JP2012226324A - レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 - Google Patents

レジスト組成物及びレジストパターンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた解像度及びラインエッジラフネス(LER)を有するレジストパターンを得ることができるレジスト組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】(A)アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂、(B)酸に不安定な基を有する酸発生剤及び(D)式(I)で表される化合物を含有するレジスト組成物。
Figure 2012226324

[式中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜7のアシル基、炭素数2〜7のアシルオキシ基、炭素数2〜7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す;m及びnは、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。]
【選択図】なし

Description

本発明は、レジスト組成物及び該レジスト組成物を用いるレジストパターンの製造方法等に関する。
特許文献1には、樹脂と、酸発生剤と、2,6−ジイソプロピルアニリンからなるクエンチャーと、溶剤とからなるレジスト組成物が記載されている。
特開2006−257078号公報
従来のレジスト組成物から製造されるレジストパターンは、解像度及びラインエッジラフネスが必ずしも十分に満足できるものではない場合があった。
本発明は、以下の発明を含む。
[1](A)アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂、
(B)酸に不安定な基を有する酸発生剤及び
(D)式(I)で表される化合物を含有するレジスト組成物。
Figure 2012226324
[式(I)中、
及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜7のアシル基、炭素数2〜7のアシルオキシ基、炭素数2〜7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す。
m及びnは、それぞれ独立に、0〜4の整数を表し、mが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なり、nが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なる。]
[2](B)が式(II−0)で表される酸発生剤である[1]記載のレジスト組成物。
Figure 2012226324
[式(II−0)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
01は、単結合又は置換基を有してもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表し、該炭化水素基に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
環Wは、置換基を有していてもよい炭素数3〜18の炭化水素環を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
[3](B)が式(II)で表される酸発生剤である[1]又は[2]記載のレジスト組成物。
Figure 2012226324
[式(II)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
環Wは、置換基を有していてもよい炭素数3〜18の炭化水素環を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
[4]L1が、単結合又は−CO−O−L11−(L11は炭素数1〜6のアルカンジイル基を表し、*は−CQ1−との結合手を表す。)である[3]記載のレジスト組成物。
[5]さらに溶剤を含有する[1]〜[4]のいずれか記載のレジスト組成物。
[6](1)上記[1]〜[5]のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程を含むレジストパターンの製造方法。
本発明のレジスト組成物によれば、優れた解像度及びラインエッジラフネス(LER)を有するレジストパターンを得ることができる。
本明細書では、「(メタ)アクリル系モノマー」とは、「CH2=CH−CO−」又は「CH2=C(CH3)−CO−」の構造を有するモノマーの少なくとも1種を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」及び「(メタ)アクリル酸」とは、それぞれ「アクリレート及びメタクリレートの少なくとも1種」及び「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。「(メタ)アクリロイル」は、「アクリロイル及びメタクリロイルの少なくとも1種」を意味する。
〈レジスト組成物〉
本発明のレジスト組成物は、
(A)アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂(以下「樹脂(A)」という場合がある)、
(B)酸に不安定な基を有する酸発生剤(以下「酸発生剤(B)」という場合がある)及び
(D)式(I)で表される化合物(以下「化合物(I)」という場合がある)を含有する。
本発明のレジスト組成物は、さらに溶剤(E)を含有していることが好ましい。
〈樹脂(A)〉
樹脂(A)は、アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液に可溶となる特性を有する。「酸の作用によりアルカリ可溶となる」とは、酸の接触前ではアルカリ水溶液に不溶又は難溶であるが、酸の接触後にはアルカリ水溶液に可溶となることを意味する。
このような樹脂(A)は、分子内にある親水性基の一部又は全部が、酸の接触により脱離し得る脱離基により保護されているものであり、樹脂(A)が酸と接触するとこの脱離基が脱離して、樹脂(A)はアルカリ水溶液に可溶となる。この脱離基により保護されている親水性基を、以下「酸不安定基」と称する場合がある。親水性基としては、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が挙げられ、カルボキシ基がより好ましい。
樹脂(A)は、酸不安定基を有するモノマー(以下「モノマー(a1)」という場合がある)を重合することによって製造することができる。かかる重合の際には、モノマー(a1)を1種のみ使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、樹脂(A)は、上述した性質を備える限り、後述する酸安定モノマーに由来する構造単位、当該分野で公知のモノマーに由来する構造単位等を含んでいてもよい。
<モノマー(a1)>
酸不安定基としては、例えば、式(1)で表される基、式(2)で表される基などが挙げられる。
Figure 2012226324
[式(1)中、Ra1〜Ra3は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜20の脂環式炭化水素基を表すか、Ra1及びRa2は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を形成する。*は結合手を表す。]
Figure 2012226324
[式(2)中、Ra1'及びRa2'は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Ra3'は、炭素数1〜20の炭化水素基を表すか、Ra2'及びRa3'は互いに結合して炭素数2〜20の2価の炭化水素基を形成し、該炭化水素基及び該2価の炭化水素基に含まれる−CH−は、−O―又は―S−で置き換わってもよい。]
a1〜Ra3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
Figure 2012226324
a1及びRa2が互いに結合して形成する場合の−C(Ra1)(Ra2)(Ra3)としては、下記の基が挙げられる。2価の炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜12である。
Figure 2012226324
式(1)においては、Ra1〜Ra3の脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数3〜16である。
式(1)で表される酸に不安定な基としては、例えば、1,1−ジアルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1〜Ra3がアルキル基である基、好ましくはtert−ブトキシカルボニル基)、2−アルキルアダマンタン−2−イルオキシカルボニル基(式(1)中、Ra1、Ra2及び炭素原子がアダマンチル基を形成し、Ra3がアルキル基である基)及び1−(アダマンタン−1−イル)−1−アルキルアルコキシカルボニル基(式(1)中、Ra1及びRa2がアルキル基であり、Ra3がアダマンチル基である基)などが挙げられる。
a1'〜Ra3'の炭化水素基としては、例えば、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。2価の炭化水素基は、これら炭化水素基から水素原子を1つ取り除いた基が挙げられる。
アルキル基及び脂環式炭化水素基は、上記と同様のものが挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
式(2)においては、Ra1'及びRa2'のうち、少なくとも1つは水素原子であることが好ましい。
式(2)で表される基の具体例としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012226324
モノマー(a1)は、好ましくは、酸不安定基と炭素−炭素二重結合とを有するモノマー、より好ましくは酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
特に、モノマー(a1)は、好ましくは、酸不安定基(1)及び/又は酸不安定基(2)と、炭素−炭素二重結合とをともに分子内に有するモノマーであり、より好ましくは酸不安定基(1)を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
酸不安定基を有する(メタ)アクリル系モノマーのうち、好ましくは、炭素数5〜20の脂環式炭化水素基を有するものが挙げられる。脂環式炭化水素基のような嵩高い構造を有するモノマー(a1)を重合して得られる樹脂を使用すれば、レジストパターンの解像度を向上させることができる。
酸不安定基と脂環式炭化水素基とを有する(メタ)アクリル系モノマーに由来する構造単位として、好ましくは式(a1−1)で表される構造単位又は式(a1−2)で表される構造単位が挙げられる。これらは単独で含有してもよく、2種以上を含有してもよい。
Figure 2012226324
[式(a1−1)及び式(a1−2)中、
a1及びLa2は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−を表し、k1は1〜7の整数を表し、*は−CO−との結合手を表す。
a4及びRa5は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a6及びRa7は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基を表す。
m1は0〜14の整数を表す。
n1は0〜10の整数を表す。
n1’は0〜3の整数を表す。]
a1及びLa2は、好ましくは、−O−又は−O−(CH2k1−CO−O−であり、より好ましくは−O−である。k1は、好ましくは1〜4の整数、より好ましくは1である。
a4及びRa5は、好ましくはメチル基である。
a6及びRa7のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等が挙げられる。Ra6及びRa7のアルキル基は、好ましくは炭素数6以下である。
a6及びRa7の脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。脂環式炭化水素基は、好ましくは炭素数8以下、より好ましくは6以下である。
Figure 2012226324
m1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
n1’は好ましくは0又は1である。
式(a1−1)で表される構造単位を誘導するモノマーとしては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。下式(a1−1−1)〜(a1−1−8)で表されるモノマーが好ましく、下式(a1−1−1)〜(a1−1−4)で表されるモノマーがより好ましい。
Figure 2012226324
式(a1−2)で表される構造単位を誘導するモノマーとしては、例えば、1−エチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘキサン−1−イル(メタ)アクリレート、1−エチルシクロヘプタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−メチルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート、1−イソプロピルシクロペンタン−1−イル(メタ)アクリレート等が挙げられる。下式(a1−2−1)〜(a1−2−12)で表されるモノマーが好ましく、下式(a1−2−3)〜(a1−2−4)及び下式(a1−2−9)〜(a1−2−10)で表されるモノマーがより好ましく、下式(a1−2−3)及び下式(a1−2−9)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
樹脂(A)が式(a1−1)で表される構造単位及び/又は式(a1−2)で表される構造単位を含む場合、これらの合計含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常10〜95モル%であり、好ましくは15〜90モル%であり、より好ましくは20〜85モル%である。
他のモノマー(a1)としては、例えば、酸不安定基(2)を有する(メタ)アクリル系モノマーである式(a1−5)で表されるモノマー(以下「モノマー(a1−5)」という場合がある)が挙げられる。
Figure 2012226324
式(a1−5)中、
31は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数1〜6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表す。
〜Lは、酸素原子、硫黄原子又は−O−(CH2k1−CO−O−で表される基を表す。ここで、k1は1〜7の整数を表し、*はカルボニル基(−CO−)との結合手である。
は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基であり、該アルカンジイル基中に含まれるメチレン基は、オキシ基又はカルボニル基に置き換わっていてもよい。
s1及びs1’は、それぞれ独立して、0〜4の整数を表す。
式(a1−5)においては、R31は、水素原子、メチル基及びトリフルオロメチル基が好ましい。
は、酸素原子が好ましい。
及びLは、一方が酸素原子、他方が硫黄原子であると好ましい。
s1は、1が好ましい。
s1’は、0〜2の整数が好ましい。
は、単結合又は−CH−CO−O−が好ましい。
モノマー(a1−5)としては、以下のモノマーが挙げられる。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
樹脂(A)が、モノマー(a1−5)に由来する構造単位を有する場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、1〜50モル%の範囲が好ましく、3〜45モル%の範囲がより好ましく、5〜40モル%の範囲がさらに好ましい。
〈酸安定モノマー〉
レジスト組成物に用いる樹脂(A)としては、モノマー(a1)に加えて、酸不安定基を有さないモノマー(以下「酸安定モノマー」という場合がある)を用いて得られる共重合体であることが好ましい。また、レジスト組成物は、酸安定モノマー及び/又は当該分野で公知のモノマーから得られる樹脂をさらに含有していてもよい。
