JP2011105645A - 芳香族スルホニウム塩化合物 - Google Patents

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Abstract

【課題】現像性が高い光酸発生剤及び硬化性が高いカチオン重合開始剤を提供することにあり、また、これらを用いたレジスト組成物及びカチオン重合性組成物を提供すること。
【解決手段】下記一般式(I)で表される芳香族スルホニウム塩化合物を光酸発生剤又はカチオン重合開始剤として用いる。
Figure 2011105645

(式(I)中、R1〜R10は、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基等を表し、R11〜R17は、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基等を表し、R18は、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基等を表し、X1 -は1価の陰イオンを表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、新規な芳香族スルホニウム塩化合物に関し、詳しくは、芳香族スルホニウム塩化合物、これを用いた光酸発生剤及びカチオン重合開始剤、並びに、これらを含有するレジスト組成物及びカチオン重合性組成物に関する。
スルホニウム塩化合物は、光等のエネルギー線照射を受けることで酸を発生する物質であり、半導体等の電子回路形成に用いるフォトリソグラフィー用レジスト組成物における光酸発生剤や、光造形用樹脂組成物、塗料、コーティング、接着剤等の光重合性組成物におけるカチオン重合開始剤等に使用されている。
特許文献1〜3には、芳香族スルホニウム塩化合物、これからなる光酸発生剤及びこの光酸発生剤を含む光重合性組成物が開示されている。しかし、これらの光酸発生剤は現像性が十分でなく、特にネガ型レジストとして用いた場合、微細なパターニングが容易ではなかった。
特開平9−143212号公報 特開平9−157350号公報 特開2000−186071号公報
従って、本発明の目的は、現像性が高い光酸発生剤及び硬化性が高いカチオン重合開始剤を提供することにあり、また、これらを用いたレジスト組成物及びカチオン重合性組成物を提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、特定の構造を有する芳香族スルホニウム塩化合物が、上記問題点を解決することを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、下記一般式(I)で表される芳香族スルホニウム塩化合物を提供するものである。
Figure 2011105645
(式(I)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
11、R12、R13、R14、R15、R16及びR17は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
18は、水素原子、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
1〜R18で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR1〜R10及びR18で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
1〜R18で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR1〜R10及びR18で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
1 -は1価の陰イオンを表す。)
また、本発明は、上記芳香族スルホニウム塩化合物からなることを特徴とする光酸発生剤を提供するものである。
また、本発明は、上記光酸発生剤を含有してなることを特徴とするレジスト組成物を提供するものである。
また、本発明は、上記芳香族スルホニウム塩化合物からなることを特徴とするカチオン重合開始剤を提供するものである。
更にまた、本発明は、上記カチオン重合開始剤を含有してなることを特徴とするカチオン重合性組成物を提供するものである。
本発明の芳香族スルホニウム塩化合物によれば、現像性が高い光酸発生剤が得られる。該光酸発生剤を含む光重合性組成物のフォトレジストは、高感度及び高解像度を有するため、紫外線、電子線、X線等の放射線に感応する半導体集積回路、LCD用TFT回路及び回路作成用のマスクを作製するためのネガ型レジストとして有用である。
更に、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物は、カチオン重合開始剤としても有用であり、これを用いることで、硬化性に優れたカチオン重合性組成物が得られる。
以下、本発明について、好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。
先ず、上記一般式(I)で表わされる本発明のスルホニウム塩化合物について説明する。
上記一般式(I)におけるR1〜R17で表されるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられ、
上記一般式(I)におけるR1〜R18で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、s−ブチル、t−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、t−アミル、ヘキシル、シクロヘキシル、イソヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、1−アダマンチル、2−アダマンチル、2−メチル−1−アダマンチル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−1−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−ノルボルニル、2−ノルボルニルメチル、ビニル、アリル、イソプロペニル、1−プロペニル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ジフルオロエチル、トリクロロエチル、ジクロロジフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、デカフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、ペンタデカフルオロヘプチル、ヘプタデカフルオロオクチル、シアノメチル、ヒドロキシメチル、1−ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、3−ヒドロキシブチル、4−ヒドロキシブチル、1,2−ジヒドロキシエチル等が挙げられ、
上記一般式(I)におけるR1〜R10及びR18で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基としては、フェニル、ナフチル、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、4−ビニルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、4−ステアリルフェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ−t−ブチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ヒドロキシフェニル等が挙げられ、
上記一般式(I)におけるR1〜R10及びR18で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基としては、ベンジル、フェネチル、フェナシル、2−フェニルプロパン−2−イル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、スチリル、シンナミル、2−ヒドロキシベンジル、3−ヒドロキシベンジル、4−ヒドロキシベンジル、2−ヒドロキシフェネチル、3−ヒドロキシフェネチル、4−ヒドロキシフェネチル、2−ヒドロキシフェナシル、3−ヒドロキシフェナシル、4−ヒドロキシフェナシル、2−フェノキシエチル、2−フェニルチオエチル等が挙げられる。
上記アルキル基、アリール基及びアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよい。具体的には、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルコキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜12のエステル基等が挙げられる。
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、ブチルオキシ、s−ブチルオキシ、t−ブチルオキシ、イソブチルオキシ、ペンチルオキシ、イソアミルオキシ、t−アミルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、シクロヘキシルメチルオキシ、テトラヒドロフラニルオキシ、テトラヒドロピラニルオキシ、ヒドロキシメチルオキシ、1−ヒドロキシエチルオキシ、2−ヒドロキシエチルオキシ、3−ヒドロキシプロピルオキシ、2−ヒドロキシプロピルオキシ、2,3−ジヒドロキシプロピルオキシ、2−ヒドロキシ−1−メチルエチルオキシ、2−ヒドロキシブチルオキシ、4−ヒドロキシブチルオキシ、2,3−ジヒドロキシブチルオキシ、3,4−ジヒドロキシブチルオキシ、2,3,4−トリヒドロキシブチルオキシ、2−(2−ヒドロキシエチルオキシ)エチルオキシ、2−ヒドロキシ−3−メトキシプロピルオキシ、5−ヒドロキシペンチルオキシ、2−ヒドロキシ−2−(ヒドロキシメチル)ブチルオキシ、3−ヒドロキシ−2−ジ(ヒドロキシメチル)プロピルオキシ、6−ヒドロキシヘキシルオキシ、5,6−ジヒドロキシヘキシルオキシ、2−ヒドロキシシクロヘキシルオキシ、4−ヒドロキシシクロヘキシルオキシ、2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシシクロヘキシルオキシ、2−(2−(2−ヒドロキシエチルオキシ)エチルオキシ)エチルオキシ、4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルオキシ、2−ジ(ヒドロキシメチル)ブチルオキシ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリールオキシ基としては、フェノキシ、ヒドロキシフェニルオキシ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基としては、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプロピルチオ、ブチルチオ、s−ブチルチオ、t−ブチルチオ、イソブチルチオ、アミルチオ、イソアミルチオ、t−アミルチオ、ヘキシルチオ、シクロヘキシルチオ、アダマンチルチオ、2−ヒドロキシエチルチオ、3−ヒドロキシプロピルチオ、2,3−ジヒドロキシプロピルチオ、2−ヒドロキシ−1−メチルプロピルチオ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基としては、フェニルチオ、ヒドロキシフェニルチオ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜12のエステル基としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロピルオキシカルボニル、フェノキシカルボニル、アセトキシ、メトキシアセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、t−ブチルカルボニルオキシ、ベンゾイルオキシ、アダマンチルカルボニルオキシ、2−ヒドロキシエトキシカルボニル、3−ヒドロキシプロピルオキシカルボニル、4−ヒドロキシフェノキシカルボニル、3−ヒドロキシプロピオニルオキシ、4−ヒドロキシブチリルオキシ、4−ヒドロキシベンゾイルオキシ等が挙げられる。
上記一般式(I)におけるR1〜R18で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、上記一般式(I)におけるR1〜R18で表される炭素原子数1〜18のアルコキシ基、上記一般式(I)におけるR1〜R18で表される炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、上記一般式(I)におけるR1〜R18で表される炭素原子数1〜12のエステル基、上記一般式(I)におけるR1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のアリール基、上記一般式(I)におけるR1〜R10及びR18で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、上記一般式(I)におけるR1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、上記一般式(I)におけるR1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基は、置換基を有していてもよい。
