JP2007045787A - alpha-SUBSTITUTED ACRYLIC ACID NORBORNANYLS, METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND COPOLYMER USING THE SAME - Google Patents

alpha-SUBSTITUTED ACRYLIC ACID NORBORNANYLS, METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND COPOLYMER USING THE SAME Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To produce/provide objective specific α-substituted acrylic acid norbornanyls from a substituted norbornene by passing through a substituted norbornanyl alcohol in a high selectivity and yield, and a polymer containing the same as a monomer. <P>SOLUTION: This substituted norbornanyl alcohol is expressed by general formula [4] [wherein, any one of R<SP>2</SP>, R<SP>3</SP>is RfSO<SB>2</SB>NHCH<SB>2</SB>- group (wherein, Rf is a 1-4C perfluoroalkyl) and rest is H]. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、次世代フォトレジストに対応するモノマーとして有用な化合物であるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類及びその製造方法、α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の前駆体である置換ノルボルナニルアルコール及びその製造法、及びα−置換アクリル酸ノルボルナニル類に由来する繰り返し単位を含む重合体に関する。   The present invention relates to α-substituted norbornanyl acrylates which are compounds useful as monomers corresponding to next-generation photoresists and methods for producing the same, substituted norbornanyl alcohols which are precursors of α-substituted norbornanyl acrylates and the production thereof And polymers containing repeat units derived from α-substituted norbornanyl acrylates.

近年、コンピューターを始めとするデジタル機器の発展により、取り扱う演算データや二次元、三次元画像データの処理量が膨大になってきており、これらの情報を素早く処理するために大容量で高速なメモリと高性能なマイクロプロセッサが必要となっている。また、インターネットなどネットワークの発展に伴って、更にブロードバンド化が加速し、デジタル機器に求められる処理能力は益々高まっていくものと予測されている。
この要求を達成するために、半導体デバイスに代表される各種デバイス機器には、より一層の高密度、高集積化が求められている。なかでも、微細加工を可能とするフォトリソグラフィー技術に対する要求は年々厳しくなっており、1Gビット以上の集積度を持つDRAMの製造には、最小線幅0.13ミクロン以下の加工技術が必要となり、それに対応してArFエキシマレーザー(193nm)を用いたフォトリソグラフィーが利用され始めている。更に微細なパターンを加工する目的で、F2エキシマレーザー(157nm)を用いたフォトリソグラフィー及び液侵リソグラフィーの開発が進められている。
これらの波長領域においては、従来レジスト材料に用いられてきたノボラックやポリビニルフェノール系の樹脂は光の吸収が大きすぎて用いることができない。そこで、アクリル系樹脂(例えば、特許文献1)やシクロオレフィン系樹脂(例えば、特許文献2)が検討されてきている。しかしながら、F2エキシマレーザー(157nm)の波長で透明性が高い樹脂は非常に限られており、フッ素樹脂の優位性が明らかとなってきている。特にフッ素系水酸基含有のレジスト樹脂は親水性にも優れた特性をもつことが報告されており、非常に期待が持たれている(例えば、非特許文献1、2)。
しかしながら、フッ素原子の導入は紫外線領域での透明性は向上するものの、同時にエッチング耐性の低下をもたらしてしまう。また、重合反応性についても、従来のノルボルネン環に直接フッ素原子やトリフルオロメチル基がついたモノマーは、重合反応性が低くて低収率であったり、材料として充分な分子量を得ることができなかったりと多くの課題を残していた。従って、これら既存の化合物が発揮しうる機能は必ずしも充分ではなく、更に優れた高分子化合物を効率よく与え得る新規なモノマー又はその原料の創出が望まれていた。
In recent years, with the development of digital devices such as computers, the processing amount of processing data, 2D and 3D image data has become enormous, and a large-capacity and high-speed memory is required to quickly process such information. And a high performance microprocessor is needed. In addition, with the development of networks such as the Internet, it is predicted that the use of broadband will accelerate further, and the processing capacity required for digital devices will increase further.
In order to achieve this requirement, various device devices typified by semiconductor devices are required to have higher density and higher integration. In particular, the demand for photolithography technology that enables microfabrication is becoming stricter year by year, and the fabrication of DRAMs having an integration density of 1 Gbit or more requires processing technology with a minimum line width of 0.13 microns or less. Correspondingly, photolithography using an ArF excimer laser (193 nm) has begun to be used. Furthermore, for the purpose of processing a fine pattern, development of photolithography and immersion lithography using an F 2 excimer laser (157 nm) is in progress.
In these wavelength regions, novolak and polyvinylphenol resins conventionally used for resist materials are too light-absorbed and cannot be used. Therefore, acrylic resins (for example, Patent Document 1) and cycloolefin resins (for example, Patent Document 2) have been studied. However, resins with high transparency at the wavelength of F 2 excimer laser (157 nm) are very limited, and the superiority of fluororesins has become clear. In particular, it has been reported that a resist resin containing a fluorine-based hydroxyl group has excellent properties in hydrophilicity, and is very promising (for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
However, the introduction of fluorine atoms improves the transparency in the ultraviolet region, but at the same time brings about a decrease in etching resistance. As for the polymerization reactivity, monomers having a fluorine atom or a trifluoromethyl group directly on the norbornene ring have a low polymerization reactivity and a low yield, and a sufficient molecular weight as a material can be obtained. There were many issues left unanswered. Therefore, the functions that these existing compounds can exhibit are not always sufficient, and it has been desired to create a novel monomer or a raw material thereof that can efficiently provide a superior polymer compound.

一方、半導体デバイス用パッケージの分野においては、一般的にエポキシ樹脂などが採用されているが、プリント基板への実装時の熱ストレスを低減することを目的として封止樹脂材の中に素子基板(Si基板)と熱膨張係数の近い酸化ケイ素(SiO2)の微粒子を添加する方法が用いられている。しかし、従来の技術では、熱伝導性において、金属や、セラミックス等に劣るエポキシ樹脂を用いた従来構造のプラスチックパッケージでは、放熱特性が悪く、熱抵抗がかなり高くなるため、パワーICなどの高消費電力のICや、高速で動作するICのパッケージとしては長期的な信頼性という面から不利であった。また、低応力にするために樹脂中に添加されているSiO2の微粒子は非常に硬いため、プリント基板への実装時に発生する熱応力で、素子表面へ局所的に大きな圧力を加え、素子を破壊することが発生していた。すなわち、半導体パッケージの分野においては、耐熱性が高く、素子表面に熱応力を加え難い材料が求められていた(例えば、特許文献3)。実際には、単独の半導体パッケージ材料では要求性能を満足することは難しく、種々の保護膜等が併用されている。パッケージ材料と保護膜は一体化しており、お互いの欠点を補いあうことによって役割を果たしているといえる。半導体チップへの水及び不純物の浸入を防ぐためにパッシベーション膜が、またパッケージ材料中に生じる応力集中を緩和するためにバッファーコート膜が用いられている。従来、半導体に用いられる絶縁膜や保護膜などの薄膜材料は酸化シリコンなどの無機化合物が主流であったが、現在は、ポリイミドなどの耐熱性高分子材料の有用性が認められ、相関絶縁膜、パッシベーション膜、バッファーコート膜などに使用されている。 On the other hand, in the field of semiconductor device packages, epoxy resin or the like is generally employed. However, in order to reduce thermal stress during mounting on a printed circuit board, an element substrate ( A method of adding fine particles of silicon oxide (SiO 2 ) having a thermal expansion coefficient close to that of the (Si substrate) is used. However, in the conventional technology, the plastic package with a conventional structure using an epoxy resin that is inferior to metal or ceramics in terms of thermal conductivity has poor heat dissipation characteristics and considerably high thermal resistance. It is disadvantageous in terms of long-term reliability as a power IC or an IC package that operates at high speed. In addition, since the SiO 2 particles added to the resin to make it low stress are very hard, the thermal stress generated during mounting on a printed circuit board applies a large pressure locally to the element surface, The destruction occurred. That is, in the field of semiconductor packages, a material that has high heat resistance and is difficult to apply thermal stress to the element surface has been demanded (for example, Patent Document 3). Actually, it is difficult to satisfy the required performance with a single semiconductor package material, and various protective films are used in combination. It can be said that the package material and the protective film play a role by making up for each other's drawbacks. A passivation film is used to prevent water and impurities from entering the semiconductor chip, and a buffer coat film is used to alleviate stress concentration generated in the package material. Conventionally, inorganic compounds such as silicon oxide have been the mainstream for thin film materials such as insulating films and protective films used in semiconductors, but now the availability of heat-resistant polymer materials such as polyimide has been recognized, and correlation insulating films It is used for passivation film, buffer coating film, etc.

また、近年の半導体の高集積化、高速化の要求に対しては、信号の高速伝送に対応した材料が求められている。高速伝送では信号の伝播遅延が問題となるが、伝播遅延は材料の比誘電率に比例することから、材料の低誘電率化が有効である。現在では、フッ素樹脂が低誘電率であることが知られ、含フッ素ポリイミドも有力な材料の一つとして研究されている。フッ素原子を導入した樹脂はフッ素の持つ撥水性、非密着性などの特異な性質を有し、時には目的とする用途に採用が可能となるが、あるときはそれらの特異性のために採用が難しいこともあった。近年の新しい半導体応用製品の登場に合わせて半導体パッケージも多様化し、小型化、薄型化、低誘電率化など様々な要求がなされ、これらを満足するパッケージ材料が望まれていた。
一方、α−置換アクリル酸ノルボルナニル類は多種の異性体を含有することが知られているが、その異性体の生成を制御したり、単一異性体の取出を行った例などはほとんど報告されていない。
また、スルホンアミド構造を有する重合性エステル化合物に由来する繰り返し単位を有する重合体がエキシマレーザー露光波長での透明性及びドライエッチング耐性等に優れていることが開示されている(特許文献4)。
特開平10−161313号公報 特開2000−89463号公報 特開平8−241913号公報 特開2005−23304号公報 H. Ito, H. D. Truong, et al, J. Photopolym. Sci. Technol., 16, 523-536(2003) Francis Houlihan, Andrew Romano, Ralph R, Dammel, et al, J. Photopolym. Sci. Technol., 16, 581-590(2003)
Further, in response to the recent demand for higher integration and higher speed of semiconductors, materials corresponding to high-speed signal transmission are required. In high-speed transmission, signal propagation delay becomes a problem, but since the propagation delay is proportional to the relative dielectric constant of the material, it is effective to reduce the dielectric constant of the material. At present, fluororesins are known to have a low dielectric constant, and fluorine-containing polyimides are also being studied as one of the promising materials. Resin into which fluorine atoms have been introduced has unique properties such as water repellency and non-adhesive properties of fluorine, and it can sometimes be used for the intended purpose. Sometimes it was difficult. With the advent of new semiconductor application products in recent years, semiconductor packages have also been diversified, and various demands such as downsizing, thinning, and low dielectric constant have been made, and package materials that satisfy these requirements have been desired.
On the other hand, α-substituted norbornanyl acrylates are known to contain various isomers, but there have been few reports on examples of controlling the formation of isomers or taking out single isomers. Not.
Further, it is disclosed that a polymer having a repeating unit derived from a polymerizable ester compound having a sulfonamide structure is excellent in transparency at an excimer laser exposure wavelength, dry etching resistance, and the like (Patent Document 4).
JP-A-10-161313 JP 2000-89463 A JP-A-8-241913 JP 2005-23304 A H. Ito, HD Truong, et al, J. Photopolym. Sci. Technol., 16, 523-536 (2003) Francis Houlihan, Andrew Romano, Ralph R, Dammel, et al, J. Photopolym. Sci. Technol., 16, 581-590 (2003)

本発明は、紫外線領域から近赤外線領域に至るまでの幅広い波長領域で高い透明性を有し、かつ基板への高い密着性及び成膜性、高いエッチング耐性を併せ持ったレジスト材料又は、半導体デバイス用パッケージ材料のモノマー原料となる、新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニルアルコール及びここから誘導されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類及びその製造方法を提供することにある。
更に本発明では複数の異性体の中で、特定の単一なα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を提供することも重要な目的である。一般的にα−置換アクリル酸ノルボルナニル類は製造工程で多くの異性体を持つ。通常は、4種以上の異性体を含有するため、それぞれの異性体化合物の特性を考慮した上で高分子組成の設計を行うことが難しい。
更に現実的な応用、例えばフォトレジスト材料として使用する場合、アルカリ現像液に対する溶解速度や基板との密着性が異性体構造に大きく異存し、構造式から推察できる高性能が実現できないなど、異性体混合物であるがゆえに生じる課題が多く残っていた。
すなわち、本発明は、置換ノルボルネンから、置換ノルボルナニルアルコールを経て、高い選択率、収率で、目的とする特定のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類、及びこれらをモノマーとして含む重合体を製造、提供することを課題とする。
The present invention is a resist material or semiconductor device having high transparency in a wide wavelength range from the ultraviolet region to the near infrared region, and having both high adhesion to the substrate, film forming property, and high etching resistance. An object of the present invention is to provide a novel α-substituted norbornanyl alcohol, a α-substituted norbornanyl acrylate derived therefrom, and a method for producing the same, which are used as monomer materials for the packaging material.
Further, in the present invention, it is an important object to provide a specific single α-substituted norbornanyl acrylate among a plurality of isomers. Generally, α-substituted norbornanyl acrylates have many isomers in the production process. Usually, since it contains four or more isomers, it is difficult to design a polymer composition in consideration of the characteristics of each isomer compound.
Furthermore, when used as a photoresist material in practical applications, for example, the dissolution rate in an alkaline developer and the adhesion to the substrate are greatly different from the isomer structure, and the high performance that can be inferred from the structural formula cannot be realized. Many problems that occurred because of the mixture remained.
That is, the present invention produces the desired specific α-substituted norbornanyl acrylates and polymers containing these as monomers from the substituted norbornene via the substituted norbornanyl alcohol with high selectivity and yield. The issue is to provide.

