JP2013227269A - Acrylic ester derivative - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクリル酸エステル系誘導体に関する。より詳細には、アセタール骨格とノルボルナンスルトン骨格等を併せ持つアクリル酸エステル系誘導体に関する。 The present invention relates to an acrylate derivative. More specifically, the present invention relates to an acrylate derivative having both an acetal skeleton and a norbornane sultone skeleton.
近年、集積回路素子製造に代表される電子デバイス製造分野においては、デバイスの高集積化に対する要求が高まっており、そのため、微細パターン形成のためのフォトリソグラフィー技術が必要とされている。
微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザーや、ArFエキシマレーザーを用いた半導体素子の量産が開始されている。また、これらエキシマレーザーより短波長のF2エキシマレーザー、電子線、EUV(極紫外線)やX線などについても検討が行われている。
レジスト材料には、これらの露光光源に対する感度、微細な寸法のパターンを再現できる解像性などのリソグラフィー特性が求められる。
このような要求を満たすレジスト材料として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が変化する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤とを含有する化学増幅型レジストが用いられている。化学増幅型レジストの基材成分としては、主に、樹脂(ベース樹脂)が用いられている。
たとえばポジ型の化学増幅型レジストは、ベース樹脂として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大する樹脂を含有しており、レジストパターン形成時に、露光により酸発生剤から酸が発生すると、該酸の作用により該ベース樹脂のアルカリ現像液に対する溶解性が増大する(たとえば特許文献1参照)。
また、ネガ型の化学増幅型レジストとしては、ベース樹脂として、アルカリ現像液に可能性の樹脂(アルカリ可溶性樹脂)を含有し、さらに架橋剤が配合されたものが一般的に用いられている。かかるレジスト組成物は、レジストパターン形成時に、露光により酸発生剤から酸が発生すると、該酸の作用によりベース樹脂と架橋剤とが反応し、該ベース樹脂のアルカリ現像液に対する溶解性が低下する(たとえば非特許文献1および2参照)。
現在、ArFエキシマレーザーリソグラフィー等において使用されるレジストのベース樹脂としては、波長193nm付近における透明性に優れることから、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を主鎖に有する樹脂(アクリル系樹脂)が主に用いられている。
また、フォトレジスト組成物用の高分子化合物としては、アクリロイルオキシ基から連結基を介してノルボルナンラクトン骨格やノルボルナンスルトン骨格を有する構成単位から形成される高分子化合物なども提案されている(特許文献2および3参照)。
In recent years, in the field of electronic device manufacturing typified by integrated circuit element manufacturing, there has been an increasing demand for higher integration of devices, and therefore, a photolithography technique for forming a fine pattern is required.
As a technique for miniaturization, the wavelength of an exposure light source is generally shortened. Specifically, conventionally, ultraviolet rays typified by g-line and i-line have been used, but at present, mass production of semiconductor elements using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser has started. In addition, studies have been made on F 2 excimer lasers, electron beams, EUV (extreme ultraviolet rays), X-rays, and the like having shorter wavelengths than these excimer lasers.
Resist materials are required to have lithography characteristics such as sensitivity to these exposure light sources and resolution capable of reproducing patterns with fine dimensions.
As a resist material satisfying such requirements, a chemically amplified resist containing a base material component whose solubility in an alkaline developer is changed by the action of an acid and an acid generator that generates an acid upon exposure is used. . Resin (base resin) is mainly used as the base component of the chemically amplified resist.
For example, a positive chemically amplified resist contains, as a base resin, a resin whose solubility in an alkaline developer is increased by the action of an acid. When a resist pattern is formed, an acid is generated from an acid generator by exposure. The solubility of the base resin in an alkaline developer is increased by the action of the acid (see, for example, Patent Document 1).
Moreover, as a negative chemically amplified resist, a base resin that contains a possible resin (alkali-soluble resin) in an alkaline developer and further contains a crosslinking agent is generally used. In such a resist composition, when an acid is generated from an acid generator upon exposure at the time of forming a resist pattern, the base resin and the crosslinking agent react due to the action of the acid, and the solubility of the base resin in an alkaline developer decreases. (For example, refer nonpatent literature 1 and 2.).
Currently, as a resist base resin used in ArF excimer laser lithography and the like, a resin having a structural unit derived from (meth) acrylic acid ester in the main chain (acrylic resin) is excellent in transparency near a wavelength of 193 nm. Resin) is mainly used.
Further, as a polymer compound for a photoresist composition, a polymer compound formed from a structural unit having a norbornane lactone skeleton or a norbornane sultone skeleton through a linking group from an acryloyloxy group has also been proposed (Patent Literature). 2 and 3).
今後、リソグラフィー技術のさらなる進歩および応用分野の拡大等が予想されるなか、リソグラフィー用途に使用できる新規な材料開発が求められている。パターンの微細化が進むにつれ、解像性、ラインウィドゥスラフネス(Line Width Roughness;LWR)等の種々のリソグラフィー特性およびパターン形状がこれまで以上に改善されるようなフォトレジスト材料が切望されている。そのため、フォトレジスト組成物に含有させる高分子化合物の構成単位となり得る新規な化合物(モノマー)の開発そのものが重要となっている。
従って、本発明の課題は、フォトレジスト組成物に含有させる高分子化合物の構成単位の1つとしたときに、LWRなどのリソグラフィー特性に優れ、高解像度となり得る新規なアクリル酸エステル系誘導体を提供することにある。
In the future, development of new materials that can be used for lithography applications is demanded as further advancement of lithography technology and expansion of application fields are expected. As pattern miniaturization progresses, a photoresist material is desired that has improved various lithography properties such as resolution and line width roughness (LWR) and pattern shape more than ever. . Therefore, the development itself of a new compound (monomer) that can be a structural unit of a polymer compound to be contained in a photoresist composition is important.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel acrylate derivative that is excellent in lithographic properties such as LWR and can have high resolution when used as one of the structural units of a polymer compound contained in a photoresist composition. There is.
本発明は、下記[1]〜[3]に関する。
[1]下記一般式(1)
The present invention relates to the following [1] to [3].
[1] The following general formula (1)
で示されるアクリル酸エステル系誘導体[以下、アクリル酸エステル系誘導体(1)と称する。]。
[2]一般式(1)中、R1が水素原子である、上記[1]のアクリル酸エステル系誘導体。
[3]一般式(1)中、Xがメチレン基、エチレン基または酸素原子である、上記[1]または[2]のアクリル酸エステル系誘導体。
An acrylic ester derivative represented by the formula [hereinafter referred to as an acrylic ester derivative (1). ].
[2] The acrylate derivative of the above [1], wherein R 1 is a hydrogen atom in the general formula (1).
[3] The acrylate ester derivative of the above [1] or [2], wherein, in the general formula (1), X is a methylene group, an ethylene group or an oxygen atom.
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)を含有する原料を重合して得られる高分子化合物を用いたフォトレジスト組成物は、193nm付近における透明性に優れる。さらに、該フォトレジスト組成物が適度なアルカリ可溶性を有し、溶解速度のコントロールが可能であるため、フォトレジストパターンの膨潤やパターン倒れ(毛細管現象の影響で現像時にフォトレジストパターンが倒れること。)を防止し、従来よりもLWRが改善されて高解像度のフォトレジストパターンを形成することができる。 The photoresist composition using the polymer compound obtained by polymerizing the raw material containing the acrylic ester derivative (1) of the present invention is excellent in transparency around 193 nm. Further, since the photoresist composition has an appropriate alkali solubility and the dissolution rate can be controlled, the photoresist pattern swells and collapses (the photoresist pattern collapses during development due to the effect of capillary action). , And the LWR is improved as compared with the prior art, so that a high-resolution photoresist pattern can be formed.
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)を、フォトレジスト組成物に含有させる高分子化合物の構成単位の1つとしたときに、LWRなどのリソグラフィー特性に優れ、高解像度が得られる。以下、該アクリル酸エステル系誘導体(1)について詳細に説明する。 When the acrylic ester derivative (1) of the present invention is one of the constituent units of a polymer compound contained in the photoresist composition, it is excellent in lithography characteristics such as LWR and high resolution can be obtained. Hereinafter, the acrylic ester derivative (1) will be described in detail.
[アクリル酸エステル系誘導体(1)]
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)は、下記一般式(1)で示されるものである。
[Acrylate ester derivative (1)]
The acrylic ester derivative (1) of the present invention is represented by the following general formula (1).
一般式(1)中、R1およびR2が表す炭素数1〜5のアルキル基としては、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、n−ペンチル基、イソペンチル基、s−ペンチル基、t−ペンチル基などが挙げられる。中でも、アクリル酸エステル系誘導体(1)の極性の観点から、炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R2が表す炭素数1〜5のハロゲン化アルキル基としては、上記炭素数1〜5のアルキル基の一部または全部が、フッ素原子などのハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましく、ハロゲン化アルキル基としては、トリフルオロメチル基が好ましい。
R1としては、LWRの改善効果および高解像度のフォトレジストパターンを得る観点から、水素原子またはメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。また、R2としては、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子またはメチル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
In the general formula (1), examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms represented by R 1 and R 2 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, t- A butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, s-pentyl group, t-pentyl group and the like can be mentioned. Among these, from the viewpoint of the polarity of the acrylate derivative (1), an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable, and a methyl group is more preferable.
Examples of the halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms represented by R 2 include a group in which part or all of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is substituted with a halogen atom such as a fluorine atom. The halogen atom is preferably a fluorine atom, and the halogenated alkyl group is preferably a trifluoromethyl group.
R 1 is preferably a hydrogen atom or a methyl group, more preferably a hydrogen atom, from the viewpoint of improving the LWR and obtaining a high-resolution photoresist pattern. R 2 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, more preferably a hydrogen atom or a methyl group, and even more preferably a methyl group.
一般式(1)中、Xが表す酸素原子若しくは硫黄原子を含んでいてもよい炭素数1〜5のアルキレン基としては、例えばメチレン基、エタン−1,2−ジイル基(エチレン基)、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基等の炭素数1〜5のアルキレン基;2−オキサエタン−1,2−ジイル基、2−オキサプロパン−1,3−ジイル基、3−オキサペンタン−1,5−ジイル基等の酸素原子を含む炭素数1〜5のアルキレン基;2−チオエタン−1,2−ジイル基、2−チオプロパン−1,3−ジイル基、3−チオペンタン−1,5−ジイル基等の硫黄原子を含む炭素数1〜5のアルキレン基が挙げられる。
中でも、Xとしては、LWRの改善効果および高解像度のフォトレジストパターンを得る観点から、メチレン基、エチレン基、酸素原子が好ましく、メチレン基がより好ましい。
In the general formula (1), examples of the alkylene group having 1 to 5 carbon atoms which may contain an oxygen atom or a sulfur atom represented by X include a methylene group, an ethane-1,2-diyl group (ethylene group), and propane. -1,2-diyl group, propane-1,3-diyl group, butane-1,4-diyl group, pentane-1,5-diyl group and other alkylene groups having 1 to 5 carbon atoms; 2-oxaethane-1 , 2-diyl group, 2-oxapropane-1,3-diyl group, 3-oxapentane-1,5-diyl group and the like, an alkylene group containing 1 to 5 carbon atoms, such as 2-thioethane-1, C1-C5 alkylene groups containing sulfur atoms, such as 2-diyl group, 2-thiopropane-1,3-diyl group, 3-thiopentane-1,5-diyl group, are mentioned.
Among them, X is preferably a methylene group, an ethylene group, or an oxygen atom, more preferably a methylene group, from the viewpoint of improving the LWR and obtaining a high-resolution photoresist pattern.
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)を単独で重合してなる重合体またはアクリル酸エステル系誘導体(1)と他の重合性化合物とを共重合してなる共重合体は、フォトレジスト組成物(特にポジ型フォトレジスト組成物)用の高分子化合物として有用である。該高分子化合物を含有するフォトレジスト組成物を用いることによって、LWRが小さく、良好な形状のレジストパターンを形成できる(高解像度が得られる)、という効果を有する。かかる効果が得られる理由については、以下のように推測される。
高分子化合物中のアクリル酸エステル系誘導体(1)に由来する構成単位が下記アセタール構造
A polymer obtained by polymerizing the acrylic ester derivative (1) of the present invention alone or a copolymer obtained by copolymerizing the acrylic ester derivative (1) with another polymerizable compound is a photoresist composition. It is useful as a polymer compound for products (especially positive photoresist compositions). By using a photoresist composition containing the polymer compound, there is an effect that a LWR is small and a resist pattern having a good shape can be formed (high resolution can be obtained). The reason why such an effect is obtained is estimated as follows.
The structural unit derived from the acrylate derivative (1) in the polymer compound has the following acetal structure:
を含んでいるため、酸の作用によって解離しやすく、当該酸解離性溶解抑制基の解離効率が向上する。これにより、未露光部と露光部とのアルカリ現像液に対する溶解性の差(溶解コントラスト)が、従来のポジ型レジスト組成物と比べて大きくなり、高解像度が得られるためと考えられる。
さらに、該高分子化合物がノルボルナンスルトン骨格を含むことにより、従来のアセタール型酸解離性溶解抑制基に比べて嵩高い構造を有するため、パターン倒れや膜減りなどが抑制され、良好な形状のフォトレジストパターンが形成されやすいと考えられる。良好なフォトレジストパターン形状が得られる要因の一つとして、極性基である−SO2−を含む環状基を有することにより、露光や酸処理後において残存する酸の拡散を抑制することが可能となり、現像工程において現像液との親和性が向上するため、LWR等のリソグラフィー特性が向上すると推測される。
以上の理由により、LWR等のリソグラフィー特性の向上と高解像度の両立が成し遂げられたものと推測する。なお、−SO2−を含む環状基が直接アクリロイルオキシ基に結合している化合物や、−SO2−を含む環状基が長い連結基を介してアクリロイルオキシ基に結合している化合物が知られているが、本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)は、それらよりもLWR等のリソグラフィー特性および解像度においてより優れた結果が得られており、このことは、上記アセタール構造と−SO2−を含む環状基との組み合わせが重要であることを示している。
Therefore, it is easily dissociated by the action of an acid, and the dissociation efficiency of the acid dissociable, dissolution inhibiting group is improved. Thereby, it is considered that the difference in solubility (dissolution contrast) between the unexposed portion and the exposed portion in the alkaline developer becomes larger than that of the conventional positive resist composition, and high resolution can be obtained.
