JP2010191221A - Chemically amplified photoresist composition for exposure to extreme-ultraviolet ray - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、極端紫外線(EUV)露光用化学増幅型フォトレジスト組成物に関する。 The present invention relates to a chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet (EUV) exposure.
近年、集積回路素子製造に代表される電子デバイス製造分野においては、デバイスの高集積化に対する要求が高まっており、そのため、微細パターン形成のためのフォトリソグラフィー技術が必要とされている。
ハーフピッチ22nm以降に対応する次世代技術として、波長13.5nmの極端紫外線[Extreme Ultra Violet(以下、EUVと略記する。)]を用いたリソグラフィー技術が最も有望であり、それに用いることができる高感度および高解像度のフォトレジストが求められている。フォトレジスト性能については、微細パターンの解像性を維持する点および生産性を高める点から、特に、感度向上の要求が強い。
In recent years, in the field of electronic device manufacturing typified by integrated circuit element manufacturing, there has been an increasing demand for higher integration of devices, and therefore, a photolithography technique for forming a fine pattern is required.
As a next-generation technology corresponding to a half pitch of 22 nm or more, a lithography technology using extreme ultraviolet [Extreme Ultra Violet (hereinafter abbreviated as EUV)] having a wavelength of 13.5 nm is the most promising and can be used for it. There is a need for photoresists with sensitivity and high resolution. Regarding the photoresist performance, there is a strong demand for improving the sensitivity, particularly from the viewpoint of maintaining the resolution of a fine pattern and increasing the productivity.
ところで、EUV露光における酸発生は、その多くが光酸発生剤の直接励起ではなく、レジストポリマーのイオン化を経由していると言われている。そのため、モノマーの分子構造およびポリマー組成の酸発生効率や感度への寄与は大きいと考えられている(非特許文献1)。
これに関連して近年、レジストポリマー中にハロゲン原子を導入することで、EUV露光におけるフォトレジスト組成物の酸発生効率や感度が向上したと報告がされている。(非特許文献2および3参照)。一方、レジストポリマー中のヒドロキシ基含量が多くなると、酸発生量や感度が向上するとの報告もされている(非特許文献4および5参照)。
By the way, it is said that most of acid generation in EUV exposure is not via direct excitation of the photoacid generator but via ionization of the resist polymer. For this reason, it is considered that the molecular structure of the monomer and the polymer composition contribute greatly to the acid generation efficiency and sensitivity (Non-patent Document 1).
In recent years, it has been reported that the acid generation efficiency and sensitivity of the photoresist composition in EUV exposure have been improved by introducing halogen atoms into the resist polymer. (See Non-Patent Documents 2 and 3.) On the other hand, it has also been reported that the acid generation amount and sensitivity are improved when the hydroxy group content in the resist polymer is increased (see Non-Patent Documents 4 and 5).
しかしながら、非特許文献2および3に開示される様なハロゲン原子含有ポリマーにEUVが当ると、一部の炭素−ハロゲン結合が切断され、ハロゲン化水素が発生することも知られている。かかるハロゲン化水素の発生はレジスト感度向上に寄与するが、露光装置内の光学系汚染の原因およびチャンバー内の腐食原因となるため、工業的に実施するには適さない。また、非特許文献4および5に開示されるように、ポリマー中のヒドロキシ基含量が多い場合、ポリマー全体の親水性が上がり、レジストパターンが膨潤する恐れがある。
よって本発明の目的は、上記問題を解決した、高感度のEUV露光用フォトレジスト組成物を提供することである。
However, it is also known that when EUV hits a halogen atom-containing polymer as disclosed in Non-Patent Documents 2 and 3, some of the carbon-halogen bonds are broken and hydrogen halide is generated. The generation of such hydrogen halide contributes to improving the resist sensitivity, but is not suitable for industrial implementation because it causes contamination of the optical system in the exposure apparatus and corrosion in the chamber. Further, as disclosed in Non-Patent Documents 4 and 5, when the content of hydroxy groups in the polymer is large, the hydrophilicity of the whole polymer is increased, and the resist pattern may swell.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly sensitive photoresist composition for EUV exposure that solves the above-mentioned problems.
即ち、本発明は、[1]下記一般式(I) That is, the present invention provides [1] the following general formula (I)
(式中、R1は、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を表す。
R2、R3およびR4の組み合わせは、
1)R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。;
2)R2とR3は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表し、R4は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。;または
3)R2は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表し、R3とR4は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表す。;のいずれかである。
R5およびR8は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。
R6およびR7は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表すか、またはR6とR7は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表す。
AおよびBは、それぞれ独立して、酸素原子または硫黄原子を表す。)
で表される繰り返し単位を構成単位として有する高分子化合物、光酸発生剤および溶剤を含有することを特徴とする、極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物、
[2]下記一般式(1−1)
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
The combination of R 2 , R 3 and R 4 is
1) R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic group having 3 to 6 carbon atoms. Represents an alkyl group. ;
2) R 2 and R 3 are linked to each other to represent an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms, and R 4 is a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Represents a group or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Or 3) R 2 represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 represents an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms by linking. One of them.
R 5 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms.
Each of R 6 and R 7 independently represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms; Or R 6 and R 7 are linked to each other to represent an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
A and B each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom. )
A chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure, comprising a polymer compound having a repeating unit represented by the following structural units, a photoacid generator and a solvent:
[2] The following general formula (1-1)
(式中、R1は、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を表す。AおよびBは、それぞれ独立して、酸素原子または硫黄原子を表す。)
で表される繰り返し単位を構成単位として有する高分子化合物、光酸発生剤および溶剤を含有することを特徴とする、極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物、
[3]光酸発生剤がオニウム塩である、上記[1]または[2]に記載の極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物、
[4]オニウム塩が含フッ素オニウム塩である、上記[3]に記載の極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物、および
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜を極端紫外線露光した後、アルカリ現像する工程を有する、レジストパターンの形成方法、
を提供することにより達成される。
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. A and B each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom.)
A chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure, comprising a polymer compound having a repeating unit represented by the following structural units, a photoacid generator and a solvent:
[3] The chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure according to the above [1] or [2], wherein the photoacid generator is an onium salt,
[4] The chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure according to [3] above, wherein the onium salt is a fluorine-containing onium salt, and [5] any one of [1] to [4] above. Forming a resist film on a substrate using a chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure, and exposing the resist film to extreme ultraviolet light, followed by alkali development,
Is achieved by providing
本発明により得られる化学増幅型フォトレジスト組成物はEUV露光に適している。該化学増幅型フォトレジスト組成物を用いてEUV露光を利用してレジストパターンを形成することで、従来よりも微細なレジストパターンを生産性良く形成することができる。 The chemically amplified photoresist composition obtained by the present invention is suitable for EUV exposure. By using the chemically amplified photoresist composition to form a resist pattern using EUV exposure, a finer resist pattern can be formed with higher productivity than in the past.
[EUV露光用化学増幅型フォトレジスト組成物]
本発明のEUV露光用化学増幅型フォトレジスト組成物(以下、単にフォトレジスト組成物と称する。)は、(1)高分子化合物、(2)光酸発生剤および(3)溶剤、並びに必要に応じて、(4)塩基性化合物、(5)界面活性剤および(6)その他の添加物を含有する。
[Chemically amplified photoresist composition for EUV exposure]
The chemically amplified photoresist composition for EUV exposure of the present invention (hereinafter simply referred to as a photoresist composition) comprises (1) a polymer compound, (2) a photoacid generator and (3) a solvent, and Accordingly, (4) a basic compound, (5) a surfactant, and (6) other additives are contained.
((1)高分子化合物)
高分子化合物としては、酸との反応によりアルカリ現像液への溶解性が変化するものであり、下記一般式(I)で示される繰り返し単位[以下、繰り返し単位(I)と称する。]を含有するものである。
((1) polymer compound)
As the polymer compound, the solubility in an alkali developer is changed by reaction with an acid, and the repeating unit represented by the following general formula (I) [hereinafter referred to as repeating unit (I)]. ] Is contained.
繰り返し単位(I)中、R1は、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を表す。
R2、R3およびR4の組み合わせは、
1)R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。;
2)R2とR3は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表し、R4は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。;または
3)R2は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表し、R3とR4は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表す。;のいずれかである。
上記の炭素数1〜6の直鎖状アルキル基としては、いずれも、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などが挙げられる。上記の炭素数3〜6の分岐状アルキル基としては、いずれも、例えばイソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基などが挙げられる。また、上記の炭素数3〜6の環状アルキル基としては、いずれも、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
上記のR2とR3が連結した場合の炭素数3〜6のアルキレン基としては、例えばプロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基などが挙げられる。これらの中でも、ブタン−1,4−ジイル基が好ましい。
また、上記のR3とR4が連結した場合の炭素数3〜6のアルキレン基としては、例えばプロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基などが挙げられる。
R2、R3およびR4の組み合わせは、EUV露光における酸発生効率および感度の観点から、上記1)であるのが好ましく、R2、R3およびR4は、それぞれ水素原子またはメチル基であるのがより好ましく、いずれも水素原子であるのがさらに好ましい。
In the repeating unit (I), R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
The combination of R 2 , R 3 and R 4 is
1) R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic group having 3 to 6 carbon atoms. Represents an alkyl group. ;
2) R 2 and R 3 are linked to each other to represent an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms, and R 4 is a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Represents a group or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Or 3) R 2 represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 represents an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms by linking. One of them.
Examples of the linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, and an n-hexyl group. Examples of the branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms include an isopropyl group, an isobutyl group, and a sec-butyl group. Examples of the cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.
Examples of the alkylene group having 3 to 6 carbon atoms when R 2 and R 3 are connected include, for example, a propane-1,3-diyl group, a butane-1,4-diyl group, and a pentane-1,5-diyl group. And hexane-1,6-diyl group. Among these, a butane-1,4-diyl group is preferable.
Examples of the alkylene group having 3 to 6 carbon atoms when R 3 and R 4 are linked include, for example, a propane-1,3-diyl group, a butane-1,4-diyl group, a pentane-1,5- Examples thereof include a diyl group and a hexane-1,6-diyl group.
The combination of R 2, R 3 and R 4 are, from the viewpoint of acid generation efficiency and sensitivity in the EUV exposure is preferably from above 1), R 2, R 3 and R 4 are each a hydrogen atom or a methyl group More preferably, both are hydrogen atoms.
繰り返し単位(I)中、R5およびR8は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。
R6およびR7は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表すか、またはR6とR7は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表す。
上記の炭素数1〜6の直鎖状アルキル基としては、いずれも、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などが挙げられる。上記の炭素数3〜6の分岐状アルキル基としては、いずれも、例えばイソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基などが挙げられる。また、上記の炭素数3〜6の環状アルキル基としては、いずれも、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。
上記のR6とR7が連結した炭素数3〜6のアルキレン基としては、例えばプロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基などが挙げられる。これらの中でも、ブタン−1,4−ジイル基が好ましい。
R5、R6、R7およびR8は、EUV露光における酸発生効率および感度の観点から、いずれも水素原子であるのが好ましい。
繰り返し単位(I)中、AおよびBは、それぞれ独立して、酸素原子または硫黄原子を表す。
In the repeating unit (I), R 5 and R 8 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or 3 to 6 carbon atoms. Represents a cyclic alkyl group.
Each of R 6 and R 7 independently represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms; Or R 6 and R 7 are linked to each other to represent an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
Examples of the linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, and an n-hexyl group. Examples of the branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms include an isopropyl group, an isobutyl group, and a sec-butyl group. Examples of the cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.
Examples of the alkylene group having 3 to 6 carbon atoms in which R 6 and R 7 are linked include a propane-1,3-diyl group, a butane-1,4-diyl group, a pentane-1,5-diyl group, and hexane. And a -1,6-diyl group. Among these, a butane-1,4-diyl group is preferable.
R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are all preferably hydrogen atoms from the viewpoint of acid generation efficiency and sensitivity in EUV exposure.
In the repeating unit (I), A and B each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom.
高分子化合物中の全繰り返し単位に対する繰り返し単位(I)の比率は、0モル%を超え100モル%であり、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜70モル%である。
繰り返し単位(I)の具体例としては、下記式(2−1)から(2−20)[式中、AおよびBは前記定義の通りである。pは、1または2を表す。]が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
The ratio of the repeating unit (I) to the total repeating units in the polymer compound is more than 0 mol% and 100 mol%, preferably 10 to 80 mol%, more preferably 20 to 70 mol%.