上記置換基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、イソペンチル、t−ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、ミリスチル、パルミチル、ステアリル、シクロプロピル、シクロヘキシル、1−アダマンチル、2−アダマンチル、2−メチル−1−アダマンチル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−1−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−ノルボルニル、2−ノルボルニルメチル、カンファー−10−イル、ビニル、アリル、イソプロペニル、1−プロペニル、2−メトキシ−1−プロペニル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ジフルオロエチル、トリクロロエチル、ジクロロジフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、デカフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、ペンタデカフルオロヘプチル、ヘプタデカフルオロオクチル、メトキシメチル、メトキシエトキシメチル、メチルチオメチル、エトキシエチル、ブトキシメチル、t−ブチルチオメチル、4−ペンテニルオキシメチル、トリクロロエトキシメチル、ビス(2−クロロエトキシ)メチル、メトキシシクロヘキシル、1−(2−クロロエトキシ)エチル、メトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル、エチルジチオエチル、トリメチルシリルエチル、t−ブチルジメチルシリルオキシメチル、2−(トリメチルシリル)エトキシメチル、t−ブトキシカルボニルメチル、エチルオキシカルボニルメチル、エチルカルボニルメチル、t−ブトキシカルボニルメチル、アクリロイルオキシエチル、メタクリロイルオキシエチル、2−メチル−2−アダマンチルオキシカルボニルメチル、アセチルエチル等のアルキル基;フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、アントラセン−1−イル、フェナントレン−1−イル、o−トリル、m−トリル、p−トリル、4−ビニルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ−t−ブチルフェニル、2,5−ジ−t−ブチルフェニル、2,6−ジ−t−ブチルフェニル、2,4−ジ−t−ペンチルフェニル、2,5−ジ−t−アミルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ビフェニリル、2,4,5−トリメチルフェニル、9−フルオレニル、4−クロロフェニル、3,4−ジクロロフェニル、4−トリクロロフェニル、4−トリフルオロフェニル、フルオロフェニル、トリフルオロメチルフェニル、ペンタフルオロフェニル、ヘプタフルオロ−p−トリル、4−ホルミルフェニル、4−ニトロフェニル、エトキシナフチル、4−フルオロメチルフェニル、4−メトキシフェニル、2,4−ジニトロフェニル等のアリール基; ベンジル、メチルベンジル、ジメチルベンジル、トリメチルベンジル、フェニルベンジル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル、スチリル、シンナミル、フルオロベンジル、クロロベンジル、ブロモベンジル、シアノベンジル、ジクロロベンジル、メトキシベンジル、ジメトキシベンジル、ベンジルオキシメチル、メトキシベンジルオキシメチル、1−メチル−1−ベンジルオキシエチル、1−メチル−1−ベンジルオキシ−2−フルオロエチル、グアイアコールメチル、フェノキシメチル、フェニルチオメチル、ニトロベンジル、ジニトロベンズヒドリル、ジベンゾスベリル、(フェニルジメチルシリル)メトキシメチル、フェニルスルホニルエチル、トリフェニルホスホニオエチル、トリフェニルメトキシメチル、フェナシル、ブロモフェナシル等のアリールアルキル基;Rとして上記アルキル基、アリール基、アリールアルキル基や、テトラヒドロピラニル、3−ブロモテトラヒドロピラニル、テトラヒドロチオピラニル、メトキシテトラヒドロピラニル、メトキシテトラヒドロチオピラニル、4−メトキシテトラヒドロチオピラン−S,S−ジオキシド−4−イル、1−〔(2−クロロ−4−メチル)フェニル〕−4−メトキシピペリジン−4−イル、1,4−ジオキサン−2−イル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチオフラニル、2,3,3a,4,5,6,7,7a−オクタヒドロ−7,8,8−トリメチル−4,7−メタノベンゾフラン−2−イル、2−ピリジルメチル、4−ピリジルメチル、3−ピコリン−N−オキシド−2−イルメチル、1,3−ベンゾジチオラニル、ベンズイソチアゾリン−S,S−ジオキシド−3−イル、テトラフルオロ−4−ピリジル等の複素環基が含まれる、RO−で表されるアルコキシ基;RCO−で表されるアシル基;RCOO−やROCO−で表されるエステル基;ROCOO−で表されるカーボネート基;RS−で表されるスルファニル基;RSO−で表されるスルフィニル基;RSO2−で表されるスルホニル基;RSO3−で表されるスルホン酸エステル基;ホルミル基;カルボキシル基;ホルミルオキシ基;スルホ基;トリメチルシリルオキシ、トリエチルシリルオキシ、トリプロピルシリルオキシ、ジメチルプロピルシリルオキシ、ジエチルプロピルシリルオキシ、ジメチル(1,1,2,2−テトラメチル)エチルシリルオキシ、ブチルジメチルシリルオキシ、ブチルジフェニルシリルオキシ、トリベンジルシリルオキシ、トリキシリルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシ、ジフェニルメチルシリルオキシ、ブチルメトキシフェニルシリルオキシ等のシリルオキシ基;リン酸エステル基;ベンジルチオカーボネート;メチルジチオカーボネート;水酸基;ニトロ基;フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子が挙げられる。
上記一般式(I)におけるX1 -で表される陰イオンとしては、例えば、塩素陰イオン、臭素陰イオン、ヨウ素陰イオン、フッ素陰イオン等のハロゲン陰イオン;過塩素酸陰イオン、塩素酸陰イオン、チオシアン酸陰イオン、六フッ化リン酸陰イオン、六フッ化アンチモン陰イオン、六フッ化ヒ素陰イオン、四フッ化ホウ素陰イオン等の無機系陰イオン;メタンスルホン酸イオン、フルオロスルホン酸イオン、ベンゼンスルホン酸陰イオン、トルエンスルホン酸陰イオン、1−ナフチルスルホン酸陰イオン、2−ナフチルスルホン酸陰イオン、トリフルオロメタンスルホン酸陰イオン、ペンタフルオロエタンスルホン酸陰イオン、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸陰イオン、ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン、ウンデカフルオロペンタンスルホン酸陰イオン、トリデカフルオロヘキサンスルホン酸陰イオン、ペンタデカフルオロヘプタンスルホン酸陰イオン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸イオン、パーフルオロ−4−エチルシクロヘキサンスルホン酸イオン、N−アルキル(又はアリール)ジフェニルアミン−4−スルホン酸陰イオン、2−アミノ−4−メチル−5−クロロベンゼンスルホン酸陰イオン、2−アミノ−5−ニトロベンゼンスルホン酸陰イオン、特開2004−53799号公報に記載されたスルホン酸陰イオン、カンファースルホン酸陰イオン、フルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、ジフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、トリフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、テトラフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン等の有機スルホン酸陰イオン;オクチルリン酸陰イオン、ドデシルリン酸陰イオン、オクタデシルリン酸陰イオン、フェニルリン酸陰イオン、ノニルフェニルリン酸陰イオン、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)ホスホン酸陰イオン等の有機リン酸系陰イオン;ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドイオン、ビス(ヘプタフルオロプロパンスルホン)イミドイオン、ビス(ノナフルオロブタンスルホン)イミドイオン、ビス(ウンデカフルオロペンタンスルホン)イミドイオン、ビス(ペンタデカフルオロヘプタンスルホン)イミドイオン、ビス(トリデカフルオロヘキサンスルホン)イミドイオン、ビス(ヘプタデカフルオロオクタンスルホンイミド)イオン、(トリフルオロメタンスルホン)(ノナフルオロブタンスルホン)イミドイオン、(メタンスルホン)(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン、シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド陰イオン等の有機フルオロスルホンイミドイオン;テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸陰イオン、テトラキス(4−フルオロフェニル)ホウ酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、特開2007−112854号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特開平成6−184170号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特表2002−526391号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特願2007−285538号公報に記載されたホウ酸陰イオン等のテトラアリールホウ酸陰イオン;各種脂肪族又は芳香族カルボン酸アニオン;トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、トリス(メタンスルホニル)メチド等の有機スルホニルメチドイオン等が挙げられ、更に、アルキルスルホン酸イオンやフルオロ置換アルキルスルホン酸イオン、アルキルスルホンイミド、フルオロ置換アルキルスルホンイミドが、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基で置換されたものや、ノルボルニル基、アダマンチル基等の脂肪族環状アルキル基で置換されたものが挙げられる。また、励起状態にある活性分子を脱励起させる(クエンチングさせる)機能を有するクエンチャー陰イオンやシクロペンタジエニル環にカルボキシル基やホスホン酸基、スルホン酸基等の陰イオン性基を有するフェロセン、ルテオセン等のメタロセン化合物陰イオン等も、必要に応じて用いることができる。これらの陰イオンの中でも、安全性及び反応性(脱保護反応及び架橋反応)の点から、有機スルホン酸陰イオンが好ましい。
上記一般式(I)で表される化合物のうち、下記一般式(II)で表される化合物は、溶媒への溶解性が高く現像性が高い光酸発生剤が得られるので好ましい。
Figure 2011105645
(式(II)中、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29及びR30は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
31、R32、R33、R34、R35、R36及びR37は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
38は無置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、
21〜R38で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R21〜R30で表される炭素原子数6〜20のアリール基、及びR21〜R30で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
21〜R38で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R21〜R30で表される炭素原子数6〜20のアリール基、及びR21〜R30で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
2 -は1価の陰イオンを表す。
但し、R21〜R30のうち少なくとも1つは、水酸基、水酸基で置換された炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、又は水酸基で置換されたチオフェノキシ基である。)
上記一般式(II)におけるR21〜R37で表されるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられ、
上記一般式(II)におけるR21〜R37で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、及びR38で表される無置換の炭素原子数1〜10のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、s−ブチル、t−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、t−アミル、ヘキシル、シクロヘキシル、イソヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、1−アダマンチル、2−アダマンチル、2−メチル−1−アダマンチル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−1−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−ノルボルニル、2−ノルボルニルメチル、ビニル、アリル、イソプロペニル、1−プロペニル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ジフルオロエチル、トリクロロエチル、ジクロロジフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、デカフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、ペンタデカフルオロヘプチル、ヘプタデカフルオロオクチル、シアノメチル、ヒドロキシメチル、1−ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、3−ヒドロキシブチル、4−ヒドロキシブチル、1,2−ジヒドロキシエチル等が挙げられ、
上記一般式(II)におけるR21〜R30で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基としては、フェニル、ナフチル、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、4−ビニルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、4−ステアリルフェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ−t−ブチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ヒドロキシフェニル等が挙げられ、
上記一般式(II)におけるR21〜R30で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基としては、ベンジル、フェネチル、フェナシル、2−フェニルプロパン−2−イル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、スチリル、シンナミル、2−ヒドロキシベンジル、3−ヒドロキシベンジル、4−ヒドロキシベンジル、2−ヒドロキシフェネチル、3−ヒドロキシフェネチル、4−ヒドロキシフェネチル、2−ヒドロキシフェナシル、3−ヒドロキシフェナシル、4−ヒドロキシフェナシル、2−フェノキシエチル、2−フェニルチオエチル等が挙げられる。