Furthermore, since the polymer compound contains a norbornane sultone skeleton, it has a bulky structure as compared with the conventional acetal type acid dissociable, dissolution inhibiting group, so that pattern collapse and film loss are suppressed, and a photo of a good shape is obtained. It is considered that a resist pattern is easily formed. As one of the factors for obtaining a good photoresist pattern shape, it is possible to suppress the diffusion of the acid remaining after exposure or acid treatment by having a cyclic group containing —SO 2 — which is a polar group. Since the affinity with the developer is improved in the development process, it is presumed that the lithography properties such as LWR are improved.
For the above reasons, it is assumed that the improvement of the lithography characteristics such as LWR and the high resolution have been achieved. In addition, a compound in which a cyclic group containing —SO 2 — is directly bonded to an acryloyloxy group and a compound in which a cyclic group containing —SO 2 — is bonded to an acryloyloxy group via a long linking group are known. However, the acrylate derivative (1) of the present invention has a better result in lithography properties such as LWR and resolution than those, and this indicates that the acetal structure and the —SO 2 — The combination with a cyclic group containing is shown to be important.
(アクリル酸エステル系誘導体(1)の製造方法)
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)は、以下に示すように、例えば、アルコール誘導体(3)とアルデヒド化合物(4)を酸の存在下で反応させてアルキルエーテル化合物(2)を製造し(第一工程)、次いで該アルキルエーテル化合物(2)をエステル化する(第二工程)ことにより製造できる。
(Method for producing acrylic ester derivative (1))
As shown below, the acrylic ester derivative (1) of the present invention is produced by reacting, for example, an alcohol derivative (3) and an aldehyde compound (4) in the presence of an acid to produce an alkyl ether compound (2). Next, it can be produced by esterifying the alkyl ether compound (2) (second step).
(第一工程)
第一工程で原料として使用できるアルコール誘導体(3)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。
(First step)
Although the specific example of the alcohol derivative (3) which can be used as a raw material at a 1st process is shown below, it is not specifically limited to these.
第一工程で使用するアルコール誘導体(3)の製造方法については特に制限はなく、公知の方法によって製造できる。例えば、2−クロロエタンスルホニルクロリドとシクロペンタジエンから製造できるノルボルネンスルホニルクロリドの加水分解を行ってスルホン酸誘導体へと変換し、その後、酸化剤で処理することで製造できる(国際公開第2010/026974号参照)。 There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of alcohol derivative (3) used at a 1st process, It can manufacture by a well-known method. For example, it can be produced by hydrolyzing norbornenesulfonyl chloride, which can be produced from 2-chloroethanesulfonyl chloride and cyclopentadiene, to be converted into a sulfonic acid derivative and then treated with an oxidizing agent (see International Publication No. 2010/026974). ).
また、第一工程で原料として使用するアルデヒド化合物(4)としては、例えばホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ピバルアルデヒドなどが挙げられる。中でも、LWRの改善効果および高解像度のフォトレジストパターンを得る観点から、ホルムアルデヒド、プロピオンアルデヒド、イソブチルアルデヒドが好ましく、ホルムアルデヒドがより好ましい。なお、ホルムアルデヒドとしては、前駆体であるパラホルムアルデヒドを用いることが好ましい。
アルデヒド化合物(4)の使用量は、アルコール誘導体(3)1モルに対して、0.7〜10モルが好ましく、1〜10モルがより好ましく、1.2〜5モルがさらに好ましく、1.4〜2モルが特に好ましい。
Examples of the aldehyde compound (4) used as a raw material in the first step include formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, isobutyraldehyde, and pivalaldehyde. Of these, formaldehyde, propionaldehyde, and isobutyraldehyde are preferable, and formaldehyde is more preferable, from the viewpoint of improving the LWR and obtaining a high-resolution photoresist pattern. In addition, it is preferable to use paraformaldehyde which is a precursor as formaldehyde.
The amount of the aldehyde compound (4) used is preferably 0.7 to 10 mol, more preferably 1 to 10 mol, further preferably 1.2 to 5 mol, relative to 1 mol of the alcohol derivative (3). 4 to 2 mol is particularly preferred.
第一工程で使用する酸としては、例えば塩化水素ガス、ヨウ化水素ガスなどのハロゲン化水素ガス;塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸などのハロゲン化水素酸;前記以外の、硫酸や硝酸などの無機酸またはその水溶液;メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、トリクロロ酢酸などの有機酸が挙げられる。なお、水の存在が反応の進行を抑制するおそれがあるため、酸としては水溶液ではないものを使用することが好ましい。中でも、アルコール誘導体(3)とアルデヒド化合物(4)の反応性の観点からは、ハロゲン化水素ガスが好ましく、生成するアルキルエーテル化合物(2)の安定性の観点からは、塩化水素ガスがより好ましい。つまり、一般式(2)中のYは、好ましくは塩素原子である。Yが塩素原子であると、アルキルエーテル化合物(2)の製造が容易であり、且つ、後述するアクリル酸エステル系誘導体(1)の製造が容易となる。
酸の使用量は、アルコール誘導体(3)1モルに対して、1〜30モルが好ましく、3〜15モルがより好ましく、アルコール誘導体(3)の消失が確認されるまで追加するのがさらに好ましい。なお、アルコール誘導体(3)の消失は、ガスクロマトグラフィーにて容易に確認できる。
Examples of the acid used in the first step include hydrogen halide gases such as hydrogen chloride gas and hydrogen iodide gas; hydrohalic acids such as hydrochloric acid, hydrobromic acid and hydroiodic acid; Examples thereof include inorganic acids such as nitric acid or aqueous solutions thereof; organic acids such as methanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and trichloroacetic acid. In addition, since there exists a possibility that presence of water may suppress progress of reaction, it is preferable to use what is not aqueous solution as an acid. Among these, hydrogen halide gas is preferable from the viewpoint of the reactivity between the alcohol derivative (3) and the aldehyde compound (4), and hydrogen chloride gas is more preferable from the viewpoint of the stability of the generated alkyl ether compound (2). . That is, Y in the general formula (2) is preferably a chlorine atom. When Y is a chlorine atom, the alkyl ether compound (2) can be easily produced, and the acrylic ester derivative (1) described later can be easily produced.
As for the usage-amount of an acid, 1-30 mol is preferable with respect to 1 mol of alcohol derivatives (3), 3-15 mol is more preferable, It is still more preferable to add until the loss | disappearance of an alcohol derivative (3) is confirmed. . The disappearance of the alcohol derivative (3) can be easily confirmed by gas chromatography.
第一工程は、通常、溶媒の存在下に実施する。該溶媒としては、反応を阻害しない限り特に制限はなく、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン、シメンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレン、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化水素;テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテルが挙げられる。中でも、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルムが好ましく、ジクロロメタンがより好ましい。溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。中でも、ハロゲン化炭化水素が好ましく、塩化メチレンがより好ましい。
溶媒の使用量は、アルコール誘導体(3)1質量部に対して、2質量部以上であるのが好ましく、4〜30質量部であるのがより好ましく、9〜20質量部であるのがさらに好ましい。
The first step is usually performed in the presence of a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction, and examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, and octane; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, and cymene; methylene chloride, dichloroethane, chloroform, four Halogenated hydrocarbons such as carbon chloride; ethers such as tetrahydrofuran and diisopropyl ether. Of these, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, and chloroform are preferable, and dichloromethane is more preferable. A solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Of these, halogenated hydrocarbons are preferable, and methylene chloride is more preferable.
The amount of the solvent used is preferably 2 parts by mass or more, more preferably 4 to 30 parts by mass, and further 9 to 20 parts by mass with respect to 1 part by mass of the alcohol derivative (3). preferable.
第一工程の反応温度は、使用するアルコール誘導体(3)、アルデヒド化合物(4)、酸や溶媒の種類などによっても異なるが、通常、原料および酸の溶解性の観点から、好ましくは−20〜30℃、より好ましくは−10〜10℃、さらに好ましくは−10〜5℃である。第一工程の反応圧力に特に制限はないが、常圧下に実施するのが簡便で好ましい。
第一工程の反応時間には特に制限はない。通常、アルコール誘導体(3)の消失が確認されるまで反応させるのが好ましい。
The reaction temperature in the first step varies depending on the type of alcohol derivative (3), aldehyde compound (4), acid or solvent used, etc., but usually from the viewpoint of solubility of raw materials and acids, it is preferably -20 to 20. 30 ° C., more preferably −10 to 10 ° C., still more preferably −10 to 5 ° C. Although there is no restriction | limiting in particular in the reaction pressure of a 1st process, It is simple and preferable to implement under a normal pressure.
There is no restriction | limiting in particular in the reaction time of a 1st process. Usually, it is preferable to react until the disappearance of the alcohol derivative (3) is confirmed.
第一工程における反応操作方法には特に制限はない。原料、酸および溶媒などの投入方法および順序にも特に制限はなく、任意の方法および順序で添加できる。具体的な反応操作方法としては、例えば、回分式反応器に、アルコール誘導体(3)、溶媒およびアルデヒド化合物(4)を仕込み、得られた混合液に所定温度で酸を添加する方法が好ましい。なお、酸としてハロゲン化水素ガスを用いる場合は、該ガスを混合液へ吹き込む方法が好ましく採用される。
また、第一工程は、水の不存在下に実施することが好ましいが、特に原料や溶媒に脱水処理を施したり、反応系内を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下にしなくとも、十分に反応を進行させることができる。
There is no restriction | limiting in particular in the reaction operation method in a 1st process. There is no restriction | limiting in particular also in the addition methods and order of a raw material, an acid, a solvent, etc., It can add in arbitrary methods and order. As a specific reaction operation method, for example, a method in which an alcohol derivative (3), a solvent and an aldehyde compound (4) are charged in a batch reactor and an acid is added to the obtained mixed solution at a predetermined temperature is preferable. In addition, when using hydrogen halide gas as an acid, the method of blowing this gas into a liquid mixture is employ | adopted preferably.
The first step is preferably carried out in the absence of water. However, it is not necessary to perform dehydration treatment on the raw material or solvent, or to bring the reaction system into an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. The reaction can proceed.
第一工程で得られた反応混合物からのアルキルエーテル化合物(2)の分離、精製は、有機化合物の分離、精製に一般的に用いられる方法により行うことができる。例えば、反応終了後、有機層を濃縮することによりアルキルエーテル化合物(2)を分離でき、濃縮液をそのまま第二工程に用いてもよいし、必要に応じて、再結晶、蒸留、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製を行うことにより得られる高純度のアルキルエーテル化合物(2)を第二工程に用いてもよい。 Separation and purification of the alkyl ether compound (2) from the reaction mixture obtained in the first step can be performed by a method generally used for separation and purification of organic compounds. For example, after completion of the reaction, the alkyl ether compound (2) can be separated by concentrating the organic layer, and the concentrated solution may be used as it is in the second step, or, if necessary, recrystallization, distillation, silica gel column chromatography. You may use the high purity alkyl ether compound (2) obtained by refine | purifying by a graphic etc. for a 2nd process.
第一工程により得られるアルキルエーテル化合物(2)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Although the specific example of the alkyl ether compound (2) obtained by a 1st process is shown below, it is not specifically limited to these.
(第二工程)
第二工程のエステル化の方法に特に制限はないが、例えば、第一工程で得たアルキルエーテル化合物(2)と下記一般式(5)
(Second step)
Although there is no restriction | limiting in particular in the method of esterification of a 2nd process, For example, the alkyl ether compound (2) obtained at the 1st process, and following General formula (5)
で示されるアクリル酸系化合物(以下、アクリル酸系化合物(5)と称する。)を、好ましくは塩基の存在下に反応させる方法が挙げられる。 A method of reacting an acrylic acid compound represented by formula (hereinafter referred to as acrylic acid compound (5)), preferably in the presence of a base.
第二工程で使用するアクリル酸系化合物(5)の具体例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、2−(トリフルオロメチル)アクリル酸などが挙げられる。アクリル酸系化合物(5)の使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、アルキルエーテル化合物(2)1モルに対して0.7〜20モルであることが好ましく、0.7〜5モルであることがより好ましく、1〜5モルであることがさらに好ましい。 Specific examples of the acrylic acid compound (5) used in the second step include acrylic acid, methacrylic acid, 2- (trifluoromethyl) acrylic acid, and the like. The amount of the acrylic acid compound (5) used is preferably 0.7 to 20 mol with respect to 1 mol of the alkyl ether compound (2) from the viewpoint of economy and ease of post-treatment, More preferably, it is -5 mol, and it is further more preferable that it is 1-5 mol.
第二工程で使用し得る塩基としては、例えば水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ金属水素化物;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩;トリエチルアミン、トリブチルアミン、4−ジメチルアミノピリジンなどの第三級アミン;ピリジンなどの含窒素複素環式化合物などが挙げられる。中でも、弱塩基が好ましく、第三級アミン、含窒素複素環式化合物がより好ましく、第三級アミンがさらに好ましく、トリエチルアミンが特に好ましい。
塩基を使用する場合、その使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、アルキルエーテル化合物(2)1モルに対して、0.7〜5モルであることが好ましく、0.7〜3モルであることがより好ましく、1〜3モルであることがさらに好ましい。
Examples of the base that can be used in the second step include alkali metal hydrides such as sodium hydride and potassium hydride; alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkali metals such as sodium carbonate and potassium carbonate. Carbonates; tertiary amines such as triethylamine, tributylamine, 4-dimethylaminopyridine; and nitrogen-containing heterocyclic compounds such as pyridine. Among these, weak bases are preferable, tertiary amines and nitrogen-containing heterocyclic compounds are more preferable, tertiary amines are further preferable, and triethylamine is particularly preferable.
In the case of using a base, the amount used is preferably 0.7 to 5 mol with respect to 1 mol of the alkyl ether compound (2) from the viewpoints of economy and ease of post-treatment. More preferably, it is -3 mol, and it is further more preferable that it is 1-3 mol.