Specific examples of the repeating unit (I) include the following formulas (2-1) to (2-20) [wherein A and B are as defined above. p represents 1 or 2. However, it is not particularly limited to these.
本発明で使用する高分子化合物は、繰り返し単位(I)を生じさせる単量体(以下単量体(II)と称する。)の単独重合、または単量体(II)と他の重合性化合物[以下、重合性化合物(III)と称する。]との共重合によって得られる。 The polymer compound used in the present invention is a homopolymer of a monomer (hereinafter referred to as monomer (II)) that generates repeating unit (I), or monomer (II) and another polymerizable compound. [Hereinafter referred to as polymerizable compound (III). ] Is obtained by copolymerization.
(単量体(II))
単量体(II)の具体例としては、下記式(3−1)から(3−20)で表されるアクリル酸エステル誘導体[式中、A、Bおよびpは前記定義の通りである。]が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。
(Monomer (II))
Specific examples of the monomer (II) include acrylic acid ester derivatives represented by the following formulas (3-1) to (3-20) [wherein A, B and p are as defined above. However, it is not particularly limited to this.
(単量体(II)の製造方法)
なお、単量体(II)は、例えば下記化学反応式に示す方法で製造することができる。
(Method for producing monomer (II))
The monomer (II) can be produced, for example, by the method shown in the chemical reaction formula below.
上記化学反応式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、AおよびBは、前記定義の通りである。R9およびR10は、それぞれ独立して、炭素数1〜3の直鎖状アルキル基または炭素数3〜6の分岐状アルキル基を表す。Xは、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。
以下、上記化学反応式に示す単量体(II)の製造方法について説明するが、特にこれに限定されるものではない。
In the above chemical reaction formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , A and B are as defined above. R 9 and R 10 each independently represents a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. X represents a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom.
Hereinafter, although the manufacturing method of monomer (II) shown to the said chemical-reaction formula is demonstrated, it does not specifically limit to this.
アクリル酸エステルは、アセタール(III)およびヘテロアルコール(IV)を原料とし、下記第1工程〜第3工程を経ることにより製造することができる。
(第1工程)
第1工程は、アセタール(III)とヘテロアルコール(IV)を塩基の存在下に反応させ、ヒドロキシアセタール(V)を製造する工程である。
The acrylic acid ester can be produced by using the acetal (III) and the heteroalcohol (IV) as raw materials and going through the following first to third steps.
(First step)
The first step is a step of producing hydroxyacetal (V) by reacting acetal (III) and heteroalcohol (IV) in the presence of a base.
アセタール(III)は工業的に入手可能であるか、または対応するα−ハロケトン化合物もしくはα−ハロアルデヒドを通常のアセタール化反応に付すことにより製造可能である。
アセタール(III)としては、クロロアセトアルデヒド=ジメチル=アセタール、クロロアセトアルデヒド=ジエチル=アセタール、ブロモアセトアルデヒド=ジメチル=アセタール、ブロモアセトアルデヒド=ジエチル=アセタール、1−ブロモ−2,2−ジメトキシプロパン、1−ヨード−2,2−ジエトキシプロパン、2−ブロモ−3,3−ジエトキシブタン、1−クロロ−2,2−ジメトキシヘキサン、1−クロロ−2,2−ジメトキシヘプタン、1−クロロ−2,2−ジメトキシシクロペンタン、1−クロロ−2,2−ジメトキシシクロヘキサン、1−ブロモ−2,2−ジメトキシシクロヘプタンなどが挙げられる。
Acetal (III) is commercially available or can be produced by subjecting the corresponding α-haloketone compound or α-haloaldehyde to a conventional acetalization reaction.
As acetal (III), chloroacetaldehyde = dimethyl = acetal, chloroacetaldehyde = diethyl = acetal, bromoacetaldehyde = dimethyl = acetal, bromoacetaldehyde = diethyl = acetal, 1-bromo-2,2-dimethoxypropane, 1-iodo- 2,2-diethoxypropane, 2-bromo-3,3-diethoxybutane, 1-chloro-2,2-dimethoxyhexane, 1-chloro-2,2-dimethoxyheptane, 1-chloro-2,2- Examples include dimethoxycyclopentane, 1-chloro-2,2-dimethoxycyclohexane, 1-bromo-2,2-dimethoxycycloheptane and the like.
ヘテロアルコール(IV)としては、例えば、3−メルカプト−1−ブタノール、2−メチル−3−メルカプト−1−プロパノール、4−メルカプト−2−ブタノール、3−メチル−3−メルカプト−1−ブタノール、2,2−ジメチル−3−メルカプト−1−プロパノール、2−イソプロピル−2−メチル−3−メルカプト−1−プロパノール、2−メチル−4−メルカプト−2−ブタノール、2−エチル−2−メチル−3−メルカプト−1−プロパノール、1−メルカプト−3−ペンタノール、2−エチル−3−メルカプト−1−プロパノール、3−メルカプト−1−プロパノール、4−メルカプト−1−ブタノール、5−メルカプト−2−ペンタノール、2−メチル−5−メルカプト−2−ペンタノール、4−メルカプト−1−ペンタノール、1,3−プロパンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,4−ジメチル−2,4−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,4−ペンタンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオールなどが挙げられる。 Examples of the heteroalcohol (IV) include 3-mercapto-1-butanol, 2-methyl-3-mercapto-1-propanol, 4-mercapto-2-butanol, 3-methyl-3-mercapto-1-butanol, 2,2-dimethyl-3-mercapto-1-propanol, 2-isopropyl-2-methyl-3-mercapto-1-propanol, 2-methyl-4-mercapto-2-butanol, 2-ethyl-2-methyl- 3-mercapto-1-propanol, 1-mercapto-3-pentanol, 2-ethyl-3-mercapto-1-propanol, 3-mercapto-1-propanol, 4-mercapto-1-butanol, 5-mercapto-2 -Pentanol, 2-methyl-5-mercapto-2-pentanol, 4-mercapto-1-pentano 1,3-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-2-methyl-1,3-propanediol, 2, 2-diethyl-1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 2,4-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,4-dimethyl-2,4-pentanediol, 2 2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 1,4-butanediol, 1,4-pentanediol, 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol and the like.
ヘテロアルコール(IV)のうち、Bが硫黄原子を表すものは、工業的に入手可能であるか、或いは対応するハロゲン化アルコールを水硫化ナトリウムまたは水硫化カリウムと反応させる方法や、対応したハロゲン化アルコールをベンジルスルフィドと反応させた後に還元する方法などにより製造可能である。また、ヘテロアルコール(IV)のうち、Bが酸素原子を表すものは、工業的に入手可能であるか、或いは対応するジハロゲン化物やハロゲン化アルコールを硝酸銀と水を用いてハロゲン基を水酸基に置換することや、対応したジケトン化合物やジエステル化合物を還元することなどにより製造可能である。 Among the heteroalcohols (IV), those in which B represents a sulfur atom are commercially available, or a method of reacting a corresponding halogenated alcohol with sodium hydrosulfide or potassium hydrosulfide, and corresponding halogenation It can be produced by a method of reducing alcohol after reacting with benzyl sulfide. Among the heteroalcohols (IV), those in which B represents an oxygen atom are commercially available, or the corresponding dihalide or halogenated alcohol is substituted with a hydroxyl group using silver nitrate and water. It can be produced by reducing the corresponding diketone compound or diester compound.
第1工程で使用する塩基としては、例えば水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの無機塩基;ナトリウムメチラートなどのアルコールの塩;トリエチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、ピリジン、ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンなどの有機塩基などが挙げられる。塩基性物質の使用量は、経済性および後処理の観点から、ヘテロアルコール(IV)1モルに対して0.8〜5モルの範囲であるのが好ましい。 Examples of the base used in the first step include inorganic bases such as sodium hydride, sodium hydroxide, and sodium carbonate; alcohol salts such as sodium methylate; triethylamine, N, N-dimethylaniline, pyridine, diazabicyclo [2. 2.2] Organic bases such as octane. It is preferable that the usage-amount of a basic substance is the range of 0.8-5 mol with respect to 1 mol of heteroalcohol (IV) from a viewpoint of economical efficiency and a post-process.
第1工程は、無溶媒で実施することも、溶媒を添加して実施することも可能である。使用される溶媒としては、例えばヘキサンなどの脂肪族炭化水素;トルエンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素;メタノールなどのアルコール;テトラヒドロフランなどのエーテルなどを好適に使用できる。また、アセタール(III)またはヘテロアルコール(IV)を溶媒兼反応剤として使用することも可能である。 The first step can be carried out without a solvent or by adding a solvent. As the solvent used, for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as toluene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride; alcohols such as methanol; ethers such as tetrahydrofuran can be preferably used. It is also possible to use acetal (III) or heteroalcohol (IV) as a solvent / reactant.
第1工程の反応温度は、概ね、0〜100℃の範囲であることが好ましい。
第1工程の圧力は、特に制限されないが、操作の容易さの観点から常圧が好ましい。
第1工程で生成する目的のヒドロキシアセタール(V)は、例えば、反応終了後に反応で生成した塩をろ別し、得られたろ液を濃縮後、蒸留することによって分離精製が可能である。
In general, the reaction temperature in the first step is preferably in the range of 0 to 100 ° C.
The pressure in the first step is not particularly limited, but normal pressure is preferable from the viewpoint of ease of operation.
The target hydroxyacetal (V) produced in the first step can be separated and purified by, for example, filtering off the salt produced by the reaction after completion of the reaction, concentrating the filtrate obtained, and distilling it.
(第2工程)
第2工程は、第1工程で得たヒドロキシアセタール(V)を酸触媒の存在下に加水分解し、環化させる工程である。
第2工程で使用する酸触媒としては、酢酸などのカルボン酸;p−トルエンスルホン酸などのスルホン酸;塩酸などの鉱酸が挙げられる。酸触媒の使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、ヒドロキシアセタール(V)に対して0.0001〜1倍モルの範囲であることが好ましい。
(Second step)
The second step is a step of hydrolyzing and cyclizing the hydroxyacetal (V) obtained in the first step in the presence of an acid catalyst.
Examples of the acid catalyst used in the second step include carboxylic acids such as acetic acid; sulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid; and mineral acids such as hydrochloric acid. It is preferable that the usage-amount of an acid catalyst is the range of 0.0001-1 times mole with respect to a hydroxyacetal (V) from a viewpoint of economical efficiency and the ease of post-processing.
第2工程で使用する水は、必要な理論量(ヒドロキシアセタール(V)に対して1倍モル)以上であれば特に制限はないが、目的の環状アルコール(VI)を有利に生成させるために、ヒドロキシアセタール(V)に対して大過剰使用するのが好ましく、経済性および後処理の容易さの観点から、ヒドロキシアセタール(V)に対して1〜10000倍モルの範囲であることが好ましい。 The water used in the second step is not particularly limited as long as it is not less than the required theoretical amount (1 mol per mol of hydroxyacetal (V)), but in order to produce the desired cyclic alcohol (VI) advantageously. It is preferable to use a large excess with respect to the hydroxyacetal (V), and from the viewpoint of economy and ease of post-treatment, it is preferably in the range of 1 to 10,000 times the molar amount relative to the hydroxyacetal (V).
第2工程は、無溶媒で実施することも、溶媒を添加して実施することも可能である。使用される溶媒としては、例えばヘキサンなどの脂肪族炭化水素;トルエンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素;テトラヒドロフランなどのエーテル等を好適に使用できる。また、水を溶媒兼反応剤として使用することも可能である。
溶媒を使用する場合、その使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、ヒドロキシアセタール(V)に対して0.1〜10質量倍の範囲であることが好ましい。
The second step can be carried out without a solvent or by adding a solvent. As the solvent used, for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as toluene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride; ethers such as tetrahydrofuran can be preferably used. It is also possible to use water as a solvent and reactant.
When using a solvent, it is preferable that the usage-amount is the range of 0.1-10 mass times with respect to a hydroxyacetal (V) from a viewpoint of economical efficiency and the ease of post-processing.
第2工程の反応温度は、概ね、0〜100℃の範囲であることが好ましい。
第2工程の圧力は、常圧でも減圧下でも実施可能である。
第2工程の反応は、酸触媒を中和することなどによって停止することができる。中和剤としては、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、トリエチルアミン、ピリジンなどが挙げられる。
In general, the reaction temperature in the second step is preferably in the range of 0 to 100 ° C.
The pressure in the second step can be carried out at normal pressure or under reduced pressure.
The reaction in the second step can be stopped by neutralizing the acid catalyst. Examples of the neutralizing agent include sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, triethylamine, pyridine and the like.
