で表される化合物として、上記化合物b1~b3を用いた。
なお、各化合物のカチオン部のpKaは以下のとおりである。
・b1:pKa=33.0
・b2:pKa=24.3
・b3:pKa=26.0
実施例、及び比較例において、式(b2)で表される化合物として、下記式で表される化合物b4及びb5を用いた。
Figure 2022075179000027
実施例、及び比較例において、溶剤として、下記s1及びs2を用いた。
s1:シクロヘキシルアセテート(CHXA)
s2:N,N,N’,N’-テトラメチルウレア(TMU)
ポリシラン(A)18.3質量部と、表1に記載の種類及び量(質量部)の式(b1)で表される化合物及び式(b2)で表される化合物とを、表1に記載の種類の溶剤80質量部に溶解し、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、各実施例及び比較例の感エネルギー性組成物を調製した。
[硬化物の作製]
ガラス基板(100mm×100mm)上に、各実施例及び比較例の感エネルギー性組成物を、スピンコーターを用いて塗布し、100℃で120秒間プリベークを行い、塗布膜を形成した。
得られた塗布膜を、大気中で、30分間加熱することで、厚さ4.0μmの硬化物を得た。加熱温度は、実施例1~8及び比較例1においては250℃とし、実施例9においては、150℃とした。
[クラック耐性評価]
上記[硬化物の作製]で得られた硬化物を、ホットプレートを用いて、350℃で30分間加熱した後、室温(25℃)に戻した。この操作を5回繰り返し実施した。
硬化物の表面を、50倍の光学顕微鏡を用いて観察し、クラックの有無を観察し、クラック耐性を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎:操作を5回終了した段階でもクラックが観察されなかった
○:操作を3回終了した段階ではクラックが観察されず、操作を4回終了した段階ではクラックが観察された。
△:操作を1回終了した段階ではクラックが観察されず、操作を2回終了した段階ではクラックが観察された。
×:操作を1回終了した段階でクラックが観察された。
[耐熱性評価]
上記[硬化物の作製]で得られた硬化物を、ホットプレートを用いて、350℃で30分間加熱した後、室温(25℃)に戻した。この操作を5回繰り返し実施した。
その後、硬化物の厚さを測定し、耐熱性を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎:厚さ3.6μm以上4.0μm以下
○:厚さ3.2μm以上3.6μm未満
△:厚さ2.8μm以上3.2μm未満
×:厚さ2.8μm未満
Figure 2022075179000028
実施例1~9によれば、ポリシラン(A)と、熱塩基発生剤(B)とを含み、熱塩基発生剤(B)が、式(b1)で表される化合物を含む感エネルギー性組成物は、クラック耐性に極めて優れることが分かる。また、実施例1~7及び9は、耐熱性にも優れていた。中でも、実施例1~7は、実施例9よりも耐熱性に優れていた。これは、化合物b1の加熱により質量減少し始める温度(分解温度)は100℃であるため、150℃で加熱した実施例9でも塩基は発生するが、250℃で加熱した実施例1~7ではより塩基が発生しやすく熱硬化性がより良好であることに起因すると推測される。
他方、イオン性化合物(B1)を含まない比較例1は、クラック耐性が悪いことが分かる。

Claims (11)

