JP2007246588A - Chain transfer agent for living radical polymerization and alicyclic hydrocarbon group-containing polymer - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、リビングラジカル重合用連鎖移動剤および脂環式炭化水素基含有重合体に関する。より詳細には、本発明は、KrFエキシマレーザーあるいはArFエキシマレーザー等の遠紫外線および真空紫外線を使用する微細加工技術に有用なレジスト樹脂成分を製造する際に用い得るリビングラジカル重合用連鎖移動剤、およびそのリビングラジカル重合用連鎖移動剤を用いて製造し得る脂環式炭化水素基含有重合体に関する。 The present invention relates to a chain transfer agent for living radical polymerization and an alicyclic hydrocarbon group-containing polymer. More specifically, the present invention relates to a chain transfer agent for living radical polymerization that can be used in producing a resist resin component useful for microfabrication technology using far ultraviolet rays and vacuum ultraviolet rays such as KrF excimer laser or ArF excimer laser, And an alicyclic hydrocarbon group-containing polymer that can be produced using the chain transfer agent for living radical polymerization.
半導体の微細化に伴い、ArFエキシマレーザー(波長193nm)光源を用いた光リソグラフィープロセスが、微細化半導体の量産に向けて本格的に使用されようとしている。また、露光光の短波長化に伴い、投影光学系の下面とウエハー表面との間に水または有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が空気中の1/n倍(nは液体の屈折率で、通常1.2〜1.6程度)になることを利用して解像度を向上させる液浸リソグラフィーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Along with the miniaturization of semiconductors, an optical lithography process using an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) light source is about to be used in earnest for mass production of miniaturized semiconductors. In addition, with the shortening of the exposure light wavelength, the space between the lower surface of the projection optical system and the wafer surface is filled with a liquid such as water or an organic solvent, and the wavelength of the exposure light in the liquid is 1 / n times that in air ( There has been proposed immersion lithography that improves the resolution by utilizing the fact that n is the refractive index of a liquid, which is usually about 1.2 to 1.6 (see, for example, Patent Document 1).
レジスト樹脂に関し、リソグラフィー工程に用いるために、より高解像性で、より良好なパターン形状を実現させるためのレジスト樹脂の開発および改良が精力的に進められている。このようなリソグラフィー工程に用いられるレジスト樹脂としては、酸解離性官能基を有する樹脂成分と光照射により酸が発生する成分である酸発生剤とによる化学増幅効果を利用した化学増幅型感光性組成物がこれまでに多く提案されている。ここで用いられる樹脂成分としては、露光光源波長に対して高い透明性が必要であり、ArFエキシマレーザー(波長193nm)におけるリソグラフィーにおいては、脂環式構造を含むアクリル系樹脂やシクロオレフィン系樹脂が用いられている。 With regard to the resist resin, development and improvement of the resist resin for realizing a better pattern shape with higher resolution for use in the lithography process has been vigorously advanced. As a resist resin used in such a lithography process, a chemically amplified photosensitive composition utilizing a chemical amplification effect by a resin component having an acid-dissociable functional group and an acid generator that is a component that generates an acid by light irradiation. Many things have been proposed so far. The resin component used here must have high transparency with respect to the exposure light source wavelength. In lithography using an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), an acrylic resin or cycloolefin resin containing an alicyclic structure is used. It is used.
レジスト樹脂の多くは、複数のモノマー単位から構成された共重合体である。高解像性で良好なパターン形状を得るための共重合体の分子設計には様々な設計手段が考えられる。その中の一つとして、共重合体の分子量や分子量分布(多分散度)を制御することが挙げられる。このような制御により、パターン微細化において大きな問題となっている露光・現像後のレジストパターン側壁面のラインエッジラフネスの改善が期待されている。共重合体の分子量や分子量分布(多分散度)にばらつきがあると、レジストパターン側壁面が凹凸状態となるラインエッジラフネスが生じやすく、基板加工寸法精度が悪化し、微細加工を行う上で大きな問題となる。 Many resist resins are copolymers composed of a plurality of monomer units. Various design means are conceivable for the molecular design of the copolymer to obtain a good pattern shape with high resolution. One of them is to control the molecular weight and molecular weight distribution (polydispersity) of the copolymer. Such control is expected to improve the line edge roughness of the side wall surface of the resist pattern after exposure and development, which is a big problem in pattern miniaturization. If the copolymer molecular weight and molecular weight distribution (polydispersity) vary, line edge roughness that causes the resist pattern side wall surface to become uneven is likely to occur, and substrate processing dimensional accuracy deteriorates, which is large in performing fine processing. It becomes a problem.
上記の共重合体は、工業的にも有用であるラジカル重合により得ることができるが、さらに構造が明確な重合体をラジカル重合で得るにはリビングラジカル重合が好適に用いられる。リビングラジカル重合としては、例えば、i)NMP(Nitroxide−mediated Polymerization)法、ii)ATRP(Atom−Transfer Radical Polymerization)法、およびiii)RAFT(Reversible Addition−Fragmentation Chain−Transfer Polymerization)法が挙げられる。 The above copolymer can be obtained by industrially useful radical polymerization, but living radical polymerization is preferably used for obtaining a polymer having a clear structure by radical polymerization. Examples of the living radical polymerization include i) NMP (nitroxide-mediated polymerization) method, ii) ATRP (atom-transfer radical polymerization) method, and iii) RAFT (reversible addition-fragmentation fragmentation method).
NMP法は、一般にスチレン系ポリマーの合成には適しているが、アクリル系ポリマーの合成には不適である。ATRP法は、一般にアクリル系ポリマーの合成に適しているが、重合に際して触媒として遷移金属触媒を用いるので、生成物への金属汚染といった観点からレジスト材料の合成には不適である。 The NMP method is generally suitable for the synthesis of styrenic polymers, but is not suitable for the synthesis of acrylic polymers. The ATRP method is generally suitable for the synthesis of an acrylic polymer. However, since a transition metal catalyst is used as a catalyst during polymerization, the ATRP method is not suitable for the synthesis of a resist material from the viewpoint of metal contamination of the product.
RAFT法は、触媒として連鎖移動剤となるジチオカルボン酸エステルといった有機硫黄化合物(以下、RAFT剤と称することがある)を用い、アクリルモノマーおよびメタクリルモノマーの重合に適していることが報告されている(例えば、非特許文献1参照)。 The RAFT method is reported to be suitable for polymerization of acrylic monomers and methacrylic monomers using an organic sulfur compound (hereinafter sometimes referred to as a RAFT agent) such as a dithiocarboxylic acid ester serving as a chain transfer agent as a catalyst. (For example, refer nonpatent literature 1).
RAFT法では、重合末端(本文において重合末端とは、特に断わりの無い限り、重合体の成長末端側のみを重合末端とする)にドーマント種としてRAFT剤の残基が末端基として残る。その末端基の残る割合は、重合条件によっても異なるため特に限定されるものではないが、概ね50〜100%である。ここで、RAFT法に用いられるRAFT剤の多くは芳香環を含む。したがって、末端基として残るRAFT剤の残基には、芳香環に由来する紫外領域に強い吸収帯が存在する。このため、RAFT剤の残基が末端基として残る重合体は、特定波長領域での紫外線の透過が阻害され、重合の制御には有効であってもレジスト樹脂としての高性能化には十分ではない。 In the RAFT method, the residue of the RAFT agent remains as a terminal group as a dormant species at the polymerization end (in the text, unless otherwise specified, the polymerization end is the polymer growth end side only). The remaining proportion of the end groups is not particularly limited because it varies depending on the polymerization conditions, but is generally 50 to 100%. Here, many of the RAFT agents used in the RAFT method contain an aromatic ring. Therefore, the residue of the RAFT agent remaining as a terminal group has a strong absorption band in the ultraviolet region derived from the aromatic ring. For this reason, the polymer in which the residue of the RAFT agent remains as a terminal group is not sufficient for improving the performance as a resist resin even though it is effective for controlling the polymerization because of the inhibition of ultraviolet light transmission in a specific wavelength region. Absent.
