JPH0632850A - P-hydroxystyrene-hydroxy-alpha=methylstyrene block copolymer partially esterified with t-butocarboxyl group and its production - Google Patents

P-hydroxystyrene-hydroxy-alpha=methylstyrene block copolymer partially esterified with t-butocarboxyl group and its production

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JPH0632850A
JPH0632850A JP21467492A JP21467492A JPH0632850A JP H0632850 A JPH0632850 A JP H0632850A JP 21467492 A JP21467492 A JP 21467492A JP 21467492 A JP21467492 A JP 21467492A JP H0632850 A JPH0632850 A JP H0632850A
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JP
Japan
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hydroxy
hydroxystyrene
methylstyrene
block copolymer
molecular weight
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Application number
JP21467492A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Watanabe
修 渡辺
Motoyuki Yamada
素行 山田
Fujio Yagihashi
不二夫 八木橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject copolymer having a narrow mol.wt. distribution, capable of being developed with an alkali, having a high developing property and a high resolving property, and useful for resist materials, etc., by t- butoxycarbonylating the hydroxyl groups of the polyhydroxystyrene parts, etc., in a specific copolymer. CONSTITUTION:The hydroxyl groups of the poly p-hydroxystyrene parts and the poly p-hydroxy-alpha-methylstyrene parts in a singly dispersible p- hydroxystyrene-p-hydroxy-alpha-methylstyrene block copolymer having a weight- average mol.wt. (Mw)/number-average mol.wt. (Mn) of 1.01-1.5 are partially t-butoxycarbonylated to provide the objective copolymer having repeating units of formulas I, II, III and IV.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はLSI用のレジスト材等
として好適に用いられるポリp−ヒドロキシスチレン部
及びポリp−ヒドロキシαメチルスチレン部の水酸基が
それぞれtert−ブトキシカルボニル基で部分エステ
ル化された単分散性のp−ヒドロキシスチレン−p−ヒ
ドロキシαメチルスチレンブロック共重合体及びその製
造方法に関する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention uses the tert-butoxycarbonyl group to partially esterify the hydroxyl groups of the poly-p-hydroxystyrene portion and poly-p-hydroxy α-methylstyrene portion, which are preferably used as resist materials for LSI. The present invention also relates to a monodisperse p-hydroxystyrene-p-hydroxy α-methylstyrene block copolymer and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
高解像度のリソグラフィー用、或いはLSI用として使
用するレジスト材料用ベースポリマーとしては、機能性
高分子が多用されている。特に近年のLSIにおける高
密度化の進展に伴い、レジスト材料については益々高解
像度及び高現像性が要求されるようになり、このような
要求に応え得る機能性高分子として従来はノボラック樹
脂が主流に使用されていたが、最近においてはこれに代
わるものとして化学増幅タイプのレジスト材料が種々検
討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, the problems to be solved by the invention
Functional polymers are often used as base polymers for high-resolution lithography or resist materials used for LSI. In particular, with the recent progress in higher density of LSIs, resist materials are required to have higher resolution and higher developability. Conventionally, novolak resins have been the mainstream as a functional polymer capable of meeting such demands. However, in recent years, various chemically amplified resist materials have been studied as alternatives.

【0003】上記化学増幅タイプのレジスト材料におい
ては、特に作業性の観点から酸によって容易に脱離する
官能基を有すると共に、その官能基の脱離前後での溶解
性が異なるものが賞用されている。このようなレジスト
材料としては耐プラズマ性に優れているポリスチレン誘
導体が特に好適なものとして知られている。
Of the above-mentioned chemically amplified resist materials, those having a functional group which is easily eliminated by an acid and having different solubilities before and after elimination of the functional group are particularly preferred from the viewpoint of workability. ing. As such a resist material, a polystyrene derivative having excellent plasma resistance is known to be particularly suitable.

【0004】これらのポリマーをレジスト用ベースポリ
マーとして使用する場合には、その分子量や分子量分布
がレジストの現像特性及び解像度に大きな影響を与える
が、これらのポリマーは通常のラジカル重合法や縮重合
法により得られる多分散ポリマーであって、はじめから
分子量や分子量分布を制御するということが配慮されて
いないので、レジストの現像性及び解像度を高めるた
め、分別という手法を用いて分子量の制御を行ってい
る。
When these polymers are used as a base polymer for resist, their molecular weight and molecular weight distribution have a great influence on the developing characteristics and resolution of the resist, but these polymers are usually subjected to a radical polymerization method or a condensation polymerization method. Since it is a polydisperse polymer obtained by, it is not considered from the beginning to control the molecular weight and the molecular weight distribution.Therefore, in order to improve the developability and resolution of the resist, the molecular weight is controlled using a method called fractionation. There is.

【0005】しかしながら、分別という手法は操作が複
雑であるのみならず時間がかかるという欠点がある上、
厳しくなる要求性能に対して十分に追随することが困難
であるので、問題解決の本質的手段にはなり得ないもの
であった。
However, the method of separation has the drawback that not only the operation is complicated but also it takes time.
Since it is difficult to adequately follow the demanding performance that becomes strict, it could not be an essential means for solving the problem.

【0006】従って、レジスト材料用ベースポリマーと
して好適な高品質のポリマーの開発が望まれていた。
Therefore, it has been desired to develop a high quality polymer suitable as a base polymer for a resist material.