  1. ポリシラン(A)と、熱塩基発生剤(B)とを含み、
    前記熱塩基発生剤(B)が、下記式(b1)で表される化合物を含む、感エネルギー性組成物。
    Figure 2022075179000029
    (式(b1)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
    b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
    n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
    q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の有機カチオンを表し、
    qは1以上の整数を表す。)
  2. 前記有機カチオンが、ホスファゼン化合物カチオン及びアミジン化合物カチオンよりなる群から選択される少なくとも1つのカチオンを含む、請求項1に記載の感エネルギー性組成物。
  3. 前記ホスファゼン化合物カチオンを構成するホスファゼン化合物が下記式(bc-1)で表される化合物又は下記式(bc-1)で表される構造の少なくとも2つが互いに連結してなる化合物であり、前記アミジン化合物カチオンを構成するアミジン化合物が下記式(bc-2)で表される化合物である、請求項2に記載の感エネルギー性組成物。
    Figure 2022075179000030
    (式(bc-1)中、Rbc1~Rbc7はそれぞれ独立して、水素又はヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基を表し、Rbc1~Rbc7のうちの少なくとも2つが互いに結合して環を形成していてもよい。
    式(bc-2)中、Rbc11~Rbc14はそれぞれ独立して、水素又はヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基を表し、Rbc11~Rbc14のうちの少なくとも1つはヘテロ原子を含んでいてもよい1価の有機基を表し、Rbc11~Rbc14のうちの少なくとも2つが互いに結合して環を形成していてもよい。)
  4. n1及びn2が0である、請求項1~3のいずれか1項に記載の感エネルギー性組成物。
  5. 前記熱塩基発生剤(B)が、さらに、下記式(b2)で表される化合物を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の感エネルギー性組成物。
    Figure 2022075179000031
    (式(b2)中、Rb11~Rb13は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホナト基、又は有機基を表し、
    b14及びRb15は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を表し、
    b16~Rb20は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を表し、Rb16~Rb20は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。)
  6. 前記ポリシラン(A)が、下記式(a1)及び(a2)で表される単位の少なくとも1つを必須に含有し、下記式(a3)~(a5)で表される単位から選択される少なくとも1つの単位を含有してもよいポリシランを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の感エネルギー性組成物。
    Figure 2022075179000032
    (式(a1)~(a5)中、Ra1及びRa2は、水素原子、有機基又はシリル基を表す。Ra3は、水素原子又はアルキル基を表す。)
  7. 請求項1~6のいずれか1項に記載の感エネルギー性組成物の硬化物。
  8. 基板上に請求項1~6のいずれか1項に記載の感エネルギー性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を加熱して硬化する工程とを含む硬化物の形成方法。
  9. 下記式(b1a)で表される化合物を含む、熱塩基発生剤。
    Figure 2022075179000033
    (式(b1a)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
    b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
    n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
    q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の対カチオンを表し、
    qは1以上の整数を表す。)
  10. さらに、下記式(b2)で表される化合物を含む、請求項9に記載の熱塩基発生剤。
    Figure 2022075179000034
    (式(b2)中、Rb11~Rb13は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホナト基、又は有機基を表し、
    b14及びRb15は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、又は有機基を表し、
    b16~Rb20は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルフィノ基、スルホ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホノ基、ホスホナト基、アミノ基、アンモニオ基、又は有機基を表し、Rb16~Rb20は、それらの2つ以上が結合して環状構造を形成していてもよく、ヘテロ原子の結合を含んでいてもよい。)
  11. 下記式(b1a)で表される化合物。
    Figure 2022075179000035
    (式(b1a)中、Rb1及びRb2はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又はアルコキシ基を表し、
    b3は、水素原子又はアルキル基を表し、
    n1及びn2はそれぞれ独立して、0以上4以下の整数を表し、
    q+はpKaが15超の塩基から構成されるq価の対カチオンを表し、
    qは1以上の整数を表す。)
JP2020185798A 2020-11-06 2020-11-06 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物 Withdrawn JP2022075179A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020185798A JP2022075179A (ja) 2020-11-06 2020-11-06 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物
US17/452,360 US20220144745A1 (en) 2020-11-06 2021-10-26 Energy-sensitive composition, cured product, forming method of cured product, thermal base generator and compound
TW110140736A TW202225135A (zh) 2020-11-06 2021-11-02 感能量性組成物、硬化物、硬化物的形成方法、熱鹼產生劑及化合物
KR1020210149477A KR20220061875A (ko) 2020-11-06 2021-11-03 감 에너지성 조성물, 경화물, 경화물의 형성 방법, 열 염기 발생제 및 화합물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020185798A JP2022075179A (ja) 2020-11-06 2020-11-06 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022075179A true JP2022075179A (ja) 2022-05-18

Family

ID=81455150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020185798A Withdrawn JP2022075179A (ja) 2020-11-06 2020-11-06 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220144745A1 (ja)
JP (1) JP2022075179A (ja)
KR (1) KR20220061875A (ja)
TW (1) TW202225135A (ja)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0874281B1 (de) * 1997-04-23 2002-12-04 Infineon Technologies AG Chemisch verstärkter Resist
US8158338B2 (en) * 2008-07-08 2012-04-17 Massachusetts Institute Of Technology Resist sensitizer
US20160009737A1 (en) * 2013-03-28 2016-01-14 San-Apro Ltd. Photobase generator
KR102035434B1 (ko) * 2015-07-09 2019-10-22 도쿄 오카 고교 가부시키가이샤 규소 함유 수지 조성물
US11106132B2 (en) 2018-04-27 2021-08-31 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Energy-sensitive composition, cured product, and pattern forming method

Also Published As

Publication number Publication date
TW202225135A (zh) 2022-07-01
US20220144745A1 (en) 2022-05-12
KR20220061875A (ko) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6698147B2 (ja) ケイ素含有樹脂組成物
JP7421186B2 (ja) 感エネルギー性組成物、硬化物、及びパターン形成方法
TW201939783A (zh) 電荷輸送性清漆以及電荷輸送性薄膜
JP2022075179A (ja) 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物
JP2022075178A (ja) 感エネルギー性組成物、硬化物、硬化物の形成方法、熱塩基発生剤及び化合物
KR102551976B1 (ko) 광 또는 열경화 방법, 및 경화성 수지 조성물
JP2022075180A (ja) 感エネルギー性組成物、硬化物、及び硬化物の形成方法
JP2022075182A (ja) 感エネルギー性組成物、硬化物、及びパターン化された硬化物の形成方法
TW201833230A (zh) 組合物及二氧化矽質膜之製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230808

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20240314