第二工程は、重合禁止剤の存在下または非存在下に実施できる。重合禁止剤としては、反応を阻害しない限りは特に限定はなく、例えばヒドロキノン、ベンゾキノン、トルキノンなどのキノン系化合物;2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2,4−ジ−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチル−4,6−ジメチルフェノール、p−tert−ブチルカテコール、4−メトキシフェノールなどのアルキルフェノール系化合物;フェノチアジンなどのアミン系化合物などが挙げられる。重合禁止剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。中でも、アルキルフェノール系化合物が好ましく、4−メトキシフェノールがより好ましい。
重合禁止剤を使用する場合、その使用量は、溶媒を含む反応混合物全体の質量に対して5質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下がさらに好ましい。
The second step can be performed in the presence or absence of a polymerization inhibitor. The polymerization inhibitor is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction. For example, quinone compounds such as hydroquinone, benzoquinone and tolquinone; 2,6-di-tert-butylphenol, 2,4-di-tert-butylphenol, 2 -Alkylphenol compounds such as -tert-butyl-4,6-dimethylphenol, p-tert-butylcatechol, 4-methoxyphenol; amine compounds such as phenothiazine. A polymerization inhibitor may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, alkylphenol compounds are preferable, and 4-methoxyphenol is more preferable.
When using a polymerization inhibitor, the amount used is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and further preferably 0.5% by mass or less, based on the total mass of the reaction mixture including the solvent.
第二工程は、通常、溶媒の存在下に実施する。該溶媒としては、反応を阻害しない限り特に制限はないが、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン、シメンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素;テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル;ジメチルホルムアミドなどのアミドが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。中でも、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素が好ましく、トルエン、塩化メチレンがより好ましい。
溶媒の使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、アルキルエーテル化合物(2)1質量部に対して、0.1〜20質量部であることが好ましく、0.1〜10質量部であることがより好ましい。
The second step is usually performed in the presence of a solvent. The solvent is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, and octane; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, and cymene; halogenated carbons such as methylene chloride and dichloroethane. Hydrogen; ethers such as tetrahydrofuran and diisopropyl ether; amides such as dimethylformamide. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Of these, aromatic hydrocarbons and halogenated hydrocarbons are preferable, and toluene and methylene chloride are more preferable.
It is preferable that the usage-amount of a solvent is 0.1-20 mass parts with respect to 1 mass part of alkyl ether compounds (2) from a viewpoint of economical efficiency and the ease of post-processing, and 0.1-10 masses. More preferably, it is a part.
第二工程の反応温度は、使用するアルキルエーテル化合物(2)、アクリル酸系化合物(5)、塩基、重合禁止剤や溶媒の種類などによっても異なるが、−50〜100℃であることが好ましく、アクリル酸系化合物(5)およびアクリル酸エステル系誘導体(1)の重合抑制の観点並びに原料や塩基等の溶媒への溶解性の観点から、−10〜50℃であることがより好ましく、−10〜15℃であることがさらに好ましく、0〜10℃であることが特に好ましい。第二工程の反応圧力に特に制限はないが、常圧下に実施するのが簡便で好ましい。 The reaction temperature in the second step varies depending on the type of alkyl ether compound (2), acrylic acid compound (5), base, polymerization inhibitor and solvent used, but is preferably -50 to 100 ° C. From the viewpoint of inhibiting the polymerization of the acrylic acid compound (5) and the acrylic ester derivative (1) and from the viewpoint of solubility in a solvent such as raw materials and bases, −10 to 50 ° C. is more preferable. More preferably, it is 10-15 degreeC, and it is especially preferable that it is 0-10 degreeC. Although there is no restriction | limiting in particular in the reaction pressure of a 2nd process, It is simple and preferable to implement under a normal pressure.
第二工程の反応時間は、使用するアルキルエーテル化合物(2)、アクリル酸系化合物(5)、塩基、重合禁止剤や溶媒の種類などによっても異なるが、通常、0.5時間〜48時間が好ましく、1時間〜24時間がより好ましい。 The reaction time in the second step varies depending on the type of alkyl ether compound (2), acrylic acid compound (5), base, polymerization inhibitor and solvent used, but usually 0.5 hours to 48 hours. Preferably, 1 hour to 24 hours are more preferable.
第二工程は、水の不存在下に実施することが好ましいが、特に原料や溶媒に脱水処理を施したり、反応系内を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下にしなくとも、十分に反応を進行させることができる。
逆に、第二工程は、水の添加により、反応を停止することができる。水の使用量は、過剰の塩基1モルに対して1モル以上であればよい。使用量が少ないと過剰の塩基を完全に分解できず、副生物を生じる場合がある。
The second step is preferably carried out in the absence of water, but the reaction can be carried out sufficiently even without subjecting the raw materials and solvent to a dehydration treatment or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas in the reaction system. Can be advanced.
Conversely, in the second step, the reaction can be stopped by adding water. The usage-amount of water should just be 1 mol or more with respect to 1 mol of excess bases. If the amount used is small, the excess base cannot be completely decomposed and a by-product may be produced.
第二工程における反応操作方法には特に制限はない。また、アルキルエーテル化合物(2)、アクリル酸系化合物(5)、重合禁止剤および溶媒などの投入方法・順序にも特に制限はなく、任意の方法・順序で添加できる。具体的な反応操作方法としては、例えば、回分式反応器に、アルキルエーテル化合物(2)、アクリル酸系化合物(5)および所望により溶媒や重合禁止剤を仕込み、こうして得られた混合液に、所定温度で塩基を添加(必要に応じて滴下)する方法が好ましい。 There is no restriction | limiting in particular in the reaction operation method in a 2nd process. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in addition method and order, such as an alkyl ether compound (2), an acrylic acid type compound (5), a polymerization inhibitor, and a solvent, It can add in arbitrary methods and order. As a specific reaction operation method, for example, a batch reactor is charged with an alkyl ether compound (2), an acrylic acid compound (5) and, if desired, a solvent and a polymerization inhibitor. A method of adding a base at a predetermined temperature (dropping if necessary) is preferred.
第二工程で得られた反応混合物からのアクリル酸エステル系誘導体(1)の分離、精製は、有機化合物の分離、精製に一般的に用いられる方法により行うことができる。例えば、反応終了後、反応混合物を中和した後、有機溶剤で抽出し、得られた有機層を濃縮することによりアクリル酸エステル系誘導体(1)を分離できる。必要に応じて、再結晶、蒸留、シリカゲルカラムクロマトグラフィーなどで精製して、高純度のアクリル酸エステル系誘導体(1)を得ることができる。
アクリル酸エステル系誘導体(1)は、単一のエナンチオマー、エナンチオマー混合物のいずれであっても、フォトレジスト組成物用高分子化合物の原料に好適に使用することができる。
Separation and purification of the acrylate derivative (1) from the reaction mixture obtained in the second step can be carried out by methods generally used for separation and purification of organic compounds. For example, after completion of the reaction, the reaction mixture is neutralized, extracted with an organic solvent, and the resulting organic layer can be concentrated to separate the acrylate derivative (1). As needed, it can refine | purify by recrystallization, distillation, silica gel column chromatography, etc., and can obtain a highly purified acrylic ester derivative (1).
The acrylic ester derivative (1) can be suitably used as a raw material for a polymer compound for a photoresist composition, regardless of whether it is a single enantiomer or a mixture of enantiomers.
アクリル酸エステル系誘導体(1)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the acrylic ester derivative (1) are shown below, but are not particularly limited thereto.
≪高分子化合物≫
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)を単独で重合してなる重合体またはアクリル酸エステル系誘導体(1)と他の重合性化合物とを共重合してなる共重合体は、フォトレジスト組成物用の高分子化合物として有用である。
該高分子化合物は、下記一般式(a0)で表される構成単位(a0)を有する。
≪Polymer compound≫
A polymer obtained by polymerizing the acrylic ester derivative (1) of the present invention alone or a copolymer obtained by copolymerizing the acrylic ester derivative (1) with another polymerizable compound is a photoresist composition. It is useful as a polymer compound for physical use.
The polymer compound has a structural unit (a0) represented by the following general formula (a0).
以下に、前記構成単位(a0)の具体例を示す。以下の各式中、R2は、好ましくは水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基である。 Specific examples of the structural unit (a0) are shown below. In the following formulas, R 2 is preferably a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
該高分子化合物は、アクリル酸エステル系誘導体(1)に基づく構成単位(a0)を、0モル%を超え100モル%含有し、LWRの改善効果および高解像度のフォトレジストパターンを得る観点から、好ましくは5〜80モル%、より好ましくは10〜70モル%、さらに好ましくは10〜50モル%含有する。
アクリル酸エステル系誘導体(1)と共重合させることができる他の重合性化合物(以下、共重合単量体と称する。)の具体例としては、例えば下記の化学式で示される化合物などが挙げられるが、特にこれらに限定されない。
The polymer compound contains the structural unit (a0) based on the acrylate derivative (1) in an amount of more than 0 mol% and 100 mol%, from the viewpoint of improving the LWR and obtaining a high-resolution photoresist pattern. Preferably it contains 5-80 mol%, More preferably, it is 10-70 mol%, More preferably, it contains 10-50 mol%.
Specific examples of other polymerizable compounds (hereinafter referred to as copolymerization monomers) that can be copolymerized with the acrylate derivative (1) include, for example, compounds represented by the following chemical formulas. However, it is not limited to these.
上記式(I)〜(X)中、R3は水素原子、炭素数1〜3のアルキル基または炭素数3〜10の環状炭化水素基を表し、R4は重合性基含有基を表す。R5は水素原子または−COOR6(R6は炭素数1〜3のアルキル基を表す。)を表す。R7およびR8はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表す。R9はアダマンチル基またはトリシクロデカニル基を示す。mは、1〜5の整数を表す。
共重合単量体において、R3およびR6が表す炭素数1〜3のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。R3が表す炭素数3〜10の環状炭化水素基としては、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などが挙げられる。また、R4が表す重合性基含有基中の重合性基としては、例えばアクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、ビニルスルホニル基などが挙げられる。
In the above formulas (I) to (X), R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyclic hydrocarbon group having 3 to 10 carbon atoms, and R 4 represents a polymerizable group-containing group. R 5 represents a hydrogen atom or —COOR 6 (R 6 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms). R 7 and R 8 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 9 represents an adamantyl group or a tricyclodecanyl group. m represents an integer of 1 to 5.
In the comonomer, examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms represented by R 3 and R 6 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group. Examples of the cyclic hydrocarbon group having 3 to 10 carbon atoms represented by R 3 include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group. Examples of the polymerizable group in the polymerizable group-containing group represented by R 4 include an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyl group, and a vinylsulfonyl group.
上記(I)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (I) are shown below, but are not particularly limited thereto.
上記(II)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (II) are shown below, but are not particularly limited thereto.
上記(III)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。
上記(IV)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Although the specific example of said (IV) is shown below, it is not specifically limited to these.
上記(V)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (V) are shown below, but are not particularly limited thereto.
上記(VI)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (VI) are shown below, but not limited thereto.
上記(VII)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (VII) are shown below, but are not particularly limited thereto.
上記(VIII)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (VIII) are shown below, but are not particularly limited thereto.
上記(IX)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Specific examples of the above (IX) are shown below, but not limited thereto.
上記(X)の具体例を以下に示すが、特にこれらに限定されない。 Although the specific example of said (X) is shown below, it is not specifically limited to these.
以上の中でも、共重合単量体としては、好ましくは上記式(I)、(II)、(IV)、(V)または(VII)で表される共重合単量体であり、より好ましくは、式(II)で表される共重合単量体および式(VII)で表される共重合単量体の併用である。 Among the above, the comonomer is preferably a comonomer represented by the above formula (I), (II), (IV), (V) or (VII), more preferably And a comonomer represented by the formula (II) and a comonomer represented by the formula (VII).
《高分子化合物の製造》
高分子化合物は、常法に従って、ラジカル重合により製造することができる。特に、分子量分布が小さい高分子化合物を合成する方法としては、リビングラジカル重合などを挙げることができる。
一般的なラジカル重合方法は、必要に応じて1種以上のアクリル酸エステル系誘導体(1)および必要に応じて1種以上の上記共重合単量体を、ラジカル重合開始剤および溶媒、並びに必要に応じて連鎖移動剤の存在下に重合させる。
ラジカル重合の実施方法には特に制限はなく、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法など、例えばアクリル系樹脂を製造する際に用いる慣用の方法を使用できる。
<< Manufacture of polymer compounds >>
The polymer compound can be produced by radical polymerization according to a conventional method. In particular, a method for synthesizing a polymer compound having a small molecular weight distribution includes living radical polymerization.
A general radical polymerization method includes a radical polymerization initiator and a solvent as well as one or more acrylic ester derivatives (1) and, if necessary, one or more of the above comonomer as necessary. And polymerizing in the presence of a chain transfer agent.
There is no restriction | limiting in particular in the implementation method of radical polymerization, For example, the usual method used when manufacturing acrylic resin, such as solution polymerization method, emulsion polymerization method, suspension polymerization method, block polymerization method, etc. can be used.
前記ラジカル重合開始剤としては、例えばt−ブチルヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシドなどのヒドロパーオキシド化合物;ジ−t−ブチルパーオキシド、t−ブチル−α−クミルパーオキシド、ジ−α−クミルパーオキシドなどのジアルキルパーオキシド化合物;ベンゾイルパーオキシド、ジイソブチリルパーオキシドなどのジアシルパーオキシド化合物;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、アゾビスイソ酪酸ジメチルなどのアゾ化合物などが挙げられる。
ラジカル重合開始剤の使用量は、重合反応に用いるアクリル酸エステル系誘導体(1)、共重合単量体、連鎖移動剤、溶媒の種類および使用量、重合温度などの重合条件に応じて適宜選択できるが、全重合性化合物[アクリル酸エステル系誘導体(1)と共重合単量体の合計量であり、以下同様である。]1モルに対して、通常、好ましくは0.005〜0.2モル、より好ましくは0.01〜0.15モルである。
Examples of the radical polymerization initiator include hydroperoxide compounds such as t-butyl hydroperoxide and cumene hydroperoxide; di-t-butyl peroxide, t-butyl-α-cumyl peroxide, di-α-cumi Dialkyl peroxide compounds such as ruperoxide; diacyl peroxide compounds such as benzoyl peroxide and diisobutyryl peroxide; 2,2′-azobisisobutyronitrile, dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, azobisiso Examples include azo compounds such as dimethyl butyrate.
