JP5781947B2 - 新規スルホン酸誘導体化合物及び新規ナフタル酸誘導体化合物 - Google Patents

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Description

本発明は、新規なスルホン酸誘導体化合物に関し、詳しくは、光酸発生剤及びカチオン重合開始剤として有用な吸収特性及び溶解性を与えるスルホン酸誘導体化合物に関する。また、本発明は、上記の新規スルホン酸誘導体化合物を与える新規なナフタル酸誘導体に関する。
放射線官能基であるナフタルイミノ基を有するスルホニルオキシイミドは、光等のエネルギー線照射を受けることで酸を発生する物質であり、半導体などの電子回路形成に用いるフォトリソグラフィー用レジスト組成物における光酸発生剤や、光造形用樹脂組成物、塗料、コーティング、接着剤、インク等の光重合性組成物におけるカチオン重合開始剤などに使用されている。
特許文献1には、酸硬化性樹脂ならびに一般式(II)で表される潜硬化剤触媒とからなる硬化性組成物が開示されている。一般式(II)において、ナフタレン骨格の置換基であるR〜Rは、水素原子、炭素数1ないし8のアルキル基、炭素数1ないし4のアルコキシ基、炭素原子数1ないし12のアルキルチオ基、ニトロ基またはハロゲン原子であることが開示されている。特許文献1には、R〜Rについては、水素原子のものが開示されているだけであり、これらの置換の種類、置換の数、置換の位置等による性質や性能の違いについては開示も示唆もない。
特許文献2には、一般式(I)で表されるスルホニルオキシイミドをスルホン酸前駆体として含む紫外線、電子線、またはエックス線露光装置で使用するフォトレジストが開示されている。特許文献2には、ナフタルイミドとして、ナフタルイミド、3−ニトロナフタルイミド、4−ニトロナフタルイミド、4−クロロナフタルイミド及び4−ブロモナフタルイミドが開示されている。
特許文献3には、一般式(A−1)で表されるスルホン酸発生剤を含有する活性光線硬化型インク組成物が開示されている。一般式(A−1)において、ナフタレン骨格の置換基であるR、Rとしては、アルキル基、アルコキシ基、カルボニル基、フェニルチオ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基が開示されている。
特許文献4には、フォトレジスト用アンダーコート用組成物が開示されており、光活性化合物として、ナフタルイミノ基を有するフッ化スルホニルオキシイミドが開示されており、ナフタレン骨格の置換基として(C−C)アルキルまたは(C−C)アルコキシが開示されている。しかし、置換の種類、置換の位置等による性質や性能の違いについては開示も示唆もない。
上記の特許文献に記載のナフタルイミノ基を有するスルホニルオキシイミドは、フォトレジストに使用される光酸発生剤、光造形用樹脂組成物、塗料、コーティング、接着剤、インク等に使用されるカチオン重合開始剤としては、有機溶剤や樹脂成分等の有機成分への相溶性及び長波長側の感光性が充分ではなかった。
特開昭57−151651号(請求項1) 特表平8−501890号(請求項2) 特開2004−217748号(請求項1) 特表2009−516207号(段落[0029]、[0034])
従って、本発明の目的は、有機溶剤に対する溶解性が高く、感光性の良好な、光酸発生剤及び重合開始剤に適した新規なスルホン酸誘導体化合物及び新規ナフタル酸誘導体化合物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、特定の構造を有するナフタルイミノ基をエステル成分とするスルホン酸誘導体化合物が溶解性と感光性が良好であることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明のスルホン酸誘導体化合物は、下記一般式(I)、
Figure 0005781947
(式中、R01、R04、R05及びR06は、水素原子を表し、R02、R03のいずれか1つは、脂環式炭化水素基、複素環基またはハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数4〜18のアルコキシ基;該アルコキシ基の酸素原子に隣接しない任意位置のメチレン基が−C(=O)−基で置換された基;該アルコキシ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基;脂環式炭化水素基、複素環基またはハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数4〜18のアルキルチオ基;該アルキルチオ基の硫黄原子に隣接しない任意位置のメチレン基が−C(=O)−基で置換された基;該アルキルチオ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基;または、下記一般式(A)で表される基を表し、R02、R03の残りの1つは、水素原子を表し、R07は、ハロゲン原子及び/又はアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基;ハロゲン原子及び/又は脂環式炭化水素基で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基;ハロゲン原子で置換されてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基;ハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数6〜20のアリール基;ハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数7〜20のアリールアルキル基;ハロゲン原子で置換されてもよい炭素数7〜20のアルキルアリール基;アシル基で置換された炭素数7〜20のアリール基;10−カンファーイル;または、下記一般式(B)で表される基を表す。)で表されることを特徴とするものである。
Figure 0005781947
(式中、Xは、酸素原子又は硫黄原子を表し、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R11は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R12は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R13は、水素原子又は分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基若しくは複素環基を表し、mは、0〜5を表し、mが2〜5の場合、複数存在するR12は同一でも異なってもよい。)
Figure 0005781947
(式中、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R21は、炭素数2〜6のアルカンジイル基、炭素数2〜6のハロゲン化アルカンジイル基、炭素数6〜20のアリーレン基又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン基を表し、R22は、単結合、炭素数2〜6のアルカンジイル基、炭素数2〜6のハロゲン化アルカンジイル基、炭素数6〜20のアリーレン基又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン基を表し、R23は、分岐を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、分岐を有してもよい炭素数1〜18のハロゲン化アルキル基、炭素数3〜12の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のハロゲン化アリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基又は炭素数7〜20のハロゲン化アリールアルキル基を表し、a、bは、0又は1を表し、a、bのどちらか一方は1である。)
本発明のスルホン酸誘導体化合物は、前記R07が炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基であることが好ましい。
また、本発明のスルホン酸誘導体化合物は、前記R07が10−カンファーイルであることが好ましい。
また、本発明の化合物は、下記一般式(II)、
Figure 0005781947
(式中、R、R、R及びRは、水素原子を表し、R、Rのいずれか1つは、下記一般式(C)で表される基を表し、R、Rの残りの1つは、水素原子を表す。)で表されることを特徴とするものである。
Figure 0005781947
(式中、Xは、酸素原子又は硫黄原子を表し、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R41は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R42は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R43は、分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基若しくは複素環基を表し、mは、0〜5を表し、mが2〜5の場合複数存在するR42は同一でも異なってもよい。)
また、本発明の化合物は、下記一般式(III)、
Figure 0005781947
(式中、R、R、R及びRは、水素原子を表し、R、Rのいずれか1つは、下記一般式(D)で表される基を表し、R、Rの残りの1つは、水素原子を表す。)で表されることを特徴とするものである。
Figure 0005781947
(式中、Xは、酸素原子又は硫黄原子を表し、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R51は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R52は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R53は、分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数3〜10の炭化水素基若しくは複素環基を表し、mは、0〜5を表し、mが2〜5の場合複数存在するR52は同一でも異なってもよい。)
本発明によれば、光酸発生剤、カチオン重合開始剤として有用な性能である、有機溶剤への溶解性と長波長側の感光性が良好な新規スルホン酸誘導体化合物を提供することができる。また、本発明によれば、上記の新規スルホン酸誘導体化合物に対して特に良好な性質を与える中間体であるナフタル酸誘導体を提供することができる。
以下、本発明の化合物について詳細に説明する。
本発明のスルホン酸誘導体化合物は、一般式(I)で表される新規な化合物である。本発明のスルホン酸誘導体化合物の特徴は、ナフタルイミノ基の置換基であるR02、R03に酸素原子または硫黄原子を介して特定の有機基を有することにある。当該特定の有機基の効果により、本発明のスルホン酸誘導体化合物の有用な特性が得られる。
上記一般式(I)におけるR02またはR03で表される脂環式炭化水素基、複素環基またはハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数4〜18のアルコキシ基及びアルキルチオ基は、脂環式炭化水素基、複素環基の有する炭素数を合わせて4〜18である。炭素数が4より小さいと溶解性が不十分となり、炭素数が18より大きいと、分子あたりの感光性と酸発生能が低下するので、使用量に対して充分に期待される効果を奏することができない。また、脂環式炭化水素基及び複素環基は、アルコキシまたはアルキルチオ基中のメチレン基と置換される形で存在していてもよく、アルコキシ基またはアルキルチオ基中のメチレン基のプロトンと置換される形で存在してもよく、アルコキシまたはアルキルチオ基中の末端に存在していてもよい。また、当該アルコキシ基及びアルキルチオ基は、脂環式炭化水素基又は複素環基の環構造を構成する炭素原子と、酸素原子又は硫黄原子とが直接結合して構成される基も含む。また、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