酸安定モノマーとしては、好ましくは、ヒドロキシ基又はラクトン環を有するモノマーが挙げられる。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(以下「ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)」という場合がある)又はラクトン環を含有する酸安定モノマー(以下「ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)」という場合がある)に由来する構造単位を有する樹脂を使用すれば、レジストパターンの解像度及び基板との密着性を向上させることができる。
〈ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)〉
レジスト組成物をKrFエキシマレーザ露光(248nm)、電子線又はEUVなどの高エネルギー線露光に用いる場合、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、好ましくは、ヒドロキシスチレン類であるフェノール性ヒドロキシ基を有する酸安定モノマーを使用する。短波長のArFエキシマレーザ露光(193nm)などを用いる場合は、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)として、好ましくは、式(a2−1)で表されるヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーを使用する。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマーとして、式(a2−1)で表されるモノマーが挙げられる。
Figure 2012226324
式(a2−1)中、
a3は、−O−又は−O−(CH2k2−CO−O−を表し、
k2は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a14は、水素原子又はメチル基を表す。
a15及びRa16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基又はヒドロキシ基を表す。
o1は、0〜10の整数を表す。
式(a2−1)では、La3は、好ましくは、−O−、−O−(CH2f1−CO−O−であり、より好ましくは−O−である。ここで、f1は、1〜4の整数である。
a14は、好ましくはメチル基である。
a15は、好ましくは水素原子である。
a16は、好ましくは水素原子又はヒドロキシ基である。
o1は、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0又は1である。
ヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)としては、例えば、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。下式(a2−1−1)〜(a2−1−6)で表されるモノマーが好ましく、下式(a2−1−1)〜(a2−1−4)で表されるモノマーがより好ましく、下式(a2−1−1)又は(a2−1−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2012226324
樹脂(A)が式(a2−1)で表されるモノマーに由来する構造単位を含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常3〜45モル%であり、好ましくは5〜40モル%であり、より好ましくは5〜35モル%であり、さらに好ましくは5〜20モル%である。
〈ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)〉
酸安定モノマー(a3)が有するラクトン環は、例えば、β−プロピオラクトン環、γ−ブチロラクトン環、δ−バレロラクトン環のような単環でもよく、単環式のラクトン環と他の環との縮合環でもよい。これらラクトン環の中で、好ましくは、γ−ブチロラクトン環、又は、γ−ブチロラクトン環と他の環との縮合環が挙げられる。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、好ましくは、式(a3−1)、式(a3−2)又は式(a3−3)で表される。これらの1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Figure 2012226324
式(a3−1)〜式(a3−3)中、
a4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k3−CO−O−を表す。
k3は1〜7の整数を表す。*は−CO−との結合手を表す。
a18〜Ra20は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表す。
a21は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
p1は0〜5の整数を表す。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、カルボキシ基、シアノ基又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
q1及びr1は、それぞれ独立に0〜3の整数を表す。p1が2以上のとき、複数のRa21は同一又は相異なり、q1が2以上のとき、複数のRa22は同一又は相異なり、r1が2以上のとき、複数のRa23は、同一又は相異なる。
a21〜Ra23のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert-ブチル基、sec-ブチル基等が挙げられる。
式(a3−1)〜式(a3−3)では、La4〜La6は、それぞれ独立に、−O−又は−O−(CH2k3−CO−O−であることが好ましく、より好ましくは−O−である。k3は、好ましくは1〜4の整数であり、より好ましくは1である。
a18〜Ra21は、好ましくはメチル基である。
a22及びRa23は、それぞれ独立に、好ましくはカルボキシ基、シアノ基又はメチル基である。
p1〜r1は、それぞれ独立に、好ましくは0〜2、より好ましくは0又は1である。
ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)としては、特開2010−204646号公報に記載されたモノマーが挙げられる。下式(a3−1−1)〜(a3−1−4)、(a3−2−1)〜(a3−2−4)、(a3−3−1)〜(a3−3−4)で表されるモノマーが好ましく、下式(a3−1−1)〜(a3−1−2)、(a3−2−3)〜(a3−2−4)で表されるモノマーがより好ましく、下式(a3−1−1)又は(a3−2−3)で表されるモノマーがさらに好ましい。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
樹脂(A)がラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)に由来する構造単位を含む場合、その含有率は、樹脂(A)の全構造単位に対して、通常5〜70モル%であり、好ましくは10〜65モル%であり、より好ましくは10〜60モル%である。
〈その他のモノマー(a4)〉
樹脂(A)は、上記モノマー以外のその他の公知のモノマー(a4)に由来する構造単位を有していてもよい。
樹脂(A)が、モノマー(a1)と酸安定モノマーとの共重合体である場合、モノマー(a1)に由来する構造単位は、全構造単位100モル%に対して、好ましくは10〜80モル%、より好ましくは20〜60モル%である。
アダマンチル基を有するモノマーに由来する構造単位(特に、式(a1−1)で表される構造単位)の含有率は、好ましくはモノマー(a1)に由来する構造単位の合計量に対して15モル%以上である。アダマンチル基を有する構造単位の比率が増えると、レジストパターンのドライエッチング耐性が向上する。
樹脂(A)は、好ましくは、モノマー(a1)と、酸安定モノマーとの共重合体である。この共重合体において、モノマー(a1)は、より好ましくは式(a1−1)で表される構造単位を誘導するモノマー及び式(a1−2)表される構造単位を誘導するモノマー(好ましくはシクロヘキシル基又はシクロペンチル基を有するモノマー)の少なくとも1種、さらに好ましくは式(a1−1)で表される構造単位を誘導するモノマーである。また、酸安定モノマーは、好ましくは、ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)及び/又はラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)である。ヒドロキシ基を有する酸安定モノマー(a2)は、好ましくはヒドロキシアダマンチル基を有する酸安定モノマー(a2−1)であり、ラクトン環を有する酸安定モノマー(a3)は、より好ましくはγ−ブチロラクトン環を有する酸安定モノマー(a3−1)及びγ−ブチロラクトン環とノルボルナン環との縮合環を有する酸安定モノマー(a3−2)の少なくとも1種である。
樹脂(A)を構成する各構造単位は、1種のみ又は2種以上を組み合わせて用いてもよく、これら構造単位を誘導するモノマーを用いて、公知の重合法(例えばラジカル重合法)によって製造することができる。
樹脂(A)の重量平均分子量は、好ましくは、2,500以上(より好ましくは3,000以上、さらに好ましくは4,000以上)、50,000以下(より好ましくは30,000以下、さらに好ましくは15,000以下)である。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー分析により、標準ポリスチレン基準の換算値として求められるものであり、該分析の詳細な分析条件は、本願の実施例で詳述する。
本発明のレジスト組成物においては、樹脂(A)の含有率は、好ましくは、レジスト組成物の固形分中80質量%以上99質量%以下である。本明細書において「組成物の固形分」とは、後述する溶剤(E)を除いたレジスト組成物成分の合計を意味する。組成物の固形分及びこれに対する樹脂(A)の含有率は、例えば、液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィーなどの公知の分析手段で測定することができる。
〈酸発生剤(B)〉
酸発生剤(B)は、酸に不安定な基を有する。ここで「酸に不安定な基」は、上述したように、酸と接触すると脱離基が開裂して、親水性基(例えば、ヒドロキシ基又はカルボキシ基)を形成する基であって、例えば、上述した式(1)で表される基、式(2)で表される基などが挙げられる。酸発生剤(B)としては、例えば、特開2009−145408号公報、特開2009−229603号公報及び特開2010−111660号公報に記載されている酸発生剤、式(II−0)で表される塩が挙げられる。以下、式(II−0)で表される塩を、「塩(II−0)」という場合がある。
Figure 2012226324
[式(II−0)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
01は、単結合又は置換基を有してもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表し、該炭化水素基に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
環Wは、置換基を有していてもよい炭素数3〜18の炭化水素環を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
式(II−0)におけるQ1及びQ2のペルフルオロアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロsec−ブチル基、ペルフルオロtert−ブチル基、ペルフルオロペンチル基、ペルフルオロヘキシル基などが挙げられる。
1及びQ2は、好ましくはトリフルオロメチル基又はフッ素原子であり、より好ましくはフッ素原子である。
式(II−0)におけるL01の2価の炭化水素基としては、アルカンジイル基、2価の脂環式炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基及びこれらの組み合わせ等が挙げられる。なかでも、L01の置換基を有してもよい2価の炭化水素基としては、アルカンジイル基又は式(II−0−L01)で表される2価の基が挙げられる。
Figure 2012226324
[式(II−0−L01)中、
02及びL03は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
環W02は、炭素数3〜12の飽和炭化水素環を表し、該飽和炭化水素環に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
vは、0〜2の整数を表す。
は、炭素数1〜6のアルキル基を表す。
wは、0〜2の整数を表す。wが2である場合、複数のRは同じであっても異なっていてもよい。
ただし、L02及びL03のアルカンジイル基に含まれる炭素原子の数と、環W02の飽和炭化水素環に含まれる炭素原子の数と、Rのアルキル基に含まれる炭素原子の総数との合計は、20以下である。]
アルカンジイル基としては、直鎖状アルカンジイル基及び分枝鎖状アルカンジイル基が挙げられる。
直鎖状アルカンジイル基としては、例えばメチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基が挙げられる。
分枝鎖状アルカンジイル基としては、例えば、前記直鎖状アルカンジイル基に、炭素数1〜4のアルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等)の側鎖を付け加えたものが挙げられる。
これらの基は、2種以上を組み合わせたものでもよい。

なかでも、L01のアルカンジイル基は、炭素数1〜10のアルカンジイル基が好ましい。
式(II−0−L01)において、L02は、−CO−O−L04−、−CO−O−L05−O−又は−CO−O−L06−CO−O−(L04は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基を表し、L05は、炭素数1〜5のアルカンジイル基を表し、L06は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、*は−C(Q)(Q)−との結合手を表す。)であることが好ましい。
03は、−O−L07−又は−CO−O−L08−(L07は、炭素数1〜7のアルカンジイル基を表し、L08は、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表し、*は環W02との結合手を表す。)であることが好ましい。
環W02の飽和炭化水素環とは、不飽和結合を含まない、炭素及び水素のみからなる環をいう。飽和炭化水素環としては、例えば、シクロヘキサン環、アダマンタン環等が挙げられ、アダマンタン環が好ましい。
の炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基イソプロピル基、ブチル墓、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、へキシル基等が挙げられ、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1〜2のアルキル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
式(II−0−L01)において、以下の式(II−L01−A)で表される2価の基としては、例えば、以下で表される2価の基などが挙げられる。
Figure 2012226324
[式(II−A)中、W02、R、v及びwは、上記と同じ意味を表す。
*は、結合手を表す。]
Figure 2012226324
01における2価の炭化水素基が有する置換基としては、ヒドロキシ基又は炭素数1〜6のアルキル基等が挙げられる。
また、L01における−CH−が−O−又は−CO−で置き換わった基は、好ましくは式(b1−1)〜式(b1−6)のいずれか、より好ましくは式(b1−1)〜式(b1−4)のいずれか、さらに好ましくは式(b1−1)又は式(b1−2)で表される。なお、式(b1−1)〜式(b1−6)は、その左右を式(II−0)に合わせて記載しており、左側でC(Q1)(Q2)−と結合し、右側で−CO−と結合する。以下の式(b1−1)〜式(b1−6)の具体例も同様である。
Figure 2012226324