The amount of radical polymerization initiator used is appropriately selected according to the polymerization conditions such as the acrylate derivative (1), copolymerization monomer, chain transfer agent, solvent used and the polymerization temperature used in the polymerization reaction. The total amount of all polymerizable compounds [acrylic ester derivative (1) and comonomer, and so on. The amount is usually preferably 0.005 to 0.2 mol, more preferably 0.01 to 0.15 mol per 1 mol.
前記溶媒としては、重合反応を阻害しなければ特に制限はなく、例えばプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル;乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテルなどが挙げられる。
溶媒の使用量は、全重合性化合物1質量部に対して、通常、好ましくは0.5〜20質量部、経済性の観点からは、より好ましくは1〜10質量部である。
The solvent is not particularly limited as long as the polymerization reaction is not inhibited. For example, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether propionate, ethylene Glycol ethers such as glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl lactate, methyl 3-methoxypropionate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate; acetone, methyl ethyl ketone, methyl ipropyl ketone, methyl isobutyl Ketone, methyl amyl ketone, cyclopentanone, cyclohexano Ketones, such as diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, ethers such as 1,4-dioxane.
The amount of the solvent used is usually preferably 0.5 to 20 parts by mass and more preferably 1 to 10 parts by mass from the viewpoint of economy with respect to 1 part by mass of the total polymerizable compound.
前記連鎖移動剤としては、例えばドデカンチオール、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸などのチオール化合物が挙げられる。連鎖移動剤を使用する場合、その使用量は、全重合性化合物1モルに対して、通常、好ましくは0.005〜0.2モル、より好ましくは0.01〜0.15モルである。 Examples of the chain transfer agent include thiol compounds such as dodecanethiol, mercaptoethanol, mercaptopropanol, mercaptoacetic acid, and mercaptopropionic acid. When a chain transfer agent is used, the amount used is usually preferably 0.005 to 0.2 mol, more preferably 0.01 to 0.15 mol, per 1 mol of all polymerizable compounds.
重合温度は、通常、好ましくは40〜150℃であり、生成する高分子化合物の安定性の観点から、より好ましくは60〜120℃である。
重合反応の時間は、アクリル酸エステル系誘導体(1)、共重合単量体、重合開始剤、溶媒の種類および使用量、重合反応の温度などの重合条件により異なるが、通常、好ましくは30分〜48時間、より好ましくは1時間〜24時間である。
重合反応は、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下に実施することが好ましい。
The polymerization temperature is usually preferably 40 to 150 ° C., and more preferably 60 to 120 ° C. from the viewpoint of the stability of the polymer compound produced.
The polymerization reaction time varies depending on the polymerization conditions such as the acrylic ester derivative (1), the comonomer, the polymerization initiator, the type and amount of the solvent used, and the temperature of the polymerization reaction, but is usually preferably 30 minutes. It is -48 hours, More preferably, it is 1 hour-24 hours.
The polymerization reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
こうして得られる高分子化合物は、再沈殿などの通常の操作により単離することが可能である。単離した高分子化合物は真空乾燥などで乾燥することもできる。
再沈澱の操作で用いる溶媒としては、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素;シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素;ニトロメタンなどのニトロ化炭化水素;アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン;酢酸などのカルボン酸;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネートなどのカーボネート;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール;水が挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
再沈澱の操作で用いる溶媒の使用量は、高分子化合物の種類、溶媒の種類により異なるが、通常、高分子化合物1質量部に対して0.5〜100質量部であるのが好ましく、経済性の観点からは、1〜50質量部であるのがより好ましい。
The polymer compound thus obtained can be isolated by ordinary operations such as reprecipitation. The isolated polymer compound can be dried by vacuum drying or the like.
Examples of the solvent used in the reprecipitation operation include aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, and heptane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene and xylene; methylene chloride, chloroform, chlorobenzene, di- Halogenated hydrocarbons such as chlorobenzene; nitrated hydrocarbons such as nitromethane; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; acetic acid and the like Carboxylic acids; Esters such as ethyl acetate and butyl acetate; Carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylene carbonate; Methanol, ethanol, propanol, isopropyl Include water; alcohols, alcohols such as butanol. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
The amount of the solvent used in the reprecipitation operation varies depending on the type of polymer compound and the type of solvent, but is usually preferably 0.5 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the polymer compound. From a viewpoint of property, it is more preferable that it is 1-50 mass parts.
高分子化合物の質量平均分子量(Mw)に特に制限は無いが、好ましくは500〜50,000、より好ましくは1,000〜30,000、さらに好ましくは5,000〜15,000であると、後述するフォトレジスト組成物の成分としての有用性が高い。かかる質量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)測定により求めた標準ポリスチレン換算の値である。
また、高分子化合物の分子量分布(Mw/Mn)に特に制限は無いが、好ましくは1.0〜3.0、より好ましくは1.0〜2.0であると、後述するフォトレジスト組成物の成分としての有用性が高い。かかるMwおよびMnは、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)測定により求めた標準ポリスチレン換算の値である。
Although there is no restriction | limiting in particular in the mass mean molecular weight (Mw) of a high molecular compound, Preferably it is 500-50,000, More preferably, it is 1,000-30,000, More preferably, it is 5,000-15,000. The utility as a component of the photoresist composition mentioned later is high. The mass average molecular weight is a value in terms of standard polystyrene determined by gel permeation chromatograph (GPC) measurement.
The molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer compound is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 3.0, more preferably 1.0 to 2.0. It is highly useful as a component. Such Mw and Mn are values in terms of standard polystyrene determined by gel permeation chromatograph (GPC) measurement.
《フォトレジスト組成物》
前記した高分子化合物、光酸発生剤および溶剤、並びに必要に応じて塩基性化合物、界面活性剤およびその他の添加物を配合することにより、フォトレジスト組成物を調製する。以下、各成分について説明する。
<< Photoresist composition >>
A photoresist composition is prepared by blending the above-described polymer compound, photoacid generator and solvent, and if necessary, a basic compound, a surfactant and other additives. Hereinafter, each component will be described.
<光酸発生剤>
光酸発生剤としては、従来、化学増幅型レジストに通常用いられる公知の光酸発生剤を特に制限無く用いることができる。該光酸発生剤としては、例えばヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系光酸発生剤;オキシムスルホネート系光酸発生剤;ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン系光酸発生剤;ニトロベンジルスルホネート系光酸発生剤;イミノスルホネート系光酸発生剤;ジスルホン系光酸発生剤などが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、オニウム塩系光酸発生剤が好ましく、さらに、発生する酸の強度が強いという観点から、フッ素含有アルキルスルホン酸イオンをアニオンとして含む下記の含フッ素オニウム塩が好ましい。
<Photo acid generator>
As the photoacid generator, known photoacid generators conventionally used for chemically amplified resists can be used without particular limitation. Examples of the photoacid generator include onium salt photoacid generators such as iodonium salts and sulfonium salts; oxime sulfonate photoacid generators; bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethane photoacid generators; nitrobenzyl sulfonate light Examples include acid generators; iminosulfonate photoacid generators; disulfone photoacid generators. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among these, an onium salt photoacid generator is preferable, and the following fluorine-containing onium salt containing a fluorine-containing alkyl sulfonate ion as an anion is preferable from the viewpoint that the strength of the generated acid is strong.
上記含フッ素オニウム塩の具体例としては、例えばジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;トリ(4−メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;ジメチル(4−ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;モノフェニルジメチルスルホニウムのトリフルオロンメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;ジフェニルモノメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;トリ(4−tert−ブチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、これらのオニウム塩のアニオン部を、d−カンファー−10−スルホネート、または下記式(b1)で表されるアニオンに置き換えたものを用いることができる。
Specific examples of the fluorine-containing onium salt include, for example, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; triphenylsulfonium trifluoromethane. Sulfonate, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate; tri (4-methylphenyl) sulfonium trifluoromethane sulfonate, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate; dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulfonium trifluoromethane sulfonate, heptafluoro Propanesulfonate or nonafluorobuta Sulfonate; Triphenylmethane sulfonate, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate of monophenyldimethylsulfonium; Trifluoromethane sulfonate, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate of diphenylmonomethylsulfonium; Trifluoro of (4-methylphenyl) diphenylsulfonium L-methanesulfonate, heptafluoropropanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; trifluoromethanesulfonate of (4-methoxyphenyl) diphenylsulfonium, heptafluoropropanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; trifluoromethanes of tri (4-tert-butyl) phenylsulfonium Honeto and heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonates. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Moreover, what replaced the anion part of these onium salt by the anion represented by d-camphor-10-sulfonate or a following formula (b1) can be used.
光酸発生剤の配合量は、フォトレジスト組成物の感度および現像性を確保する観点から、前記高分子化合物100質量部に対して、通常、好ましくは0.1〜30質量部、より好ましくは0.5〜10質量部である。 The blending amount of the photoacid generator is usually preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer compound from the viewpoint of ensuring the sensitivity and developability of the photoresist composition. 0.5 to 10 parts by mass.
<溶剤>
フォトレジスト組成物に配合する溶剤としては、例えばプロピレングリコールモノエチルエーテル(PGME)、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)、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル;乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテルなどが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
溶剤の配合量は、高分子化合物1質量部に対して、通常、1〜50質量部であるのが好ましく、2〜25質量部であるのが好ましい。
<Solvent>
Examples of the solvent to be blended in the photoresist composition include propylene glycol monoethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether propionate, ethylene Glycol ethers such as glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl lactate, methyl 3-methoxypropionate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone Methyl amyl ketone, cyclopentanone, Ketones such as cyclohexanone diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, ethers such as 1,4-dioxane. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
The amount of the solvent is usually preferably 1 to 50 parts by mass, and preferably 2 to 25 parts by mass with respect to 1 part by mass of the polymer compound.
<塩基性化合物>
フォトレジスト組成物には、フォトレジスト膜中における酸の拡散速度を抑制して解像度を向上するために、必要に応じて塩基性化合物をフォトレジスト組成物の特性が阻害されない範囲の量で配合することができる。かかる塩基性化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−(1−アダマンチル)アセトアミド、ベンズアミド、N−アセチルエタノールアミン、1−アセチル−3−メチルピペリジン、ピロリドン、N−メチルピロリドン、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、2−ピロリジノン、アクリルアミド、メタクリルアミド、t−ブチルアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、メチレンビスメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メトキシアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドなどのアミド;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、ニコチン、キノリン、アクリジン、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、ピラジン、ピラゾール、ピロリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、ピペリジン、テトラゾール、モルホリン、4−メチルモルホリン、ピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリエタノールアミンなどのアミンを挙げることができる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
塩基性化合物を配合する場合、その配合量は使用する塩基性化合物の種類により異なるが、光酸発生剤1モルに対して、通常、好ましくは0.01〜10モル、より好ましくは0.05〜1モルである。
<Basic compound>
In order to improve the resolution by suppressing the acid diffusion rate in the photoresist film, a basic compound is added to the photoresist composition in an amount that does not impair the characteristics of the photoresist composition as necessary. be able to. Examples of such basic compounds include formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N- (1-adamantyl) acetamide, benzamide, N-acetyl. Ethanolamine, 1-acetyl-3-methylpiperidine, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, ε-caprolactam, δ-valerolactam, 2-pyrrolidinone, acrylamide, methacrylamide, t-butylacrylamide, methylenebisacrylamide, methylenebismethacrylamide Amides such as N-methylolacrylamide, N-methoxyacrylamide and diacetoneacrylamide; pyridine, 2-methylpyridine, 4-methylpyridine, nicotine, quinoline, Lysine, imidazole, 4-methylimidazole, benzimidazole, pyrazine, pyrazole, pyrrolidine, Nt-butoxycarbonylpyrrolidine, piperidine, tetrazole, morpholine, 4-methylmorpholine, piperazine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2 ] Amines such as octane, tributylamine, tripentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine and triethanolamine can be mentioned. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
When a basic compound is blended, the blending amount varies depending on the type of the basic compound used, but is usually preferably 0.01 to 10 mol, more preferably 0.05 to 1 mol of the photoacid generator. ~ 1 mole.
<界面活性剤>
フォトレジスト組成物には、塗布性を向上させるため、所望により、さらに界面活性剤をフォトレジスト組成物の特性が阻害されない範囲の量で配合することができる。
かかる界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテルなどが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、高分子化合物100質量部に対して、通常、好ましくは2質量部以下である。
<Surfactant>
In order to improve applicability, the photoresist composition may further contain a surfactant in an amount that does not impair the characteristics of the photoresist composition, if desired.
Examples of such surfactants include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene n-octylphenyl ether, and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
When the surfactant is blended, the blending amount is usually preferably 2 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymer compound.
<その他の添加剤>
さらに、フォトレジスト組成物には、その他の添加剤として、サリチル酸等の有機酸、増感剤、ハレーション防止剤、形状改良剤、保存安定剤、消泡剤などを、フォトレジスト組成物の特性が阻害されない範囲の量で配合することができる。
<Other additives>
Furthermore, the photoresist composition has other additives such as organic acids such as salicylic acid, sensitizers, antihalation agents, shape improvers, storage stabilizers, antifoaming agents, etc. It can be blended in an amount that is not inhibited.
(フォトレジストパターンの形成方法)
フォトレジスト組成物を基板に塗布し、通常、好ましくは70〜160℃で1〜10分間プリベークし、所定のマスクを介して放射線を照射(露光)後、好ましくは70〜160℃で1〜5分間ポストエクスポージャーベークして潜像パターンを形成し、次いで現像液を用いて現像することにより、所定のレジストパターンを形成することができる。
(Photoresist pattern formation method)
A photoresist composition is applied to a substrate, usually pre-baked at 70 to 160 ° C. for 1 to 10 minutes, irradiated with radiation through a predetermined mask (exposure), and preferably at 1 to 5 at 70 to 160 ° C. A predetermined resist pattern can be formed by post-exposure baking for minutes to form a latent image pattern and then developing with a developer.