【0007】本発明は上記要望に応えるためなされたも
ので、酸によって容易に脱離する官能基を有するので、
その官能基の脱離前後での溶解性が異なることでアルカ
リで容易に現像することができると共に、高現像性及び
高解像度を有し、レジスト材料等として有用なポリp−
ヒドロキシスチレン部及びポリp−ヒドロキシαメチル
スチレン部の水酸基がそれぞれtert−ブトキシカル
ボニル基で部分エステル化されたp−ヒドロキシスチレ
ン−p−ヒドロキシαメチルスチレンブロック共重合体
及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to meet the above-mentioned demand, and has a functional group that is easily eliminated by an acid.
Polyp-, which is useful as a resist material and the like, can be easily developed with an alkali because of its different solubility before and after elimination of the functional group, and has high developability and high resolution.
To provide a p-hydroxystyrene-p-hydroxy alpha methyl styrene block copolymer in which hydroxyl groups of a hydroxy styrene moiety and a poly p-hydroxy alpha methyl styrene moiety are partially esterified with a tert-butoxycarbonyl group, and a method for producing the same. With the goal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、下記構造式
(5)で示されるp−tert−ブトキシαメチルスチ
レンと下記構造式(6)で示されるp−tert−ブト
キシスチレンとをリビング重合させた後、分子中のte
rt−ブチル基を脱離させるか、あるいは下記構造式
(7)で示されるp−メトキシメトキシαメチルスチレ
ンと下記構造式(8)で示されるp−メトキシメトキシ
スチレンとをリビング重合させた後、分子中のメトキシ
メチル基を脱離させることにより、重量平均分子量(M
w)/数平均分子量(Mn)が1.01〜1.5の単分散
性のp−ヒドロキシスチレンとp−ヒドロキシαメチル
スチレンとのブロック共重合体が得られること、そして
該ブロック共重合体中のポリp−ヒドロキシスチレン部
及びポリp−ヒドロキシαメチルスチレン部の水酸基を
それぞれ部分的にtert−ブトキシカルボニル化する
ことにより、下記構造式(1),(2),(3)及び
(4)で示される繰り返し単位を有し、かつ分子量分布
がMw/Mn=1.01〜1.5であるポリp−ヒドロキ
シスチレン部及びポリp−ヒドロキシαメチルスチレン
部の水酸基がそれぞれtert−ブトキシカルボニル基
で部分エステル化されたp−ヒドロキシスチレンとp−
ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共重合体が得
られること、この方法は分子量の制御が容易であり、か
つ確実にMw/Mn=1.01〜1.5の単分散性のブロ
ック共重合体を与えるものであると共に、このようにし
て得られた単分散性ブロック共重合体が酸によって容易
に脱離し得るtert−ブトキシカルボニル基を有し、
アルカリで容易に現像することができる上、単分散性で
分別という面倒な手法を行わなくても高現像性及び高解
像度を有し、それ故、機能性高分子としてレジスト材料
用ベースポリマー等の用途に好適に利用できることを知
見し、本発明をなすに至った。
MEANS TO SOLVE THE PROBLEMS As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that p-tert-butoxy α-methylstyrene represented by the following structural formula (5) and the following structural formula ( After performing living polymerization with p-tert-butoxystyrene represented by 6), te in the molecule
After removing the rt-butyl group or performing living polymerization of p-methoxymethoxy α-methylstyrene represented by the following structural formula (7) and p-methoxymethoxystyrene represented by the following structural formula (8), By removing the methoxymethyl group in the molecule, the weight average molecular weight (M
w ) / number average molecular weight (M n ) of 1.01 to 1.5, a monodisperse block copolymer of p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene is obtained, and the block copolymer By partially tert-butoxycarbonylating the hydroxyl groups of the poly p-hydroxystyrene portion and the poly p-hydroxy α-methylstyrene portion in the united product, the following structural formulas (1), (2), (3) and ( 4) having a repeating unit represented by 4) and having a molecular weight distribution of M w / M n = 1.01 to 1.5, the hydroxyl groups of the poly p-hydroxystyrene portion and the poly p-hydroxy α-methylstyrene portion are tert. -P-hydroxystyrene partially esterified with butoxycarbonyl group and p-
A block copolymer with hydroxy α-methylstyrene can be obtained. This method makes it easy to control the molecular weight and ensures that the monodisperse block copolymer having M w / M n = 1.01 to 1.5 is obtained. The monodisperse block copolymer thus obtained has a tert-butoxycarbonyl group which can be easily eliminated by an acid,
It can be easily developed with alkali and has high developability and high resolution without the troublesome method of separation due to monodispersity. Therefore, it can be used as a functional polymer such as a base polymer for resist materials. The present invention has been completed by finding that it can be suitably used for applications.

