JP4553442B2 - ビススルホニウムボレート化合物及びその製造法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光重合開始剤等に有用なビススルホニウムボレート化合物及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
感光性樹脂組成物は、UVインキ、印刷用刷版、また近年はレーザーを用いたホログラム、ドライフィルム、半導体の微細加工用のレジストなど幅広い産業分野で用いられている。
従来プリント配線板の製造分野において、エッチング、めっき等に用いられるレジスト材料としては、感光性樹脂組成物及びそれに支持体と保護フィルムを用いて得られる感光性エレメントが広く用いられている。
感光性フィルムは、近年の印刷配線板の高密度化に伴い、従来の感光性フィルムに比べて高解像性・高密着性に関する要求がますます高くなっている。また、一方では、作業性の向上という点から、高感度、低めっき浴汚染性の感光性樹脂組成物が望まれており、これらの特性は、使用される光開始剤の種類及び量に依存するものである。
【0003】
高感度の光重合開始剤は、ドイツ特許第2,027,467号明細書、ヨーロッパ特許公開第11,786号公報、ヨーロッパ特許公開第220号公報、ヨーロッパ特許公開第589号公報、特開平6−69631号公報等に記載されているが、これらはめっき浴汚染性を有するという欠点がある。
この他に、めっき浴汚染性の少ない、2,4,5−トリフェニルイミダゾール二量体と水素供与性化合物とを組み合わせ高感度にした光重合開始剤系を用いた感光性樹脂組成物が、米国特許第3,479,185号明細書に記載されているが、要求される感度に調整するために2,4,5−トリフェニルイミダゾール二量体の使用量を増量すると、レジストの線幅が太り解像性が劣るという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
請求項1〜3記載の発明は、高感度、高解像性、高密着性、低めっき浴汚染性等の優れた性能を有する光重合開始剤として有用なビススルホニウムボレート化合物を提供するものである。
請求項4記載の発明は、高感度、高解像性、高密着性、低めっき浴汚染性等の優れた性能を有する光重合開始剤として有用なビススルホニウムボレート化合物を歩留まりよく製造することができるビススルホニウムボレート化合物の製造法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一般式(I)
【化5】
(一般式(I)中、R1、R2、R3及びR4は、各々独立に、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシル基又は炭素数6〜14のアリール基を示し、R5及びR6は、各々独立に、炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシル基を示し、R7、R8、R9及びR10は、各々独立に、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基又は炭素数7〜11のアリールアルキル基を示し、nは、1〜3の整数であり、mは、0〜4の整数である)で表されるビススルホニウムボレート化合物に関する。
【0006】
また、本発明は、下記式(II)で表されるビススルホニウムボレート化合物に関する。
【化6】
【0007】
また、本発明は、下記式(III)で表されるビススルホニウムボレート化合物に関する。
【化7】
【0008】
また、本発明は、下記一般式(IV)で表されるジフェニルスルホキシドと下記一般式(V)で表されるジフェニルスルフィドを酸存在下に反応させ、次いで下記一般式(VI)で表されるボレートのアルカリ金属塩を反応させることを特徴とする前記一般式(I)で表されるビススルホニウムボレート化合物の製造法に関する。
【化8】
(一般式(IV)、一般式(V)及び一般式(VI)中、R1、R2、R5、R6、R7 、R8、R9、R10、n及びmは、一般式(I)と同意義であり、Mはアルカリ金属を示す)
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明のビススルホニウムボレート化合物は、前記一般式(I)で表されるものであり、前記一般式(I)において、R1、R2、R3及びR4で示されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、沃素等が挙げられる。炭素数1〜12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、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソアミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が挙げられる。