露光には、種々の波長の放射線、例えば、紫外線、X線などが利用でき、半導体レジスト用では、通常、g線、i線、XeCl、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザーが使用されるが、これらの中でも、微細加工の観点から、ArFエキシマレーザーを使用するのが好ましい。
露光量は、0.1〜1000mJ/cm2であるのが好ましく、1〜500mJ/cm2であるのがより好ましい。
For exposure, various wavelengths of radiation, such as ultraviolet rays and X-rays, can be used. For semiconductor resists, excimer lasers such as g-line, i-line, XeCl, KrF, KrCl, ArF, and ArCl are usually used. However, among these, it is preferable to use an ArF excimer laser from the viewpoint of fine processing.
Exposure amount is preferably from 0.1~1000mJ / cm 2, and more preferably 1 to 500 mJ / cm 2.
現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア水などの無機塩基;エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン;ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコールアミン;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウム塩などを溶解したアルカリ性水溶液などが挙げられる。これらの中でも、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウム塩を溶解したアルカリ性水溶液を使用するのが好ましい。
現像液の濃度は、通常、0.1〜20質量%であるのが好ましく、0.1〜10質量%であるのがより好ましい。
Examples of the developer include inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and aqueous ammonia; alkylamines such as ethylamine, diethylamine and triethylamine; alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine; tetramethylammonium hydroxy And an alkaline aqueous solution in which a quaternary ammonium salt such as tetraethylammonium hydroxide is dissolved. Among these, it is preferable to use an alkaline aqueous solution in which a quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium hydroxide or tetraethylammonium hydroxide is dissolved.
In general, the concentration of the developer is preferably from 0.1 to 20% by mass, and more preferably from 0.1 to 10% by mass.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
なお、NMRによる分析において、1H−NMRの内部標準および13C−NMRの内部標準は、テトラメチルシラン(TMS)である。また、19F−NMRの内部標準は、ヘキサフルオロベンゼンである(但し、ヘキサフルオロベンゼンのピークを−160ppmとした)。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not restrict | limited at all by these Examples.
In the analysis by NMR, the internal standard of 1 H-NMR and the internal standard of 13 C-NMR is tetramethylsilane (TMS). The internal standard of 19 F-NMR is hexafluorobenzene (however, the peak of hexafluorobenzene was set to −160 ppm).
<実施例1>
5−ヒドロキシ−2,6−ノルボルナンスルトン(アルコール誘導体)の合成:
攪拌装置、温度計を取り付けた内容積2Lの四つ口フラスコに、フェノチアジン0.80g、テトラヒドロフラン(THF)2308.1g、シクロペンタジエン174.0g(2.64mol)を仕込み、攪拌しながら5℃以下に冷却した。次いで、別々の滴下ロートに、2−クロロエタンスルホニルクロリド391.4g(2.40mol)、トリエチルアミン293.45g(2.9mol)をそれぞれ入れ、内温5〜10℃で4時間かけて同時に滴下を行った。
滴下終了後、反応混合物を5〜10℃で5時間攪拌した後、析出している塩を減圧ろ過し、続いてろ別した塩にTHF1200.0gを注いで、ろ液3261.2gを得た(該ろ液を「ろ液(A)」と称する)。該ろ液(A)をガスクロマトグラフィーで分析したところ、5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリドを356.4g(1.85mol)含んでいた(2−クロロエタンスルホニルクロリドに対して収率77.1%)。
攪拌装置、温度計を取り付けた内容積5Lの三つ口フラスコに水1800gを入れ、20℃以下に冷却した。攪拌しながら、水酸化ナトリウム160.6g(4.02mol)を内温が20℃以下になるように入れた。ろ液(A)2600g(5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリド:283.8g(1.474mol))を、内温20〜25℃で、5時間かけて滴下した。
滴下終了から1時間後に反応混合液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリドは完全に消失していた。反応混合液を減圧下に濃縮し、THFを除去した後、5Lの分液ロートに移してトルエン600gで3回洗浄し、5−ノルボルネン−2−スルホン酸ナトリウム塩を含む水溶液2144.6gを得た(該水溶液を「水溶液(A)」と称する)。
攪拌装置、温度計を取り付けた内容積5Lの三つ口フラスコに、水溶液(A)を全て入れ、10℃に冷却した。99%ギ酸186.54g(4.02mol)を内温10〜15℃で滴下した後、加熱して内温を50〜52℃としたところに、30%過酸化水素水325.0g(2.86mol)を3時間かけて滴下した。滴下終了後も内温を50℃前後に維持し、滴下終了から21時間後に反応混合液を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分析したところ、5−ノルボルネン−2−スルホン酸の変換率は99.2%であった。
反応混合液を15℃まで冷却後、亜硫酸ナトリウム73.1g(0.58mol)を内温10〜16℃でゆっくり加え、デンプン紙により過酸化水素が検出されないことを確認し、炭酸水素ナトリウム281.9g(3.36mol)を内温12〜15℃でゆっくり加え、反応混合液のpHを7.2とした。酢酸エチル1800gで2回抽出を行い、得られた有機層を合わせて減圧下に濃縮し、黄白色の固体141.9gを得た。この固体を酢酸エチル280gに50℃で溶解させた後、10℃までゆっくり冷却し、析出した結晶をろ過した。ろ別した結晶を5℃の酢酸エチル70gで洗浄し、40℃で2時間減圧下に乾燥することで、下記構造の5−ヒドロキシ−2,6−ノルボルナンスルトン113.2g(純度99.3%、0.6mol)を得た(5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリドに対して収率40.4%)。
<Example 1>
Synthesis of 5-hydroxy-2,6-norbornane sultone (alcohol derivative):
A four-necked flask with an internal volume of 2 L equipped with a stirrer and a thermometer was charged with 0.80 g of phenothiazine, 2308.1 g of tetrahydrofuran (THF), and 174.0 g (2.64 mol) of cyclopentadiene and stirred at 5 ° C. or less. Cooled to. Next, 391.4 g (2.40 mol) of 2-chloroethanesulfonyl chloride and 293.45 g (2.9 mol) of triethylamine were put in separate dropping funnels, respectively, and dripping was simultaneously performed at an internal temperature of 5 to 10 ° C. over 4 hours. It was.
After completion of the dropwise addition, the reaction mixture was stirred at 5 to 10 ° C. for 5 hours, and then the precipitated salt was filtered under reduced pressure. The filtrate is referred to as “filtrate (A)”). The filtrate (A) was analyzed by gas chromatography and found to contain 356.4 g (1.85 mol) of 5-norbornene-2-sulfonyl chloride (yield: 77.1% based on 2-chloroethanesulfonyl chloride). ).
1800 g of water was placed in a three-necked flask having an internal volume of 5 L equipped with a stirrer and a thermometer, and cooled to 20 ° C. or lower. While stirring, 160.6 g (4.02 mol) of sodium hydroxide was added so that the internal temperature would be 20 ° C. or lower. 2600 g of filtrate (A) (5-norbornene-2-sulfonyl chloride: 283.8 g (1.474 mol)) was added dropwise at an internal temperature of 20 to 25 ° C. over 5 hours.
One hour after the completion of the dropwise addition, the reaction mixture was analyzed by gas chromatography. As a result, 5-norbornene-2-sulfonyl chloride had completely disappeared. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure to remove THF, then transferred to a 5 L separatory funnel and washed three times with 600 g of toluene to obtain 2144.6 g of an aqueous solution containing 5-norbornene-2-sulfonic acid sodium salt. (This aqueous solution is referred to as “aqueous solution (A)”).
All of the aqueous solution (A) was put into a three-necked flask having an internal volume of 5 L equipped with a stirrer and a thermometer, and cooled to 10 ° C. After 186.54 g (4.02 mol) of 99% formic acid was added dropwise at an internal temperature of 10 to 15 ° C., the mixture was heated to an internal temperature of 50 to 52 ° C., and 325.0 g (2. 86 mol) was added dropwise over 3 hours. The internal temperature was maintained at around 50 ° C. even after completion of the dropwise addition, and the reaction mixture was analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) 21 hours after the completion of the dropwise addition. As a result, the conversion of 5-norbornene-2-sulfonic acid was 99. 2%.
After cooling the reaction mixture to 15 ° C., 73.1 g (0.58 mol) of sodium sulfite was slowly added at an internal temperature of 10 to 16 ° C., and it was confirmed that no hydrogen peroxide was detected by starch paper. 9 g (3.36 mol) was slowly added at an internal temperature of 12 to 15 ° C. to adjust the pH of the reaction mixture to 7.2. Extraction was performed twice with 1800 g of ethyl acetate, and the obtained organic layers were combined and concentrated under reduced pressure to obtain 141.9 g of a yellowish white solid. This solid was dissolved in 280 g of ethyl acetate at 50 ° C., and then slowly cooled to 10 ° C., and the precipitated crystals were filtered. The crystals separated by filtration were washed with 70 g of ethyl acetate at 5 ° C. and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 2 hours, whereby 113.2 g of 5-hydroxy-2,6-norbornane sultone having the following structure (purity: 99.3%) , 0.6 mol) (yield 40.4% based on 5-norbornene-2-sulfonyl chloride).
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm)δ:1.72(1H,dd,J=11.6、1.6Hz)、2.06−2.1(3H,m)、2.22(1H,dd,J=11.2、1.6Hz)、2.44(1H,m)、3.44(1H,m)、3.50−3.53(1H,m)、3.93(1H,brs)、4.61(1H,d,J=4.8Hz) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 1.72 (1H, dd, J = 11.6, 1.6 Hz), 2.06-2.1 (3H, m), 2. 22 (1H, dd, J = 11.2, 1.6 Hz), 2.44 (1H, m), 3.44 (1H, m), 3.50-3.53 (1H, m), 3. 93 (1H, brs), 4.61 (1H, d, J = 4.8 Hz)
5−クロロメトキシ−2,6−ノルボルナンスルトンの製造(第一工程):
攪拌装置、温度計を取り付けた内容積300mLの三つ口フラスコに、前記(アルコール誘導体)の合成で得た5−ヒドロキシ−2,6−ノルボルナンスルトン25.1g(0.132mol)、パラホルムアルデヒド6.6g(0.22mol)、ジクロロメタン230gを仕込み、攪拌しながら5℃以下に冷却した。次いで、塩化水素ガスを吹き込み、ガスクロマトグラフィーでアルコール体(5−ヒドロキシ−2,6−ノルボルナンスルトン)の消失を確認した。
反応終了後、分液操作を行って水層を除き、下記構造の5−クロロメトキシ−2,6−ノルボルナンスルトン24.1g(0.1mol)を含むジクロロメタン溶液234.5g(5−ヒドロキシ−2,6−ノルボルナンスルトンに対して収率76.5%)を得た。
Production of 5-chloromethoxy-2,6-norbornane sultone (first step):
In a three-necked flask with an internal volume of 300 mL equipped with a stirrer and a thermometer, 25.1 g (0.132 mol) of 5-hydroxy-2,6-norbornane sultone obtained by the synthesis of the above (alcohol derivative), paraformaldehyde 6 .6 g (0.22 mol) and 230 g of dichloromethane were charged and cooled to 5 ° C. or lower with stirring. Next, hydrogen chloride gas was blown in, and disappearance of the alcohol (5-hydroxy-2,6-norbornane sultone) was confirmed by gas chromatography.
After completion of the reaction, a liquid separation operation was performed to remove the aqueous layer, and 234.5 g (5-hydroxy-2) of a dichloromethane solution containing 24.1 g (0.1 mol) of 5-chloromethoxy-2,6-norbornane sultone having the following structure , 6-norbornane sultone, yield 76.5%).
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm)δ:1.67−1.76(1H,m)、2.01−2.18(3H,m)、2.62(1H,m)、3.40−3.46(1H,m)、3.48−3.53(1H,m)、3.91(1H,d,J=1.7Hz)、4.74(1H,d,J=4.6Hz)、5.45−5.54(2H,m) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 1.67-1.76 (1H, m), 2.01-2.18 (3H, m), 2.62 (1H, m) 3.40-3.46 (1H, m), 3.48-3.53 (1H, m), 3.91 (1H, d, J = 1.7 Hz), 4.74 (1H, d, J = 4.6 Hz), 5.45-5.54 (2H, m)
メタクリル酸−4−オキサ−5−チオ−5,5−ジオキシド−トリシクロ[4,2,1,03,7]ノニル−2−オキシメチルの製造(第二工程):
攪拌装置および温度計を取り付けた内容積300mLの三つ口フラスコに、前記第一工程で得た5−クロロメトキシ−2,6−ノルボルナンスルトン24.1g(0.1mol)を含むジクロロメタン溶液234.5g、4−メトキシフェノール0.035g(0.28mmol)、メタクリル酸10.7g(0.124mol)を仕込んだ。続いて、攪拌しながら内温2〜8℃で、トリエチルアミン11.9g(0.118mol)を30分かけて滴下した。
滴下終了後、25℃で2時間攪拌し、水150gを加えた。続いて分液を行って得た水層を酢酸エチル100gで2回抽出を行い、得られた有機層を合わせて水100gで洗浄し、その後減圧下で濃縮することで茶色固体28.7gを得た。この固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=3/7)で精製することにより、下記構造のメタクリル酸−4−オキサ−5−チオ−5,5−ジオキシド−トリシクロ[4,2,1,03,7]ノニル−2−オキシメチル10.49g(0.036mol、5−クロロメトキシ−2,6−ノルボルナンスルトンに対して収率31.6%)を得た。
Methacrylic acid-4-oxa-5-thio-5,5-dioxide - tricyclo [4,2,1,0 3,7] Production of nonyl-2-oxymethyl (Second Step):
A dichloromethane solution containing 24.1 g (0.1 mol) of 5-chloromethoxy-2,6-norbornane sultone obtained in the first step in a three-necked flask with an internal volume of 300 mL equipped with a stirrer and a thermometer 234. 5 g, 0.035 g (0.28 mmol) of 4-methoxyphenol and 10.7 g (0.124 mol) of methacrylic acid were charged. Subsequently, 11.9 g (0.118 mol) of triethylamine was added dropwise over 30 minutes at an internal temperature of 2 to 8 ° C. with stirring.