本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ノルボルネン環とパーフルオロアルキルスルホンアミド構造を有する新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニルアルコール及びこれから誘導される新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を見いだした。
この新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を重合させた含フッ素重合体は、幅広い波長領域で高い透明性を有し、かつ基板への高い密着性及び成膜性を併せ持つばかりでなく、ノルボルネン環構造に由来する高いエッチング耐性を有したレジスト材料として期待される。更に、本発明の新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を重合させたこの含フッ素高分子化合物は分子内に環状構造を有することから耐熱性が高く、パーフルオロアルキルスルホンアミド構造に由来する良好な溶剤溶解性をもってコーティング性に優れ、成膜性や成形性にも優れることが期待される。
また、本発明の新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を重合させたこの含フッ素高分子化合物をそのまま使用して、あるいはこれに硬化剤を加えて半導体デバイスのパッケージ化を行った場合には、素子基板への応力が非常に小さく、高い信頼性が得られることが期待される。
As a result of intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a novel α-substituted norbornanyl alcohol having a norbornene ring and a perfluoroalkylsulfonamide structure and a novel derived therefrom. α-Substituted norbornanyl acrylates were found.
This novel fluorine-containing polymer obtained by polymerizing α-substituted norbornanyl acrylates has not only high transparency in a wide wavelength range, but also high adhesion to a substrate and film formability, as well as a norbornene ring. It is expected as a resist material having high etching resistance derived from the structure. Furthermore, the fluorine-containing polymer compound obtained by polymerizing the novel α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention has a high heat resistance because it has a cyclic structure in the molecule, and is excellent in being derived from a perfluoroalkylsulfonamide structure. It is expected to have excellent solvent-solubility, coating properties, and excellent film formability and moldability.
In addition, when the fluorine-containing polymer compound obtained by polymerizing the novel α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention is used as it is or when a semiconductor device is packaged by adding a curing agent thereto, It is expected that stress on the element substrate is very small and high reliability can be obtained.

一般に、アルコールをα−置換アクリル酸エステル化する方法としては、(1)α−置換アクリル酸とアルコールとの脱水縮合又は、(2)α−置換アクリル酸クロリドとアルコールとの反応により合成することができる。
上記(1)の方法は、脱水するために高温で、長時間の反応が必要であり、また平衡をエステル側に寄せるため過剰な酸を使用する必要がある。ところがこのような条件での反応では、生成したα−置換アクリル酸エステルが、高温で長期間、反応系内に有るために重合し、単離できない可能性が高い。
上記(2)の方法は、α−置換アクリル酸クロリドとアルコールとを反応させることにより発生する酸を塩基で消費して平衡を移動させる必要があるため、本来必要としない塩等が副生し廃棄物量が増加するという問題がある。また、副生した塩等を反応系から取り除くために濾過又は水洗又は濾過及び水洗をする必要がある。すなわち、電子材料用途のモノマーとしては、塩の残留は欠陥を引き起こす要因になるため、酸クロリドを用いるエステル化は望ましくない。
In general, as a method of converting an alcohol into an α-substituted acrylic acid ester, (1) dehydration condensation between α-substituted acrylic acid and alcohol, or (2) synthesis by reaction between α-substituted acrylic acid chloride and alcohol. Can do.
The method (1) requires a reaction at a high temperature for a long time for dehydration, and an excess acid needs to be used to bring the equilibrium to the ester side. However, in the reaction under such conditions, the produced α-substituted acrylate ester is likely to be polymerized and cannot be isolated because it exists in the reaction system for a long time at a high temperature.
In the above method (2), it is necessary to move the equilibrium by consuming the acid generated by reacting the α-substituted acrylic acid chloride and the alcohol with the base. There is a problem that the amount of waste increases. Further, in order to remove by-produced salts and the like from the reaction system, it is necessary to perform filtration or water washing or filtration and water washing. That is, as a monomer for use in electronic materials, residual salt causes a defect, and therefore esterification using acid chloride is not desirable.

また、モノマーとして使用するに十分な純度を確保するためには、蒸留操作等が必要であるが、本発明のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類は、非常に高い沸点を持ち、これを蒸留するには高真空下、高温で蒸留する必要である。本発明のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類には、α−置換アクリル酸部分の重合性基が含まれており、これが高い温度により容易に重合することから、高温での蒸留を実施した場合、単離することが難しい。精製を容易にするために原料の置換ノルボルナニルアルコールを精製して使用することにより、α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の精製負荷を軽減することが必要であるが、置換ノルボルナニルアルコールもα−置換アクリル酸ノルボルナニル類同様、高沸点で粘性の高い、取り扱いにくい化合物である。
すなわち、置換ノルボルナニルアルコールの製造においても、それを原料としてエステル化するα−置換アクリル酸ノルボルナニルの製造においても、副生成物を生成させない製造方法を開発する必要があった。また、同時に目的とする特定の異性体を選択的に得る方法を開発する必要があった。
Moreover, in order to ensure sufficient purity for use as a monomer, a distillation operation or the like is necessary. However, the α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention have a very high boiling point, and are used for distillation. Must be distilled at high temperature under high vacuum. The α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention contain a polymerizable group of an α-substituted acrylic acid moiety, which is easily polymerized at a high temperature. Therefore, when distillation at a high temperature is performed, Difficult to separate. In order to facilitate purification, it is necessary to reduce the purification load of α-substituted norbornanyl acrylates by purifying the substituted norbornanyl alcohol as a raw material and using the substituted norbornanyl alcohol. -Like substituted norbornanyl acrylates, high boiling point, high viscosity, difficult to handle compounds.
That is, in the production of substituted norbornanyl alcohols and in the production of α-substituted norbornanyl acrylates that are esterified using them as raw materials, it is necessary to develop a production method that does not generate by-products. At the same time, it was necessary to develop a method for selectively obtaining a specific isomer of interest.

そこで本発明者らは、工業的規模での製造に適した置換ノルボルナニルアルコールの製造法、α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造法を確立するべく、鋭意検討を行ったところ、副生成物の少ない置換ノルボルナニルアルコールの製造法(第一工程)及び第一工程で得られた置換ノルボルナニルアルコールとα−置換アクリル酸無水物を反応させる第二工程を組み合わせることにより、副生成物の少ないα−置換アクリル酸ノルボルナニル類が高選択率、高収率で製造できることを見出し、本発明に至った。
更に、本発明者らは、数種の異性体を含む上記生成物を特定の溶媒で再結晶することにより、単一の異性体が得られることを見出し本発明に至った。また、これらのα−置換アクリル酸ノルボルナニル類をモノマーとして用いた重合体を提供する。
Therefore, the present inventors conducted extensive studies to establish a method for producing substituted norbornanyl alcohol suitable for production on an industrial scale and a method for producing α-substituted norbornanyl acrylates. A by-product by combining a method for producing a substituted norbornanyl alcohol with a low content (first step) and a second step of reacting the substituted norbornanyl alcohol obtained in the first step with an α-substituted acrylic anhydride The present inventors have found that α-substituted norbornanyl acrylates with a low content can be produced with high selectivity and high yield.
Furthermore, the present inventors have found that a single isomer can be obtained by recrystallizing the above-mentioned product containing several isomers with a specific solvent, and have reached the present invention. Moreover, the polymer using these (alpha) -substituted norbornanyl acrylates as a monomer is provided.

すなわち、本発明は、一般式[4]

Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールである。なお、本願明細書において、脂環族化合物を構成する炭素原子に結合している水素原子は省略してある。従って、R2、R3のいずれか一つは、同一炭素原子に2個の水素原子が結合している。 That is, the present invention relates to the general formula [4]
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. ] The substituted norbornanyl alcohol represented by this. In the present specification, hydrogen atoms bonded to carbon atoms constituting the alicyclic compound are omitted. Accordingly, in any one of R 2 and R 3 , two hydrogen atoms are bonded to the same carbon atom.

また、本発明は、一般式[1]

Figure 2007045787
[式中、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。]で表される低級カルボン酸を、一般式[2]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3のうち、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルネンと反応させて、一般式[3]
Figure 2007045787
[式中、R1は一般式[1]のR1と同じで、R2、R3は一般式[2]のR2、R3と同じ]で表される置換ノルボルナニル類を得て、これを加水分解することを特徴とする、一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールの製造方法である。 The present invention also provides a general formula [1].
Figure 2007045787
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A lower carboxylic acid represented by the general formula [2]
Figure 2007045787
[Wherein, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the rest It is a hydrogen atom. And a substituted norbornene represented by the general formula [3]
Figure 2007045787
Wherein, R 1 is the same as R 1 in the general formula [1], R 2, R 3 is the general formula [2] R 2, R 3 identical] to give a substituted norbornanyl compound represented by, This is hydrolyzed and is represented by the general formula [4]
Figure 2007045787
[Wherein, R 2, R 3 is any one that RfSO 2 NHCH 2 - group (., Where, Rf is selected from the group consisting of a carbon number of 1 represents a perfluoroalkyl group having 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen Is an atom. It is a manufacturing method of substituted norbornanyl alcohol represented by this.

また、本発明は、一般式[6]

Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類である。
また、α−置換アクリル酸ノルボルナニル類が、5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレートであることを特徴とする上記のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類である。 The present invention also provides a general formula [6].
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. [Alpha] -substituted norbornanyl acrylates represented by the formula:
The α-substituted norbornanyl acrylate is 5-exo-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl 2-methyl acrylate. It is said (alpha) -substituted norbornanyl acrylate characterized by the above-mentioned.

また、本発明は、次の二工程によりなる、一般式[6]

Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法である。
第一工程:上記、一般式[4]で表される置換ノルボナニルアルコールを製造する工程。
第二工程:一般式[5]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基である。]で表されるα−置換アクリル酸無水物を、上記第一工程で得られた一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールと反応させることを特徴とする、一般式[6]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を製造する工程である。
また、本発明は、一般式[5]で表されるα−置換アクリル酸無水物の置換基R4が水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基である、上記α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法である。
更に本発明は、一般式[5]で表されるα−置換アクリル酸無水物の置換基R4が水素原子、メチル基である、上記α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法を提供する。 Further, the present invention comprises the following general formula [6], which comprises the following two steps.
Figure 2007045787
Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 4 carbon atoms having a carbon number of 1, R 2, R 3 is any one that RfSO 2 NHCH 2 - group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The manufacturing method of (alpha) -substituted norbornanyl acrylate represented by this.
1st process: The process of manufacturing the substituted norbonanyl alcohol represented by the said General formula [4].
Second step: General formula [5]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. An α-substituted acrylic anhydride represented by the general formula [4] obtained in the first step.
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. And a substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [6]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The process for producing the α-substituted norbornanyl acrylate represented by the formula:
In the present invention, the substituent R 4 of the α-substituted acrylic anhydride represented by the general formula [5] is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. This is a method for producing the above-mentioned α-substituted norbornanyl acrylates.
Furthermore, the present invention provides a method for producing the above α-substituted norbornanyl acrylates, wherein the substituent R 4 of the α-substituted acrylic anhydride represented by the general formula [5] is a hydrogen atom or a methyl group.

本発明の上記α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法において、第二工程は、下記スキーム1で表されるが、反応を促進するために添加剤を添加して行うことができる。本発明は、第二工程を有機スルホン酸及び/又はルイス酸よりなる添加剤の存在下行うことを特徴とする上記のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法である。使用される添加剤としてはメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等有機スルホン酸類、三フッ化ホウ素、四塩化チタン、四塩化スズ等のルイス酸類の群から選ばれる少なくとも一種の酸が好適に用いられる。
更に本発明は、上記α−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造工程後に、更に炭化水素系溶媒で再結晶する第三工程を行うことを特徴とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法である。
本発明のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法において、第二工程をスキーム1にまとめる。

Figure 2007045787
In the production method of the above-mentioned α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention, the second step is represented by the following scheme 1, but can be carried out by adding an additive in order to accelerate the reaction. The present invention is the method for producing the above-mentioned α-substituted norbornanyl acrylate, wherein the second step is performed in the presence of an additive comprising an organic sulfonic acid and / or a Lewis acid. Additives used include organic sulfonic acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid, and Lewis acids such as boron trifluoride, titanium tetrachloride, and tin tetrachloride. At least one acid selected from the group is preferably used.
Furthermore, this invention is a manufacturing method of (alpha) -substituted norbornanyl acrylate characterized by performing the 3rd process recrystallized with a hydrocarbon type solvent after the manufacturing process of the said (alpha) -substituted norbornanyl acrylate.
In the method for producing an α-substituted norbornanyl acrylate of the present invention, the second step is summarized in Scheme 1.
Figure 2007045787

本発明の重合体は、上記一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を重合させて得られ、一般式[7]

Figure 2007045787
[式中、R4は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類由来の繰り返し単位を有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000の重合体である。 The polymer of the present invention is obtained by polymerizing an α-substituted norbornanyl acrylate represented by the above general formula [6].
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group. Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The polymer of the polystyrene conversion weight average molecular weights 1,000-100,000 by the gel permeation chromatography (GPC) which has a repeating unit derived from (alpha) -substituted norbornanyl acrylate represented by these is a polymer.