【0009】[0009]

【化2】 [Chemical 2]

【0010】従って、本発明は、上記構造式(1),
(2),(3)及び(4)で示される繰り返し単位を有
し、かつ分子量分布が重量平均分子量(Mw)/数平均
分子量(Mn)=1.01〜1.5であるポリp−ヒド
ロキシスチレン部及びポリp−ヒドロキシαメチルスチ
レン部の水酸基がそれぞれtert−ブトキシカルボニ
ル基で部分エステル化されたp−ヒドロキシスチレン−
p−ヒドロキシαメチルスチレンブロック共重合体、及
び重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が1.
01〜1.5の単分散性のp−ヒドロキシスチレンとp
−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共重合体中
のポリp−ヒドロキシスチレン部及びポリp−ヒドロキ
シαメチルスチレン部の水酸基をそれぞれ部分的にte
rt−ブトキシカルボニル化する上記p−ヒドロキシス
チレンとp−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック
共重合体の製造方法を提供する。
Therefore, the present invention provides the above structural formula (1),
Poly having the repeating units represented by (2), (3) and (4) and having a molecular weight distribution of weight average molecular weight (M w ) / number average molecular weight (M n ) = 1.01 to 1.5 Hydroxyl groups of p-hydroxystyrene and poly-p-hydroxy α-methylstyrene are partially esterified with tert-butoxycarbonyl group to form p-hydroxystyrene-
p-hydroxy α-methylstyrene block copolymer, and weight average molecular weight (M w ) / number average molecular weight (M n ) of 1.
01-1.5 monodisperse p-hydroxystyrene and p
The hydroxyl groups of the poly-p-hydroxystyrene part and the poly-p-hydroxy-α-methylstyrene part in the block copolymer with -hydroxy-α-methylstyrene are partially te.
Provided is a method for producing a block copolymer of rt-butoxycarbonylated p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene.

【0011】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明のブロック共重合体は、下記構造式(1),(2),
(3)及び(4)で示される繰り返し単位を有するもの
で、ポリp−ヒドロキシスチレン部及びポリp−ヒドロ
キシαメチルスチレン部の水酸基がそれぞれtert−
ブトキシカルボニル基で部分エステル化されたものであ
る。
The present invention will be described in more detail below. The block copolymer of the present invention has the following structural formulas (1), (2),
It has the repeating units represented by (3) and (4), and the hydroxyl groups of the poly-p-hydroxystyrene portion and the poly-p-hydroxy α-methylstyrene portion are respectively tert-.
It is partially esterified with a butoxycarbonyl group.

【0012】[0012]

【化3】 [Chemical 3]

【0013】ここで、上記式(1),(2),(3)及
び(4)の繰り返し単位は任意の割合で含有してよい
が、通常は重量分率が0.01≦(1)≦99.97,
0.01≦(2)≦99.97,0.01≦(3)≦9
9.7、0.01≦(4)≦99.7、(1)+(2)
+(3)+(4)=1となるような割合で含有すること
が好ましく、特に本発明のブロック共重合体をレジスト
材として使用する場合は、レジストの現像時における溶
解性の差及び架橋反応制御の観点から20≦(1)≦9
9.97,20≦(2)≦99.97,0.01≦
(3)≦50,0.01≦(4)≦50、より好ましく
は50≦(1)≦99.97,50≦(2)≦99.9
7,0.01≦(3)≦45,0.01≦(4)≦45
とすることが好適である。
Here, the repeating units of the above formulas (1), (2), (3) and (4) may be contained in any proportion, but usually the weight fraction is 0.01 ≦ (1). ≤99.97,
0.01 ≦ (2) ≦ 99.97, 0.01 ≦ (3) ≦ 9
9.7, 0.01 ≦ (4) ≦ 99.7, (1) + (2)
+ (3) + (4) = 1 is preferable, and when the block copolymer of the present invention is used as a resist material, the difference in solubility during development of the resist and the crosslinking are preferable. 20 ≦ (1) ≦ 9 from the viewpoint of reaction control
9.97, 20 ≦ (2) ≦ 99.97, 0.01 ≦
(3) ≤ 50, 0.01 ≤ (4) ≤ 50, more preferably 50 ≤ (1) ≤ 99.97, 50 ≤ (2) ≤ 99.9.
7, 0.01 ≦ (3) ≦ 45, 0.01 ≦ (4) ≦ 45
Is preferred.

【0014】更に、上記ブロック共重合体において分子
中の水酸基のt−ブトキシカルボニル基による部分エス
テル化の割合は、ポリp−ヒドロキシスチレン部及びポ
リp−ヒドロキシαメチルスチレン部の水酸部に対して
0.1〜80%(重量%、以下同様)、特に5〜45%
であることが好ましい。
Furthermore, in the above block copolymer, the ratio of partial esterification of hydroxyl groups in the molecule by t-butoxycarbonyl groups is relative to the hydroxyl groups of poly-p-hydroxystyrene and poly-p-hydroxy α-methylstyrene. 0.1 to 80% (wt%, the same applies below), especially 5 to 45%
Is preferred.

【0015】本発明の上記p−ヒドロキシスチレンとp
−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共重合体
は、Mw/Mnが1.01〜1.5、好ましくは1.01
〜1.3の範囲となるような分子量分布を有する単分散
性のものである。Mw/Mnが1.01に満たないものは
技術的に合成困難であり、1.5を超えるとレジスト材
料として利用できる程度の高解像度、高現像度を得るこ
とができない。なお、重量平均分子量(Mw)は光散乱
法により、また、数平均分子量(Mn)は膜浸透圧計を
用いて測定することができる。
The above-mentioned p-hydroxystyrene and p of the present invention
The block copolymer with -hydroxy α-methylstyrene has an M w / M n of 1.01 to 1.5, preferably 1.01.
It is a monodisperse polymer having a molecular weight distribution in the range of 1.3. Those having M w / M n less than 1.01 are technically difficult to synthesize, and if it exceeds 1.5, it is impossible to obtain a high resolution and a high degree of development that can be used as a resist material. The weight average molecular weight (M w ) can be measured by a light scattering method, and the number average molecular weight (M n ) can be measured by a membrane osmometer.