第2工程で得られる反応混合液からの環状アルコール(VI)の分離精製は、溶媒抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィー、再結晶などの通常の有機化学的操作を適宜組み合わせて行えばよい。 Separation and purification of the cyclic alcohol (VI) from the reaction mixture obtained in the second step may be performed by appropriately combining ordinary organic chemical operations such as solvent extraction, distillation, column chromatography, and recrystallization.
(第3工程)
第3工程は、第2工程で生成した環状アルコール(VI)を、塩基性物質の存在下、一般式CH2=CR1COX1(式中R1は前記の通りである。X1は、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。)で示される重合性基導入剤などと反応させることにより行なう。
一般式CH2=CR1COX1で示される重合性基導入剤の具体例としては、例えばアクリル酸クロリド、メタクリル酸クロリド、2−トリフルオロメチルアクリル酸クロリドなどが挙げられる。
重合性基導入剤の使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、環状アルコール(VI)1モルに対して0.8〜5モルの範囲であることが好ましい。
(Third step)
In the third step, the cyclic alcohol (VI) produced in the second step is represented by the general formula CH 2 = CR 1 COX 1 in the presence of a basic substance (wherein R 1 is as defined above. X 1 is (Represents a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom).
Specific examples of the polymerizable group introducing agent represented by the general formula CH 2 = CR 1 COX 1 include acrylic acid chloride, methacrylic acid chloride, 2-trifluoromethylacrylic acid chloride and the like.
It is preferable that the usage-amount of a polymeric group introduction | transduction agent is the range of 0.8-5 mol with respect to 1 mol of cyclic alcohol (VI) from a viewpoint of economical efficiency and the ease of post-processing.
第3工程で使用する塩基性物質としては、例えば水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの無機塩基;トリエチルアミン、ピリジン、ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンなどの有機塩基が挙げられる。塩基性物質の使用量は、経済性および後処理の観点から、環状アルコール(VI)1モルに対して0.8〜5モルの範囲であるのが好ましい。 Examples of the basic substance used in the third step include inorganic bases such as sodium hydride, sodium hydroxide, and sodium carbonate; organic bases such as triethylamine, pyridine, and diazabicyclo [2.2.2] octane. It is preferable that the usage-amount of a basic substance is the range of 0.8-5 mol with respect to 1 mol of cyclic alcohol (VI) from a viewpoint of economical efficiency and a post-process.
第3工程は、溶媒の存在下または非存在下で実施することができる。溶媒としては、例えばテトラヒドロフランなどのエーテル;ヘキサンなどの脂肪族炭化水素;塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素;トルエンなどの芳香族炭化水素;N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
溶媒を使用する場合、その使用量に特に制限はないが、環状アルコール(VI)1質量部に対して、通常、0.1〜20質量部の範囲であるのが好ましい。
第3工程は、−80〜100℃の範囲で実施するのが好ましい。また、反応時間は、通常、10分〜10時間の範囲である。
The third step can be performed in the presence or absence of a solvent. Examples of the solvent include ethers such as tetrahydrofuran; aliphatic hydrocarbons such as hexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride; aromatic hydrocarbons such as toluene; amides such as N, N-dimethylformamide; dimethyl sulfoxide and the like. It is done.
When using a solvent, there is no restriction | limiting in particular in the usage-amount, However, Usually, it is preferable that it is the range of 0.1-20 mass parts with respect to 1 mass part of cyclic alcohol (VI).
It is preferable to implement 3rd process in the range of -80-100 degreeC. The reaction time is usually in the range of 10 minutes to 10 hours.
第3工程は、水および/またはアルコールを添加することにより、停止することができる。かかるアルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノールなどが挙げられる。水および/またはアルコールの使用量は、重合性基導入剤の環状アルコール(VI)に対する過剰量1モルに対して1モル以上用いればよい。 The third step can be stopped by adding water and / or alcohol. Examples of such alcohol include methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol and the like. The amount of water and / or alcohol used may be 1 mol or more per 1 mol of the polymerizable group-introducing agent relative to the cyclic alcohol (VI).
このようにして経て得られた単量体(II)は、必要に応じて常法により分離精製するのが好ましい。例えば、反応混合物を水洗した後、濃縮し、蒸留、カラムクロマトグラフィーまたは再結晶などの通常の有機化合物の分離精製に用いられる方法により精製することができる。
また、必要に応じて、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸などでのキレート剤処理、またはゼータプラス(商品名:キュノ株式会社製)やプロテゴ(製品名:日本マイクロリス株式会社製)などでの金属除去フィルター処理により、得られた単量体(II)中の金属含有量を減少させることも可能である。
The monomer (II) thus obtained is preferably separated and purified by a conventional method as necessary. For example, the reaction mixture can be washed with water, concentrated, and purified by a method used for separation and purification of ordinary organic compounds such as distillation, column chromatography, or recrystallization.
In addition, if necessary, metal with nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, etc., or with Zeta Plus (trade name: Cuno Co., Ltd.) or Protego (product name: Nihon Microlith Co., Ltd.) It is also possible to reduce the metal content in the obtained monomer (II) by the removal filter treatment.
(重合性化合物(III))
また、単量体(II)と共重合させることができる重合性化合物(III)の具体例としては、例えば下記化学式で示される化合物(4−1)〜(4−10)などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
(Polymerizable compound (III))
Specific examples of the polymerizable compound (III) that can be copolymerized with the monomer (II) include compounds (4-1) to (4-10) represented by the following chemical formulas. However, it is not particularly limited to these.
上記式中、R11は水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を表し、R12は重合性基を表す。R13は水素原子または−COOR14を表し、R14は炭素数1〜3のアルキル基を表す。R15はアルキル基を表す。R16は水素原子または−COOR17を表し、R17はアルキル基またはシクロアルキル基を表す。
R11およびR14がそれぞれ独立して表す炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。R15およびR17がそれぞれ独立して表すアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜8のアルキル基などが挙げられる。R17が表すシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、シクロオクチル基、アダマンチル基などが挙げられる。また、R12が表す重合性基としては、例えばアクリロイル基、メタアクリロイル基、ビニル基、クロトノイル基などが挙げられる。
なお、R11としては、水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基が好ましい。R12としてはアクリロイル基、メタアクリロイル基が好ましい。R13としては、水素原子が好ましい。R15としては、炭素数1〜8のアルキル基が好ましい。R16としては、−COOR17が好ましく、該R17としては、炭素数1〜8のアルキル基が好ましい。
単量体(II)と共重合させることができる重合性化合物(III)としては、上記化合物(4−2)が好ましい。
In the above formula, R 11 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 12 represents a polymerizable group. R 13 represents a hydrogen atom or —COOR 14 , and R 14 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 15 represents an alkyl group. R 16 represents a hydrogen atom or —COOR 17 , and R 17 represents an alkyl group or a cycloalkyl group.
Examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms independently represented by R 11 and R 14 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an isopropyl group. Examples of the alkyl group independently represented by R 15 and R 17 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, an s-butyl group, and a t-butyl group. Examples thereof include an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Examples of the cycloalkyl group represented by R 17 include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a 1-methylcyclohexyl group, a cyclooctyl group, and an adamantyl group. Examples of the polymerizable group represented by R 12 include an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyl group, and a crotonoyl group.
R 11 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or an isopropyl group. R 12 is preferably an acryloyl group or a methacryloyl group. R 13 is preferably a hydrogen atom. R 15 is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. The R 16, preferably -COOR 17, examples of the R 17, preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
The polymerizable compound (III) that can be copolymerized with the monomer (II) is preferably the compound (4-2).
((1)高分子化合物の製造方法)
前述の高分子化合物は、常法に従って、ラジカル重合により製造することができる。特に、分子量分布が小さい重合体合成する方法としては、リビングラジカル重合などを挙げることができる。一般的なラジカル重合方法は、必要に応じて1種類以上の単量体(II)および必要に応じて1種類以上の重合性化合物(III)を、ラジカル重合開始剤および溶媒、並びに必要に応じて連鎖移動剤の存在下に重合させる。
以下、かかるラジカル重合方法について説明する。
((1) Production method of polymer compound)
The aforementioned polymer compound can be produced by radical polymerization according to a conventional method. In particular, examples of the method for synthesizing a polymer having a small molecular weight distribution include living radical polymerization. A general radical polymerization method includes one or more types of monomers (II) and, if necessary, one or more types of polymerizable compounds (III), a radical polymerization initiator and a solvent, and, if necessary, In the presence of a chain transfer agent.
Hereinafter, this radical polymerization method will be described.
ラジカル重合の実施方法には特に制限はなく、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法など、例えばアクリル系の高分子化合物を製造する際に用いる慣用の方法を使用できる。
ラジカル重合開始剤としては、例えばt−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシド化合物;ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチル−α−クミルペルオキシド、ジ−α−クミルペルオキシドなどのジアルキルペルオキシド化合物;ベンゾイルペルオキシド、ジイソブチリルペルオキシドなどのジアシルペルオキシド化合物;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレートなどのアゾ化合物などが挙げられる。
ラジカル重合開始剤の使用量は、重合反応に用いる単量体(II)、重合性化合物(III)、連鎖移動剤、溶媒の種類および使用量;重合温度などの重合条件に応じて適宜選択できるが、全重合性化合物[単量体(II)と重合性化合物(III)の合計を指し、以下同様である。]1モルに対して、通常、0.005〜0.2モルの範囲であり、0.01〜0.15モルの範囲であるのが好ましい。
The method for carrying out radical polymerization is not particularly limited, and conventional methods such as those used in the production of acrylic polymer compounds such as solution polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization and bulk polymerization can be used.
Examples of the radical polymerization initiator include hydroperoxide compounds such as t-butyl hydroperoxide and cumene hydroperoxide; dialkyl such as di-t-butyl peroxide, t-butyl-α-cumyl peroxide and di-α-cumyl peroxide. Peroxide compounds; diacyl peroxide compounds such as benzoyl peroxide and diisobutyryl peroxide; and azo compounds such as 2,2′-azobisisobutyronitrile and dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate.
The amount of radical polymerization initiator used can be appropriately selected according to the polymerization conditions such as the monomer (II), polymerizable compound (III), chain transfer agent, solvent used in the polymerization reaction; Is the total polymerizable compound [the total of the monomer (II) and the polymerizable compound (III), and so on. ] It is usually in the range of 0.005 to 0.2 mol and preferably in the range of 0.01 to 0.15 mol with respect to 1 mol.
連鎖移動剤としては、例えばドデカンチオール、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸などのチオール化合物が挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。連鎖移動剤を使用する場合、その使用量は、全重合性化合物1モルに対して、通常、0.005〜0.2モルの範囲であり、0.01〜0.15モルの範囲であるのが好ましい。 Examples of the chain transfer agent include thiol compounds such as dodecanethiol, mercaptoethanol, mercaptopropanol, mercaptoacetic acid, and mercaptopropionic acid. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. When a chain transfer agent is used, the amount used is usually in the range of 0.005 to 0.2 mol and in the range of 0.01 to 0.15 mol with respect to 1 mol of the total polymerizable compound. Is preferred.
ラジカル重合は、通常、溶媒の存在下に実施する。溶媒としては、重合反応を阻害しなければ特に制限はなく、例えばプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル;乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテルなどが挙げられる。溶媒は、1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
溶媒の使用量は、全重合性化合物1質量部に対して、通常、0.5〜20質量部の範囲であり、経済性の観点からは、1〜10質量部の範囲であるのが好ましい。
The radical polymerization is usually carried out in the presence of a solvent. The solvent is not particularly limited as long as the polymerization reaction is not inhibited. For example, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether propionate, ethylene glycol Glycol ethers such as monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl lactate, methyl 3-methoxypropionate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone, Methyl amyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone What ketone diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, ethers such as 1,4-dioxane. You may use a solvent individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
The usage-amount of a solvent is the range of 0.5-20 mass parts normally with respect to 1 mass part of all the polymeric compounds, and it is preferable that it is the range of 1-10 mass parts from a viewpoint of economical efficiency. .
ラジカル重合の反応温度は、通常、40〜150℃であるのが好ましく、生成する高分子化合物の安定性の観点から、60〜120℃の範囲であるのがより好ましい。
ラジカル重合の反応時間は、単量体(II)、重合性化合物(III)、重合開始剤、溶媒の種類および使用量や、反応温度などの重合条件により異なるが、通常、30分〜48時間の範囲であるのが好ましく、1時間〜24時間の範囲であるのがより好ましい。
The reaction temperature for radical polymerization is usually preferably 40 to 150 ° C., more preferably 60 to 120 ° C. from the viewpoint of the stability of the polymer compound produced.