上記アルキル基、アリール基、及びアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよい。具体的には、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルコキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜12のエステル基等が挙げられる。
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、ブチルオキシ、s−ブチルオキシ、t−ブチルオキシ、イソブチルオキシ、ペンチルオキシ、イソアミルオキシ、t−アミルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、シクロヘキシルメチルオキシ、テトラヒドロフラニルオキシ、テトラヒドロピラニルオキシ、ヒドロキシメチルオキシ、1−ヒドロキシエチルオキシ、2−ヒドロキシエチルオキシ、3−ヒドロキシプロピルオキシ、2−ヒドロキシプロピルオキシ、2,3−ジヒドロキシプロピルオキシ、2−ヒドロキシ−1−メチルエチルオキシ、2−ヒドロキシブチルオキシ、4−ヒドロキシブチルオキシ、2,3−ジヒドロキシブチルオキシ、3,4−ジヒドロキシブチルオキシ、2,3,4−トリヒドロキシブチルオキシ、2−(2−ヒドロキシエチルオキシ)エチルオキシ、2−ヒドロキシ−3−メトキシプロピルオキシ、5−ヒドロキシペンチルオキシ、2−ヒドロキシ−2−(ヒドロキシメチル)ブチルオキシ、3−ヒドロキシ−2−ジ(ヒドロキシメチル)プロピルオキシ、6−ヒドロキシヘキシルオキシ、5,6−ジヒドロキシヘキシルオキシ、2−ヒドロキシシクロヘキシルオキシ、4−ヒドロキシシクロヘキシルオキシ、2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシシクロヘキシルオキシ、2−(2−(2−ヒドロキシエチルオキシ)エチルオキシ)エチルオキシ、4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルオキシ、2−ジ(ヒドロキシメチル)ブチルオキシ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリールオキシ基としては、フェノキシ、ヒドロキシフェニルオキシ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基としては、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプロピルチオ、ブチルチオ、s−ブチルチオ、t−ブチルチオ、イソブチルチオ、アミルチオ、イソアミルチオ、t−アミルチオ、ヘキシルチオ、シクロヘキシルチオ、アダマンチルチオ、2−ヒドロキシエチルチオ、3−ヒドロキシプロピルチオ、2,3−ジヒドロキシプロピルチオ、2−ヒドロキシ−1−メチルプロピルチオ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基としては、フェニルチオ、ヒドロキシフェニルチオ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜12のエステル基としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロピルオキシカルボニル、フェノキシカルボニル、アセトキシ、メトキシアセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、t−ブチルカルボニルオキシ、ベンゾイルオキシ、アダマンチルカルボニルオキシ、2−ヒドロキシエトキシカルボニル、3−ヒドロキシプロピルオキシカルボニル、4−ヒドロキシフェノキシカルボニル、3−ヒドロキシプロピオニルオキシ、4−ヒドロキシブチリルオキシ、4−ヒドロキシベンゾイルオキシ等が挙げられる。
上記一般式(II)におけるR21〜R37で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、上記一般式(II)におけるR21〜R37で表される炭素原子数1〜18のアルコキシ基、上記一般式(II)におけるR21〜R37で表される炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、上記一般式(II)におけるR21〜R37で表される炭素原子数1〜12のエステル基、上記一般式(II)におけるR21〜R30で表される炭素原子数6〜20のアリール基、上記一般式(II)におけるR21〜R30で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、上記一般式(II)におけるR21〜R30で表される炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、上記一般式(II)におけるR21〜R30で表される炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基は、置換基を有していてもよい。
上記置換基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、イソペンチル、t−ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、ミリスチル、パルミチル、ステアリル、シクロプロピル、シクロヘキシル、1−アダマンチル、2−アダマンチル、2−メチル−1−アダマンチル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−1−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−ノルボルニル、2−ノルボルニルメチル、カンファー−10−イル、ビニル、アリル、イソプロペニル、1−プロペニル、2−メトキシ−1−プロペニル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ジフルオロエチル、トリクロロエチル、ジクロロジフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、デカフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、ペンタデカフルオロヘプチル、ヘプタデカフルオロオクチル、メトキシメチル、メトキシエトキシメチル、メチルチオメチル、エトキシエチル、ブトキシメチル、t−ブチルチオメチル、4−ペンテニルオキシメチル、トリクロロエトキシメチル、ビス(2−クロロエトキシ)メチル、メトキシシクロヘキシル、1−(2−クロロエトキシ)エチル、メトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル、エチルジチオエチル、トリメチルシリルエチル、t−ブチルジメチルシリルオキシメチル、2−(トリメチルシリル)エトキシメチル、t−ブトキシカルボニルメチル、エチルオキシカルボニルメチル、エチルカルボニルメチル、t−ブトキシカルボニルメチル、アクリロイルオキシエチル、メタクリロイルオキシエチル、2−メチル−2−アダマンチルオキシカルボニルメチル、アセチルエチル等のアルキル基;フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、アントラセン−1−イル、フェナントレン−1−イル、o−トリル、m−トリル、p−トリル、4−ビニルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ−t−ブチルフェニル、2,5−ジ−t−ブチルフェニル、2,6−ジ−t−ブチルフェニル、2,4−ジ−t−ペンチルフェニル、2,5−ジ−t−アミルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ビフェニリル、2,4,5−トリメチルフェニル、9−フルオレニル、4−クロロフェニル、3,4−ジクロロフェニル、4−トリクロロフェニル、4−トリフルオロフェニル、フルオロフェニル、トリフルオロメチルフェニル、ペンタフルオロフェニル、ヘプタフルオロ−p−トリル、4−ホルミルフェニル、4−ニトロフェニル、エトキシナフチル、4−フルオロメチルフェニル、4−メトキシフェニル、2,4−ジニトロフェニル等のアリール基; ベンジル、メチルベンジル、ジメチルベンジル、トリメチルベンジル、フェニルベンジル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル、スチリル、シンナミル、フルオロベンジル、クロロベンジル、ブロモベンジル、シアノベンジル、ジクロロベンジル、メトキシベンジル、ジメトキシベンジル、ベンジルオキシメチル、メトキシベンジルオキシメチル、1−メチル−1−ベンジルオキシエチル、1−メチル−1−ベンジルオキシ−2−フルオロエチル、グアイアコールメチル、フェノキシメチル、フェニルチオメチル、ニトロベンジル、ジニトロベンズヒドリル、ジベンゾスベリル、(フェニルジメチルシリル)メトキシメチル、フェニルスルホニルエチル、トリフェニルホスホニオエチル、トリフェニルメトキシメチル、フェナシル、ブロモフェナシル等のアリールアルキル基;Rとして上記アルキル基、アリール基、アリールアルキル基や、テトラヒドロピラニル、3−ブロモテトラヒドロピラニル、テトラヒドロチオピラニル、メトキシテトラヒドロピラニル、メトキシテトラヒドロチオピラニル、4−メトキシテトラヒドロチオピラン−S,S−ジオキシド−4−イル、1−〔(2−クロロ−4−メチル)フェニル〕−4−メトキシピペリジン−4−イル、1,4−ジオキサン−2−イル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチオフラニル、2,3,3a,4,5,6,7,7a−オクタヒドロ−7,8,8−トリメチル−4,7−メタノベンゾフラン−2−イル、2−ピリジルメチル、4−ピリジルメチル、3−ピコリン−N−オキシド−2−イルメチル、1,3−ベンゾジチオラニル、ベンズイソチアゾリン−S,S−ジオキシド−3−イル、テトラフルオロ−4−ピリジル等の複素環基が含まれる、RO−で表されるアルコキシ基;RCO−で表されるアシル基;RCOO−やROCO−で表されるエステル基;ROCOO−で表されるカーボネート基;RS−で表されるスルファニル基;RSO−で表されるスルフィニル基;RSO2−で表されるスルホニル基;RSO3−で表されるスルホン酸エステル基;ホルミル基;カルボキシル基;ホルミルオキシ基;スルホ基;トリメチルシリルオキシ、トリエチルシリルオキシ、トリプロピルシリルオキシ、ジメチルプロピルシリルオキシ、ジエチルプロピルシリルオキシ、ジメチル(1,1,2,2−テトラメチル)エチルシリルオキシ、ブチルジメチルシリルオキシ、ブチルジフェニルシリルオキシ、トリベンジルシリルオキシ、トリキシリルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシ、ジフェニルメチルシリルオキシ、ブチルメトキシフェニルシリルオキシ等のシリルオキシ基;リン酸エステル基;ベンジルチオカーボネート;メチルジチオカーボネート;水酸基;ニトロ基;フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子が挙げられる。
上記一般式(II)におけるX2 -で表される陰イオンとしては、例えば、塩素陰イオン、臭素陰イオン、ヨウ素陰イオン、フッ素陰イオン等のハロゲン陰イオン;過塩素酸陰イオン、塩素酸陰イオン、チオシアン酸陰イオン、六フッ化リン酸陰イオン、六フッ化アンチモン陰イオン、六フッ化ヒ素陰イオン、四フッ化ホウ素陰イオン等の無機系陰イオン;メタンスルホン酸イオン、フルオロスルホン酸イオン、ベンゼンスルホン酸陰イオン、トルエンスルホン酸陰イオン、1−ナフチルスルホン酸陰イオン、2−ナフチルスルホン酸陰イオン、トリフルオロメタンスルホン酸陰イオン、ペンタフルオロエタンスルホン酸陰イオン、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸陰イオン、ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン、ウンデカフルオロペンタンスルホン酸陰イオン、トリデカフルオロヘキサンスルホン酸陰イオン、ペンタデカフルオロヘプタンスルホン酸陰イオン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸イオン、パーフルオロ−4−エチルシクロヘキサンスルホン酸イオン、N−アルキル(又はアリール)ジフェニルアミン−4−スルホン酸陰イオン、2−アミノ−4−メチル−5−クロロベンゼンスルホン酸陰イオン、2−アミノ−5−ニトロベンゼンスルホン酸陰イオン、特開2004−53799号公報に記載されたスルホン酸陰イオン、カンファースルホン酸陰イオン、フルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、ジフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、トリフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、テトラフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン等の有機スルホン酸陰イオン;オクチルリン酸陰イオン、ドデシルリン酸陰イオン、オクタデシルリン酸陰イオン、フェニルリン酸陰イオン、ノニルフェニルリン酸陰イオン、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)ホスホン酸陰イオン等の有機リン酸系陰イオン;ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドイオン、ビス(ヘプタフルオロプロパンスルホン)イミドイオン、ビス(ノナフルオロブタンスルホン)イミドイオン、ビス(ウンデカフルオロペンタンスルホン)イミドイオン、ビス(ペンタデカフルオロヘプタンスルホン)イミドイオン、ビス(トリデカフルオロヘキサンスルホン)イミドイオン、ビス(ヘプタデカフルオロオクタンスルホンイミド)イオン、(トリフルオロメタンスルホン)(ノナフルオロブタンスルホン)イミドイオン、(メタンスルホン)(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン、シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド陰イオン等の有機フルオロスルホンイミドイオン;テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸陰イオン、テトラキス(4−フルオロフェニル)ホウ酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、特開2007−112854号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特開平成6−184170号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特表2002−526391号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特願2007−285538号公報に記載されたホウ酸陰イオン等のテトラアリールホウ酸陰イオン;各種脂肪族又は芳香族カルボン酸アニオン;トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、トリス(メタンスルホニル)メチド等の有機スルホニルメチドイオン等が挙げられ、更に、アルキルスルホン酸イオンやフルオロ置換アルキルスルホン酸イオン、アルキルスルホンイミド、フルオロ置換アルキルスルホンイミドが、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基で置換されたものや、ノルボルニル基、アダマンチル基等の脂肪族環状アルキル基で置換されたものが挙げられる。また、励起状態にある活性分子を脱励起させる(クエンチングさせる)機能を有するクエンチャー陰イオンやシクロペンタジエニル環にカルボキシル基やホスホン酸基、スルホン酸基等の陰イオン性基を有するフェロセン、ルテオセン等のメタロセン化合物陰イオン等も、必要に応じて用いることができる。これらの陰イオンの中でも、安全性及び反応性(脱保護反応及び架橋反応)の点から、有機スルホン酸陰イオンが好ましい。