上記の問題を解消するため、末端基として残るRAFT剤の残基を2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと称する)のようなラジカル源と接触させることで、1−シアノ−1−メチルエチル末端へと変換する方法が報告されている(例えば、非特許文献2参照)。また、アルキルチオールのような連鎖移動剤とAIBNのようなラジカル源を併用した高分子末端基の変換方法も報告されている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、これらの方法では工程数が増え、煩雑となり、効率的な製造方法とは言えない。
本発明の課題は、レジスト材料として有用な、リビングラジカル重合で得られる重合体であって、リビングラジカル重合で用いるRAFT剤由来の末端基が残っていても、実用レベルの膜厚での露光光源波長での光透過性に優れ、また、多分散度Mw/Mnが小さいためにラインエッジラフネスが良好に改善された重合体を提供すること、および、そのような重合体を製造するために好ましく用いることができる連鎖移動剤(RAFT剤)を提供することにある。 An object of the present invention is a polymer obtained by living radical polymerization, which is useful as a resist material, and an exposure light source with a film thickness at a practical level even if a terminal group derived from the RAFT agent used in living radical polymerization remains. It is preferable for providing a polymer having excellent light transmittance at a wavelength and having a good improvement in line edge roughness due to a low polydispersity Mw / Mn, and for producing such a polymer. It is to provide a chain transfer agent (RAFT agent) that can be used.
本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤は、一般式(1)で表される構造を有する。
好ましい実施形態においては、本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤は、一般式(2)で表される構造を有する化合物と一般式(3)で表される構造を有する化合物とを反応させて得られる。
好ましい実施形態においては、上記一般式(3)で表される構造を有する化合物が(メタ)アクリロニトリルである。 In a preferred embodiment, the compound having the structure represented by the general formula (3) is (meth) acrylonitrile.
本発明の別の局面によれば、脂環式炭化水素基含有重合体が提供される。本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、本発明の連鎖移動剤を用いてリビングラジカル重合を行うことにより得られる重合体であって、酸解離性基を有し、アルカリ不溶性またはアルカリ難溶性である。 According to another aspect of the present invention, an alicyclic hydrocarbon group-containing polymer is provided. The alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is a polymer obtained by conducting living radical polymerization using the chain transfer agent of the present invention, and has an acid-dissociable group and is insoluble in alkali or alkali. Slightly soluble.
好ましい実施形態においては、本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、少なくとも1種の(メタ)アクリル酸エステルを原料としてリビングラジカル重合を行うことにより得られる。 In a preferred embodiment, the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is obtained by performing living radical polymerization using at least one (meth) acrylic acid ester as a raw material.
好ましい実施形態においては、上記(メタ)アクリル酸エステルが、脂環式炭化水素基をエステル基として含む。 In a preferred embodiment, the (meth) acrylic acid ester contains an alicyclic hydrocarbon group as an ester group.
好ましい実施形態においては、本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、多分散度Mw/Mnが1.6以下であり、膜厚200nmあたりの波長193nmの紫外線の透過率が70%以上である。 In a preferred embodiment, the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention has a polydispersity Mw / Mn of 1.6 or less, and a transmittance of ultraviolet light having a wavelength of 193 nm per 200 nm thickness is 70% or more. It is.
好ましい実施形態においては、本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、レジスト樹脂である。 In a preferred embodiment, the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is a resist resin.
本発明によれば、レジスト材料として有用な、リビングラジカル重合で得られる重合体であって、リビングラジカル重合で用いるRAFT剤由来の末端基が残っていても、実用レベルの膜厚での露光光源波長での光透過性に優れ、また、多分散度Mw/Mnが小さいためにラインエッジラフネスが良好に改善された重合体を提供することができる。また、そのような重合体を製造するために好ましく用いることができる連鎖移動剤を提供することができる。 According to the present invention, it is a polymer obtained by living radical polymerization that is useful as a resist material, and an exposure light source with a film thickness at a practical level even if a terminal group derived from the RAFT agent used in living radical polymerization remains. It is possible to provide a polymer that has excellent light transmittance at a wavelength and that has excellent line edge roughness due to low polydispersity Mw / Mn. Moreover, the chain transfer agent which can be preferably used in order to manufacture such a polymer can be provided.
このような効果は、リビングラジカル重合で用いる連鎖移動剤として、シアノ基を有する飽和炭化水素基をエステル基として有する特定構造のジチオカルボン酸エステルを連鎖移動剤として用いることによって発現することが可能となる。また、少なくとも1種の(メタ)アクリル酸エステル、好ましくは、脂環式炭化水素基をエステル基として含む(メタ)アクリル酸エステルの1種以上を原料としてリビングラジカル重合を行うことによって発現することが可能となる。 Such an effect can be expressed by using a dithiocarboxylic acid ester having a specific structure having a saturated hydrocarbon group having a cyano group as an ester group as a chain transfer agent used in living radical polymerization. Become. Moreover, it is expressed by conducting living radical polymerization using at least one (meth) acrylic acid ester, preferably one or more of (meth) acrylic acid ester containing an alicyclic hydrocarbon group as an ester group. Is possible.
以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。 Hereinafter, although preferable embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment.
〔リビングラジカル重合用連鎖移動剤〕
本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤は、一般式(1)で表される構造を有する。
The chain transfer agent for living radical polymerization of the present invention has a structure represented by the general formula (1).
一般式(1)中、R1は飽和炭化水素基であり、任意の適切な飽和炭化水素基を採用し得る。好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜5、特に好ましくは炭素数1〜3の飽和炭化水素基である。具体的には、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、t−ブチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。 In the general formula (1), R 1 is a saturated hydrocarbon group, and any appropriate saturated hydrocarbon group can be adopted. Preferably it is a C1-C20, More preferably, it is a C1-C10, More preferably, it is a C1-C5, Most preferably, it is a C1-C3 saturated hydrocarbon group. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, and a cyclohexyl group.
一般式(1)中、R2はシアノ基を有する飽和炭化水素基であり、任意の適切なシアノ基を有する飽和炭化水素基を採用し得る。好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜7、特に好ましくは炭素数1〜4の飽和炭化水素基である。具体的には、例えば、シアノメチル基、1−シアノエチル基、2−シアノエチル基、1−シアノ−1−n−プロピル基、2−シアノ−1−n−プロピル基、3−シアノ−1−n−プロピル基、1−シアノ−2−n−プロピル基、2−シアノ−2−n−プロピル基などが挙げられる。 In general formula (1), R 2 is a saturated hydrocarbon group having a cyano group, and any appropriate saturated hydrocarbon group having a cyano group can be adopted. Preferably it is a C1-C20, More preferably, it is a C1-C10, More preferably, it is a C1-C7, Most preferably, it is a C1-C4 saturated hydrocarbon group. Specifically, for example, cyanomethyl group, 1-cyanoethyl group, 2-cyanoethyl group, 1-cyano-1-n-propyl group, 2-cyano-1-n-propyl group, 3-cyano-1-n- A propyl group, 1-cyano-2-n-propyl group, 2-cyano-2-n-propyl group and the like can be mentioned.