The reaction time for radical polymerization varies depending on the monomer (II), polymerizable compound (III), polymerization initiator, type and amount of solvent used, and polymerization conditions such as reaction temperature, but is usually from 30 minutes to 48 hours. It is preferable that it is the range of 1 hour-24 hours, and it is more preferable.
こうして得られる高分子化合物は、再沈殿などの通常の操作により単離可能である。
上記再沈殿の操作で用いる溶媒としては、例えばペンタン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素;シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素;ニトロメタンなどのニトロ化炭化水素;アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン;酢酸などのカルボン酸;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネートなどのカーボネート;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール;水などが挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
溶媒の使用量は、高分子化合物の種類、溶媒の種類により異なるが、通常、高分子化合物1質量部に対して0.5〜100質量部の範囲であるのが好ましく、経済性の観点からは、1〜50質量部の範囲であるのがより好ましい。
こうして単離した高分子化合物は、真空乾燥などにより乾燥させることもできる。
The polymer compound thus obtained can be isolated by ordinary operations such as reprecipitation.
Examples of the solvent used in the reprecipitation operation include aliphatic hydrocarbons such as pentane and hexane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene and xylene; methylene chloride, chloroform, chlorobenzene, and dichlorobenzene. Nitrogenated hydrocarbons such as nitromethane; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane; Ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; Acetic acid and the like Carboxylic acid; Esters such as ethyl acetate and butyl acetate; Carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylene carbonate; Methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol Le, alcohols such as butanol; and water. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
The amount of the solvent used varies depending on the type of polymer compound and the type of solvent, but it is usually preferably in the range of 0.5 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the polymer compound, from the viewpoint of economy. Is more preferably in the range of 1 to 50 parts by mass.
The polymer compound isolated in this way can also be dried by vacuum drying or the like.
上記で示される高分子化合物の具体例としては、例えば下記化学構造式(5−1)〜(5−168)および(6−1)〜(6−175)で示されるもの(化学構造式中、R18からR50は、それぞれ独立して、水素原子またはメチル基を示す。また、a、b、c、d、およびeは、それぞれの繰り返し単位のモル比を表し、a+b=1、c+d+e=1である。)が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。 Specific examples of the polymer compound shown above include those represented by the following chemical structural formulas (5-1) to (5-168) and (6-1) to (6-175) (in the chemical structural formula) , R 18 to R 50 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group, and a, b, c, d, and e represent the molar ratio of each repeating unit, and a + b = 1, c + d + e = 1), but is not particularly limited thereto.
本発明で使用する高分子化合物の重量平均分子量(Mw)に特に制限は無いが、好ましくは500〜50000の範囲、より好ましくは1000〜30000の範囲であると、本発明のフォトレジスト組成物の成分としての有用性が高い。なお、重量平均分子量(Mw)の測定方法は、実施例に記載の通りである。 Although there is no restriction | limiting in particular in the weight average molecular weight (Mw) of the high molecular compound used by this invention, Preferably it is the range of 500-50000, More preferably, it is the range of 1000-30000 of the photoresist composition of this invention. Highly useful as an ingredient. In addition, the measuring method of a weight average molecular weight (Mw) is as the description in an Example.
((2)光酸発生剤)
本発明のフォトレジスト組成物に含有させる光酸発生剤としては、従来化学増幅型レジストに通常用いられる公知の光酸発生剤を用いることができる。光酸発生剤としては、例えばヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系光酸発生剤;オキシムスルホネート系光酸発生剤;ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン系光酸発生剤;ニトロベンジルスルホネート系光酸発生剤;イミノスルホネート系光酸発生剤;ジスルホン系光酸発生剤などが挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。これらの中でも、オニウム塩系光酸発生剤が好ましく、さらに、発生する酸の強度が強いという観点から、フッ素含有アルキルスルホン酸イオンをアニオンとして含む下記の含フッ素オニウム塩が好ましい。
((2) Photoacid generator)
As the photoacid generator to be contained in the photoresist composition of the present invention, a known photoacid generator usually used in a conventional chemically amplified resist can be used. Examples of the photoacid generator include onium salt photoacid generators such as iodonium salts and sulfonium salts; oxime sulfonate photoacid generators; bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethane photoacid generators; nitrobenzyl sulfonate photoacids Examples include generators; iminosulfonate photoacid generators; disulfone photoacid generators. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Among these, an onium salt photoacid generator is preferable, and the following fluorine-containing onium salt containing a fluorine-containing alkyl sulfonate ion as an anion is preferable from the viewpoint that the strength of the generated acid is strong.
上記含フッ素オニウム塩の具体例としては、例えばジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;トリ(4−メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;ジメチル(4−ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;モノフェニルジメチルスルホニウムのトリフルオロンメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;ジフェニルモノメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート;トリ(4−tert−ブチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。 Specific examples of the fluorine-containing onium salt include, for example, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; triphenylsulfonium trifluoromethane. Sulfonate, heptafluoropropane sulphonate or nonafluorobutane sulphonate; tri (4-methylphenyl) sulphonium trifluoromethane sulphonate, heptafluoropropane sulphonate or nonafluorobutane sulphonate; dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulphonium trifluoromethane sulphonate, heptafluoro Propanesulfonate or nonafluorobuta Sulfonate; Triphenylmethane sulfonate, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate of monophenyldimethylsulfonium; Trifluoromethane sulfonate, heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonate of diphenylmonomethylsulfonium; Trifluoro of (4-methylphenyl) diphenylsulfonium L-methanesulfonate, heptafluoropropanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; (4-methoxyphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, heptafluoropropanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate; tri (4-tert-butyl) phenylsulfonium trifluoromethanes Honeto and heptafluoropropane sulfonate or nonafluorobutane sulfonates. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
光酸発生剤の含有量は、フォトレジスト組成物の感度および現像性を確保する観点から、高分子化合物100質量部に対して、通常、0.1〜30質量部の範囲であるのが好ましく、0.5〜10質量部の範囲であるのがより好ましい。 The content of the photoacid generator is usually preferably in the range of 0.1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer compound from the viewpoint of ensuring the sensitivity and developability of the photoresist composition. More preferably, it is in the range of 0.5 to 10 parts by mass.
((3)溶剤)
本発明のフォトレジスト組成物に含有させる溶剤としては、例えばプロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル;乳酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテルなどが挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
溶剤の含有量は、高分子化合物1質量部に対して、通常、1〜50質量部の範囲であり、2〜25質量部の範囲であるのが好ましい。
((3) Solvent)
Examples of the solvent contained in the photoresist composition of the present invention include propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monomethyl ether propionate, and ethylene glycol monobutyl ether. Glycol ethers such as ethylene glycol monobutyl ether acetate and diethylene glycol dimethyl ether; esters such as ethyl lactate, methyl 3-methoxypropionate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl Ketone, cyclopentanone, cyclohexanone What ketone diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, ethers such as 1,4-dioxane. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
The content of the solvent is usually in the range of 1 to 50 parts by mass and preferably in the range of 2 to 25 parts by mass with respect to 1 part by mass of the polymer compound.
((4)塩基性化合物)
さらに、本発明のフォトレジスト組成物には、フォトレジスト膜中における酸の拡散速度を抑制して解像度を向上するために、必要に応じて塩基性化合物を本発明のフォトレジスト組成物の特性が阻害されない範囲の量を含有させることができる。
かかる塩基性化合物としては、例えばホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−(1−アダマンチル)アセトアミド、ベンズアミド、N−アセチルエタノールアミン、1−アセチル−3−メチルピペリジン、ピロリドン、N−メチルピロリドン、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、2−ピロリジノン、アクリルアミド、メタクリルアミド、t−ブチルアクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、メチレンビスメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メトキシアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドなどのアミド;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、ニコチン、キノリン、アクリジン、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、ピラジン、ピラゾール、ピロリジン、ピペリジン、テトラゾール、モルホリン、4−メチルモルホリン、ピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリエタノールアミン等のアミンを挙げることができる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
塩基性化合物を含有させる場合、その含有量は、塩基性化合物の種類により異なるが、光酸発生剤1モルに対して、通常、0.01〜10モルの範囲であるのが好ましく、0.05〜1モルの範囲であるのがより好ましい。
((4) Basic compound)
Furthermore, in order to improve the resolution by suppressing the diffusion rate of acid in the photoresist film, the photoresist composition of the present invention has a basic compound as a characteristic of the photoresist composition of the present invention. A range of uninhibited amounts can be included.
Examples of such basic compounds include formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N- (1-adamantyl) acetamide, benzamide, N-acetyl. Ethanolamine, 1-acetyl-3-methylpiperidine, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, ε-caprolactam, δ-valerolactam, 2-pyrrolidinone, acrylamide, methacrylamide, t-butylacrylamide, methylenebisacrylamide, methylenebismethacrylamide Amides such as N-methylolacrylamide, N-methoxyacrylamide and diacetoneacrylamide; pyridine, 2-methylpyridine, 4-methylpyridine, nicotine, quinoline, Lysine, imidazole, 4-methylimidazole, benzimidazole, pyrazine, pyrazole, pyrrolidine, piperidine, tetrazole, morpholine, 4-methylmorpholine, piperazine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, tributylamine, tripentyl Examples include amines such as amine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, and triethanolamine. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
When the basic compound is contained, the content thereof varies depending on the type of the basic compound, but it is usually preferably in the range of 0.01 to 10 mol per mol of the photoacid generator. The range of 05 to 1 mol is more preferable.
((5)界面活性剤)
本発明のフォトレジスト組成物には、塗布性を向上させるため、所望により、さらに界面活性剤を本発明のフォトレジスト組成物の特性が阻害されない範囲の量を含有させることができる。
かかる界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテルなどが挙げられる。これらは1種を単独でまたは2種以上を混合して使用してもよい。
界面活性剤を含有させる場合、その含有量は、高分子化合物100質量部に対して、通常、2質量部以下である。
((5) Surfactant)
In order to improve the coating property, the photoresist composition of the present invention may further contain a surfactant in an amount that does not impair the properties of the photoresist composition of the present invention.
Examples of such surfactants include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene n-octylphenyl ether, and the like. You may use these individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
When the surfactant is contained, the content thereof is usually 2 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymer compound.
((6)その他の添加剤)
さらに、本発明のフォトレジスト組成物には、その他の添加剤として、増感剤、ハレーション防止剤、形状改良剤、保存安定剤、消泡剤などを、本発明のフォトレジスト組成物の特性が阻害されない範囲の量を含有させることができる。
((6) Other additives)
Further, the photoresist composition of the present invention has other properties such as a sensitizer, an antihalation agent, a shape improver, a storage stabilizer, an antifoaming agent, and the like. A range of uninhibited amounts can be included.
[レジストパターンの形成方法]
本発明のフォトレジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成し、該レジスト膜をEUV露光した後、アルカリ現像することにより、所望のレジストパターンを形成することができる。
まず、基板にフォトレジスト組成物を塗布し、プリベークすることにより、基板上にレジスト膜を形成する。プリベークする際の温度としては、70〜160℃が好ましく、80〜150℃がより好ましく、100〜140℃がさらに好ましい。プリベークする際の加熱時間は、温度によって異なるが、通常、1分〜10分が好ましく、1分〜5分がより好ましい。
プリベークして得られたレジスト膜を、所望のマスクを介して露光する。この際、波長10〜15nm(好ましくは13.5nm)のEUVを使用する。本発明のフォトレジスト組成物は、該EUVに対して高感度であり、酸発生効率が高い。
EUVを照射(露光)後、ポストエクスポージャーベークして潜像パターンを形成する。ポストエクスポージャーベークする際の温度としては、70〜160℃が好ましく、80〜150℃がより好ましく、100〜140℃がさらに好ましい。ポストエクスポージャーベークする際の加熱時間は、温度によって異なるが、通常、1分〜10分が好ましく、1分〜5分がより好ましい。
次いで、下記現像液を用いてアルカリ現像することにより、所望のレジストパターンを形成することができる。現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア水などの無機塩基;エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン;ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコールアミン;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウム塩などを溶解したアルカリ性水溶液などが挙げられる。これらの中でも、第四級アンモニウム塩を溶解したアルカリ性水溶液が好ましく、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドを溶解したアルカリ性水溶液がより好ましい。
現像液中のアルカリの濃度は、通常、0.1〜20質量%の範囲であるのが好ましく、0.1〜10質量%の範囲であるのがより好ましい。
[Method of forming resist pattern]
A desired resist pattern can be formed by forming a resist film on a substrate using the photoresist composition of the present invention, exposing the resist film to EUV, and then performing alkali development.