【0016】更に、上記ブロック共重合体の平均分子量
は特に制限されるものではないが、レジスト材料として
使用する場合は、一般に数平均分子量が500〜50
0,000の範囲、特に3,000〜300,000の
範囲であることが好ましい。数平均分子量が500未満
ではレジスト材料として膜強度が無い場合があり、50
0,000を超えると現像特性、相溶性に問題があり、
高解像度、高現像度を得ることができない場合がある。
Further, the average molecular weight of the above block copolymer is not particularly limited, but when it is used as a resist material, the number average molecular weight is generally 500 to 50.
It is preferably in the range of 30,000, particularly preferably in the range of 3,000 to 300,000. If the number average molecular weight is less than 500, the resist material may not have film strength.
If it exceeds 50,000, there is a problem in developing characteristics and compatibility,
In some cases, high resolution and high development degree cannot be obtained.

【0017】なお、上記分子量分布の評価はゲルパーミ
ェーションクロマトグラフィー(GPC)によって行う
ことができ、分子構造は1H−NMRスペクトルによっ
て容易に確認することができる。
The molecular weight distribution can be evaluated by gel permeation chromatography (GPC), and the molecular structure can be easily confirmed by 1 H-NMR spectrum.

【0018】本発明において上述した単分散性の部分エ
ステル化p−ヒドロキシスチレン−p−ヒドロキシαメ
チルスチレンブロック共重合体は、以下に示す如く単分
散性p−ヒドロキシスチレン−p−ヒドロキシαメチル
スチレンブロック共重合体の水酸基をt−ブトキシカル
ボニル基によって部分的にエステル化することにより容
易に得ることができる。
In the present invention, the monodisperse partially esterified p-hydroxystyrene-p-hydroxy α-methylstyrene block copolymer mentioned above is a monodisperse p-hydroxystyrene-p-hydroxy α-methylstyrene as shown below. It can be easily obtained by partially esterifying the hydroxyl group of the block copolymer with a t-butoxycarbonyl group.

【0019】ここでまず、単分散性のp−ヒドロキシス
チレンとp−ヒドロキシαメチルスチレンのブロック共
重合体は、下記構造式(5)及び(6)で示される2種
のモノマーをリビング重合させた後、分子中のt−ブチ
ル基を脱離することによって得ることができる。
First, a monodisperse block copolymer of p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene is subjected to living polymerization of two kinds of monomers represented by the following structural formulas (5) and (6). Then, it can be obtained by removing the t-butyl group in the molecule.

【0020】[0020]

【化4】 [Chemical 4]

【0021】更に、単分散性のp−ヒドロキシスチレン
とp−ヒドロキシαメチルスチレンのブロック共重合体
は、下記構造式(7)及び(8)で示される2種のモノ
マーをリビング重合させた後、分子中のメトキシメチル
基を脱離することによっても得ることができる。
Further, the monodisperse block copolymer of p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene is obtained by subjecting two kinds of monomers represented by the following structural formulas (7) and (8) to living polymerization. It can also be obtained by eliminating the methoxymethyl group in the molecule.

【0022】[0022]

【化5】 [Chemical 5]

【0023】また、上記モノマーのリビング重合に際し
ては、重合開始剤として有機金属化合物を用いることが
好ましい。有機金属化合物としては、例えばn−ブチル
リチウム、sec−ブチルリチウム、t−ブチルリチウ
ム、ナトリウムナフタレン、アントラセンナトリウム、
α−メチルスチレンテトラマージナトリウム、クミルカ
リウム、クミルセシウム等の有機アルカリ金属などが挙
げられる。なお重合開始剤の添加量は、生成するポリマ
ーの分子量に依存しており、分子量とモノマーの重量か
ら算出される(分子量=モノマーの重量/開始剤のモル
数)。
In living polymerization of the above-mentioned monomer, it is preferable to use an organometallic compound as a polymerization initiator. Examples of the organometallic compound include n-butyllithium, sec-butyllithium, t-butyllithium, sodium naphthalene, sodium anthracene,
Examples thereof include organic alkali metals such as α-methylstyrene tetramargin sodium, cumyl potassium, and cumyl cesium. The amount of the polymerization initiator added depends on the molecular weight of the produced polymer and is calculated from the molecular weight and the weight of the monomer (molecular weight = weight of the monomer / mol number of the initiator).

【0024】リビング重合は一般に有機溶媒中で行うこ
とが望ましい。有機溶媒としては芳香族炭化水素、環状
エーテル、脂肪族炭化水素溶媒等が例示され、具体例と
してベンゼン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキ
サン、テトラヒドロピラン、ジメトキシエタン、n−ヘ
キサン、シクロヘキサン等が挙げられる。これらの有機
溶媒はそれぞれ単独で使用しても2種以上を組み合わせ
て使用してもよい。なお、上記両モノマー(式(5)と
式(6)又は式(7)と式(8))の有機溶媒中の濃度
は、1〜50%、特に1〜30%とすることが好まし
い。
Living polymerization is generally desirably carried out in an organic solvent. Examples of the organic solvent include aromatic hydrocarbons, cyclic ethers, aliphatic hydrocarbon solvents and the like, and specific examples thereof include benzene, toluene, tetrahydrofuran, dioxane, tetrahydropyran, dimethoxyethane, n-hexane and cyclohexane. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the above-mentioned both monomers (formula (5) and formula (6) or formula (7) and formula (8)) in the organic solvent is preferably 1 to 50%, particularly preferably 1 to 30%.

