JP5252620B2 - Photoacid generator and resin composition for photolithography - Google Patents
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Description
この発明は、半導体製造等に利用するフォトリソグラフィ用樹脂組成物やその成分である光酸発生剤(PAG)等に関し、特に、紫外線(i線)を照射すると酸を発生する光酸発生剤、及び前記光酸発生剤を含むフォトリソグラフィ用樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a resin composition for photolithography used for semiconductor production and the like, and a photoacid generator (PAG) that is a component thereof, in particular, a photoacid generator that generates acid when irradiated with ultraviolet rays (i-line), And a photolithographic resin composition comprising the photoacid generator.
非イオン系i線対応光酸発生剤は、比較的樹脂との相溶性がよく、安価な光源である高圧水銀灯が使用可能であることから注目されている(例えば、非特許文献1から非特許文献5を参照)。
Nonionic i-line-compatible photoacid generators are attracting attention because they are relatively compatible with resins and can be used with high-pressure mercury lamps that are inexpensive light sources (for example, Non-Patent
そこで、発明者らは290nmに吸収を有するチアントレンを発色団とするイミド型光酸発生剤N-トリフルオロメタンスルフォニロキシ-7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、Me-THITfと略記する。)及びN-ペンタフルオロベンゼンスルフォニロキシ-7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、Me-THIPSと略記する。)を既に開発している(非特許文献5を参照)。 Accordingly, the inventors have developed an imide-type photoacid generator N-trifluoromethanesulfonyloxy-7-methylthianthrene-2,3-dicarboxylic acid imide (hereinafter referred to as Me-THITf) having a thianthrene having an absorption at 290 nm as a chromophore. And N-pentafluorobenzenesulfonyloxy-7-methylthianthrene-2,3-dicarboxylic imide (hereinafter abbreviated as Me-THIPS) have been developed (Non-Patent Document 5). See).
Me-THITf及びMe-THIPSは、光が照射されると超強酸であるトリフルオロメタンスルホン酸を発生し、樹脂の架橋・不溶化を触媒する。また、これらのi線(波長365nm)におけるモル吸光係数は、それぞれ1570M-1cm-1及び1640M-1cm-1あり、市販品の光酸発生剤であるN-トリフルオロメタンスルフォニロキシ-1,8-ナフチルイミド(以下、NITfと略記する。)よりも優れた光架橋触媒である。 Me-THITf and Me-THIPS generate trifluoromethanesulfonic acid, which is a super strong acid when irradiated with light, and catalyze the crosslinking and insolubilization of the resin. The molar absorption coefficient at these i-line (wavelength 365 nm) is located respectively 1570M -1 cm -1 and 1640M -1 cm -1, which is commercially available products of the photoacid generator N- trifluoromethane sulfonyl b carboxymethyl -1 , 8-naphthylimide (hereinafter abbreviated as NITf).
ただし、Me-THITf及びMe-THIPSは優れた光酸発生剤であるものの、溶媒への溶解性はあまりよくなく、樹脂との相溶性も不十分であった。また、これらの光酸発生剤を合成するには、保護・脱保護の過程を必要とするため、最終生成物であるMe-THITf及びMe-THIPSに至るまでには多くの手間と長い反応時間を要していた。 However, although Me-THITf and Me-THIPS are excellent photoacid generators, the solubility in a solvent was not so good and the compatibility with the resin was insufficient. In addition, synthesis of these photoacid generators requires a process of protection and deprotection, so it takes a lot of labor and a long reaction time to reach the final products, Me-THITf and Me-THIPS. Needed.
そこで、発明者らは反応時間が短くてすみ、溶媒への溶解性が高く、樹脂との相溶性も十分高い化合物である、N-トリフルオロメタンスルフォニロキシ-7-tert-ブチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、tert-THITfと略記する。)、N-ペンタフルオロベンゼンスルフォニロキシ-7-tert-ブチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下tert-THIPSと略記する。)等の非イオン型光酸発生剤を開発している。 Accordingly, the inventors have a short reaction time, a high solubility in a solvent, and a sufficiently high compatibility with a resin, N-trifluoromethanesulfonyloxy-7-tert-butylthianthrene-2 , 3-Dicarboxylic acid imide (hereinafter abbreviated as tert-THITf), N-pentafluorobenzenesulfonyloxy-7-tert-butylthianthrene-2,3-dicarboxylic acid imide (hereinafter abbreviated as tert-THIPS) )) And other non-ionic photoacid generators are being developed.
これらtert-THITf、tert-THIPSは、Me-THITf及びMe-THIPSのメチル基の代りにt-ブチル基を備えているため、溶媒への溶解性や樹脂との相溶性は高いものの、熱安定性は不十分であった。そのため、これらの光酸発生剤を含むフォトリソグラフィ用樹脂組成物を使用してシリコンウェハ上にレジスト膜を形成する場合、レジスト膜を低温で長時間乾燥しなければならず、半導体の生産性を引き挙げる上での障害となっていた。
そこで、この発明は、i線照射により酸を発生し、溶媒への溶解性及び樹脂との相溶性が高く、熱安定性も優れた光酸発生剤を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a photoacid generator that generates an acid by i-ray irradiation, has high solubility in a solvent, high compatibility with a resin, and excellent thermal stability.
発明者らは、光酸発生剤の構造について鋭意検討した結果、i線照射により酸を発生し、溶媒への溶解性及び樹脂との相溶性が高く、熱安定性も優れたイオン型光酸発生剤及びこの光酸発生剤を含むフォトリソグラフィ組成物を開発した。 As a result of intensive studies on the structure of the photoacid generator, the inventors have generated an acid by i-ray irradiation, and have high solubility in a solvent, compatibility with a resin, and excellent thermal stability. A photolithographic composition comprising the generator and the photoacid generator has been developed.
すなわち、請求項1に記載の光酸発生剤は、
式(I)及び式(II)
Formula (I) and Formula (II)
請求項2に記載の光酸発生剤は、請求項1記載の光酸発生剤であって、式(I)及び式(II)において、R1がメチル基又はブチル基のものである。
The photoacid generator according to
請求項3に記載の光酸発生剤は、請求項1又は請求項2に記載の光酸発生剤であって、式(I)及び式(II)において、R2がt-ブチル基又はメチル基のものである。
The photoacid generator according to
請求項4に記載の光酸発生剤は、請求項1から請求項3の何れか一つの請求項に記載の光酸発生剤であって、式(I)及び式(II)において、R3が水素、フェニル基、ベンジル基のうちの何れか一つであるのものである。
The photoacid generator according to
請求項5に記載の光酸発生剤は、請求項1から請求項4の何れか一つの請求項に記載の光酸発生剤であって、式(I)及び式(II)において、X-がCF3SO3 -、PF6 -、C4F9SO3 -のうちの何れか一つのものである。
The photoacid generator according to
請求項6に記載のフォトリソグラフィ用樹脂組成物は、請求項1から請求項5の何れか一つの請求項に記載の光酸発生剤を含むものである。
The resin composition for photolithography according to claim 6 contains the photoacid generator according to any one of
このフォトリソグラフィ用樹脂組成物は、光酸発生剤に加えて、光酸発生剤から発生した酸によって架橋・不溶化する樹脂を含んでおり、必要に応じて公知の塗布性を改善するための溶媒、各種添加剤などを含んでいてもよい。 This resin composition for photolithography contains, in addition to a photoacid generator, a resin that is cross-linked and insolubilized by an acid generated from the photoacid generator, and, if necessary, a solvent for improving known coating properties. In addition, various additives may be included.
前記樹脂としては、例えばエポキシ基、オキセタン基、ビニルエーテル基を側鎖に有するポリマー、オリゴマー、多官能モノマーなどが挙げられる。これらの中でも、高反応性、汎用性、硬化物の特性から、エポキシ基を有するオリゴマーが好ましい。なお、これらの樹脂は単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the resin include polymers, oligomers, and polyfunctional monomers having an epoxy group, an oxetane group, and a vinyl ether group in the side chain. Among these, an oligomer having an epoxy group is preferable from the viewpoint of high reactivity, versatility, and properties of a cured product. In addition, you may use these resin individually or in combination of 2 or more types.
前記溶媒としては、例えばN,N'-ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、トルエン、ジメトキシエタン、アセトニトリル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等の有機溶媒が挙げられる。これらの中でも、化合物に対する高い溶解性及びその沸点が適切であるとの理由から、シクロヘキサノンが好ましい。なお、これらの溶媒は単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the solvent include organic solvents such as N, N′-dimethylformamide, tetrahydrofuran, toluene, dimethoxyethane, acetonitrile, diethylene glycol dimethyl ether, cyclohexanone, and propylene glycol methyl ether acetate. Among these, cyclohexanone is preferable because of its high solubility in the compound and its appropriate boiling point. In addition, you may use these solvents individually or in combination of 2 or more types.
前記添加剤としては、例えば、染料、顔料、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、分散剤などが挙げられる。 Examples of the additive include dyes, pigments, thickeners, antifoaming agents, leveling agents, and dispersing agents.