First, a photoresist composition is applied to a substrate and prebaked to form a resist film on the substrate. As temperature at the time of prebaking, 70-160 degreeC is preferable, 80-150 degreeC is more preferable, and 100-140 degreeC is further more preferable. Although the heating time at the time of pre-baking changes with temperature, 1 minute-10 minutes are preferable normally and 1 minute-5 minutes are more preferable.
The resist film obtained by pre-baking is exposed through a desired mask. At this time, EUV having a wavelength of 10 to 15 nm (preferably 13.5 nm) is used. The photoresist composition of the present invention is highly sensitive to the EUV and has high acid generation efficiency.
After irradiation (exposure) with EUV, post-exposure baking is performed to form a latent image pattern. As temperature at the time of post-exposure baking, 70-160 degreeC is preferable, 80-150 degreeC is more preferable, 100-140 degreeC is further more preferable. Although the heating time at the time of post-exposure baking varies depending on the temperature, it is usually preferably 1 minute to 10 minutes, more preferably 1 minute to 5 minutes.
Next, a desired resist pattern can be formed by alkali development using the following developer. Examples of the developer include inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and aqueous ammonia; alkylamines such as ethylamine, diethylamine and triethylamine; alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine; tetramethylammonium hydroxy And an alkaline aqueous solution in which a quaternary ammonium salt such as tetraethylammonium hydroxide is dissolved. Among these, an alkaline aqueous solution in which a quaternary ammonium salt is dissolved is preferable, and an alkaline aqueous solution in which tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide are dissolved is more preferable.
Usually, the alkali concentration in the developer is preferably in the range of 0.1 to 20% by mass, and more preferably in the range of 0.1 to 10% by mass.
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はかかる実施例により何ら限定されない。なお、各例におけるMwおよびMnの測定方法および分散度の算出方法は以下の通りである。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited at all by this Example. In addition, the measuring method of Mw and Mn in each example and the calculation method of dispersion degree are as follows.
(MwおよびMnの測定並びに分散度の算出)
重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、検出器として示差屈折率計を用い、溶離液としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定を下記条件にて行ない、標準ポリスチレンで作成した検量線による換算値として求めた。また、重量平均分子量(Mn)を数平均分子量(Mn)で除することにより、分散度(Mw/Mn)を求めた。
GPC測定:カラムとして、TSK−gel SUPER HZM−H(商品名:東ソー株式会社製、4.6mm×150mm)2本およびTSK−gel SUPER HZ2000(商品名:東ソー株式会社製、4.6mm×150mm)1本を直列につないだものを使用し、カラム温度40℃、示差屈折率計温度40℃、溶離液の流速0.35mL/分の条件で測定した。
(Measurement of Mw and Mn and calculation of dispersity)
The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were measured by gel permeation chromatography (GPC) using a differential refractometer as a detector and tetrahydrofuran (THF) as an eluent under the following conditions. It calculated | required as a conversion value by the calibration curve created with the standard polystyrene. Further, the dispersity (Mw / Mn) was determined by dividing the weight average molecular weight (Mn) by the number average molecular weight (Mn).
GPC measurement: TSK-gel SUPER HZM-H (trade name: 4.6 mm × 150 mm) and TSK-gel SUPER HZ2000 (trade name: Tosoh Corp., 4.6 mm × 150 mm) as columns ) Using one connected in series, measurement was performed under the conditions of a column temperature of 40 ° C., a differential refractometer temperature of 40 ° C., and an eluent flow rate of 0.35 mL / min.
<合成例1−1>1,4−オキサチアン−2−オールの製造
(第1工程)
温度計、還流冷却管および攪拌装置を備えた内容積2Lの四口フラスコに、メタノール691gを入れた。フラスコを氷浴で冷却し、攪拌下に水酸化ナトリウム128.1g(3.20mol)を温度が50℃を超えないように少しずつ加えた。水酸化ナトリウムの添加が終了後、攪拌を継続し、温度が2〜5℃になったところで、滴下漏斗からメルカプトエタノールを250.3g(3.20mol)を温度が5〜10℃の範囲になるようにゆっくり滴下した。
滴下終了後、1時間攪拌を継続し、滴下漏斗からクロロアセトアルデヒド=ジメチル=アセタール295.6g(2.37mol)を温度が5〜10℃の範囲となるように滴下した。滴下終了後、加温を開始し、温度が70〜75℃の範囲で14時間攪拌した。この時、ガスクロマトグラフィーで分析すると、クロロアセトアルデヒド=ジメチル=アセタールの転化率は95.5%であった。
反応液の温度を室温まで下げた後、反応液をろ過して生成した塩を除去し、ろ液を減圧濃縮した液を単蒸留した。圧力545Pa、釜内温度146℃、留出温度122℃の条件において、以下の物性を示す(2−ヒドロキシエチルチオ)アセトアルデヒド=ジメチル=アセタール334.0g(1.89mol)を淡黄色の透明液体として得た(純度94.3%、収率80%)。
(First step)
691 g of methanol was placed in a 2 L four-necked flask equipped with a thermometer, a reflux condenser, and a stirrer. The flask was cooled in an ice bath, and 128.1 g (3.20 mol) of sodium hydroxide was added little by little with stirring so that the temperature did not exceed 50 ° C. Stirring was continued after the addition of sodium hydroxide was completed, and when the temperature reached 2 to 5 ° C, 250.3 g (3.20 mol) of mercaptoethanol was brought into the range of 5 to 10 ° C from the dropping funnel. Was slowly added dropwise.
After completion of the dropwise addition, stirring was continued for 1 hour, and 295.6 g (2.37 mol) of chloroacetaldehyde = dimethyl = acetal was dropped from the dropping funnel so that the temperature was in the range of 5 to 10 ° C. Heating was started after completion | finish of dripping, and it stirred for 14 hours in temperature within the range of 70-75 degreeC. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion of chloroacetaldehyde = dimethyl = acetal was 95.5%.
After the temperature of the reaction solution was lowered to room temperature, the reaction solution was filtered to remove the generated salt, and the filtrate was concentrated under reduced pressure and subjected to simple distillation. (2-hydroxyethylthio) acetaldehyde = dimethyl = acetal 334.0 g (1.89 mol) having the following physical properties under the conditions of pressure 545 Pa, kettle temperature 146 ° C. and distillation temperature 122 ° C. as a pale yellow transparent liquid Obtained (purity 94.3%, yield 80%).
1H−NMR(300MHz,CDCl3,TMS,ppm)δ:2.60−2.67(1H,br)、2.71(2H,d,J=5.4Hz)、2.77(2H,t,J=5.8Hz)、3.37(6H,s)、3.73(2H,dt,J=5.7,5.8Hz)、4.48(1H,t,J=5.4Hz) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 2.60-2.67 (1H, br), 2.71 (2H, d, J = 5.4 Hz), 2.77 (2H, t, J = 5.8 Hz), 3.37 (6H, s), 3.73 (2H, dt, J = 5.7, 5.8 Hz), 4.48 (1H, t, J = 5.4 Hz) )
(第2工程)
次に、温度計、蒸留ヘッドおよび攪拌装置を備えた内容積1Lの四口フラスコに、水672.3g、(2−ヒドロキシエチルチオ)アセトアルデヒド=ジメチル=アセタール100.0g(565mmol)および5.0質量%硫酸水溶液1.67gを入れた。圧力16.0kPa、釜内温度70℃の条件下、水と生成するメタノールを留去させながら4時間攪拌した。この時、ガスクロマトグラフィーで分析したところ、(2−ヒドロキシエチルチオ)アセトアルデヒド=ジメチル=アセタールの転化率は94.2%であった。
釜内温度を室温まで下げた後、4.0質量%水酸化ナトリウム水溶液でpHを8.0とし、酢酸エチル400gで3回抽出した。得られた抽出3回分を合わせて、減圧下に濃縮し、濃縮物63.3gを得た。該濃縮物をジイソプロピルエーテル158gに50℃で溶解させ、8℃までゆっくりと冷却し、析出した白色結晶をろ別することで、1,4−オキサチアン−2−オール35.1g(287mol)を白色結晶として得た(純度98.2%、収率51%)。
(Second step)
Next, 672.3 g of water, (2-hydroxyethylthio) acetaldehyde = dimethyl = acetal 100.0 g (565 mmol) and 5.0 were added to a 1 L four-necked flask equipped with a thermometer, a distillation head and a stirrer. 1.67 g of a mass% sulfuric acid aqueous solution was added. The mixture was stirred for 4 hours while distilling off water and generated methanol under the conditions of a pressure of 16.0 kPa and an internal temperature of 70 ° C. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion rate of (2-hydroxyethylthio) acetaldehyde = dimethyl = acetal was 94.2%.
After the temperature in the kettle was lowered to room temperature, the pH was adjusted to 8.0 with a 4.0 mass% aqueous sodium hydroxide solution, and extraction was performed three times with 400 g of ethyl acetate. The obtained three extractions were combined and concentrated under reduced pressure to obtain 63.3 g of a concentrate. The concentrate was dissolved in 158 g of diisopropyl ether at 50 ° C., slowly cooled to 8 ° C., and the precipitated white crystals were filtered off to obtain 35.1 g (287 mol) of 1,4-oxathian-2-ol as white. Obtained as crystals (purity 98.2%, yield 51%).
<合成例1−2>1,4−オキサチアン−2−イル=メタクリラートの製造
(第3工程)
温度計、滴下漏斗および攪拌装置を備えた内容積2Lの四口フラスコに、THF431g、合成例1−1で得た1,4−オキサチアン−2−オール42.9g(351mmol)およびフェノチアジン0.61gを入れ、フラスコ内を窒素置換した。フラスコを氷浴で冷却した状態で、滴下漏斗からトリエチルアミン71.1g(703mmol)を温度が2〜5℃の範囲になるように滴下した。次に、メタクリル酸クロリド51.3g(486mmol)を温度が5〜10℃の範囲になるように滴下した。滴下終了後、3〜6℃で1.5時間攪拌を続けた。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、1,4−オキサチアン−2−オールの転化率は99.9%であった。
滴下漏斗から、水290gを温度が20℃未満になるようにゆっくり滴下し、滴下後に氷浴を外して内温を24℃とした。4−ジメチルアミノピリジン3.0gを入れ、24〜26℃で3時間攪拌した。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、メタクリル酸無水物と1,4−オキサチアン−2−イル=メタクリラートの比は、メタクリル酸無水物:1,4−ジチアン−2−イル=メタクリラート=0.3:99.7(面積比)であった。
該混合液を内容量2Lの分液漏斗に移し、酢酸エチル285gで3回抽出した。得られた抽出液3回分を内容量2Lの分液漏斗に入れ、1%塩酸水溶液285gで3回、水285gで順次洗浄した。p−メトキシフェノール0.017gおよびフェノチアジン0.017gを入れて、減圧下、溶媒を留去し、蒸留原液82.4gを得た。蒸留には、分子蒸留装置「MS−300」(SHIBATA社製)を用いた。圧力13.3〜26.6Pa、温度30〜35℃にて該蒸留原液を流して得た高沸点留分を圧力9.3〜13.3Pa、温度40〜45℃にて流し、低沸点留分に以下の物性を示す1,4−オキサチアン−2−イル=メタクリラート54.4g(285mmol)を無色透明の液体として得た(純度98.7%、収率81%)。
(Third step)
To a 2 L four-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a stirrer, 431 g of THF, 42.9 g (351 mmol) of 1,4-oxathian-2-ol obtained in Synthesis Example 1-1, and 0.61 g of phenothiazine were obtained. And the inside of the flask was purged with nitrogen. With the flask cooled in an ice bath, 71.1 g (703 mmol) of triethylamine was added dropwise from the dropping funnel so that the temperature was in the range of 2 to 5 ° C. Next, 51.3 g (486 mmol) of methacrylic acid chloride was added dropwise so that the temperature was in the range of 5 to 10 ° C. After completion of the dropwise addition, stirring was continued at 3 to 6 ° C. for 1.5 hours. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion of 1,4-oxathian-2-ol was 99.9%.