また、本発明の共重合体は、(I)上記一般式[7]で表される繰り返し単位と、(II)一般式[8]から一般式[11]

Figure 2007045787
[式[8]から式[11]において、R5は水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基あるいはヒドロキシメチル基を表し、式[9]から式[11]において、R6はR5とは独立にメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基を表し、nは0〜1の整数を、mは1〜2の整数をそれぞれ表す。]で表される少なくとも1つの繰り返し単位とを有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000の共重合体である。 The copolymer of the present invention comprises (I) a repeating unit represented by the above general formula [7], and (II) a general formula [8] to a general formula [11].
Figure 2007045787
[In the formulas [8] to [11], R 5 represents a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group or a hydroxymethyl group. In the formulas [9] to [11], R 6 represents R 5. Independently methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, t-butyl group, 2-methylpropyl group, 1-methylpropyl group, methoxymethyl group, ethoxymethyl group, ethoxyethyl Represents a group, n represents an integer of 0 to 1, and m represents an integer of 1 to 2, respectively. ] A copolymer having a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 100,000 by gel permeation chromatography (GPC) having at least one repeating unit represented by the formula:

また、本発明の共重合体は、(I)上記一般式[7]で表される繰り返し単位と、(III)一般式[12]及び一般式[13]

Figure 2007045787
[式[12]及び式[13]において、R5は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基あるいはヒドロキシメチル基を表し、式[12]において、Aは単結合、炭素数1から炭素数10の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基又は炭素数4から炭素数20の脂環式炭化水素基、アルキレングリコール基、アルキレンエステル基を表し、式[13]において、Zは2〜4価の有機基を表し、Tは単結合又は炭素数1から炭素数3の2価の有機基を表し、pは1〜3の整数を表す。]で表される少なくとも1つの繰り返し単位とを有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000の共重合体である。 The copolymer of the present invention comprises (I) a repeating unit represented by the above general formula [7], (III) a general formula [12] and a general formula [13].
Figure 2007045787
[In Formula [12] and Formula [13], R 5 represents a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, or a hydroxymethyl group. In Formula [12], A is a single bond, having 1 to carbon atoms. 10 represents a linear or branched alkylene group or an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, an alkylene glycol group, or an alkylene ester group. In the formula [13], Z is a divalent to tetravalent group. T represents an organic group, T represents a single bond or a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms, and p represents an integer of 1 to 3. ] A copolymer having a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 100,000 by gel permeation chromatography (GPC) having at least one repeating unit represented by the formula:

本発明によれば、置換ノルボルネンから、置換ノルボルナニルアルコールを経て、高い選択率、収率で、目的とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を製造することができる。
本発明のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類由来の繰り返し単位を含む重合体、共重合体は、活性放射線、特に、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、F2エキシマレーザー(波長157nm)に代表される遠紫外線に感応する化学増幅型レジスト用樹脂として、レジストの基本性能となる放射線に対する透明性、高感度及び解像度に優れるという特性のみならず、ドライエッチング耐性、パターン形状も良好なレジストを与えることができる。
According to the present invention, a desired α-substituted norbornanyl acrylate can be produced from a substituted norbornene through a substituted norbornanyl alcohol with a high selectivity and yield.
Polymers and copolymers containing repeating units derived from α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention are active radiation, particularly ArF excimer laser (wavelength 193 nm), F 2 excimer laser (wavelength 157 nm) represented by far. As a chemically amplified resist resin that is sensitive to ultraviolet rays, it is possible to provide resists with excellent dry etching resistance and pattern shape as well as characteristics such as resist transparency, high sensitivity and resolution, which are the basic performance of resists. .

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコール(以下、単に置換ノルボルナニルアルコールという場合もある)

Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]及び一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類(以下、単にα−置換アクリル酸ノルボルナニル類という場合もある)
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]は、ノルボルネン環とパーフルオロアルキルスルホンアミド構造を有する新規な含フッ素環状化合物である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. Substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as substituted norbornanyl alcohol)
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. And α-substituted norbornanyl acrylates represented by the general formula [6] (hereinafter also referred to simply as α-substituted norbornanyl acrylates)
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] Is a novel fluorine-containing cyclic compound having a norbornene ring and a perfluoroalkylsulfonamide structure.

RfSO2NHCH2−基のRfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基である。これらの中でトリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基が好ましく、特にトリフルオロメチル基が好ましい。 Rf in the RfSO 2 NHCH 2 — group is a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and is a trifluoromethyl group, a perfluoroethyl group, a perfluoropropyl group, or a perfluorobutyl group. Among these, a trifluoromethyl group and a perfluoroethyl group are preferable, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.

一般に、フッ素含有量の増加と共に、紫外線領域から近赤外線領域に至るまでの幅広い波長領域での透明性の向上や、屈折率の低下が誘起されることが知られている。一方、フッ素含有量の増加に伴って基板との密着性の低下や成膜性の低下も誘起され、透明性の高さや屈折率の低さとの両立を図ることは困難であった。
しかしながら、一般式[4]及び一般式[6]に示される化合物は、パーフルオロアルキルスルホンアミド構造を有することで、一般式[6]から誘導した高分子化合物では基板との高い密着性、また高い成膜性をも併せ持つことが十分期待される。
環状のノルボルネン骨格はレジスト材料で必要なエッチング耐性に寄与することから好ましく、また、分子内に環状の構造を導入することによって、これから誘導される高分子化合物のガラス転移温度(Tg)を高めることができる。その高分子化合物に含まれる環状構造の割合を調整することによって、Tgを調整することも可能となる。Tgは化学増幅型ポジ型レジストの酸拡散速度に重要な要素であり、半導体デバイス用パッケージ材料やバッファーコートの分野では熱膨張係数の低減や調整のための重要な要素となっている。
In general, it is known that with an increase in the fluorine content, an improvement in transparency and a decrease in refractive index are induced in a wide wavelength region from the ultraviolet region to the near infrared region. On the other hand, a decrease in adhesion to the substrate and a decrease in film formability are induced with an increase in the fluorine content, and it has been difficult to achieve both high transparency and low refractive index.
However, since the compounds represented by the general formula [4] and the general formula [6] have a perfluoroalkylsulfonamide structure, the polymer compound derived from the general formula [6] has high adhesion to the substrate, It is fully expected to have high film-forming properties.
The cyclic norbornene skeleton is preferable because it contributes to the etching resistance necessary for the resist material, and the glass transition temperature (Tg) of the polymer compound derived therefrom is increased by introducing a cyclic structure in the molecule. Can do. It is also possible to adjust Tg by adjusting the ratio of the cyclic structure contained in the polymer compound. Tg is an important factor for the acid diffusion rate of a chemically amplified positive resist, and is an important factor for reducing or adjusting the thermal expansion coefficient in the field of semiconductor device packaging materials and buffer coatings.

一般式[4]で表される置換ノルボナニルアルコールは、カルボン酸あるいはエーテル基を有する高分子化合物に後反応で導入することが可能で、上記の特性を発現させることが期待できる。また、一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類は高分子化合物を重合するためのモノマーとして有用である。
更に本発明では、請求項5で示したα−置換アクリル酸ノルボルナニル類であって、特定の構造である5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレートを単一異性体として提供することができる。
一般的にα−置換アクリル酸ノルボルナニル類は製造工程で多くの異性体を持ち、4種以上の異性体を含有してしまう。この異性体は側鎖構造中の酸性アミド基の位置、広がり、コンフォメーションなどに大きな影響をもたらす。現実的な応用であるフォトレジスト材料として使用する場合、アルカリ現像液に対する溶解速度や基板との密着性は大きな設計のポイントになっているが、本発明による5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレートに代表されるexo/exoの組み合わせは最も効果的に酸性アミド基を配置させることが可能である。
The substituted norbonanyl alcohol represented by the general formula [4] can be introduced into a polymer compound having a carboxylic acid or an ether group by a post-reaction, and can be expected to exhibit the above characteristics. Moreover, the α-substituted norbornanyl acrylate represented by the general formula [6] is useful as a monomer for polymerizing a polymer compound.
Furthermore, in the present invention, the α-substituted norbornanyl acrylates shown in claim 5 and having a specific structure, 5-exo-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2 .1] Hept-2-exo-yl 2-methyl acrylate can be provided as a single isomer.
Generally, α-substituted norbornanyl acrylates have many isomers in the production process and contain four or more isomers. This isomer has a great influence on the position, spread and conformation of the acidic amide group in the side chain structure. When used as a photoresist material, which is a practical application, the dissolution rate in an alkaline developer and the adhesion to the substrate are important design points. However, the 5-exo-({[(trifluoro The combination of exo / exo represented by methyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl 2-methyl acrylate can arrange an acidic amide group most effectively. It is.

次に、本発明のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造法について詳細に説明する。
本発明の一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造法は、次の2工程によりなる。下記の第一工程は、本発明の一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールの製造方法である。
第一工程:一般式[1]

Figure 2007045787
[式中、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。]で表される低級カルボン酸を、一般式[2]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3のうち、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルネンと反応させて、一般式[3]
Figure 2007045787
[式中、R1は一般式[1]のR1と同じで、R2、R3は一般式[2]のR2、R3と同じ]で表される置換ノルボルナニル類を得て、これを加水分解することにより、一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールの製造工程である。 Next, the production method of the α-substituted norbornanyl acrylates of the present invention will be described in detail.
The production method of the α-substituted norbornanyl acrylate represented by the general formula [6] of the present invention comprises the following two steps. The following first step is a method for producing a substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] of the present invention.
First step: General formula [1]
Figure 2007045787
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A lower carboxylic acid represented by the general formula [2]
Figure 2007045787
[Wherein, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the rest It is a hydrogen atom. And a substituted norbornene represented by the general formula [3]
Figure 2007045787
Wherein, R 1 is the same as R 1 in the general formula [1], R 2, R 3 is the general formula [2] R 2, R 3 identical] to give a substituted norbornanyl compound represented by, By hydrolyzing this, general formula [4]
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. ] The manufacturing process of substituted norbornanyl alcohol represented by this.

第二工程:一般式[5]

Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基である。]で表されるα−置換アクリル酸無水物を、上記第一工程で得られた一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールと反応させることを特徴とする、一般式[6]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を製造する工程である。 Second step: General formula [5]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. An α-substituted acrylic anhydride represented by the general formula [4] obtained in the first step.
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. And a substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [6]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The process for producing the α-substituted norbornanyl acrylate represented by the formula:

はじめに第一工程につき、説明する。第一工程は、バッチ式反応装置において実施することができる。以下においてその反応条件を述べるが、それぞれの反応装置において、当業者が容易に調節しうる程度の反応条件の変更を妨げるものではない。
一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールは、はじめに一般式[1]で表される低級カルボン酸と一般式[2]で表される置換ノルボルネンを反応させ、一般式[3]で表される置換ノルボルナニル類を製造後、これを加水分解することにより製造することができる。このとき、得られる一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールは、異性体を含む混合物である。それぞれを分離精製して当該反応に供しても良いが、異性体混合物のまま供しても問題はない。
原料の一般式[2]で表される置換ノルボルネンはアリルアミンとシクロペンタジエンをルイス酸触媒存在、もしくは非存在下、Diels−Alder反応に付することによりアミノメチルノルボルネンを合成し(特開昭56−139543)、これをトリフルオロメタンスルホン酸無水物又はトリフルオロメタンスルホニルハライドと反応させることにより、得られることが知られている(Kas'yan, A. O., Maletina, I. I., et al, Zhurnal Organicheskoi Khimii, 31(3), 357-64(1995))。
First, the first step will be described. The first step can be performed in a batch reactor. The reaction conditions will be described below, but this does not prevent changes in the reaction conditions that can be easily adjusted by those skilled in the art in each reaction apparatus.
The substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] is obtained by first reacting the lower carboxylic acid represented by the general formula [1] with the substituted norbornene represented by the general formula [2]. It can manufacture by hydrolyzing this, after manufacturing substituted norbornanyl represented by these. At this time, the obtained substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] is a mixture containing isomers. Each may be separated and purified and used for the reaction, but there is no problem if it is used as an isomer mixture.
The substituted norbornene represented by the general formula [2] is synthesized by subjecting allylamine and cyclopentadiene to Diels-Alder reaction in the presence or absence of a Lewis acid catalyst to synthesize aminomethylnorbornene (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 56- 139543), which is known to be obtained by reaction with trifluoromethanesulfonic anhydride or trifluoromethanesulfonyl halide (Kas'yan, AO, Maletina, II, et al, Zhurnal Organicheskoi Khimii, 31 ( 3), 357-64 (1995)).

一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールにおけるR2、R3のうち、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基であり、残りが水素原子である。
本発明の第一工程中、一般式[3]で表される置換ノルボルナニル類を得る反応において使用する低級カルボン酸は、一般にギ酸、酢酸、プロピオン酸、トリフルオロ酢酸、ペンタフルオロプロピオン酸が用いることができるが、経済性からギ酸が特に好ましい。低級カルボン酸の量は置換ノルボルネン1モルに対して1〜20モルであり、5〜17モルが好ましく、7〜13モルがより好ましい。置換ノルボルネン1モルに対して低級カルボン酸の量が1モルより少ない場合には反応の選択率、目的物の収率共に低下し、20モルを超えると反応に関与しない低級カルボン酸が増加し、経済的及び環境への負荷の増大の面から好ましくない。
実施する際の反応温度は0〜250℃であり、20〜200℃が好ましく、50〜160℃がより好ましい。0℃より低い場合には反応速度が極めて遅く実用的製造法とはならない。また、250℃を超えると原料の置換ノルボルネン又は生成物の置換ノルボルナニル類が分解する可能性があることから好ましくない。
本反応においては無溶媒が好ましいが、溶媒を使用することもできる。使用可能な溶媒の種類に特別な制限はないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族化合物、オクタン、ヘプタン、ヘキサン等の炭化水素類を使用することができる。これらは単独で用いても、複数の溶媒を併用しても良い。
本反応に溶媒を使用する場合、使用する溶媒の溶媒量は置換ノルボルネン1gに対して0.2〜50gであり、0.5〜20gが好ましく、1〜10gがより好ましい。溶媒量が置換ノルボルネン1gに対して50gを超えると生産性の観点から経済的に好ましくない。
One of R 2 and R 3 in the substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] is an RfSO 2 NHCH 2 — group, and the remainder is a hydrogen atom.
In the first step of the present invention, formic acid, acetic acid, propionic acid, trifluoroacetic acid, pentafluoropropionic acid is generally used as the lower carboxylic acid used in the reaction for obtaining the substituted norbornanyl represented by the general formula [3]. However, formic acid is particularly preferable from the viewpoint of economy. The amount of the lower carboxylic acid is 1 to 20 moles, preferably 5 to 17 moles, more preferably 7 to 13 moles relative to 1 mole of the substituted norbornene. When the amount of the lower carboxylic acid is less than 1 mol relative to 1 mol of the substituted norbornene, both the selectivity of the reaction and the yield of the target product are reduced. When the amount exceeds 20 mol, the lower carboxylic acid not involved in the reaction increases. It is not preferable from the aspect of increasing economical and environmental burdens.
The reaction temperature at the time of implementing is 0-250 degreeC, 20-200 degreeC is preferable and 50-160 degreeC is more preferable. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction rate is extremely slow and it is not a practical production method. On the other hand, if it exceeds 250 ° C., the raw material substituted norbornene or the product substituted norbornanyl may be decomposed, which is not preferable.
In this reaction, no solvent is preferable, but a solvent can also be used. Although there is no special restriction | limiting in the kind of solvent which can be used, Hydrocarbons, such as aromatic compounds, such as benzene, toluene, xylene, and mesitylene, octane, heptane, and hexane, can be used. These may be used alone or in combination with a plurality of solvents.
When using a solvent for this reaction, the solvent amount of the solvent to be used is 0.2-50 g with respect to 1 g of substituted norbornene, preferably 0.5-20 g, more preferably 1-10 g. If the amount of solvent exceeds 50 g with respect to 1 g of substituted norbornene, it is not economically preferable from the viewpoint of productivity.