本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤は、任意の適切な方法で製造し得る。好ましくは、本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤は、一般式(2)で表される構造を有する化合物と一般式(3)で表される構造を有する化合物とを反応させて得られる。
一般式(2)中、R1は飽和炭化水素基を表し、一般式(1)中のR1と同様の基である。 In General Formula (2), R 1 represents a saturated hydrocarbon group, and is the same group as R 1 in General Formula (1).
一般式(3)中、R3、R4、R5は水素原子または飽和炭化水素基であり、任意の適切な水素原子または飽和炭化水素基を採用し得る。R3、R4、R5は、それらの少なくとも2つが同一のものでも良いし、3つともに異なっていても良い。飽和炭化水素基の場合、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜5、特に好ましくは炭素数1〜3の飽和炭化水素基である。具体的には、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、t−ブチル基などが挙げられる。 In the general formula (3), R 3 , R 4 and R 5 are hydrogen atoms or saturated hydrocarbon groups, and any appropriate hydrogen atom or saturated hydrocarbon group can be adopted. At least two of R 3 , R 4 , and R 5 may be the same, or all three may be different. In the case of a saturated hydrocarbon group, it is preferably a saturated hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, still more preferably 1 to 5 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 3 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a t-butyl group.
一般式(3)で表される構造を有する化合物は、R3、R4、R5が水素原子または飽和炭化水素基であれば任意の適切な化合物を採用し得るが、反応性が良いこと、低コストであること、扱いやすいこと、入手しやすいこと、などの理由により、(メタ)アクリロニトリルであることが好ましい。 As the compound having the structure represented by the general formula (3), any appropriate compound can be adopted as long as R 3 , R 4 , and R 5 are a hydrogen atom or a saturated hydrocarbon group, but the reactivity is good. (Meth) acrylonitrile is preferred because of its low cost, ease of handling, and availability.
一般式(2)で表される構造を有する化合物と一般式(3)で表される構造を有する化合物とを反応させて本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤を製造する具体的な方法としては、例えば、溶媒中で、一般式(2)で表される構造を有する化合物と一般式(3)で表される構造を有する化合物とを反応させることが好ましい。 As a specific method for producing the chain transfer agent for living radical polymerization of the present invention by reacting the compound having the structure represented by the general formula (2) with the compound having the structure represented by the general formula (3) For example, it is preferable to react a compound having a structure represented by the general formula (2) with a compound having a structure represented by the general formula (3) in a solvent.
上記反応における一般式(2)で表される構造を有する化合物と一般式(3)で表される構造を有する化合物との使用割合は、一般式(2)で表される構造を有する化合物1当量に対して、一般式(3)で表される構造を有する化合物が、好ましくは0.5〜4.0当量、より好ましくは1.0〜2.5当量である。 The ratio of the compound having the structure represented by the general formula (2) and the compound having the structure represented by the general formula (3) in the above reaction is the compound 1 having the structure represented by the general formula (2). The compound having a structure represented by the general formula (3) is preferably 0.5 to 4.0 equivalents, more preferably 1.0 to 2.5 equivalents with respect to equivalents.
上記反応で用いられ得る溶媒としては、任意の適切な溶媒を採用し得る。例えば、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化炭素系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、デカリン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素系溶媒;等が挙げられる。好ましくは、ベンゼン、トルエンである。 Any appropriate solvent can be adopted as the solvent that can be used in the above reaction. Examples thereof include halogenated carbon solvents such as dichloromethane, 1,2-dichloroethane, chloroform, and carbon tetrachloride; hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane, decalin, benzene, toluene, and xylene. Preferably, they are benzene and toluene.
上記反応で用いられ得る溶媒の使用量としては、一般式(2)で表される構造を有する化合物に対して、好ましくは2〜50重量倍、より好ましくは3〜10重量倍である。 The amount of the solvent that can be used in the above reaction is preferably 2 to 50 times by weight, more preferably 3 to 10 times by weight with respect to the compound having a structure represented by the general formula (2).
上記反応の反応温度は、好ましくは20〜120℃であり、より好ましくは40〜100℃である。 The reaction temperature of the above reaction is preferably 20 to 120 ° C, more preferably 40 to 100 ° C.
上記反応の反応時間は、試薬量、反応温度によって異なるが、好ましくは2〜48時間であり、より好ましくは12〜24時間である。 The reaction time for the above reaction varies depending on the reagent amount and the reaction temperature, but is preferably 2 to 48 hours, and more preferably 12 to 24 hours.
上記反応においては、常法に従い、濃縮操作、精製操作、乾燥操作等の、任意の適切な処理操作を行っても良い。 In the above reaction, any appropriate processing operation such as concentration operation, purification operation, and drying operation may be performed according to a conventional method.
〔脂環式炭化水素基含有重合体〕
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤を用いてリビングラジカル重合を行うことにより得られる重合体であって、酸解離性基を有し、アルカリ不溶性またはアルカリ難溶性である。
(Aricyclic hydrocarbon group-containing polymer)
The alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is a polymer obtained by performing living radical polymerization using the chain transfer agent for living radical polymerization of the present invention, and has an acid-dissociable group, It is insoluble in alkali or hardly soluble in alkali.
ここで、本発明における「脂環式炭化水素基」とは、芳香族性を持たない環式基を有する炭化水素基をいい、酸素原子や窒素原子などのヘテロ原子を有するものも含む。 Here, the “alicyclic hydrocarbon group” in the present invention refers to a hydrocarbon group having a cyclic group having no aromaticity, and includes those having a hetero atom such as an oxygen atom or a nitrogen atom.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、単独重合体(ホモポリマー)であっても良いし、共重合体(コポリマー)であっても良い。共重合体の場合、対応するモノマーの配列状態は特に限定されず、例えば、ランダム共重合体でも良いし、ブロック共重合体でも良い。 The alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention may be a homopolymer (homopolymer) or a copolymer (copolymer). In the case of a copolymer, the arrangement state of the corresponding monomer is not particularly limited, and may be, for example, a random copolymer or a block copolymer.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体が有する酸解離性基とは、アルカリ不溶性またはアルカリ難溶性の基であり、酸の作用によってアルカリ易溶性となる基である。具体的には、例えば、第3級または第4級炭素原子がO=C−O−基の酸素原子(O−)に結合したエステル基が好ましい。 The acid dissociable group possessed by the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is an alkali-insoluble or hardly alkali-soluble group, and is a group that becomes readily alkali-soluble by the action of an acid. Specifically, for example, an ester group in which a tertiary or quaternary carbon atom is bonded to an oxygen atom (O—) of an O═C—O— group is preferable.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体が有する構成単位(原料モノマーの構造に由来する繰り返し単位)は、任意の適切な原料モノマーの構造に由来する構成単位が採用され得る。 As the structural unit (repeating unit derived from the structure of the raw material monomer) possessed by the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention, any suitable structural unit derived from the structure of the raw material monomer can be adopted.