From the dropping funnel, 290 g of water was slowly dropped so that the temperature was less than 20 ° C., and the ice bath was removed and the internal temperature was adjusted to 24 ° C. after the dropping. 4-dimethylaminopyridine (3.0 g) was added and stirred at 24-26 ° C for 3 hours. At this time, when analyzed by gas chromatography, the ratio of methacrylic anhydride to 1,4-oxathian-2-yl methacrylate was methacrylic anhydride: 1,4-dithian-2-yl methacrylate = 0. 3: 99.7 (area ratio).
The mixture was transferred to a 2 L separatory funnel and extracted three times with 285 g of ethyl acetate. Three times of the obtained extract was put into a separatory funnel having a content volume of 2 L, and washed with 285 g of a 1% aqueous hydrochloric acid solution three times and 285 g of water. 0.017 g of p-methoxyphenol and 0.017 g of phenothiazine were added, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain 82.4 g of a distilled stock solution. For distillation, a molecular distillation apparatus “MS-300” (manufactured by SHIBATA) was used. The high-boiling fraction obtained by flowing the distillation stock solution at a pressure of 13.3 to 26.6 Pa and a temperature of 30 to 35 ° C. is flowed at a pressure of 9.3 to 13.3 Pa and a temperature of 40 to 45 ° C. As a result, 54.4 g (285 mmol) of 1,4-oxathian-2-yl methacrylate having the following physical properties was obtained as a colorless and transparent liquid (purity 98.7%, yield 81%).
1H−NMR(300MHz,CDCl3,TMS,ppm)δ:1.97(3H,s)、2.58−2.2.63(2H,m)、2.73(1H,dd,J=6.0,13.4Hz)、2.83(1H,dd,J=2.4,13.4Hz)、3.97(1H,m)、4.29(1H,m)、5.66(1H,m)、5.98(1H,ddd=1.1,2.4,6.0Hz)、6.23(1H,s) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 1.97 (3H, s), 2.58-2.2.63 (2H, m), 2.73 (1H, dd, J = 6.0, 13.4 Hz), 2.83 (1H, dd, J = 2.4, 13.4 Hz), 3.97 (1 H, m), 4.29 (1 H, m), 5.66 ( 1H, m), 5.98 (1H, ddd = 1.1, 2.4, 6.0 Hz), 6.23 (1H, s)
<合成例2−1>1,4−ジオキサン−2−オールの製造
(第1工程)
温度計、還流冷却管および攪拌装置を備えた内容積1Lの四口フラスコに、1,2−エタンジオール350.0g(5.64mol)を入れた。フラスコを氷浴で冷却し、攪拌下に水酸化カリウム237.0g(4.23mol)を温度が50℃を超えないように少しずつ加えた。水酸化カリウムの添加が終了後、クロロアセトアルデヒド=ジメチル=アセタール351.2g(2.82mol)を温度が40〜50℃の範囲となるように滴下した。滴下終了後、加温を開始し、温度が110〜112℃の範囲で22時間攪拌した。この時、ガスクロマトグラフィーで分析すると、クロロアセトアルデヒド=ジメチル=アセタールの転化率は78.6%であった。
反応液の温度を室温まで下げた後、反応液をろ過して生成した塩を除去し、ろ液を単蒸留した。圧力533〜933Pa、釜内温度105〜119℃、留出温度96〜102℃の条件において、315.6gの透明の液体を得た。この液体をガスクロマトグラフィーで分析すると、2−(2,2−ジメトキシエチルオキシ)エタノールの純度は50.0%であった。次に、得られた液体を、マクマホンを充填材とした蒸留塔を使用して蒸留した。圧力133〜493Pa、釜内温度113〜137℃、留出温度82.5〜87.0℃の条件において、2−(2,2−ジメトキシエチルオキシ)エタノール101.8gを無色透明の液体として得た(純度97.5%、クロロアセトアルデヒド=ジメチル=アセタールに対して収率23.5%)。
(第2工程)
次に、温度計、蒸留ヘッドおよび攪拌装置を備えた内容積200mLの四口フラスコに、水137.4g、硫酸42.2mgおよび2−(2,2−ジメトキシエチルオキシ)エタノール20.0g(130mmol)を入れた。圧力18.0kPa、釜内温度60℃の条件下、水と生成するメタノールを留去させながら11時間攪拌した。この時、ガスクロマトグラフィーで分析したところ、2−(2,2−ジメトキシエチルオキシ)エタノールの転化率は99.6%であった。
釜内温度を室温まで下げた後、10.0質量%水酸化ナトリウム水溶液でpHを8.3とし、酢酸エチル300gで3回抽出した。得られた抽出3回分を合わせて、減圧下に濃縮し、得られた濃縮物17.41gを単蒸発した。圧力1.60kPa、釜内温度97〜115℃、留出温度92〜96℃の条件において、1,4−ジオキサン−2−オール8.50gを無色透明の液体として得た(純度92.5%、2−(2,2−ジメトキシエチルオキシ)エタノールに対して収率58.1%)。
(First step)
350.0 g (5.64 mol) of 1,2-ethanediol was placed in a four-necked flask having an internal volume of 1 L equipped with a thermometer, a reflux condenser, and a stirrer. The flask was cooled in an ice bath, and 237.0 g (4.23 mol) of potassium hydroxide was added little by little with stirring so that the temperature did not exceed 50 ° C. After the addition of potassium hydroxide was completed, 351.2 g (2.82 mol) of chloroacetaldehyde = dimethyl = acetal was added dropwise so that the temperature was in the range of 40 to 50 ° C. Heating was started after completion | finish of dripping, and it stirred for 22 hours in the range whose temperature is 110-112 degreeC. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion of chloroacetaldehyde = dimethyl = acetal was 78.6%.
After the temperature of the reaction solution was lowered to room temperature, the reaction solution was filtered to remove the generated salt, and the filtrate was simply distilled. Under the conditions of a pressure of 533 to 933 Pa, an internal temperature of 105 to 119 ° C., and a distillation temperature of 96 to 102 ° C., 315.6 g of a transparent liquid was obtained. When this liquid was analyzed by gas chromatography, the purity of 2- (2,2-dimethoxyethyloxy) ethanol was 50.0%. Next, the obtained liquid was distilled using a distillation column with McMahon as a filler. 101.8 g of 2- (2,2-dimethoxyethyloxy) ethanol was obtained as a colorless and transparent liquid under the conditions of a pressure of 133 to 493 Pa, an internal temperature of 113 to 137 ° C., and a distillation temperature of 82.5 to 87.0 ° C. (Purity 97.5%, yield 23.5% based on chloroacetaldehyde = dimethyl = acetal).
(Second step)
Next, in a four-necked flask having an internal volume of 200 mL equipped with a thermometer, a distillation head and a stirrer, 137.4 g of water, 42.2 mg of sulfuric acid and 20.0 g (130 mmol) of 2- (2,2-dimethoxyethyloxy) ethanol were added. ) The mixture was stirred for 11 hours while distilling off water and methanol produced under the conditions of a pressure of 18.0 kPa and an internal temperature of 60 ° C. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion of 2- (2,2-dimethoxyethyloxy) ethanol was 99.6%.
After the temperature in the kettle was lowered to room temperature, the pH was adjusted to 8.3 with 10.0 mass% aqueous sodium hydroxide solution, and the mixture was extracted 3 times with 300 g of ethyl acetate. The obtained three extractions were combined and concentrated under reduced pressure, and 17.41 g of the resulting concentrate was simply evaporated. Under the conditions of a pressure of 1.60 kPa, a kettle temperature of 97 to 115 ° C., and a distillation temperature of 92 to 96 ° C., 8.50 g of 1,4-dioxan-2-ol was obtained as a colorless transparent liquid (purity 92.5% Yield 58.1% based on 2- (2,2-dimethoxyethyloxy) ethanol).
<合成例2−2>1,4−ジオキサン−2−イル=メタクリラートの製造
(第3工程)
温度計および攪拌装置を備えた内容積50mLの四口フラスコを窒素置換した後、THF10.23g、合成例2−1で得た1,4−ジオキサン−2−オール3.00g(26.7mmol)、フェノチアジン53mg、トリエチルアミン5.56g(54.9mmol)および4−(ジメチルアミノ)ピリジン0.23g(1.87mmol)を順次入れた。次に、メタクリル酸クロリド4.01g(38.4mmol)を温度が3〜5℃の範囲になるように滴下した。滴下終了後、4〜10℃で4時間攪拌を続けた。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、1,4−ジオキサン−2−オールの転化率は99.9%であった。水20gを温度が10℃未満になるようにゆっくり滴下し、滴下後に氷浴を外して内温を22℃とし、1時間攪拌した。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、メタクリル酸無水物と1,4−ジオキサン−2−イル=メタクリラートの比は、メタクリル酸無水物:1,4−ジオキサン−2−イル=メタクリラート=0.1:99.9(面積比)であった。
該混合液を内容量100mLの分液漏斗に移し、酢酸エチル20gで3回抽出した。得られた抽出液3回分を内容量100mLの分液漏斗に入れ、2%塩酸水溶液20g、1%水酸化ナトリウム水20g、5%炭酸水素ナトリウム水20g、飽和食塩水10gで順次1回ずつ洗浄した。溶媒を留去して得た濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒は、n−ヘキサン:酢酸エチル=8:1(体積比))にて精製することにより、以下の物性を示す1,4−ジオキサン−2−イル=メタクリラート4.10g(23.6mmol)を無色透明の液体として得た(純度99.1%、収率88.5%)。
(Third step)
A four-necked flask with an internal volume of 50 mL equipped with a thermometer and a stirrer was purged with nitrogen, and then 10.23 g of THF and 3.00 g (26.7 mmol) of 1,4-dioxane-2-ol obtained in Synthesis Example 2-1. , 53 mg of phenothiazine, 5.56 g (54.9 mmol) of triethylamine and 0.23 g (1.87 mmol) of 4- (dimethylamino) pyridine were successively added. Next, 4.01 g (38.4 mmol) of methacrylic acid chloride was added dropwise so that the temperature was in the range of 3 to 5 ° C. After completion of dropping, stirring was continued at 4 to 10 ° C. for 4 hours. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion of 1,4-dioxane-2-ol was 99.9%. 20 g of water was slowly added dropwise so that the temperature was less than 10 ° C. After the addition, the ice bath was removed and the internal temperature was set to 22 ° C., followed by stirring for 1 hour. At this time, when analyzed by gas chromatography, the ratio of methacrylic anhydride to 1,4-dioxane-2-yl methacrylate was methacrylic anhydride: 1,4-dioxane-2-yl methacrylate = 0. 1: 99.9 (area ratio).
The mixture was transferred to a separatory funnel having a content of 100 mL and extracted three times with 20 g of ethyl acetate. Three times of the obtained extract was put into a separatory funnel having an internal volume of 100 mL and washed successively with 20% of 2% hydrochloric acid aqueous solution, 20 g of 1% sodium hydroxide aqueous solution, 20 g of 5% sodium hydrogen carbonate aqueous solution and 10 g of saturated brine. did. By purifying the concentrate obtained by distilling off the solvent by silica gel column chromatography (developing solvent is n-hexane: ethyl acetate = 8: 1 (volume ratio)), 1,4 having the following physical properties -Dioxane-2-yl methacrylate 4.10g (23.6mmol) was obtained as a colorless and transparent liquid (purity 99.1%, yield 88.5%).