請求項1に記載の光酸発生剤は、i線の照射により酸を発生し、溶媒への溶解度及び樹脂との相溶性が高く、熱安定性も高い。そのため、熱安定性に優れた均一なフォトリソグラフィ組成物を得ることができる。
The photoacid generator according to
請求項2の光酸発生剤は、R1がメチル基又はブチル基であるため、溶媒への溶解度及び樹脂への相溶性をより高くすることができる。なお、メチル基及びブチル基以外の直鎖、分岐、及び環状アルキル基を導入することによっても、溶解性を向上させることができる。
In the photoacid generator of
請求項3の光酸発生剤は、R2がt-ブチル基又はメチル基であるため、溶媒への溶解度及び樹脂への相溶性をより高くすることができる。中でも、t-ブチル基を導入するほうが溶解性をより高くでき、製造に有利である。
In the photoacid generator of
請求項4の光酸発生剤は、R3が水素、フェニル基、ベンジル基のうちの何れか一つであるため、溶解性及び光反応性を制御することができる。なお、溶解性及び光反応性の観点から、ベンジル基を導入するほうが好ましい。 In the photoacid generator according to the fourth aspect, since R 3 is any one of hydrogen, a phenyl group, and a benzyl group, solubility and photoreactivity can be controlled. In view of solubility and photoreactivity, it is preferable to introduce a benzyl group.
請求項5の光酸発生剤は、X-がCF3SO3 -、PF6 -、C4F9SO3 -であるため、光カチオン重合の開始剤として使用できる。なお、X-は前記のマイナスイオンに限定されるわけでなく、これら以外の様々なマイナスイオンから選択できる。
The photoacid generator according to
請求項6のフォトリソグラフィ用樹脂組成物により、Si等からなる基板上により均一な樹脂層(フィルム)をより容易、かつ効率よく形成することができ、半導体の生産性向上に寄与する。 According to the resin composition for photolithography of claim 6, a more uniform resin layer (film) can be more easily and efficiently formed on a substrate made of Si or the like, which contributes to improvement of semiconductor productivity.
以下に、この発明を実施例により説明するが、この発明の特許請求の範囲は如何なる意味においても下記の実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. However, the scope of the claims of the present invention is not limited by the following examples in any way.
1.光酸発生剤の合成とその評価
図1、図2に示す合成経路に従って、複数のイオン型酸光発生剤を合成し、その物性等について評価した。以下にその詳細について説明する。なお、図1、図2と以下の説明との関係を明確にするため、同一の化合物には同一の番号を付与した。
1. Synthesis and Evaluation of Photoacid Generator A plurality of ionic acid photogenerators were synthesized according to the synthesis routes shown in FIGS. 1 and 2, and their physical properties and the like were evaluated. The details will be described below. In addition, in order to clarify the relationship between FIG. 1 and FIG. 2 and the following description, the same number is assigned to the same compound.
(1)試薬
tert-ブチルベンゼン(以下、化合物1と略記する。)、4,5-ジクロロフタル酸イミド(以下、化合物3と略記する。)はアルドリッチより購入したものをそのまま使用した。二塩化二硫黄、アニソール、五酸化二リン、メタンスルホン酸は和光純薬より購入したものをそのまま使用した。トリフルオロメタンスルホン酸カリウム、パーフルオロ-1-ブタンスルホン酸カリウム、ヘキサフルオロリン酸カリウムは東京化成工業より購入したものをそのまま使用した。亜鉛はキシダ化学より購入したものをそのまま使用した。NITfはミドリ化学から購入したものをそのまま使用した。ホルムアミドはナカライテスクより購入したものをそのまま使用した。N,N'-ジメチルホルムアミド(DMF)、トルエン、アセトニトリル、シクロヘキサノンはCaH2により蒸留したものを使用した。tert-THITfは発明者らが既に開発している方法に沿って合成したものを使用した。
(1) Reagent
As tert-butylbenzene (hereinafter abbreviated as Compound 1) and 4,5-dichlorophthalimide (hereinafter abbreviated as Compound 3), those purchased from Aldrich were used as they were. Disulfur dichloride, anisole, phosphorous pentoxide, and methanesulfonic acid were purchased from Wako Pure Chemicals. Potassium trifluoromethanesulfonate, potassium perfluoro-1-butanesulfonate, and potassium hexafluorophosphate were used as they were purchased from Tokyo Chemical Industry. Zinc purchased from Kishida Chemical was used as it was. NITf used as it was purchased from Midori Chemical. The formamide purchased from Nacalai Tesque was used as it was. N, N′-dimethylformamide (DMF), toluene, acetonitrile, and cyclohexanone were distilled from CaH 2 . The tert-THITf used was synthesized according to the method already developed by the inventors.
(2)測定装置
1H NMRスペクトルはFT-NMRスペクトロメーター(JEOL、GX-270)により測定した。IRスペクトルはFT-IRスペクトロメーター(JASCO、FT/IR-410)により測定した。質量分析は、質量分析装置(島津製作所製 GCMS QP2010plus)によって行った。UV-VisスペクトルはUV-Visスペクトロメーター(島津製作所、UV2400PC)により測定した。分解点(Td)は熱重量分析器(島津製作所、TGA-50)により測定した。
(2) Measuring device
1 H NMR spectrum was measured with an FT-NMR spectrometer (JEOL, GX-270). The IR spectrum was measured with an FT-IR spectrometer (JASCO, FT / IR-410). Mass spectrometry was performed with a mass spectrometer (GCMS QP2010plus, manufactured by Shimadzu Corporation). The UV-Vis spectrum was measured with a UV-Vis spectrometer (Shimadzu Corporation, UV2400PC). The decomposition point (T d ) was measured with a thermogravimetric analyzer (Shimadzu Corporation, TGA-50).
(3)図1に示す光酸発生剤の合成
(i)4-tert-ブチルベンゼン-1,2-ジチオールの合成
特開平07−173130号公報に従って合成した。化合物1(91.0g,679mmol)、ヨウ素(107g,423mmol)、二塩化二硫黄(84.9ml)、クロロホルム(257ml)を四つ口フラスコに入れ、42℃で環流しながら24時間反応させた。反応系を室温に戻し、亜鉛(164g,2.51mol)と35% 塩酸(780ml,1.06mol)を加えて60℃で還流しながら2時間反応させた。
(3) Synthesis of photoacid generator shown in FIG. 1 (i) Synthesis of 4-tert-butylbenzene-1,2-dithiol Synthesis was performed according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-173130. Compound 1 (91.0 g, 679 mmol), iodine (107 g, 423 mmol), disulfur dichloride (84.9 ml) and chloroform (257 ml) were placed in a four-necked flask and reacted at 42 ° C. for 24 hours while refluxing. The reaction system was returned to room temperature, zinc (164 g, 2.51 mol) and 35% hydrochloric acid (780 ml, 1.06 mol) were added, and the mixture was reacted for 2 hours while refluxing at 60 ° C.
反応終了後、反応系を室温に戻して、生成物をクロロホルム(500ml)で4回抽出し、有機相を無水硫酸マグネシウムで乾燥したのち、溶媒を留去した。最後に、残ったものを減圧下で蒸留(1.33hPa,110℃)して、無色透明の液体である4-tert-ブチルベンゼン-1,2-ジチオール(以下、化合物2と略記する。)を得た(収量17.2g,収率12%)。なお、この化合物2は以下に示す分析結果から同定した。
After completion of the reaction, the reaction system was returned to room temperature, the product was extracted four times with chloroform (500 ml), the organic phase was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off. Finally, the residue was distilled under reduced pressure (1.33 hPa, 110 ° C.) to give 4-tert-butylbenzene-1,2-dithiol (hereinafter abbreviated as Compound 2), which is a colorless and transparent liquid. Obtained (yield 17.2 g, yield 12%). In addition, this
1H NMR(CDCl3):δ7.35(1H,s,aromatic),7.25(1H,d,aromatic),7.05(1H,d,aromatic),3.72(1H,s,SH),3.54(1H,s,SH),1.21(9H,s,-C(CH3)3). 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 7.35 (1H, s, aromatic), 7.25 (1H, d, aromatic), 7.05 (1H, d, aromatic), 3.72 (1H, s, SH), 3.54 (1H, s, SH), 1.21 (9H, s, -C (CH 3 ) 3 ).
(ii)7-tert-ブチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
窒素下、化合物2(0.500g,2.52mmol)、水酸化カリウム(0.480g,8.58mmol)、DMF(12.0ml)及びトルエン(5.00ml)の混合溶液をフラスコに入れ、ディーンスターク装置を組立てたのち、フラスコの内容物を130℃で18時間撹拌して反応させた。その際、反応系より生成する水をトルエンと共に随時排出した。反応系を60℃に冷却し、化合物3(1.00g,4.65mmol)を加え、90℃で18時間撹拌した。
(Ii) Synthesis of 7-tert-butylthianthrene-2,3-dicarboxylic acid imide Under nitrogen, compound 2 (0.500 g, 2.52 mmol), potassium hydroxide (0.480 g, 8.58 mmol), DMF (12.0 ml) and A mixed solution of toluene (5.00 ml) was put into a flask and a Dean-Stark apparatus was assembled. Then, the contents of the flask were stirred at 130 ° C. for 18 hours to be reacted. At that time, water generated from the reaction system was discharged together with toluene as needed. The reaction system was cooled to 60 ° C., compound 3 (1.00 g, 4.65 mmol) was added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 18 hours.