【0025】反応は高真空下又はアルゴン、窒素等の不
活性ガス雰囲気下で撹拌して行うことが好ましい。反応
温度は−100℃から使用した有機溶媒の沸点温度まで
の間で自由に選択することができるが、特にテトラヒド
ロフラン溶媒では−78℃〜0℃、ベンゼン溶媒では室
温で反応させることが好ましい。また、反応は通常約1
0分〜30時間行うことが好適である。
The reaction is preferably carried out under high vacuum or under stirring in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. The reaction temperature can be freely selected from −100 ° C. to the boiling point temperature of the organic solvent used, but it is particularly preferable to carry out the reaction at −78 ° C. to 0 ° C. with a tetrahydrofuran solvent and at room temperature with a benzene solvent. Also, the reaction is usually about 1
It is suitable to carry out for 0 minutes to 30 hours.

【0026】反応の停止は、例えばメタノール、水、メ
チルブロマイド等の停止剤を反応系に添加することによ
って行う。次いで、得られた反応混合溶液を適当な溶
剤、例えばメタノール中に沈澱せしめ、洗浄、乾燥する
ことにより、重合反応によって生成したポリマーを精
製、単離することができる。なお、このようにリビング
重合反応を行うと、上記式(5)及び(6)のモノマー
の反応においては両モノマー中のビニル基のみが選択的
に反応して重合し、下記構造式(9)及び(10)で示
される繰り返し単位を有するブロック共重合体が得られ
る。
The reaction is stopped by adding a terminating agent such as methanol, water or methyl bromide to the reaction system. Then, the obtained reaction mixture solution is precipitated in a suitable solvent, for example, methanol, washed and dried to purify and isolate the polymer produced by the polymerization reaction. When the living polymerization reaction is carried out in this way, in the reaction of the monomers of the above formulas (5) and (6), only the vinyl group in both monomers selectively reacts and polymerizes, and the following structural formula (9) And the block copolymer having the repeating units represented by (10) is obtained.

【0027】[0027]

【化6】 [Chemical 6]

【0028】更に、上記式(7)及び(8)のモノマー
の反応においても両モノマー中のビニル基のみが選択的
に反応して重合し、下記構造式(11)及び(12)で
示される繰り返し単位を有するブロック共重合体が得ら
れる。
Further, also in the reaction of the monomers of the above formulas (7) and (8), only vinyl groups in both monomers selectively react and polymerize, and are represented by the following structural formulas (11) and (12). A block copolymer having repeating units is obtained.

【0029】[0029]

【化7】 [Chemical 7]

【0030】このようにして得られる共重合体は、分子
量分布Mw/Mnが1.01〜1.5の単分散性のもので
ある。
The copolymer thus obtained is a monodisperse polymer having a molecular weight distribution M w / M n of 1.01 to 1.5.

【0031】なお、上記反応におけるポリマーの収率は
ほぼ100%であるので、得られるポリマーの分子量は
使用したモノマーの重量と重合開始剤のモル数(分子
数)から容易に算出できる。
Since the yield of the polymer in the above reaction is almost 100%, the molecular weight of the obtained polymer can be easily calculated from the weight of the monomer used and the number of moles (number of molecules) of the polymerization initiator.

【0032】次に、上記式(9)及び(10)で示され
る繰り返し単位を有する共重合体中のt−ブチル基ある
いは上記式(11)及び式(12)で示される繰り返し
単位を有する共重合体中のメトキシメチル基を脱離させ
ると、下記構造式(13)及び(14)で示されるフェ
ノール残基構造単位を有するp−ヒドロキシスチレンと
p−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共重合体
が得られる。
Next, a t-butyl group in the copolymer having the repeating units represented by the above formulas (9) and (10) or a copolymer having the repeating units represented by the above formulas (11) and (12). When the methoxymethyl group in the polymer is eliminated, a block copolymer of p-hydroxystyrene having a phenol residue structural unit represented by the following structural formulas (13) and (14) and p-hydroxy α-methylstyrene Is obtained.

【0033】[0033]

【化8】 [Chemical 8]

【0034】上記のt−ブチル基、メトキシメチル基の
脱離反応は、ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、
ベンゼン等の単独又は混合溶媒中で塩酸、臭化水素酸等
の酸を滴下することによって容易に行うことができる。
これらの反応においては、高分子の主鎖が切断された
り、分子間に架橋反応が起こるということがないので、
前駆体であるp−t−ブトキシスチレン又はp−メトキ
シメトキシスチレンとp−t−ブトキシαメチルスチレ
ン又はp−メトキシメトキシαメチルスチレンとの共重
合体の分子量分布がそのまま維持されて、分子量分布の
狭い単分散のヒドロキシスチレンとスチレンとヒドロキ
シαメチルスチレンとの共重合体を得ることができる。
The elimination reaction of the above t-butyl group and methoxymethyl group is carried out by dioxane, acetone, acetonitrile,
This can be easily carried out by dropping an acid such as hydrochloric acid or hydrobromic acid in benzene or the like alone or in a mixed solvent.
In these reactions, the main chain of the polymer is not cleaved and the crosslinking reaction between molecules does not occur,
The molecular weight distribution of the copolymer of p-t-butoxystyrene or p-methoxymethoxystyrene and p-t-butoxy α-methylstyrene or p-methoxymethoxy α-methylstyrene, which is a precursor, is maintained as it is, A narrow monodisperse copolymer of hydroxystyrene and styrene and hydroxy α-methylstyrene can be obtained.