[式中、Lb2〜Lb13は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルカンジイル基を表す。]
式(b1−1)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
式(b1−2)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
式(b1−3)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
式(b1−4)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
式(b1−5)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
式(b1−6)で表される2価の基としては、例えば以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−0)におけるRの炭化水素基としては、例えば、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基等が挙げられる。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
Figure 2012226324
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
としては、アルキル基が好ましく、特に、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましい。
式(II−0)における環Wの炭化水素環としては、炭素数3〜12の炭化水素環が好ましい。なかでも、飽和の炭化水素環がより好ましく、シクロヘキサン環及びアダマンタン環がさらに好ましい。
環Wにおける炭化水素環が有する置換基としては、R以外に、ハロゲン原子又はヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子又はヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、式(II−1)〜式(II−4)で表される基等が挙げられる。なかでも、ヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルキル基、ヒドロキシ基で置換されていてもよい炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、式(II−1)〜式(II−4)で表される基が好ましく、さらに、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒドロキシ基、式(II−1)〜式(II−4)で表される基がより好ましい。*は環Wとの結合手を表す。
Figure 2012226324
[式(II−1)中、Aは、炭素数1〜6のアルカンジイル基を表す。
は、炭素数1〜6のアルキル基を表す。]
Figure 2012226324
[式(II−2)中、R、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を表す。]
Figure 2012226324
[式(II−3)中、R、R10及びR11は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を表す。]
Figure 2012226324
[式(II−4)中、
は、炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は、−O−又は−CO−で置き換わっていてもよい。
環Wは、炭素数3〜18の飽和炭化水素環を表し、該飽和炭化水素環に含まれる−CH−は、−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
14は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、ヒドロキシ基、炭素数1〜6のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜6のヒドロキシアルコキシ基を表す。
tは、0〜3の整数を表す。tが2又は3である場合、複数のR14は同一又は相異なる。]
ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素原子が挙げられる。
ハロゲン原子置換アルキル基及びハロゲン原子置換アルコキシ基としては、フッ素原子で置換されているアルキル基及びアルコキシ基が好ましい。
ヒドロキシ基置換アルキル基としては、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
ヒドロキシ基置換アルコキシ基としては、ヒドロキシメトキシ基、ヒドロキシエトキシ基、ヒドロキシプロポキシ基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基及びドデシルオキシ基などが挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシ基にカルボニル基が結合した基が挙げられる。
飽和炭化水素環としては、上述した脂環式炭化水素基と同様のものが挙げられる。
は、−O−L−CO−O−、−O−L−CO−O−L−O−、−CO−O−L10−CO−O−、−O−CO−L11−O−又は−O−L12−O−であることが好ましく、−O−L−CO−O−又は−CO−O−L10−CO−O−がより好ましく、−O−CH−CO−O−又は−O−CH−CO−O−C−O−が特に好ましい。ここで、L〜L12は、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルカンジイル基を表し、*は環Wとの結合手を表す。
式(II−1)で表される基としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−2)で表される基としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−3)で表される基としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−4)で表される基としては、以下の基が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−4)で表される基のなかでも、式(II−4−1)及び式(II−4−2)で表される基が好ましい。
環Wにおける炭化水素環の置換基において、アルキル基としては、炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が特に好ましい。
式(II−0)における式(II−A)で表される基としては、下記の基がより好ましい。*は−O−との結合手を表す。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
なかでも、塩(II−0)は、L01が炭素数1〜10のアルカンジイル基である式(II)で表される塩(以下、「塩(II)」という場合がある)であることが好ましい。
Figure 2012226324
[式(II)中、
1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
は、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
環Wは、置換基を有していてもよい炭素数3〜18の炭化水素環を表す。
+は、有機カチオンを表す。]
式(II)におけるQ1及びQ2、R、環W及びZ+は、上記と同義であり、式(II−0)の各例と同様の基が挙げられる。Lは、炭素数が異なる以外、L01と同様の基が挙げられる。
さらに、塩(II−0)としては、、以下の式(II−4a)で表される塩が好ましい。
Figure 2012226324
式(II−4a)におけるQ1、Q2、L、R、環W、L、環W、R14、t及びZ+は、上記と同義であり、上述した各例と同様の基が挙げられる。
塩(II−0)としては、例えば、以下の塩が挙げられる。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
式(II−0)で表される塩に含まれる有機カチオン(Z+)は、有機オニウムカチオン、例えば、有機スルホニウムカチオン、有機ヨードニウムカチオン、有機アンモニウムカチオン、ベンゾチアゾリウムカチオン、有機ホスホニウムカチオンなどが挙げられ、好ましくは、有機スルホニウムカチオン又は有機ヨードニウムカチオンであり、より好ましくは、以下の式(b2−1)、式(b2−2)、式(b2−3)又は式(b2−4)で表される有機カチオンである。
Figure 2012226324
式(b2−1)〜式(b2−4)において、
b4〜Rb6は、それぞれ独立に、炭素数1〜30の炭化水素基を表し、この炭化水素基のうちでは、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基及び炭素数6〜18の芳香族炭化水素基が好ましい。前記アルキル基は、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を有していてもよく、前記脂環式炭化水素基は、ハロゲン原子、炭素数2〜4のアシル基又はグリシジルオキシ基を有していてもよく、前記芳香族炭化水素基は、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を有していてもよい。また、Rb4とRb5が一緒になってヘテロ原子を有してもよい環を形成してもよい。
b7及びRb8は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
m2及びn2は、それぞれ独立に0〜5の整数を表す。
b9及びRb10は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表すか、Rb9とRb10とは、それらが結合する硫黄原子とともに互いに結合して3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成する。該環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。
b11は、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。
b12は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の芳香族炭化水素基を表す。該芳香族炭化水素基は、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基又は炭素数1〜12のアルキルカルボニルオキシ基で置換されていてもよい。
b11とRb12は、それらが結合する−CH−CO−とともに3員環〜12員環(好ましくは3員環〜7員環)を形成していてもよい。該環に含まれるメチレン基は、酸素原子、硫黄原子又はカルボニル基に置き換わってもよい。
b13〜Rb18は、それぞれ独立に、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基を表す。
b11は、酸素原子又は硫黄原子を表す。
o2、p2、s2及びt2は、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。
q2及びr2は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。
u2は0又は1を表す。
o2が2以上であるとき、複数のRb13は同一又は相異なり、p2が2以上であるとき、複数のRb14は同一又は相異なり、s2が2以上であるとき、複数のRb15は同一又は相異なり、t2が2以上であるとき、複数のRb18は同一又は相異なる。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、単環式又は多環式のいずれでもよく、単環式の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロへキシル基、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、デカヒドロナフチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基、メチルノルボルニル基、下記のような基等が挙げられる。
Figure 2012226324
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p−メチルフェニル基、p−tert−ブチルフェニル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
アルキルカルボニルオキシ基としては、メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基、sec−ブチルカルボニルオキシ基、tert−ブチルカルボニルオキシ基、ペンチルカルボニルオキシ基、ヘキシルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基及び2−エチルヘキシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
b4とRb5が一緒になって形成してもよいイオウ原子を含む環としては、単環式、多環式、芳香族性、非芳香族性、飽和及び不飽和のいずれの環であってもよく、イオウ原子を1以上含むものであれば、さらに、1以上のイオウ原子及び/又は1以上の酸素原子を含んでいてもよい。該環としては、炭素数3〜18の環が好ましく、炭素数4〜13の環がより好ましい。
b9〜Rb12のアルキル基は、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基及び2−エチルヘキシル基などが好ましい。
b9〜Rb11の脂環式炭化水素基は、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、シクロヘプチル基、シクロデシル基、2−アルキルアダマンタン−2−イル基、1−(アダマンタン−1−イル)アルカン−1−イル基及びイソボルニル基などが好ましい。
b12の芳香族炭化水素基は、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−シクロへキシルフェニル基、4−メトキシフェニル基、ビフェニリル基及びナフチル基などが好ましい。
b12の芳香族炭化水素基とアルキル基が結合したものは、典型的にはアラルキル基である。
b9とRb10とが結合する硫黄原子とともに形成する環としては、例えば、チオラン−1−イウム環(テトラヒドロチオフェニウム環)、チアン−1−イウム環及び1,4−オキサチアン−4−イウム環などが挙げられる。
b11とRb12とが結合する−CH−CO−とともに形成する環としては、例えば、オキソシクロヘプタン環、オキソシクロヘキサン環、オキソノルボルナン環及びオキソアダマンタン環などが挙げられる。
式(b2−1)〜式(b2−4)で表される有機カチオンの具体例は、特開2010−204646号公報に記載されたものを挙げることができる。
例示した有機カチオンの中でも、カチオン(b2−1)が好ましく、以下の式(b2−1−1)で表される有機カチオン〔以下、「カチオン(b2−1−1)」という場合がある〕がより好ましく、トリフェニルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=0である。)、ジフェニルトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=0、x2=1であり、Rb21がメチル基である。)又はトリトリルスルホニウムカチオン(式(b2−1−1)中、v2=w2=x2=1であり、Rb19、Rb20及びRb21がいずれもメチル基である。)がさらに好ましい。
Figure 2012226324
式(b2−1−1)中、
b19〜Rb21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を表す。また、Rb19〜Rb21から選ばれる2つが一緒になってヘテロ原子を有してもよい環を形成してもよい。
v2、w2及びx2は、それぞれ独立に0〜5の整数(好ましくは0又は1)を表す。
v2が2以上のとき、複数のRb19は同一又は相異なり、w2が2以上のとき、複数のRb20は同一又は相異なり、x2が2以上のとき、複数のRb21は同一又は相異なる。
なかでも、Rb19、Rb20及びRb21は、それぞれ独立に、好ましくは、ハロゲン原子(より好ましくはフッ素原子)、ヒドロキシ基、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基である。