反応系を室温に戻して、クロロホルムと水で4回抽出し、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥したのち、溶媒を留去した。その結果、黄色の固体である7-tert-ブチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物4と略記する。)を得た(収量0.920g,収率58%)。なお、この化合物4は以下に示す分析結果から同定した。
The reaction system was returned to room temperature, extracted four times with chloroform and water, the organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off. As a result, 7-tert-butylthianthrene-2,3-dicarboxylic imide (hereinafter abbreviated as compound 4) was obtained as a yellow solid (yield 0.920 g, yield 58%). In addition, this
mp:218-220℃.1H NMR(CDCl3):δ7.88(2H,d,aromatic),7.48(1H,d,aromatic),7.39(1H,s,aromatic),7.32(1H,d,aromatic),1.28(9H,s,-C(CH3)3).IR(KBr):3257cm-1(N-H),1714cm-1(C=O).Anal.Calcd for C18H15NO2S2:C,63.32;H,4.43;N,4.10.Found:C,63.35;H,4.16;N,3.64.MS(EI):341(M+,100). mp: 218-220 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 7.88 (2H, d, aromatic), 7.48 (1H, d, aromatic), 7.39 (1H, s, aromatic), 7.32 (1H, d, aromatic), 1.28 (9H, s, -C (CH 3 ) 3 ) .IR (KBr): 3257cm -1 (NH), 1714cm -1 (C = O) .Anal.Calcd for C 18 H 15 NO 2 S 2 : C, 63.32; H, 4.43; N, 4.10.Found: C, 63.35; H, 4.16; N, 3.64.MS (EI): 341 (M + , 100).
(iii)7-tert-ブチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
化合物4(5.67g,15.9mmol)、酢酸(80ml)を四つ口フラスコに入れ、撹拌しながら1M硝酸(6.0ml)をゆっくりと滴下した。滴下が終了したのち、125℃で20分間還流させた。反応液を室温に戻し、氷水(400ml)に注ぎ入れた。析出した固体をイオン交換水で4回洗浄した。洗浄したものを真空乾燥させることにより、淡黄色の固体である7-tert-ブチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物5と略記する。)を得た(5.23g,収率88%)。なお、この化合物5は以下に示す分析結果から同定した。
(Iii) Synthesis of 7-tert-butylthianthrene- (5 or 10) -oxide-2,3-dicarboxylic imide Compound 4 (5.67 g, 15.9 mmol) and acetic acid (80 ml) were placed in a four-necked flask, While stirring, 1M nitric acid (6.0 ml) was slowly added dropwise. After completion of the dropwise addition, the mixture was refluxed at 125 ° C. for 20 minutes. The reaction solution was returned to room temperature and poured into ice water (400 ml). The precipitated solid was washed 4 times with ion exchange water. The washed product is vacuum-dried to obtain 7-tert-butylthianthrene- (5 or 10) -oxide-2,3-dicarboxylic imide (hereinafter abbreviated as Compound 5) which is a pale yellow solid. Obtained (5.23 g, yield 88%). In addition, this
mp:234-237℃.1H NMR(CDCl3):δ7.52(1H,d,aromatic),7.64(1H,d,aromatic),7.67(1H,s,aromatic),8.10(2H,d,aromatic),1.33(9H,s,-C(CH3)3);δ7.67(1H,d,aromatic),7.87(1H,d,aromatic),7.95(1H,s,aromatic),8.45(2H,d,aromatic),1.33(9H,s,-C(CH3)3).IR(KBr):3492cm-1(N-H),1727cm-1(C=O).Anal.Calcd for C18H15NO3S2:C,60.48;H,4.23;N,3.92;found:C,60.09;H,3.96;N,3.75.MS(EI):357(M+,20),294(M+-63,100). mp: 234-237 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ7.52 (1H, d, aromatic), 7.64 (1H, d, aromatic), 7.67 (1H, s, aromatic), 8.10 (2H, d, aromatic), 1.33 (9H, s, -C (CH 3 ) 3 ); δ7.67 (1H, d, aromatic), 7.87 (1H, d, aromatic), 7.95 (1H, s, aromatic), 8.45 (2H , d, aromatic), 1.33 (9H, s, -C (CH 3 ) 3 ) .IR (KBr): 3492cm -1 (NH), 1727cm -1 (C = O) .Anal.Calcd for C 18 H 15 NO 3 S 2 : C, 60.48; H, 4.23; N, 3.92; found: C, 60.09; H, 3.96; N, 3.75.MS (EI): 357 (M + , 20), 294 (M + -63,100 ).
(iv)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド塩の合成
(a)7-tert-ブチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩の合成
五酸化二リン(1.14g,4.02mmol)とメタンスルホン酸(14.5ml,164mmol)をナスフラスコに入れ、溶けるまで撹拌した。二口フラスコに化合物5(4.99g,14.0mmol)とアニソール(0.77ml,14.3mmol)とを入れ、撹拌して溶解した。パスツールピペットを使用して、五酸化二リンとメタンスルホン酸の溶液を氷浴で冷やした二口フラスコにゆっくりと滴下した。滴下が終了したのち、湯浴(30℃)で2時間反応させ、室温で一晩放置した。得られた液状の反応物を氷水にゆっくりと滴下し、そこにトリフルオロメタンスルホン酸カリウム(2.98g,15.8mmol)を加えてガラス棒で撹拌すると、パールイエローの固体が析出した。
(Iv) Synthesis of thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid imide salt (a) 7-tert-butyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid imide trifluoro Synthesis of Lomethanesulfonate Diphosphorus pentoxide (1.14 g, 4.02 mmol) and methanesulfonic acid (14.5 ml, 164 mmol) were placed in an eggplant flask and stirred until dissolved. Compound 5 (4.99 g, 14.0 mmol) and anisole (0.77 ml, 14.3 mmol) were placed in a two-necked flask and dissolved by stirring. Using a Pasteur pipette, a solution of diphosphorus pentoxide and methanesulfonic acid was slowly added dropwise to a two-necked flask cooled in an ice bath. After the completion of the dropwise addition, the mixture was reacted in a hot water bath (30 ° C.) for 2 hours and left at room temperature overnight. The obtained liquid reaction product was slowly added dropwise to ice water, potassium trifluoromethanesulfonate (2.98 g, 15.8 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred with a glass rod to precipitate a pearl yellow solid.
析出物をグラスフィルターでろ過して乾燥した。乾燥物を中圧カラム(溶離液:クロロホルム)にアプライして不純物を流去し、溶離液をメタノールに変更して回収した。メタノール溶液を乾燥させ、残渣を沸騰した純水で抽出したのち、水を留去、乾燥させることにより、淡黄白色固体である7-tert-ブチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩(以下、化合物6aと略記する。)を得た(収量1.13g,収率19%)。なお、この化合物6aは以下に示す分析結果から同定した。
The precipitate was filtered through a glass filter and dried. The dried product was applied to a medium pressure column (eluent: chloroform) to remove impurities, and the eluent was changed to methanol and collected. After drying the methanol solution and extracting the residue with boiling pure water, the water is distilled off and dried to give a pale yellowish white solid, 7-tert-butyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl). ) Thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid imide trifluoromethanesulfonate (hereinafter abbreviated as
mp:158-162℃.1H NMR (CDCl3):δ7.82(2H,s,aromatic),8.14(1H,s,aromatic),8.50(1H,s,aromatic),8.92(1H,s,aromatic),7.23(2H,d,aromatic),6.92(2H,d,aromatic),3.68(3H,s,-CH3),1.35(9H,s,-C(CH3)3).IR(KBr):1737cm-1(C=O),1162cm-1(S(=O)2),1263cm-1(-CF3),1029cm-1(C-O-C).UV(acetonitrile):ε365=3460L/mol・cm,ε254=24800L/mol・cm.Td:317℃. mp: 158-162 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ7.82 (2H, s, aromatic), 8.14 (1H, s, aromatic), 8.50 (1H, s, aromatic), 8.92 (1H, s, aromatic), 7.23 (2H, d, aromatic), 6.92 (2H, d, aromatic), 3.68 (3H, s, -CH 3 ), 1.35 (9H, s, -C (CH 3 ) 3 ) .IR (KBr ): 1737cm -1 (C = O), 1162cm -1 (S (= O) 2 ), 1263cm -1 (-CF 3 ), 1029cm -1 (COC) .UV (acetonitrile): ε 365 = 3460L / mol・ Cm, ε 254 = 24800L / mol ・ cm.T d : 317 ℃
(b)7-tert-ブチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド ヘキサフルオロリン酸塩の合成
五酸化二リン(1.04g,365mmol)とメタンスルホン酸(7.00ml,79.2mmol)をナスフラスコに入れ、溶けるまで撹拌した。二口フラスコに化合物5(2.50g,7.00mmol)とアニソール(0.77ml,14.3mmol)とを入れ、撹拌して溶解した。パスツールピペットを使用して、五酸化二リンとメタンスルホン酸の溶液を氷浴で冷やした二口フラスコにゆっくりと滴下した。滴下が終了したのち、湯浴(30℃)で2時間反応させ、室温で一晩反応させた。得られた液状の反応物を氷水にゆっくりと滴下し、そこにヘキサフルオロリン酸カリウム(1.32g,7.17mmol)を加えてガラス棒で撹拌すると、パールイエローの固体が析出した。
(B) Synthesis of 7-tert-butyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic imide hexafluorophosphate diphosphorus pentoxide (1.04 g, 365 mmol) and Methanesulfonic acid (7.00 ml, 79.2 mmol) was placed in an eggplant flask and stirred until dissolved. Compound 5 (2.50 g, 7.00 mmol) and anisole (0.77 ml, 14.3 mmol) were placed in a two-necked flask and dissolved by stirring. Using a Pasteur pipette, a solution of diphosphorus pentoxide and methanesulfonic acid was slowly added dropwise to a two-necked flask cooled in an ice bath. After completion of the dropwise addition, the mixture was reacted in a hot water bath (30 ° C.) for 2 hours and reacted overnight at room temperature. The obtained liquid reaction product was slowly dropped into ice water, potassium hexafluorophosphate (1.32 g, 7.17 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred with a glass rod to precipitate a pearl yellow solid.