【0035】なおこの場合、酸の添加量はp−t−ブト
キシスチレン又はp−メトキシメトキシスチレンとp−
t−ブトキシαメチルスチレン又はp−メトキシメトキ
シαメチルスチレンと等モル以上添加すればよい。
In this case, the amount of the acid added is pt-butoxystyrene or p-methoxymethoxystyrene and p-.
It may be added in an equimolar amount or more with t-butoxy α-methylstyrene or p-methoxymethoxy α-methylstyrene.

【0036】更に、上述の単分散のp−ヒドロキシスチ
レンとp−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共
重合体のポリp−ヒドロキシスチレン部及びポリp−ヒ
ドロキシαメチルスチレン部の水酸基をそれぞれ部分的
にt−ブトキシカルボニル化する反応は、通常のt−ブ
トキシカルボニル化反応と同様にして容易に行うことが
できる。
Further, the hydroxyl groups of the poly-p-hydroxystyrene part and the poly-p-hydroxy-α-methylstyrene part of the block copolymer of the above-mentioned monodisperse p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene are each partially The reaction for t-butoxycarbonylation can be easily carried out in the same manner as the usual t-butoxycarbonylation reaction.

【0037】例えば、t−ブトキシカルボニル化試薬と
して、クロロギ酸−t−ブチル、ジ−t−ブチルカーボ
ネート、t−ブトキシカルボニルチオ−(4,6−ジメ
チルピルジン)、t−ブチルペンタクロロフェニルカー
ボネート、2−(t−ブトキシカルボニルオキシイミ
ノ)−2−フェニルアセトニトリル等を使用し、かつ酸
トラップ溶媒としてピリジン、テトラエチルアミン等を
用いて、単分散のポリp−ヒドロキシスチレン部及びポ
リp−ヒドロキシαメチルスチレン部の水酸基をそれぞ
れ部分的にt−ブトキシカルボニル化する。この場合、
必要に応じてジメチルアミン、4−N,N−ジメチルア
ミノピリジン等をt−ブトキシカルボニル化触媒として
反応系に添加してもよい。なお、t−ブトキシカルボニ
ル化試薬の使用量は、t−ブトキシカルボニル化率に比
例量であり、t−ブトキシカルボニル化触媒の添加量は
触媒量とすることができる。更に酸トラップ溶媒の使用
量は、t−ブトキシカルボニル化試薬と等モルが好適で
ある。
For example, as a t-butoxycarbonylation reagent, t-butyl chloroformate, di-t-butyl carbonate, t-butoxycarbonylthio- (4,6-dimethylpyrazine), t-butylpentachlorophenyl carbonate, Using 2- (t-butoxycarbonyloxyimino) -2-phenylacetonitrile and the like and using pyridine, tetraethylamine and the like as an acid trap solvent, monodisperse poly-p-hydroxystyrene portion and poly-p-hydroxy α-methyl are used. The hydroxyl groups in the styrene portion are partially t-butoxycarbonylated. in this case,
If necessary, dimethylamine, 4-N, N-dimethylaminopyridine or the like may be added to the reaction system as a t-butoxycarbonylation catalyst. The amount of t-butoxycarbonylation reagent used is proportional to the t-butoxycarbonylation rate, and the amount of t-butoxycarbonylation catalyst added can be a catalytic amount. Further, the amount of the acid trap solvent used is preferably equimolar to the t-butoxycarbonylation reagent.

【0038】また、カリウム−t−ブトキシドを用い
て、p−ヒドロキシスチレンとスチレンとヒドロキシα
メチルスチレンとのブロック共重合体をカリウム塩に
し、これをジ−t−ブチルジカーボネートと反応させる
方法によっても単分散のp−ヒドロキシスチレンとp−
ヒドロキシαメチルスチレンとの共重合体を部分的にt
−ブトキシカルボニル化することができる。なお、本発
明におけるt−ブトキシカルボニル化反応は上記反応に
限定されるものではない。
Also, using potassium-t-butoxide, p-hydroxystyrene, styrene and hydroxy α
The block copolymer with methylstyrene is made into a potassium salt, and this is reacted with di-t-butyl dicarbonate to obtain monodispersed p-hydroxystyrene and p-hydroxystyrene.
The copolymer with hydroxy α-methylstyrene is partially
-Can be butoxycarbonylated. The t-butoxycarbonylation reaction in the present invention is not limited to the above reaction.