本発明第一工程中、一般式[3]で表される置換ノルボルナニル類を加水分解し、一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールを製造する反応では、水とアルカリが用いられる。使用するアルカリは、一般に無機アルカリが用いることができ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが特に好ましい。使用するアルカリの量は置換ノルボルナニル類1モルに対して1〜10モルであり、1〜5モルが好ましく、1〜3モルがより好ましい。置換ノルボルナニル1モルに対してアルカリの量が1モルより少ない場合には反応が十分に進行せず、目的物の収率が低下し、10モルを超えると反応に関与しないアルカリが増加し、経済的及び環境への負荷の増大の面から好ましくない。
また、使用する水の量は置換ノルボルナニル類1gに対して0.1〜10gであり、0.5〜5gが好ましく、1〜3gがより好ましい。置換ノルボルナニル1gに対して水の量が0.1gより少ない場合には反応が十分に進行せず、目的物の収率が低下し、10gを超えると単離するために使用する抽出溶媒量が増加し、経済的及び環境への負荷の増大の面から好ましくない。
実施する際の反応温度は0〜200℃であり、20〜170℃が好ましく、50〜120℃がより好ましい。0℃より低い場合には反応速度が極めて遅く実用的製造法とはならない。また、200℃を超えると原料の置換ノルボルナニル類又は生成物の置換ノルボルナニルアルコールが分解する可能性があることから好ましくない。
本反応において溶媒を使用することができる。使用可能な溶媒の種類に特別な制限はないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族化合物、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン系溶媒が好ましく、これらは単独で用いても、複数の溶媒を併用しても良い。
本反応に溶媒を使用する場合、使用する溶媒の溶媒量は置換ノルボルネン1gに対して0.1〜20gであり、0.2〜10gが好ましく、0.5〜5gがより好ましい。溶媒量が置換ノルボルネン1gに対して50gを超えると生産性の観点から経済的に好ましくない。
第一工程の反応を行う反応器は、四フッ化エチレン樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、PFA樹脂、ガラスなどを内部にライニングしたもの、グラス容器、もしくはステンレスで製作したものが好ましい。
In the first step of the present invention, water and alkali are used in the reaction for producing the substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] by hydrolyzing the substituted norbornanyl represented by the general formula [3]. . In general, an inorganic alkali can be used as the alkali to be used, and sodium hydroxide and potassium hydroxide are particularly preferable. The amount of alkali used is 1 to 10 moles, preferably 1 to 5 moles, more preferably 1 to 3 moles per mole of substituted norbornanyls. When the amount of alkali is less than 1 mole per 1 mole of substituted norbornanyl, the reaction does not proceed sufficiently, the yield of the target product decreases, and when it exceeds 10 moles, the alkali not involved in the reaction increases, and the economy It is not preferable from the viewpoint of increase in environmental and environmental load.
Moreover, the quantity of the water to be used is 0.1-10g with respect to 1g of substituted norbornanyl, 0.5-5g is preferable and 1-3g is more preferable. When the amount of water is less than 0.1 g with respect to 1 g of substituted norbornanyl, the reaction does not proceed sufficiently, the yield of the target product decreases, and when the amount exceeds 10 g, the amount of extraction solvent used for isolation is small. It is unfavorable in terms of increase in economic and environmental burdens.
The reaction temperature at the time of implementing is 0-200 degreeC, 20-170 degreeC is preferable and 50-120 degreeC is more preferable. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction rate is extremely slow and it is not a practical production method. Moreover, when it exceeds 200 degreeC, since the substituted norbornanyl of a raw material or the substituted norbornanyl alcohol of a product may decompose | disassemble, it is unpreferable.
A solvent can be used in this reaction. There are no particular restrictions on the type of solvent that can be used, but aromatic compounds such as benzene, toluene, xylene, and mesitylene, ether solvents such as diethyl ether, methyl-t-butyl ether, diisopropyl ether, and tetrahydrofuran, methylene chloride, and chloroform A halogen-based solvent such as carbon tetrachloride is preferable, and these may be used alone or in combination with a plurality of solvents.
When using a solvent for this reaction, the solvent amount of the solvent to be used is 0.1-20 g with respect to 1 g of substituted norbornene, 0.2-10 g is preferable, and 0.5-5 g is more preferable. If the amount of solvent exceeds 50 g with respect to 1 g of substituted norbornene, it is not economically preferable from the viewpoint of productivity.
The reactor that performs the reaction in the first step is made of tetrafluoroethylene resin, chlorotrifluoroethylene resin, vinylidene fluoride resin, PFA resin, glass lined inside, glass container, or stainless steel. preferable.

本発明第一工程を実施する方法は限定されるものではないが、望ましい態様の一例につき、詳細を述べる。反応条件に耐えられる反応器に原料の置換ノルボルネン、低級カルボン酸を仕込み、攪拌しながら外部より加熱して反応を進行させる。サンプリング等により原料の消費をモニタリングし、反応が終了したのを確認し、反応液を冷却する。
得られた反応液を水洗し、粗の一般式[3]で表される置換ノルボルナニル類、溶媒、水、水酸化カリウムを反応条件に耐えられる反応器に仕込み、撹拌しながら外部より加熱して反応を進行させる。サンプリング等により原料の消費をモニタリングし、反応が終了したのを確認し、反応液を冷却する。有機層を分離し、水層に無機酸をpH3になるまで添加し、有機溶媒により抽出、有機溶媒を留去することにより、一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールを得ることができる。
本反応で製造された一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールは公知の方法を適用して精製しても良いが、十分に高純度の置換ノルボルナニルアルコールを得ることができるため、第二工程の原料とする場合には、特に精製の必要はない。
本反応で得られる置換ノルボルナニルアルコールは異性体混合物であるが、分離することなく第二工程の原料とすることができる。
The method for carrying out the first step of the present invention is not limited, but details will be described with respect to an example of a desirable embodiment. Into a reactor that can withstand the reaction conditions, charged raw materials are substituted norbornene and lower carboxylic acid, and the reaction is allowed to proceed by heating from outside while stirring. The consumption of the raw material is monitored by sampling or the like, it is confirmed that the reaction is completed, and the reaction liquid is cooled.
The obtained reaction solution was washed with water, charged with a substituted norbornanyl compound represented by the general formula [3], a solvent, water and potassium hydroxide in a reactor that can withstand the reaction conditions, and heated from the outside while stirring. Allow the reaction to proceed. The consumption of the raw material is monitored by sampling or the like, it is confirmed that the reaction is completed, and the reaction liquid is cooled. Separation of the organic layer, addition of an inorganic acid to the aqueous layer until pH 3 is achieved, extraction with an organic solvent, and distillation of the organic solvent to obtain a substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] Can do.
The substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] produced by this reaction may be purified by applying a known method, but a sufficiently high purity substituted norbornanyl alcohol can be obtained. Therefore, in the case of using as the raw material for the second step, there is no need for purification.
The substituted norbornanyl alcohol obtained by this reaction is an isomer mixture, but can be used as a raw material for the second step without separation.

次に第二工程につき説明する。第二工程も、バッチ式反応装置において実施することができる。以下においてその反応条件を述べるが、それぞれの反応装置において、当業者が容易に調節しうる程度の反応条件の変更を妨げるものではない。
一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類は、一般式[4]で表される置換ノルボルナニルアルコールと一般式[5]で表されるα−置換アクリル酸無水物を反応させことにより合成することができる。
使用する原料の、一般式[5]で表されるα−置換アクリル酸の置換基R4としては水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基である。
これらのα−置換アクリル酸無水物は公知の方法で合成することができる。R4が水素、メチル基等の場合は試薬としても容易に入手可能である。また、例えばR4がCF3の場合は、2−ブロモ1,1,1−トリフルオロプロペンに対してPdを触媒とするCO挿入反応を(Heck反応)を行うことにより、容易に合成できることが知られている(例えば、特開昭59−21648号公報)。
Next, the second step will be described. The second step can also be carried out in a batch reactor. The reaction conditions will be described below, but this does not prevent changes in the reaction conditions that can be easily adjusted by those skilled in the art in each reaction apparatus.
The α-substituted norbornanyl acrylate represented by the general formula [6] includes a substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [4] and an α-substituted acrylate anhydride represented by the general formula [5]. It can be synthesized by reacting.
The substituent R 4 of the α-substituted acrylic acid represented by the general formula [5] of the raw material used is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. .
These α-substituted acrylic anhydrides can be synthesized by a known method. When R 4 is hydrogen, methyl group or the like, it can be easily obtained as a reagent. Further, for example, when R 4 is CF 3 , it can be easily synthesized by performing a CO insertion reaction (Heck reaction) using Pd as a catalyst for 2-bromo-1,1,1-trifluoropropene. Known (for example, JP-A-59-21648).

本反応において使用するα−置換アクリル酸無水物の量は置換ノルボルナニルアルコール1モルに対して0.5〜3.0モルであり、0.7〜2.0モルが好ましく、1.0〜1.6モルがより好ましい。置換ノルボルナニルアルコール1モルに対してα−置換アクリル酸無水物の量が0.5モルより少ない場合には反応の選択率、目的物の収率共に低下し、3.0モルを超えると反応に関与しないα−置換アクリル酸無水物が増加し、経済的及び廃棄物の増加による環境への負荷の増大の面から好ましくない。
また、反応を促進するために添加剤を添加することができ、これによって反応温度を下げることができる。反応温度が低くなることは、副生成物を抑える上で有効である。使用される添加剤としてはメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等有機スルホン酸類、三フッ化ホウ素、四塩化チタン、四塩化スズ等のルイス酸類の群から選ばれる少なくとも一種の酸が、好適に用いられる。
本反応に使用する添加剤の量は基質の置換ノルボルナニルアルコール1.0gに対して0.00005〜0.1gであり、0.0001〜0.01gが好ましく、0.0005〜0.005gがより好ましい。基質の置換ノルボルナニルアルコール1.0gに対して添加剤の量が0.00005gより少ない場合には反応の転化率、目的物の収率共に低下し、0.1gを超えると反応に関与しない添加剤の量が増加するため経済的に好ましくない。
The amount of the α-substituted acrylic anhydride used in this reaction is 0.5 to 3.0 mol, preferably 0.7 to 2.0 mol, relative to 1 mol of the substituted norbornanyl alcohol. -1.6 mol is more preferable. When the amount of the α-substituted acrylic anhydride is less than 0.5 mol relative to 1 mol of the substituted norbornanyl alcohol, both the selectivity of the reaction and the yield of the target product are reduced. The amount of α-substituted acrylic anhydride not involved in the reaction increases, which is not preferable from the viewpoint of increasing the burden on the environment due to economic and waste increase.
In addition, an additive can be added to accelerate the reaction, thereby reducing the reaction temperature. Lowering the reaction temperature is effective in suppressing by-products. Additives used include organic sulfonic acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and trifluoromethanesulfonic acid, and Lewis acids such as boron trifluoride, titanium tetrachloride, and tin tetrachloride. At least one acid selected from the group is preferably used.
The amount of the additive used in this reaction is 0.00005 to 0.1 g, preferably 0.0001 to 0.01 g, preferably 0.0005 to 0.005 g, relative to 1.0 g of the substituted norbornanyl alcohol as the substrate. Is more preferable. When the amount of the additive is less than 0.00005 g with respect to 1.0 g of the substituted norbornanyl alcohol of the substrate, both the conversion rate of the reaction and the yield of the target product are lowered, and if it exceeds 0.1 g, the reaction is not involved. This is economically undesirable because the amount of the additive increases.

本反応を実施する際の反応温度は0〜200℃であり、20〜180℃が好ましく、50〜160℃がより好ましい。0℃より低い場合には反応速度が極めて遅く実用的製造法とはならない。また、200℃を超えると原料のα−置換アクリル酸無水物もしくは生成物のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類が重合することから好ましくない。
本反応においては無溶媒が好ましいが、溶媒を使用することもできる。使用可能な溶媒の種類に特別な制限はないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族化合物、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン系溶媒が好ましく、これらは単独で用いても、複数の溶媒を併用しても良い。
本反応に溶媒を使用する場合、使用する溶媒の溶媒量は置換ノルボルナニルアルコ−ル1gに対して0.2〜50gであり、0.5〜20gが好ましく、1.0〜10gがより好ましい。溶媒量が置換ノルボルナニルアルコール1gに対して50gを超えると生産性の観点から経済的に好ましくない。
The reaction temperature for carrying out this reaction is 0 to 200 ° C, preferably 20 to 180 ° C, more preferably 50 to 160 ° C. When the temperature is lower than 0 ° C., the reaction rate is extremely slow and it is not a practical production method. On the other hand, if it exceeds 200 ° C., the raw material α-substituted acrylic anhydride or the product α-substituted norbornanyl acrylate is polymerized, which is not preferable.
In this reaction, no solvent is preferable, but a solvent can also be used. There are no particular restrictions on the type of solvent that can be used, but aromatic compounds such as benzene, toluene, xylene, and mesitylene, ether solvents such as diethyl ether, methyl-t-butyl ether, diisopropyl ether, and tetrahydrofuran, methylene chloride, and chloroform And halogen-based solvents such as carbon tetrachloride are preferable, and these may be used alone or in combination with a plurality of solvents.
When using a solvent for this reaction, the solvent amount of the solvent to be used is 0.2-50 g with respect to 1 g of substituted norbornanyl alcohol, preferably 0.5-20 g, more preferably 1.0-10 g. preferable. When the amount of the solvent exceeds 50 g with respect to 1 g of the substituted norbornanyl alcohol, it is not economically preferable from the viewpoint of productivity.