析出物をグラスフィルターでろ過したのち乾燥した。乾燥物を中圧カラム(溶離液:クロロホルム)にアプライして不純物を流去したのち、溶離液をメタノールに変更して回収した。メタノール溶液を乾燥させ、これを沸騰した純水で抽出したのち、水を留去、乾燥させることにより淡黄白色固体である7-tert-ブチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド ヘキサフルオロリン酸塩(以下、化合物6bと略記する。)を得た(収量0.34g,収率8%)。なお、この化合物6bは以下に示す分析結果から同定した。
The precipitate was filtered through a glass filter and dried. The dried product was applied to a medium pressure column (eluent: chloroform) to remove impurities, and the eluent was changed to methanol and collected. 7-tert-butyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl), a pale yellowish white solid, is obtained by drying the methanol solution and extracting it with boiling pure water. Thianthrenium-2,3-dicarboxylic imide hexafluorophosphate (hereinafter abbreviated as
mp:164-167℃.1H NMR (CDCl3):δ7.75(2H,s,aromatic),7.99(1H,s,aromatic),8.54(1H,s,aromatic),8.90(1H,s,aromatic),7.28(2H,d,aromatic),6.87(2H,d,aromatic),365(3H,s,-CH3),1.32(9H,s,-C(CH3)3).IR(KBr):1732cm-1(C=O),842cm-1(P-F),1073cm-1(C-O-C).UV(acetonitrile):ε365=2750L/mol4cm,ε254=22100L/mol4cm.T mp: 164-167 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ7.75 (2H, s, aromatic), 7.99 (1H, s, aromatic), 8.54 (1H, s, aromatic), 8.90 (1H, s, aromatic), 7.28 (2H, d, aromatic), 6.87 (2H, d, aromatic), 365 (3H, s, -CH 3 ), 1.32 (9H, s, -C (CH 3 ) 3 ) .IR (KBr ): 1732cm -1 (C = O), 842cm -1 (PF), 1073cm -1 (COC) .UV (acetonitrile): ε365 = 2750L / mol 4 cm, ε254 = 22100L / mol 4 cm.T
(c)7-tert-ブチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド パーフルオロブタンスルホン酸塩の合成
五酸化二リン(0.56g,196mmol)とメタンスルホン酸(9.00ml,101mmol)をナスフラスコ内に入れ、溶解するまで撹拌した。また、二口フラスコに化合物5(1.32g,3.70mmol)とアニソール(1.00ml,18.6mmol)を入れ、撹拌して溶解した。二口フラスコを氷浴により冷却しながら、ナスフラスコから五酸化二リンとメタンスルホン酸の溶液を、パスツールピペットを使用して、ゆっくりと二口フラスコに滴下した。滴下が終了したのち、湯浴(30℃)で2時間反応させ、液状の反応物を室温で一晩放置した。反応物を氷水にゆっくりと滴下して、そこにパーフルオロ-1-ブタンスルホン酸カリウム(2.06g,6.10mmol)を加えてガラス棒で撹拌すると、パールイエローの固体が析出した。
(C) Synthesis of 7-tert-butyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid perfluorobutanesulfonate diphosphorus pentoxide (0.56 g, 196 mmol) And methanesulfonic acid (9.00 ml, 101 mmol) were placed in an eggplant flask and stirred until dissolved. Further, compound 5 (1.32 g, 3.70 mmol) and anisole (1.00 ml, 18.6 mmol) were placed in a two-necked flask and dissolved by stirring. While cooling the two-necked flask with an ice bath, a solution of diphosphorus pentoxide and methanesulfonic acid was slowly dropped from the eggplant flask into the two-necked flask using a Pasteur pipette. After completion of the dropwise addition, the reaction was allowed to proceed in a hot water bath (30 ° C.) for 2 hours, and the liquid reaction product was left at room temperature overnight. The reaction product was slowly added dropwise to ice water, potassium perfluoro-1-butanesulfonate (2.06 g, 6.10 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred with a glass rod to precipitate a pearl yellow solid.
析出物をグラスフィルターでろ過して乾燥した。乾燥したものを中圧カラム(溶離液:クロロホルム)にアプライして不純物を流去させたのち、溶離液をメタノールに変更して回収した。回収したメタノール溶液を乾燥させたのち、沸騰した純水で抽出し、水を留去、乾燥させることによって、淡黄色固体である7-tert-ブチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド パーフルオロブタンスルホン酸塩(以下、化合物6cと略記する。)を得た(収量0.50g,収率18%)。なお、この化合物6cは以下に示す分析結果から同定した
The precipitate was filtered through a glass filter and dried. The dried product was applied to a medium pressure column (eluent: chloroform) to drain impurities, and the eluent was changed to methanol and collected. The recovered methanol solution is dried and then extracted with boiling pure water.The water is distilled off and dried to give a pale yellow solid, 7-tert-butyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl). ) Thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid imide perfluorobutanesulfonate (hereinafter abbreviated as
mp:142-143.5℃.1H NMR (CDCl3):δ8.99(2H,s,aromatic),8.49(1H,s,aromatic),8.05(1H,s,aromatic),7.74(1H,s,aromatic),7.28(2H,d,aromatic),6.87(2H,d,aromatic),3.64(3H,s,-OCH3),1.29,0.87(9H,s,s,-C(CH3)3).IR(KBr):3448cm-1(N-H),1733cm-1(C=O),1261cm-1(-CF3),1054cm-1(C-O-C).UV(acetonitrile):ε365=3340L/mol・cm,ε254=26800L/mol・cm.Td:312℃. mp: 142-143.5 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ8.99 (2H, s, aromatic), 8.49 (1H, s, aromatic), 8.05 (1H, s, aromatic), 7.74 (1H, s, aromatic), 7.28 (2H, d, aromatic), 6.87 (2H, d, aromatic), 3.64 (3H, s, -OCH 3 ), 1.29,0.87 (9H, s, s, -C (CH 3 ) 3 ) IR (KBr): 3448 cm -1 (NH), 1733 cm -1 (C = O), 1261 cm -1 (-CF 3 ), 1054 cm -1 (COC) UV (acetonitrile): ε 365 = 3340 L / mol ・cm, ε 254 = 26800L / mol ・ cm.T d : 312 ° C.