After completion of dropping, the mixture was stirred at 25 ° C. for 2 hours, and 150 g of water was added. Subsequently, the aqueous layer obtained by liquid separation was extracted twice with 100 g of ethyl acetate, and the obtained organic layers were combined and washed with 100 g of water, and then concentrated under reduced pressure to obtain 28.7 g of a brown solid. Obtained. By purifying this solid by silica gel column chromatography (developing solvent: hexane / ethyl acetate = 3/7), methacrylic acid-4-oxa-5-thio-5,5-dioxide-tricyclo [4, having the following structure: 2,1,0 3,7] was obtained nonyl-2-oxymethyl 10.49g (0.036mol, 31.6% yield based on 5-chloro-methoxy-2,6-norbornane sultone).
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm)δ:1.68(1H,dd,J=11.5、1.6Hz)、1.96(3H,s)、2.04−2.13(3H,m)、2.54(1H,brs)、3.38−3.49(2H,m)、3.80(1H,d,J=1.4Hz)、4.69(1H,d,J=4.8Hz)、5.37(2H,dd,J=9.5、6.4Hz)、5.66(1H,s)、6.17(1H,s) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 1.68 (1H, dd, J = 11.5, 1.6 Hz), 1.96 (3H, s), 2.04-2. 13 (3H, m), 2.54 (1H, brs), 3.38-3.49 (2H, m), 3.80 (1H, d, J = 1.4 Hz), 4.69 (1H, d, J = 4.8 Hz), 5.37 (2H, dd, J = 9.5, 6.4 Hz), 5.66 (1H, s), 6.17 (1H, s)
<実施例2>
2−ヒドロキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド(アルコール誘導体)の合成:
原料となるビニルスルホン酸メチルを、Angew.Chem.,77(7),291−302(1965)に記載された合成例に準じて合成した。具体的には、まず、攪拌機、温度計、滴下漏斗、三方コックを取り付けた内容積2Lの四つ口フラスコに、窒素雰囲気下、2−クロロエタンスルホニルクロリド326.0g(2.00mol)を入れ、氷浴にて冷却し、次いで25質量%ナトリウムメトキシド(メタノール溶液)を滴下漏斗から内温が2〜5℃の範囲になるように滴下した。滴下終了後、氷浴を外して室温にて1時間攪拌した。反応液をろ過し、ろ液を減圧濃縮して、濃縮物を単蒸発操作することにより、ビニルスルホン酸メチル197.2g(純度97.3%、1.571mol)を得た(2−クロロエタンスルホニルクロリドに対して収率78.5%)。
<Example 2>
Synthesis of 2-hydroxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide (alcohol derivative):
As a raw material, methyl vinyl sulfonate was obtained from Angew. Chem. , 77 (7), 291-302 (1965). Specifically, first, 326.0 g (2.00 mol) of 2-chloroethanesulfonyl chloride was placed under a nitrogen atmosphere in a 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a three-way cock. After cooling in an ice bath, 25 mass% sodium methoxide (methanol solution) was added dropwise from the dropping funnel so that the internal temperature was in the range of 2 to 5 ° C. After completion of dropping, the ice bath was removed and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. The reaction solution was filtered, the filtrate was concentrated under reduced pressure, and the concentrate was subjected to simple evaporation to obtain 197.2 g (purity 97.3%, 1.571 mol) of methyl vinyl sulfonate (2-chloroethanesulfonyl). (Yield 78.5% based on chloride).
次に、目的物である2−ヒドロキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシドを、特開2007−31355号公報に記載された実施例2に準じて合成した。
攪拌装置、滴下漏斗および温度計を取り付けた内容積300mLの四つ口フラスコに、フラン150g(2.20mol)、ヨウ化亜鉛15.0gを入れ、25〜27℃にて滴下漏斗からビニルスルホン酸メチル41.5g(0.34mol)を加えた。そのままの温度で2日間攪拌を継続した後、反応液を1Lの分液漏斗に移した。水300mLで2回洗浄した後、減圧下に未反応のフランを留去して7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−エン−5−スルホン酸メチル22.0gを得た。
攪拌装置、滴下漏斗および温度計を取り付けた内容積1000mLの四つ口フラスコに、7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−エン−5−スルホン酸メチル22.0gと塩化メチレン450gを順次入れ、4℃まで冷却し、撹拌下にm−クロロ過安息香酸22.9g(0.17mol)を10℃以下になるようにゆっくりと投入した。5〜7℃にて4時間攪拌した後、飽和亜硫酸ナトリウム水溶液100gを添加し、30分間攪拌した。静置して分液した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液100gで3回洗浄した。得られた有機層を減圧下に濃縮して2,3−エポキシ−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−エン−5−スルホン酸メチル20.2gを得た。
攪拌装置、滴下漏斗および温度計を取り付けた内容積300mLの四つ口フラスコに、5.0(mol/L)の水酸化ナトリウム水溶液を仕込み、滴下漏斗から2,3−エポキシ−7−オキサビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−エン−5−スルホン酸メチル29.5gを内温が20〜23℃の範囲で滴下した。滴下終了から4時間撹拌した後、氷水で冷却しながら濃塩酸を滴下してpHを7.3とした後に、酢酸エチル300mLで4回抽出した後、得られた有機層を合わせて濃縮後、その濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで分離精製することにより、2−ヒドロキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド4.75g(純度98.8%、0.024mol)を得た。
Next, 2-hydroxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide, which is the target product, is described in JP-A-2007-31355. Was synthesized according to Example 2.
A 300 mL four-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel and a thermometer was charged with 150 g of furan (2.20 mol) and 15.0 g of zinc iodide at 25 to 27 ° C. from the dropping funnel. Methyl 41.5 g (0.34 mol) was added. After stirring for 2 days at the same temperature, the reaction solution was transferred to a 1 L separatory funnel. After washing twice with 300 mL of water, unreacted furan was distilled off under reduced pressure to obtain 22.0 g of methyl 7-oxabicyclo [2.2.1] heptan-2-ene-5-sulfonate.
To a 1000 mL four-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel and a thermometer, 22.0 g of methyl 7-oxabicyclo [2.2.1] heptan-2-ene-5-sulfonate and 450 g of methylene chloride were added. Were sequentially cooled to 4 ° C., and 22.9 g (0.17 mol) of m-chloroperbenzoic acid was slowly added with stirring to a temperature of 10 ° C. or lower. After stirring at 5-7 ° C. for 4 hours, 100 g of a saturated aqueous sodium sulfite solution was added and stirred for 30 minutes. The mixture was allowed to stand for liquid separation, and then washed with 100 g of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution three times. The obtained organic layer was concentrated under reduced pressure to obtain 20.2 g of methyl 2,3-epoxy-7-oxabicyclo [2.2.1] heptan-2-ene-5-sulfonate.
A 300 mL internal volume four-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel and a thermometer was charged with 5.0 (mol / L) sodium hydroxide aqueous solution, and 2,3-epoxy-7-oxabicyclo was added from the dropping funnel. [2.2.1] Methyl heptane-2-ene-5-sulfonate (29.5 g) was added dropwise in the range of 20 to 23 ° C. After stirring for 4 hours after the completion of dropping, concentrated hydrochloric acid was added dropwise while cooling with ice water to adjust the pH to 7.3, followed by extraction four times with 300 mL of ethyl acetate, and the combined organic layers were concentrated and concentrated. The concentrate was separated and purified by silica gel column chromatography to give 2-hydroxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide 4.75 g. (Purity 98.8%, 0.024 mol) was obtained.
1H−NMR(400MHz、CD3OD、TMS、ppm)δ: 2.17 (1H,dd,J=2.6、14.4Hz) 、2.28(1H,ddd,J=5.5、10.7、14.4Hz)、3.81(1H,ddd,J=2.6、4.9、10.7Hz)、3.92(1H、s)、4.54(1H,d,J=5.5Hz)、4.65(1H,dd,J=1.4、4.8Hz)、5.52(1H,dd,J=4.8、4.8Hz) 1 H-NMR (400 MHz, CD 3 OD, TMS, ppm) δ: 2.17 (1H, dd, J = 2.6, 14.4 Hz), 2.28 (1H, ddd, J = 5.5, 10.7, 14.4 Hz), 3.81 (1 H, ddd, J = 2.6, 4.9, 10.7 Hz), 3.92 (1 H, s), 4.54 (1 H, d, J = 5.5 Hz), 4.65 (1H, dd, J = 1.4, 4.8 Hz), 5.52 (1H, dd, J = 4.8, 4.8 Hz)
2−クロロメトキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシドの製造(第一工程):
攪拌装置、温度計を取り付けた内容積100mLの四つ口フラスコに、2−ヒドロキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド4.0g(20.8mmоl)、パラホルムアルデヒド1.04g(ホルムアルデヒド換算で34.7mmоl)、塩化メチレン32.4gを仕込み、攪拌しながら5℃以下に冷却した。次いで、塩化水素ガスを吹き込み、ガスクロマトグラフィーで2−ヒドロキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシドの消失を確認した。
反応後、分液操作を行って水層を除き、2−クロロメトキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド3.78g(15.7mmоl)を含む塩化メチレン溶液32.6gを得た(収率75%)。
Production of 2-chloromethoxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide (first step):
2-hydroxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide was added to a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer and a thermometer. 4.0 g (20.8 mmol), 1.04 g of paraformaldehyde (34.7 mmol in terms of formaldehyde) and 32.4 g of methylene chloride were charged and cooled to 5 ° C. or lower while stirring. Subsequently, hydrogen chloride gas was blown in, and disappearance of 2-hydroxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide was confirmed by gas chromatography.
After the reaction, a liquid separation operation was performed to remove the aqueous layer, and 2-chloromethoxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide 3.78 g. 32.6 g of a methylene chloride solution containing (15.7 mmol) was obtained (yield 75%).
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm)δ:2.28−2.44(2H,m)、3.68(1H,m)、4.13(1H,s)、4.70(1H,m)、4.86(1H,m)、5.52(3H,m) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 2.28-2.44 (2H, m), 3.68 (1H, m), 4.13 (1H, s), 4.70 (1H, m), 4.86 (1H, m), 5.52 (3H, m)
2−メタクリルオキシメトキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシドの製造(第二工程):
攪拌装置、温度計を取り付けた内容積100mlの四つ口フラスコに、2−クロロメトキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド1.16g(4.82mmоl)を含む塩化メチレン溶液10.0g、4−メトキシフェノール1mg、メタクリル酸0.52g(6.0mmоl)を仕込んだ。続いて、攪拌しながら内温2〜9℃で、トリエチルアミン0.57g(5.64mmоl)を30分かけて滴下した。
滴下終了後、10℃で30分攪拌し、水10gを加えた。続いて分液を行い、得られた有機層を減圧下に濃縮して残渣2.54gを得た。この残渣を、酢酸エチルを溶媒として再結晶し、2−メタクリルオキシメトキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド1.17g(4.03mmоl)を得た(収率84%)。
Production of 2-methacryloxymethoxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide (second step):
In a four-necked flask with an internal volume of 100 ml equipped with a stirrer and a thermometer, 2-chloromethoxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5- 10.0 g of methylene chloride solution containing 1.16 g (4.82 mmol) of dioxide, 1 mg of 4-methoxyphenol, and 0.52 g (6.0 mmol) of methacrylic acid were charged. Subsequently, 0.57 g (5.64 mmol) of triethylamine was added dropwise over 30 minutes at an internal temperature of 2 to 9 ° C. with stirring.
After completion of dropping, the mixture was stirred at 10 ° C. for 30 minutes, and 10 g of water was added. Subsequently, liquid separation was performed, and the obtained organic layer was concentrated under reduced pressure to obtain 2.54 g of a residue. This residue was recrystallized using ethyl acetate as a solvent, and 2-methacryloxymethoxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide 1.17 g. (4.03 mmol) was obtained (yield 84%).
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm)δ:1.96(3H,s)、2.26−2.40(2H,m)、3.66(1H,m)、4.06(1H,s)、4.77(1H,m)、4.83(1H,m)、5.43(2H,m)、5.52(1H,m)、5.71(1H,m)、6.20(1H,m) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 1.96 (3H, s), 2.26-2.40 (2H, m), 3.66 (1H, m), 4.06 (1H, s), 4.77 (1H, m), 4.83 (1H, m), 5.43 (2H, m), 5.52 (1H, m), 5.71 (1H, m) 6.20 (1H, m)
<高分子化合物の合成例1>
高分子化合物(a)の合成:
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、下記化学式(II−2)で表される化合物(II−2)11.95g(50.55mmol)、メチルエチルケトン17.75gおよびシクロヘキサノン17.75gを入れて溶解させ、80℃に加熱した。この溶液に、下記化学式(VII−10)で表される化合物(VII−10)19.34g(84.75mmol)、化合物(II−2)2.99g(12.64mmol)、実施例1で得たメタクリル酸−4−オキサ−5−チオ−5,5−ジオキシド−トリシクロ[4,2,1,03,7]ノニル−2−オキシメチル11.41g(39.56mmol)および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル4.31g(18.75mmol)をメチルエチルケトン42.44gおよびシクロヘキサノン42.44gの混合溶液に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、4時間かけて滴下した。
滴下終了後、反応液を1時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。得られた反応重合液を大量のn−ヘプタンに滴下して、重合体を析出させ、沈殿した白色粉体をろ別、メタノールにて洗浄、乾燥して、下記高分子化合物(a)28.78gを得た。
この高分子化合物(a)について、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は9,200、分子量分布(Mw/Mn)は1.68であった。また、13C−NMR(600MHz)により求めた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m/n=45.2/33.7/21.1であった。
<Synthesis Example 1 of Polymer Compound>
Synthesis of polymer compound (a):
In a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube, 11.95 g (50.55 mmol) of the compound (II-2) represented by the following chemical formula (II-2), 17.75 g of methyl ethyl ketone, and cyclohexanone 17 .75 g was added and dissolved and heated to 80 ° C. In this solution, 19.34 g (84.75 mmol) of compound (VII-10) represented by the following chemical formula (VII-10), 2.99 g (12.64 mmol) of compound (II-2), obtained in Example 1 methacrylic acid-4-oxa-5-thio-5,5-dioxide - as tricyclo [4,2,1,0 3,7] nonyl-2-oxymethyl 11.41g (39.56mmol) and a polymerization initiator A solution prepared by dissolving 4.31 g (18.75 mmol) of dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate in a mixed solution of 42.44 g of methyl ethyl ketone and 42.44 g of cyclohexanone was added dropwise over 4 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was cooled to room temperature. The obtained reaction polymerization liquid is dropped into a large amount of n-heptane to precipitate a polymer, and the precipitated white powder is filtered off, washed with methanol and dried, and the following polymer compound (a) 28. 78 g was obtained.