上記一般式(II)で表される芳香族スルホニウム塩化合物のカチオンの具体的な例としては、以下のNo.1〜No.16の構造が挙げられる。
Figure 2011105645
Figure 2011105645
上記一般式(I)で表される化合物のうち、下記一般式(III)で表される化合物は、硬化性が高いカチオン重合開始剤が得られるので好ましい。
Figure 2011105645
(式(III)中、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49及びR50 は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
51、R52、R53、R54、R55、R56及びR57は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
58は、水素原子、置換基を有する炭素原子数1〜10のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数11〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
41〜R58で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR41〜R50及びR58で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
41〜R58で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR81〜R90及びR98で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
3 -は1価の陰イオンを表す。)
上記一般式(III)におけるR41〜R57で表されるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられ、
上記一般式(III)におけるR41〜R57で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、R58で表される、置換基を有する炭素原子数1〜10のアルキル基、及びR58で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数11〜18のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、s−ブチル、t−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、t−アミル、ヘキシル、シクロヘキシル、イソヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、1−アダマンチル、2−アダマンチル、2−メチル−1−アダマンチル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−1−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−ノルボルニル、2−ノルボルニルメチル、ビニル、アリル、イソプロペニル、1−プロペニル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ジフルオロエチル、トリクロロエチル、ジクロロジフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、デカフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、ペンタデカフルオロヘプチル、ヘプタデカフルオロオクチル、シアノメチル、ヒドロキシメチル、1−ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピル、3−ヒドロキシブチル、4−ヒドロキシブチル、1,2−ジヒドロキシエチル等が挙げられ、
上記一般式(III)におけるR41〜R50及びR58で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基としては、フェニル、ナフチル、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、4−ビニルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、4−ステアリルフェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ−t−ブチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ヒドロキシフェニル等が挙げられ、
上記一般式(III)におけるR41〜R50及びR58で表される、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基としては、ベンジル、フェネチル、フェナシル、2−フェニルプロパン−2−イル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、スチリル、シンナミル、2−ヒドロキシベンジル、3−ヒドロキシベンジル、4−ヒドロキシベンジル、2−ヒドロキシフェネチル、3−ヒドロキシフェネチル、4−ヒドロキシフェネチル、2−ヒドロキシフェナシル、3−ヒドロキシフェナシル、4−ヒドロキシフェナシル、2−フェノキシエチル、2−フェニルチオエチル等が挙げられる。
上記アルキル基、アリール基及びアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよい。具体的には、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルコキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜12のエステル基等が挙げられる。
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、プロピルオキシ、イソプロピルオキシ、ブチルオキシ、s−ブチルオキシ、t−ブチルオキシ、イソブチルオキシ、ペンチルオキシ、イソアミルオキシ、t−アミルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、シクロヘキシルメチルオキシ、テトラヒドロフラニルオキシ、テトラヒドロピラニルオキシ、ヒドロキシメチルオキシ、1−ヒドロキシエチルオキシ、2−ヒドロキシエチルオキシ、3−ヒドロキシプロピルオキシ、2−ヒドロキシプロピルオキシ、2,3−ジヒドロキシプロピルオキシ、2−ヒドロキシ−1−メチルエチルオキシ、2−ヒドロキシブチルオキシ、4−ヒドロキシブチルオキシ、2,3−ジヒドロキシブチルオキシ、3,4−ジヒドロキシブチルオキシ、2,3,4−トリヒドロキシブチルオキシ、2−(2−ヒドロキシエチルオキシ)エチルオキシ、2−ヒドロキシ−3−メトキシプロピルオキシ、5−ヒドロキシペンチルオキシ、2−ヒドロキシ−2−(ヒドロキシメチル)ブチルオキシ、3−ヒドロキシ−2−ジ(ヒドロキシメチル)プロピルオキシ、6−ヒドロキシヘキシルオキシ、5,6−ジヒドロキシヘキシルオキシ、2−ヒドロキシシクロヘキシルオキシ、4−ヒドロキシシクロヘキシルオキシ、2,3,4,5,6−ペンタヒドロキシシクロヘキシルオキシ、2−(2−(2−ヒドロキシエチルオキシ)エチルオキシ)エチルオキシ、4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルオキシ、2−ジ(ヒドロキシメチル)ブチルオキシ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリールオキシ基としては、フェノキシ、ヒドロキシフェニルオキシ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基としては、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプロピルチオ、ブチルチオ、s−ブチルチオ、t−ブチルチオ、イソブチルチオ、アミルチオ、イソアミルチオ、t−アミルチオ、ヘキシルチオ、シクロヘキシルチオ、アダマンチルチオ、2−ヒドロキシエチルチオ、3−ヒドロキシプロピルチオ、2,3−ジヒドロキシプロピルチオ、2−ヒドロキシ−1−メチルプロピルチオ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基としては、フェニルチオ、ヒドロキシフェニルチオ等が挙げられ、
上記無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜12のエステル基としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロピルオキシカルボニル、フェノキシカルボニル、アセトキシ、メトキシアセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、t−ブチルカルボニルオキシ、ベンゾイルオキシ、アダマンチルカルボニルオキシ、2−ヒドロキシエトキシカルボニル、3−ヒドロキシプロピルオキシカルボニル、4−ヒドロキシフェノキシカルボニル、3−ヒドロキシプロピオニルオキシ、4−ヒドロキシブチリルオキシ、4−ヒドロキシベンゾイルオキシ等が挙げられる。
上記一般式(III)におけるR41〜R58で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、上記一般式(III)におけるR41〜R58で表される炭素原子数1〜18のアルコキシ基、上記一般式(III)におけるR41〜R58で表される炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、上記一般式(III)におけるR41〜R58で表される炭素原子数1〜12のエステル基、上記一般式(III)におけるR41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のアリール基、上記一般式(III)におけるR41〜R50及びR58で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、上記一般式(III)におけるR41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、上記一般式(III)におけるR41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のチオフェノキシ基は、置換基を有していてもよい。
上記置換基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、ペンチル、イソペンチル、t−ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、イソトリデシル、ミリスチル、パルミチル、ステアリル、シクロプロピル、シクロヘキシル、1−アダマンチル、2−アダマンチル、2−メチル−1−アダマンチル、2−メチル−2−アダマンチル、2−エチル−1−アダマンチル、2−エチル−2−アダマンチル、2−ノルボルニル、2−ノルボルニルメチル、カンファー−10−イル、ビニル、アリル、イソプロペニル、1−プロペニル、2−メトキシ−1−プロペニル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、ブロモメチル、ジブロモメチル、トリブロモメチル、ジフルオロエチル、トリクロロエチル、ジクロロジフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、デカフルオロペンチル、トリデカフルオロヘキシル、ペンタデカフルオロヘプチル、ヘプタデカフルオロオクチル、メトキシメチル、メトキシエトキシメチル、メチルチオメチル、エトキシエチル、ブトキシメチル、t−ブチルチオメチル、4−ペンテニルオキシメチル、トリクロロエトキシメチル、ビス(2−クロロエトキシ)メチル、メトキシシクロヘキシル、1−(2−クロロエトキシ)エチル、メトキシエチル、1−メチル−1−メトキシエチル、エチルジチオエチル、トリメチルシリルエチル、t−ブチルジメチルシリルオキシメチル、2−(トリメチルシリル)エトキシメチル、t−ブトキシカルボニルメチル、エチルオキシカルボニルメチル、エチルカルボニルメチル、t−ブトキシカルボニルメチル、アクリロイルオキシエチル、メタクリロイルオキシエチル、2−メチル−2−アダマンチルオキシカルボニルメチル、アセチルエチル等のアルキル基;フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、アントラセン−1−イル、フェナントレン−1−イル、o−トリル、m−トリル、p−トリル、4−ビニルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ−t−ブチルフェニル、2,5−ジ−t−ブチルフェニル、2,6−ジ−t−ブチルフェニル、2,4−ジ−t−ペンチルフェニル、2,5−ジ−t−アミルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ビフェニリル、2,4,5−トリメチルフェニル、9−フルオレニル、4−クロロフェニル、3,4−ジクロロフェニル、4−トリクロロフェニル、4−トリフルオロフェニル、フルオロフェニル、トリフルオロメチルフェニル、ペンタフルオロフェニル、ヘプタフルオロ−p−トリル、4−ホルミルフェニル、4−ニトロフェニル、エトキシナフチル、4−フルオロメチルフェニル、4−メトキシフェニル、2,4−ジニトロフェニル等のアリール基; ベンジル、メチルベンジル、ジメチルベンジル、トリメチルベンジル、フェニルベンジル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル、スチリル、シンナミル、フルオロベンジル、クロロベンジル、ブロモベンジル、シアノベンジル、ジクロロベンジル、メトキシベンジル、ジメトキシベンジル、ベンジルオキシメチル、メトキシベンジルオキシメチル、1−メチル−1−ベンジルオキシエチル、1−メチル−1−ベンジルオキシ−2−フルオロエチル、グアイアコールメチル、フェノキシメチル、フェニルチオメチル、ニトロベンジル、ジニトロベンズヒドリル、ジベンゾスベリル、(フェニルジメチルシリル)メトキシメチル、フェニルスルホニルエチル、トリフェニルホスホニオエチル、トリフェニルメトキシメチル、フェナシル、ブロモフェナシル等のアリールアルキル基;Rとして上記アルキル基、アリール基、アリールアルキル基や、テトラヒドロピラニル、3−ブロモテトラヒドロピラニル、テトラヒドロチオピラニル、メトキシテトラヒドロピラニル、メトキシテトラヒドロチオピラニル、4−メトキシテトラヒドロチオピラン−S,S−ジオキシド−4−イル、1−〔(2−クロロ−4−メチル)フェニル〕−4−メトキシピペリジン−4−イル、1,4−ジオキサン−2−イル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチオフラニル、2,3,3a,4,5,6,7,7a−オクタヒドロ−7,8,8−トリメチル−4,7−メタノベンゾフラン−2−イル、2−ピリジルメチル、4−ピリジルメチル、3−ピコリン−N−オキシド−2−イルメチル、1,3−ベンゾジチオラニル、ベンズイソチアゾリン−S,S−ジオキシド−3−イル、テトラフルオロ−4−ピリジル等の複素環基が含まれる、RO−で表されるアルコキシ基;RCO−で表されるアシル基;RCOO−やROCO−で表されるエステル基;ROCOO−で表されるカーボネート基;RS−で表されるスルファニル基;RSO−で表されるスルフィニル基;RSO2−で表されるスルホニル基;RSO3−で表されるスルホン酸エステル基;ホルミル基;カルボキシル基;ホルミルオキシ基;スルホ基;トリメチルシリルオキシ、トリエチルシリルオキシ、トリプロピルシリルオキシ、ジメチルプロピルシリルオキシ、ジエチルプロピルシリルオキシ、ジメチル(1,1,2,2−テトラメチル)エチルシリルオキシ、ブチルジメチルシリルオキシ、ブチルジフェニルシリルオキシ、トリベンジルシリルオキシ、トリキシリルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシ、ジフェニルメチルシリルオキシ、ブチルメトキシフェニルシリルオキシ等のシリルオキシ基;リン酸エステル基;ベンジルチオカーボネート;メチルジチオカーボネート;水酸基;ニトロ基;フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子が挙げられる。
上記一般式(III)におけるX3 -で表される陰イオンとしては、例えば、塩素陰イオン、臭素陰イオン、ヨウ素陰イオン、フッ素陰イオン等のハロゲン陰イオン;過塩素酸陰イオン、塩素酸陰イオン、チオシアン酸陰イオン、六フッ化リン酸陰イオン、六フッ化アンチモン陰イオン、六フッ化ヒ素陰イオン、四フッ化ホウ素陰イオン等の無機系陰イオン;メタンスルホン酸イオン、フルオロスルホン酸イオン、ベンゼンスルホン酸陰イオン、トルエンスルホン酸陰イオン、1−ナフチルスルホン酸陰イオン、2−ナフチルスルホン酸陰イオン、トリフルオロメタンスルホン酸陰イオン、ペンタフルオロエタンスルホン酸陰イオン、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸陰イオン、ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン、ウンデカフルオロペンタンスルホン酸陰イオン、トリデカフルオロヘキサンスルホン酸陰イオン、ペンタデカフルオロヘプタンスルホン酸陰イオン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸イオン、パーフルオロ−4−エチルシクロヘキサンスルホン酸イオン、N−アルキル(又はアリール)ジフェニルアミン−4−スルホン酸陰イオン、2−アミノ−4−メチル−5−クロロベンゼンスルホン酸陰イオン、2−アミノ−5−ニトロベンゼンスルホン酸陰イオン、特開2004−53799号公報に記載されたスルホン酸陰イオン、カンファースルホン酸陰イオン、フルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、ジフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、トリフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、テトラフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸陰イオン、等の有機スルホン酸陰イオン;オクチルリン酸陰イオン、ドデシルリン酸陰イオン、オクタデシルリン酸陰イオン、フェニルリン酸陰イオン、ノニルフェニルリン酸陰イオン、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)ホスホン酸陰イオン等の有機リン酸系陰イオン;ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホン)イミドイオン、ビス(ヘプタフルオロプロパンスルホン)イミドイオン、ビス(ノナフルオロブタンスルホン)イミドイオン、ビス(ウンデカフルオロペンタンスルホン)イミドイオン、ビス(ペンタデカフルオロヘプタンスルホン)イミドイオン、ビス(トリデカフルオロヘキサンスルホン)イミドイオン、ビス(ヘプタデカフルオロオクタンスルホンイミド)イオン、(トリフルオロメタンスルホン)(ノナフルオロブタンスルホン)イミドイオン、(メタンスルホン)(トリフルオロメタンスルホン)イミドイオン、シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド陰イオン等の有機フルオロスルホンイミドイオン;テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸陰イオン、テトラキス(4−フルオロフェニル)ホウ酸イオン、テトラフェニルホウ酸イオン、開2007−112854号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特開平成6−184170号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特表2002−526391号公報に記載されたホウ酸陰イオン、特願2007−285538号公報に記載されたホウ酸陰イオン等のテトラアリールホウ酸陰イオン;各種脂肪族又は芳香族カルボン酸アニオン;トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、トリス(メタンスルホニル)メチド等の有機スルホニルメチドイオン等が挙げられ、更に、アルキルスルホン酸イオンやフルオロ置換アルキルスルホン酸イオン、アルキルスルホンイミド、フルオロ置換アルキルスルホンイミドが、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基で置換されたものや、ノルボルニル基、アダマンチル基等の脂肪族環状アルキル基で置換されたものが挙げられる。また、励起状態にある活性分子を脱励起させる(クエンチングさせる)機能を有するクエンチャー陰イオンやシクロペンタジエニル環にカルボキシル基やホスホン酸基、スルホン酸基等の陰イオン性基を有するフェロセン、ルテオセン等のメタロセン化合物陰イオン等も、必要に応じて用いることができる。これらの陰イオンの中でも、安全性及び反応性(脱保護反応及び架橋反応)の点から、有機スルホン酸陰イオンが好ましい。
上記一般式(III)で表される芳香族スルホニウム塩化合物のカチオンの具体的な例としては、以下のNo.17〜26の構造が挙げられる。
Figure 2011105645
上記一般式(I)又は(III)で表される化合物のうち、下記一般式(IV)で表される化合物は、酸発生能の高い光酸発生剤が得られるので好ましい。
Figure 2011105645
(式(IV)中、R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69及びR70 は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
71、R72、R73、R74、R75、R76及びR77は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
78は、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
61〜R77で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R61〜R70及びR78で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR61〜R70及びR78で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
61〜R77で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R61〜R70及びR78で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR61〜R70及びR78で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
4 -は1価の陰イオンを表す。)
上記一般式(IV)におけるR61〜R77で表されるハロゲン原子、上記一般式(IV)におけるR61〜R77で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、上記一般式(IV)におけるR61〜R70及びR78で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアリール基、上記一般式(IV)におけるR61〜R70及びR78で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアリール基、並びに上記一般式(IV)におけるX4 -で表される陰イオンとしては、上記一般式(III)の説明で例示したものが挙げられる。
上記一般式(I)又は(III)で表される化合物のうち、下記一般式(V)で表される化合物は、溶媒への溶解性が高く現像性が高い光酸発生剤が得られるので好ましい。
Figure 2011105645
(式(V)中、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R87、R88、R89及びR90は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
91、R92、R93、R94、R95、R96及びR97は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
98は、水素原子、置換基を有する炭素原子数1〜10のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数11〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
81〜R98で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R81〜R90及びR98で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR81〜R90及びR98で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
81〜R98で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R81〜R90及びR98で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR81〜R90及びR98で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
5 -は1価の陰イオンを表す。
但し、R81〜R98のうち少なくとも1つは、水酸基、水酸基で置換された炭素原子数1〜18のアルキル基、水酸基で置換されたアリール基、又は水酸基で置換されたアリールアルキル基である。)
上記一般式(V)におけるR81〜R97で表されるハロゲン原子、上記一般式(V)におけるR81〜R97で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、上記一般式(V)におけるR81〜R90及びR98で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアリール基、上記一般式(V)におけるR81〜R90及びR98で表される無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアリール基、並びに上記一般式(V)におけるX5 -で表される陰イオンとしては、上記一般式(III)の説明で例示したものが挙げられる。
上記一般式(IV)又は(V)で表される芳香族スルホニウム塩化合物のカチオンの具体的な例としては、以下のNo.27〜36の構造が挙げられる。
Figure 2011105645
上記一般式(II)で表される芳香族スルホニウム塩化合物の中でも、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29及びR30の何れかが水酸基であるものが、現像性及び酸発生能が高いので好ましい。
また、上記一般式(III)で表される芳香族スルホニウム塩化合物の中でも、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49及びR50の何れかがハロゲン原子又は水酸基であり、R58が水酸基で置換された炭素原子数6〜20のアリール基又は炭素原子数7〜20のアリールアルキル基であるものが、現像性及び酸発生能が高いので好ましい。