(d)7-tert-ブチル-(5 or 10)-[4-(1-ブトキシ)フェニル]チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩の合成
五酸化二リン(0.48g,170mmol)とメタンスルホン酸(2.80ml,31.6mmol)をナスフラスコに入れ、溶解するまで撹拌した。また、化合物5(1.00g,2.80mmol)とn-ブチルフェニルエーテル(0.841g,5.6mmol)を二口フラスコに入れ、撹拌して溶解した。二口フラスコを氷浴で冷却しながら、ナスフラスコ中の五酸化二リンとメタンスルホン酸の溶液を、パスツールピペットを使用して、ゆっくりと二口フラスコに滴下した。滴下が終了したのち、湯浴(30℃)で2時間反応させ、液状の反応物を室温で一晩放置した。反応物を氷水にゆっくりと滴下し、そこにトリフルオロメタンスルホン酸カリウム(0.60g,3.2mmol)を加えてガラス棒で撹拌すると、淡黄色の固体が析出した。
(D) Synthesis of 7-tert-butyl- (5 or 10)-[4- (1-butoxy) phenyl] thiantrenium-2,3-dicarboxylic imide trifluoromethanesulfonate diphosphorus pentoxide (0.48 g 170 mmol) and methanesulfonic acid (2.80 ml, 31.6 mmol) were placed in an eggplant flask and stirred until dissolved. Compound 5 (1.00 g, 2.80 mmol) and n-butylphenyl ether (0.841 g, 5.6 mmol) were placed in a two-necked flask and dissolved by stirring. While cooling the two-necked flask in an ice bath, the solution of diphosphorus pentoxide and methanesulfonic acid in the eggplant flask was slowly dropped into the two-necked flask using a Pasteur pipette. After completion of the dropwise addition, the reaction was allowed to proceed in a hot water bath (30 ° C.) for 2 hours, and the liquid reaction product was left at room temperature overnight. The reaction product was slowly added dropwise to ice water, potassium trifluoromethanesulfonate (0.60 g, 3.2 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred with a glass rod to precipitate a pale yellow solid.
析出物をグラスフィルターでろ過して乾燥した。乾燥したものを中圧カラム(溶離液:クロロホルム)にアプライして不純物を流去させたのち、溶離液を酢酸エチルに変更して回収した。回収した酢酸エチル溶液を濃縮し、濃縮液をヘキサンに滴下すると淡黄色固体が析出した。この固体を濾別乾燥させることによって、淡黄色固体である7-tert-ブチル-(5 or 10)-[4-(1-ブトキシ)フェニル]チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩(以下、化合物7と略記する。)を得た(収量0.65g,収率36%)。なお、この化合物7は以下に示す分析結果から同定した。
The precipitate was filtered through a glass filter and dried. The dried product was applied to a medium pressure column (eluent: chloroform) to drain impurities, and the eluent was changed to ethyl acetate and collected. The collected ethyl acetate solution was concentrated, and the concentrated solution was added dropwise to hexane to precipitate a pale yellow solid. This solid was filtered and dried to obtain a light yellow solid 7-tert-butyl- (5 or 10)-[4- (1-butoxy) phenyl] thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid imide trifluoromethane A sulfonate (hereinafter abbreviated as compound 7) was obtained (yield 0.65 g, yield 36%). In addition, this
mp:207-213℃.1H NMR(CDCl3):δ9.96(1H,s,N-H),9.05(1H,m,aromatic),8.50(1H,m,aromatic),8.17(1H,s,aromatic),7.80(2H,m,aromatic),7.36(2H,d,aromatic),6.92(2H,d,aromatic),3.87(3H,s,-OCH2-),1.63(3H,m,-CH2-),1.36(12H,m,-C(CH3)3,-CH2-),0.87(3H,t,-CH3).UV(acetonitrile):ε365=5000L/mol・cm.ε254=28400L/mol・cm.Td:295℃. mp: 207-213 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ 9.96 (1H, s, NH), 9.05 (1H, m, aromatic), 8.50 (1H, m, aromatic), 8.17 (1H, s, aromatic), 7.80 (2H, m, aromatic), 7.36 (2H, d, aromatic), 6.92 (2H, d, aromatic), 3.87 (3H, s, -OCH 2- ), 1.63 (3H, m, -CH 2- ), 1.36 (12H, m, -C (CH 3 ) 3 , -CH 2- ), 0.87 (3H, t, -CH 3 ) .UV (acetonitrile): ε 365 = 5000 L / mol ・ cm.ε 254 = 28400L / mol ・ cm.Td:295℃.
(4)図2に示す光酸発生剤の合成
(i)ジクロロフタル酸イミドの合成
(a)4,5-ジクロロフタル酸イミドの合成
4,5-ジクロロフタル酸無水物(21.0g,96.8mmol)とホルムアミド(84.0g,1.86mmol)を四つ口フラスコに入れ、100℃で25時間熟成させた。反応液を冷水(5℃以下,525ml)にパージして減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥し、白色個体である4,5-ジクロロフタル酸イミド(以下、化合物9aと略記する。)を得た(収量20.2g,収率96%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、99.5 Area%であった。
(4) Synthesis of photoacid generator shown in Fig. 2 (i) Synthesis of dichlorophthalimide (a) Synthesis of 4,5-dichlorophthalimide
4,5-dichlorophthalic anhydride (21.0 g, 96.8 mmol) and formamide (84.0 g, 1.86 mmol) were placed in a four-necked flask and aged at 100 ° C. for 25 hours. The reaction solution was purged with cold water (5 ° C. or lower, 525 ml) and filtered under reduced pressure, and then dried under reduced pressure at 40 ° C. to give 4,5-dichlorophthalimide (hereinafter abbreviated as
(b)N-フェニル-4,5-ジクロロフタル酸イミドの合成
4,5-ジクロロフタル酸無水物(10.0g,46mmol)、酢酸(69.3g)、DMF(54.2g)を四つ口フラスコに入れて攪拌した。アニリン(4.29g,46mmol)を添加して、DMF(13.3g)により洗い込み、100℃で5時間熟成させた。反応液を減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥し、白色固体であるN-フェニル-4,5-ジクロロフタル酸イミド(以下、化合物9bと略記する。)を得た(収量11.1g,収率83%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、100 Area%であった。
(B) Synthesis of N-phenyl-4,5-dichlorophthalimide
4,5-dichlorophthalic anhydride (10.0 g, 46 mmol), acetic acid (69.3 g), and DMF (54.2 g) were placed in a four-necked flask and stirred. Aniline (4.29 g, 46 mmol) was added, washed with DMF (13.3 g) and aged at 100 ° C. for 5 hours. The reaction solution was filtered under reduced pressure and dried at 40 ° C. under reduced pressure to obtain N-phenyl-4,5-dichlorophthalimide (hereinafter abbreviated as compound 9b) as a white solid (yield 11.1 g, yield).
(c)N-ベンジル-4,5-ジクロロフタル酸イミドの合成
4,5-ジクロロフタル酸無水物(15.2g,70mmol)、酢酸(105.3g)、DMF(82.3g)を四つ口フラスコに入れて攪拌したのち、ベンジルアミン(7.43g,70mmol)を添加して、DMF(20.2g)により洗い込み、100℃で3時間熟成させた。反応液を減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥して、白色固体であるN-ベンジル-4,5-ジクロロフタル酸イミド(以下、化合物9cと略記する。)を得た(収量17.9g,収率84%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、100 Area%であった。
(C) Synthesis of N-benzyl-4,5-dichlorophthalimide
Add 4,5-dichlorophthalic anhydride (15.2 g, 70 mmol), acetic acid (105.3 g) and DMF (82.3 g) into a four-necked flask and stir, then add benzylamine (7.43 g, 70 mmol). Then, it was washed with DMF (20.2 g) and aged at 100 ° C. for 3 hours. The reaction solution was filtered under reduced pressure and dried at 40 ° C. under reduced pressure to obtain N-benzyl-4,5-dichlorophthalimide (hereinafter abbreviated as Compound 9c) as a white solid (yield 17.9 g, Yield 84%). The purity measured by HPLC and an absorptiometer (UV: 254 nm) was 100 Area%.
(ii)メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
(a)7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
トルエン-3,4-ジチオール(以下、化合物8と略記する。12.5g,80mmol)、DMF(347.8g)、カリウム-t-ブトキシド(22.4g,200mmol)を四つ口フラスコに入れ、95℃で2時間加温してカリウム塩化した。反応液に化合物9a(16.4g,76mmol)を加え、65℃にて6時間熟成させた。反応液に水100mlとメタノール100mlとを加えて0℃以下まで冷却したのち、減圧ろ過し、40℃で減圧乾燥することによって、黄色固体である7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物10aと略記する。)を得た(収量18.8g,収率83%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、98.5 Area%であった。
(Ii) Synthesis of methylthianthrene-2,3-dicarboxylic acid imide (a) Synthesis of 7-methylthianthrene-2,3-dicarboxylic acid imide Toluene-3,4-dithiol (hereinafter abbreviated as compound 8). 12.5 g, 80 mmol), DMF (347.8 g) and potassium-t-butoxide (22.4 g, 200 mmol) were placed in a four-necked flask and heated at 95 ° C. for 2 hours for potassium chloride.