上記アルコキシ基のうち、脂環式炭化水素基及び複素環基を有しないものとしては、ブチルオキシ、第2ブチルオキシ、第3ブチルオキシ、イソブチルオキシ、アミルオキシ、イソアミルオキシ、第3アミルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、イソヘプチルオキシ、第3ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、イソオクチルオキシ、第3オクチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、ドデシルオキシ、トリデシルオキシ、テトラデシルオキシ、ペンタデシルオキシ、ヘキサデシルオキシ、へプタデシルオキシ、オクタデシルオキシが挙げられる。
上記アルキルチオ基のうち、脂環式炭化水素基及び複素環基を有しないものとしては、ブチルチオ、第2ブチルチオ、第3ブチルチオ、イソブチルチオ、アミルチオ、イソアミルチオ、第3アミルチオ、ヘキシルチオ、ヘプチルチオ、イソヘプチルチオ、第3ヘプチルチオ、オクチルチオ、イソオクチルチオ、第3オクチルチオ、2−エチルヘキシルチオ、ノニルチオ、デシルチオ、ウンデシルチオ、ドデシルチオ、トリデシルチオ、テトラデシルチオ、ペンタデシルチオ、ヘキサデシルチオ、へプタデシルチオ、オクタデシルチオが挙げられる。
上記アルコキシ基またはアルキルチオ基中に存在する脂環式炭化水素基について、これを構成するシクロアルカン名で例示すると、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、ビシクロ[2.1.1]ヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[3.2.1]オクタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、アダマンタンが挙げられる。
上記アルコキシ基またはアルキルチオ基中に存在する複素環基について、これを構成する複素環名で例示すると、炭素数3〜10の複素環としては、これを構成する複素環名で例示すると、ピロール、チオフェン、フラン、ピラン、チオピラン、イミダゾール、ピラゾール、チアゾール、イソチアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、ピロリジン、ピラゾリジン、イミダゾリジン、イソオキサゾリジン、イソチアゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、チオモルホリン、クロマン、チオクロマン、イソクロマン、イソチオクロマン、インドリン、イソインドリン、ピリンジン、インドリジン、インドール、インダゾール、プリン、キノリジン、イソキノリン、キノリン、ナフチリジン、フタラジン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、プテリジン、アクリジン、ペリミジン、フェナントロリン、カルバゾール、カルボリン、フェナジン、アンチリジン、チアジアゾール、オキサジアゾール、トリアジン、トリアゾール、テトラゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、ベンゾフロキサン、ナフトイミダゾール、ベンゾトリアゾール、テトラアザインデン及び上記の複素環中に存在する不飽和結合または共役結合に水素添加された飽和複素環(テトラヒドロフラン環等)が挙げられる。
上記アルコキシ基のうち、脂環式炭化水素基を有するものの具体例としては、シクロペンチルオキシ、メチルシクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ、フルオロシクロヘキシルオキシ、クロロシクロヘキシルオキシ、シクロヘキシルメチルオキシ、メチルシクロヘキシルオキシ、ノルボルニルオキシ、エチルシクロヘキシルオキシ、シクロヘキシルエチルオキシ、ジメチルシクロヘキシルオキシ、メチルシクロヘキシルメチルオキシ、ノルボルニルメチルオキシ、トリメチルシクロヘキシルオキシ、1−シクロヘキシルブチルオキシ、アダマンチルオキシ、メンチルオキシ、n−ブチルシクロヘキシルオキシ、第3ブチルシクロヘキシルオキシ、ボルニルオキシ、イソボルニルオキシ、デカヒドロナフチルオキシ、ジシクロペンタジエノキシ、1−シクロヘキシルペンチルオキシ、メチルアダマンチルオキシ、アダマンタンメチルオキシ、4−アミルシクロヘキシルオキシ、シクロヘキシルシクロヘキシルオキシ、アダマンチルエチルオキシ、ジメチルアダマンチルオキシ等が挙げられ、上記アルコキシ基のうち、複素環基を有するものの具体例としては、テトラヒドロフラニルオキシ、フルフリルオキシ、テトラヒドロフルフリルオキシ、テトラヒドロピラニルオキシ、ブチロラクチルオキシ、ブチロラクチルメチルオキシ、インドールオキシが挙げられ、上記アルキルチオ基のうち、脂環式炭化水素基を有するものの具体例としては、シクロペンチルチオ、シクロヘキシルチオ、シクロヘキシルメチルチオ、ノルボルニルチオ、イソノルボルニルチオ等が挙げられ、上記アルキルチオ基のうち、複素環基を有するものの具体例としては、フルフリルチオ、テトラヒドロフルフリルチオが挙げられる。
上記の炭素数4〜18のアルコキシ基の酸素原子に隣接しないメチレンが−C(=O)−基で置換された基としては、2−ケトブチル−1−オキシ、2―ケトペンチル1−オキシ、2−ケトヘキシル−1−オキシ、2−ケトヘプチル−1−オキシ、2−ケトオクチル−1−オキシ、3−ケトブチル−1−オキシ、4―ケトアミル−1−オキシ、5−ケトヘキシル−1−オキシ、6−ケトヘプチル−1−オキシ、7−ケトオクチル−1−オキシ、3−メチル−2−ケトペンタン−4−オキシ、2−ケト−ペンタン−4−オキシ、2−メチル−2−ケトペンタン−4−オキシ、3−ケトヘプタン−5−オキシ、2−アダマンタノン−5−オキシが挙げられる。
上記の炭素数4〜18のアルキルチオ基の硫黄原子に隣接しないメチレンが−C(=O)−基で置換された基としては、2−ケトブチル−1−チオ、2―ケトペンチル1−チオ、2−ケトヘキシル−1−チオ、2−ケトヘプチル−1−チオ、2−ケトオクチル−1−チオ、3−ケトブチル−1−チオ、4―ケトアミル−1−チオ、5−ケトヘキシル−1−チオ、6−ケトヘプチル−1−チオ、7−ケトオクチル−1−チオ、3−メチル−2−ケトペンタン−4−チオ、2−ケト−ペンタン−4−チオ、2−メチル−2−ケトペンタン−4−チオ、3−ケトヘプタン−5−チオ等が挙げられる。
また、当該炭素数4〜18のアルコキシ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基、当該炭素数4〜18のアルキルチオ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基とは、−X−R−O−C(=O)−R’、−X−R−OC(=O)−NH−R’である。ここで、Xは、酸素原子又は硫黄原子、R及びR’は、それぞれ一般式(I)において規定されたR02、R03を形成しうる基、つまり、Rは、脂環式炭化水素基、複素環基又はハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよいアルキレン基であり、R’は、脂環式炭化水素基、複素環基又はハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよいアルキル基であり、RとR’を合わせた炭素数は4〜18である。
上記一般式(A)において、R11で表される炭素数1〜12の炭化水素基としては、アルカンジイル基、アルケンジイル基、アルキンジイル基などの脂肪族炭化水素基、シクロアルカンジイル基などの脂環式炭化水素基、脂肪族炭化水素と脂環式炭化水素が結合した基が挙げられる。例えば、メチレン、エチレン、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、ブチレン、ブタン−1,3−ジイル、ブタン−2,3−ジイル、ブタン−1,2−ジイル、ペンチレン、へキシレン、シクロヘキシレン、シクロヘキシレンメチル、ヘプチレン、オクチレン、シクロヘキシレンエチル、メチレンシクロヘキシレンメチル、ノニレン、デシレン、アダマンチレン、ノルボルニレン、イソノルボルニレン、ドデシレン、ウンデシレンが挙げられる。
上記一般式(A)において、Y及びR12で表される炭素数1〜4のアルカンジイル基としては、メチレン、エチレン、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、ブチレン、ブタン−1,3−ジイル、ブタン−2,3−ジイル、ブタン−1,2−ジイルが挙げられる。
上記一般式(A)において、R13で表される分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第2ブチル、第3ブチル、イソブチルが挙げられ、炭素数3〜10の脂環式炭化水素基としては、これを構成するシクロアルカン名で例示すると、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、ビシクロ[2.1.1]ヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[3.2.1]オクタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、アダマンタンが挙げられ、炭素数3〜10の複素環としては、これを構成する複素環名で例示すると、ピロール、チオフェン、フラン、ピラン、チオピラン、イミダゾール、ピラゾール、チアゾール、イソチアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、ピロリジン、ピラゾリジン、イミダゾリジン、イソオキサゾリジン、イソチアゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、チオモルホリン、クロマン、チオクロマン、イソクロマン、イソチオクロマン、インドリン、イソインドリン、ピリンジン、インドリジン、インドール、インダゾール、プリン、キノリジン、イソキノリン、キノリン、ナフチリジン、フタラジン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、プテリジン、アクリジン、ペリミジン、フェナントロリン、カルバゾール、カルボリン、フェナジン、アンチリジン、チアジアゾール、オキサジアゾール、トリアジン、トリアゾール、テトラゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、ベンゾフロキサン、ナフトイミダゾール、ベンゾトリアゾール、テトラアザインデン及び上記の複素環中に存在する不飽和結合または共役結合に水素添加された飽和複素環(テトラヒドロフラン環等)が挙げられる。
本発明のスルホン酸誘導体化合物としては、R02またはR03が、脂環式炭化水素基若しくは複素環基を有してもよい炭素数4〜18のアルキルチオ基、当該炭素数4〜18のアルキルチオ基の硫黄原子に隣接しない任意位置のメチレン基が−C(=O)−基で置換された基、当該炭素数4〜18のアルキルチオ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基であるものが、合成が容易であるので好ましく、この中でも、炭素数6〜18のアルキルチオ基が、溶解性と製造コストの面でより好ましい。また、R02またはR03が上記一般式(A)で表されるものが有機溶剤、感光性樹脂等の有機性剤に対する特に溶解性が良好であり、光酸発生剤又はカチオン重合開始剤として使用する場合に、配合量を増やすことによる感度の向上と、フォトレジスト、接着剤等の感光性材料組成物の保存安定性が向上するので好ましい。上記一般式(A)の中でも炭素原子、酸素原子及びイオウ原子の総数が4〜18であるものが、溶解性と感光性が良好であるのでより好ましく、Xが硫黄原子であるものがさらに好ましい。
さらに、上記一般式(A)で表される基のうちで好ましい基としては、R11が炭素数2〜4のアルカンジイル基であり、R12が炭素数1〜4のアルカンジイル基であり、R13が水素原子または分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基であり、mが0〜3のものである。
上記一般式(I)において、R07で表されるハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、ハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数6〜20のアリール基、ハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数7〜20のアリールアルキル基、ハロゲン原子で置換されてされてもよい炭素数7〜20のアルキルアリール基、における置換基であるハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素が挙げられ、炭素数1〜18のアルキルチオ基としては、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプロピルチオ、ブチルチオ、第2ブチルチオ、第3ブチルチオ、イソブチルチオ、アミルチオ、イソアミルチオ、第3アミルチオ、ヘキシルチオ、ヘプチルチオ、イソヘプチルチオ、第3ヘプチルチオ、オクチルチオ、イソオクチルチオ、第3オクチルチオ、2−エチルヘキシルチオ、ノニルチオ、デシルチオ、ウンデシルチオ、ドデシルチオ、トリデシルチオ、テトラデシルチオ、ペンタデシルチオ、ヘキサデシルチオ、へプタデシルチオ、オクタデシルチオが挙げられる。