炭素数1〜12のアルコキシル基としては、例えば、前記炭素数1〜12のアルキル基で例示したものに対応するものが挙げられる。炭素数6〜14のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基等が挙げられる。
【0010】
前記一般式(I)において、R5及びR6で示される炭素数1〜12のアルキル基及び炭素数1〜12のアルコキシル基としては、前記と同様のものが挙げられる。
前記一般式(I)において、R7、R8、R9及びR10で示される炭素数1〜12のアルキル基及び炭素数6〜14のアリール基としては、前記と同様のものが挙げられる。炭素数7〜11のアリールアルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
前記一般式(I)において、nは、0〜5の整数であるが、感度、解像度等の点から、1〜3であることが好ましく、すべてのnが1であることがより好ましい。mは、0〜4の整数であるが、易合成性等の点から、0〜1であることが好ましい。
【0011】
本発明の一般式(I)で表されるビススルホニウムボレート化合物は、カチオンとアニオンとから構成される。
上記カチオンとしては、例えば、ビス(4−(ジフェニルスルホニオ)−フェニル)スルフィド、ビス(4−(ジ(4−(2−ヒドロキシエチル)フェニルスルホニオ)−フェニル)スルフィド、ビス(4−(ジ(4−フルオロフェニル)スルホニオ)−フェニル)スルフィド、ビス(4−(ジ(4−クロロフェニル)スルホニオ)−フェニル)スルフィド、ビス(4−(ジ(4−ブロモフェニル)スルホニオ)フェニルスルホニオ)−フェニル)スルフィド、ビス(4−(ジ (4−アルキルフェニル)スルホニオ)フェニルスルホニオ)−フェニル)スルフィド等が挙げられる。
【0012】
上記アニオンとしては、ブチルトリフェニルボレート、ヘキシルトリフェニルボレート、テトラフェニルボレート、トリフェニルベンジルボレート、トリス(2−フルオロフェニル)ブチルボレート、トリス(3−フルオロフェニル)ブチルボレート、トリス(4−フルオロフェニル)ブチルボレート、トリス(2,6−ジフルオロフェニル)ブチルボレート、トリス(2,4−ジフルオロフェニル)ブチルボレート、トリエチルアンモニウムトリス(2,4,6−トリフルオロフェニル)ボレート、トリス(2,4,5−トリフルオロフェニル)ヘキシルボレート、トリス(2,3,4−トリフルオロフェニル)ヘキシルボレート、トリス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ヘキシルボレート、トリス(2,3
,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)ヘキシルボレート等が挙げられる。
【0013】
これらのアニオンとカチオンとを組み合わせたビススルホニウムボレート化合物において、感度、解像度、易合成性等の点から、下記式(II)で表されるビススルホニウムボレート化合物が好ましい。
【化9】
【0014】
また、同様の点から、下記式(III)で表されるビススルホニウムボレート化合物が好ましい。
【化10】
【0015】
このような前記一般式(I)で示されるビススルホニウムボレート化合物は、例えば、下記一般式(IV)で表されるジフェニルスルホキシドと下記一般式(V)で表されるジフェニルスルフィドを酸存在下に反応させ、次いで下記一般式 (VI)で表されるボレートのアルカリ金属塩を反応させることにより製造することができる。
【0016】
【化11】
(一般式(IV)、一般式(V)及び一般式(VI)中、R1、R2、R5、R6、R7 、R8、R9、R10、n及びmは、一般式(I)と同意義であり、Mはアルカリ金属を示す)
【0017】
上記酸は、反応系を酸性に保てるものであれば、特に制限はないが、例えば、メチルスルホン酸等が挙げられる。また、上記酸存在下の反応は脱水反応であるので五酸化リン等の触媒を使用することが好ましい。この反応は10〜120℃で10分間〜10時間程度行われる。
【0018】
前記一般式(VI)で表されるボレートのアルカリ金属塩を反応させることにより、アニオン交換が起こり目的の前記一般式(I)で表されるビススルホニウムボレート化合物が生成する。一般式(VI)で表されるボレートのアルカリ金属塩は水溶液として反応系に投入できる。この反応は10〜120℃で10分間〜10時間程度行われる。
前記一般式(VI)において、Mで示されるアルカリ金属としては、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム等が挙げられる。一般式(VI)で表されるボレートのアルカリ金属塩としては、例えば、トリフェニルベンジルボレートのナトリウム塩、テトラフェニルボレートのナトリウム塩等が挙げられる。
【0019】
反応に供する各化合物の使用割合は、通常、前記一般式(IV)で表されるジフェニルスルホキシド1モルに対して、前記一般式(V)で表されるジフェニルスルフィド0.4〜0.5モル、前記一般式(VI)で表されるボレートのアルカリ金属塩0.8〜1.2モル、メチルスルホン酸等の酸5〜15モル、五酸化リン等の触媒0.5〜1モル程度である。