(b)N-フェニル-7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸 イミドの合成
化合物8(2.81g,18mmol)、DMF(73.9g)、カリウム-t-ブトキシド(5.05g,45mmol)を四つ口フラスコに入れ、95℃で2時間加温してカリウム塩化した。反応液に化合物9b(4.97g,17mmol)を加え、65℃で20時間熟成させた。反応液に水24mlとメタノール240mlとを加えて0℃以下まで冷却したのち、減圧ろ過し、40℃で減圧乾燥することによって、黄色固体であるN-フェニル-7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物10bと略記する。)を得た(収量5.48g,収率85%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、99.7 Area%であった。
(B) Synthesis of N-phenyl-7-methylthianthrene-2,3-dicarboxylic acid imide Compound 8 (2.81 g, 18 mmol), DMF (73.9 g), potassium-t-butoxide (5.05 g, 45 mmol) It put into the necked flask, and it heated at 95 degreeC for 2 hours, and potassium-chlorinated. Compound 9b (4.97 g, 17 mmol) was added to the reaction solution and aged at 65 ° C. for 20 hours. The reaction solution was added with 24 ml of water and 240 ml of methanol, cooled to 0 ° C. or lower, filtered under reduced pressure, and dried under reduced pressure at 40 ° C., so that N-phenyl-7-methylthianthrene-2,3 as a yellow solid was obtained. Dicarboxylic acid imide (hereinafter abbreviated as
(c)N-ベンジル-7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
化合物8(8.75g,56mmol)、DMF(233.0g)、カリウム-t-ブトキシド(15.7g,140mmol)を四つ口フラスコに入れ、95℃で2時間加温してカリウム塩化した。反応液に化合物9c(16.3g,53mmol)を加え、65℃で2時間熟成させた。反応液に水70mlとメタノール70mlとを加えて0℃以下まで冷却したのち、減圧ろ過し、40℃で減圧乾燥することによって、黄色固体であるN-ベンジル-7-メチルチアントレン-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物10cと略記する。)を得た(収量17.1g,収率82%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、96.8 Area%であった。
(C) Synthesis of N-benzyl-7-methylthianthrene-2,3-dicarboxylic imide Compound 8 (8.75 g, 56 mmol), DMF (233.0 g), potassium-t-butoxide (15.7 g, 140 mmol) It put into the necked flask, and it heated at 95 degreeC for 2 hours, and potassium-chlorinated. Compound 9c (16.3 g, 53 mmol) was added to the reaction solution and aged at 65 ° C. for 2 hours. 70 ml of water and 70 ml of methanol were added to the reaction solution, cooled to 0 ° C. or lower, filtered under reduced pressure, and dried under reduced pressure at 40 ° C. to give N-benzyl-7-methylthianthrene-2,3 which is a yellow solid. Dicarboxylic acid imide (hereinafter abbreviated as compound 10c) was obtained (yield 17.1 g, yield 82%). The purity measured by HPLC and an absorptiometer (UV: 254 nm) was 96.8 Area%.
(iii)メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
(a)7-メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
化合物10a(4.79g,16mmol)、酢酸(83.9g)を四つ口フラスコに入れて攪拌した。反応液に1M 硝酸(20ml)を添加し、100℃で11時間熟成させた。反応液を冷水(5℃以下,400ml)にパージして減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥することによって、淡黄色固体である7-メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物11aと略記する。)を得た(収量3.74g,収率74%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、95.7Area%であった。
(Iii) Synthesis of methylthianthrene- (5 or 10) -oxide-2,3-dicarboxylic imide (a) Synthesis of 7-methylthianthrene- (5 or 10) -oxide-2,3-
(b)N-フェニル-7-メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
化合物10b(4.51g,12mmol)、酢酸(62.9g)を四つ口フラスコに入れて攪拌した。反応液に1M 硝酸(9.2ml)を添加し、100℃で4時間熟成させた。反応液を冷水(5℃以下,300ml)にパージして減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥し、淡黄色固体であるN-フェニル-7-メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物11bと略記する。)を得た(収量3.46g,収率73%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、86.7 Area%であった。
(B) Synthesis of N-phenyl-7-methylthianthrene- (5 or 10) -oxide-2,3-
(c)N-ベンジル-7-メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミドの合成
化合物10c(5.06g,13mmol)、酢酸(68.2g)を四つ口フラスコに入れて攪拌した。反応液に1M 硝酸(7.8ml)を添加し、100℃で5時間熟成させた。反応液を冷水(5℃以下,330ml)にパージして減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥し、淡黄色固体であるN-ベンジル-7-メチルチアントレン-(5 or 10)-オキシド-2,3-ジカルボン酸イミド(以下、化合物11cと略記する。)を得た(収量4.46g,収率85%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、97.4 Area%であった。
(C) Synthesis of N-benzyl-7-methylthianthrene- (5 or 10) -oxide-2,3-
(iv)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩の合成
(a)7-メチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩の合成
メタンスルホン酸(7.60g)、アニソール(0.56g)、化合物11a(1.58g,5.00mmol)を四つ口フラスコに入れて攪拌した。反応液に五酸化二リン(0.2g)/メタンスルホン酸(7.60g)溶液をゆっくりと滴下し、30℃で22時間熟成させた。反応液14.4gを冷水(5℃以下,150ml)にパージして減圧ろ過したのち、ろ液にトリフルオロメタンスルホン酸カリウム(2.30g)を加えて攪拌してアニオン交換した。
(Iv) Synthesis of thiantrenium-2,3-dicarboxylic imide trifluoromethanesulfonate (a) 7-methyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid Synthesis of imido trifluoromethanesulfonate Methanesulfonic acid (7.60 g), anisole (0.56 g) and
析出した固体を減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥することにより、黄色固体である7-メチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩(以下、化合物12aと略記する。)を得た(収量1.56g,収率69%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、97.0 Area%であった。また、この化合物12aは以下に示す分析結果から同定した。
The precipitated solid was filtered under reduced pressure and then dried under reduced pressure at 40 ° C., so that 7-methyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic imide trifluoride, which is a yellow solid, was obtained. Lomomethanesulfonate (hereinafter abbreviated as
mp:144-147℃.1H NMR(DMSO-d6):δ11.90(1H,s,N-H),8.98(1H,d,aromatic),8.47-8.37(2H,m,aromatic),7.98(1H,m,aromatic),7.77-7.68(1H,m,aromatic),7.28(2H,m,aromatic),7.09(2H,m,aromatic),3.76 (3H,s,-CH3),2.49(3H,s,-CH3).UV(acetonitrile):ε365=4870L/mol・cm.Td:313℃. mp: 144-147 ° C. 1 H NMR (DMSO-d 6 ): δ 11.90 (1H, s, NH), 8.98 (1H, d, aromatic), 8.47-8.37 (2H, m, aromatic), 7.98 ( 1H, m, aromatic), 7.77-7.68 (1H, m, aromatic), 7.28 (2H, m, aromatic), 7.09 (2H, m, aromatic), 3.76 (3H, s, -CH 3 ), 2.49 (3H , s, -CH 3 ) .UV (acetonitrile): ε 365 = 4870 L / mol ・ cm.T d : 313 ° C.
(b)N-フェニル-7-メチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩の合成
メタンスルホン酸(6.09g)、アニソール(0.44g)、化合物12b(1.57g,4.0mmol)を四つ口フラスコに入れ攪拌した。反応液に五酸化二リン(0.16g)/メタンスルホン酸(6.09g)溶液をゆっくり滴下し、30℃で44時間熟成させた。反応液12.0gを水(180ml)にパージして減圧ろ過したのち、ろ液にトリフルオロメタンスルホン酸カリウム(2.26g)を加えたのち、攪拌してアニオン交換した。
(B) Synthesis of N-phenyl-7-methyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic imide trifluoromethanesulfonate Methanesulfonic acid (6.09 g), anisole (0.44 g) and
析出した固体を減圧ろ過したのち、40℃で乾燥することにより、黄色固体であるN-フェニル-7-メチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩(以下、化合物12bと略記する。)を得た(収量1.28g,収率51%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、89.4 Area%であった。また、この化合物12bは以下に示す分析結果から同定した。
The precipitated solid was filtered under reduced pressure and dried at 40 ° C. to give a yellow solid N-phenyl-7-methyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid Acid imide trifluoromethanesulfonate (hereinafter abbreviated as
mp:145-148℃.1H NMR (CDCl3):δ8.98(1H,d,aromatic),8.16(2H,m,aromatic),7.70-7.20(8H,m,aromatic),6.87(2H,d,aromatic),3.69(3H,d,-OCH3),2.44(3H,d,-CH3).UV(acetonitrile):ε365=4470L/mol・cm.Td:321℃. mp: 145-148 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ8.98 (1H, d, aromatic), 8.16 (2H, m, aromatic), 7.70-7.20 (8H, m, aromatic), 6.87 (2H, d, aromatic), 3.69 (3H, d, -OCH 3 ), 2.44 (3H, d, -CH 3 ) .UV (acetonitrile): ε 365 = 4470 L / mol-cm.T d : 321 ° C.