上記一般式(I)において、R07で表されるハロゲン原子及び/又はアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基における炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基としては、アルケニル基、アルキル基、脂環式炭化水素基、アルキル基中のメチレン基が脂環式炭化水素基で置換された基、アルキル基中のメチレン基のプロトンが脂環式炭化水素基で置換された基またはアルキル基の末端に脂環式炭化水素が存在する基が挙げられる。当該アルケニル基としては、アリル、2−メチル−2−プロペニルが挙げられ、アルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第2ブチル、第3ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、第3アミル、ヘキシル、2−ヘキシル、3−ヘキシル、ヘプチル、2−ヘプチル、3−ヘプチル、イソヘプチル、第3ヘプチル、オクチル、イソオクチル、第3オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、イソノニル、デシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、へプタデシル、オクタデシルが挙げられ、当該脂環式炭化水素基について、これを構成するシクロアルカン名で例示すると、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、ビシクロ[2.1.1]ヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[3.2.1]オクタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、アダマンタンが挙げられる。
上記ハロゲン原子で置換された炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基としては、例えば、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、2−クロロエチル、2−ブロモエチル、ヘプタフルオロプロピル、3−ブロモプロピル、ノナフルオロブチル、トリデカフルオロヘキシル、ヘプタデカフルオロオクチル、2,2,2−トリフルオロエチル、1,1−ジフルオロエチル、1,1−ジフルオロプロピル、1,1,2,2−テトラフルオロプロピル、3,3,3−トリフルオロプロピル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル、ノルボルニル−1,1−ジフルオロエチル、ノルボルニルテトラフルオロエチル、アダマンタン−1,1,2,2−テトラフルオロプロピル等のハロゲン化アルキル基が挙げられ、アルキルチオ基で置換された炭素数1〜18の脂肪族炭化水素としては、2−メチルチオエチル、4−メチルチオブチル、4−ブチルチオエチル等が挙げられ、ハロゲン原子及び炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換された炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基としては、1,1,2,2−テトラフルオロ−3−メチルチオプロピル等が挙げられる。
上記一般式(I)において、R07で表されるハロゲン原子で置換されてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基としては、上記と同様のものが挙げられる。
上記一般式(I)において、R07で表されるハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数6〜20のアリール基におけるアリール基としては、フェニル、ナフチル、4−ビニルフェニル、ビフェニル、等が挙げられる。
上記ハロゲン原子で置換された炭素数6〜20のアリール基としては、ペンタフルオロフェニル、クロロフェニル、ジクロロフェニル、トリクロロフェニル、2,4−ビス(トリフルオロメチル)フェニル、ブロモエチルフェニル等が挙げられ、炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換された炭素数6〜20のアリール基としては、4−メチルチオフェニル、4−ブチルチオフェニル、4−オクチルチオフェニル、4−ドデシルチオフェニルが挙げられ、ハロゲン原子及び炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換された炭素数6〜20のアリール基としては、1,2,5,6−テトラフルオロ−4−メチルチオフェニル、1,2,5,6−テトラフルオロ−4−ブチルチオフェニル、1,2,5,6−テトラフルオロ−4−ドデシルチオフェニル等が挙げられる。
上記一般式(I)において、R07で表されるアシル基で置換された炭素数7〜20のアリール基の炭素数はアシル基を含むものである。例えば、アセチルフェニル、アセチルナフチル、ベンゾイルフェニル、1−アントラキノリル、2−アントラキノリルが挙げられる。
上記一般式(I)において、R07で表されるハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数7〜20のアリールアルキル基における炭素数7〜20のアリールアルキル基としては、ベンジル、フェネチル、2−フェニルプロパン−2−イル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、スチリル、シンナミル等が挙げられる。
上記ハロゲン原子で置換されたアリールアルキル基としては、例えば、ペンタフルオロフェニルメチル、フェニルジフルオロメチル、2−フェニル−テトラフルオロエチル、2−(ペンタフルオロフェニル)エチル等が挙げられ、炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換された炭素数7〜20のアリールアルキル基としては、p−メチルチオベンジル等が挙げられ、ハロゲン原子及び炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されたアリールアルキル基としては、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−メチルチオフェニルエチル等が挙げられる。
上記一般式(I)において、R07で表されるハロゲン原子で置換されてもよい炭素数7〜20のアルキルアリール基における炭素数7〜20のアルキルアリール基としては、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、3−イソプロピルフェニル、4−イソプロピルフェニル、4−ブチルフェニル、4−イソブチルフェニル、4−第三ブチルフェニル、4−ヘキシルフェニル、4−シクロヘキシルフェニル、4−オクチルフェニル、4−(2−エチルヘキシル)フェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,5−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,4−ジ第3ブチルフェニル、2,5−ジ第3ブチルフェニル、2,6−ジ−第3ブチルフェニル、2,4−ジ第3ペンチルフェニル、2,5−ジ第3アミルフェニル、2,5−ジ第3オクチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、2,4,5−トリメチルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニル、2,4,6−トリイソプロピルフェニル等が挙げられる。
上記一般式(B)は、エーテル基である。一般式(B)において、Yで表される炭素数1〜4のアルカンジイル基としては、メチレン、エチレン、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、ブチレン、ブタン−1,3−ジイル、ブタン−2,3−ジイル、ブタン−1,2−ジイルが挙げられ、R21、R22で表される炭素数2〜6のアルカンジイル基としては、エチレン、プロパン−1,3−ジイル、プロパン−1,2−ジイル、ブチレン、ブタン−1,3−ジイル、ブタン−2,3−ジイル、ブタン−1,2−ジイル、ペンタン−1,5−ジイル、ペンタン−1,3−ジイル、ペンタン−1,4−ジイル、ペンタン−2,3−ジイル、ヘキサン−1,6−ジイル、ヘキサン−1,2−ジイル、ヘキサン−1,3−ジイル、ヘキサン−1,4−ジイル、ヘキサン−2,5−ジイル、ヘキサン−2,4−ジイル、ヘキサン−3,4−ジイル等が挙げられる。
一般式(B)において、R21、R22で表される炭素数2〜6のハロゲン化アルカンジイル基としては、上記の炭素数2〜6のアルカンジイル基中の少なくとも1つのプロトンがハロゲン原子で置換されたものである。ハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素が挙げられる。例えば、テトラフルオロエチレン、1,1−ジフルオロエチレン、1−フルオロエチレン、1,2−ジフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロパン1,3−ジイル、1,1,2,2−テトラフルオロプロパン−1,3−ジイル、1,1,2,2−テトラフルオロペンタン−1,5−ジイル等が挙げられる。
一般式(B)において、R21、R22で表される炭素数6〜20のアリーレン基としては、1,2−フェニレン、1,3−フェニレン、1,4−フェニレン、2,5−ジメチル−1,4−フェニレン、4,4’−ビフェニレン、ジフェニルメタン−4,4’−ジイル、2,2−ジフェニルプロパン−4,4’−ジイル、ナフタレン−1,2−ジイル、ナフタレン−1,3−ジイル、ナフタレン−1,4−ジイル、ナフタレン−1,5−ジイル、ナフタレン−1,6−ジイル、ナフタレン−1,7−ジイル、ナフタレン−1,8−ジイル、ナフタレン−2,3−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、ナフタレン−2,7−ジイル等が挙げられる。
一般式(B)において、R21、R22で表される炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン基としては、上記の炭素数6〜20のアリーレン基中の少なくとも1つのプロトンがハロゲン原子で置換されたものである。ハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素が挙げられる。例えばテトラフルオロフェニレンが挙げられる。
一般式(B)において、R23で表される分岐を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第2ブチル、第3ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、第3アミル、ヘキシル、2−ヘキシル、3−ヘキシル、ヘプチル、2−ヘプチル、3−ヘプチル、イソヘプチル、第3ヘプチル、オクチル、イソオクチル、第3オクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、イソノニル、デシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、へプタデシル、オクタデシルが挙げられる。
一般式(B)において、R23で表される分岐を有してもよい炭素数1〜18のハロゲン化アルキル基は、上記の炭素数1〜18のアルキル基中の少なくとも1つのプロトンがハロゲン原子で置換されたものである。ハロゲン原子としては、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素が挙げられる。例えば、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル、ノナフルオロブチル、トリデカフルオロヘキシル、ヘプタデカフルオロオクチル、2,2,2−トリフルオロエチル、1,1−ジフルオロエチル、1,1−ジフルオロプロピル、1,1,2,2−テトラフルオロプロピル、3,3,3−トリフルオロプロピル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル、1,1,2,2−テトラフルオロテトラデシル等のハロゲン化アルキル基が挙げられる。