上記原料モノマーとしては、エチレン性不飽和基を有するモノマーであれば任意の適切なモノマーを採用し得る。レジスト樹脂として好適な脂環式炭化水素基含有重合体を得るためには、モノマーとして、少なくとも1種の(メタ)アクリル酸エステルを用いることが好ましい。より好ましくは、脂環式炭化水素基をエステル基として含む(メタ)アクリル酸エステルである。このような(メタ)アクリル酸エステルを用いることにより、透明性、ドライエッチング耐性、密着性等のレジスト性能に優れた脂環式炭化水素基含有重合体を得ることが可能となる。 Any appropriate monomer can be adopted as the raw material monomer as long as it is a monomer having an ethylenically unsaturated group. In order to obtain an alicyclic hydrocarbon group-containing polymer suitable as a resist resin, it is preferable to use at least one (meth) acrylic acid ester as a monomer. More preferably, it is a (meth) acrylic acid ester containing an alicyclic hydrocarbon group as an ester group. By using such a (meth) acrylic acid ester, it becomes possible to obtain an alicyclic hydrocarbon group-containing polymer excellent in resist performance such as transparency, dry etching resistance and adhesion.
上記エステル基としての脂環式炭化水素基としては、例えば、アダマンチル基、ノルボルナンラクチル基、γ−ブチロラクチル基、これらにアルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基などの置換基が付いた基、などが挙げられる。 Examples of the alicyclic hydrocarbon group as the ester group include an adamantyl group, a norbornane lactyl group, a γ-butyrolactyl group, a group to which a substituent such as an alkyl group, a hydroxyl group, and a carboxyl group is attached. Can be mentioned.
上記脂環式炭化水素基をエステル基として含む(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、2−メチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、2−エチル−2−アダマンチル(メタ)アクリレート、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクチル(メタ)アクリレート、ノルボルナンカルボラクチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。 Examples of the (meth) acrylic acid ester containing the alicyclic hydrocarbon group as an ester group include 2-methyl-2-adamantyl (meth) acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl (meth) acrylate, and α-hydroxy -Γ-butyrolactyl (meth) acrylate, norbornane carbolactyl (meth) acrylate, 3-hydroxy-1-adamantyl (meth) acrylate and the like.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体の重量平均分子量は、レジスト材料として好適な重合体とするために、好ましくは2000〜300000、より好ましくは3000〜30000である。重合体の重量平均分子量はモノマー量と連鎖移動剤との使用比率、もしくは重合時間により調整することができる。 The weight average molecular weight of the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is preferably 2000 to 300000, more preferably 3000 to 30000, in order to obtain a polymer suitable as a resist material. The weight average molecular weight of the polymer can be adjusted by the use ratio of the monomer amount and the chain transfer agent, or the polymerization time.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体の多分散度Mw/Mnは、ラインエッジラフネスが良好に改善された重合体とするために、好ましくは1.6以下、より好ましくは1.5以下、さらに好ましくは1.4以下である。 The polydispersity Mw / Mn of the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention is preferably 1.6 or less, and more preferably 1.5, in order to obtain a polymer having excellent line edge roughness. Hereinafter, it is more preferably 1.4 or less.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、レジスト材料として好適な重合体とするために、膜厚200nmあたりの波長193nmの紫外線の透過率が70%以上であることが好ましく、より好ましくは75%以上である。 In order for the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention to be a polymer suitable as a resist material, the transmittance of ultraviolet rays having a wavelength of 193 nm per 200 nm thickness is preferably 70% or more, more preferably. Is 75% or more.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、重合末端にドーマント種として、本発明のリビングラジカル重合用連鎖移動剤の残基が末端基として残り得る。本発明の連鎖移動剤の残基としては、具体的には、一般式(4)で表される構造を有する基が好ましく挙げられる。
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体を製造するために使用できるラジカル重合開始剤としては、任意の適切なラジカル重合開始剤を採用し得る。好ましくは、熱によりラジカルを発生する開始剤である。具体的には、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)などの2,2’−アゾビスブチロニトリル類;2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)などの2,2’−アゾビスバレロニトリル類;2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)などの2,2’−アゾビスプロピオニトリル類;1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)などの1,1’−アゾビス−1−アルカンニトリル類;2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチルなどのアゾ化合物;ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3などのジアルキルパーオキサイド類;t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシアセテート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサンなどのパーオキシエステル類;シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド類;2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレートなどのパーオキシケタール類;クメンヒドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルシクロヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド類;ベンゾイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド類;ビス(t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート類;など、有機過酸化物のラジカル重合開始剤が使用できる。特に好ましくは、入手と取り扱いの容易なAIBNである。 Any appropriate radical polymerization initiator can be adopted as the radical polymerization initiator that can be used for producing the alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention. Preferably, it is an initiator that generates radicals by heat. Specifically, for example, 2,2′-azobisbutyronitrile such as 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile); 2,2′-azobisvaleronitriles such as 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile); 2,2'-azobispropionitriles such as 2'-azobis (2-hydroxymethylpropionitrile); 1,1'-azobis- such as 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile) 1-alkanenitriles; azo compounds such as 2,2′-azobis (isobutyric acid) dimethyl; di-t-butyl peroxide, dicumyl peroxide, t-butylcumyl peroxide , Α, α′-bis (t-butylperoxy-m-isopropyl) benzene, dialkyl peroxides such as 2,5-di (t-butylperoxy) hexyne-3; t-butylperoxybenzoate, t -Peroxyesters such as butyl peroxyacetate and 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane; cyclohexanone peroxide, 3,3,5-trimethylcyclohexanone peroxide, methylcyclohexanone peroxide, etc. Ketone peroxides of 2,2-bis (4,4-di-t-butylperoxycyclohexyl) propane, 1,1-bis (t-butylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, , 1-bis (t-butylperoxy) cyclohexane, n-butyl- Peroxyketals such as 1,4-bis (t-butylperoxy) valate; hydroperoxides such as cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, 2,5-dimethylcyclohexane-2,5-dihydroperoxide Diacyl peroxides such as benzoyl peroxide, decanoyl peroxide, lauroyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide; peroxydicarbonates such as bis (t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate; An organic peroxide radical polymerization initiator can be used. Particularly preferred is AIBN which is easy to obtain and handle.
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体の製造方法は、任意の適切な製造方法を採用し得る。重合の形態としては、例えば、バルク重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などが挙げられるが、生成した重合体の取り扱いの利便性の良さから、溶液重合が好ましい。 Arbitrary appropriate manufacturing methods can be employ | adopted for the manufacturing method of the alicyclic hydrocarbon group containing polymer of this invention. Examples of the form of polymerization include bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization and the like, but solution polymerization is preferred because of the convenience of handling the produced polymer.
溶液重合を行う場合に用い得る溶媒としては、任意の適切な溶媒を採用し得る。例えば、エーテル類、ケトン類などが好ましく挙げられ、より好ましくは、重合温度付近もしくはそれ以上に沸点を有するエーテル類、さらに好ましくは、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランが挙げられる。 Any appropriate solvent can be adopted as a solvent that can be used for solution polymerization. For example, ethers and ketones are preferably mentioned, more preferably ethers having a boiling point near or above the polymerization temperature, and more preferably 1,4-dioxane and tetrahydrofuran.
重合時のモノマー濃度は、取り扱いの利便性の良さから、好ましくは10〜70重量%、より好ましくは20〜60重量%である。 The monomer concentration at the time of polymerization is preferably 10 to 70% by weight, more preferably 20 to 60% by weight, from the convenience of handling.
重合反応温度は、使用するモノマーの種類や重合開始剤の種類にもよるが、一般的なラジカル重合の温度であって、モノマーの分解しない温度が好ましい。具体的には、好ましくは20〜120℃、より好ましくは50〜110℃、さらに好ましくは60〜100℃である。 The polymerization reaction temperature depends on the type of monomer used and the type of polymerization initiator, but is a general temperature for radical polymerization and is preferably a temperature at which the monomer does not decompose. Specifically, it is preferably 20 to 120 ° C, more preferably 50 to 110 ° C, and further preferably 60 to 100 ° C.