(c)N-ベンジル-7-メチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩の合成
メタンスルホン酸(8.99g)、アニソール(0.89g)、化合物11c(3.24g,8.0mmol)を四つ口フラスコに入れて攪拌した。反応液に五酸化二リン(0.3g)/メタンスルホン酸(8.99g)溶液をゆっくり滴下し、30℃で19時間熟成させた。反応液11.1gを冷水(5℃以下,225ml)にパージして減圧ろ過したのち、ろ液にトリフルオロメタンスルホン酸カリウム(0.85g)を加え、攪拌してアニオン交換した。
(C) Synthesis of N-benzyl-7-methyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3-dicarboxylic acid trifluoromethanesulfonate Methanesulfonic acid (8.99 g), anisole (0.89 g) and
析出した固体を減圧ろ過したのち、40℃で減圧乾燥することにより、黄色固体であるN-ベンジル-7-メチル-(5 or 10)-(4-メトキシフェニル)チアントレニウム-2,3-ジカルボン酸イミド トリフルオロメタンスルホン酸塩(以下、化合物12cと略記する。)を得た(収量2.00g,収率78%)。なお、純度をHPLCと吸光光度計(UV:254nm)により測定したところ、96.9 Area%であった。また、この化合物12cは以下に示す分析結果から同定した。
The precipitated solid was filtered under reduced pressure and then dried under reduced pressure at 40 ° C., so that N-benzyl-7-methyl- (5 or 10)-(4-methoxyphenyl) thiantrenium-2,3- Dicarboxylic acid imide trifluoromethanesulfonate (hereinafter abbreviated as compound 12c) was obtained (yield 2.00 g, yield 78%). The purity measured by HPLC and absorptiometer (UV: 254 nm) was 96.9 Area%. Moreover, this
mp:124-126℃.1H NMR (CDCl3):δ8.87(1H,d,aromatic),8.36(1H,t,aromatic),8.13(1H,s,aromatic),7.75-7.55(2H,m,aromatic),7.35-7.21(8H,m,aromatic),6.93(2H,m,aromatic),4.81(2H,s,-CH2-Ph),3.76(3H,d,-OCH3),2.51(3H,s,-CH3).UV(acetonitrile):ε365=5060L/mol・cm.Td:312℃. mp: 124-126 ° C. 1 H NMR (CDCl 3 ): δ8.87 (1H, d, aromatic), 8.36 (1H, t, aromatic), 8.13 (1H, s, aromatic), 7.75-7.55 (2H, m, aromatic), 7.35-7.21 (8H, m, aromatic), 6.93 (2H, m, aromatic), 4.81 (2H, s, -CH 2 -Ph), 3.76 (3H, d, -OCH 3 ), 2.51 (3H, s, -CH 3 ) .UV (acetonitrile): ε 365 = 5060 L / mol ・ cm.T d : 312 ° C.
(5)光酸発生剤の物性
(i)UV-Visスペクトルの測定
合成した化合物6a及び化合物6bのアセトニトリル中でUV-Visスペクトルを測定した。その結果を図3に示す。図3のUV-Visスペクトルから、合成した2種類の光酸発生剤はi線(365nm)に吸収を有することが確認できた。なお、測定した化合物6aの濃度は1.55×10-5Mであり、化合物6bの濃度は1.52×10-5Mであった。
(5) Physical properties of photoacid generator (i) Measurement of UV-Vis spectrum UV-Vis spectrum was measured in acetonitrile of
また、このスペクトルから化合物6a、化合物6bのモル吸光係数(ε365)を算出した。その結果を表1に記載する。なお、比較のため、tert-THITf及びNITfのモル吸光係数(ε365)も合わせて示す。
In addition, the molar extinction coefficient (ε 365 ) of
表1に示すように、化合物6a、化合物6bのモル吸光係数はそれぞれ3460M-1cm-1、2750M-1cm-1であり、従来からあるtert-THITf(1950M-1cm-1)、NITf(330M-1cm-1)よりも大きかった。このことは、365nmの光を照射することによって、化合物6a、化合物6bがtert-THITfやNITfよりも効率良く分解する可能性を示唆している。
As shown in Table 1, respectively compound 6a, the molar extinction coefficient of the
(ii)分解点の測定
化合物6a、化合物6bの分解点(Td)を窒素雰囲気下、加熱速度10℃/minで熱重量測定法により測定した。その結果であるTGA曲線を図4に示す。また、測定した分解点(Td)を表1に記載した。なお、比較のため、tert-THITf及びNITfの分解点(Td)についても合わせて記載した。
(Ii) Measurement of decomposition point The decomposition points (T d ) of the
表1に示すように、化合物6a、化合物6bの分解点(Td)は、それぞれ317℃、268℃であり、従来からあるtert-THITf(156℃)、NITf(225℃)よりも高かった。このことは、化合物6a、化合物6bは、従来からある光酸発生剤よりも熱安定性に優れており、光酸発生剤としての使用温度域では理論上安定であることを示唆している。なお、化合物6a、化合物6bの分解点(Td)が大きく異なる原因としては、対アニオンの違いが考えられる。
As shown in Table 1, the decomposition points (T d ) of the
(iii)光分解による吸収スペクトルの変化
一般的に光分解性化合物は光を吸収することによって分解し、UV-Visスペクトルの吸光度変化を起こす。そこで、化合物6a、化合物6bにアセトニトリル中で光(波長365nm)を照射して光分解させ、そのUV-Visスペクトルの変化を測定した。その結果を図5に示す。なお、測定した化合物6aの濃度は1.74×10-5Mであり、6bの濃度は1.55×10-5Mであった。
(iii) Change in absorption spectrum due to photolysis Generally, a photodegradable compound is decomposed by absorbing light, causing a change in absorbance of the UV-Vis spectrum. Therefore,
図5に示すように、光照射によって化合物6a、化合物6bは250nm、360nm付近の吸収が減少しており、その一方で290nm付近の吸収が増大していることが分かった。このことから両化合物とも365nm光を吸収し、光分解することが分かった。
As shown in FIG. 5, it was found that the absorption at around 250 nm and 360 nm decreased for
また、対アニオンの違いが光分解速度に与える影響を調べるため、化合物6a、化合物6bの290nmにおけるピークの増加からこれらの分解率を算出した。その結果を図6に示す。
Further, in order to examine the effect of the difference in counter anion on the photodegradation rate, the decomposition rate was calculated from the increase in the peak at 290 nm of
図6に示すように、両者の分解速度を比較すると、化合物6aの分解速度が化合物6bの分解速度よりもやや早い程度であり、両者の分解速度はほとんど同じであった。また、化合物6aの方が化合物6bよりもε365の値が大きいにもかかわらず、両者の分解速度にほとんど差がなかった。その理由としては、化合物6aの量子収率が化合物6bの量子収率より小さいということが考えられる。
As shown in FIG. 6, when the decomposition rates of both were compared, the decomposition rate of
光酸発生剤6c、7、12a〜12のモル吸光係数(ε365)及び光分解速度(k)を測定し、6aを基準としたモル吸光係数(ε365)、光分解速度(k)及び相対光分解量子収率(φd rel)を計算した。その結果を表2に示す。この表から、12bを除く、どの光酸発生剤も光反応速度と相対光分解量子収率が大きく、良好な光分解性を示すことが分かった。
The molar extinction coefficient (ε 365 ) and photodecomposition rate (k) of the
なお、表2中の光分解速度は、各光酸発生剤のアセトニトリル溶液(1.0〜3.0×10-5M)を石英セルに入れて、365nmの光を空気下で照射して、その減少率を測定し、下記の数式(I)により計算した。 The photodegradation rate in Table 2 is the rate of decrease when the acetonitrile solution of each photoacid generator (1.0 to 3.0 × 10 −5 M) is put in a quartz cell and irradiated with 365 nm light in the air. Was measured and calculated by the following formula (I).
2.フィルムの作製とその評価
実施例1で合成した光酸発生剤を含むフォトリソグラフィ用樹脂組成物を調製し、これを光重合することによってフィルムを作製し、このフィルムの性質を評価した。なお、フォトリソグラフィ用樹脂組成物の樹脂成分には、ポリグリシジルメタクリレート(以下、PGMAと略記する。)を使用した。
2. Production of Film and Its Evaluation A resin composition for photolithography containing the photoacid generator synthesized in Example 1 was prepared, and this was photopolymerized to produce a film, and the properties of this film were evaluated. Polyglycidyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PGMA) was used as the resin component of the resin composition for photolithography.
(1)試薬
グリシジルメタクリレート(以下、GMAと略記する。)は、東京化成から購入したものを蒸留して使用した。また、2,2'-アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNと略記する。)は、ナカライテスクから購入したもの再結晶(溶媒:クロロホルム)して使用した。さらに、NITf、tert-THITfは、実施例1と同様の方法で入手、合成したものを使用した。
(1) Reagent Glycidyl methacrylate (hereinafter abbreviated as GMA) was used by distilling one purchased from Tokyo Kasei. Further, 2,2′-azobisisobutyronitrile (hereinafter abbreviated as AIBN) was purchased from Nacalai Tesque and recrystallized (solvent: chloroform). Further, NITf and tert-THITf obtained and synthesized in the same manner as in Example 1 were used.
(2)測定装置等
PGMAのMn及びMwは、ポンプ(JASCO,880-PU)、検出器(JASCO,RI-1530,870-UV)、デガッサー(JASCO,DG-980-53)、恒温槽(クロマトサイエンス,CS-600H)、カラム(TOSOH,GMHHR-N,GMHHR-H)で構成したSEC測定装置を使用して、GCP法により測定した。なお、溶離液にはTHFを使用し、その流速は0.8ml/minに設定した。また、分子量標準物質にはポリスチレン(東ソー)を使用した。
(2) Measuring equipment, etc.