一般式(B)において、R23で表される炭素数3〜12の脂環式炭化水素基としては、これを構成するシクロアルカン名で例示すると、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、ビシクロ[2.1.1]ヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ビシクロ[3.2.1]オクタン、ビシクロ[2.2.2]オクタン、アダマンタンが挙げられる。
一般式(B)において、R23で表される炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のハロゲン化アリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基又は炭素数7〜20のハロゲン化アリールアルキル基としては、上記R07として、例示した基が挙げられる。
一般式(B)として好ましい基は、酸発生能力、カチオン重合性能力等が良好であるので、R21で表される基の硫黄原子と隣接する炭素原子にフッ素が結合した基であり、炭素数の総数が2〜18の基である。
前記R07として、発生した酸強度が強く、高い感度を与えるので、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基が好ましく、また、発生した酸が拡散しにくく、得られる高精細のレジストパターンが形成できる10−カンファーイルが好ましい。なお、10−カンファーイルは、下記式で表される。
Figure 0005781947
本発明のナフタル酸誘導体化合物は、一般式(II)または(III)で表される新規な化合物である。当該ナフタル酸誘導体化合物は、上記の本発明のスルホン酸誘導体化合物の中間体として、当該スルホン酸誘導体化合物に対して特に有用な特性の感光性基を与える。一般式(III)で表されるナフタル酸誘導体化合物は、上記本発明の一般式(I)で表されるスルホン酸誘導体化合物の前駆体として有用であり、一般式(II)で表される本発明のナフタル酸誘導体化合物は、一般式(III)で表される本発明のナフタル酸誘導体化合物の前駆体として有用である。これらナフタル酸誘導体化合物の特徴は、ナフタルイミノ基の置換基であるR、Rに酸素原子または硫黄原子を介して特定の有機基を有することにある。
上記一般式(II)または(III)におけるRまたはRで表される脂環式炭化水素基、複素環基またはハロゲン原子で置換されてもよいアルキルチオ基は、脂環式炭化水素基、複素環基の有する炭素数を合わせて4〜18である。炭素数が4より小さいと溶解性が不十分となり、炭素数が18より大きいと、分子あたりの感光性と酸発生能が低下するので、使用量に対して充分に期待される効果を奏することができない。また、脂環式炭化水素基及び複素環基は、アルコキシまたはアルキルチオ基中のメチレン基と置換される形で存在していてもよく、アルコキシ基またはアルキルチオ基中のメチレン基のプロトンと置換される形で存在してもよく、アルコキシまたはアルキルチオ基中の末端に存在していてもよい。
上記のRまたはRで表される上記アルキルチオ基のうち、脂環式炭化水素並びに複素環基を有しないものとしては、R02、R03として例示の基が挙げられる。
上記のRまたはRで表される上記アルキルチオ基中に存在する脂環式炭化水素基並びに複素環基については、R02、R03として例示の基が挙げられる。
上記のRまたはRで表されるアルキルチオ基のうち、脂環式炭化水素基を有するもの並びに複素環基を有するものの具体例としては、R02、R03として例示の基が挙げられる。
上記のRまたはRで表される炭素数4〜18のアルキルチオ基の硫黄原子に隣接しないメチレンが−C(=O)−で置換された基としては、R02、R03として例示の基が挙げられる。
また、上記のRまたはRで表される当該炭素数4〜18のアルキルチオ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で置換された基は、前記R02、R03と同様である。
上記一般式(C)または(D)において、Y、Y、R41、R42、R51、R52で表される基としては、Y、R11、R12として例示の基が挙げられる。
上記一般式(C)または(D)において、R43、R53で表される炭素数1〜4のアルキル基及び炭素数3〜10の脂環式炭化水素基若しくは複素環基としてはR13として例示の基が挙げられる。
上記一般式(C)または(D)で表される基のうち好ましい基としては、R41、R51が炭素数2〜4のアルカンジイル基であり、R42、R52が炭素数1〜4のアルカンジイル基であり、R43、R53が炭素数1〜4のアルキル基であり、mが0〜3のものである。
本発明のスルホン酸誘導体化合物の具体例としては、下記化合物S−1〜S−78が挙げられる。
Figure 0005781947
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Figure 0005781947
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本発明のナフタル酸誘導体化合物の具体例としては、下記化合物A−1〜A−9、I−1〜I−9が挙げられる。
Figure 0005781947
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本発明のスルホン酸誘導体化合物及びナフタル酸誘導体化合物の製造方法については、特に制限をされず、周知の化学反応を応用して合成することができる。例えば、ナフタル酸誘導体化合物の合成ルートとしては、下記の臭化化合物を出発物質として合成する方法と、フェノールまたはチオフェノールを出発物質として合成する方法が挙げられる。なお、下記の方法は、ナフタル酸骨格の4位に置換基を導入する方法であるが、3位に置換基を有するものも同様の反応で製造することができる。
Figure 0005781947
(式中、Rは、上記一般式(II)及び(III)と、同様の基を表し、Xは、酸素原子または硫黄原子を表し、R’は、Xと結合して、Rを形成する基を表す。)
また、スルホン酸誘導体化合物の合成方法としては、下記の方法が挙げられる。
Figure 0005781947
(式中、R01〜R07は、上記一般式(I)と同様の基を表す。)
なお、上記のR02及びR03が−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合を有する場合は、中間体のナフタル酸無水物または、ナフタル酸イミドに水酸基を有するアルコキシ基又はアルキルチオ基を導入し、その後エステル結合又はウレタン結合を形成しておき、これをスルホン酸クロライドと反応させればよい。
本発明のスルホン酸誘導体化合物は、EUV(Extreme Ultra−Violet)、X線、F、ArF、KrF、i線、h線、g線等の遠紫外線、電子線、放射線、高周波等の活性エネルギー線の照射によりルイス酸を放出する特性を有し、酸反応性有機物質に作用して分解や重合をすることが可能である。本発明のスルホン酸誘導体化合物は、ポジ型又はネガ型フォトレジストの光酸発生剤及びカチオン重合性組成物のカチオン重合開始剤として有用である。
本発明のスルホン酸誘導体化合物を酸反応性有機物質に対して使用する場合、その使用量は、特に制限されるものではないが、酸反応性有機物質100質量部に対して、好ましくは0.05〜100質量部、更に好ましくは0.05〜20質量部の割合で用いることが好ましい。但し、酸反応性有機物質の性質、光の照射強度、反応に要する時間、物性、コスト等の要因により、配合量を上述の範囲より増減させて用いることも可能である。
ポジ型フォトレジストは、酸の作用でエステル基或いはエーテル基等の化学結合の切断等現像液に対する溶解性が増加する方向に変化する樹脂が使用され、ネガ型フォトレジストは、酸の作用で重合又は架橋等の化学結合の形成による現像液に対する溶解性が減少する変化する化合物又は樹脂が使用される。
上記、レジストのベースとなる樹脂又は化合物としては、ポリヒドロキシスチレン及びその誘導体;ポリアクリル酸及びその誘導体;ポリメタクリル酸及びその誘導体;ヒドロキシスチレン、アクリル酸、メタクリル酸及びそれらの誘導体から選ばれ形成される2以上の共重合体;ヒドロキシスチレン、スチレン及びそれらの誘導体から選ばれ形成される2以上の共重合体;シクロオレフィン及びその誘導体、無水マレイン酸、並びに、アクリル酸及びその誘導体から選ばれる3以上の共重合体;シクロオレフィン及びその誘導体、マレイミド、並びに、アクリル酸及びその誘導体から選ばれる3以上の共重合体;ポリノルボルネン;メタセシス開環重合体からなる一群から選択される1種以上の高分子重合体;これら高分子重合体にアルカリ溶解制御能を有する酸不安定基を部分的に置換した高分子重合体等が挙げられる。高分子重合体に導入される酸不安定基としては、三級アルキル基、トリアルキルシリル基、オキソアルキル基、アリール基置換アルキル基、テトラヒドロピラン−2−イル基等の複素脂環基、三級アルキルカルボニル基、三級アルキルカルボニルアルキル基、アルキルオキシカルボニル基等が挙げられる。
かかるレジストのベースとなる樹脂又は化合物の詳細な具体例は、例えば、特開2003−192665号公報、特開2004−323704号公報の請求項3、特開平10−10733号公報に開示されている。
また、上記レジストのベースとなる樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)は、通常1,500〜300,000、好ましくは2,000〜200,000、更に好ましくは3,000〜100,000である。この場合、ベース樹脂のMwが1,500未満では、レジストとしての耐熱性が低下する傾向があり、一方300,000を越えると、レジストとしての現像性や塗布性が低下する傾向がある。
本発明のスルホン酸誘導体化合物をフォトレジスト組成物中の光酸発生剤として使用する場合の使用量は、フォトレジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、レジストベース樹脂又は化合物100質量部に対して、通常、0.01〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部である。この場合、光酸発生剤の使用量が0.01質量部未満では、感度および現像性が低下する場合があり、一方、20質量部を越えると、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンを得られにくくなる場合がある。
本発明のスルホン酸誘導体化合物を光酸発生剤として使用する場合は、ヨードニウム塩化合物、スルホニウム化合物等の他の光酸発生剤と併用してもよい。併用する場合の使用量は、本発明のスルホン酸誘導体化合物100質量部に対して、好ましくは10〜200質量部とする。
本発明のスルホン酸誘導体化合物を光酸発生剤として使用したフォトレジストには、各種添加剤を配合してもよい。各種添加剤としては、無機フィラー、有機フィラー、顔料、染料などの着色剤、消泡剤、増粘剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、レべリング剤等の各種樹脂添加物等が挙げられる。これらの各種添加剤の使用量は、本発明のスルホン酸誘導体化合物を光酸発生剤として使用したフォトレジスト組成物中、好ましくは合計で50質量%以下とする。
上記フォトレジストは、通常、その使用に際して、全固形分濃度が、通常5〜50重量%、好ましくは10〜25重量%となるように溶剤に溶解した後、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターで濾過することによって調整される。
上記フォトレジストの露光で使用される光源としては、使用する酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、近紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等から適宜選定して使用されるが、本発明のスルホン酸誘導体化合物は、KrFエキシマレーザー(波長248nm)等の近紫外線、ArFエキシマレーザー(193nm)等の遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線、EUV等の荷電粒子線等、各種の放射線を好適に使用することが可能である。