1H−NMR(300MHz,CDCl3,TMS,ppm)δ:1.98(3H,s)、3.65(1H,dt,J=11.7,2.7Hz)、3.74−3.87(m,4H)、4.07−4.21(m,1H)、5.65−5.68(m,1H)、5.91(1H,t,J=2.0Hz)、6.25(s,1H) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 1.98 (3H, s), 3.65 (1H, dt, J = 11.7, 2.7 Hz), 3.74-3. 87 (m, 4H), 4.07-4.21 (m, 1H), 5.65-5.68 (m, 1H), 5.91 (1H, t, J = 2.0 Hz), 6. 25 (s, 1H)
<合成例3−1>1,4−ジチアン−2−オールの合成
(第1工程)
温度計、滴下漏斗および攪拌装置を備えた内容積3Lの四口フラスコに、1,2−ジメトキシエタンを1390g入れ、フラスコ内を窒素置換した。水浴でフラスコを冷却下、水素化ナトリウム(60%)79.0g(1.96mol)を入れて、30分攪拌した。還流冷却管を付した後、滴下漏斗から1,2−エタンジチオール181.2g(1.92mol)を温度が25〜30℃の範囲になるようにゆっくり滴下した。この際、気体発生が見られた。滴下終了から約30分攪拌後、滴下漏斗から合成例1−1で得た2−クロロ−1−メトキシエチル=アセタート154.3g(0.96mol)を温度が25〜30℃の範囲になるようにゆっくり滴下した。滴下終了後、25〜35℃で3時間攪拌を続けた。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、2−クロロ−1−メトキシエチル=アセタートの転化率は99.2%であった。
(第2工程)
滴下漏斗から水906.5gを温度が25〜60℃の範囲でゆっくり滴下し、滴下後に水浴を加熱して温度を60℃にしたまま12時間を続けた。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、1,4−ジチアン−2−オールと1,4−ジチアン−2−イル=アセタートの比は、1,4−ジチアン−2−オール:1,4−ジチアン−2−イル=アセタート=85:15(面積比)であった。
滴下漏斗から10%塩酸水溶液を温度が10〜15℃の範囲で滴下し、pHを8.1とした(滴下量112.6g)。得られた液を内容量5Lの分液漏斗に移し、ジイソプロピルエーテル1670gで2回抽出した。得られた抽出液2回分を内容量5Lの分液漏斗に入れ、水801g、飽和食塩水504gで順次洗浄し、減圧下に溶媒を留去して濃縮物285.9gを得た。得られた濃縮物にジイソプロピルエーテル47.5g、n−ヘキサン85.2g、結晶種少量を入れ、0℃までゆっくりと冷却した。析出物をろ別し、300mLのナスフラスコに移し、n−ヘキサン320gを加えて25℃で1時間攪拌した。再度、該析出物をろ別し、減圧下、室温で乾燥し、以下の物性を示す1,4−ジチアン−2−オール73.8g(0.52mol)を白色の固体として得た(純度94.1%、収率53%)。
(First step)
1390 g of 1,2-dimethoxyethane was placed in a 3 L four-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a stirrer, and the atmosphere in the flask was replaced with nitrogen. While cooling the flask in a water bath, 79.0 g (1.96 mol) of sodium hydride (60%) was added and stirred for 30 minutes. After attaching a reflux condenser, 181.2 g (1.92 mol) of 1,2-ethanedithiol was slowly added dropwise from the dropping funnel so that the temperature was in the range of 25 to 30 ° C. At this time, gas generation was observed. After stirring for about 30 minutes from the end of dropping, 154.3 g (0.96 mol) of 2-chloro-1-methoxyethyl = acetate obtained in Synthesis Example 1-1 from the dropping funnel was adjusted to a temperature in the range of 25 to 30 ° C. The solution was slowly dripped into. After completion of the dropwise addition, stirring was continued at 25 to 35 ° C. for 3 hours. When analyzed by gas chromatography at this time, the conversion of 2-chloro-1-methoxyethyl acetate was 99.2%.
(Second step)
906.5 g of water was slowly dropped from the dropping funnel at a temperature in the range of 25 to 60 ° C., and after the dropping, the water bath was heated and the temperature was kept at 60 ° C. for 12 hours. At this time, when analyzed by gas chromatography, the ratio of 1,4-dithian-2-ol to 1,4-dithian-2-yl acetate is 1,4-dithian-2-ol: 1,4-dithiane- 2-yl = acetate = 85: 15 (area ratio).
From the dropping funnel, a 10% aqueous hydrochloric acid solution was added dropwise at a temperature in the range of 10 to 15 ° C. to adjust the pH to 8.1 (drop amount 112.6 g). The obtained liquid was transferred to a separatory funnel having an internal volume of 5 L, and extracted twice with 1670 g of diisopropyl ether. Two portions of the extract thus obtained were put into a separatory funnel having an internal volume of 5 L, washed successively with 801 g of water and 504 g of saturated brine, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain 285.9 g of concentrate. The obtained concentrate was charged with 47.5 g of diisopropyl ether, 85.2 g of n-hexane and a small amount of crystal seeds, and slowly cooled to 0 ° C. The precipitate was collected by filtration, transferred to a 300 mL eggplant flask, added with 320 g of n-hexane, and stirred at 25 ° C. for 1 hour. The precipitate was filtered again and dried at room temperature under reduced pressure to obtain 73.8 g (0.52 mol) of 1,4-dithian-2-ol having the following physical properties as a white solid (purity 94). 0.1%, yield 53%).
1H−NMR(300MHz,CDCl3,TMS,ppm)δ:2.52−2.62(3H,m)、2.85(1H,dd,J=2.1,13.4Hz)、3.52−3.64(1H,br)、3.86(1H,ddd,J=5.0,5.2,12.1Hz)、4.28(1H,ddd,J=4.8,4.9,12.1Hz)、5.03(1H,ddd,J=1.9,5.8,7.7Hz) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 2.52-2.62 (3H, m), 2.85 (1H, dd, J = 2.1, 13.4 Hz); 52-3.64 (1H, br), 3.86 (1H, ddd, J = 5.0, 5.2, 12.1 Hz), 4.28 (1H, ddd, J = 4.8, 4. 9, 12.1 Hz), 5.03 (1H, ddd, J = 1.9, 5.8, 7.7 Hz)
<合成例3−2>1,4−ジチアン−2−イル=メタクリラートの合成
(第3工程)
温度計、滴下漏斗および攪拌装置を備えた内容積1Lの四口フラスコに、合成例1−2で得た1,4−ジチアン−2−オール34.5g(238mmol)、THF349.3g、フェノチアジン0.47gを入れ、フラスコ内を窒素置換した。フラスコを氷浴で冷却した状態で、滴下漏斗からトリエチルアミン48.2g(476mmol)を温度が5〜8℃の範囲になるように滴下した。
次に、メタクリル酸クロリド30.4g(287.9g)を温度が5〜10℃の範囲になるように滴下した。滴下終了後、3〜6℃で2.5時間攪拌を続けた。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、1,4−ジチアン−2−オールの転化率は99.6%であった。
滴下漏斗から、水233gを温度が20℃未満になるようにゆっくり滴下し、滴下後に氷浴を外して内温を24℃とした。4−ジメチルアミノピリジン1.46gを入れ、24〜26℃で2時間攪拌した。このときガスクロマトグラフィーで分析すると、メタクリル酸無水物と1,4−ジチアン−2−イル=メタクリラートの比は、メタクリル酸無水物:1,4−ジチアン−2−イル=メタクリラート=0.1:99.9(面積比)であった。
得られた液を内容量2Lの分液漏斗に移し、酢酸エチル240gで3回抽出した。得られた抽出液3回分を内容量2Lの分液漏斗に入れ、1%塩酸水溶液230gで3回、水116g、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液118g、水118gで2回、飽和食塩水100gで順次洗浄した。p−メトキシフェノール0.010g、フェノチアジン0.020gを入れて、減圧下、溶媒を留去し、蒸留原液55.0gを得た。蒸留には、分子蒸留装置「MS−300」(SHIBATA社製)を用いた。圧力13.3〜20.0Pa、温度40〜45℃にて該蒸留原液を流し、高沸点留分47.4gを得た。該高沸点留分を圧力10.7〜13.3Pa、温度55〜60℃にて流し、低沸点留分に以下の物性を示す1,4−ジチアン−2−イル=メタクリラート37.8g(182mmol)を無色透明の液体として得た(純度98.4%、収率76%)。
(Third step)
To a 4-liter flask having an internal volume of 1 L equipped with a thermometer, a dropping funnel and a stirrer, 34.5 g (238 mmol) of 1,4-dithian-2-ol obtained in Synthesis Example 1-2, 349.3 g of THF, phenothiazine 0 .47 g was added and the atmosphere in the flask was replaced with nitrogen. With the flask cooled in an ice bath, 48.2 g (476 mmol) of triethylamine was added dropwise from the dropping funnel so that the temperature was in the range of 5 to 8 ° C.
Next, 30.4 g (287.9 g) of methacrylic acid chloride was added dropwise so that the temperature was in the range of 5 to 10 ° C. After completion of the dropwise addition, stirring was continued at 3 to 6 ° C. for 2.5 hours. At this time, when analyzed by gas chromatography, the conversion of 1,4-dithian-2-ol was 99.6%.
From the dropping funnel, 233 g of water was slowly added dropwise so that the temperature was less than 20 ° C., and after the addition, the ice bath was removed and the internal temperature was adjusted to 24 ° C. 1.46 g of 4-dimethylaminopyridine was added and stirred at 24-26 ° C. for 2 hours. At this time, when analyzed by gas chromatography, the ratio of methacrylic anhydride to 1,4-dithian-2-yl methacrylate is methacrylic anhydride: 1,4-dithian-2-yl methacrylate = 0. 1: 99.9 (area ratio).
The obtained liquid was transferred to a separatory funnel having an internal volume of 2 L and extracted three times with 240 g of ethyl acetate. Three times of the obtained extract was put into a separatory funnel having a content volume of 2 L, washed with 230 g of 1% aqueous hydrochloric acid solution three times, 116 g of water, 118 g of saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, twice with 118 g of water, and washed successively with 100 g of saturated brine. did. 0.010 g of p-methoxyphenol and 0.020 g of phenothiazine were added, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain 55.0 g of a distilled stock solution. For distillation, a molecular distillation apparatus “MS-300” (manufactured by SHIBATA) was used. The distillation stock solution was allowed to flow at a pressure of 13.3 to 20.0 Pa and a temperature of 40 to 45 ° C. to obtain 47.4 g of a high-boiling fraction. The high-boiling fraction was allowed to flow at a pressure of 10.7 to 13.3 Pa and a temperature of 55 to 60 ° C., and 37.8 g of 1,4-dithian-2-yl methacrylate showing the following physical properties in the low-boiling fraction. 182 mmol) was obtained as a colorless and transparent liquid (purity 98.4%, yield 76%).
1H−NMR(300MHz,CDCl3,TMS,ppm)δ:2.00(3H,s)、2.68−2.82(2H,m)、2.94(1H,dd,J=5.2,14.1Hz)、3.10(1H,ddd,J=2.2,13.2Hz)、3.30−3.41(2H,m)、5.67(1H,s)、5.87−5.92(1H,m)、6.28(1H,s) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , TMS, ppm) δ: 2.00 (3H, s), 2.68-2.82 (2H, m), 2.94 (1H, dd, J = 5. 2, 14.1 Hz), 3.10 (1 H, ddd, J = 2.2, 13.2 Hz), 3.30-3.41 (2 H, m), 5.67 (1 H, s), 5. 87-5.92 (1H, m), 6.28 (1H, s)
<合成例4>高分子化合物aの合成
電磁攪拌装置、還流冷却器および温度計を備えた内容積300mlの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、1,4−オキサチアン−2−イル=メタクリラート8.48g(42.5mmol)、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル=メタクリラート10.05g(42.5mmol)、1,4−ジオキサン150.2gおよび2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)1.96g(7.90mmol)を仕込み、60〜62℃にて6時間重合反応を行なった。
得られた反応混合液を、室温下、反応混合液に対して約20倍質量のジイソプロピルエーテル中に撹拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取した。
該沈殿物をTHF150.0gに溶解した液を上記と同質量のジイソプロピルエーテル/メタノール混合溶液(質量比 ジイソプロピルエーテル:メタノール=4:1)中に攪拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取後、上記と同質量のジイソプロピルエーテル/メタノール混合溶液(質量比 ジイソプロピルエーテル:メタノール=4:1)で洗浄することにより白色沈殿物を得た。
該沈殿物を、減圧(26.7Pa)下、50℃で10時間乾燥して、以下の繰り返し単位からなる高分子化合物a11.3gを得た。得られた高分子化合物aのMwは17700、分散度は1.95であった。
<Synthesis Example 4> Synthesis of Polymer Compound a In a 300 ml round bottom flask equipped with an electromagnetic stirrer, a reflux condenser and a thermometer, 1,4-oxathian-2-yl methacrylate 8 was added in a nitrogen atmosphere. .48 g (42.5 mmol), 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate 10.05 g (42.5 mmol), 1,4-dioxane 150.2 g and 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) ) 1.96 g (7.90 mmol) was charged, and a polymerization reaction was performed at 60 to 62 ° C. for 6 hours.
The obtained reaction mixture was dropped into diisopropyl ether having a mass of about 20 times the reaction mixture at room temperature while stirring, and the produced precipitate was collected by filtration.
A solution obtained by dissolving the precipitate in 150.0 g of THF was dropped into a diisopropyl ether / methanol mixed solution (mass ratio diisopropyl ether: methanol = 4: 1) having the same mass as above while stirring, and the generated precipitate was collected by filtration. Then, a white precipitate was obtained by washing with a diisopropyl ether / methanol mixed solution having the same mass as above (mass ratio diisopropyl ether: methanol = 4: 1).