【0039】このようにして得られる本発明の部分エス
テル化単分散性p−ヒドロキシスチレン−p−ヒドロキ
シαメチルスチレン共重合体のt−ブトキシカルボニル
化率は、1H−NMRスペクトルによって容易に確認す
ることができるもので、このt−ブトキシカルボニル化
率は、上述したようにレジストの現像時における溶解性
の差及び架橋反応制御の観点からp−ヒドロキシスチレ
ンとp−ヒドロキシαメチルスチレンに対してそれぞれ
0.1〜80%、特に5〜45%の範囲であることが好
ましい。
The t-butoxycarbonylation rate of the partially esterified monodisperse p-hydroxystyrene-p-hydroxy α-methylstyrene copolymer of the present invention thus obtained is easily confirmed by 1 H-NMR spectrum. As described above, the t-butoxycarbonylation rate is higher than that of p-hydroxystyrene and p-hydroxyα-methylstyrene from the viewpoint of the difference in solubility during resist development and the control of the crosslinking reaction. It is preferably in the range of 0.1 to 80%, particularly 5 to 45%.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明のt−ブトキシカルボニル基で部
分エステル化されたp−ヒドロキシスチレン−p−ヒド
ロキシαメチルスチレンブロック共重合体は、アルカリ
現像でき、かつ分子量分布が狭いので、高解像度のレジ
スト材料等の感光性高分子材料として好適である。ま
た、本発明の製造方法によれば、上記単分散性のt−ブ
トキシカルボニル基部分エステルのp−ヒドロキシスチ
レン−p−ヒドロキシαメチルスチレンブロック共重合
体をその分子量を任意にかつ容易に制御して工業的に有
利に製造することができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The p-hydroxystyrene-p-hydroxy α-methylstyrene block copolymer partially esterified with a t-butoxycarbonyl group of the present invention can be alkali-developed and has a narrow molecular weight distribution. It is suitable as a photosensitive polymer material such as a resist material. Further, according to the production method of the present invention, the molecular weight of the p-hydroxystyrene-p-hydroxy α-methylstyrene block copolymer of the monodisperse t-butoxycarbonyl group partial ester can be arbitrarily and easily controlled. Can be manufactured industrially advantageously.

【0041】[0041]

【実施例】以下、実施例を示し、本発明を更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0042】〔実施例〕単分散のp−ヒドロキシスチレンとp−ヒドロキシαメ
チルスチレンとのブロック共重合体の合成 3リットルのフラスコに溶媒としてテトラヒドロフラン
2500ml、開始剤としてn−ブチルリチウム1×1
-2モルを仕込み、混合した。得られた混合溶液を−7
8℃に冷却した後、この溶液にp−tert−ブトキシ
スチレン50gを添加し、2時間撹拌しながら重合反応
を行わせ、次にp−tert−ブトキシαメチルスチレ
ン50gを添加し、10時間撹拌しながら重合反応を行
わせたところ、反応溶液は赤色を呈した。次いで、得ら
れた反応溶液に反応停止剤としてメタノールを添加し、
重合反応を停止させた後、この溶液をメタノール中に注
ぎ、得られた重合体を沈澱させ、分離乾燥させたとこ
ろ、白色の重合体100gが得られた。
[Example] Monodispersed p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-meth
Synthesis of block copolymer with tylstyrene In a 3 liter flask, 2500 ml of tetrahydrofuran as a solvent and 1 × 1 of n-butyllithium as an initiator.
0 -2 mol was charged and mixed. The obtained mixed solution is -7
After cooling to 8 ° C., 50 g of p-tert-butoxystyrene was added to this solution, the polymerization reaction was carried out while stirring for 2 hours, then 50 g of p-tert-butoxy α-methylstyrene was added, and the mixture was stirred for 10 hours. While carrying out the polymerization reaction, the reaction solution turned red. Then, methanol was added as a reaction terminator to the obtained reaction solution,
After stopping the polymerization reaction, this solution was poured into methanol to precipitate the obtained polymer, which was separated and dried to obtain 100 g of a white polymer.

【0043】得られた重合体の1H−NMRの測定結果
は下記の通りである。
The 1 H-NMR measurement results of the obtained polymer are as follows.

【0044】[0044]

【化9】 [Chemical 9]

【0045】1H−NMR測定結果から、上記の共重合
体は、p−tert−ブトキシαメチルスチレン50%
及びp−tert−ブトキシスチレン50%からなる共
重合体であることが確認された。また、膜浸透圧測定法
によって数平均分子量を測定したところ、9000g/
モルであった。更に、GPC溶出曲線の結果から、単分
散性が極めて高い(Mw/Mn=1.11)ことが確認さ
れた。なお、GPC溶出曲線は図1に示した通りであ
る。
From the results of 1 H-NMR measurement, the above copolymer was found to contain 50% p-tert-butoxy α-methylstyrene.
And p-tert-butoxystyrene 50% was confirmed to be a copolymer. Moreover, when the number average molecular weight was measured by a membrane osmometry, it was found to be 9000 g /
It was a mole. Furthermore, it was confirmed from the results of the GPC elution curve that the monodispersity was extremely high ( Mw / Mn = 1.11). The GPC elution curve is as shown in FIG.

【0046】次いで、得られた共重合体100gをアセ
トン1リットルに加えて溶解させた後、60℃で少量の
濃塩酸を添加した。得られた溶液を8時間撹拌した後、
この溶液を水中に注ぎ、洗浄・乾燥させたところ、ポリ
マー72gが得られた。
Next, 100 g of the obtained copolymer was added to 1 liter of acetone to dissolve it, and a small amount of concentrated hydrochloric acid was added at 60 ° C. After stirring the resulting solution for 8 hours,
When this solution was poured into water, washed and dried, 72 g of a polymer was obtained.

【0047】膜浸透圧測定法によりこのポリマーの数平
均分子量を測定したところ6500g/モルであった。
また、このポリマーの分子量分布をGPCにより評価し
た結果は図2に示した通りであり、極めて単分散性の高
い共重合体であることが確認された。更に、ここで得ら
れたポリマーの1H−NMRの測定結果からtert−
ブチル基に由来するピークが観測されなかったので、ポ
リマーがp−ヒドロキシスチレンとp−ヒドロキシαメ
チルスチレンとの共重合体であって、tert−ブチル
基を全く有していないことが確認された。
The number average molecular weight of this polymer was measured by the membrane osmometry and found to be 6500 g / mol.
Moreover, the result of having evaluated the molecular weight distribution of this polymer by GPC is as shown in FIG. 2, and it was confirmed that it was a copolymer having extremely high monodispersity. Furthermore, from the 1 H-NMR measurement results of the polymer obtained here, tert-
Since a peak derived from a butyl group was not observed, it was confirmed that the polymer was a copolymer of p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene and had no tert-butyl group. .