本発明の反応においてα−置換アクリル酸無水物もしくは生成物のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類が重合することを防止することを目的として重合禁止剤を共存させて行っても良い。使用する重合禁止剤は2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、2,5−ビステトラメチルブチルヒドロキノン、ロイコキニザリン、ノンフレックスF(N,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミン)、ノンフレックスH(N,N’−ジナフチル−p−フェニレンジアミン)、ノンフレックスDCD(4,4'−ビス(α、α'−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン/4,4'ジクミル−ジフェニルアミン)、ノンフレックスMBP(2,2'−メチレン−ビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、オゾノン35(N−(1−メチルヘプチル)−N'−フェニル−p−フェニレンジアミン)、フェノチアジン、2−メトキシフェノチアジン、テトラエチルチウラム ジスルフィド、1,1−ジフェニル−2−ピクリルヒドラジル、1,1−ジフェニル−2−ピクリルヒドラジン、Q‐1300(N‐ニトロソフェニルヒドロキシルアミン)、Q‐1301(N‐ニトロソフェニルヒドロキシルアミンアルミニウム塩)から選ばれる少なくとも一種の化合物が好ましい。
上記の重合禁止剤は市販品であり、容易に入手可能である。本発明に使用する重合禁止剤の量は、原料の置換ノルボナニルアルコール1モルに対して通常、0.000005〜0.1モルであり、0.00001〜0.05モルが好ましく、0.0001〜0.03モルがより好ましい。重合禁止剤の量が原料の置換ノルボナニルアルコール1モルに対して0.1モルを超えても重合を防止する能力に大きな差異はなく、そのため、経済的に好ましくない。
本発明の第二工程の反応を行う反応器は、四フッ化エチレン樹脂、クロロトリフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、PFA樹脂、ガラスなどを内部にライニングしたもの、グラス容器、もしくはステンレスで製作したものが好ましい。
The reaction of the present invention may be carried out in the presence of a polymerization inhibitor for the purpose of preventing polymerization of the α-substituted acrylic anhydride or the product α-substituted norbornanyl acrylate. The polymerization inhibitors used are 2,5-di-t-butylhydroquinone, 1,2,4-trihydroxybenzene, 2,5-bistetramethylbutylhydroquinone, leucoquinizarin, and nonflex F (N, N′-di- 2-naphthyl-p-phenylenediamine), nonflex H (N, N′-dinaphthyl-p-phenylenediamine), nonflex DCD (4,4′-bis (α, α′-dimethylbenzyl) diphenylamine / 4, 4 'dicumyl-diphenylamine), nonflex MBP (2,2'-methylene-bis (4-methyl-6-tert-butylphenol), ozonone 35 (N- (1-methylheptyl) -N'-phenyl-p- Phenylenediamine), phenothiazine, 2-methoxyphenothiazine, tetraethylthiuram disulfide, 1,1 At least selected from diphenyl-2-picrylhydrazyl, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine, Q-1300 (N-nitrosophenylhydroxylamine), Q1301 (N-nitrosophenylhydroxylamine aluminum salt) One kind of compound is preferred.
The above polymerization inhibitor is a commercial product and can be easily obtained. The amount of the polymerization inhibitor used in the present invention is usually from 0.000005 to 0.1 mol, preferably from 0.00001 to 0.05 mol, based on 1 mol of the substituted norbonanyl alcohol as a raw material. 0001-0.03 mol is more preferable. Even if the amount of the polymerization inhibitor exceeds 0.1 mol with respect to 1 mol of the substituted norbonanyl alcohol as a raw material, there is no significant difference in the ability to prevent polymerization, which is economically undesirable.
The reactor for the reaction of the second step of the present invention is made of tetrafluoroethylene resin, chlorotrifluoroethylene resin, vinylidene fluoride resin, PFA resin, glass lined inside, glass container, or stainless steel Is preferred.

本反応を実施する方法は限定されるものではないが、望ましい態様としては、。反応条件に耐えられる反応器に溶媒、原料の置換ノルボルナニルアルコール、α-置換アクリル酸無水物及び重合禁止剤を加え、攪拌しながら外部より加熱して反応を進行させる方法が一般的である。サンプリング等により原料の消費をモニタリングし、反応が終了したのを確認し、反応液を冷却する。
副生するα-置換アクリル酸及び生成物のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を中和し、水層に溶解させるに十分な量の水酸化カリウム水溶液及び抽出溶媒を添加し、十分に撹拌する。有機層を分離し、水層に無機酸をpH3になるまで添加し、抽出溶媒により抽出、抽出溶媒を留去することにより、一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を得ることができる。
The method for carrying out this reaction is not limited. A general method is to add a solvent, a raw material substituted norbornanyl alcohol, an α-substituted acrylic anhydride and a polymerization inhibitor to a reactor that can withstand the reaction conditions, and heat the reaction from outside while stirring. . The consumption of the raw material is monitored by sampling or the like, it is confirmed that the reaction is completed, and the reaction liquid is cooled.
A sufficient amount of an aqueous potassium hydroxide solution and an extraction solvent are added to neutralize the by-produced α-substituted acrylic acid and the product α-substituted norbornanyl acrylates and dissolve in the aqueous layer, and the mixture is sufficiently stirred. The organic layer is separated, an inorganic acid is added to the aqueous layer until pH 3 is obtained, extraction is performed with an extraction solvent, and the extraction solvent is distilled off to obtain an α-substituted norbornanyl acrylate represented by the general formula [6]. Obtainable.

本反応では原料の置換ノルボルナニルアルコールは異性体混合物を使用することができる。その場合における反応生成物も、対応するα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の混合物として得られ、[6a](R2=RfSO2NHCH2−基、R3=H)、及び[6b](R2=H、R3=RfSO2NHCH2−基)で表される2つの位置異性体の混合物として得られる。更に、ノルボルネンのexo、endo異性を考慮すると8種類の異性体の混合物となる。
本発明では、異性体の単離を行わずに、異性体の混合物として、レジスト用のモノマーに供することも可能であるが、より必要性能を高める目的がある場合、単一異性体を用いることが好適に採用される。これらの混合物の中で特定の異性体のみを単離する場合は、カラムクロマトグラフ等の手法を用いることもできる。
特定の異性体を工業的に得る方法として、本発明では得られた異性体混合物を炭化水素系溶媒により再結晶する第三工程を加えることにより、工業的に[6b](R2=H、R3=RfSO2NHCH2−基)を得ることを可能とした。炭化水素系溶媒としては特に限定されないが、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等が好ましく、入手のし易さからヘキサンが特に好ましい。
In this reaction, a mixture of isomers can be used as the raw material substituted norbornanyl alcohol. The reaction product in that case is also obtained as a mixture of the corresponding α-substituted norbornanyl acrylates, [6a] (R 2 = RfSO 2 NHCH 2 — group, R 3 = H), and [6b] (R 2 = H, R 3 = RfSO 2 NHCH 2 -group). Further, considering the exo and endo isomerism of norbornene, a mixture of 8 isomers is obtained.
In the present invention, it is possible to provide a monomer for resist as a mixture of isomers without isolating isomers. However, if there is a purpose to further increase the required performance, a single isomer should be used. Is preferably employed. In the case where only a specific isomer is isolated from these mixtures, a technique such as column chromatography can be used.
As a method for industrially obtaining a specific isomer, in the present invention, by adding a third step of recrystallizing the obtained isomer mixture with a hydrocarbon solvent, [6b] (R 2 = H, R 3 = RfSO 2 NHCH 2 -group). The hydrocarbon solvent is not particularly limited, but pentane, hexane, heptane and the like are preferable, and hexane is particularly preferable from the viewpoint of availability.

実際、α−アクリル酸ノルボルネン誘導体を製造工程により得られた[6a](R2=RfSO2NHCH2−基、R3=H)、及び[6b](R2=H、R3=RfSO2NHCH2−基)の異性体混合物にヘキサンを徐々に加え、結晶を析出させた後、濾別、減圧乾燥したところ、位置異性体の片方である[6b]が得られるばかりではなく、立体異性体的にもexo−,exo−体である5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレートが選択的に99.9%の純度で得られた(後述する実施例2参照)。
今回、重合体にしたときの溶解速度の関係で特に有効であると期待できるexo−、exo−体(後述する実施例3参照)が再結晶という比較的容易な方法で高純度で得ることができ、単一の異性体を高分子化合物製造用のモノマーに供することが可能となった。
Actually, [6a] (R 2 = RfSO 2 NHCH 2 — group, R 3 = H) and [6b] (R 2 = H, R 3 = RfSO 2 ) obtained by the production process of an α-acrylic acid norbornene derivative. Hexane was gradually added to the isomer mixture of (NHCH 2 -group) to precipitate crystals, followed by filtration and drying under reduced pressure to obtain not only [6b], which is one of the positional isomers, but also stereoisomerism. Physically, exo-, exo-form 5-exo-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl 2-methylacrylate is It was selectively obtained with a purity of 99.9% (see Example 2 described below).
This time, it is possible to obtain an exo-, exo-form (see Example 3 described later) with high purity by a relatively easy method of recrystallization, which can be expected to be particularly effective due to the dissolution rate when it is made into a polymer. Thus, a single isomer can be used as a monomer for producing a polymer compound.

本発明の重合体、共重合体について以下詳細に説明する。
本発明の重合体は、上記一般式[6]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を重合させて得られ、一般式[7]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類由来の繰り返し単位を有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000の重合体である。

Figure 2007045787
式中、R4は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、特に水素原子、メチル基が好ましい。
2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。ここで、Rfは、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基が好ましく、特にトリフルオロメチル基が好ましい。 The polymer and copolymer of the present invention will be described in detail below.
The polymer of the present invention is obtained by polymerizing α-substituted norbornanyl acrylates represented by the above general formula [6], and is derived from α-substituted norbornanyl acrylates represented by the general formula [7]. It is a polymer having a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 100,000 by gel permeation chromatography (GPC) having units.
Figure 2007045787
In the formula, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a hydrogen atom or a methyl group.
One of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is a hydrogen atom. Here, Rf is preferably a trifluoromethyl group or a perfluoroethyl group, and particularly preferably a trifluoromethyl group.

本発明の共重合体は、(I)上記一般式[7]で表される繰り返し単位と、(II)一般式[8]から一般式[11]で表される少なくとも1つの繰り返し単位とを有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000の共重合体である。

Figure 2007045787
式[8]から式[11]において、R5は水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基あるいはヒドロキシメチル基であり、特に水素原子、メチル基が好ましい。
また、式[9]から式[11]において、R6はR5とは独立にメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基であり、式[11]においては特にt−ブチル基が好ましい。nは0又は1の整数、mは1又は2の整数である。
式[8]から式[11]の繰り返し単位は、それぞれ共重合体中単独で又は2種以上が存在することができる。
なお、式[8]から式[11]の繰り返し単位は、それぞれ対応するα−置換アクリル酸誘導体の重合性不飽和結合が開裂することで得られる。 The copolymer of the present invention comprises (I) a repeating unit represented by the general formula [7] and (II) at least one repeating unit represented by the general formula [8] to the general formula [11]. It is a copolymer having a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 100,000 by gel permeation chromatography (GPC).
Figure 2007045787
In the formulas [8] to [11], R 5 is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group or a hydroxymethyl group, and particularly preferably a hydrogen atom or a methyl group.
In the formulas [9] to [11], R 6 is independently of R 5 a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, a t-butyl group, 2- A methylpropyl group, a 1-methylpropyl group, a methoxymethyl group, an ethoxymethyl group, and an ethoxyethyl group, and in the formula [11], a t-butyl group is particularly preferable. n is an integer of 0 or 1, and m is an integer of 1 or 2.
The repeating units of the formulas [8] to [11] may be present alone or in combination of two or more in the copolymer.
The repeating units of the formulas [8] to [11] can be obtained by cleaving the polymerizable unsaturated bond of the corresponding α-substituted acrylic acid derivative.

本発明の他の共重合体は、(I)上記一般式[7]で表される繰り返し単位と、(III)一般式[12]及び一般式[13]で表される少なくとも1つの繰り返し単位とを有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000の共重合体である。

Figure 2007045787
式[12]及び式[13]において、R5は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基あるいはヒドロキシメチル基であり、特に水素原子、メチル基が好ましい。 Another copolymer of the present invention includes (I) a repeating unit represented by the above general formula [7], and (III) at least one repeating unit represented by the general formula [12] and the general formula [13]. It is a copolymer having a polystyrene-reduced weight average molecular weight of 1,000 to 100,000 by gel permeation chromatography (GPC).
Figure 2007045787
In Formula [12] and Formula [13], R 5 is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group or a hydroxymethyl group, and particularly preferably a hydrogen atom or a methyl group.