前記のカチオン重合性組成物は、光造形、平板、凸版用印刷板、レリーフ像や画像複製等の画像形成、光硬化性のインキ、塗料、接着剤プリント基板等に使用される。
カチオン重合性組成物には、光照射により活性化したカチオン重合開始剤により高分子化又は架橋反応を起こすカチオン重合性化合物を1種類または2種類以上混合して使用される。
カチオン重合性化合物として代表的なものは、エポキシ化合物、オキセタン化合物、環状ラクトン化合物、環状アセタール化合物、環状チオエーテル化合物、スピロオルトエステル化合物、ビニル化合物等であり、これらの1種または2種以上使用することができる。中でも入手するのが容易であり、取り扱いに便利なエポキシ化合物及びオキセタン化合物が適している。
このうちエポキシ化合物としては、脂環族エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物等が適している。
上記脂環族エポキシ化合物の具体例としては、少なくとも1個の脂環族環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル又はシクロヘキセンやシクロペンテン環含有化合物を酸化剤でエポキシ化することによって得られるシクロヘキセンオキサイドやシクロペンテンオキサイド含有化合物が挙げられる。例えば、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−1−メチルシクロヘキシル−3,4−エポキシ−1−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、6−メチル−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−6−メチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−3−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−3−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−5−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−5−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシル等が挙げられる。
上記脂環族エポキシ樹脂として好適に使用できる市販品としては、UVR−6100、UVR−6105、UVR−6110、UVR−6128、UVR−6200(以上、ユニオンカーバイド社製)、セロキサイド2021、セロキサイド2021P、セロキサイド2081、セロキサイド2083、セロキサイド2085、セロキサイド2000、セロキサイド3000、サイクロマーA200、サイクロマーM100、サイクロマーM101、エポリードGT−301、エポリードGT−302、エポリード401、エポリード403、ETHB、エポリードHD300(以上、ダイセル化学工業(株)製)、KRM−2110、KRM−2199(以上、ADEKA(株)製)などを挙げることができる。
上記脂環族エポキシ樹脂の中でも、シクロヘキセンオキシド構造を有するエポキシ樹脂が、硬化性(硬化速度)の点で好ましい。
また、上記芳香族エポキシ樹脂の具体例としては、少なくとも1個の芳香族環を有する多価フェノールまたは、そのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、又はこれらに更にアルキレンオキサイドを付加した化合物のグリシジルエーテルやエポキシノボラック樹脂等が挙げられる。
更に、上記脂肪族エポキシ樹脂の具体例としては、脂肪族多価アルコール又はそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、グリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートのビニル重合により合成したホモポリマー、グリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートとその他のビニルモノマーとのビニル重合により合成したコポリマー等が挙げられる。代表的な化合物として、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ソルビトールのテトラグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールのヘキサグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテルなどの多価アルコールのグリシジルエーテル、またプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン等の脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステルが挙げられる。さらに、脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテルやフェノール、クレゾール、ブチルフェノール、また、これらにアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル、高級脂肪酸のグリシジルエステル、エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシ化ポリブタジエン等が挙げられる。
上記芳香族及び脂肪族エポキシ樹脂として好適に使用できる市販品としては、エピコート801、エピコート828(以上、油化シェルエポキシ社製)、PY−306、0163、DY−022(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、KRM−2720、EP−4100、EP−4000、EP−4080、EP−4900、ED−505、ED−506(以上、(株)ADEKA製)、エポライトM−1230、エポライトEHDG−L、エポライト40E、エポライト100E、エポライト200E、エポライト400E、エポライト70P、エポライト200P、エポライト400P、エポライト1500NP、エポライト1600、エポライト80MF、エポライト100MF、エポライト4000、エポライト3002、エポライトFR−1500(以上、共栄社化学(株)製)、サントートST0000、YD−716、YH−300、PG−202、PG−207、YD−172、YDPN638(以上、東都化成(株)製)などを挙げることができる。
また、上記オキセタン化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物を挙げることができる。3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−(メタ)アリルオキシメチル−3−エチルオキセタン、(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチルベンゼン4−フルオロ−[1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、4−メトキシ−[1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、[1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)エチル]フェニルエーテル、イソブトキシメチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−エチルヘキシル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、エチルジエチレングリコール(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンタジエン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラヒドロフルフリル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−テトラブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−トリブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシプロピル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ブトキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタクロロフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3’−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,4−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]ベンゼン、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等を例示することができる。
これらオキセタン化合物は、特に可撓性を必要とする場合に使用すると効果的であり、好ましい。
上記カチオン重合性化合物のその他の化合物の具体例としては、β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン化合物;トリオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3,6−トリオキサンシクロオクタン等の環状アセタール化合物;テトラヒドロチオフェン誘導体等の環状チオエーテル化合物;上述のエポキシ化合物とラクトンの反応によって得られるスピロオルトエステル化合物;エチレングリコールジビニルエーテル、アルキルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、プロピレングリコールのプロペニルエーテル等のビニルエーテル化合物、スチレン、ビニルシクロヘキセン、イソブチレン、ポリブタジエン等のエチレン性不飽和化合物等のビニル化合物;テトラヒドロフラン、2,3−ジメチルテトラヒドロフラン等のオキソラン化合物;エチレンスルフィド、チオエピクロルヒドリン等のチイラン化合物;1,3−プロピンスルフィド、3,3−ジメチルチエタン等のチエタン化合物;シリコーン類等周知の化合物が挙げられる。
本発明のスルホン酸誘導体化合物をカチオン重合開始剤として使用する場合の使用量は、上記のカチオン重合性化合物100質量部に対して、好ましくは0.01質量部〜10質量部、更に好ましくは0.1質量部〜5質量部である。この使用量が0.01質量部より少ないと、硬化が不充分となる場合があり、一方、10質量部を超えても使用効果の増加が得られないばかりでなく、硬化物の物性に悪影響を与える場合がある。
また、本発明のスルホン酸誘導体化合物は、上記カチオン重合性化合物と共に各種添加剤を配合して、カチオン重合性組成物として使用される。各種添加剤としては、有機溶剤;ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾエート系の紫外線吸収剤;フェノール系、リン系、硫黄系酸化防止剤;カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤等からなる帯電防止剤;ハロゲン系化合物、リン酸エステル系化合物、リン酸アミド系化合物、メラミン系化合物、フッ素樹脂又は金属酸化物、(ポリ)リン酸メラミン、(ポリ)リン酸ピペラジン等の難燃剤;炭化水素系、脂肪酸系、脂肪族アルコール系、脂肪族エステル系、脂肪族アマイド系又は金属石けん系の滑剤;染料、顔料、カーボンブラック等の着色剤;フュームドシリカ、微粒子シリカ、けい石、珪藻土類、クレー、カオリン、珪藻土、シリカゲル、珪酸カルシウム、セリサイト、カオリナイト、フリント、長石粉、蛭石、アタパルジャイト、タルク、マイカ、ミネソタイト、パイロフィライト、シリカ等の珪酸系無機添加剤;ガラス繊維、炭酸カルシウム等の充填剤;造核剤、結晶促進剤等の結晶化剤、シランカップリング剤、可撓性ポリマー等のゴム弾性付与剤、増感剤等が挙げられる。これらの各種添加剤の使用量は、本発明のスルホン酸誘導体化合物を含むカチオン重合性組成物中、合計で、50質量%以下とする。