【0020】
本発明の前記一般式(I)で表されるビススルホニウムボレート化合物は、感光性樹脂組成物における光重合開始剤として有用である。
上記感光性樹脂組成物としては、例えば、バインダーポリマー、光重合性モノマー及び光重合開始剤を主成分として含有するもの等が挙げられる。
光重合開始剤に増感剤を併用してもよく、そのような増感剤としては、例えば、7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン、4,4′−ビス(メチルエチルアミノ)ベンゾフェノン等が挙げれられる。
【0021】
バインダーポリマとしては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルアクリレート、これらに対応するメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン等の共重合体等が挙げられる。
【0022】
光重合性モノマー(エチレン性不飽和基を有する光重合性化合物)としては、例えば、γ−クロロ−β−ヒドロキシプロピル−β′−メタクリロイルオキシエチル−O−フタレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、EO(エチレンオキシド)変性ウレタンジメタクリレート、EO,PO(プロピレンオキシド)変性ウレタンジメタクリレート、トリス(メタクリロイルオキシテトラエチレングリコールイソシアナトヘキサメチレンイソシアヌレート、ビスフェノールAポリオキシエチレンジメタクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等が挙げられる。またさらに多価アルコールにα、β−不飽和カルボン酸を反応させて得られる化合物(ポリエチレンジアクリレート、ウレタンジアクリレート等)、以上に対応するメタクリレートなどが挙げられる。
【0023】
感光性樹脂組成物は、例えば、トルエン、N,N′−ジメチルホルムアミド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール等の溶剤を含んでもよく、溶剤を含んだ感光性樹脂組成物をポリエチレンテレフタラートフィルム等の支持体上に塗布、乾燥して感光層とすることにより感光性エレメント(感光性フィルムともいう)を製造できる。
感光性エレメントを用いてのフォトレジスト画像の形成は、常法により行える。
【0024】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
【0025】
合成例1
〔トリフェニルベンジルボレート・ナトリウム塩の合成〕
トリフルオロボロン−ジエチルエーテル錯体(4.02g、0.0282モル)のジエチルエーテル(10ml)溶液を氷浴で冷却しつつ、フェニルリチウムの0.86Nシクロヘキサン−ジエチルエーテル溶液(100ml、0.086モル)を滴下した。滴下終了後、室温下で2時間、さらに40℃で2時間かくはんした。
【0026】
次いで、減圧下溶媒を留去し、テトラヒドロフラン(10ml)を加えることにより溶媒を変換後、ベンジルマグネシウムクロリドの1.25Nジエチルエーテル溶液(30ml、0.0375モル)を氷温下で滴下した。滴下終了後、室温下で2時間かくはんし、水酸化ナトリウムの13%水溶液(230ml)を加えた。
次いで、反応溶液に飽和食塩水(300ml)を加え、有機層を分離し、水層をテトラヒドロフラン(50ml)で抽出した。有機層を合わせて、減圧下乾燥した後、飽和食塩水(130ml)を加え、酢酸エチル(30ml×5回)で抽出した。
有機層を減圧下濃縮することにより、白色固体の目的物を8.28g(収率75.0%)で得た。
【0027】
実施例1
〔ビススルホニムボレート(SPXH−1)の合成〕
メタンスルホン酸31.71g(0.33モル)、五酸化リン3.41g(0.024モル)を仕込み、70℃に加熱し、3時間撹拌して得られた均一溶液を室温まで冷却した。
この溶液中に4,4′−ジフルオロジフェニルスルホキシド7.86g(0.033モル)、ジフェニルスルフィド3.07g(0.0165モル)を仕込み、室温で5時間撹拌した。
【0028】
この反応混合物を撹拌しながら3%テトラフェニルボレート・ナトリウム水溶液380ml(0.0333モル)に少しずつ滴下し、室温で3時間撹拌した。
析出した固体をろ別、乾燥し、次いでイソプロパノールに加熱(70℃)溶解し、0℃まで冷却し、次いでろ別、乾燥後、白色固体の目的物を14.18g (0.0112モル)得た。このものの元素分析値を表1に示し、赤外線吸収スペクトルを図1に示した。
【0029】
【表1】
【0030】
実施例2
〔ビススルホニム・ボレート(SPXH−2)の合成〕
メタンスルホン酸24.70g(0.16モル)、五酸化リン1.56g(0.011モル)を仕込み、70℃に加熱し、3時間撹拌して得られた均一溶液を室温まで冷却した。