M n and M w of PGMA the pump (JASCO, 880-PU), a detector (JASCO, RI-1530,870-UV ), degasser (JASCO, DG-980-53), a thermostat (chromatographic Science, CS -600H) and a column (TOSOH, GMH HR -N, GMH HR -H) were used, and measurement was performed by the GCP method. Note that THF was used as the eluent, and the flow rate was set to 0.8 ml / min. Polystyrene (Tosoh) was used as the molecular weight standard substance.
また、光重合は、高圧水銀灯(ウシオ電機,UM-102)が発生した光から、干渉フィルター(朝日分光,MZ0365)により365nm光のみを取り出して照射することにより行った。なお、光量測定は紫外線照度計(オーク製作所,UV-MO2)で行った。 Photopolymerization was performed by extracting and irradiating only 365 nm light from the light generated by a high-pressure mercury lamp (USHIO, UM-102) with an interference filter (Asahi Spectroscopy, MZ0365). The light intensity was measured with an ultraviolet illuminometer (Oak Seisakusho, UV-MO2).
さらに、フィルムの作製にはスピンコーター(ミカサスピンコーター,1H-D3型)を使用し、フィルムの膜厚測定には膜厚測定器(Nanometrics Japan, Nanospec M3000)を使用した。 Further, a spin coater (Mikasa spin coater, 1H-D 3 type) was used for the production of the film, and a film thickness measuring device (Nanometrics Japan, Nanospec M3000) was used for the film thickness measurement.
(3)フィルムの作製
(i)ポリグリシジルメタクリレート(PGMA)の合成
まず、GMA(4.26g,66.4mmol)、AIBN(244mg,1.49mmol)、イソプロピルベンゼン(23.2ml)、DMF(21ml)の混合物をアルゴンでバブリングしてアルゴン置換したのち、60℃で2時間重合した。つぎに、反応液をメタノールに滴下して、生じた沈殿をろ別した。最後に、THF/メタノール系にて再沈精製を3回行った。その結果、白色粉末であるPGMAを得た(収量2.20g,収率26%)。なお、1H NMRよりモノマーが残留していないことを確認した。また、GPC法により求めた分子量は、ポリスチレンに換算してMn=34000,Mw=55800,Mw/Mn=1.64であった。
(3) Production of film (i) Synthesis of polyglycidyl methacrylate (PGMA) First, a mixture of GMA (4.26 g, 66.4 mmol), AIBN (244 mg, 1.49 mmol), isopropylbenzene (23.2 ml), DMF (21 ml) After bubbling with argon and replacing with argon, polymerization was carried out at 60 ° C. for 2 hours. Next, the reaction solution was added dropwise to methanol, and the resulting precipitate was filtered off. Finally, reprecipitation purification was performed 3 times in a THF / methanol system. As a result, PGMA was obtained as a white powder (yield 2.20 g, yield 26%). It was confirmed by 1 H NMR that no monomer remained. The molecular weight determined by the GPC method was M n = 34000, M w = 55800, M w / M n = 1.64 in terms of polystyrene.
(ii)PGMAフィルムの作製
まず、PGMA(20.0mg)に対して各光酸発生剤を約1mol%(化合物6a:0.69mg,化合物6b0.69mg,tert-THITf:0.688mg,NITf:0.480mg)となるように添加し、これをシクロヘキサノン218mgに溶解させ、スピンコーターによりSi板上に塗布した。つぎに、残存溶媒除去のためプリベークしてフィルムを得た。
(Ii) Production of PGMA film First, about 1 mol% of each photoacid generator (
(4)不溶化率の測定
光酸発生剤の違いがフィルムの不溶化率に与える影響について調べた。具体的には、作製したフィルムに波長365nmの光を異なる照射光量で照射したのち、THF中に浸漬し、浸漬前後の膜厚比から不溶化率を求めた。なお、図7に、光照射により光酸発生剤から酸が発生し、この酸により、PGMA側鎖のエポキシ基が架橋して不溶化するメカニズムを示す。
(4) Measurement of insolubilization rate The effect of the difference in the photoacid generator on the insolubilization rate of the film was examined. Specifically, the prepared film was irradiated with light having a wavelength of 365 nm with different irradiation light amounts, and then immersed in THF, and the insolubilization rate was determined from the film thickness ratio before and after the immersion. FIG. 7 shows a mechanism in which an acid is generated from the photoacid generator by light irradiation, and the epoxy group of the PGMA side chain is crosslinked and insolubilized by this acid.
(i)トリフルオロメタンスルホン酸を生成する光酸発生剤が不溶化率に与える影響
光分解によってトリフルオロメタンスルホン酸を生成する光酸発生剤である化合物6a、tert-THITf、NITfを使用して、光酸発生剤の違いがフィルムの不溶化率に与える影響を調べた。その結果を図8に示す。なお、フィルムを作製する際のプリベーク温度は80℃、プリベーク時間は5分であり、作製したフィルムの厚さは0.3μmであった。また、THFへの浸漬時間は10分であった。
(I) Effect of photoacid generator that generates trifluoromethanesulfonic acid on
図8に示すように、化合物6a、tert-THITf、NITfの酸触媒能を、PGMAの不溶化により比較すると、化合物6aが優れた酸触媒能を備えていることが分かった。さて、一般的に、光酸発生剤によるPGMAフィルムの不溶化は酸発生の量子収率と発生する酸の強度に依存すること、が分かっている。ここでは発生する酸の強度が同じであるため、酸触媒能の違いは化合物6aの酸発生の量子収率が優れていることに起因すると考えることができる。
As shown in FIG. 8, when the acid catalytic ability of
化合物6aの量子効率が優れている原因としては、チアントレン骨格にアニソール部位を導入したことによりε365が増加したこと、が考えられる。すなわち、ε365が増加することによって、365nm光を効率よく吸収して分解し、酸を効率よく生成できることが、原因であると考えられる。
The reason why the quantum efficiency of the
なお、図8に示すように、光酸発生剤によって使用したPGMAの分子量は異なっている。また、一般的にPGMAの分子量が増加するにつれて不溶化し易くなることが知られている。これらを考慮すれば、分子量の小さなPGMAを使用しているにもかかわらず高い不溶化率を示した化合物6aが優れた酸触媒能を備えていること、が分かる。
In addition, as shown in FIG. 8, the molecular weight of PGMA used by the photo-acid generator differs. In general, it is known that as the molecular weight of PGMA increases, insolubilization easily occurs. In consideration of these, it can be seen that the
(ii)イオン型光酸発生剤が不溶化率に与える影響
同じイオン型光酸発生剤である化合物6a、化合物6b、NITfを使用して、光酸発生剤の違いがフィルムの不溶化率に与える影響を調べた。その結果を図9に示す。なお、フィルムを作製する際のプリベーク温度は90℃、プリベーク時間は5分であり、作製したフィルムの厚さは0.4〜0.5μmであった。また、THFへの浸漬時間は5分であった。
(Ii) Effect of ionic photoacid generator on insolubilization rate Effect of photoacid generator difference on film insolubilization rate using the same ionic
図9に示すように、化合物6a、化合物6b、NITfの酸触媒能を、PGMAの不溶化により比較すると、化合物6a、化合物6bはNITfよりも優れており、化合物6aは化合物6bよりも多少優れてはいるものの、大きな差は認められなかった。
As shown in FIG. 9, when the acid catalytic ability of
さて、一般的に、光酸発生剤によるPGMAフィルムの不溶化は発生する酸の強度に依存すること、が分かっている。また、化合物6a、化合物6bに光照射することにより生成する酸CF3SO3HとHPF6のpKaを比較すると、CF3SO3Hの方がHPF6よりも大きく、化合物6bの方が強い酸を出すと考えられている。そのため、化合物6aと化合物6bとの酸触媒には大きな差が存在すると予測されるが、実際はそうではなかった。
In general, it has been found that insolubilization of a PGMA film by a photoacid generator depends on the strength of the generated acid. Further, comparing the pKa of the acids CF 3 SO 3 H and HPF 6 produced by irradiating
この原因としては、大量に強力な酸が発生しても室温では架橋反応速度が遅く、本測定のタイムスケールではPGMAフィルムの不溶化率に反映されないためだと考えられる。なお、室温で架橋反応の速度が遅い理由としては、PGMA側鎖のセグメント運動が不十分であるため、酸の拡散や架橋反応が制限されていることが挙げられる。 This is probably because even if a large amount of strong acid is generated, the crosslinking reaction rate is slow at room temperature and is not reflected in the insolubilization rate of the PGMA film in the time scale of this measurement. The reason for the slow crosslinking reaction at room temperature is that the segmental motion of the PGMA side chain is insufficient, so that acid diffusion and crosslinking reaction are limited.
Claims (6)
Formula (I) and Formula (II)
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