式[12]において、Aは単結合、炭素数1から炭素数10の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基又は炭素数4から炭素数20の脂環式炭化水素基、アルキレングリコール基、アルキレンエステル基であり、特に炭素数1から炭素数10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基が好ましい。式[12]の好適な具体例として、以下の一般式[12−1]、[12−2]、[12−3]が挙げられる。

Figure 2007045787
In the formula [12], A represents a single bond, a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, an alkylene glycol group, or an alkylene ester. In particular, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable. Preferable specific examples of the formula [12] include the following general formulas [12-1], [12-2], and [12-3].
Figure 2007045787

式[13]において、Zは2〜4価の有機基を表す。有機基としては、直鎖状、分岐状、又は脂環式の炭化水素基が挙げられる。
直鎖状又は分岐状の炭化水素基としては、炭素数1から炭素数12の直鎖状、分岐状の炭化水素基が好ましく、具体例としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン等に由来する2〜4価の炭化水素基が挙げられる。
脂環式の炭化水素基としては炭素数6から炭素数20の脂環式炭化水素基が好ましく、具体例としては、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、アダマンタン、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカンに由来する2〜4価の脂環式炭化水素基が挙げられる。
Zで表される2価の有機基の中で、エタン、プロパン、イソプロパン、ブタン、イソブタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカンに由来する2〜4価の有機基が好ましい。
式[13]において、Tは単結合もしくは炭素数1から炭素数3の2価の有機基を表し、具体的には、単結合、メタン、エタン、プロパン、イソプロパン等に由来する2価の炭化水素基が挙げられる。これらの中で、単結合、メチレン基、エチレン基等が好ましい。また、式[13]において、nは1〜3の整数を表し、1又は2が好ましい。
In the formula [13], Z represents a divalent to tetravalent organic group. Examples of the organic group include a linear, branched, or alicyclic hydrocarbon group.
As the linear or branched hydrocarbon group, a linear or branched hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms is preferable. Specific examples include methane, ethane, propane, butane, isobutane, and the like. Examples are derived divalent to tetravalent hydrocarbon groups.
The alicyclic hydrocarbon group is preferably an alicyclic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms. Specific examples thereof include cyclohexane, bicyclo [2.2.1] heptane, adamantane, and tricyclo [5.2. .1.0 2,6] decane, tetracyclo [6.2.1.1 3,6. 0,7 ] 2-4 tetravalent alicyclic hydrocarbon group derived from dodecane.
Among the divalent organic groups represented by Z, ethane, propane, isopropane, butane, isobutane, cyclohexane, bicyclo [2.2.1] heptane, tetracyclo [6.2.1.1 3,6 . 0 2,7] a divalent to tetravalent organic group derived from dodecane are preferable.
In the formula [13], T represents a single bond or a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms, specifically, a divalent organic group derived from a single bond, methane, ethane, propane, isopropane or the like. A hydrocarbon group is mentioned. Among these, a single bond, a methylene group, an ethylene group and the like are preferable. Moreover, in Formula [13], n represents the integer of 1-3 and 1 or 2 is preferable.

式[13]の具体例としては、メタクリル酸ヒドロキシメチルエステル、メタクリル酸1−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸1−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシプロピルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシエチルアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸3,5−ジヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸3,5−ジヒドロキシエチルアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸3,5,7−トリヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸3,5,7−トリヒドロキシエチルアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸5−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イルエステル、メタクリル酸5−ヒドロキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−イルエステル、メタクリル酸5−ヒドロキシメチルビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2−メチルエステル、メタクリル酸8−ヒドロキシテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−3−イルエステル、メタクリル酸8−ヒドロキシメチルテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−3−イルエステル、メタクリル酸8−ヒドロキシテトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン−3−メチルエステル等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。
これらのうち、メタクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシアダマンタン−1−イルエステル、メタクリル酸3−ヒドロキシエチルアダマンタン−1−イルエステルが好ましい。
式[13]は共重合体中単独で又は2種以上が存在することができる。
Specific examples of the formula [13] include methacrylic acid hydroxymethyl ester, methacrylic acid 1-hydroxyethyl ester, methacrylic acid 2-hydroxyethyl ester, methacrylic acid 1-hydroxypropyl ester, methacrylic acid 2-hydroxypropyl ester, methacrylic acid. 3-hydroxypropyl ester, methacrylic acid 3-hydroxyadamantan-1-yl ester, methacrylic acid 3-hydroxyethyladamantan-1-yl ester, methacrylic acid 3,5-dihydroxyadamantan-1-yl ester, methacrylic acid 3,5 -Dihydroxyethyladamantan-1-yl ester, methacrylic acid 3,5,7-trihydroxyadamantan-1-yl ester, methacrylic acid 3,5,7-trihydroxyethyladamantane-1 Yl ester, methacrylic acid 5-hydroxybicyclo [2.2.1] heptan-2-yl ester, methacrylic acid 5-hydroxymethylbicyclo [2.2.1] heptan-2-yl ester, 5-hydroxymethyl methacrylate Bicyclo [2.2.1] heptane-2-methyl ester, methacrylic acid 8-hydroxytetracyclo [6.2.1.1 3,6 . 0 2,7 ] dodecan-3-yl ester, 8-hydroxymethyltetracyclomethacrylic acid [6.2.1.1 3,6 . 0 2,7 ] dodecan-3-yl ester, 8-hydroxytetracyclomethacrylic acid [6.2.1.1 3,6 . 0 2,7] dodecane-3-methacrylic acid esters such as methyl esters.
Among these, methacrylic acid 2-hydroxyethyl ester, methacrylic acid 3-hydroxyadamantan-1-yl ester, and methacrylic acid 3-hydroxyethyladamantan-1-yl ester are preferable.
Formula [13] may be present alone or in combination of two or more in the copolymer.

本発明の共重合体は、ポジ型感光性樹脂組成物を形成する場合、一般式[7]で表される繰り返し単位(イ)、及び、一般式[9]、[10]及び[11]の少なくとも一つで表される酸解離性基含有繰り返し単位(ロ)、上記繰り返し単位(イ)及び繰り返し単位(ロ)と式[8]で示される繰り返し単位(ハ)とで構成することが好ましい。
その割合は、全繰り返し単位の合計量に対して、繰り返し単位(イ)が10〜80モル%、好ましくは20〜70モル%;繰り返し単位(ロ)が1〜70モル%、好ましくは3〜60モル%;繰り返し単位(ハ)が0〜60モル%、好ましくは0〜50モル%である。
繰り返し単位(イ)の含有率が、20モル%未満では、レジストとしての現像性が低下する傾向にあり、70モル%を超えると解像度の劣化及びレジスト溶剤への溶解性が低下する傾向にある。繰り返し単位(ロ)の含有率が、1モル%未満では、解像性が低下する傾向にあり、70モル%を超えると解像性が劣化する傾向にあり、また繰り返し単位(ハ)の含有率が60モル%を超えると現像性が低下する傾向にある。
When the copolymer of the present invention forms a positive photosensitive resin composition, the repeating unit (a) represented by the general formula [7] and the general formulas [9], [10] and [11] The acid dissociable group-containing repeating unit (b) represented by at least one of the above, (b), the repeating unit (a), the repeating unit (b), and the repeating unit (c) represented by the formula [8] preferable.
The ratio is 10 to 80 mol%, preferably 20 to 70 mol% of the repeating unit (b), preferably 1 to 70 mol%, preferably 3 to 70 mol% of the repeating unit (b) with respect to the total amount of all repeating units. 60 mol%: The repeating unit (C) is 0 to 60 mol%, preferably 0 to 50 mol%.
When the content of the repeating unit (a) is less than 20 mol%, the developability as a resist tends to be lowered, and when it exceeds 70 mol%, the resolution is deteriorated and the solubility in a resist solvent tends to be lowered. . If the content of the repeating unit (b) is less than 1 mol%, the resolution tends to decrease, and if it exceeds 70 mol%, the resolution tends to deteriorate, and the content of the repeating unit (c) When the rate exceeds 60 mol%, the developability tends to be lowered.

本発明の共重合体は、ネガ型感光性樹脂組成物を形成する場合、一般式[7]で表される繰り返し単位(イ)と、式[12]及び[13]の少なくとも一つで表される繰り返し単位(ニ)とを含む構成であることが好ましい。
その割合は、全繰り返し単位に対して、繰り返し単位(イ)が10〜80モル%、好ましくは20〜70モル%;繰り返し単位(ニ)が20〜90モル%、好ましくは30〜80モル%である。
繰り返し単位(イ)の含有率が10モル%未満では、現像液に対する溶解性が劣化する傾向にあり、80モル%を超えると放射線照射部の溶解性が高すぎ解像劣化及び膨潤する傾向にある。繰り返し単位(ニ)の含有率が、20モル%未満では、放射線照射部の架橋度が足りなく解像性が劣化する傾向にあり、繰り返し単位(ニ)の含有率が90モル%を超えると現像性が低下すると共に、放射線照射部が膨潤する傾向にある。
When forming a negative photosensitive resin composition, the copolymer of the present invention is represented by the repeating unit (a) represented by the general formula [7] and at least one of the formulas [12] and [13]. It is preferable that the structure includes the repeating unit (d).
The ratio is 10 to 80 mol%, preferably 20 to 70 mol% of the repeating unit (a), preferably 20 to 90 mol%, preferably 30 to 80 mol% of the repeating unit (d) with respect to all repeating units. It is.
If the content of the repeating unit (a) is less than 10 mol%, the solubility in the developer tends to deteriorate, and if it exceeds 80 mol%, the solubility of the radiation irradiated portion is too high and the resolution tends to deteriorate and swell. is there. When the content of the repeating unit (d) is less than 20 mol%, the crosslinking degree of the radiation irradiated part is insufficient and the resolution tends to deteriorate, and when the content of the repeating unit (d) exceeds 90 mol% While developability falls, it exists in the tendency for a radiation irradiation part to swell.

本発明の重合体、共重合体は、例えば、その各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより製造することができる。
上記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類;2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーエル類等を挙げることができる。
これらの溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
また、上記重合における反応温度は、通常、40〜120℃、好ましくは50〜90℃であり、反応時間は、通常、1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
The polymer and copolymer of the present invention are, for example, radical polymerization of a polymerizable unsaturated monomer corresponding to each repeating unit such as hydroperoxides, dialkyl peroxides, diacyl peroxides, and azo compounds. It can manufacture by using an initiator and superposing | polymerizing in a suitable solvent in presence of a chain transfer agent as needed.
Examples of the solvent used for the polymerization include alkanes such as n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, and n-decane; cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, decalin, Cycloalkanes such as norbornane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene; halogenated hydrocarbons such as chlorobutanes, bromohexanes, dichloroethanes, hexamethylene dibromide, chlorobenzene; ethyl acetate , Saturated carboxylic acid esters such as n-butyl acetate, i-butyl acetate and methyl propionate; ketones such as 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone and 2-heptanone; tetrahydrofuran, dimethoxyethanes, diethoxy List AEs such as ethanes Can.
These solvents can be used alone or in admixture of two or more.
Moreover, the reaction temperature in the said superposition | polymerization is 40-120 degreeC normally, Preferably it is 50-90 degreeC, and reaction time is 1-48 hours normally, Preferably it is 1-24 hours.

本発明の重合体、共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、1,000〜100,000、好ましくは2,000〜70,000、更に好ましくは2,000〜20,000である。この場合、重合体のMwが1,000未満では、レジストとしたときの耐熱性が低下する傾向があり、一方100,000を超えると、レジストとしたときの現像性が低下する。
また、本発明の重合体、共重合体のMwとゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)との比(Mw/Mn)は、通常、1〜5、好ましくは1〜3である。
なお、本発明の重合体、共重合体は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないほど好ましく、それにより、レジストとしたときの感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができる。本発明の重合体の精製法としては、例えば、水洗、液々抽出等の化学的精製法や、これらの化学的精製法と限外濾過、遠心分離等の物理的精製法との組み合わせ等を挙げることができる。
本発明の重合体、共重合体は、特に、ArFエキシマレーザー等の遠紫外線の如き放射線による微細加工に使用される化学増幅型レジストとして有用な感放射線性樹脂組成物の樹脂成分として極めて好適に使用することができる。
The weight average molecular weight in terms of polystyrene (hereinafter referred to as “Mw”) by gel permeation chromatography (GPC) of the polymer and copolymer of the present invention is 1,000 to 100,000, preferably 2,000 to 70, 000, more preferably 2,000 to 20,000. In this case, if the Mw of the polymer is less than 1,000, the heat resistance when used as a resist tends to be reduced, whereas if it exceeds 100,000, the developability when used as a resist is reduced.
Further, the ratio (Mw / Mn) of Mw of the polymer or copolymer of the present invention to polystyrene-reduced number average molecular weight (hereinafter referred to as “Mn”) by gel permeation chromatography (GPC) is usually 1 to 1. 5, preferably 1-3.
The polymer and copolymer of the present invention preferably have less impurities such as halogen and metal, thereby further improving the sensitivity, resolution, process stability, pattern shape, etc. when used as a resist. . Examples of the purification method of the polymer of the present invention include chemical purification methods such as washing with water and liquid-liquid extraction, and combinations of these chemical purification methods with physical purification methods such as ultrafiltration and centrifugation. Can be mentioned.
The polymer and copolymer of the present invention are particularly suitable as a resin component of a radiation-sensitive resin composition useful as a chemically amplified resist used for fine processing by radiation such as far ultraviolet rays such as ArF excimer laser. Can be used.