また、上記カチオン重合性化合物への本発明のスルホン酸誘導体の溶解を容易にするため、予め適当な溶媒(例えば、プロピレンカーボネート、カルビトール、カルビトールアセテート、ブチロラクトン等)に溶解して使用することができる。
上記のカチオン重合性組成物は、紫外線等のエネルギー線を照射することにより通常は0.1秒〜数分後に指触乾燥状態或いは溶媒不溶性の状態に硬化することができる。適当なエネルギー線としては、カチオン重合開始剤の分解を誘発する限りいかなるものでもよいが、好ましくは、超高、高、中、低圧水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、蛍光灯、タングステンランプ、エキシマーランプ、殺菌灯、エキシマーレーザー、窒素レーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、ヘリウムネオンレーザー、クリプトンイオンレーザー、各種半導体レーザー、YAGレーザー、発光ダイオード、CRT光源等から得られる2000オングストロームから7000オングストロームの波長を有する電磁波エネルギーや電子線、X線、放射線等の高エネルギー線を利用する。
エネルギー線への暴露時間は、エネルギー線の強度、塗膜厚やカチオン重合性有機化合物によるが、通常は0.1秒〜10秒程度で十分である。しかし、比較的厚い塗装物についてはそれ以上の照射時間をかけたほうが好ましい。エネルギー線照射後0.1秒〜数分後には、ほとんどの組成物はカチオン重合により指触乾燥するが、カチオン重合を促進するため加熱やサーマルヘッド等による熱エネルギーを併用することも場合によっては好ましい。
下記実施例1、4、7、10および15は、一般式(II)で表される本発明のナフタル酸誘導体化合物の製造例を示し、実施例2、5、8、11、16は、一般式(III)で表される本発明のナフタル酸誘導体化合物の製造例を示し、実施例3、6、9、12,13、14、17、18および19は、本発明のスルホン酸誘導体化合物の製造例を示す。
[実施例1]化合物A−1の製造
100ml四つ口フラスコに、4−ブロモナフタル酸無水物を9.290g(0.0335mol)とジメチルスルホキシド34.0g、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン4.140g(0.0369mol)を入れ攪拌、系内を窒素ガス雰囲気にした。ブタンチオール3.170g(0.0352mol)を30℃以下で滴下し、40℃で5時間攪拌した。反応液にメタノール70mlを入れ氷冷し、30分攪拌、析出した結晶を濾取した。これを乾燥することにより、目的物である化合物A−1を黄色結晶として得た。収量7.15g(収率74.6%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度97.4%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。
[実施例2]化合物I−1の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物A−1を6.87g(0.0240mol)とジメチルホルムアミド27.5g、塩酸ヒドロキシルアミン2.00g(0.0288mol)を入れ攪拌、系内を窒素ガス雰囲気にした。48重量%水酸化ナトリウム水溶液2.40g(0.0288mol)を30℃以下で滴下し、室温で2時間攪拌した。反応液にイオン交換水27.5mlを入れ氷冷し、30分攪拌、35重量%塩酸水溶液1.00g(0.0096mol)を入れ、1時間攪拌した。析出した結晶を濾取し、これを乾燥することにより、目的物である化合物I−1を黄色結晶として得た。収量7.04g(収率97.4%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度98.1%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。
[実施例3]化合物S−28の製造
50ml四つ口フラスコに、化合物I−1を3.01g(0.0100mol)とエチレンジクロライド17.7g、トリエチルアミン1.26g(0.0125mol)を入れ攪拌、溶解した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。48質量%d−カンファースルホン酸クロライドのエチレンジクロライド溶液5.77g(0.0110mol)を20℃で滴下し、2時間攪拌した。反応液にイオン交換水20mlと塩化メチレン10mlを加え攪拌し、油水分離して得た有機層を0.5重量%水酸化ナトリウム水溶液20mlで2回、3重量%塩酸水溶液20mlで1回、イオン交換水30mlで4回水洗後、塩化メチレン層から溶媒を留去し、目的物を黄色固体として得た。収量4.696g(収率90.9%)、HPLC(カラム:資生堂製CAPCELL PAK C8 DD 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度95.4%。重クロロホルム溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は538.4(ナトリウムイオン付加体)、554.4(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例4]化合物A−2の製造
100ml四つ口フラスコに、4−ブロモナフタル酸無水物11.08g(0.0400mol)とジメチルスルホキシド33.24g、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン5.18g(0.0462mol)を入れ攪拌後、系内を窒素ガス雰囲気にした。1−オクタンチオール6.14g(0.0420mol)を30℃以下で滴下し、40℃で4時間攪拌した。反応系を室温まで冷却し、酢酸エチル400mlとイオン交換水100mlを加え、油水分離して得た酢酸エチル層を4回100mlのイオン交換水で洗浄した後、酢酸エチルを留去し、ジイソプロピルエーテル20mlを加え、晶析して得た結晶を濾取し、乾燥させ、目的物である化合物A−2を黄色結晶として得た。収量6.04g(収率44.1%)。HPLC(カラム:資生堂製CAPCELL PAK C8 DD 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=8/2、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度94.1%。重アセトン溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。
[実施例5]化合物I−2の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物A−2を5.82g(0.0170mol)と塩酸ヒドロキシルアミン1.30g(0.0187mol)、N,N−ジメチルホルムアミド23.29gを入れ攪拌した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。48質量%水酸化ナトリウム水溶液1.56g(0.0187mol)を30℃で滴下し、50℃で3時間攪拌した。室温まで放冷後、イオン交換水24mlと35質量%塩酸0.71g(0.0068mol)を仕込み、1時間攪拌した。これを濾取して得た結晶を乾燥することにより、目的物である化合物I−2を黄色結晶として得た。収量5.56g(収率91.5%)。HPLC(カラム:資生堂製CAPCELL PAK C8 DD 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=8/2、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度98.6%。重アセトン溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。
[実施例6]化合物S−29の製造
50ml四つ口フラスコに、化合物I−2を3.57g(0.0100mol)とエチレンジクロライド14.3g、トリエチルアミン1.26g(0.0125mol)を入れ攪拌、溶解した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。48質量%d−カンファースルホン酸クロライドのエチレンジクロライド溶液5.77g(0.0110mol)を26℃で滴下し、1時間攪拌した。反応液に0.5質量%の水酸化ナトリウム水溶液140mlと塩化メチレン70mlを加え攪拌し、油水分離して得た塩化メチレン層をイオン交換水30mlで1回水洗後、イオン交換水30mlと35質量%の塩酸でpH2とし、さらにイオン交換水30mlで3回水洗した。塩化メチレン層から溶媒を留去し、褐色粘ちょう体の粗生成物5.62gを得た。これをシリカゲルクロマトグラム(展開溶媒は、ヘキサンと酢酸エチルの容量比5〜3(ヘキサン):1(酢酸エチル))による精製に付し、目的物である化合物S−29を黄色固体として得た。収量4.65g(収率81.3%)、HPLC(カラム:資生堂製CAPCELL PAK C8 DD 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=8/2、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度97.8%。重アセトン溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は594.5(ナトリウムイオン付加体)、610.5(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例7]化合物A−5の製造
100ml四つ口フラスコに、4−ブロモナフタル酸無水物 11.08g(0.0400mol)と1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン5.54g(0.0490mol)、ジメチルスルホキシド40.00gを入れ攪拌した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。これに2−メルカプトエタノール3.68g(0.0470mol)を28℃で滴下し、室温で6時間攪拌した後、イオン交換水20mlを30℃以下で加え、20分攪拌し、析出した結晶を濾取した。これを乾燥することにより、中間体である4−(2−ヒドロキシエチルチオ)ナフタル酸無水物を黄色結晶として得た。収量8.88g(収率80.9%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−24.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度98.0%。
500ml四つ口フラスコに上記中間体8.23g(0.0300mol)とアセトニトリル200g、エトキシメチルトリエチルアンモニウムクロライド21.73g(0.1110mol)を入れ攪拌した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。その後80℃で4時間還流させた。500mlナスフラスコに冷却後の反応液を移し、減圧濃縮して37.8gとし、これに塩化メチレン80mlを加えた後、イオン交換水70mlで4回水洗し、塩化メチレン層を14.2gまで濃縮した。これにジイソプロピルエーテル20ml加え晶析して得た、結晶を濾取、乾燥することにより、化合物A−5を黄色結晶として得た。収量9.13g(収率91.6%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度97.2%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。
[実施例8]化合物I−5の製造
100ml二つ口フラスコに化合物A−5を8.31g(0.0250mol)と塩酸ヒドロキシルアミン1.91g(0.0275g)、ジメチルホルムアミド33.00gを入れ攪拌、溶解した。これに25℃で48質量%水酸化ナトリウム水溶液2.29g(0.0275mol)を仕込み、40℃で3時間攪拌した。反応液にイオン交換水33mlと35質量%塩酸1.04g(0.0100mol)を30℃を超えないように冷却しながら仕込み、30分撹拌した。析出した結晶を濾取、乾燥することにより化合物I−5を黄色結晶として得た。収量8.29g(収率95.5%)。HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度99.9%。重クロロホルム溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−1に示す。