本発明の芳香族スルホニウム塩化合物の製造方法としては、特に制限されることなく、周知の有機合成反応を応用した方法を用いることができる。例えば、ジアリールスルホキシド化合物と、アクリドン化合物とのスルホニオ化反応によりスルホニウム塩化合物を得て、必要に応じてアニオン成分を導入するための塩化合物を用いて塩交換反応を行うことにより、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物を得ることができる。
本発明の芳香族スルホニウム塩化合物は、EUV(Extreme Ultra−Violet)、X線、F2、ArF、KrF、I線、H線、G線等の遠紫外線、電子線、放射線、高周波等の活性エネルギー線の照射によりルイス酸を放出する特性を有し、酸反応性有機物質に作用して分解や重合をすることが可能である。従って、本発明のスルホニウム塩化合物は、ポジ型、及びネガ型フォトレジストの光酸発生剤として、又はカチオン重合開始剤として有用である。
本発明の光酸発生剤は、上記芳香族スルホニウム塩化合物からなる。本発明の光酸発生剤は、酸反応性有機物質、カチオン重合性化合物の重合、アクリル樹脂中のエステル基又はエーテル基等の化学結合の切断等に使用される。本発明の光酸発生剤を、酸反応性有機物質に対して使用する場合、その使用量は、特に制限されるものではないが、酸反応性有機物質100質量部に対して、好ましくは0.05〜100質量部、更に好ましくは0.05〜20質量部の割合で用いることが好ましい。但し、酸反応性有機物質の性質、光の照射強度、反応に要する時間、物性、コスト等の要因により、配合量を上述の範囲より増減させて用いることも可能である。
かかる酸反応性有機物質としては、後述する「酸の作用で現像液に対する溶解性が変化する樹脂」(以下、「レジストベース樹脂」とも称する)の他、光造形用樹脂等が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、上記酸反応性有機物質の一つであるレジストベース樹脂と共に、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物を必須の光酸発生剤として含有するレジスト組成物である。
本発明のレジスト組成物に用いるレジストベース樹脂は、特に制限されるものではないが、活性エネルギー線の波長の吸光係数が小さく、且つ、高いエッチング耐性を有する構造のものが好ましい。
かかるレジストベース樹脂としては、ポリヒドロキシスチレン及びその誘導体;ポリアクリル酸及びその誘導体;ポリメタクリル酸及びその誘導体;ヒドロキシスチレン、アクリル酸、メタクリル酸及びそれらの誘導体から選ばれ形成される2以上の共重合体;ヒドロキシスチレン、スチレン及びそれらの誘導体から選ばれ形成される2以上の共重合体;シクロオレフィン及びその誘導体、無水マレイン酸、及び、アクリル酸及びその誘導体から選ばれる3以上の共重合体;シクロオレフィン及びその誘導体、マレイミド、及び、アクリル酸及びその誘導体から選ばれる3以上の共重合体;ポリノルボルネン;メタセシス開環重合体からなる一群から選択される1種以上の高分子重合体;これら高分子重合体にアルカリ溶解制御能を有する酸不安定基を部分的に置換した高分子重合体等が挙げられる。高分子重合体に導入される酸不安定基としては、三級アルキル基、トリアルキルシリル基、オキソアルキル基、アリール基置換アルキル基、テトラヒドロピラン−2−イル基等の複素脂環基、三級アルキルカルボニル基、三級アルキルカルボニルアルキル基、アルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
かかるレジストベース樹脂の詳細な具体例は、例えば、特開2003−192665号公報の請求項8〜11、特開2004−323704の請求項3、特開平10−10733等に開示されている。
また、上記レジストベース樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、通常1,500〜300,000、好ましくは2,000〜200,000、更に好ましくは3,000〜100,000である。この場合、ベース樹脂のMwが1,500未満では、レジストとしての耐熱性が低下する傾向があり、一方300,000を越えると、レジストとしての現像性や塗布性が低下する傾向がある。
本発明のレジスト組成物中の光酸発生剤は、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物を必須成分として含有するものであれば、これ以外の光酸発生剤を任意成分として使用してもよい。光酸発生剤の使用量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、レジストベース樹脂100質量部に対して、通常、0.01〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。この場合、光酸発生剤の使用量が0.01質量部未満では、感度及び現像性が低下する場合があり、一方、20質量部を越えると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンを得られにくくなる場合がある。
本発明の芳香族スルホニウム塩化合物以外の光酸発生剤としては、ヨードニウム塩化合物、スルホニルイミド化合物等が挙げられる。本発明の芳香族スルホニウム塩化合物以外の光酸発生剤を用いる場合、その使用量は、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物100質量部に対して、好ましくは50質量部以下とする。
本発明の芳香族スルホニウム塩化合物からなる光酸発生剤は、これ以外の光酸発生剤と共に各種添加剤を配合して、本発明のレジスト組成物に用いてもよい。各種添加剤としては、無機フィラー、有機フィラー、顔料、染料等の着色剤、消泡剤、増粘剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、レべリング剤等の各種樹脂添加物等が挙げられる。これらの各種添加剤の使用量は、本発明のレジスト組成物中、好ましくは合計で50質量%以下とする。
本発明のレジスト組成物は、通常、その使用に際して、全固形分濃度が、通常5〜50重量%、好ましくは10〜25重量%となるように溶剤に溶解した後、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターで濾過することによって調整される。本発明のレジスト組成物は、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物からなる光酸発生剤、これ以外の光酸発生剤、レジストベース樹脂及びその他の任意成分を混合、溶解又は混練等の方法により調製することができる。
本発明のレジスト組成物は、特に、化学増幅型レジストとして有用である。化学増幅型レジストには、露光により光酸発生剤から発生した酸の作用によって、化学的な連鎖反応を起こし、ベース樹脂の架橋反応や極性変化で現像液に不溶化させるネガ型レジストと、高分子側鎖の脱保護反応で誘起される極性変化で現像液に可溶化させるポジ型レジストの2通りがある。
本発明のレジスト組成物の露光で使用される光源としては、使用する光酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等から適宜選定して使用されるが、本発明は、KrFエキシマーレーザー(波長248nm)又はArFエキシマーレーザー(波長193nm)等の遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線、EUV等の荷電粒子線等、各種の放射線を使用するレジスト組成物において好適に使用することが可能である。
本発明のカチオン重合性組成物は、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物からなる。また、本発明のカチオン重合性組成物は、本発明のカチオン重合開始剤と、カチオン重合性化合物とを含有する組成物であり、平板、凸版用印刷板の作成、プリント基板やIC、LSI作製のためのフォトレジスト、レリーフ像や画像複製等の画像形成、光硬化性のインキ、塗料、接着剤等、広範囲の応用分野において有用である。
本発明のカチオン重合性組成物に用いるカチオン重合性化合物は、光照射により活性化したカチオン重合開始剤により高分子化又は架橋反応を起こす化合物を言い、1種類にて、又は2種類以上混合して使用される。
上記カチオン重合性化合物として代表的なものは、エポキシ化合物、オキセタン化合物、環状ラクトン化合物、環状アセタール化合物、環状チオエーテル化合物、スピロオルトエステル化合物、ビニル化合物等であり、これらの1種又は2種以上使用することができる。中でも入手するのが容易であり、取り扱いに便利なエポキシ化合物及びオキセタン化合物が適している。
このうちエポキシ化合物としては、脂環族エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物等が適している。
上記脂環族エポキシ化合物の具体例としては、少なくとも1個の脂環族環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル又はシクロヘキセンやシクロペンテン環含有化合物を酸化剤でエポキシ化することによって得られるシクロヘキセンオキサイドやシクロペンテンオキサイド含有化合物が挙げられる。例えば、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−1−メチルシクロヘキシル−3,4−エポキシ−1−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、6−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−6−メチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−3−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−3−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−5−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−5−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシル等が挙げられる。
上記脂環族エポキシ化合物として好適に使用できる市販品としては、UVR−6100、UVR−6105、UVR−6110、UVR−6128、UVR−6200(以上、ユニオンカーバイド社製)、セロキサイド2021、セロキサイド2021P、セロキサイド2081、セロキサイド2083、セロキサイド2085、セロキサイド2000、セロキサイド3000、サイクロマーA200、サイクロマーM100、サイクロマーM101、エポリードGT−301、エポリードGT−302、エポリード401、エポリード403、ETHB、エポリードHD300(以上、ダイセル化学工業(株)製)、KRM−2110、KRM−2199(以上、ADEKA(株)製)等を挙げることができる。
上記脂環族エポキシ化合物の中でも、シクロヘキセンオキシド構造を有するエポキシ樹脂が、硬化性(硬化速度)の点で好ましい。
また、上記芳香族エポキシ化合物の具体例としては、少なくとも1個の芳香族環を有する多価フェノール又は、そのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、又はこれらに更にアルキレンオキサイドを付加した化合物のグリシジルエーテルやエポキシノボラック樹脂等が挙げられる。
更に、上記脂肪族エポキシ化合物の具体例としては、脂肪族多価アルコール又はそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートのビニル重合により合成したホモポリマー、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートとその他のビニルモノマーとのビニル重合により合成したコポリマー等が挙げられる。代表的な化合物として、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ソルビトールのテトラグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールのヘキサグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル等の多価アルコールのグリシジルエーテル、またプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン等の脂肪族多価アルコールに1種又は2種以上のアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステルが挙げられる。更に、脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテルやフェノール、クレゾール、ブチルフェノール、また、これらにアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル、高級脂肪酸のグリシジルエステル、エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシ化ポリブタジエン等が挙げられる。
上記芳香族化合物及び脂肪族エポキシ化合物として好適に使用できる市販品としては、エピコート801、エピコート828(以上、油化シェルエポキシ社製)、PY−306、0163、DY−022(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、KRM−2720、EP−4100、EP−4000、EP−4080、EP−4900、ED−505、ED−506(以上、(株)ADEKA製)、エポライトM−1230、エポライトEHDG−L、エポライト40E、エポライト100E、エポライト200E、エポライト400E、エポライト70P、エポライト200P、エポライト400P、エポライト1500NP、エポライト1600、エポライト80MF、エポライト100MF、エポライト4000、エポライト3002、エポライトFR−1500(以上、共栄社化学(株)製)、サントートST0000、YD−716、YH−300、PG−202、PG−207、YD−172、YDPN638(以上、東都化成(株)製)等を挙げることができる。