カチオン(b2−1−1)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
カチオン(b2−2)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2012226324
カチオン(b2−3)としては、以下のカチオンが挙げられる。
Figure 2012226324
塩(II−0)は、上述のアニオン及び上述の有機カチオンの組合せであり、これらは任意に組み合わせることができる。以下の表に、塩(II−0)の具体例を示す。なお、表において、式(b1−s−1)で表される塩などを、その式番号に応じて、「(b1−s−1)」などと表し、式(b2−c−1)で表される有機カチオンなどを、その式番号に応じて、「(b2−c−1)」などと表す。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
さらに好ましい塩(II−0)としては、以下のものが挙げられる。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
式(II−0)又は式(II)で表される塩は、例えば、以下の方法(a)〜(f)又はそれに準じた方法によって製造することができる。なお、以下の式における置換基は、上記と同義である。
(a)式(II)で表される塩のうち、Lが単結合である式(II−1A)で表される塩は、式(II−1−a)で表される化合物と、式(II−1−b)で表される化合物とを塩基触媒下で反応させることにより製造することができる。
反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、クロロホルム等が挙げられる。塩基触媒としては、リチウムアミド等が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−1−b)で表される化合物は、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成することができる。
(b)式(II)で表される塩のうち、Lが−CO−O−CH−である式(II−2A)で表される塩は以下の方法で製造することができる。
まず、式(II−1−a)で表される化合物と、式(II−2−c)で表される化合物とを、塩基性触媒下で反応させることにより、式(II−2−d)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
次いで、式(II−1−b)で表される塩と式(II−2−d)で表される化合物とを塩基触媒下で反応させることにより、式(II−2)で表される塩を得ることができる。 反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、クロロホルム等が挙げられる。塩基触媒としては、リチウムアミド等が挙げられる。
Figure 2012226324
[式中、X及びXは、それぞれ独立に、ハロゲン原子を表す。]
ハロゲン原子としては、塩素原子が好ましい。
(c)式(II)で表される塩のうち、Lが単結合であり、かつ環Wの置換基が式(II−4)であり、L−O−L−CO−O−(*は環Wとの結合手)である化合物(II−3A)は、以下の方法で製造することができる。
Figure 2012226324
式(b1−a)で表される化合物と式(b1−b)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(b1−c)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 2012226324
[式中、符号は、上記と同義である。]
式(b1−c)で表される化合物と式(b1−d)で表される化合物とを触媒下で反応させることにより、式(b1−e)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Figure 2012226324
式(b1−f)で表される塩は、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成することができる。
式(b1−e)で表される化合物と式(b1−f)で表される塩とを触媒下で反応させることにより、式(II−3A)で表される塩を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、モノクロロベンゼン等が挙げられる。触媒としては、硫酸等が挙げられる。
Figure 2012226324
(d)式(II−0)で表される塩として、例えば、式(II−0A)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 2012226324
式(II−0A−a)で表される化合物と式(II−0A−b)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(b1−c)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ピリジン等が挙げられる。
Figure 2012226324
[X及びXは、それぞれ独立に、ハロゲン原子を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、塩素原子が好ましい。]
式(II−0A−c)で表される化合物と式(II−0A−d)で表される化合物とを触媒下で反応させることにより、式(II−0A−e)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−0A−f)で表される塩と式(II−0A−g)で表される化合物とを反応させることにより、式(II−0A−h)で表される塩を得ることができる。
式(II−0A−f)で表される塩は、例えば、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成することができる。
Figure 2012226324
式(II−0A−e)で表される化合物と式(II−0A−h)で表される塩とを、溶媒中で反応させることにより、式(II−0A)で表される塩を得ることができる。溶媒としては、アセトニトリル等が挙げられる。
Figure 2012226324
(e)例えば、式(II−0B)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 2012226324
式(II−0A−c)で表される化合物と式(II−0B−d)で表される化合物とを触媒下で反応させることにより、式(II−0B−e)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。触媒としては、炭酸カリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−0B−f)で表される塩と式(II−0B−g)で表される化合物とを反応させることにより、式(II−0B−h)で表される塩を得ることができる。
式(II−0B−f)で表される塩は、例えば、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成することができる。
Figure 2012226324
式(II−0B−e)で表される化合物と式(II−0B−h)で表される塩とを、溶媒中で反応させることにより、式(II−0B)で表される塩を得ることができる。溶媒としては、アセトニトリル等が挙げられる。
Figure 2012226324
(f)式(II−0C)で表される塩の製造方法を下記に示す。
Figure 2012226324
式(II−0C−a)で表される化合物と式(II−0C−b)で表される化合物を塩基性触媒下で、反応させることにより、式(II−0C−c)で表される化合物を得ることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン等が挙げられる。塩基触媒としては、ジメチルアミノピリジン等が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−0C−c)で表される化合物を触媒下、分子内反応させることにより、式(II−0C−d)で表される化合物を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、クロロホルム等が挙げられる。触媒としては、m−クロロ過安息香酸等が挙げられる。
Figure 2012226324
式(II−0C−d)で表される化合物と式(II−0A−f)で表される塩とを触媒下反応させることにより、式(II−0C)で表される塩を得ることができる。反応は溶媒中で行ってもよく、溶媒としては、クロロホルム等が挙げられる。触媒としては、リチウムアミド等が挙げられる。
Figure 2012226324
酸発生剤中に含まれる式(IIa)で表される基は、酸の作用により分解し、カルボン酸を発生するものであることが好ましい。
式(IIa)で表される基を有する酸発生剤は、以下の方法で、酸の作用により分解し、アルカリ可溶基に変換したかどうか確認できる。
例えば、式(IIa)で表される基を有する酸発生剤を、溶剤に溶解し、酸添加後、加熱することにより、式(IIa)で表される基がカルボキシ基及びビニル化合物に変換する。
溶剤としては、ジメチルホルムアミドが好ましい。
酸としては、塩酸が好ましい。
Figure 2012226324
(Rは、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R4‘は、水素原子又は炭素数1〜11の炭化水素基を表す。)
式(II−0)で表される塩を、酸発生剤として使用する場合、単独でも複数種を併用してもよい。
また、本発明のレジスト組成物は、上述した式(II−0)に加えて、式(II−0)で表される塩以外の酸発生剤として公知の塩(例えば、塩(II−0)に含まれる有機カチオン及び公知のアニオン(塩(II−0)に含まれるスルホン酸アニオン以外のアニオン)からなる塩並びに塩(II−0)に含まれるスルホン酸アニオン及び公知のカチオン(塩(II−0)に含まれる有機カチオン以外のカチオン)からなる塩等)を酸発生剤(B)として含んでいてもよい。
式(II−0)で表される塩と併用する酸発生剤としては、例えば、式(B1−1)〜式(B1−20)で表されるものが挙げられる。中でもトリフェニルスルホニウムカチオン又はトリトリルスルホニウムカチオンを含むものが好ましく、式(B1−1)、式(B1−2)、式(B1−3)、式(B1−6)、式(B1−7)、式(B1−11)、式(B1−12)、式(B1−13)及び式(B1−14)でそれぞれ表される塩がさらに好ましい。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
Figure 2012226324
本発明のレジスト組成物においては、酸発生剤(B)の含有量は、樹脂(A)100質量部に対しては、好ましくは1質量部以上(より好ましくは3質量部以上)、好ましくは40質量部以下(より好ましくは35質量部以下)である。
酸発生剤(B)が塩(II−0)のみを含有する場合、その含有量は、樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1質量部以上(より好ましくは3質量部以上)、好ましくは30質量部以下(より好ましくは25質量部以下)である。
レジスト組成物が、塩(II−0)及びその他の酸発生剤を酸発生剤(B)として含有する場合、塩(II−0)とその他の酸発生剤との含有量の比(質量)は、例えば、5:95〜95:5、好ましくは10:90〜90:10、より好ましくは15:85〜85:15である。
<式(I)で表される化合物>
式(I)で表される化合物(以下「化合物(I)」という場合がある)を以下に示す。
Figure 2012226324
[式(I)中、
及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜7のアシル基、炭素数2〜7のアシルオキシ基、炭素数2〜7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す。
m及びnは、それぞれ独立に、0〜4の整数を表し、mが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なり、nが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なる。]
式(I)においては、R及びRの炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基及びこれらの組み合わせ等が挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ノニル基等のアルキル基が挙げられる。
脂環式炭化水素基としては、単環式及び多環式のいずれでもよく、飽和及び不飽和のいずれでもよい。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、シクロへキシル基、シクロノニル基、シクロドデシル基等のシクロアルキル基、ノルボニル基、アダマンチル基等が挙げられる。特に、飽和の脂環式炭化水素が好ましい。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−プロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、4−ブチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−ヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、アントリル基、p−アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6−ジエチルフェニル基、2−メチル−6−エチルフェニル等のアリール基等が挙げられる。
これらの組み合わせとしては、アルキル−シクロアルキル基、シクロアルキル−アルキル基、アラルキル基(例えば、フェニルメチル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、1−フェニル−1−プロピル基、1−フェニル−2−プロピル基、2−フェニル−2−プロピル基、3−フェニル−1−プロピル基、4−フェニル−1−ブチル基、5−フェニル−1−ペンチル基、6−フェニル−1−ヘキシル基等)等が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。
アシル基としては、アセチル基、プロパノイル基、ベンゾイル基、シクロヘキサンカルボニル基等が挙げられる。
アシルオキシ基としては、上記アシル基にオキシ基(−O−)が結合した基等が挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、上記アルコキシ基にカルボニル基(−CO−)が結合した基等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
式(I)においては、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜4のアシル基、炭素数2〜4のアシルオキシ基、炭素数2〜4のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子が好ましい。
m及びnは、それぞれ独立に、0〜2の整数が好ましく、0がより好ましい。mが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なり、nが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なる。
化合物(I)としては、以下の化合物が挙げられる。
Figure 2012226324
Figure 2012226324
化合物(I)は、「Tetrahedron Vol. 45, No. 19, p6281-6296」に記載の方法で製造することができる。また、化合物(I)は、市販されている化合物を用いることができる。
化合物(I)の含有率は、レジスト組成物の固形分中、好ましくは、0.01〜5質量%程度であり、より好ましく0.01〜3質量%程度であり、特に好ましく0.01〜1質量%程度である。
〈溶剤(E)〉
本発明のレジスト組成物に含有される溶剤(E)の含有率は、例えばレジスト組成物中90質量%以上、好ましくは92質量%以上、より好ましくは94質量%以上であり、例えば99.9質量%以下、好ましくは99質量%以下である。溶剤(E)の含有率は、例えば液体クロマトグラフィー又はガスクロマトグラフィー等の公知の分析手段で測定できる。