[実施例9]化合物S−32の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物I−5を5.56g(0.0160nol)、エチレンジクロライド40.00g、トリエチルアミン2.02g(0.0200mol)を入れ攪拌した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。48質量%d−カンファースルホン酸クロライドのエチレンジクロライド溶液9.23g(0.0176mol)を15〜18℃で滴下し、室温まで昇温した。1時間後、反応液にイオン交換水25mlを20℃以下で仕込み、エチレンジクロライド層を0.5%質量水酸化ナトリウム水溶液30mlで2回、5質量%の塩酸水溶液30mlで1回、イオン交換水40mlで6回水洗後、濃縮して粗生成物を得た。これをシリカゲルクロマトグラム(展開溶媒は、ヘキサンと酢酸エチルの容量比1(ヘキサン):1〜2(酢酸エチル))による精製に付し、目的物である化合物S−32を黄色固体として得た。収量3.24g(収率36.1%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度97.4%。重クロロホルム溶媒によるH−NMRの測定結果及びMALDI TOF−MS(m/z)の測定結果を表1−1に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は584.4(ナトリウムイオン付加体)、600.4(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例10]化合物A−6の製造
3L四つ口フラスコに4−(2−ヒドロキシエチルチオ)ナフタル酸無水物(実施例7の化合物A−5の中間体)124.80g(0.455mol)とテトラヒドロフラン570g、ジメチルスルホキシド550g、ナトリウムメトキシド40.51g(0.75mol)、ブロモエチルエチルエーテル130.50g(0.853mol)を入れ攪拌した後、系内を窒素ガス雰囲気にし、50℃で3時間攪拌した。室温でイオン交換水80gと48質量%水酸化ナトリウム水溶液77gを加え、50℃で3時間攪拌し、更に室温で35質量%塩酸183gを加え、50℃で2時間攪拌した。反応液にイオン交換水600mlを加え、5℃まで冷却することにより晶析して得た、結晶を濾取、乾燥することにより、クルード結晶を得た。収量68.20g。このクルード結晶をシリカゲルクロマトグラム(展開溶媒は、ヘキサンと酢酸エチルの容量比1(ヘキサン):1(酢酸エチル))による精製に付し、化合物A−6を黄色固体として得た。収量32.40g(収率20.6%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=5/5、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度83.1%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−2に示す。
[実施例11]化合物I−6の製造
300ml二つ口フラスコに化合物A−6を31.80g(0.0918mol)と塩酸ヒドロキシルアミン7.66g(0.110g)、ジメチルホルムアミド127gを入れ攪拌、系内を窒素ガス雰囲気にした。これに29〜40℃で48質量%水酸化ナトリウム水溶液9.17g(0.0110mol)を仕込み、40℃で1時間攪拌した。反応液にイオン交換水127mlと35質量%塩酸3.83g(0.0367mol)を30℃を超えないように冷却しながら仕込み、1時間撹拌した。析出した結晶を濾取、乾燥することにより化合物I−6を黄色結晶として得た。収量31.30g(収率94.3%)。HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=5/5、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度98.2%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−2に示す。
[実施例12]化合物S−33の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物I−6を9.04g(0.025mol)、エチレンジクロライド50g、トリエチルアミン3.16g(0.0313mol)を入れ攪拌した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。48質量%d−カンファースルホン酸クロライドのエチレンジクロライド溶液14.43g(0.0275mol)を20〜22℃で滴下し、室温まで昇温した。1時間後、反応液にイオン交換水35mlを20℃以下で仕込み、更に酢酸エチル60mlを仕込み、有機層を0.5%質量水酸化ナトリウム水溶液35mlで2回、3質量%の塩酸水溶液35mlで1回、イオン交換水40mlで6回水洗後、濃縮して粗生成物を得た。これをシリカゲルクロマトグラム(展開溶媒は、ヘキサンと酢酸エチルの容量比1(ヘキサン):1(酢酸エチル))による精製に付し、目的物である化合物S−33を黄色固体として得た。収量8.12g(収率56.4%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度99.3%。重アセトン溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−2に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は584.4(ナトリウムイオン付加体)、600.4(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例13]化合物S−38の製造
化合物S−32を2.81g(0.0050mol)をエチレンジクロライド20.00gに溶解し、10質量%塩酸20mlを加え24時間室温で攪拌した。反応液を油水分離して得たエチレンジクロライド層をイオン交換水20mlで5回水洗したのち濃縮し、酢酸エチル20mlを加えて晶析させた結晶を濾取し、乾燥することにより、目的物である化合物S−38を得た。収量1.26g(収率50.0%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度99.2%。重クロロホルム溶媒によるH−NMRの測定結果の測定結果を表1−2に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は、526.4(ナトリウムイオン付加体)、542.3(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例14]化合物S−39の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物I−2を6.43g(0.0180mol)とエチレンジクロライド26g、ピリジン1.57g(0.0198mol)を入れ攪拌、溶解した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。トリフルオロメタンスルホン酸無水物5.33g(0.0189mol)を15〜20℃で滴下し、20℃で3時間攪拌した。反応液にイオン交換水18gとエチレンジクロライド15g入れ攪拌し、油水分離して得たエチレンジクロライド層を0.25質量%水酸化ナトリウム水溶液50mlで2回、5質量%塩酸水溶液50mlで1回、イオン交換水50mlで5回水洗した。エチレンジクロライド層から溶媒を留去し、16.5gまで濃縮し、n−ヘプタン30gを加え攪拌した。析出した結晶を濾取、乾燥することにより目的物である化合物S−39を得た。収量7.47g(収率84.8%)、HPLC(カラム:資生堂製CAPCELL PAK C8 DD 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=8/2、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度98.8%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRおよび19F−NMRの測定結果を表1−3に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は455.3(ナトリウムイオン付加体)、494.3(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例15]化合物A−7の製造
100ml四つ口フラスコに、3−ヒドロキシナフタル酸無水物を8.567g(0.0400mol)とジメチルスルホキシド48.0g、炭酸カリウム10.081g(0.0730mol)を入れ攪拌、系内を窒素ガス雰囲気にした。ブロモエチルエチルエーテル11.233g(0.0734mol)を滴下し、70℃で5時間攪拌した。反応液にイオン交換水12mlと48重量%水酸化ナトリウム水溶液9.6mlを入れ、50℃で2時間攪拌した後、氷冷し、35重量%塩酸水溶液21.0gを入れ、60℃で2時間攪拌した。反応液と塩化メチレン500ml、イオン交換水200mlを加え、油水分離して得た有機層をイオン交換水200mlで3回水洗後濃縮し、有機層を濃縮、シリカゲルクロマトグラム(展開溶媒は、ヘキサンと酢酸エチルの容量比2(ヘキサン):3(酢酸エチル))による精製に付し、目的物である化合物A−7を淡黄色固体として得た。収量5.20g(収率45.4%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度98.3%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−3に示す。
[実施例16]化合物I−7の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物A−7を4.87g(0.0170mol)とジメチルホルムアミド30.0g、塩酸ヒドロキシルアミン1.420g(0.0204mol)を入れ攪拌、系内を窒素ガス雰囲気にした。48重量%水酸化ナトリウム水溶液1.700g(0.0204mol)を28〜30℃で滴下し、2時間攪拌した。イオン交換水20mlと35重量%塩酸水溶液0.70g(0.0068mol)を30℃を超えないように冷却しながら仕込み、1時間撹拌した。析出した結晶を濾取、乾燥することにより化合物I−7を淡黄色結晶として得た。収量4.62g(収率90.2%)。HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度99.6%。重ジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−3に示す。
[実施例17]化合物S−45の製造
50ml四つ口フラスコに、化合物I−7を4.520g(0.0150mol)とエチレンジクロライド25.0gとピリジン1.310g(0.0165mol)を入れ攪拌、系内を窒素雰囲気にした。トリフルオロメタンスルホン酸無水物5.280g(0.0187mol)を10〜15℃で滴下し、室温で5時間攪拌した。反応液と塩化メチレン30mlとイオン交換水30mlを加え、油水分離して得た有機層を0.2重量%水酸化ナトリウム水溶液30mlで2回、イオン交換水30mlで5回水洗後濃縮し、析出物を濾取、乾燥することにより目的物である化合物S−45を淡黄色結晶として得た。収量3.87g(収率59.5%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度96.8%。重クジメチルスルホキシド溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−3に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は456.1(ナトリウムイオン付加体)、472.1(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例18]化合物S−47の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物I−6を11.11g(0.0307mol)とエチレンジクロライド53g、ピリジン2.67g(0.0338mol)を入れ攪拌、溶解した後、系内を窒素ガス雰囲気にした。トリフルオロメタンスルホン酸無水物10.38g(0.0368mol)を15〜20℃で滴下し、20℃で2時間攪拌した。反応液にイオン交換水50mlと塩化メチレン50ml入れ攪拌し、油水分離して得た有機層を0.5質量%水酸化ナトリウム水溶液50mlで2回、1質量%塩酸水溶液50mlで1回、イオン交換水50mlで5回水洗後、濃縮して粗生成物を得た。これをシリカゲルクロマトグラム(展開溶媒は、ヘキサンと酢酸エチルの容量比3(ヘキサン):2(酢酸エチル))による精製に付し、目的物である化合物S−47を黄色固体として得た。収量9.26g(収率61.1%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度97.1%。重アセトン溶媒によるH−NMRおよび19F−NMRの測定結果を表1−3に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は516.2(ナトリウムイオン付加体)、532.2(カリウムイオン付加体)であった。