本発明の重合体、共重合体を放射線の照射により酸を発生する成分である酸発生剤と組み合わせることによりポジ型感放射線性樹脂組成物が得られ、また、更に架橋剤と組み合わせることによりネガ型感放射線性樹脂組成物が得られる。   A positive radiation-sensitive resin composition can be obtained by combining the polymer or copolymer of the present invention with an acid generator which is a component that generates an acid upon irradiation with radiation, and further, a negative composition can be obtained by combining with a crosslinking agent. A type radiation sensitive resin composition is obtained.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが本発明はこれらの実施態様に限られない。ここで、組成分析値の「%」とは、反応混合物の一部を採取してガスクロマトグラフィによって測定して得られた、溶媒成分を除く有機成分の「面積%」を表す。
また、本発明の重合体、共重合体の各測定・評価は、下記の要領で行った。
(1)各重合体のモノマー含有率及びMw
日本電子(株)製「JNM−EX270」を用いた12C−NMR分析で、測定溶媒としてCDCL3を使用して実施した。また、Mwは東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した。
(2)溶解速度(以下DRとする)
リソテックジャパン社(株)製RDA-808RBを用い、通常のフォトレジスト工程で使用するテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(2.38%)のアルカリ現像液を用いて測定した。
(3)ドライエッチング耐性
供試試料溶液をシリコーンウエハー上にスピンコートにより塗布し、乾燥して形成した膜厚500nmのレジスト被膜に対して、PMT社製ドライエッチング装置(Pinnacle8000)を用い、エッチングガスをCF4とし、ガス流量75sccm、圧力2.5mTorr、出力2,500Wの条件でドライエッチングを行って、エッチング速度を測定し、比較例1に使用される樹脂からなる被膜のエッチング速度に対する相対値により、相対エッチング速度を評価した。エッチング速度が小さいほど、ドライエッチング耐性に優れることを意味する。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these embodiments. Here, “%” of the composition analysis value represents “area%” of the organic component excluding the solvent component obtained by collecting a part of the reaction mixture and measuring by gas chromatography.
Moreover, each measurement and evaluation of the polymer and copolymer of the present invention were performed as follows.
(1) Monomer content and Mw of each polymer
In 12 C-NMR analysis using “JNM-EX270” manufactured by JEOL Ltd., CDCL 3 was used as a measurement solvent. In addition, Mw was monodispersed under the analysis conditions of a GPC column (2 G2000HXL, 1 G3000HXL, 1 G4000HXL) manufactured by Tosoh Corporation, with a flow rate of 1.0 ml / min, elution solvent tetrahydrofuran, and column temperature of 40 ° C. It was measured by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard.
(2) Dissolution rate (hereinafter referred to as DR)
Using RDA-808RB manufactured by Risotech Japan Co., Ltd., an alkaline developer of tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (2.38%) used in a normal photoresist process was used.
(3) Dry etching resistance The test sample solution was applied onto a silicon wafer by spin coating, and dried to form a resist film having a film thickness of 500 nm using a dry etching apparatus (Pinnacle 8000) manufactured by PMT, and an etching gas. Is CF 4 , the gas flow rate is 75 sccm, the pressure is 2.5 mTorr, the output is 2500 W, dry etching is performed, the etching rate is measured, and the relative value to the etching rate of the coating film made of the resin used in Comparative Example 1 Thus, the relative etching rate was evaluated. It means that it is excellent in dry etching tolerance, so that an etching rate is small.

実施例1
撹拌装置及び還流冷却器をつけた500mlの三つ口フラスコにギ酸を205g(4.45モル)、N−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イルメチル)1,1,1−トリフルオロメタンスルホンアミドを113.6g(0.445モル)を入れ、130℃にて加熱撹拌した。
4時間後、組成をガスクロマトグラフィにより測定したところ、N−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−イルメチル)1,1,1−トリフルオロメタンスルホンアミドの反応転化率は、98%であった。反応液を冷却後、227mlの水で2回洗浄し、粗の5−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル ホルメート120gを得た。これを撹拌装置及び還流冷却器をつけた500mlの三つ口フラスコに移し、水240ml、水酸化カリウム89.3g(1.6モル)、イソプロピルエーテル120gを入れ、80℃にて加熱撹拌した。
1時間後、組成をガスクロマトグラフィにより測定したところ、5−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル ホルメートの反応転化率は、99%以上であった。
Example 1
In a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a reflux condenser, 205 g (4.45 mol) of formic acid, N- (bicyclo [2.2.1] hept-5-en-2-ylmethyl) 1,1 , 1-trifluoromethanesulfonamide 113.6g (0.445mol) was put, and it heated and stirred at 130 degreeC.
After 4 hours, the composition was measured by gas chromatography. The reaction conversion rate of N- (bicyclo [2.2.1] hept-5-en-2-ylmethyl) 1,1,1-trifluoromethanesulfonamide was It was 98%. The reaction solution was cooled and then washed twice with 227 ml of water to obtain 120 g of crude 5-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-yl formate. It was. This was transferred to a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a reflux condenser, 240 ml of water, 89.3 g (1.6 mol) of potassium hydroxide and 120 g of isopropyl ether were added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° C.
After 1 hour, the composition was measured by gas chromatography. The reaction conversion of 5-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-yl formate was 99. % Or more.

反応液を冷却後、有機層を二層分離し、得られた水層に5%塩酸水をpH3に達するまで加えた。分液ロートに移し、イソプロピルエーテル120gを加え、抽出した。
得られた有機層からイソプロピルエーテルを留去し、目的物である1,1,1−トリフルオロ−N−[(5−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)メチル]メタンスルホンアミド105gを得た。
ガスクロマトグラフィにより組成を調べたところ、1,1,1−トリフルオロ−N−[(5−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)メチル]メタンスルホンアミドの純度は99.5%(1,1,1−トリフルオロ−N−[(5−exo−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト―2−exo−イル)メチル]メタンスルホンアミド 80.0%、その他異性体19.5%であった。収率は、85.9%であった。
After cooling the reaction solution, the organic layer was separated into two layers, and 5% aqueous hydrochloric acid was added to the resulting aqueous layer until pH 3 was reached. It moved to the separating funnel, 120 g of isopropyl ether was added and extracted.
Isopropyl ether is distilled off from the obtained organic layer, and 1,1,1-trifluoro-N-[(5-hydroxybicyclo [2.2.1] hept-2-yl) methyl] methane, which is the target product. 105 g of sulfonamide was obtained.
When the composition was examined by gas chromatography, the purity of 1,1,1-trifluoro-N-[(5-hydroxybicyclo [2.2.1] hept-2-yl) methyl] methanesulfonamide was 99.5. % (1,1,1-trifluoro-N-[(5-exo-hydroxybicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl) methyl] methanesulfonamide 80.0%, other isomer 19 The yield was 85.9%.

NMR分析結果を以下に示す。
1H−NMR(溶媒:CDCl3、基準物質:TMS);δ1.02 (ddd, J = 4.8,4.8,13.2, 1H), 1.24 (dddd, J = 1.3, 1.3, 1.3, 10.6 , 1H), 1.31 (dd, J = 2.6, 8.7, 1H), 1.36 (ddd, J = 2.6, 4.1, 13.2, 1H), 1.52 (dd, J =4.8, 8.7, 1H), 1.56 (dd, J =3.0, 10.5, 1H), 1.67 (dd, J =6.4, 13.2, 1H), 2.14 (d, J =4.1, 1H), 2.18 (d, J =4.5, 1H), 3.04(m, 1H), 3.07(m, 1H), 3.78 (dd, J =2.6, 6.4, 1H), 5.23(m, 1H), 7.95 (s, 1H)
19F−NMR(溶媒:CDCl3、基準物質:CCl3F);δ-77.7(s, 3F)
The NMR analysis results are shown below.
1 H-NMR (solvent: CDCl 3 , reference material: TMS); δ1.02 (ddd, J = 4.8,4.8, 13.2, 1H), 1.24 (dddd, J = 1.3, 1.3, 1.3, 10.6, 1H), 1.31 (dd, J = 2.6, 8.7, 1H), 1.36 (ddd, J = 2.6, 4.1, 13.2, 1H), 1.52 (dd, J = 4.8, 8.7, 1H), 1.56 (dd, J = 3.0, 10.5 , 1H), 1.67 (dd, J = 6.4, 13.2, 1H), 2.14 (d, J = 4.1, 1H), 2.18 (d, J = 4.5, 1H), 3.04 (m, 1H), 3.07 (m, 1H), 3.78 (dd, J = 2.6, 6.4, 1H), 5.23 (m, 1H), 7.95 (s, 1H)
19 F-NMR (solvent: CDCl 3 , reference material: CCl 3 F); δ-77.7 (s, 3F)

実施例2
撹拌装置及び還流冷却器をつけた500mlの三つ口フラスコにメタクリル酸無水物を78.7g(0.42モル)、メタンスルホン酸を0.10g(1.0ミリモル)、1,1,1−トリフルオロ−N−[(5−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)メチル]メタンスルホンアミドを105g(0.39モル)、ノンフレックスMBPを0.05g入れ、80℃で加熱撹拌した。
3時間後、組成をガスクロマトグラフィにより測定したところ、1,1,1−トリフルオロ−N−[(5−ヒドロキシビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)メチル]メタンスルホンアミドの反応転化率は、99%以上であった。反応液を冷却後、水酸化カリウム50g(0.9モル)と水200mlからなる溶液を加え、良く撹拌した後、イソプロピルエーテル150gを加え、二層分離した。得られた水層に5%塩酸水をpH3に達するまで加えた。分液ロートに移し、イソプロピルエーテル150gを加え、抽出した。
得られた有機層からイソプロピルエーテルを留去し、5−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル 2−メチルアクリレートと6−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル 2−メチルアクリレートの混合物を得た。
この混合物にヘキサンを徐々に加え、結晶を析出させ、濾別後、減圧乾燥すると53.3gの結晶を得た。NMR及びガスクロマトグラフィにより組成を調べたところ、純度99.9%の5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレートであった。収率は、40%であった。
Example 2
In a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a reflux condenser, 78.7 g (0.42 mol) of methacrylic anhydride, 0.10 g (1.0 mmol) of methanesulfonic acid, 1,1,1 -Trifluoro-N-[(5-hydroxybicyclo [2.2.1] hept-2-yl) methyl] methanesulfonamide (105 g, 0.39 mol) and nonflex MBP (0.05 g) were added at 80 ° C. And stirred with heating.
After 3 hours, the composition was measured by gas chromatography, whereby 1,1,1-trifluoro-N-[(5-hydroxybicyclo [2.2.1] hept-2-yl) methyl] methanesulfonamide was reacted. The conversion rate was 99% or more. After cooling the reaction solution, a solution consisting of 50 g (0.9 mol) of potassium hydroxide and 200 ml of water was added and stirred well, and then 150 g of isopropyl ether was added to separate the two layers. To the obtained aqueous layer, 5% aqueous hydrochloric acid was added until pH 3 was reached. It moved to the separating funnel, 150 g of isopropyl ether was added and extracted.
Isopropyl ether was distilled off from the obtained organic layer, and 5-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-yl 2-methyl acrylate and 6- ( A mixture of {[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-yl 2-methyl acrylate was obtained.
Hexane was gradually added to this mixture to precipitate crystals, and after filtration, dried under reduced pressure, 53.3 g of crystals were obtained. The composition was examined by NMR and gas chromatography, and was found to be 99.9% pure 5-exo-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl. It was 2-methyl acrylate. The yield was 40%.

NMR分析結果を以下に示す。
1H−NMR(溶媒:CDCl3、基準物質:TMS);δ0.57 (ddd, J = 2.2, 4.6, 13.2, 1H), 0.85 (ddd, J = 1.2, 2.4, 10.6, 1H), 0.96 (ddd, J = 2.2, 8.5,13.2, 1H), 1.08 (m, 1H), 1.25 (m, 1H), 1.28 (ddd, J = 1.2, 3.0, 3.9,, 1H), 1.46 (ddd, J = 1.2, 2.4, 7.1, 1H), 1.72 (m, 1H), 1.80 (dd, J = 1.5, 1.7, 3H), 2.09 (m, 1H), 2.50 (dd, J = 7.2, 13.2, 1H), 2.62 (m, 1H), 4.53 (ddd, J = 1.2, 3.0, 7.1, 1H), 5.11 (dd, J = 5.3, 5.6, 1H), 5.22 (dd, J = 1.7, 1.7, 1H), 6.07 (dd, J = 1.5, 1.7, 1H)
19F−NMR(溶媒:CDCl3、基準物質:CCl3F);δ-77.8 (s, 3F)
The NMR analysis results are shown below.
1 H-NMR (solvent: CDCl 3 , reference material: TMS); δ 0.57 (ddd, J = 2.2, 4.6, 13.2, 1H), 0.85 (ddd, J = 1.2, 2.4, 10.6, 1H), 0.96 ( ddd, J = 2.2, 8.5, 13.2, 1H), 1.08 (m, 1H), 1.25 (m, 1H), 1.28 (ddd, J = 1.2, 3.0, 3.9 ,, 1H), 1.46 (ddd, J = 1.2 , 2.4, 7.1, 1H), 1.72 (m, 1H), 1.80 (dd, J = 1.5, 1.7, 3H), 2.09 (m, 1H), 2.50 (dd, J = 7.2, 13.2, 1H), 2.62 ( m, 1H), 4.53 (ddd, J = 1.2, 3.0, 7.1, 1H), 5.11 (dd, J = 5.3, 5.6, 1H), 5.22 (dd, J = 1.7, 1.7, 1H), 6.07 (dd, (J = 1.5, 1.7, 1H)
19 F-NMR (solvent: CDCl 3 , reference material: CCl 3 F); δ-77.8 (s, 3F)

実施例3〜6、比較例1
実施例2で得られた5−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル 2−メチルアクリレートと6−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル 2−メチルアクリレートの混合物モノマー(以下M−1とする)、及び単一異性体として取り出した5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレート(以下M−2とする)を単一モノマーとして、次の重合反応を行った。用いたモノマーを以下に示す。

Figure 2007045787
Examples 3-6, Comparative Example 1
5-({[(Trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-yl 2-methyl acrylate and 6-({[(trifluoromethyl ) Sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-yl 2-methyl acrylate monomer (hereinafter referred to as M-1), and 5-exo-({ [(Trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl 2-methyl acrylate (hereinafter referred to as M-2) as a single monomer is used for the following polymerization reaction. went. The monomers used are shown below.
Figure 2007045787

上記モノマー[M−1]〜モノマー[M−4]を表1に示す仕込みモル比率で合計量が30gとなるように混合し、60gの2−ブタノンに溶解させ、更にこれに2,2−アゾビスイソブチロニトリル1.46gを加えて溶解した溶液を10分窒素パージし、滴下漏斗に入れて準備する。500mlの三口フラスコへ60gの2−ブタノンを入れ、10分窒素パージする。窒素パージの後、三口フラスコ内をマグネチックスターラーにて攪拌しながらオイルバスに浸して80℃に保持し、滴下漏斗に入れて準備した溶液を3時間かけて滴下し、更に3時間加熱した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、1000gのn−ヘプタンへ投入し、析出した白色粉末を濾別する。濾別された白色粉末を100gの2−ブタノンに溶解させ1000gのn−ヘプタンへ投入、濾別回収する作業を3回繰り返して洗浄した後、濾別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体、共重合体を得た。重合結果及び重合体、共重合体の特性を表1に示す。   Monomer [M-1] to Monomer [M-4] are mixed so as to have a total amount of 30 g at the charged molar ratio shown in Table 1, and dissolved in 60 g of 2-butanone. A solution prepared by adding 1.46 g of azobisisobutyronitrile is purged with nitrogen for 10 minutes and prepared in a dropping funnel. Place 60 g of 2-butanone into a 500 ml three-necked flask and purge with nitrogen for 10 minutes. After purging with nitrogen, the inside of the three-necked flask was immersed in an oil bath while stirring with a magnetic stirrer and maintained at 80 ° C., and the prepared solution was dropped into the dropping funnel over 3 hours, and further heated for 3 hours. After completion of the polymerization, the polymerization solution is cooled to 30 ° C. or less by water cooling, charged into 1000 g of n-heptane, and the precipitated white powder is separated by filtration. The filtered white powder was dissolved in 100 g of 2-butanone, poured into 1000 g of n-heptane, washed by repeated filtration and collected three times, filtered, dried at 50 ° C. for 17 hours, A white powder polymer and copolymer were obtained. The polymerization results and the properties of the polymer and copolymer are shown in Table 1.