溶剤(E)としては、例えば、エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのようなグリコールエーテルエステル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルのようなグリコールエーテル類;乳酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルのようなエステル類;アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケトン類;γ−ブチロラクトンのような環状エステル類;等を挙げることができる。溶剤(E)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
〈塩基性化合物(以下「塩基性化合物(C)」という場合がある)〉
塩基性化合物(C)はクエンチャーとして作用する化合物である。
塩基性化合物(C)は、好ましくは塩基性の含窒素有機化合物であり、例えばアミン及びアンモニウム塩が挙げられる。アミンとしては、脂肪族アミン及び芳香族アミンが挙げられる。脂肪族アミンとしては、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンが挙げられる。塩基性化合物(C)として、好ましくは、式(C1)で表される化合物〜式(C8)で表される化合物が挙げられ、より好ましくは式(C1−1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012226324
[式(C1)中、Rc1、Rc2及びRc3は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表し、該アルキル基及び該脂環式炭化水素基に含まれる水素原子は、ヒドロキシ基、アミノ基又は炭素数1〜6のアルコキシ基で置換されていてもよく、該芳香族炭化水素基に含まれる水素原子は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい。]
Figure 2012226324
[式(C1−1)中、Rc2及びRc3は、上記と同じ意味を表す。
c4は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数5〜10の脂環式炭化水素又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表す。
m3は0〜3の整数を表し、m3が2以上のとき、複数のRc4は同一又は相異なる。]
Figure 2012226324
[式(C2)、式(C3)及び式(C4)中、Rc5、Rc6、Rc7及びRc8は、それぞれ独立に、Rc1と同じ意味を表す。
c9は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6の脂環式炭化水素基又は炭素数2〜6のアルカノイル基を表す。
n3は0〜8の整数を表し、n3が2以上のとき、複数のRc9は同一又は相異なる。]
Figure 2012226324
[式(C5)及び式(C6)中、Rc10、Rc11、Rc12、Rc13及びRc16は、それぞれ独立に、Rc1と同じ意味を表す。
c14、Rc15及びRc17は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
o3及びp3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、o3が2以上であるとき、複数のRc14は同一又は相異なり、p3が2以上であるとき、複数のRc15は、同一又は相異なる。
c1は、炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
Figure 2012226324
[式(C7)及び式(C8)中、Rc18、Rc19及びRc20は、それぞれ独立に、Rc4と同じ意味を表す。
q3、r3及びs3は、それぞれ独立に0〜3の整数を表し、q3が2以上であるとき、複数のRc18は同一又は相異なり、r3が2以上であるとき、複数のRc19は同一又は相異なり、及びs3が2以上であるとき、複数のRc20は同一又は相異なる。
c2は、単結合又は炭素数1〜6のアルカンジイル基、−CO−、−C(=NH)−、−S−又はこれらを組合せた2価の基を表す。]
式(C1)〜式(C8)においては、アルキル基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、アルコキシ基、アルカンジイル基は、上述したものと同様のものが挙げられる。
アルカノイル基としては、アセチル基、2−メチルアセチル基、2,2−ジメチルアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ペンタノイル基、2,2−ジメチルプロピオニル基等が挙げられる。
式(C1)で表される化合物としては、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、アニリン、ジイソプロピルアニリン、2−,3−又は4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、ジフェニルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、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、トリノニルアミン、トリデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジペンチルアミン、メチルジヘキシルアミン、メチルジシクロヘキシルアミン、メチルジヘプチルアミン、メチルジオクチルアミン、メチルジノニルアミン、メチルジデシルアミン、エチルジブチルアミン、エチルジペンチルアミン、エチルジヘキシルアミン、エチルジヘプチルアミン、エチルジオクチルアミン、エチルジノニルアミン、エチルジデシルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕アミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノ−1,2−ジフェニルエタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジフェニルメタン等が挙げられ、好ましくはジイソプロピルアニリンが挙げられ、特に好ましくは2,6−ジイソプロピルアニリンが挙げられる。
式(C2)で表される化合物としては、ピペラジン等が挙げられる。
式(C3)で表される化合物としては、モルホリン等が挙げられる。
式(C4)で表される化合物としては、ピペリジン及び特開平11−52575号公報に記載されているピペリジン骨格を有するヒンダードアミン化合物等が挙げられる。
式(C5)で表される化合物としては、2,2’−メチレンビスアニリン等が挙げられる。
式(C6)で表される化合物としては、イミダゾール、4−メチルイミダゾール等が挙げられる。
式(C7)で表される化合物としては、ピリジン、4−メチルピリジン等が挙げられる。
式(C8)で表される化合物としては、1,2−ジ(2−ピリジル)エタン、1,2−ジ(4−ピリジル)エタン、1,2−ジ(2−ピリジル)エテン、1,2−ジ(4−ピリジル)エテン、1,3−ジ(4−ピリジル)プロパン、1,2−ジ(4−ピリジルオキシ)エタン、ジ(2−ピリジル)ケトン、4,4’−ジピリジルスルフィド、4,4’−ジピリジルジスルフィド、2,2’−ジピリジルアミン、2,2’−ジピコリルアミン、ビピリジン等が挙げられる。
アンモニウム塩としては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトライソプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、3−(トリフルオロメチル)フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムサリチラート及びコリン等が挙げられる。
塩基性化合物(C)の含有率は、レジスト組成物の固形分量を基準に、好ましくは、0.01〜5質量%程度であり、より好ましく0.01〜3質量%程度であり、特に好ましく0.01〜1質量%程度である。
〈その他の成分(以下「その他の成分(F)」という場合がある)〉
本発明のレジスト組成物は、必要に応じて、その他の成分(F)を含有していてもよい。その他の成分(F)に特に限定はなく、レジスト分野で公知の添加剤、例えば、増感剤、溶解抑止剤、界面活性剤、安定剤、染料等を利用できる。
<レジスト組成物の調製>
本発明のレジスト組成物は、樹脂(A)、酸発生剤(B)及び式(I)で表される化合物、並びに必要に応じて用いられる溶剤(E)、塩基性化合物(C)及びその他の成分(F)を混合することにより調製することができる。混合順は任意であり、特に限定されるものではない。混合する際の温度は、10〜40℃の範囲から、樹脂などの種類や樹脂等の溶剤(E)に対する溶解度等に応じて適切な温度範囲を選ぶことができる。混合時間は、混合温度に応じて、0.5〜24時間の中から適切な時間を選ぶことができる。なお、混合手段も特に制限はなく、攪拌混合などを用いることができる。
各成分を混合した後は、孔径0.003〜0.2μm程度のフィルターを用いてろ過することが好ましい。
〈レジストパターンの製造方法〉
本発明のレジストパターンの製造方法は、
(1)本発明のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
(2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
(3)組成物層を露光する工程、
(4)露光後の組成物層を加熱する工程及び
(5)加熱後の組成物層を現像する工程を含む。
レジスト組成物の基体上への塗布は、スピンコーター等、通常、用いられる装置によって行うことができる。
塗布後の組成物を乾燥することにより、溶剤を除去し、組成物層を形成する。乾燥は、例えば、ホットプレート等の加熱装置を用いて溶剤を蒸発させること(いわゆるプリベーク)により行うか、あるいは減圧装置を用いて行い、溶剤が除去された組成物層を形成する。この場合の温度は、例えば、50〜200℃程度が好ましい。また、圧力は、1〜1.0×10Pa程度が好ましい。
得られた組成物層は、通常、露光機を用いて露光する。露光機は、液浸露光機であってもよい。この際、通常、求められるパターンに相当するマスクを介して露光が行われる。露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArFエキシマレーザ(波長193nm)、F2エキシマレーザ(波長157nm)のような紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源(YAG又は半導体レーザ等)からのレーザ光を波長変換して遠紫外域または真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの、電子線、超紫外光(EUV)を照射するもの等、種々のものを用いることができる。
露光後の組成物層を、脱保護基反応を促進するために加熱処理(いわゆるポストエキスポジャーベーク)する。加熱温度としては、通常50〜200℃程度、好ましくは70〜150℃程度である。
加熱後の組成物層を、現像装置を用いて、通常、アルカリ現像液を利用して現像する。
ここで用いられるアルカリ現像液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液であればよい。例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液等が挙げられる。
現像後、超純水でリンスし、基板及びパターン上に残った水を除去することが好ましい。
〈用途〉
本発明のレジスト組成物は、KrFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、ArFエキシマレーザ露光用のレジスト組成物、電子線(EB)露光用のレジスト組成物又はEUV露光用のレジスト組成物、特に液浸露光用のレジスト組成物として好適であり、半導体の微細加工に有用である。
実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。例中、含有量ないし使用量を表す「%」及び「部」は、特記しないかぎり質量基準である。樹脂(A)の組成比(樹脂(A)製造に用いた各モノマーに由来する構造単位の、樹脂(A)に対する共重合比)は、重合終了後の反応液における未反応モノマー量を、液体クロマトグラフィーを用いて測定し、得られた結果から重合に用いられたモノマー量を求めることにより算出した。また重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより求めた値である。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーの分析条件は下記のとおりである。
装置 :HLC−8120GPC型(東ソー社製)
カラム:TSKgel Multipore HXL-M x 3+guardcolumn(東ソー社製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流量:1.0mL/min
検出器:RI検出器
カラム温度:40℃
注入量:100μl
分子量標準:標準ポリスチレン(東ソー社製)
合成例1:式(II−9)で表される塩の合成
Figure 2012226324
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、水素化ナトリウム5.78部及びテトラヒドロフラン15.00部を仕込み、0℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、式(II9−a)で表される化合物(5−ヒドロキシ−2−アダマンタノン、東京化成製)11.00部及びテトラヒドロフラン40.00部の混合溶液を0℃で2時間かけて添加し、0℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、さらに、メトキシメチルクロライド8.50部を0℃で40分かけて添加し、0℃で2時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水55.00部及び酢酸エチル220.00部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水55.00部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層を濃縮することにより、式(II9−b)で表される化合物14.03部を得た。
Figure 2012226324
温度計及び攪拌装置を備えたフラスコに、テトラヒドロフラン6.00部、塩化リチウム1.67部及び塩化亜鉛0.41部を添加し、室温で30分間攪拌した。得られた混合物に、エチルマグネシウムクロライド40.76mlを23℃で1時間かけて添加した後、0℃に冷却し、式(II9−b)で表される化合物6.00部及びテトラヒドロフラン12.00部の混合溶液を1時間かけて添加し、さらに、0℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、酢酸1.60部を添加し、30分間攪拌した。得られた混合物を濃縮した後、酢酸エチル36.00部及び飽和塩化アンモニウム水溶液12.00部を添加し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、イオン交換水12.00部を添加し、分液を行って有機層を回収した。水洗操作を3回行った。回収された有機層に、硫酸マグネシウム1.00部を添加し、攪拌した後、ろ過した。回収されたろ液層を濃縮し、以下の条件でカラム分取することにより、式(II9−c)で表される化合物5.00部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
Figure 2012226324