[実施例19]化合物S−61の製造
100ml四つ口フラスコに、化合物I−6を9.76g(0.0270mol)とジメチルホルムアミド40.0g、トリエチルアミン3.01g(0.0297mol)を入れ攪拌、系内を窒素ガス雰囲気にした。p−トルエンスルホン酸クロリド2.66g(0.0297mol)を20〜26℃で少量ずつ仕込み、40℃で2時間攪拌した。反応液に酢酸エチル80mlとイオン交換水50mlを加え、さらに塩化メチレン80ml入れ攪拌し、油水分離して得た有機層を0.5質量%水酸化ナトリウム水溶液50mlで2回、3質量%塩酸水溶液50mlで1回、イオン交換水50mlで5回水洗後濃縮し、析出した結晶を濾取、乾燥することにより目的物であるS−61の黄色結晶を得た。収量6.52g(収率46.8%)、HPLC(カラム:GLサイエンス社製Inertsil ODS−2 4.6mm×250mm、溶媒:アセトニトリル/水=7/3、日立製作所製L−7455形ダイオードアレイ検出器 検出波長230nm)による純度95.7%。重クロロホルム溶媒によるH−NMRの測定結果を表1−3に示す。MALDI TOF−MS(m/z)の測定結果は538.3(ナトリウムイオン付加体)、554.3(カリウムイオン付加体)であった。
Figure 0005781947
Figure 0005781947
Figure 0005781947
[評価例1]UV吸収スペクトルの測定
上記実施例で得た化合物のうち表2に示す化合物および下記式で表される比較用化合物1〜3のそれぞれについて、1×10−5モル/リットルのメタノール溶液を調製し、この溶液の200nm〜500nmのUV吸収スペクトルを測定した。それぞれの化合物についての、吸収ピークの極大値とその吸光度を表2に示す。
Figure 0005781947
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上記表2から、本発明のスルホン酸誘導体化合物はいずれも、400nm付近に極大値を示す吸収を有する。これに対して比較用化合物1〜3は、この領域に吸収はなく、340nmに極大値を示す吸収を有する。このことは、本発明のスルホン酸誘導体化合物がg線やh線といった長波長の光源に対しても、感光性を有するといった点において優位であることを示す。すなわち、本発明のスルホン酸誘導体化合物は、光酸発生剤及びカチオン重合開始剤として有用である。
[評価例2]溶解性の評価
上記実施例で得た表3に示す化合物及び上記式で表される比較用化合物1〜3の25℃における各種有機溶剤への溶解性を濃度(質量%)により評価した。結果を表3に示す。表の濃度は、溶解残りがなく、安定した溶液を示した濃度である。20質量%を越えて溶解したものは20<と示し、0.5質量%未満のものは0.5>と示した。
Figure 0005781947
上記表3から、本発明のスルホン酸誘導体化合物は、各種有機溶剤に対して、良好な溶解性を示すことが確認できる。これに対して比較用化合物1〜3は、いずれの有機溶剤に対する溶解性も低いものであった。このことは、本発明のスルホン酸誘導体化合物が、フォトレジスト組成物やカチオン重合性組成物等の感光性組成物への高濃度使用が可能であり、感光性組成物に対して感度向上を与えることができることを示す。また、充分な溶解マージンがとれるので、感光性組成物の保存安定性を向上させることができることを示す。更には、有機性現像液を用いるフォトレジスト組成物に使用する場合は、現像性向上に寄与することを示す。
[評価例3]レジスト感度の評価
表4に示す上記実施例で得た化合物および比較用化合物2のレジスト性能を評価した。テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イルメタクリレートと2−メチル−2−アダマンチルメタクリレートと3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレートの共重合体(モル比率4:4:2)重合体(数平均分子量4400、質量平均分子量12000)5.00gとメチルエチルケトン15.00g、BYK−307 0.025gを50ml褐色スクリュー管に入れ攪拌、溶解させた。6ml褐色スクリュー管に重合体溶液4.00gと上記化合物をそれぞれ0.04gずつ入れ、攪拌、溶解し、レジスト液を調製した。これらのレジスト液をそれぞれアルミ板上に#3のバーコーターで塗布し、80℃で10分乾燥した後、高圧水銀ランプと照射分光器を用いて露光した。140℃で2分間ベークし、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に30秒浸漬することにより現像し、イオン交換水で充分に洗浄した。波長365、405、436nmの光を照射することにより形成されたパターンから、硬化に必要な露光量を算出した。その結果を表4に示す。
Figure 0005781947
表4の結果から、本発明のナフタルイミドスルホン酸エステル化合物を用いたレジスト組成物は、比較用化合物を用いたものと比べてレジスト感度が高く、特にポジ型レジスト組成物として優位であることが確認された。

Claims (6)

  1. 下記一般式(I)、
    Figure 0005781947
    (式中、R01、R04、R05及びR06は、水素原子を表し、R02、R03のいずれか1つは、脂環式炭化水素基、複素環基またはハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数4〜18のアルコキシ基;該アルコキシ基の酸素原子に隣接しない任意位置のメチレン基が−C(=O)−基で置換された基;該アルコキシ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基;脂環式炭化水素基、複素環基またはハロゲン原子で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数4〜18のアルキルチオ基;該アルキルチオ基の硫黄原子に隣接しない任意位置のメチレン基が−C(=O)−基で置換された基;該アルキルチオ基がナフタレン環に近いほうから−O−C(=O)−結合若しくは−OC(=O)−NH−結合で中断された基;または、下記一般式(A)で表される基を表し、R02、R03の残りの1つは、水素原子を表し、R07は、ハロゲン原子及び/又はアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基;ハロゲン原子及び/又は脂環式炭化水素基で置換されてもよく、分岐を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基;ハロゲン原子で置換されてもよい炭素数3〜18の脂環式炭化水素基;ハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数6〜20のアリール基;ハロゲン原子及び/又は炭素数1〜18のアルキルチオ基で置換されてもよい炭素数7〜20のアリールアルキル基;ハロゲン原子で置換されてもよい炭素数7〜20のアルキルアリール基;アシル基で置換された炭素数7〜20のアリール基;10−カンファーイル;または、下記一般式(B)で表される基を表す。)で表されるスルホン酸誘導体化合物。
    Figure 0005781947
    (式中、Xは、酸素原子又は硫黄原子を表し、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R11は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R12は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R13は、水素原子又は分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基若しくは複素環基を表し、mは、0〜5を表し、mが2〜5の場合、複数存在するR12は同一でも異なってもよい。)
    Figure 0005781947
    (式中、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R21は、炭素数2〜6のアルカンジイル基、炭素数2〜6のハロゲン化アルカンジイル基、炭素数6〜20のアリーレン基又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン基を表し、R22は、単結合、炭素数2〜6のアルカンジイル基、炭素数2〜6のハロゲン化アルカンジイル基、炭素数6〜20のアリーレン基又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン基を表し、R23は、分岐を有してもよい炭素数1〜18のアルキル基、分岐を有してもよい炭素数1〜18のハロゲン化アルキル基、炭素数3〜12の脂環式炭化水素基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数6〜20のハロゲン化アリール基、炭素数7〜20のアリールアルキル基又は炭素数7〜20のハロゲン化アリールアルキル基を表し、a、bは、0又は1を表し、a、bのどちらか一方は1である。)
  2. 前記R07が炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基である請求項1に記載のスルホン酸誘導体化合物。
  3. 前記R07が10−カンファーイルである請求項1に記載のスルホン酸誘導体化合物。
  4. 前記R02、R03のいずれか1つが、前記一般式(A)で表される基である請求項1〜3のいずれかに記載のスルホン酸誘導体化合物。
  5. 下記一般式(II)、
    Figure 0005781947
    (式中、R、R、R及びRは、水素原子を表し、R、Rのいずれか1つは、下記一般式(C)で表される基を表し、R、Rの残りの1つは、水素原子を表す。)で表されることを特徴とする化合物。
    Figure 0005781947
    (式中、Xは、酸素原子又は硫黄原子を表し、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R41は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R42は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R43は、分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数3〜10の脂環式炭化水素基若しくは複素環基を表し、mは、0〜5を表し、mが2〜5の場合複数存在するR42は同一でも異なってもよい。)
  6. 下記一般式(III)、
    Figure 0005781947
    (式中、R、R、R及びRは、水素原子を表し、R、Rのいずれか1つは、下記一般式(D)で表される基を表し、R、Rの残りの1つは、水素原子を表す。)で表されることを特徴とする化合物。
    Figure 0005781947
    (式中、Xは、酸素原子又は硫黄原子を表し、Yは、単結合又は炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R51は、炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R52は、炭素数1〜4のアルカンジイル基を表し、R53は、分岐を有してもよい炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数3〜10の炭化水素基若しくは複素環基を表し、mは、0〜5を表し、mが2〜5の場合複数存在するR52は同一でも異なってもよい。)
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