また、上記オキセタン化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物を挙げることができる。3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−(メタ)アリルオキシメチル−3−エチルオキセタン、(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチルベンゼン、4−フルオロ−[1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、4−メトキシ−[1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、[1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)エチル]フェニルエーテル、イソブトキシメチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−エチルヘキシル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、エチルジエチレングリコール(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンタジエン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラヒドロフルフリル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−テトラブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−トリブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシプロピル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ブトキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタクロロフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3'−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,4−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等を例示することができる。
これらオキセタン化合物は、特に可撓性を必要とする場合に使用すると効果的であるため好ましい。
上記カチオン重合性化合物のその他の化合物の具体例としては、β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン化合物;トリオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3,6−トリオキサンシクロオクタン等の環状アセタール化合物;テトラヒドロチオフェン誘導体等の環状チオエーテル化合物;上述のエポキシ化合物とラクトンの反応によって得られるスピロオルトエステル化合物;エチレングリコールジビニルエーテル、アルキルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、プロピレングリコールのプロペニルエーテル等のビニルエーテル化合物;スチレン、ビニルシクロヘキセン、イソブチレン、ポリブタジエン等のエチレン性不飽和化合物等のビニル化合物;テトラヒドロフラン、2,3−ジメチルテトラヒドロフラン等のオキソラン化合物;エチレンスルフィド、チオエピクロルヒドリン等のチイラン化合物;1,3−プロピンスルフィド、3,3−ジメチルチエタン等のチエタン化合物;シリコーン類等周知の化合物が挙げられる。
本発明の芳香族スルホニウム塩化合物からなるカチオン重合開始剤の使用量は、上記のカチオン重合性化合物100質量部に対して、好ましくは0.01〜10質量部、更に好ましくは0.1〜5質量部である。この使用量が0.01質量部より少ないと、硬化が不充分となる場合があり、一方、10質量部を超えても使用効果の増加が得られないばかりでなく、硬化物の物性に悪影響を与える場合がある。
また、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物からなるカチオン重合開始剤は、上記カチオン重合性化合物と共に各種添加剤を配合して、カチオン重合性組成物に用いてもよい。各種添加剤としては、有機溶剤;ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾエート系の紫外線吸収剤;フェノール系、リン系、硫黄系酸化防止剤;カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤等からなる帯電防止剤;ハロゲン系化合物、リン酸エステル系化合物、リン酸アミド系化合物、メラミン系化合物、フッ素樹脂又は金属酸化物、(ポリ)リン酸メラミン、(ポリ)リン酸ピペラジン等の難燃剤;炭化水素系、脂肪酸系、脂肪族アルコール系、脂肪族エステル系、脂肪族アマイド系又は金属石けん系の滑剤;染料、顔料、カーボンブラック等の着色剤;フュームドシリカ、微粒子シリカ、けい石、珪藻土類、クレー、カオリン、珪藻土、シリカゲル、珪酸カルシウム、セリサイト、カオリナイト、フリント、長石粉、蛭石、アタパルジャイト、タルク、マイカ、ミネソタイト、パイロフィライト、シリカ等の珪酸系無機添加剤;ガラス繊維、炭酸カルシウム等の充填剤;造核剤、結晶促進剤等の結晶化剤、シランカップリング剤、可撓性ポリマー等のゴム弾性付与剤;増感剤等が挙げられる。これらの各種添加剤の使用量は、本発明のカチオン重合性組成物中、好ましくは合計で50質量%以下とする。
また、上記カチオン重合性化合物へのカチオン重合開始剤の溶解を容易にするため、予めカチオン重合開始剤を適当な溶媒(例えば、プロピレンカーボネート、カルビトール、カルビトールアセテート、ブチロラクトン等)に溶解して使用することもできる。本発明のカチオン重合性組成物は、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物からなるカチオン重合開始剤、カチオン重合性化合物及びその他の任意成分を混合、溶解又は混練等の方法により調製することができる。
本発明のカチオン重合性組成物は、紫外線等のエネルギー線を照射することにより通常は0.1秒〜数分後に指触乾燥状態又は溶媒不溶性の状態に硬化することができる。適当なエネルギー線としては、カチオン重合開始剤の分解を誘発する限りいかなるものでもよいが、好ましくは、超高、高、中、低圧水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、蛍光灯、タングステンランプ、エキシマーランプ、殺菌灯、エキシマーレーザー、窒素レーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、ヘリウムネオンレーザー、クリプトンイオンレーザー、各種半導体レーザー、YAGレーザー、発光ダイオード、CRT光源等から得られる2000オングストロームから7000オングストロームの波長を有する電磁波エネルギーや電子線、X線、放射線等の高エネルギー線を利用する。
エネルギー線への暴露時間は、エネルギー線の強度、塗膜厚やカチオン重合性有機化合物によるが、通常は0.1秒〜10秒程度で十分である。しかし、比較的厚い塗装物についてはそれ以上の照射時間をかけたほうが好ましい。エネルギー線照射後0.1秒〜数分後には、ほとんどの組成物はカチオン重合により指触乾燥するが、カチオン重合を促進するため加熱やサーマルヘッド等による熱エネルギーを併用することも場合によっては好ましい。
下記実施例1−1〜1−7は、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物No.1〜No.7の製造例を示す。また、実施例2−1、2−2及び比較例2−1は、化合物No.1、No.5、及び比較化合物No.1をアルカリ現像性ネガレジストに配合した際の、アルカリ現像液に対する溶解性を確認する評価例を示す。実施例3−1、3−2及び比較例3−1は、化合物No.1、No.5及び比較化合物No.1における光酸発生量の定量による酸発生率の評価例を示す。実施例4−1及び比較例4−1は、化合物No.5及び比較化合物No.1の六フッ化アンチモン塩を光酸発生剤として配合したネガ型レジストの露光感度を確認する評価例を示す。実施例5は、カチオン重合開始剤として化合物No.1を用いたカチオン重合性組成物の製造例及び該組成物の硬化性を確認する評価例を示す。
[実施例1−1]化合物No.1の合成
200mlの四つ口フラスコに、メタンスルホン酸65.44g(0.6810モル)及び五酸化リン6.44g(0.0454モル)を仕込み窒素置換し、100℃に加熱し溶解させた。冷却した後、N−メチルアクリドン9.50g(0.0454モル)及びビス(ヒドロキシフェニル)スルホキシド10.63g(0.0454モル)を加え、50℃で4時間反応を行った。次いで、1Lのビーカーに、氷水180g、メタノール190g及びイソプロピルエーテル110gを混合しておき、ここに反応液を投入し、1時間撹拌後、静置した。上層を取り除き、下層に塩化メチレン370g及びノナフルオロブタンスルホン酸カリウム23.10g(0.0683モル)を加え1.5時間撹拌した。塩化メチレン層を水160gで3回洗浄後、減圧濃縮することにより、本発明の化合物No.1(カチオン:上記No.1の構造/アニオン:ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン)を得た(収量23.29g、収率70.6%、HPLC純度 94.6%)。
Figure 2011105645
[実施例1−2]化合物No.2の合成
ノナフルオロブタンスルホン酸カリウムに替えてKSbF6 18.76g(0.0683モル)を用いた以外は実施例1−1と同様に合成し、本発明の化合物No.2(カチオン:上記No.1の構造/アニオン:六フッ化アンチモン陰イオン)を得た(収量5.83g、収率19.4%、HPLC純度96.9%)。
Figure 2011105645
[実施例1−3]化合物No.3の合成
200mlの四つ口フラスコに、メタンスルホン酸72.08g(0.75モル)及び五酸化リン7.10g(0.05モル)を仕込み、窒素置換し、100℃に加熱し溶解させた。冷却した後、アクリドン9.76g(0.05モル)を仕込み、更にクロロベンゼン11.91gに溶解したビス(フルオロフェニル)スルホキシド11.91g(0.05モル)を滴下し、50℃で2時間反応を行った。次いで、1Lビーカーに、氷水200g、メタノール80g及びトルエン200gを混合しておき、ここに反応液を投入し、1時間撹拌後、静置した。上層を取り除き、下層に塩化メチレン200g及びトリフルオロメタンスルホン酸リチウム9.36g(0.06モル)を加え1時間撹拌した。塩化メチレン層を水300mlで3回洗浄後、減圧濃縮することにより、黄色固体として、本発明の化合物No.3(カチオン:上記No.19の構造/アニオン:ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン)を得た(収量28.27g、収率100%、HPLC純度 95.5%)。
Figure 2011105645
[実施例1−4]化合物No.4の合成
200mlの四つ口フラスコに、実施例1−3で得られた化合物No.3の28.27g(0.05モル)及びメチルエチルケトン64.00gを入れ撹拌し、溶解させた。更に水酸化ナトリウム2.80g(0.07モル)及びテトラブチルアンモニウムハイドロサルフェート4.00g(0.01モル)を入れ撹拌し、窒素置換した。内温30℃で3−メトキシベンジルブロマイド12.06g(0.06モル)を滴下した後、60℃に昇温し、3時間撹拌した。反応液を塩化メチレン200mlに加え、水100mlで3回水洗し、塩化メチレン層を溶媒留去した。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラム(塩化メチレン/アセトン=3/1)により精製し、本発明の化合物No.4(カチオン:上記No.30の構造/アニオン:ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン)を得た(収量14.29g、収率41.7%、HPLC純度99.0%)。
Figure 2011105645
[実施例1−5]化合物No.5の合成
50mlの四つ口フラスコに、実施例1−4で得られた化合物No.4の8.00g(0.0117モル)及び塩化メチレン24.00gを入れ撹拌し溶解させた。イソプロピルエーテル/ドライアイス浴に漬け冷却し、三臭化ホウ素7.89g(0.0315モル)を滴下した後、室温で24時間撹拌した。次いで、1Lビーカーに、塩化メチレン200ml及び水200mlを入れ、反応液を投入し、1時間撹拌し静置した。水層を取り除き、塩化メチレン層を水200mlで3回水洗し溶媒留去、粗生成物をシリカゲルクロマトグラム(塩化メチレン/アセトン=3/1)により精製し、本発明の化合物No.5(カチオン:上記No.29の構造/アニオン:ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン)を得た(収量3.57g、収率45.5%、HPLC純度98.8%)。
Figure 2011105645
[実施例1−6]化合物No.6の合成
<ステップ1>中間体No.6の合成
50mlの四つ口フラスコに、メタンスルホン酸18.74g(0.195モル)及び五酸化リン1.845g(0.013モル)を仕込み、窒素置換し、100℃に加熱し溶解させた。冷却した後、N−メチルアクリドン2.72g(0.013モル)及びビス(フルオロフェニル)スルホキシド3.10g(0.013モル)を加え、50℃で4時間反応を行った。次いで、500mlビーカーに、氷水30ml、メタノール25ml及びイソプロピルエーテル25mlを混合しておき、ここに反応液を投入して、1時間撹拌後静置した。上層を取り除き、塩化メチレン140ml及びKSbF64.64g(0.0169モル)を加え1時間撹拌した。塩化メチレン層を水70gで3回洗浄後、溶媒を留去し黄色固体として中間体No.6を得た(収量8.27g)。
Figure 2011105645
<ステップ2>化合物No.6の合成
30mlの四つ口フラスコに、ステップ1で得られた中間体No.6の1.332g、ジメチルスルホキシド(DMSO)8.00g、炭酸カリウム0.608g(0.0044モル)及びテトラブチルアンモニウムハイドロサルフェート0.034g(0.0001モル)を入れ撹拌し、窒素置換した。メルカプトエタノール0.313g(0.004モル)を滴下し、1時間撹拌した後、塩化メチレン50mlに加え、水30mlで4回水洗し、塩化メチレン層から溶媒を留去することにより化合物No.6(カチオン:上記No.3の構造/アニオン:六フッ化アンチモン陰イオン)を得た(収量0.718g、収率46.0%、HPLC純度93.0%)。
Figure 2011105645
[実施例1−7]化合物No.7の合成
<ステップ1>中間体No.7の合成
KSbF6に替えてトリフルオロメタンスルホン酸リチウム2.64g(0.0169モル)を用いた以外は実施例1−6のステップ1と同様にして合成を行い、黄色固体として中間体No.7を得た(収量7.03g)。