特開2008−13551号公報に記載された方法で得た式(II9−d)で表される化合物5.00部、クロロホルム30.00部、式(II9−c)で表される化合物3.12部、モレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 5A、和光純薬製)7.00部及びリチウムアミド0.14部を仕込み、80℃で120時間加熱還流した後、ろ過した。得られたろ液に、シュウ酸0.28部及びイオン交換水7.50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル6.88部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣を濃縮することにより、式(II9−d)で表される化合物0.22部を得た。得られた式(II9−d)で表される化合物0.22部をクロロホルム10部に溶解し、1N塩酸5部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、分液を行った。得られた有機層を濃縮して、式(II―9)で表される塩0.15部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 353.1
合成例2:式(II−1)で表される塩の合成
Figure 2012226324
特開2008−13551号公報に記載された方法で得た式(II1−a)で表される塩4.98部及びアセトニトリル25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。その後、式(II1−b)で表される化合物2.17部を添加し、70℃で2時間攪拌し、式(II1−c)で表される化合物を含む溶液を得た。得られた式(II1−c)で表される化合物を含む溶液に、50℃で、式(II1−d)で表される化合物1.86部、クロロホルム14.91部及びアセトニトリル2.79部の混合溶液を1時間かけて滴下し、さらに、50℃で12時間攪拌した後、得られた反応物を濃縮した。得られた濃縮物に、クロロホルム40部及び2%シュウ酸水20部を加え、23℃で30分間攪拌した。その後、静置し、分液して有機層を得た。得られた有機層に、イオン交換水20部を加え、23℃で30分間攪拌した。その後、静置し、分液して有機層を得た。この水洗の操作をさらに5回行った。得られた有機層に活性炭0.80部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮し、得られた濃縮物に、tert−ブチルメチルエーテル50部を加えて攪拌した。得られた上澄液を除去し、濃縮した。得られた濃縮物をアセトニトリルに溶解した後、濃縮することにより、式(II−1)で表される塩5.24部を得た。
MASS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MASS(ESI(−)Spectrum):M 337.1
合成例3:式(II−49)で表される塩の合成
Figure 2012226324
式(II49−a)で表される化合物(商品名:HADM、出光製)26.44部、ジオキサン80.00部を仕込み、23℃で攪拌下、水酸化ナトリウム4.40部をイオン交換水80.00部に溶解した水溶液を30分かけて滴下し、90℃で36時間攪拌した。反応マスを冷却し、イオン交換水400.00部、酢酸エチル500.0部及び塩化ナトリウム200.0部を添加し、攪拌し、分液を行った。得られた有機層に3N塩酸400.0部を添加し、攪拌し、分液を行った。得られた有機層にイオン交換水400.00部を添加し、攪拌し、分液を行った。この水洗を3回行った。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取することにより、式(II49−b)で表される化合物7.89部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
Figure 2012226324
式(II49−c)で表される化合物(商品名:CANL クラレ製)4.61部及びN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.66部及びヨウ化カリウム0.84部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、式(II49−b)で表される化合物3.93部をN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、75℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、クロロホルム60.00部及び1N塩酸60.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水60.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取することにより、式(II49−d)で表される化合物2.24部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:酢酸エチル
Figure 2012226324
式(II49−e)で表される塩を特開2008−127367号公報実施例1に記載された方法で合成した。式(II49−e)で表される塩1.75部、モノクロロベンゼン40.00部及び式(II49−d)で表される化合物1.87部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、硫酸0.16部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮し、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した。得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮してオイル状物として、式(II−49)で表される塩0.44部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 547.2
合成例4:式(II−41)で表される塩の合成
Figure 2012226324
1,3−アダマンタンジオール250部及びテトラヒドロフラン2000部を仕込み、室温で攪拌し、ピリジン142部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド254部及びテトラヒドロフラン500部の混合溶液を80分かけて滴下した。その後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水1000部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル600部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液600部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した。回収された有機層にさらに、イオン交換水600部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(II41−a)で表される化合物75部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
Figure 2012226324
式(II41−b)で表される化合物(商品名:HADM、出光製)26.44部、ジオキサン80.00部を仕込み、23℃で攪拌下、水酸化ナトリウム4.40部をイオン交換水80.00部に溶解した水溶液を30分かけて滴下し、90℃で36時間攪拌した。反応マスを冷却し、イオン交換水400.00部、酢酸エチル500.0部及び塩化ナトリウム200.0部を添加し、攪拌し、分液を行った。得られた有機層に3N塩酸400.0部を添加し、攪拌し、分液を行った。得られた有機層にイオン交換水400.00部を添加し、攪拌し、分液を行った。この水洗を3回行った。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取することにより、式(II41−c)で表される化合物7.89部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/1(容量比)
Figure 2012226324
式(II41−a)で表される化合物4.88部及びN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.66部及びヨウ化カリウム0.84部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、式(II41−c)で表される化合物3.93部をN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、75℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、クロロホルム60.00部及び1N塩酸60.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水60.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮し、以下の条件でカラム分取することにより、式(II41−d)で表される化合物2.54部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:酢酸エチル
Figure 2012226324
式(II41−e)で表される塩を特開2008−127367号公報実施例1に記載された方法で合成した。式(II41−e)で表される塩2.19部、モノクロロベンゼン50.00部及び式(II41−d)で表される化合物2.43部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、硫酸0.20部及びモレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 4A、和光純薬製)10.00部を仕込み、130℃で3時間還流脱水した。得られた反応物を濃縮し、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を3回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した。得られた濃縮物に、アセトニトリル20部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル20部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮してオイル状物として、式(II−41)で表される塩0.62部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 561.2
合成例5:式(II−201)で表される塩の合成
Figure 2012226324
2−エチル−2−アダマンタノール27.11部及びテトラヒドロフラン200.00部を仕込み、室温で攪拌し、2−エチル−2−アダマンタノールの溶解確認後、ピリジン14.27部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド25.47部及びテトラヒドロフラン50部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100.00部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル65.00部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液65.00部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水65.00部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮し、得られた濃縮物にn−ヘプタン50.00部を添加し、攪拌した後、ろ過後、乾燥して、式(II−201−a)で表される化合物18.98部を得た。
Figure 2012226324
式(II−201−a)で表される化合物5.12部及びN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム1.66部及びヨウ化カリウム0.84部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物を、40℃まで冷却し、1,3−アダマンタンジオール3.31部をN,N’−ジメチルホルムアミド25.00部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、75℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、クロロホルム60.00部及び1N塩酸60.00部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水60.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(II−201−b)で表される化合物2.69部を得た。
Figure 2012226324
式(II−201−c)で表される塩を、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成した。式(II−201−c)で表される化合物2.26部、クロロホルム15.00部、式(II−201−b)で表される化合物2.33部、モレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 5A 和光純薬製)2.50部及びリチウムアミド0.07部を仕込み、80℃で24時間加熱還流した後、ろ過した。得られたろ液に、シュウ酸0.14部及びイオン交換水5.00部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル5.00部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(II−201)で表される塩0.11部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 545.2
合成例6:式(II−213)で表される塩の合成
Figure 2012226324
2−メチル−2−アダマンタノール25.00部及びテトラヒドロフラン200部を仕込み、室温で攪拌し、2−メチル−2−アダマンタノールの溶解確認後、ピリジン14.27部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド25.47部及びテトラヒドロフラン50部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル65部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液65部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水65部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮し、得られた濃縮物にn−ヘプタン40.00部を添加し、攪拌した後、ろ過後、乾燥して、式(II−213−a)で表される化合物17.62部を得た。
Figure 2012226324
式(II−213−b)で表される化合物15.00部及びN,N’−ジメチルホルムアミド75部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム6.40部及びヨウ化カリウム1.92部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、式(II−213−a)で表される化合物16.87部をN,N’−ジメチルホルムアミド33.74部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、50℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、酢酸エチル300部及びイオン交換水150部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水150部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮し、得られた濃縮物にn−ヘプタン150部を添加し、攪拌した後、ろ過後、乾燥して、式(II−213−c)で表される化合物22.67部を得た。
Figure 2012226324