この溶液中に4,4′−ジフルオロジフェニルスルホキシド3.81g(0.016モル)、ジフェニルスルフィド1.49g(0.008モル)を仕込み、室温で5時間撹拌した。
【0031】
この反応混合物を水300mlに少しずつ滴下し、次いで合成例1で得られたトリフェニルベンジルボレート・ナトリウム塩5.70g(0.016モル)を仕込み、室温で3時間撹拌した。
析出した固体をろ別、乾燥し、次いでイソプロパノールに加熱(70℃)溶解し、0℃まで冷却し、次いでろ別、乾燥後、白色固体の目的物を6.73g(0.0052モル)得た。このものの元素分析値を表2に示し、赤外線吸収スペクトルを図2に示した。
【0032】
【表2】
【0033】
応用例1〜3、比較応用例1〜2
メタクリル酸エチル/スチレン/メタクリル酸共重合体(重量比46/25/29、重量平均分子量4.5万)のメチルセロソルブ/トルエン(重量比8:2)溶液111g(固形分50g)、ビスフェノールAポリオキシエチレンジメタクリレート40g、EO変性ウレタンジメタクリレート10g、ロイコクリスタルバイオレット0.5g、マラカイトグリーン0.08g、トルエン7g、アセトン10g、N,N−ジメチルホルムアミド3g及びメタノール3gを配合し組成物の溶液を得た。
次いで、得られた組成物の溶液に表3に示す光重合開始剤系成分を溶解させて、感光性樹脂組成物の溶液を得た。
【0034】
【表3】
【0035】
なお、表3における光重合開始剤系成分を以下に示す。
C−1:7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン
EAB:4,4′−(ビスジエチルアミノ)ベンゾフェノン
B−1:テトラメチルアンモニウム・ブチルトリフェニルボレート
【0036】
SPXH−1:
【化12】
【0037】
SPXH−2:
【化13】
【0038】
SP:
【化14】
【0039】
次いで、この感光性樹脂組成物の溶液を、16μm厚のポリエチレンポリエチレンテレフタレートフィルム上に均一に塗布し、100℃の熱風対流式乾燥器で、10分間乾燥して、感光性エレメントを得た。感光性樹脂組成物層の膜厚は、20μmであった。
【0040】
一方、銅箔(厚さ35μm)を両面に積層したガラスエポキシ材である銅張り積層板(日立化成工業(株)製、商品名MCL−E−61)の銅表面を、♯600相当のブラシを持つ研磨機(三啓(株)製)を用いて研磨し、水洗後、空気流で乾燥し、得られた銅張り積層板を80℃に加温し、その銅表面上に、前記感光性樹脂組成物層を、110℃に加熱しながらラミネートした。
次に、高圧水銀灯ランプを有する露光機(オーク(株)製)590を用いて、ネガとしてストーファー41段ステップタブレットを試験片の上に置いて60mJ/cm2露光した。
【0041】
次に、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥離し、30℃で1重量%炭酸ナトリウム水溶液を20秒間スプレーすることにより、未露光部分を除去した。
さらに、銅張り積層板上に形成された光硬化膜のステップタブレットの段数を測定することにより、感光性樹脂組成物の感度を評価し、その結果を表4に示した。感度は、ステップタブレットの段数で示され、このステップタブレットの段数が高いほど、感度が高いことを示す。1段あたりの光学密度の差は、0.05である。また現像後のパターンを観察し、ライン・アンド・スペースとして残ったライン幅(μm)から解像度(μm)を求めた。
【0042】
【表4】
【0043】
表4から、本発明の前記一般式(I)で表されるスルホニウムボレート化合物を使用した応用例1〜3は、前記一般式(I)で表されるスルホニウムボレート化合物を使用しない比較応用例1〜2と比べて感度及び解像度が優れるものである。
また、本発明の前記一般式(I)で表されるスルホニウムボレート化合物を用いた応用例例1〜3の感光性エレメントを、フィルム汚染量10dm/Lの濃度で現像液に溶解し、ハルセルメッキ試験を行い、光重合開始剤を含まないブランクと比較したところ、メッキ外観に違いは見られず、メッキ浴汚染がないという良好な結果が得られた。
【0044】
【発明の効果】
請求項1〜3記載のビススルホニウムボレート化合物は、高感度、高解像性、高密着性、低めっき浴汚染性等の優れた性能を有する光重合開始剤として有用なものである。
請求項4記載のビススルホニウムボレート化合物の製造法は、高感度、高解像性、高密着性、低めっき浴汚染性等の優れた性能を有する光重合開始剤として有用なビススルホニウムボレート化合物を歩留まりよく製造することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られたビススルホニウムボレート化合物の赤外線吸収スペクトルである。
【図2】実施例2で得られたビススルホニウムボレート化合物の赤外線吸収スペクトルである。
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