The precipitate was dried at 50 ° C. under reduced pressure (26.7 Pa) for 10 hours to obtain 11.3 g of a polymer compound a consisting of the following repeating units. The obtained polymer compound a had an Mw of 17,700 and a dispersity of 1.95.
<合成例5>高分子化合物bの合成
合成例4において、1,4−オキサチアン−2−イル=メタクリラート8.48g(42.5mmol)の代わりに1,4−ジオキサン−2−イル=メタクリラート7.32g(42.5mmol)を用いた以外は合成例4と同様の仕込み量および条件で重合反応を行った。
得られた反応混合液を、室温下、反応混合液に対して約10倍質量のジイソプロピルエーテル中に撹拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取した。
該沈殿物をTHF150.0gに溶解した液を上記と同質量のジイソプロピルエーテル/メタノール混合溶液(質量比 ジイソプロピルエーテル:メタノール=4:1)中に攪拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取後、上記と同質量のジイソプロピルエーテル/メタノール混合溶液(質量比 ジイソプロピルエーテル:メタノール=4:1)で洗浄することにより白色沈殿物を得た。
該沈殿物を、減圧(26.7Pa)下、50℃で10時間乾燥して、以下の繰り返し単位からなる高分子化合物b10.3gを得た。得られた高分子化合物bのMwは10400、分散度は1.93であった。
<Synthesis Example 5> Synthesis of polymer compound b In Synthesis Example 4, 1,4-dioxan-2-yl methacrylate was used instead of 8.48 g (42.5 mmol) of 1,4-oxathian-2-yl methacrylate. The polymerization reaction was carried out under the same charge and conditions as in Synthesis Example 4 except that 7.32 g (42.5 mmol) of lato was used.
The obtained reaction mixture was dropped into diisopropyl ether having a mass of about 10 times the reaction mixture at room temperature while stirring, and the resulting precipitate was collected by filtration.
A solution obtained by dissolving the precipitate in 150.0 g of THF was dropped into a diisopropyl ether / methanol mixed solution (mass ratio diisopropyl ether: methanol = 4: 1) having the same mass as above while stirring, and the generated precipitate was collected by filtration. Then, a white precipitate was obtained by washing with a diisopropyl ether / methanol mixed solution having the same mass as above (mass ratio diisopropyl ether: methanol = 4: 1).
The precipitate was dried at 50 ° C. under reduced pressure (26.7 Pa) for 10 hours to obtain 10.3 g of a polymer compound b consisting of the following repeating units. Mw of the obtained polymer compound b was 10400, and the degree of dispersion was 1.93.
<合成例6>高分子化合物cの合成
合成例4において、1,4−オキサチアン−2−イル=メタクリラート8.48g(42.5mmol)の代わりに1,4−ジチアン−2−イル=メタクリラート8.67g(42.5mmol)を用いた以外は合成例4と同様の仕込み量および条件で重合反応を行った。
得られた反応混合液を、室温下、反応混合液に対して約10倍質量のジイソプロピルエーテル中に撹拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取した。
該沈殿物をTHF150.0gに溶解した液を上記と同質量のジイソプロピルエーテル/メタノール混合溶液(質量比 ジイソプロピルエーテル:メタノール=4:1)中に攪拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取後、上記と同質量のジイソプロピルエーテル/メタノール混合溶液(質量比 ジイソプロピルエーテル:メタノール=4:1)で洗浄することにより白色沈殿物を得た。
該沈殿物を、減圧(26.7Pa)下、50℃で10時間乾燥して、以下の繰り返し単位からなる高分子化合物c11.1gを得た。得られた高分子化合物cのMwは13700、分散度は1.50であった。
<Synthesis Example 6> Synthesis of polymer compound c In Synthesis Example 4, 1,4-dithian-2-yl methacrylate was used instead of 8.48 g (42.5 mmol) of 1,4-oxathian-2-yl methacrylate. The polymerization reaction was carried out under the same charging amount and conditions as in Synthesis Example 4 except that 8.67 g (42.5 mmol) of lath was used.
The obtained reaction mixture was dropped into diisopropyl ether having a mass of about 10 times the reaction mixture at room temperature while stirring, and the resulting precipitate was collected by filtration.
A solution obtained by dissolving the precipitate in 150.0 g of THF was dropped into a diisopropyl ether / methanol mixed solution (mass ratio diisopropyl ether: methanol = 4: 1) having the same mass as above while stirring, and the generated precipitate was collected by filtration. Then, a white precipitate was obtained by washing with a diisopropyl ether / methanol mixed solution having the same mass as above (mass ratio diisopropyl ether: methanol = 4: 1).
The precipitate was dried at 50 ° C. under reduced pressure (26.7 Pa) for 10 hours to obtain 11.1 g of a polymer compound c consisting of the following repeating units. The obtained polymer compound c had an Mw of 13700 and a dispersity of 1.50.
<合成例7>高分子化合物dの合成
電磁攪拌装置、還流冷却器および温度計を備えた内容積200mlの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、2−メチル−2−アダマンチル=メタクリラート10.0g(42.3mmol)、3−ヒドロキシ−1−アダマンチル=メタクリラート10.0g(42.7mmol)、プロピレングリコールモノメチルエーテル80.0gおよび2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1.40g(8.53mmol)を仕込み、81〜87℃にて2時間重合反応を行なった。
得られた反応混合液を、室温下、反応混合液に対して約20倍質量のメタノール中に撹拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取した。該沈殿物をTHF100.0gに溶解した液を上記と同質量のメタノール中に攪拌しながら滴下し、生成した沈殿物をろ取後、上記と同質量のメタノールで洗浄することにより白色沈殿物を得た。
該沈殿物を、減圧(26.7Pa)下、50℃で10時間乾燥して、以下の繰り返し単位からなる高分子化合物d13.2gを得た。得られた高分子化合物dのMwは16100、分散度は1.68であった。
<Synthesis Example 7> Synthesis of Polymer Compound d 10.0 g of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate was added to a 200 ml round bottom flask equipped with an electromagnetic stirrer, a reflux condenser and a thermometer under a nitrogen atmosphere. (42.3 mmol), 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate 10.0 g (42.7 mmol), propylene glycol monomethyl ether 80.0 g and 2,2′-azobisisobutyronitrile 1.40 g (8. 53 mmol), and a polymerization reaction was carried out at 81 to 87 ° C. for 2 hours.
The obtained reaction mixture was added dropwise with stirring to about 20 times the mass of methanol at room temperature with stirring, and the resulting precipitate was collected by filtration. A solution obtained by dissolving the precipitate in 100.0 g of THF was dropped into methanol of the same mass as above while stirring, and the resulting precipitate was collected by filtration and washed with methanol of the same mass as above to obtain a white precipitate. Obtained.
The precipitate was dried at 50 ° C. under reduced pressure (26.7 Pa) for 10 hours to obtain 13.2 g of a polymer compound d having the following repeating units. The obtained polymer compound d had an Mw of 16,100 and a dispersity of 1.68.
<実施例1〜3および比較例1>EUV露光下での感度測定
合成例4〜7で得られた高分子化合物a、b、cまたはdを100質量部と、光酸発生剤としてTPS−109(製品名、成分;ノナフルオロ−n−ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、みどり化学株式会社製)を3質量部とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/シクロヘキサノン=1/1(質量比)の混合溶媒を用いて混合し、高分子化合物の濃度が5質量%のフォトレジスト組成物A〜Dを調製した。
得られた各フォトレジスト組成物を、フィルター[四フッ化エチレン樹脂(PTFE)製、孔径0.2μm]を用いてろ過した。直径10cmのシリコンウエハー上に、ろ液をそれぞれスピンコーティング法により塗布し、ホットプレート上で130℃、90秒間プリベークして膜厚約100nmのレジスト膜を形成させた。
得られたレジスト膜に、兵庫県立大学ニュースバル放射光施設BL3に設置されたEUV露光装置(「Japanese Journal of Applied Physics」、vol.44、p.5556(2005)参照)によってEUV(波長13.5nm)を照射(露光)した。露光時間は、レジスト膜への露光前に、装置内に設置された光電板にて単位時間あたりの露光エネルギーを測定し(0.026mJ/cm2・S)、所望の露光エネルギーに換算して決定した。
露光後、130℃で90秒間ポストエクスポージャーベークした後、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて60秒間現像処理した。
現像処理後露光部分のレジスト膜厚を測定した。露光エネルギーを変えこの操作を数回実施し、各フォトレジスト組成物について感度曲線を作成した。得られた感度曲線より感度(E0)決定した。結果を表1に示す。
<Examples 1-3 and Comparative Example 1> Sensitivity measurement under EUV exposure 100 parts by mass of the polymer compound a, b, c or d obtained in Synthesis Examples 4-7 and TPS- as a photoacid generator 109 parts (product name, component; triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.) and a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate / cyclohexanone = 1/1 (mass ratio) Photoresist compositions A to D having a polymer compound concentration of 5 mass% were prepared.
Each of the obtained photoresist compositions was filtered using a filter [made of tetrafluoroethylene resin (PTFE), pore size: 0.2 μm]. Each of the filtrates was applied onto a silicon wafer having a diameter of 10 cm by spin coating, and pre-baked on a hot plate at 130 ° C. for 90 seconds to form a resist film having a thickness of about 100 nm.
The obtained resist film was subjected to EUV (wavelength 13.5) by using an EUV exposure apparatus (see “Japanes Journal of Applied Physics”, vol. 44, p. 5556 (2005)) installed at the University of Hyogo Newsbar Synchrotron Radiation Facility BL3. 5 nm) was irradiated (exposure). The exposure time is measured by measuring the exposure energy per unit time (0.026 mJ / cm 2 · S) with a photoelectric plate installed in the apparatus before exposure to the resist film, and converting it to the desired exposure energy. Were determined.
After the exposure, the film was post-exposure baked at 130 ° C. for 90 seconds, and then developed with an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide solution for 60 seconds.
The resist film thickness of the exposed part after development processing was measured. This operation was performed several times while changing the exposure energy, and a sensitivity curve was prepared for each photoresist composition. Sensitivity (E 0 ) was determined from the obtained sensitivity curve. The results are shown in Table 1.
表1より、本発明のフォトレジスト組成物は、従来のフォトレジスト組成物に比べてEUV露光感度が高いことが確認された。 From Table 1, it was confirmed that the photoresist composition of the present invention has higher EUV exposure sensitivity than the conventional photoresist composition.
本発明により得られるフォトレジスト組成物は、特にEUV露光用に適しており、電子デバイス製造分野で必要とされる微細パターン形成を、従来よりも生産性良く行うことができる。 The photoresist composition obtained by the present invention is particularly suitable for EUV exposure, and can perform fine pattern formation required in the field of electronic device production with higher productivity than in the past.
Claims (5)
R2、R3およびR4の組み合わせは、
1)R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。;
2)R2とR3は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表し、R4は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。;または
3)R2は、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表し、R3とR4は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表す。;のいずれかである。
R5およびR8は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表す。
R6およびR7は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜6の直鎖状アルキル基、炭素数3〜6の分岐状アルキル基または炭素数3〜6の環状アルキル基を表すか、またはR6とR7は連結して炭素数3〜6のアルキレン基を表す。
AおよびBは、それぞれ独立して、酸素原子または硫黄原子を表す。)
で表される繰り返し単位を構成単位として有する高分子化合物、光酸発生剤および溶剤を含有することを特徴とする、極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物。 The following general formula (I)
The combination of R 2 , R 3 and R 4 is
1) R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic group having 3 to 6 carbon atoms. Represents an alkyl group. ;
2) R 2 and R 3 are linked to each other to represent an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms, and R 4 is a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Represents a group or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms. Or 3) R 2 represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 represents an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms by linking. One of them.
R 5 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms.
Each of R 6 and R 7 independently represents a hydrogen atom, a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a branched alkyl group having 3 to 6 carbon atoms or a cyclic alkyl group having 3 to 6 carbon atoms; Or R 6 and R 7 are linked to each other to represent an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms.
A and B each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom. )
A chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure, comprising a polymer compound having a repeating unit represented by formula (1) as a constituent unit, a photoacid generator and a solvent.
で表される繰り返し単位を構成単位として有する高分子化合物、光酸発生剤および溶剤を含有することを特徴とする、極端紫外線露光用化学増幅型フォトレジスト組成物。 The following general formula (1-1)
A chemically amplified photoresist composition for extreme ultraviolet exposure, comprising a polymer compound having a repeating unit represented by formula (1) as a constituent unit, a photoacid generator and a solvent.
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