【0048】tert−ブトキシカルボニル基で部分エ
ステル化されたp−ヒドロキシスチレンとp−ヒドロキ
シαメチルスチレンとのブロック共重合体の合成 上記リビング重合で得られたp−ヒドロキシスチレンと
p−ヒドロキシαメチルスチレンとの共重合体(分子量
6500、分子量分布1.11)50gをピリジン70
0mlに溶解させ、45℃で撹拌しながら二炭酸ジ−t
−ブチルを16g添加した。添加と同時にガスが発生し
たが、更にN2気流中で一時間反応させた。濃塩酸20
gを含む水1リットルに反応液を滴下し、白色の沈澱を
得た。ろ過した後、アセトン50mlに沈澱溶解させ、
水1リットルに滴下した。沈澱をろ過した後、40℃以
下で真空乾燥した。
A partial tert-butoxycarbonyl group
Stellized p-hydroxystyrene and p-hydroxy
Synthesis of Block Copolymer with Si-α-methylstyrene 50 g of a copolymer of p-hydroxystyrene and p-hydroxyα-methylstyrene (molecular weight 6500, molecular weight distribution 1.11) obtained by the above-mentioned living polymerization was added to pyridine 70
Dissolve in 0 ml and stir at 45 ° C. with dicarbonate di-t.
-Add 16 g of butyl. A gas was generated at the same time as the addition, but the reaction was further continued for 1 hour in a N 2 stream. Concentrated hydrochloric acid 20
The reaction solution was added dropwise to 1 liter of water containing g to obtain a white precipitate. After filtration, precipitate and dissolve in 50 ml of acetone,
It was added dropwise to 1 liter of water. After filtering the precipitate, it was dried under vacuum at 40 ° C or lower.

【0049】得られたポリマーは前記式(1),
(2),(3)及び(4)の繰り返し単位を有するもの
で、1H−NMRにおける8ppmのOH基のピークを
用いてtert−ブトキシカルボニル基の導入率を求め
た結果、15%であり、また分子量分布は1.10であ
った。
The obtained polymer has the above formula (1),
It has a repeating unit of (2), (3) and (4), and the introduction rate of the tert-butoxycarbonyl group was determined by using the peak of the OH group at 8 ppm in 1 H-NMR. The result was 15%. The molecular weight distribution was 1.10.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例で得られたp−tert−ブトキシスチ
レンとp−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共
重合体のGPC溶出曲線を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a GPC elution curve of a block copolymer of p-tert-butoxystyrene and p-hydroxyαmethylstyrene obtained in an example.

【図2】実施例で得られたp−ヒドロキシスチレンとp
−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロック共重合体の
GPC溶出曲線を示すグラフである。
FIG. 2 shows p-hydroxystyrene and p obtained in Examples.
FIG. 7 is a graph showing a GPC elution curve of a block copolymer with -hydroxy α-methylstyrene.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木橋 不二夫 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Fujio Yagihashi 3-2-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Corporate Research Center

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記構造式(1),(2),(3)及び
(4)で示される繰り返し単位を有し、かつ分子量分布
が重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)=1.
01〜1.5であることを特徴とするポリp−ヒドロキ
シスチレン部及びポリp−ヒドロキシαメチルスチレン
部の水酸基がそれぞれtert−ブトキシカルボニル基
で部分エステル化されたp−ヒドロキシスチレン−p−
ヒドロキシαメチルスチレンブロック共重合体。 【化1】
1. A repeating unit represented by the following structural formulas (1), (2), (3) and (4), and having a molecular weight distribution of weight average molecular weight (M w ) / number average molecular weight (M n). ) = 1.
P-hydroxystyrene-p- in which the hydroxyl groups of the poly-p-hydroxystyrene portion and the poly-p-hydroxy α-methylstyrene portion are partially esterified with tert-butoxycarbonyl groups, respectively.
Hydroxy α-methyl styrene block copolymer. [Chemical 1]
【請求項2】 重量平均分子量(Mw)/数平均分子量
(Mn)が1.01〜1.5の単分散性のp−ヒドロキ
シスチレンとp−ヒドロキシαメチルスチレンとのブロ
ック共重合体中のポリp−ヒドロキシスチレン部及びポ
リp−ヒドロキシαメチルスチレン部の水酸基をそれぞ
れ部分的にtert−ブトキシカルボニル化する請求項
1記載のp−ヒドロキシスチレン−p−ヒドロキシαメ
チルスチレンブロック共重合体の製造方法。
2. A block copolymer of monodisperse p-hydroxystyrene and p-hydroxy α-methylstyrene having a weight average molecular weight (M w ) / number average molecular weight (M n ) of 1.01 to 1.5. The p-hydroxystyrene-p-hydroxy alpha methyl styrene block copolymer according to claim 1, wherein the hydroxyl groups of the poly p-hydroxy styrene moiety and poly p-hydroxy alpha methyl styrene moiety are partially tert-butoxycarbonylated. Manufacturing method.
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