式(II−213−c)で表される化合物15.00部及びアセトニトリル75部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、5℃まで冷却した。得られた混合物に、水素化ホウ素ナトリウム0.71部及びイオン交換水10.63部を仕込み、5℃で3時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水50部及び酢酸エチル100部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水50.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(II−213−d)で表される化合物12.43部を得た。
Figure 2012226324
式(II−213−e)で表される塩を、特開2008−127367号公報に記載された方法で合成した。
式(II−213−e)で表される塩10.00部及びアセトニトリル60部を仕込み、40℃で30分間攪拌し、式(II−213−f)で表される化合物4.44部を仕込み、50℃で1時間攪拌することにより、式(II−213−g)で表される化合物を含む溶液を得た。
Figure 2012226324
得られた式(II−213−g)で表される化合物を含む溶液に、式(II−213−d)で表される化合物9.19部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。得られた反応マスに、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を5回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル50部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル50部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル50部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮した後、得られた濃縮物をカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:クロロホルム/メタノール=5/1)分取することにより、式(II−213)で表される塩16.84部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 559.2
合成例7:式(II−225)で表される塩の合成
Figure 2012226324
1−エチルシクロヘキサノール19.28部及びテトラヒドロフラン150部を仕込み、室温で攪拌し、1−エチルシクロヘキサノールの溶解確認後、ピリジン14.27部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド25.47部及びテトラヒドロフラン50部の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水100部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル80部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液80部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水80部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(メルク シリカゲル60−200メッシュ 展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=1/3)分取することにより、式(II−225−a)で表される化合物14.23部を得た。
Figure 2012226324
式(II−225−b)で表される化合物15.00部及びN,N’−ジメチルホルムアミド75部を仕込み、23℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、炭酸カリウム6.40部及びヨウ化カリウム1.92部を仕込み、50℃で1時間攪拌した。得られた混合物に、式(II−225−a)で表される化合物14.23部をN,N’−ジメチルホルムアミド30部に溶解した溶液を1時間かけて滴下し、50℃で5時間攪拌した。得られた混合物を、23℃まで冷却し、酢酸エチル300部及びイオン交換水150部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水150部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮し、得られた濃縮物にn−ヘプタン150部を添加し、攪拌した後、ろ過後、乾燥して、式(II−225−c)で表される化合物19.98部を得た。
Figure 2012226324
式(II−225−c)で表される化合物13.57部及びアセトニトリル70部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、5℃まで冷却した。得られた混合物に、水素化ホウ素ナトリウム0.71部及びイオン交換水10.63部を仕込み、5℃で3時間攪拌した。得られた混合物に、イオン交換水50部及び酢酸エチル100部を加えて攪拌し、分離した。回収された有機層をイオン交換水50.00部で水層が中性になるまで水洗を繰り返した。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム(シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製 展開溶媒:酢酸エチル)分取することにより、式(II−225−d)で表される化合物10.79部を得た。
Figure 2012226324
式(II−225−e)で表される塩10.00部及びアセトニトリル60部を仕込み、40℃で30分間攪拌し、式(II−225−f)で表される化合物4.44部を仕込み、50℃で1時間攪拌することにより、式(II−225−g)で表される化合物を含む溶液を得た。
Figure 2012226324
得られた式(II−225−g)で表される化合物を含む溶液に、式(II−225−d)で表される化合物8.32部を仕込み、23℃で1時間攪拌した。得られた反応マスに、クロロホルム100部及びイオン交換水50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を5回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌し、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル50部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル50部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル50部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮することにより、式(II−225)で表される塩14.88部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 521.2
合成例8:式(II−183)で表される塩の合成
Figure 2012226324
式(II−183−a)で表される化合物(商品名:NLA−tBu、クラレ製)25.43部、テトラヒドロフラン100.00部及びトリフルオロ酢酸1.14部を仕込み、50℃で2時間攪拌した。その後、ヨウ化カリウム0.42部を添加し、50℃で10時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30.00部及び酢酸エチル60.00部を添加し、攪拌した後、分液を行い、有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30.00部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(II−183−b)で表される化合物18.9部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=10/1(容量比)
Figure 2012226324
2−メチル−2−アダマンタノール250部及びテトラヒドロフラン2000部を仕込み、室温で攪拌し、2−メチル−2−アダマンタノールの溶解確認後、ピリジン142.73部を仕込み、40℃に昇温した。さらに、クロロアセチルクロリド254.74部及びテトラヒドロフラン509部の混合溶液を80分かけて滴下した。滴下後、40℃で8時間攪拌し、5℃に温度を下げた。5℃に冷却したイオン交換水1052部を添加、攪拌し、分液により水層を回収した。回収された水層に酢酸エチル631部を添加し、分液して有機層を回収した。回収された有機層に、5℃の10%炭酸カリウム水溶液631部を添加して洗浄し、分液して有機層を回収した後、回収された有機層にさらに、イオン交換水631部を添加して水洗し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮し、得られた濃縮物にn−ヘプタン500部を添加し、攪拌した後、ろ過後、乾燥して、式(II−183−c)で表される化合物195部を得た。
Figure 2012226324
式(II−183−b)で表される化合物10.20部及びジメチルホルムアミド102.05部を仕込み、室温で攪拌し、式(II−183−b)で表される化合物を溶解した。その後、炭酸カリウム3.56部及びヨウ化カリウム0.89部を添加し、50℃に昇温した。さらに1時間攪拌した後、100℃に昇温した。得られた混合物に式(II−183−c)で表される化合物12.50部及びジメチルホルムアミド37.50部の混合溶解液を60分かけて添加し、100℃で3時間攪拌した。得られた混合物を室温に戻した後、イオン交換水166.70部及び酢酸エチル333.40部を添加した後、攪拌し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、5%炭酸カリウム水溶液83.35部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層に、さらにイオン交換水166.70部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この水洗操作を5回繰り返して行った。回収された有機層に、硫酸マグネシウム1部を添加し、攪拌した後、ろ過して有機層を回収した。回収された有機層を濃縮した後、n−ヘプタン55.5部を添加し、室温で1時間攪拌した後、析出物をろ過して取り出し、乾燥して、式(II−183−d)で表される化合物16.80部を得た。
Figure 2012226324
式(II−183−e)で表される塩を、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成した。式(II−183−e)で表される塩4.52部、クロロホルム30.00部、式(II−183−d)で表される化合物4.44部、モレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 5A、和光純薬製)5.00部及びリチウムアミド0.14部を仕込み、80℃で5時間加熱還流した後、ろ過した。得られたろ液に、シュウ酸0.28部及びイオン交換水7.50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル7.00部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮してオイル状物として、式(II−183)で表される塩0.89部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 561.1
合成例9:式(II−167)で表される塩の合成
Figure 2012226324
式(II−167−a)で表される化合物(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、和光純薬製)16.42部及びテトラヒドロフラン53.29部を仕込み、23℃で攪拌溶解した。得られた混合物に、23℃でジメチルアミノピリジン2.44部を添加した後、50℃で30分間攪拌した。得られた混合物に、さらに、2−メチル−2−アダマンタノール16.63部及びテトラヒドロフラン53.29部の混合溶液を1時間かけて滴下し、50℃で10時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮後、以下の条件でカラム分取することにより、式(II−167−b)で表される化合物25.2部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
Figure 2012226324
式(II−167−b)で表される化合物16.50部及びクロロホルム200.00部を仕込み、23℃で攪拌し、式(II−167−b)で表される化合物を溶解した後、23℃でm−クロロ過安息香酸17.30部を添加し、23℃で6時間攪拌した。得られた混合物にイオン交換水30部及び酢酸エチル60部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。回収された有機層にイオン交換水30部を添加して洗浄し、分液を行って有機層を回収した。この分液水洗操作を3回繰り返して行った。回収された有機層を濃縮した後、以下の条件でカラム分取することにより、式(II−167−c)で表される化合物14.7部を得た。
展開媒体;シリカゲル60−200メッシュ;メルク社製
展開溶媒:n−ヘプタン/酢酸エチル=20/1(容量比)
Figure 2012226324
式(II−167−d)で表される塩を、特開2008−13551号公報に記載された方法で合成した。式(II−167−d)で表される塩4.52部、クロロホルム30.00部、式(II−167−c)で表される化合物3.81部、モレキュラーシーブ(商品名:モレキュラーシーブ 5A、和光純薬製)5.00部及びリチウムアミド0.14部を仕込み、80℃で5時間加熱還流した後、ろ過した。得られたろ液に、シュウ酸0.28部及びイオン交換水7.50部を仕込み、攪拌、分液を行った。水洗を6回行った。得られた有機層に活性炭1.00部を仕込み、23℃で30分間攪拌した後、ろ過した。ろ液を濃縮した後、得られた濃縮物に、アセトニトリル7.00部を添加して溶解し、濃縮し、酢酸エチル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣にtert−ブチルメチルエーテル10部を加えて攪拌し、上澄液を除去した。得られた残渣をクロロホルムに溶解し、濃縮してオイル状物として、式(II−167)で表される塩1.12部を得た。
MS(ESI(+)Spectrum):M 263.1
MS(ESI(−)Spectrum):M 503.1
樹脂の合成
樹脂の合成において使用した化合物(モノマー)を下記に示す。これらのモノマーを「モノマー(A)」〜「モノマー(I)」という。
Figure 2012226324
〔樹脂A1の合成〕
モノマー(D)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)及びモノマー(F)を、そのモル比〔モノマー(D):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(F)〕が、30:14:6:20:30の割合となるように混合し、さらに、このモノマー混合物に、全モノマーの合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを混合した。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全モノマーの合計モル数に対して、それぞれ、1.00mol%と3.00mol%となるように添加し、これを73℃で約5時間加熱することで重合を行った。その後、重合反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(質量比メタノール:水=4:1)に注いで、樹脂を沈殿させた。この樹脂をろ過・回収し、再度、ジオキサンに溶解させ、大量のメタノールと水との混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、沈殿した樹脂をろ過・回収するという操作を2回行うことにより再沈殿精製し、重量平均分子量が約8.1×10である共重合体を収率65%で得た。この共重合体は、以下の構造単位を有するものであり、これを樹脂A1とする。
Figure 2012226324
〔樹脂A2の合成〕