Figure 2011105645
<ステップ2>化合物No.7の合成
50mlの四つ口フラスコに、ステップ1で得られた中間体No.7の1.159g及びDMSO4.00gを入れ撹拌し溶解させた後、水酸化ナトリウム0.216g(0.0054モル)及びテトラブチルハイドロサルフェート0.160g(0.0004モル)を加え撹拌し窒素置換した。DMSO1.26gに溶解した4−ヒドロキシチオフェノール1.26g(0.01モル)を滴下し、内温35℃で6時間撹拌した。塩化メチレン20mlを加え、水20mlで4回水洗し、塩化メチレン層を濃縮した。メタノール30mlを入れ撹拌すると沈殿が生じたのでこれをろ別、乾燥することにより、化合物No.7(カチオン:上記No.8の構造/アニオン:ノナフルオロブタンスルホン酸陰イオン)を得た(収量0.26g、収率16%、HPLC純度93.8%)。
Figure 2011105645
上記実施例1−1〜1−7で得られた化合物No.1〜No.7の、H1及びF19NMRスペクトルデータとTOF MSによる分子量測定結果を[表1]に示す。尚、各化合物の付加位置については、[表1]に示す溶媒を用いたNMRのcosy、HMQC、HMBCの各種測定により決定した。
Figure 2011105645
[実施例2−1、2−2及び比較例2−1]ポリビニルフェノール/水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液に対する溶解度
スクリュー管にポリビニルフェノール(丸善石油化学製S−2P、Mw:5800)0.36g、及び3%TMAH水溶液10.00gを量りとり加熱、溶解させた。別のスクリュー管に、この溶液2.00gと上記化合物No.1、No.5及び比較化合物No.1(上記実施例1−7のステップ1で得られた中間体No.7)とをそれぞれ少量ずつ量りとり加熱し、溶解するか否かを目視で確認するという操作を繰り返し、飽和する濃度を確認した。一昼夜静置し、飽和溶液から固体が析出していないことを確認した。このときのポリビニルフェノールに対する各化合物の質量比を溶解度とし、算出した。結果を[表2]に示す。
Figure 2011105645
Figure 2011105645
[表2]の結果から、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物は、比較化合物No.1と比べて溶解性がはるかに高く、現像性に優れることが明らかである。
[実施例3−1、3−2及び比較例3−1]光照射による分解及び酸発生量の評価
上記化合物No.1、5及び比較化合物No.1について、それぞれ0.02mmol/gのアセトニトリル溶液を調製した。内径93mmのシャーレに調製したアセトニトリル溶液を5.00g入れ、TOSHIBA製蛍光ランプ(FL10BL、330mm)の下、365nmの光を0.8mW/cm2で5分間露光した。露光後の溶液について、BTBを指示薬とし、0.05Nの水酸化カリウムエタノール溶液で滴定を行った。得られた測定滴定値について、光照射前の溶液について同様に滴定をした値をブランクとして差し引く補正を行った滴定値から、下記式により、酸発生率を求めた。その結果を、下記の〔表3〕に示す。
酸発生率(%)=酸滴定値(mol)÷各化合物理論モル数(mol)×100
Figure 2011105645
[表3]の結果から、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物は、比較化合物と比べて光による酸発生率が高く、光酸発生剤として優位であることが確認された。
[実施例4−1及び比較例4−1]ネガ型レジスト組成物の調製及び評価
化合物No.5及び比較化合物No.1について六フッ化アンチモン塩を別途合成した。日本化薬製EPPN−201の100gをメチルエチルケトン(MEK)100gに溶解させ樹脂溶液を調製し、上記六フッ化アンチモン塩について、それぞれ0.05gをこの樹脂溶液8.00gに溶解させレジスト液を調製した。これをアルミ板上に#9のバーコーターで塗布し、80℃で10分乾燥した後、超高圧水銀ランプと照射分光器を用いて露光した。80℃で10分間ベークし、MEKに30秒間浸漬することにより現像し、キシレンで洗浄した。波長405nmの光を照射することにより形成されたパターンから硬化に必要な露光量を算出した。その結果を、下記の〔表4〕に示す。
Figure 2011105645
[表4]の結果から、本発明の芳香族スルホニウム塩化合物を用いたレジスト組成物は、比較化合物を用いたものと比べて硬化性が高く、特にネガ型レジスト組成物として優位であることが確認された。
[実施例5]カチオン重合性組成物の製造及び評価
3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート80g及び1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル20gを混合したものに、化合物No.1を4mmol添加し、よく撹拌し均一にした。これをアルミコート紙上に#3のバーコーターで塗布した。これに、ベルトコンベア付き光照射装置を使用して80W/cmの高圧水銀灯の光を照射した。ランプからベルトコンベアまでの距離は10cm、ベルトコンベアのラインスピードは8m/分とした。硬化後24時間室温に放置後、メチルエチルケトンを付けた綿棒で塗膜を擦った結果200往復しても塗膜は侵されず、硬化が十分に進行していることが確認された。

Claims (9)

  1. 下記一般式(I)で表される芳香族スルホニウム塩化合物。
    Figure 2011105645
    (式(I)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9及びR10は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    11、R12、R13、R14、R15、R16及びR17は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
    18は、水素原子、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    1〜R18で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR1〜R10及びR18で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
    1〜R18で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R1〜R10及びR18で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR1〜R10及びR18で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
    1 -は1価の陰イオンを表す。)
  2. 下記一般式(II)で表されることを特徴とする請求項1記載の芳香族スルホニウム塩化合物。
    Figure 2011105645
    (式(II)中、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29 及びR30は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    31、R32、R33、R34、R35、R36及びR37は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
    38は無置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、
    21〜R38で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R21〜R30で表される炭素原子数6〜20のアリール基、及びR21〜R30で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
    21〜R38で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R21〜R30で表される炭素原子数6〜20のアリール基、及びR21〜R30で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
    2 -は1価の陰イオンを表す。
    但し、R21〜R30のうち少なくとも1つは、水酸基、水酸基で置換された炭素原子数1〜18のチオアルコキシ基、又は水酸基で置換されたチオフェノキシ基である。)
  3. 下記一般式(III)で表されることを特徴とする請求項1記載の芳香族スルホニウム塩化合物。
    Figure 2011105645
    (式(III)中、R41、R42、R43、R44、R45、R46 、R47、R48、R49及びR50は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    51、R52、R53、R54、R55、R56及びR57は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
    58は、水素原子、置換基を有する炭素原子数1〜10のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数11〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    41〜R58で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR41〜R50及びR58で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
    41〜R58で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R41〜R50及びR58で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR81〜R90及びR98で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
    3 -は1価の陰イオンを表す。)
  4. 下記一般式(IV)で表されることを特徴とする請求項1又は3記載の芳香族スルホニウム塩化合物。
    Figure 2011105645
    (式(IV)中、R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69及びR70は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    71、R72、R73、R74、R75、R76及びR77は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
    78は、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    61〜R77で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R61〜R70及びR78で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR61〜R70及びR78で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
    61〜R77で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R61〜R70及びR78で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR61〜R70及びR78で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
    4 -は1価の陰イオンを表す。)
  5. 下記一般式(V)で表されることを特徴とする請求項1又は3のいずれかに記載の芳香族スルホニウム塩化合物。
    Figure 2011105645
    (式(V)中、R81、R82、R83、R84、R85、R86、R87、R88、R89及びR90 は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    91、R92、R93、R94、R95、R96及びR97は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数1〜18のアルキル基を表し、
    98は、水素原子、置換基を有する炭素原子数1〜10のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数11〜18のアルキル基、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数6〜20のアリール基、又は無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、
    81〜R98で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R81〜R90及びR98で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR81〜R90及びR98で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基が有する置換基の数に制限はなく、
    81〜R98で表される炭素原子数1〜18のアルキル基、R81〜R90及びR98で表される炭素原子数6〜20のアリール基、並びにR81〜R90及びR98で表される炭素原子数7〜20のアリールアルキル基中のメチレン鎖は、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−又は−O−CO−で中断されていてもよく、
    5 -は1価の陰イオンを表す。
    但し、R81〜R98のうち少なくとも1つは、水酸基、水酸基で置換された炭素原子数1〜18のアルキル基、水酸基で置換されたアリール基、又は水酸基で置換されたアリールアルキル基である。)
  6. 請求項1〜5の何れかに記載の芳香族スルホニウム塩化合物からなることを特徴とする光酸発生剤。
  7. 請求項6記載の光酸発生剤を含有してなることを特徴とするレジスト組成物。
  8. 請求項1〜5の何れかに記載の芳香族スルホニウム塩化合物からなることを特徴とするカチオン重合開始剤。
  9. 請求項7記載のカチオン重合開始剤を含有してなることを特徴とするカチオン重合性組成物。
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