With respect to this polymer compound (a), the weight average molecular weight (Mw) in terms of standard polystyrene determined by gel permeation chromatography (GPC) measurement was 9,200, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.68. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by 13 C-NMR (600 MHz) is 1 / m / n = 45.2 / 33.7 / 21.1. Met.
<高分子化合物の合成例2>
高分子化合物(b)の合成:
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、化合物(II−2)11.95g(50.55mmol)、メチルエチルケトン17.75gおよびシクロヘキサノン17.75gを入れて溶解させ、80℃に加熱した。この溶液に、化合物(VII−10)19.34g(84.75mmol)、化合物(II−2)2.99g(12.64mmol)、下記化学式(IV−2)で表される化合物(IV−2)8.79g(39.56mmol)および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル4.31g(18.75mmol)をメチルエチルケトン42.44gおよびシクロヘキサノン42.44gの混合溶液に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、4時間かけて滴下した。
滴下終了後、反応液を1時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。得られた反応重合液を大量のn−ヘプタンに滴下して、重合体を析出させ、沈殿した白色粉体をろ別、メタノールにて洗浄、乾燥して、目的物である高分子化合物(b)26.32gを得た。
この高分子化合物(b)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は7,800、分子量分布(Mw/Mn)は1.91であった。また、13C−NMR(600MHz)により求めた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m/n=45.1/33.8/21.1であった。
<Synthesis Example 2 of polymer compound>
Synthesis of polymer compound (b):
11.95 g (50.55 mmol) of compound (II-2), 17.75 g of methyl ethyl ketone and 17.75 g of cyclohexanone were dissolved in a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube, and the mixture was dissolved at 80 ° C. Heated. In this solution, 19.34 g (84.75 mmol) of compound (VII-10), 2.99 g (12.64 mmol) of compound (II-2), compound (IV-2) represented by the following chemical formula (IV-2) ) 8.79 g (39.56 mmol) and 4.31 g (18.75 mmol) of dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate as a polymerization initiator dissolved in a mixed solution of 42.44 g of methyl ethyl ketone and 42.44 g of cyclohexanone, The solution was added dropwise over 4 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was cooled to room temperature. The obtained reaction polymerization liquid is dropped into a large amount of n-heptane to precipitate a polymer, and the precipitated white powder is filtered off, washed with methanol and dried to obtain a polymer compound (b ) 26.32 g was obtained.
With respect to this polymer compound (b), the standard polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) determined by GPC measurement was 7,800, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.91. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by 13 C-NMR (600 MHz) is 1 / m / n = 45.1 / 33.8 / 21.1. Met.
<高分子化合物の合成例3>
高分子化合物(c)の合成:
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、化合物(II−2)11.95g(50.55mmol)、メチルエチルケトン17.75gおよびシクロヘキサノン17.75gを入れて溶解させ、80℃に加熱した。この溶液に、化合物(VII−10)19.34g(84.75mmol)、化合物(II−2)2.99g(12.64mmol)、下記化学式(VI−2)で表される化合物(VI−2)7.84g(39.56mmol)および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル4.31g(18.75mmol)をメチルエチルケトン42.44gおよびシクロヘキサノン42.44gの混合溶液に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、4時間かけて滴下した。
滴下終了後、反応液を1時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。得られた反応重合液を大量のn−ヘプタンに滴下して、重合体を析出させ、沈殿した白色粉体をろ別、メタノールにて洗浄、乾燥して、目的物である高分子化合物(c)26.58gを得た。
この高分子化合物(c)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は10,300、分子量分布(Mw/Mn)は1.86であった。また、13C−NMR(600MHz)により求めた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m/n=45.2/33.7/21.1であった。
<Synthesis Example 3 of Polymer Compound>
Synthesis of polymer compound (c):
11.95 g (50.55 mmol) of compound (II-2), 17.75 g of methyl ethyl ketone and 17.75 g of cyclohexanone were dissolved in a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube, and the mixture was dissolved at 80 ° C. Heated. In this solution, 19.34 g (84.75 mmol) of compound (VII-10), 2.99 g (12.64 mmol) of compound (II-2), compound (VI-2) represented by the following chemical formula (VI-2) ) 7.84 g (39.56 mmol) and 4.31 g (18.75 mmol) of dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate as a polymerization initiator were dissolved in a mixed solution of 42.44 g of methyl ethyl ketone and 42.44 g of cyclohexanone. The solution was added dropwise over 4 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was cooled to room temperature. The obtained reaction polymerization liquid is dropped into a large amount of n-heptane to precipitate a polymer, and the precipitated white powder is filtered off, washed with methanol and dried to obtain the target polymer compound (c ) 26.58 g was obtained.
With respect to this polymer compound (c), the standard polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) determined by GPC measurement was 10,300, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.86. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by 13 C-NMR (600 MHz) is 1 / m / n = 45.2 / 33.7 / 21.1. Met.
<高分子化合物の合成例4>
高分子化合物(d)の合成:
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、化合物(II−2)11.95g(50.55mmol)、メチルエチルケトン17.75gおよびシクロヘキサノン17.75gを入れて溶解させ、80℃に加熱した。この溶液に、化合物(VII−10)19.34g(84.75mmol)、化合物(II−2)2.99g(12.64mmol)、下記化学式(IX−2)で表される化合物(IX−2)10.22g(39.56mmol)および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル4.31g(18.75mmol)をメチルエチルケトン42.44gおよびシクロヘキサノン42.44gの混合溶液に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、4時間かけて滴下した。
滴下終了後、反応液を1時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。得られた反応重合液を大量のn−ヘプタンに滴下して、重合体を析出させ、沈殿した白色粉体をろ別、メタノールにて洗浄、乾燥して、目的物である高分子化合物(d)27.12gを得た。
この高分子化合物(d)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は8,800、分子量分布(Mw/Mn)は1.75であった。また、13C−NMR(600MHz)により求めた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m/n=45.2/33.7/21.1であった。
<Synthesis Example 4 of polymer compound>
Synthesis of polymer compound (d):
11.95 g (50.55 mmol) of compound (II-2), 17.75 g of methyl ethyl ketone and 17.75 g of cyclohexanone were dissolved in a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube, and the mixture was dissolved at 80 ° C. Heated. To this solution, 19.34 g (84.75 mmol) of compound (VII-10), 2.99 g (12.64 mmol) of compound (II-2), compound (IX-2) represented by the following chemical formula (IX-2) ) A solution prepared by dissolving 10.22 g (39.56 mmol) and 4.31 g (18.75 mmol) of dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate as a polymerization initiator in a mixed solution of 42.44 g of methyl ethyl ketone and 42.44 g of cyclohexanone, The solution was added dropwise over 4 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was cooled to room temperature. The obtained reaction polymerization liquid is dropped into a large amount of n-heptane to precipitate a polymer, and the precipitated white powder is filtered off, washed with methanol and dried to obtain the target polymer compound (d ) 27.12 g was obtained.
With respect to this polymer compound (d), the standard polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) determined by GPC measurement was 8,800, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.75. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by 13 C-NMR (600 MHz) is 1 / m / n = 45.2 / 33.7 / 21.1. Met.
<高分子化合物の合成例5>
高分子化合物(e)の合成:
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、化合物(II−2)11.95g(50.55mmol)、メチルエチルケトン17.75gおよびシクロヘキサノン17.75gを入れて溶解させ、80℃に加熱した。この溶液に、化合物(VII−10)19.34g(84.75mmol)、化合物(II−2)2.99g(12.64mmol)、下記化学式(IX−5)で表される化合物(IX−5)12.51g(39.56mmol)および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル4.31g(18.75mmol)をメチルエチルケトン42.44gおよびシクロヘキサノン42.44gの混合溶液に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、4時間かけて滴下した。
滴下終了後、反応液を1時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。得られた反応重合液を大量のn−ヘプタンに滴下して、重合体を析出させ、沈殿した白色粉体をろ別、メタノールにて洗浄、乾燥して、目的物である高分子化合物(e)28.54gを得た。
この高分子化合物(e)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は9,000、分子量分布(Mw/Mn)は1.72であった。また、13C−NMR(600MHz)により求めた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m/n=45.2/33.7/21.1であった。
<Synthesis Example 5 of Polymer Compound>
Synthesis of polymer compound (e):
11.95 g (50.55 mmol) of compound (II-2), 17.75 g of methyl ethyl ketone and 17.75 g of cyclohexanone were dissolved in a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube, and the mixture was dissolved at 80 ° C. Heated. In this solution, 19.34 g (84.75 mmol) of compound (VII-10), 2.99 g (12.64 mmol) of compound (II-2), compound (IX-5) represented by the following chemical formula (IX-5) ) A solution prepared by dissolving 12.51 g (39.56 mmol) and 4.31 g (18.75 mmol) of dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate as a polymerization initiator in a mixed solution of 42.44 g of methyl ethyl ketone and 42.44 g of cyclohexanone, The solution was added dropwise over 4 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was cooled to room temperature. The obtained reaction polymerization liquid is dropped into a large amount of n-heptane to precipitate a polymer, and the precipitated white powder is filtered, washed with methanol and dried to obtain a polymer compound (e ) 28.54 g was obtained.
With respect to this polymer compound (e), the weight average molecular weight (Mw) in terms of standard polystyrene determined by GPC measurement was 9,000, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.72. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by 13 C-NMR (600 MHz) is 1 / m / n = 45.2 / 33.7 / 21.1. Met.
<高分子化合物の合成例6>
高分子化合物(f)の合成:
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、化合物(II−2)11.95g(50.55mmol)、メチルエチルケトン17.75gおよびシクロヘキサノン17.75gを入れて溶解させ、80℃に加熱した。この溶液に、化合物(VII−10)19.34g(84.75mmol)、化合物(II−2)2.99g(12.64mmol)、2−メタクリルオキシメトキシ−4,8−ジオキサ−5−チアトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン=5,5−ジオキシド11.48g(39.56mmol)および重合開始剤として2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル4.31g(18.75mmol)をメチルエチルケトン42.44gおよびシクロヘキサノン42.44gの混合溶液に溶解させた溶液を、窒素雰囲気下、4時間かけて滴下した。
滴下終了後、反応液を1時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。得られた反応重合液を大量のn−ヘプタンに滴下して、重合体を析出させ、沈殿した白色粉体をろ別、メタノールにて洗浄、乾燥して、下記高分子化合物(f)28.02gを得た。
この高分子化合物(f)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は9,400、分子量分布(Mw/Mn)は1.70であった。また、13C−NMR(600MHz)により求めた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m/n=45.0/33.8/21.2であった。
<Synthesis Example 6 of polymer compound>
Synthesis of polymer compound (f):
11.95 g (50.55 mmol) of compound (II-2), 17.75 g of methyl ethyl ketone and 17.75 g of cyclohexanone were dissolved in a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube, and the mixture was dissolved at 80 ° C. Heated. To this solution, 19.34 g (84.75 mmol) of compound (VII-10), 2.99 g (12.64 mmol) of compound (II-2), 2-methacryloxymethoxy-4,8-dioxa-5-thiatricyclo [ 4.2.1.0 3,7 ] nonane = 5,5-dioxide 11.48 g (39.56 mmol) and 4.31 g (18.75 mmol) of dimethyl 2,2′-azobisisobutyrate as a polymerization initiator were added to methyl ethyl ketone 42. A solution dissolved in a mixed solution of .44 g and cyclohexanone 42.44 g was added dropwise over 4 hours under a nitrogen atmosphere.
After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 1 hour, and then the reaction solution was cooled to room temperature. The obtained reaction polymerization solution was dropped into a large amount of n-heptane to precipitate a polymer, and the precipitated white powder was filtered off, washed with methanol and dried, and the following polymer compound (f) 28. 02 g was obtained.
With respect to this polymer compound (f), the standard polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) determined by GPC measurement was 9,400, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.70. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by 13 C-NMR (600 MHz) is 1 / m / n = 45.0 / 33.8 / 21.2. Met.
<フォトレジスト組成物の調製(1)>
(参考例1、19;比較例1〜4)
前記の高分子化合物の合成例1〜6でそれぞれ得た高分子化合物(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)を100質量部、光酸発生剤として「TPS−109」(製品名、成分;ノナフルオロ−n−ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、みどり化学株式会社製)4.5質量部、溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/シクロヘキサノン混合溶剤(質量比=1:1)1896質量部を混合し、各例のフォトレジスト組成物を調製した。
<Preparation of photoresist composition (1)>
(Reference Examples 1 and 19; Comparative Examples 1 to 4)
100 parts by mass of the polymer compounds (a), (b), (c), (d), (e), and (f) obtained in Synthesis Examples 1 to 6 of the polymer compound, a photoacid generator "TPS-109" (product name, component; nonafluoro-n-butanesulfonic acid triphenylsulfonium, manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.) 4.5 parts by mass, solvent as propylene glycol monomethyl ether acetate / cyclohexanone mixed solvent (mass ratio = 1: 1) 1896 parts by mass of the mixture were mixed to prepare a photoresist composition of each example.
[レジストパターンの形成]
各例のフォトレジスト組成物を、孔径0.2μmのメンブランフィルターを用いてそれぞれろ過した。
次いで、クレゾールノボラック樹脂(群栄化学工業株式会社製「PS−6937」)6質量%濃度のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液をスピンコーティング法により塗布して、ホットプレート上で200℃、90秒間加熱することにより膜厚100nmの反射防止膜(下地膜)を形成させた直径10cmのシリコンウェハー上に、各例のフォトレジスト組成物をそれぞれスピンコーティング法により塗布し、ホットプレート上で130℃、90秒間プリベークして膜厚300nmのレジスト膜を形成させた。このレジスト膜に波長193nmのArFエキシマレーザーを用いて二光束干渉法露光した。引き続き、130℃、90秒間ポストエクスポージャーベークした後、2.38質量%−テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて60秒間現像処理することにより、1:1のラインアンドスペースパターンを形成させた。
[Formation of resist pattern]
The photoresist composition in each example was filtered using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm.