モノマー(A)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(C)及びモノマー(F)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(C):モノマー(F)〕が、30:14:6:20:30の割合となるように混合し、さらに、全モノマーの合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを混合した。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全モノマーの合計モル数に対して、それぞれ、1.00mol%と3.00mol%との割合で添加し、これを73℃で約5時間加熱することで重合を行った。その後、重合反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(質量比メタノール:水=4:1)に注いで、樹脂を沈殿させた。この樹脂をろ過・回収し、再度、ジオキサンに溶解させ、大量のメタノールと水との混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、沈殿した樹脂をろ過・回収するという操作を3回行うことにより再沈殿精製し、重量平均分子量が約7.8×10である共重合体を収率68%で得た。この共重合体は、以下の構造単位を有するものであり、これを樹脂A2とする。
Figure 2012226324
〔樹脂A3の合成〕
モノマー(A)、モノマー(B)及びモノマー(C)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(B):モノマー(C)〕が、50:25:25となるように混合し、さらに、全モノマーの合計質量に対して、1.5質量倍のジオキサンを混合した。得られた混合物に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルとアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)とを全モノマーの合計モル数に対して、それぞれ、1mol%と3mol%との割合で添加し、これを80℃で約8時間加熱することで重合を行った。その後、重合反応液を、大量のメタノールと水との混合溶媒(質量比メタノール:水=4:1)に注いで、樹脂を沈殿させた。この樹脂をろ過・回収し、再度、ジオキサンに溶解させ、大量のメタノールと水との混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、沈殿した樹脂をろ過・回収するという操作を3回行うことにより再沈殿精製し、重量平均分子量が約9.2×10である共重合体を収率60%で得た。この共重合体は、以下の構造単位を有するものであり、これを樹脂A3とする。
Figure 2012226324
〔樹脂A4の合成〕
モノマー(A)、モノマー(E)、モノマー(B)、モノマー(F)及びモノマー(C)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(E):モノマー(B):モノマー(F):モノマー(C)〕が、30:14:6:20:30となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。この溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.2×10の共重合体A4を収率78%で得た。この樹脂A4は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012226324
〔樹脂A5の合成〕
モノマー(A)、モノマー(G)、モノマー(B)、モノマー(F)及びモノマー(C)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(G):モノマー(B):モノマー(F):モノマー(C)〕が、30:14:6:20:30となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。この溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.2×10の共重合体A5を収率78%で得た。この樹脂A5は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012226324
〔樹脂A6の合成〕
モノマー(A)、モノマー(H)、モノマー(B)、モノマー(F)及びモノマー(C)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(H):モノマー(B):モノマー(F):モノマー(C)〕が、30:14:6:20:30となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。この溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量8.4×10の共重合体A6を収率85%で得た。この共重合体は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012226324
〔樹脂A7の合成〕
モノマー(A)、モノマー(H)、モノマー(I)、モノマー(F)及びモノマー(C)を、そのモル比〔モノマー(A):モノマー(H):モノマー(I):モノマー(F):モノマー(C)〕が、35:15:3:27:20となるように混合し、全モノマー量の1.5質量倍のジオキサンを加えて溶液とした。この溶液に、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)を全モノマー量に対して各々、1mol%及び3mol%添加し、これらを75℃で約5時間加熱した。得られた反応混合物を、大量のメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過した。得られた樹脂を再び、ジオキサンに溶解させて得られる溶解液をメタノール/水混合溶媒に注いで樹脂を沈殿させ、この樹脂をろ過するという再沈殿操作を2回行い、重量平均分子量7.8×10の共重合体A7を収率81%で得た。この共重合体は、以下の構造単位を有するものである。
Figure 2012226324
<レジスト組成物の調製>
以下の表に示す成分を、表8に示す質量部で、以下に示す溶剤に溶解し、さらに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して、レジスト組成物を調製した。
Figure 2012226324
<樹脂>
上述した合成例で合成した樹脂A1〜A7
<酸発生剤>
II−33:特開2008−69146号公報の実施例に従って合成
Figure 2012226324
酸発生剤II−33 50mgをジメチルスルホキサイド0.7935gに溶解し、20%塩酸0.0216gを添加し、80℃で1時間攪拌したあと、酸発生剤II−33の分解物を確認したところ、カルボン酸が生成し、以下の化合物であることを確認した。
Figure 2012226324
II−9:
Figure 2012226324
酸発生剤II−9 50mgをジメチルスルホキサイド0.7942gに溶解し、20%塩酸0.0221gを添加し、80℃で1時間攪拌したあと、酸発生剤II−9の分解物を確認したところ、カルボン酸が生成し、以下の化合物であることを確認した。
Figure 2012226324
II−1:
Figure 2012226324
酸発生剤II−1 50mgをジメチルスルホキサイド0.7921gに溶解し、20%塩酸0.0208gを添加し、80℃で1時間攪拌したあと、酸発生剤II−1の分解物を確認したところ、カルボン酸が生成し、以下の化合物であることを確認した。
Figure 2012226324
II−49:
Figure 2012226324
酸発生剤II−49 50mgをジメチルスルホキサイド0.7948gに溶解し、20%塩酸0.0212gを添加し、80℃で1時間攪拌したあと、酸発生剤II−49の分解物を確認したところ、カルボン酸が生成し、以下の化合物であることを確認した。
Figure 2012226324
II−41:
Figure 2012226324
酸発生剤II−41 50mgをジメチルスルホキサイド0.7958gに溶解し、20%塩酸0.0216gを添加し、80℃で1時間攪拌したあと、酸発生剤II−41の分解物を確認したところ、カルボン酸が生成し、以下の化合物であることを確認した。
Figure 2012226324
II−201:
Figure 2012226324
酸発生剤II−201 50mgを重ジメチルスルホキサイド0.7942gに溶解し、20%塩酸0.0221gを添加し、100℃で1時間攪拌した後、酸発生剤II−201の分解物を、H−NMRによって分析した。その結果、カルボキシ基及びビニルプロトン(分解物)に帰属するピークが確認された。
II−213:
Figure 2012226324
酸発生剤II−213 50mgを重ジメチルスルホキサイド0.7946gに溶解し、20%塩酸0.0219gを添加し、100℃で1時間攪拌した後、酸発生剤II−213の分解物を、H−NMRによって分析した。その結果、カルボキシ基及びビニルプロトン(分解物)に帰属するピークが確認された。
II−225:
Figure 2012226324
酸発生剤II−225 50mgを重ジメチルスルホキサイド0.7977gに溶解し、20%塩酸0.0207gを添加し、100℃で1時間攪拌した後、酸発生剤II−225の分解物を、H−NMRによって分析した。その結果、カルボキシ基及びビニルプロトン(分解物)に帰属するピークが確認された。
II−183:
Figure 2012226324
酸発生剤II−183 50mgを重ジメチルスルホキサイド0.7921gに溶解し、20%塩酸0.0204gを添加し、100℃で1時間攪拌した後、酸発生剤II−183の分解物を、H−NMRによって分析した。その結果、カルボキシ基及びビニルプロトン(分解物)に帰属するピークが確認された。
II−167:
Figure 2012226324
酸発生剤II−167 50mgを重ジメチルスルホキサイド0.7933gに溶解し、20%塩酸0.0208gを添加し、100℃で1時間攪拌した後、酸発生剤II−167の分解物を、H−NMRによって分析した。その結果、カルボキシ基及びビニルプロトン(分解物)に帰属するピークが確認された。
B1:特開2010−152341号公報の実施例に従って合成
Figure 2012226324
B2:特開2007−161707号公報の実施例に従って合成
Figure 2012226324
<塩基性化合物:クエンチャー>
C1:2,6−ジイソプロピルアニリン(東京化成工業(株)製)
<式(I)で表される化合物>
D1:(東京化成工業(株)製)
Figure 2012226324
<溶剤>
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 265.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテル 20.0部
2−ヘプタノン 20.0部
γ−ブチロラクトン 3.5部
<レジストパターンの製造及びその評価>
12インチのシリコン製ウェハ上に、有機反射防止膜用組成物[ARC−29;日産化学(株)製]を塗布して、205℃、60秒の条件でベークすることによって、厚さ78nmの有機反射防止膜を形成した。
次いで、前記の有機反射防止膜の上に、上記のレジスト組成物を乾燥(プリベーク)後の膜厚が85nmとなるようにスピンコートした。
得られたシリコンウェハをダイレクトホットプレート上にて、表2の「PB」欄に記載された温度で60秒間プリベーク(PB)した。こうしてレジスト組成物膜を形成したウェハに、液浸露光用ArFエキシマステッパー[XT:1900Gi;ASML社製、NA=1.35、3/4Annular X−Y偏光]を用いて、露光量を段階的に変化させてラインアンドスペースパターンを液浸露光した。なお、液浸媒体としては超純水を使用した。
露光後、ホットプレート上にて、表2の「PEB」欄に記載された温度で60秒間ポストエキスポジャーベーク(PEB)を行い、さらに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で60秒間のパドル現像を行い、レジストパターンを得た。
得られたレジストパターンにおいて、50nmのラインアンドスペースパターンのライン幅とスペース幅とが1:1となる露光量を実効感度とした。
このように製造したレジストパターンについて、以下の項目を評価した。
<解像度評価>
実効感度において、レジストパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、
43nmを解像しているものを◎、
45nmを解像しているものを○、
45nmを解像していないか、解像しているがトップが丸いか、裾引きがあるか、パターン倒れが観察されるものは×とした。
その結果を表3に示す。表3における括弧内の数値は解像度(nm)を示す。
<ラインエッジラフネス評価(LER)>
リソグラフィプロセス後のレジストパターンの壁面を走査型電子顕微鏡で観察し、レジストパターンの側壁の凹凸の振れ幅が、
4nm以下であるものを◎
4nmを超え、4.5nm以下であるものを○、
4.5nmを超えるものを×とした。
その結果を表3に示す。表3の括弧内の数値は凹凸の振れ幅(nm)を示す。
Figure 2012226324
本発明のレジスト組成物によれば、優れた解像度及びラインエッジラフネス(LER)を有するレジストパターンを得ることができる。

Claims (6)

  1. (A)アルカリ水溶液に不溶又は難溶であり、酸の作用によりアルカリ水溶液で溶解し得る樹脂、
    (B)酸に不安定な基を有する酸発生剤及び
    (D)式(I)で表される化合物を含有するレジスト組成物。
    Figure 2012226324
    [式(I)中、
    及びRは、それぞれ独立に、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜7のアシル基、炭素数2〜7のアシルオキシ基、炭素数2〜7のアルコキシカルボニル基、ニトロ基又はハロゲン原子を表す。
    m及びnは、それぞれ独立に、0〜4の整数を表し、mが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なり、nが2以上の場合、複数のRは同一又は相異なる。]
  2. (B)が式(II−0)で表される酸発生剤である請求項1記載のレジスト組成物。
    Figure 2012226324
    [式(II−0)中、
    1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
    01は、単結合又は置換基を有してもよい炭素数1〜20の2価の炭化水素基を表し、該炭化水素基に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
    は、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
    環Wは、置換基を有していてもよい炭素数3〜18の炭化水素環を表す。
    +は、有機カチオンを表す。]
  3. (B)が式(II)で表される酸発生剤である請求項1又は2記載のレジスト組成物。
    Figure 2012226324
    [式(II)中、
    1及びQ2は、それぞれ独立に、フッ素原子又は炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を表す。
    は、単結合又は炭素数1〜10のアルカンジイル基を表し、該アルカンジイル基に含まれる−CH−は−CO−又は−O−で置き換わっていてもよい。
    は、炭素数1〜12の炭化水素基を表す。
    環Wは、置換基を有していてもよい炭素数3〜18の炭化水素環を表す。
    +は、有機カチオンを表す。]
  4. 1が、単結合又は−CO−O−L11−(L11は炭素数1〜6のアルカンジイル基を表し、*は−CQ1−との結合手を表す。)である請求項3記載のレジスト組成物。
  5. さらに溶剤を含有する請求項1〜4のいずれか記載のレジスト組成物。
  6. (1)請求項1〜5のいずれか記載のレジスト組成物を基板上に塗布する工程、
    (2)塗布後の組成物を乾燥させて組成物層を形成する工程、
    (3)組成物層を露光する工程、
    (4)露光後の組成物層を加熱する工程及び
    (5)加熱後の組成物層を現像する工程、
    を含むレジストパターンの製造方法。
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