重合は、通常の大気雰囲気下でも重合できる場合もあるが、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下での重合が好ましい。 Polymerization may be carried out in a normal air atmosphere, but polymerization in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon is preferred.
重合時間は、好ましくは0.5〜144時間、より好ましくは2〜24時間である。 The polymerization time is preferably 0.5 to 144 hours, more preferably 2 to 24 hours.
重合体の精製方法としては、任意の適切な精製方法を採用し得る。例えば以下の方法が挙げられる。残留モノマーやオリゴマー成分を規定値以下に除去する方法として、水洗や適切な溶剤を組み合わせることにより残留モノマーやオリゴマー成分を除去する液・液抽出法;特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外ろ過等の溶液状態での精製方法;重合体溶液等を貧溶媒へ滴下することで重合体を貧溶媒中に凝固させることにより残留モノマー等を除去する再沈澱法;ろ別した重合体スラリーを貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法;などが挙げられる。これらの方法を組み合わせることもできる。上記再沈澱法に用いられる貧溶媒としては、任意の適切な貧溶媒を採用し得る。 Any appropriate purification method can be adopted as a purification method of the polymer. For example, the following methods are mentioned. Liquid / liquid extraction method that removes residual monomer and oligomer components by combining water washing and an appropriate solvent as a method of removing residual monomers and oligomer components below the specified value; Purification method in a solution state such as outer filtration; reprecipitation method in which a polymer solution is dripped into a poor solvent to solidify the polymer in the poor solvent to remove residual monomers, etc .; And a purification method in a solid state such as washing with a poor solvent. These methods can also be combined. Any appropriate poor solvent can be adopted as the poor solvent used in the reprecipitation method.
〔脂環式炭化水素基含有重合体の用途〕
本発明の脂環式炭化水素基含有重合体は、任意の適切な用途に適用し得る。例えば、光学レンズ、光ディスク、光ファイバー、光学フィルムなどといった光学系樹脂材料として、または、微細加工用のレジスト樹脂材料として好適に用いることができる。これらの用途の中でも、実用レベルの膜厚での露光光源波長での光透過性に優れ、また、多分散度Mw/Mnが小さいためにラインエッジラフネスが良好に改善されている点で、レジスト樹脂として用いることが特に好ましい。
[Use of alicyclic hydrocarbon group-containing polymer]
The alicyclic hydrocarbon group-containing polymer of the present invention can be applied to any appropriate use. For example, it can be suitably used as an optical resin material such as an optical lens, an optical disk, an optical fiber, or an optical film, or as a resist resin material for fine processing. Among these uses, the resist is excellent in light transmittance at the exposure light source wavelength at a practical level of film thickness, and the line edge roughness is favorably improved because the polydispersity Mw / Mn is small. It is particularly preferable to use it as a resin.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.
〔モノマーおよび連鎖移動剤の同定〕
IR、およびNMRの測定により同定を行った。IR測定は、ニコレージャパン(株)製MAGNA−IR760型FT−IRを用いて、KBrセルを用いた液膜法で32回の積算で行った。NMR測定は、日本電子(株)製JNM−GSX270型FT−NMRを用い、標準物質としてテトラメチルシランを0.03%含む重水素化クロロホルムに試料を溶解したものを直径5mmのNMR測定用チューブに入れ、1H−NMRの測定は32回の積算で、13C−NMRの測定は512回の積算で行った。
(Identification of monomer and chain transfer agent)
Identification was carried out by IR and NMR measurements. IR measurement was performed by 32 times of integration by a liquid film method using a KBr cell, using MAGNA-IR760 type FT-IR manufactured by Nicorey Japan. NMR measurement was performed by using a JNM-GSX270 type FT-NMR manufactured by JEOL Ltd., and a sample dissolved in deuterated chloroform containing 0.03% tetramethylsilane as a standard substance. 1 H-NMR measurement was performed 32 times, and 13 C-NMR measurement was performed 512 times.
〔共重合体の平均共重合組成比(モル%)〕
1H−NMRの測定により求めた。この測定は、日本電子(株)製JNM−GSX270型FT−NMRを用い、標準物質としてテトラメチルシランを0.03%含む重水素化クロロホルムに試料を溶解したものを直径5mmのNMR測定用チューブに入れ、64回の積算で行った。
[Average copolymer composition ratio of copolymer (mol%)]
It calculated | required by the measurement of < 1 > H-NMR. This measurement uses a JNM-GSX270 type FT-NMR manufactured by JEOL Ltd. and a sample dissolved in deuterated chloroform containing 0.03% tetramethylsilane as a standard substance, and a tube for NMR measurement having a diameter of 5 mm. And was accumulated 64 times.
〔共重合体の平均分子量〕
約20mgの共重合体を5mLのテトラヒドロフランに溶解し、0.5μmのメンブランフィルターで濾過した試料溶液を日本分光(株)製ゲル・パーミエイション・クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した。分離カラムは昭和電工(株)製Shodex GPC KF−804Lを2本直列して用い、溶出溶媒としてテトラヒドロフラン、流量1.0mL/min、注入量0.1mL、測定温度40℃の分析条件で測定を行った。検出器は日本分光(株)製RI−930型示差屈折計を用い、標準ポリマーとしてポリスチレンを使用した。
[Average molecular weight of copolymer]
About 20 mg of the copolymer was dissolved in 5 mL of tetrahydrofuran, and the sample solution filtered through a 0.5 μm membrane filter was measured using Gel Permeation Chromatography (GPC) manufactured by JASCO Corporation. The separation column uses two Shodex GPC KF-804L manufactured by Showa Denko Co., Ltd. in series. Tetrahydrofuran is used as the elution solvent, the flow rate is 1.0 mL / min, the injection amount is 0.1 mL, and the measurement temperature is 40 ° C. went. The detector used was a RI-930 differential refractometer manufactured by JASCO Corporation, and polystyrene was used as the standard polymer.
〔共重合体薄膜の透過率測定〕
共重合体を10重量%含むプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)溶液を厚さ1mmの石英板上にスピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて110℃で60秒間ベークを行い、冷却する事により石英板上に膜厚200nmの共重合体薄膜を作製した。共重合体薄膜サンプルの波長193nmにおける光線透過率の測定は、日立(株)製U−2000型紫外可視分光光度計を用い、共重合体薄膜が塗布されていない石英板をリファレンスにして行った。
[Measurement of transmittance of copolymer thin film]
By applying a propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) solution containing 10% by weight of a copolymer on a quartz plate having a thickness of 1 mm by spin coating, baking on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds and cooling. A copolymer thin film having a thickness of 200 nm was prepared on a quartz plate. The light transmittance at a wavelength of 193 nm of the copolymer thin film sample was measured using a U-2000 type UV-visible spectrophotometer manufactured by Hitachi, with reference to a quartz plate on which the copolymer thin film was not applied. .
〔共重合体薄膜の屈折率測定〕
共重合体を10重量%含むプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)溶液をシリコンウェハー上にスピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて110℃で60秒間ベークを行い、冷却する事によりシリコンウェハー上に膜厚200nmの共重合体薄膜を作製した。共重合体薄膜サンプルの波長589nmにおける屈折率の測定は、フィルメトリクス(株)製F20型薄膜測定装置を用いて行った。
[Refractive index measurement of copolymer thin film]
A propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) solution containing 10% by weight of a copolymer is applied onto a silicon wafer by spin coating, baked on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds, and cooled to cool the silicon wafer. A copolymer thin film having a thickness of 200 nm was prepared. The refractive index of the copolymer thin film sample at a wavelength of 589 nm was measured using an F20 type thin film measuring apparatus manufactured by Filmetrics Co., Ltd.