Next, a cresol novolak resin (“PS-6937” manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) is applied with a 6% by mass propylene glycol monomethyl ether acetate solution by a spin coating method and heated on a hot plate at 200 ° C. for 90 seconds. The photoresist composition of each example was applied by a spin coating method on a silicon wafer having a diameter of 10 cm on which an antireflection film (underlayer film) having a thickness of 100 nm was formed, and was heated at 130 ° C. for 90 seconds on a hot plate. Pre-baking was performed to form a 300 nm thick resist film. This resist film was exposed by a two-beam interference method using an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm. Subsequently, the film was post-exposure baked at 130 ° C. for 90 seconds, and then developed with a 2.38% by mass-tetramethylammonium hydroxide aqueous solution for 60 seconds to form a 1: 1 line and space pattern.
[評価]
現像済みウェハーを割断したものを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、線幅100nmのラインアンドスペースを1:1で解像した露光量におけるパターンの形状観察と線幅の変動(LWR)の測定を行った。
LWRは、測定モニタ内において、線幅を複数の位置で検出し、その検出位置のバラツキの分散(3σ)を指標とした。また、パターンの断面形状は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、パターンの矩形性が高いものを「良好」とし、短形性が低いものを「不良」として評価した。結果を表1に示す。
[Evaluation]
The developed wafer was cleaved and observed with a scanning electron microscope (SEM), and the pattern shape observation and line width variation (LWR) of the exposure amount obtained by resolving the line-and-space with a line width of 100 nm at 1: 1. Measurements were made.
In the LWR, the line width is detected at a plurality of positions in the measurement monitor, and the dispersion (3σ) of variations in the detected positions is used as an index. Moreover, the cross-sectional shape of the pattern was observed using a scanning electron microscope (SEM), and the pattern having high rectangularity was evaluated as “good”, and the pattern having low shortness was evaluated as “defective”. The results are shown in Table 1.
表1より、本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)に基づく構成単位を含有する高分子化合物(a)または(f)を含有するフォトレジスト組成物は、本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)を含有しない高分子化合物(高分子化合物(b)〜(e))を含有するフォトレジスト組成物と比べて、良好な形状のフォトレジストパターンを形成でき、LWRが改善された。すなわち、高解像度のフォトレジストパターンの形成とLWRの低減とを両立させることができた。 From Table 1, the photoresist composition containing the polymer compound (a) or (f) containing the structural unit based on the acrylic ester derivative (1) of the present invention is the acrylic ester derivative ( Compared with a photoresist composition containing a polymer compound not containing 1) (polymer compounds (b) to (e)), a well-shaped photoresist pattern could be formed, and the LWR was improved. That is, it was possible to achieve both formation of a high-resolution photoresist pattern and reduction of LWR.
<高分子化合物の合成例7>
〈高分子化合物1の合成〉
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだセパラブルフラスコに、10.0g(34.71mmol)の化合物(1)と6.24g(26.63mmol)の化合物(2) とを、21.6gのメチルエチルケトン(MEK)に溶解させた。この溶液に、重合開始剤としてアゾビスイン酪酸ジメチル(V−601)を0.77mmol添加し、溶解させた。これを窒素雰囲気下、3時間かけて、80℃に加熱したMEK16.24gに滴下した。滴下終了後、反応液を4時間加熱攪拌し、その後、反応液を室温まで冷却した。
得られた反応重合液を大量のノルマルヘプタン/2−プロパノール混合溶液に滴下して重合体を析出させる操作を行い、沈殿した白色粉体をろ別、ノルマルヘプタン/2−プロパノール混合溶液、メタノールにて洗浄、乾燥して、目的物である高分子化合物1を11.3g得た。
この高分子化合物1について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)は7,300であり、分子量分散度(Mw/Mn)は1.82であった。また、カーボン13核磁気共鳴スペクトル(600MHz_13C−NMR)により求められた共重合組成比(構造式中の各構成単位の割合(モル比))は、l/m=60/40であった。
<Synthesis Example 7 of Polymer Compound>
<Synthesis of Polymer Compound 1>
21.6 g of 10.0 g (34.71 mmol) of compound (1) and 6.24 g (26.63 mmol) of compound (2) were added to a separable flask connected with a thermometer, a reflux tube, and a nitrogen introduction tube. In methyl ethyl ketone (MEK). To this solution, 0.77 mmol of dimethyl azobisbutyrate (V-601) was added as a polymerization initiator and dissolved. The resultant was dropwise added to 16.24 g of MEK heated to 80 ° C. in a nitrogen atmosphere over 3 hours. After completion of dropping, the reaction solution was heated and stirred for 4 hours, and then the reaction solution was cooled to room temperature.
The obtained reaction polymerization solution was dropped into a large amount of a normal heptane / 2-propanol mixed solution to precipitate a polymer, and the precipitated white powder was separated by filtration, into a normal heptane / 2-propanol mixed solution, methanol. After washing and drying, 11.3 g of the target polymer compound 1 was obtained.
For this polymer compound 1, the standard polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) determined by GPC measurement was 7,300, and the molecular weight dispersity (Mw / Mn) was 1.82. The copolymer composition ratio (ratio of each structural unit in the structural formula (molar ratio)) determined by carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum (600 MHz — 13 C-NMR) was 1 / m = 60/40. .
<高分子化合物の合成例8〜26>
〈高分子化合物2〜20の合成〉
以下に示す化合物(1)〜(12)の所定量をそれぞれ用い、前記<高分子化合物の合成例7>と同様にして合成を行い、目的物である高分子化合物2〜20を得た。
得られた高分子化合物1〜20について、質量平均分子量(Mw)及び分子量分散度(Mw/Mn)を表2、3に併記した。
<Synthesis Examples 8 to 26 of polymer compound>
<Synthesis of polymer compounds 2-20>
Synthesis was performed in the same manner as in <Polymer Compound Synthesis Example 7> using predetermined amounts of the following compounds (1) to (12), to obtain polymer compounds 2 to 20, which were target products.
About the obtained high molecular compounds 1-20, the mass mean molecular weight (Mw) and the molecular weight dispersion degree (Mw / Mn) were written together in Table 2,3.
<フォトレジスト組成物の調製(2)>
(参考例2〜18、比較例5〜7)
表4、5に示す各成分を混合して溶解することにより各例のフォトレジスト組成物を調製した。
<Preparation of photoresist composition (2)>
(Reference Examples 2-18, Comparative Examples 5-7)
The photoresist compositions of each example were prepared by mixing and dissolving the components shown in Tables 4 and 5.
表4、5中、各記号はそれぞれ以下の意味を有する。[]内の数値は配合量(質量部)である。
(A)−1〜(A)−20:それぞれ前記高分子化合物1〜20。
(B)−1:下記構造式(B)−1で表される化合物。
(B)−2:下記構造式(B)−2で表される化合物。
(D)−1:トリ−n−ペンチルアミン。
(E)−1:サリチル酸。
(S)−1:PGMEA。
(S)−2:PGME。
In Tables 4 and 5, each symbol has the following meaning. The numerical value in [] is a blending amount (part by mass).
(A) -1 to (A) -20: The polymer compounds 1 to 20, respectively.
(B) -1: a compound represented by the following structural formula (B) -1.
(B) -2: A compound represented by the following structural formula (B) -2.
(D) -1: tri-n-pentylamine.
(E) -1: salicylic acid.
(S) -1: PGMEA.
(S) -2: PGME.
得られたフォトレジスト組成物を用いて、以下の手順に従ってレジストパターンを形成し、以下に示す評価をそれぞれ行った。その評価結果(フォトレジスト組成物のリソグラフィー特性)を表6に示す。 Using the obtained photoresist composition, a resist pattern was formed according to the following procedure, and the following evaluations were performed. The evaluation results (lithographic properties of the photoresist composition) are shown in Table 6.
[レジストパターンの形成]
12インチのシリコンウェーハ上に、有機系反射防止膜組成物「ARC29A」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚89nmの有機系反射防止膜を形成した。
そして、該有機系反射防止膜上に、各例のフォトレジスト組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート温度110℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。
次に、前記レジスト膜上に、保護膜形成用塗布液「TILC−057」(商品名、東京応化工業株式会社製)を、スピンナーを用いて塗布し、90℃で60秒間加熱することにより、膜厚35nmのトップコートを形成した。
次に、ArF露光装置NSR−609B(ニコン社製;NA(開口数)=1.07,Cross pole(in/out=0.78/0.97)with Polano)により、ArFエキシマレーザー(193nm)を、マスクを介してトップコートが形成された前記レジスト膜に対して選択的に照射した。
そして、表6に示す温度で60秒間の露光後加熱(PEB)処理を行い、さらに23℃にて2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液「NMD−3」(商品名、東京応化工業社製)で10秒間アルカリ現像し、純水を用いて15秒間水リンスし、振り切り乾燥を行った。
続いて、ホットプレート上で100℃、45秒間のポストベークを行った。
その結果、ライン幅49nm,ピッチ98nmの1:1のラインアンドスペース(LS)パターンがそれぞれ形成された。
[Formation of resist pattern]
An organic antireflection film composition “ARC29A” (trade name, manufactured by Brewer Science Co., Ltd.) is applied onto a 12-inch silicon wafer using a spinner and baked on a hot plate at 205 ° C. for 60 seconds to be dried. Thereby, an organic antireflection film having a film thickness of 89 nm was formed.
Then, the photoresist composition of each example is applied onto the organic antireflection film using a spinner, prebaked (PAB) at a hot plate temperature of 110 ° C. for 60 seconds, and dried. Thus, a resist film having a thickness of 90 nm was formed.
Next, a protective film forming coating solution “TILC-057” (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied onto the resist film using a spinner and heated at 90 ° C. for 60 seconds. A top coat having a thickness of 35 nm was formed.
Next, an ArF excimer laser (193 nm) using an ArF exposure apparatus NSR-609B (manufactured by Nikon; NA (numerical aperture) = 1.07, Cross pole (in / out = 0.78 / 0.97) with Polaro) Was selectively irradiated to the resist film having the top coat formed thereon through a mask.
Then, a post-exposure heating (PEB) treatment for 60 seconds was performed at the temperature shown in Table 6, and a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution “NMD-3” (trade name, Tokyo, Japan) at 23 ° C. (Oka Kogyo Co., Ltd.) was subjected to alkali development for 10 seconds, rinsed with pure water for 15 seconds, and then shaken and dried.
Subsequently, post-baking was performed on a hot plate at 100 ° C. for 45 seconds.
As a result, a 1: 1 line and space (LS) pattern having a line width of 49 nm and a pitch of 98 nm was formed.
該LSパターンが形成される最適露光量Eop(mJ/cm2;感度)を求めた。その結果を表6に併記した。また、上記Eopにおける限界解像度(nm)についても表6に併記する(表6中、該限界解像度を「解像性(nm)」と表記した)。 The optimum exposure dose Eop (mJ / cm 2 ; sensitivity) for forming the LS pattern was determined. The results are also shown in Table 6. Further, the limit resolution (nm) in the above Eop is also shown in Table 6 (in Table 6, the limit resolution is expressed as “resolution (nm)”).
[LWR(ラインワイズラフネス)評価]
前記Eopで形成されたLSパターンにおいて、測長SEM(走査型電子顕微鏡、加速電圧300V、商品名:S−9380、日立ハイテクノロジーズ社製)により、ライン幅を、ラインの長手方向に400箇所測定し、その結果から標準偏差(s)の3倍値(3s)を求め、400箇所の3sについて平均化した値を、LWRを示す尺度として算出した。その結果を表6に示す。
この3sの値が小さいほど、その線幅のラフネスが小さく、より均一幅のLSパターンが得られたことを意味する。
[LWR (line width roughness) evaluation]
In the LS pattern formed by the Eop, the line width was measured at 400 points in the longitudinal direction of the line with a length measuring SEM (scanning electron microscope, acceleration voltage 300V, trade name: S-9380, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). Then, a triple value (3 s) of the standard deviation (s) was obtained from the result, and an averaged value for 3 s at 400 locations was calculated as a scale indicating LWR. The results are shown in Table 6.
A smaller value of 3s means that the roughness of the line width is smaller, and an LS pattern having a more uniform width is obtained.
[レジストパターン形状の評価]
前記Eopで形成されたLSパターンにおいて、形成されたLSパターンの断面形状を、走査型電子顕微鏡(商品名:SU−8000、日立ハイテクノロジー社製)を用いて観察し、その形状を下記の評価基準により評価した。その結果を表6に示す。
(評価基準)
○:矩形性が高く、良好な形状であった。
×:テーパー形状(裾引き形状)であった。
[Evaluation of resist pattern shape]
In the LS pattern formed by Eop, the cross-sectional shape of the formed LS pattern was observed using a scanning electron microscope (trade name: SU-8000, manufactured by Hitachi High-Technology Corporation), and the shape was evaluated as follows. Evaluation was made according to the criteria. The results are shown in Table 6.
(Evaluation criteria)
○: High rectangularity and good shape.
X: Tapered shape (bottom shape).
表6より、本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)に基づく構成単位を含有する高分子化合物1〜17を含有するフォトレジスト組成物は、本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)を含有しない高分子化合物(高分子化合物18〜20)を含有するフォトレジスト組成物と比べて、良好な形状のフォトレジストパターンを形成でき、LWRが改善された。すなわち、高解像度のフォトレジストパターンの形成とLWRの低減とを両立させることができた。 From Table 6, the photoresist composition containing the high molecular compounds 1-17 containing the structural unit based on the acrylic ester derivative (1) of this invention contains the acrylic ester derivative (1) of this invention. As compared with the photoresist composition containing the polymer compound (polymer compounds 18 to 20) that does not, a photoresist pattern having a good shape can be formed, and the LWR is improved. That is, it was possible to achieve both formation of a high-resolution photoresist pattern and reduction of LWR.
本発明のアクリル酸エステル系誘導体(1)は、LWRが改善されて高解像度のレジストパターンを形成するフォトレジスト組成物用の高分子化合物の原料として有用であり、半導体やプリント基板の製造において有用である。 The acrylic ester derivative (1) of the present invention is useful as a raw material for a polymer compound for a photoresist composition that has an improved LWR and forms a high-resolution resist pattern, and is useful in the production of semiconductors and printed boards. It is.
Claims (3)
で示されるアクリル酸エステル系誘導体。 The following general formula (1)
An acrylic ester derivative represented by
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