Figure 2007045787
表1に示すように、モノマー(M−1)、(M−2)双方共に酸性アミド基の効果である溶解速度は得られるが、単一モノマー(M−2)にした場合、より高い溶解効果が発現する。また、モノマー(M−1)、(M−2)双方共にモノマー(M−4)に対して高いドライエッチング耐性を有する。
Figure 2007045787
As shown in Table 1, both the monomers (M-1) and (M-2) have a dissolution rate that is an effect of the acidic amide group, but higher solubility is obtained when a single monomer (M-2) is used. The effect is manifested. Further, both the monomers (M-1) and (M-2) have high dry etching resistance to the monomer (M-4).

実施例7〜12、比較例2〜3
下記[M−2]、[M−5]〜[M−9]を表2に示す仕込みモル比率で合計量が30gとなるように混合し、60gの2−ブタノンに溶解させ、更にこれに2,2−アゾビスイソブチロニトリル1.46gを加えて溶解した溶液を10分窒素パージし、滴下漏斗に入れて準備する。500mLの三口フラスコへ60gの2−ブタノンを入れ、10分窒素パージする。窒素パージの後、三口フラスコ内をマグネチックスターラーにて攪拌しながらオイルバスに浸して80℃に保持し、滴下漏斗に入れて準備した溶液を3時間かけて滴下し、更に3時間加熱した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、1000gのn−ヘプタンへ投入し、析出した白色粉末を濾別する。濾別された白色粉末を100gの2−ブタノンに溶解させ1000gのn−ヘプタンへ投入、濾別回収する作業を3回繰り返して洗浄した後、濾別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た。重合結果を表2に示す。
Examples 7-12, Comparative Examples 2-3
The following [M-2] and [M-5] to [M-9] were mixed at a charging molar ratio shown in Table 2 so that the total amount was 30 g, and dissolved in 60 g of 2-butanone. A solution prepared by adding 1.46 g of 2,2-azobisisobutyronitrile is purged with nitrogen for 10 minutes, and placed in a dropping funnel. Put 60 g of 2-butanone into a 500 mL three-necked flask and purge with nitrogen for 10 minutes. After purging with nitrogen, the inside of the three-necked flask was immersed in an oil bath while stirring with a magnetic stirrer and kept at 80 ° C., and the prepared solution was dropped into the dropping funnel over 3 hours, and further heated for 3 hours. After completion of the polymerization, the polymerization solution is cooled to 30 ° C. or less by cooling with water, charged into 1000 g of n-heptane, and the precipitated white powder is separated by filtration. The filtered white powder was dissolved in 100 g of 2-butanone, poured into 1000 g of n-heptane, washed by repeated filtration and collected three times, filtered, dried at 50 ° C. for 17 hours, A white powder copolymer was obtained. The polymerization results are shown in Table 2.

Figure 2007045787
Figure 2007045787

Figure 2007045787
Figure 2007045787

新規なα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を重合させることにより得られる含フッ素重合体、共重合体は、紫外線領域から近赤外線領域に至るまでの幅広い波長領域で高い透明性を有し、かつ基板への高い密着性及び成膜性、高いエッチング耐性を併せ持ったレジスト材料となることが期待される。また、本発明の含フッ素高分子化合物は、好適な半導体デバイス用パッケージ材料として期待される。   The fluorine-containing polymer and copolymer obtained by polymerizing novel α-substituted norbornanyl acrylates have high transparency in a wide wavelength range from the ultraviolet region to the near infrared region, and are applied to the substrate. It is expected to be a resist material having both high adhesion and film-forming properties and high etching resistance. Moreover, the fluorine-containing polymer compound of the present invention is expected as a suitable semiconductor device package material.

Claims (14)

一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコール。
General formula [4]
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. ] The substituted norbornanyl alcohol represented by this.
前記Rfがトリフルオロメチル基であることを特徴とする請求項1記載の置換ノルボルナニルアルコール。   The substituted norbornanyl alcohol according to claim 1, wherein Rf is a trifluoromethyl group. 一般式[1]
Figure 2007045787
[式中、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。]で表される低級カルボン酸を、一般式[2]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3のうち、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルネンと反応させて、一般式[3]
Figure 2007045787
[式中、R1は一般式[1]のR1と同じで、R2、R3は一般式[2]のR2、R3と同じ]で表される置換ノルボルナニル類を得て、これを加水分解することを特徴とする、一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールの製造方法。
General formula [1]
Figure 2007045787
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A lower carboxylic acid represented by the general formula [2]
Figure 2007045787
[Wherein, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the rest It is a hydrogen atom. And a substituted norbornene represented by the general formula [3]
Figure 2007045787
Wherein, R 1 is the same as R 1 in the general formula [1], R 2, R 3 is the general formula [2] R 2, R 3 identical] to give a substituted norbornanyl compound represented by, This is hydrolyzed and is represented by the general formula [4]
Figure 2007045787
[Wherein, R 2, R 3 is any one that RfSO 2 NHCH 2 - group (., Where, Rf is selected from the group consisting of a carbon number of 1 represents a perfluoroalkyl group having 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen Is an atom. ] The manufacturing method of substituted norbornanyl alcohol represented by these.
一般式[6]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類。
General formula [6]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. Α-substituted norbornanyl acrylates represented by the formula:
請求項4において、R2が水素原子、R3がCF3SO2NHCH2−基であることを特徴とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類。 The α-substituted norbornanyl acrylate according to claim 4, wherein R 2 is a hydrogen atom and R 3 is a CF 3 SO 2 NHCH 2 -group. 請求項5において、α−置換アクリル酸ノルボルナニル類が、5−exo−({[(トリフルオロメチル)スルホニル]アミノ}メチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−exo−イル 2−メチルアクリレートであることを特徴とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類。   In Claim 5, alpha-substituted norbornanyl acrylate is 5-exo-({[(trifluoromethyl) sulfonyl] amino} methyl) bicyclo [2.2.1] hept-2-exo-yl 2-methyl. Α-Substituted norbornanyl acrylates which are acrylates. 次の二工程によりなる、一般式[6]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法。
第一工程:一般式[1]
Figure 2007045787
[式中、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。]で表される低級カルボン酸を、一般式[2]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3のうち、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルネンと反応させて、一般式[3]
Figure 2007045787
[式中、R1は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表し、R2、R3のうち、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルネン類を得て、これを加水分解により一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールを製造する工程。
第二工程:一般式[5]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基である。]で表されるα−置換アクリル酸無水物を、上記第一工程で得られた一般式[4]
Figure 2007045787
[式中、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表される置換ノルボルナニルアルコールと反応させることを特徴とする、一般式[6]
Figure 2007045787
[式中、R4は水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類を製造する工程。
General formula [6] consisting of the following two steps
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The manufacturing method of the alpha-substituted norbornanyl acrylate represented by this.
First step: General formula [1]
Figure 2007045787
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A lower carboxylic acid represented by the general formula [2]
Figure 2007045787
[Wherein, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the rest It is a hydrogen atom. And a substituted norbornene represented by the general formula [3]
Figure 2007045787
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is RfSO 2 NHCH 2 — A group (wherein Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is a hydrogen atom. Substituted norbornenes represented by general formula [4] are obtained by hydrolysis.
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. ] The process of manufacturing substituted norbornanyl alcohol represented by these.
Second step: General formula [5]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 represents a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms. An α-substituted acrylic anhydride represented by the general formula [4] obtained in the first step.
Figure 2007045787
[In the formula, any one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group (where Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and the remainder is hydrogen. Is an atom. And a substituted norbornanyl alcohol represented by the general formula [6]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group ( Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The process of manufacturing the alpha-substituted norbornanyl acrylate represented by this.
請求項7において、R4が水素原子又はメチル基であることを特徴とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法。 The method for producing an α-substituted norbornanyl acrylate according to claim 7, wherein R 4 is a hydrogen atom or a methyl group. 請求項7又は請求項8において、Rfがトリフルオロメチル基であることを特徴とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法。 The method for producing an α-substituted norbornanyl acrylate according to claim 7 or 8, wherein Rf is a trifluoromethyl group. 第二工程を有機スルホン酸及び/又はルイス酸よりなる添加剤の存在下にて行うことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載のα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法   The method for producing an α-substituted norbornanyl acrylate according to any one of claims 7 to 9, wherein the second step is performed in the presence of an additive comprising an organic sulfonic acid and / or a Lewis acid. 請求項7の製造工程後に、更に炭化水素系溶媒で再結晶する第三工程を行うことを特徴とするα−置換アクリル酸ノルボルナニル類の製造方法。   A method for producing an α-substituted norbornanyl acrylate, wherein a third step of recrystallization with a hydrocarbon solvent is further performed after the production step of claim 7. 一般式[7]
Figure 2007045787
[式中、R4は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類由来の繰り返し単位を有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000である重合体。
General formula [7]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group. Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. ] The polymer whose polystyrene conversion weight average molecular weights are 1,000-100,000 by the gel permeation chromatography (GPC) which has a repeating unit derived from (alpha) -substituted norbornanyl acrylate represented by these.
(I)一般式[7]
Figure 2007045787
[式中、R4は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類由来の繰り返し単位と、
(II)一般式[8]から一般式[11]
Figure 2007045787
[式[8]から式[11]において、R5は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基あるいはヒドロキシメチル基を表し、式[9]から式[11]において、R6はR5とは独立にメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基を表し、nは0〜1の整数を、mは1〜2の整数をそれぞれ表す。]で表される少なくとも1つの繰り返し単位とを有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000である共重合体。
(I) General formula [7]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group. Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. A repeating unit derived from an α-substituted norbornanyl acrylate represented by:
(II) From general formula [8] to general formula [11]
Figure 2007045787
[In the formulas [8] to [11], R 5 represents a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group or a hydroxymethyl group, and in the formulas [9] to [11], R 6 represents R 5 and Are independently methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl, 2-methylpropyl, 1-methylpropyl, methoxymethyl, ethoxymethyl, ethoxy Represents an ethyl group, n represents an integer of 0 to 1, and m represents an integer of 1 to 2, respectively. ] The copolymer whose polystyrene conversion weight average molecular weight is 1,000-100,000 by the gel permeation chromatography (GPC) which has at least 1 repeating unit represented by these.
(I)一般式[7]
Figure 2007045787
[式中、R4は、水素原子、メチル基、エチル基、又は炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基であり、R2、R3は、いずれか一つがRfSO2NHCH2−基(ここで、Rfは、炭素数1から炭素数4のパーフルオロアルキル基を表す。)であり、残りが水素原子である。]で表されるα−置換アクリル酸ノルボルナニル類由来の繰り返し単位と、
(III)一般式[12]及び一般式[13]
Figure 2007045787
[式[12]及び式[13]において、R5は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基あるいはヒドロキシメチル基を表し、式[12]において、Aは単結合、炭素数1から炭素数10の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基又は炭素数4から炭素数20の脂環式炭化水素基、アルキレングリコール基、アルキレンエステル基を表し、式[13]において、Zは2〜4価の有機基を表し、Tは単結合又は炭素数1から炭素数3の2価の有機基を表し、pは1〜3の整数を表す。]で表される少なくとも1つの繰り返し単位とを有するゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量が1,000〜100,000である共重合体。
(I) General formula [7]
Figure 2007045787
[Wherein, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and one of R 2 and R 3 is an RfSO 2 NHCH 2 — group. Here, Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the remainder is a hydrogen atom. A repeating unit derived from an α-substituted norbornanyl acrylate represented by:
(III) General formula [12] and General formula [13]
Figure 2007045787
[In Formula [12] and Formula [13], R 5 represents a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, or a hydroxymethyl group. In Formula [12], A is a single bond, having 1 to carbon atoms. 10 represents a linear or branched alkylene group or an alicyclic hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, an alkylene glycol group, or an alkylene ester group. In the formula [13], Z is a divalent to tetravalent group. T represents an organic group, T represents a single bond or a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms, and p represents an integer of 1 to 3. ] The copolymer whose polystyrene conversion weight average molecular weight is 1,000-100,000 by the gel permeation chromatography (GPC) which has at least 1 repeating unit represented by these.
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