〔合成例1〕:2−メチル−2−アダマンチルメタクリレートの合成
還流冷却器、塩化カルシウム管、温度計、滴下漏斗を備え付けた200mL3つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、2−メチル−2−アダマンタノール8.31g(50.0mmol)、トリエチルアミン9.11g(90.0mmol)、メチルイソブチルケトン(MIBK)50mLを加え、60℃で撹拌した。予め滴下漏斗に入れてあったメタクリル酸クロリド7.84g(75.0mmol)を反応系内に1時間かけて滴下した。滴下終了後、反応混合物を60℃で24時間撹拌した。反応混合物を冷却後、不溶物を濾過する事により除去し、濾液を水、10重量%炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で順に洗浄し、有機層を抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウム上にて乾燥し、乾燥後の有機層を濾過し、濾液に活性炭2.5gを加え、脱色処理を行った。濾過後、濾液を減圧下濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製する事により、目的物である2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート9.96g(収率85.0%)を無色透明液体として得た。
[Synthesis Example 1]: Synthesis of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate A stirring bar was placed in a 200 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser, a calcium chloride tube, a thermometer, and a dropping funnel, and 2-methyl-2-adaman was obtained. 8.31 g (50.0 mmol) of ethanol, 9.11 g (90.0 mmol) of triethylamine, and 50 mL of methyl isobutyl ketone (MIBK) were added and stirred at 60 ° C. 7.84 g (75.0 mmol) of methacrylic acid chloride previously placed in the dropping funnel was dropped into the reaction system over 1 hour. After completion of the dropwise addition, the reaction mixture was stirred at 60 ° C. for 24 hours. After cooling the reaction mixture, insoluble matters were removed by filtration, and the filtrate was washed with water, 10 wt% aqueous sodium carbonate solution and saturated brine in that order, and the organic layer was extracted. The extracted organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the dried organic layer was filtered, and 2.5 g of activated carbon was added to the filtrate for decolorization treatment. After filtration, the filtrate was concentrated under reduced pressure, and the resulting residue was purified by silica gel column chromatography to obtain 9.96 g (yield: 85.0%) of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, which was the target product, as colorless. Obtained as a clear liquid.
得られた2−メチル−2−アダマンチルメタクリレートのIR、1H−NMR、13C−NMRのデータは以下の通りである。 The IR, 1 H-NMR, and 13 C-NMR data of the obtained 2-methyl-2-adamantyl methacrylate are as follows.
IR(neat、ν、cm−1):3102,2910,2862,1789,1713,1636,1448,1263,1172,1104,1045.
1H−NMR(CDCl3、δ、ppm):6.05(s,1H),5.49(s,1H),2.35〜1.34(m,17H),1.94(s,3H).
13C−NMR(CDCl3、δ、ppm):166.09,137.94,124.09,86.83,38.21,36.27,34.52,33.18,27.42,26.79,22.30,18.60.
1 H-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 6.05 (s, 1H), 5.49 (s, 1H), 2.35 to 1.34 (m, 17H), 1.94 (s, 3H).
13 C-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 166.09, 137.94, 124.09, 86.83, 38.21, 36.27, 34.52, 33.18, 27.42, 26 79, 22.30, 18.60.
〔合成例2〕:γ−ブチロラクトン−2−イルメタクリレートの合成
還流冷却器、塩化カルシウム管、温度計、滴下漏斗を備え付けた200mL3つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン8.68g(85.0mmol)、トリエチルアミン15.18g(150.0mmol)、メチルイソブチルケトン(MIBK)100mLを加え、室温で撹拌した。予め滴下漏斗に入れてあったメタクリル酸クロリド10.45g(100.0mmol)を反応系内に1.5時間かけて滴下した。滴下終了後、反応混合物を室温で24時間撹拌した。反応混合物から不溶物を濾過する事により除去し、濾液を水、10重量%炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で順に洗浄し、有機層を抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウム上にて乾燥し、乾燥後の有機層を濾過し、濾液に活性炭3.5gを加え、脱色処理を行った。濾過後、濾液を減圧下濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製する事により、目的物であるγ−ブチロラクトン−2−イルメタクリレート11.92g(収率82.4%)を淡黄色透明液体として得た。
[Synthesis Example 2]: Synthesis of γ-butyrolactone-2-yl methacrylate A stirrer was placed in a 200 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser, a calcium chloride tube, a thermometer, and a dropping funnel, and α-hydroxy-γ-butyrolactone was added. 8.68 g (85.0 mmol), triethylamine 15.18 g (150.0 mmol), and methyl isobutyl ketone (MIBK) 100 mL were added and stirred at room temperature. 10.45 g (100.0 mmol) of methacrylic acid chloride previously placed in the dropping funnel was dropped into the reaction system over 1.5 hours. After completion of the dropwise addition, the reaction mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Insoluble matters were removed from the reaction mixture by filtration, and the filtrate was washed successively with water, 10 wt% aqueous sodium carbonate solution and saturated brine, and the organic layer was extracted. The extracted organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the dried organic layer was filtered, and 3.5 g of activated carbon was added to the filtrate for decolorization treatment. After filtration, the filtrate was concentrated under reduced pressure, and the resulting residue was purified by silica gel column chromatography to obtain 11.92 g (yield: 82.4%) of the target product, γ-butyrolactone-2-yl methacrylate. Obtained as a yellow clear liquid.
得られたγ−ブチロラクトン−2−イルメタクリレートのIR、1H−NMR、13C−NMRのデータは以下の通りである。 The IR, 1 H-NMR, and 13 C-NMR data of the obtained γ-butyrolactone-2-yl methacrylate are as follows.
IR(neat、ν、cm−1):3101,2987,2929,1786,1728,1637, 1454,1297,1155,1109.
1H−NMR(CDCl3、δ、ppm):6.22(s,1H),5.68(s,1H),5.48(t,1H),4.50(dd,1H),4.34(d,1H),2.75(dd,1H),2.35(d,1H),1.99(s,3H).
13C−NMR(CDCl3、δ、ppm):172.47,165.81,134.83,127.26,67.80,65.00,38.21,36.27,28.87,18.13.
1 H-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 6.22 (s, 1H), 5.68 (s, 1H), 5.48 (t, 1H), 4.50 (dd, 1H), 4 .34 (d, 1H), 2.75 (dd, 1H), 2.35 (d, 1H), 1.99 (s, 3H).
13 C-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 172.47, 165.81, 134.83, 127.26, 67.80, 65.00, 38.21, 36.27, 28.87, 18 .13.
〔実施例1〕:2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネートの合成(1)
還流冷却器、滴下漏斗、セプタムキャップ、アルゴンガス導入管を備え付けた300mL4つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、系内をアルゴンガスで置換した。セプタムキャップからエチルマグネシウムブロミド100mL(1.0M in THF、100.0mmol)をシリンジで系内に加え、室温で撹拌した。予め滴下漏斗に入れてあった二硫化炭素6.85g(90.0mmol)を反応系内に5分で滴下した。滴下終了後、反応混合物を40℃で2時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷却し、氷水250g中にゆっくりと添加する事により反応を停止した。水層をジエチルエーテルで3回洗浄し、不純物を有機層へ移動させ、除去した。さらに、洗浄した水層にジエチルエーテルを加え、濃塩酸を加えて酸性にする事により、有機層を抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウム上にて乾燥し、乾燥後の有機層を濾過し、濾液を減圧下濃縮する事により、ジチオプロピオン酸6.50g(収率68.0%)を深赤色液体として得た。得られたジチオプロピオン酸はそのまま次の反応に用いた。
Example 1 Synthesis of 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate (1)
A stirrer was placed in a 300 mL four-necked flask equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, a septum cap, and an argon gas introduction tube, and the system was replaced with argon gas. 100 mL (1.0 M in THF, 100.0 mmol) of ethylmagnesium bromide was added from the septum cap into the system with a syringe and stirred at room temperature. 6.85 g (90.0 mmol) of carbon disulfide previously placed in the dropping funnel was dropped into the reaction system in 5 minutes. After completion of the dropwise addition, the reaction mixture was stirred at 40 ° C. for 2 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature and quenched by slowly adding into 250 g of ice water. The aqueous layer was washed 3 times with diethyl ether, and impurities were transferred to the organic layer and removed. Furthermore, the organic layer was extracted by adding diethyl ether to the washed aqueous layer and adding concentrated hydrochloric acid to make it acidic. The extracted organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, the dried organic layer was filtered, and the filtrate was concentrated under reduced pressure to obtain 6.50 g (yield 68.0%) of dithiopropionic acid as a deep red liquid. Got as. The obtained dithiopropionic acid was used in the next reaction as it was.
還流冷却器、滴下漏斗、アルゴンガス導入管を備え付けた50mL3つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、系内をアルゴンガスで置換した。系内にジチオプロピオン酸2.50g(23.5mmol)、トルエン15mLを加え、室温で撹拌した。予め滴下漏斗に入れてあった(メタ)アクリロニトリル2.37g(35.3mmol)を反応系内に5分で滴下した。滴下終了後、反応混合物を80℃で24時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷却し、減圧下濃縮した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製する事により、2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネート1.86g(収率45.7%、全2段階の総収率31.1%)を赤色液体として得た。 A stirrer was placed in a 50 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, and an argon gas introduction tube, and the system was replaced with argon gas. In the system, 2.50 g (23.5 mmol) of dithiopropionic acid and 15 mL of toluene were added and stirred at room temperature. 2.37 g (35.3 mmol) of (meth) acrylonitrile previously placed in the dropping funnel was dropped into the reaction system in 5 minutes. After completion of the dropwise addition, the reaction mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature and concentrated under reduced pressure. By purifying the obtained residue by silica gel column chromatography, 1.86 g of 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate (yield 45.7%, total yield of all 2 steps 31.1%) was obtained. Obtained as a red liquid.
得られた2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネートのIR、1H−NMR、13C−NMRのデータは以下の通りである。 IR, 1 H-NMR, and 13 C-NMR data of the obtained 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate are as follows.
IR(neat、ν、cm−1):2979,2935,2876,2241,1454,1187.
1H−NMR(CDCl3、δ、ppm):3.43(q,2H),3.05(t,3H),1.40(s,6H).
13C−NMR(CDCl3、δ、ppm):121.24,45.22,38.43,24.93,17.77,15.40.
1 H-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 3.43 (q, 2H), 3.05 (t, 3H), 1.40 (s, 6H).
13 C-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 121.24, 45.22, 38.43, 24.93, 17.77, 15.40.
〔実施例2〕:2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネートの合成(2)
還流冷却器、滴下漏斗、アルゴンガス導入管を備え付けた50mL3つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、系内をアルゴンガスで置換した。系内に実施例1と同様にして得られたジチオプロピオン酸5.70g(53.7mmol)、トルエン50mLを加え、室温で撹拌した。予め滴下漏斗に入れてあったα−メチルスチレン9.51g(80.5mmol)を反応系内に15分で滴下した。滴下終了後、反応混合物を80℃で24時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷却し、減圧下濃縮した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製する事により、2−フェニルプロプ−2−イルジチオプロピオネート6.10g(収率50.6%)を赤色液体として得た。
Example 2 Synthesis of 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate (2)
A stirrer was placed in a 50 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, and an argon gas introduction tube, and the system was replaced with argon gas. In the system, 5.70 g (53.7 mmol) of dithiopropionic acid obtained in the same manner as Example 1 and 50 mL of toluene were added and stirred at room temperature. 9.51 g (80.5 mmol) of α-methylstyrene that had been put in the dropping funnel in advance was dropped into the reaction system in 15 minutes. After completion of the dropwise addition, the reaction mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was purified by silica gel column chromatography to obtain 6.10 g (yield 50.6%) of 2-phenylprop-2-yldithiopropionate as a red liquid.
得られた2−フェニルプロプ−2−イルジチオプロピオネートのIR、1H−NMR、13C−NMRのデータは以下の通りである。 The IR, 1 H-NMR, and 13 C-NMR data of the obtained 2-phenylprop-2-yldithiopropionate are as follows.
IR(neat、ν、cm−1):3087,3058,3024,2970,2932,2870,1447,1188.
1H−NMR(CDCl3、δ、ppm):7.49〜7.19(m,5H),2.83(q,2H),1.91(s,6H),1.25(t,3H).
13C−NMR(CDCl3、δ、ppm):140.02,127.85,126.85,126.38,55.69,46.14,27.96,15.45.
IR (neat, ν, cm −1 ): 3087, 3058, 3024, 2970, 2932, 2870, 1447, 1188.
1 H-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 7.49-7.19 (m, 5H), 2.83 (q, 2H), 1.91 (s, 6H), 1.25 (t, 3H).
13 C-NMR (CDCl 3 , δ, ppm): 140.02, 127.85, 126.85, 126.38, 55.69, 46.14, 27.96, 15.45.
還流冷却器、アルゴンガス導入管を備え付けた50mL3つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、系内をアルゴンガスで置換した。系内に上述の様にして得られた2−フェニルプロプ−2−イルジチオプロピオネート5.61g(25.0mmol)、AIBN8.21g(50.0mmol)、トルエン30mLを加え、80℃で24時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷却し、減圧下濃縮した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製する事により、2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネート1.70g(収率39.2%、全3段階の総収率13.5%)を赤色液体として得た。 A stirrer was placed in a 50 mL three-necked flask equipped with a reflux condenser and an argon gas introduction tube, and the system was replaced with argon gas. To the system, 5.61 g (25.0 mmol) of 2-phenylprop-2-yldithiopropionate obtained as described above, 8.21 g (50.0 mmol) of AIBN, and 30 mL of toluene were added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours. Stir for hours. The reaction mixture was cooled to room temperature and concentrated under reduced pressure. By purifying the obtained residue by silica gel column chromatography, 1.70 g of 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate (yield: 39.2%, total yield of all three steps: 13.5%) was obtained. Obtained as a red liquid.
得られた2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネートのIR、1H−NMR、13C−NMRのデータは実施例1と同様であった。
〔実施例3〕:脂環式炭化水素基含有重合体の合成(1)
撹拌子を入れた反応容器内に2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート4.68g(20.0mmol)、γ−ブチロラクトン−2−イルメタクリレート3.40g(20.0mol)、AIBN0.50g(3.0mmol)、2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネート0.52g(3.0mmol)、1,4−ジオキサン20mLを仕込み、アルゴン雰囲気下80℃で6時間撹拌した。反応後、メタノール400mL中に滴下して生成した沈殿物をガラスフィルターで濾別した。回収した沈殿物を減圧乾燥後、テトラヒドロフランに溶解させ、最沈殿、乾燥操作を繰り返す事により、共重合体5.80g(転化率71.8%)を白色粉末として得た。
[Example 3]: Synthesis of alicyclic hydrocarbon group-containing polymer (1)
In a reaction vessel containing a stirring bar, 4.68 g (20.0 mmol) of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 3.40 g (20.0 mol) of γ-butyrolactone-2-yl methacrylate, 0.50 g of AIBN (3.0 mmol) ), 0.52 g (3.0 mmol) of 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate and 20 mL of 1,4-dioxane, and stirred at 80 ° C. for 6 hours under an argon atmosphere. After the reaction, the precipitate formed by dropping into 400 mL of methanol was filtered off with a glass filter. The recovered precipitate was dried under reduced pressure and then dissolved in tetrahydrofuran, and the precipitation and drying operations were repeated to obtain 5.80 g of a copolymer (conversion rate: 71.8%) as a white powder.
得られた共重合体の平均共重合組成比(モル%)はアダマンチル部位:ラクトン部位=52.5:47.5、重量平均分子量(Mw)は5000、数平均分子量(Mn)は3700、多分散度(Mw/Mn)は1.35であった。また、この共重合体の波長193nmにおける透過率は79.0%、波長589nmにおける屈折率は1.62であった。 The average copolymer composition ratio (mol%) of the obtained copolymer was adamantyl moiety: lactone moiety = 52.5: 47.5, weight average molecular weight (Mw) was 5000, number average molecular weight (Mn) was 3700, and many The dispersity (Mw / Mn) was 1.35. Further, this copolymer had a transmittance of 79.0% at a wavelength of 193 nm and a refractive index of 1.62 at a wavelength of 589 nm.
〔実施例4〕:脂環式炭化水素基含有重合体の合成(2)
撹拌子を入れた反応容器内に2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート4.68g(20.0mmol)、γ−ブチロラクトン−2−イルメタクリレート3.40g(20.0mol)、AIBN0.50g(3.0mmol)、2−シアノプロプ−2−イルジチオプロピオネート0.52g(3.0mmol)、1,4−ジオキサン20mLを仕込み、アルゴン雰囲気下80℃で12時間撹拌した。反応後、メタノール400mL中に滴下して生成した沈殿物をガラスフィルターで濾別した。回収した沈殿物を減圧乾燥後、テトラヒドロフランに溶解させ、最沈殿、乾燥操作を繰り返す事により、共重合体4.61g(転化率57.0%)を白色粉末として得た。
[Example 4]: Synthesis of polymer containing alicyclic hydrocarbon group (2)
In a reaction vessel containing a stirring bar, 4.68 g (20.0 mmol) of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 3.40 g (20.0 mol) of γ-butyrolactone-2-yl methacrylate, 0.50 g of AIBN (3.0 mmol) ), 0.52 g (3.0 mmol) of 2-cyanoprop-2-yldithiopropionate and 20 mL of 1,4-dioxane, and stirred at 80 ° C. for 12 hours under an argon atmosphere. After the reaction, the precipitate formed by dropping into 400 mL of methanol was filtered off with a glass filter. The collected precipitate was dried under reduced pressure and then dissolved in tetrahydrofuran, and the precipitation and drying operations were repeated to obtain 4.61 g of a copolymer (conversion rate: 57.0%) as a white powder.
得られた共重合体の平均共重合組成比(モル%)はアダマンチル部位:ラクトン部位 = 51.3:48.7、重量平均分子量(Mw)は5300、数平均分子量(Mn)は3900、多分散度(Mw/Mn)は1.35であった。また、この共重合体の波長193nmにおける透過率は79.2%、波長589nmにおける屈折率は1.62であった。 The average copolymer composition ratio (mol%) of the obtained copolymer was adamantyl moiety: lactone moiety = 51.3: 48.7, the weight average molecular weight (Mw) was 5300, the number average molecular weight (Mn) was 3900, and many The dispersity (Mw / Mn) was 1.35. Further, this copolymer had a transmittance of 79.2% at a wavelength of 193 nm and a refractive index of 1.62 at a wavelength of 589 nm.
〔比較例1〕:脂環式炭化水素基含有重合体の合成(3)
撹拌子を入れた反応容器内に2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート4.68g(20.0mmol)、γ−ブチロラクトン−2−イルメタクリレート3.40g(20.0mol)、AIBN1.0g(6.0mmol)、1,4−ジオキサン20mLを仕込み、アルゴン雰囲気下80℃で6時間撹拌した。反応後、メタノール400mL中に滴下して生成した沈殿物をガラスフィルターで濾別した。回収した沈殿物を減圧乾燥後、テトラヒドロフランに溶解させ、最沈殿、乾燥操作を繰り返す事により、共重合体5.83g(転化率72.1%)を白色粉末として得た。
[Comparative Example 1]: Synthesis of alicyclic hydrocarbon group-containing polymer (3)
In a reaction vessel containing a stirring bar, 4.68 g (20.0 mmol) of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 3.40 g (20.0 mol) of γ-butyrolactone-2-yl methacrylate, 1.0 g of AIBN (6.0 mmol) ), 20 ml of 1,4-dioxane, and stirred at 80 ° C. for 6 hours under an argon atmosphere. After the reaction, the precipitate formed by dropping into 400 mL of methanol was filtered off with a glass filter. The collected precipitate was dried under reduced pressure and then dissolved in tetrahydrofuran, and the precipitation and drying operations were repeated to obtain 5.83 g of copolymer (conversion 72.1%) as a white powder.
得られた共重合体の平均共重合組成比(モル%)はアダマンチル部位:ラクトン部位 = 51.1:48.9、重量平均分子量(Mw)は6700、数平均分子量(Mn)は3000、多分散度(Mw/Mn)は2.23であった。また、この共重合体の波長193nmにおける透過率は80.4%、波長589nmにおける屈折率は1.62であった。 The average copolymer composition ratio (mol%) of the obtained copolymer was adamantyl moiety: lactone moiety = 51.1: 48.9, weight average molecular weight (Mw) was 6700, number average molecular weight (Mn) was 3000, and many The dispersity (Mw / Mn) was 2.23. Further, this copolymer had a transmittance of 80.4% at a wavelength of 193 nm and a refractive index of 1.62 at a wavelength of 589 nm.
本発明によれば、狭分散性で且つ、対応する波長に対して高い透過率を有するといった基本特性に優れたレジスト樹脂を簡便な工程で製造することが可能である。したがって、本発明の重合体は、今後さらに技術が発展していくであろうと思われる半導体素子等における微細化に対応する短波長紫外線に適応可能なレジスト材料として好適に用いることができる。
According to the present invention, it is possible to produce a resist resin having excellent basic characteristics such as narrow dispersibility and high transmittance for a corresponding wavelength by a simple process. Therefore, the polymer of the present invention can be suitably used as a resist material that can be applied to short-wavelength ultraviolet light corresponding to miniaturization in semiconductor elements and the like that are expected to further develop technology in the future.
Claims (8)
酸解離性基を有し、アルカリ不溶性またはアルカリ難溶性である、脂環式炭化水素基含有重合体。 A polymer obtained by conducting living radical polymerization using the chain transfer agent according to any one of claims 1 to 3,
An alicyclic hydrocarbon group-containing polymer which has an acid dissociable group and is alkali-insoluble or alkali-insoluble.
The polymer according to claims 4 to 7, which is a resist resin.
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2006
- 2006-03-14 JP JP2006068739A patent/JP2007246588A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013010956A (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-17 | Dow Global Technologies Llc | Polymer composition, and photoresist comprising the same |
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