JPH0665325A - 単分散性共重合体の製造方法 - Google Patents

単分散性共重合体の製造方法

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JPH0665325A
JPH0665325A JP24145592A JP24145592A JPH0665325A JP H0665325 A JPH0665325 A JP H0665325A JP 24145592 A JP24145592 A JP 24145592A JP 24145592 A JP24145592 A JP 24145592A JP H0665325 A JPH0665325 A JP H0665325A
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JP
Japan
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copolymer
polymer
styrene
monodisperse
monomer
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JP24145592A
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English (en)
Inventor
Osamu Watanabe
修 渡辺
Motoyuki Yamada
素行 山田
Fujio Yagihashi
不二夫 八木橋
Hisanobu Isono
寿信 五十野
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】レジスト材料用ポリマーとしての要求性能を充
たす、単分散性共重合体の新規な工業的製造方法を提供
すること。 【構成】下記化1で表されるモノマーとスチレンモノマ
ーとをアニオン重合させた後、─CH2 ─O─CH3
表される基を脱離させることにより、下記化2で表され
る単位及び下記化3で表される単位からなる共重合体を
製造することを特徴とする単分散性共重合体の製造方
法。 【化1】 【化2】 【化3】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、共重合体の新規な製造
方法に関し、特に機能性高分子として優れた、p─ヒド
ロキシスチレンとスチレンとの単分散性共重合体の製造
方法に関する。
【0002】
【従来技術】機能性高分子は、コンピューター等に使用
されるLSI(大規模集積回路)等を製造する際の、高
解像度のリソグラフィー用レジスト材料として多く使用
されている。近年、LSI製造技術の発展に伴い、LS
Iの集積度が益々高密度化され、かかる高密度化に対応
することのできるような高解像度及び高現像性を有する
レジスト材料が要求されている。
【0003】レジスト材料の解像度を高めるために、使
用する高分子の分子量分布を狭くする(単分散性にす
る)ことが有効であるということが理論的に知られてい
る。従来、このようなレジスト材料用ポリマーとしてノ
ボラック樹脂が使用されているが、この場合、分子量分
布を制御するために分別という手法が行われていた(例
えば、特開昭62─121754号公報)。しかしなが
ら、このような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、
本質的な問題解決が望まれている。
【0004】また、高分子を任意の分子量に制御するこ
とは、ブレンド剤としてポリマーを相溶させる場合やポ
リマーの機械的性質をコントロールする場合、或いは、
ポリマー溶液の粘調性を調整する場合等においても有効
な手段である。ところで、分子量を制御することが比較
的容易である高分子としてスチレン誘導体が注目され、
中でもポリヒドロキシスチレンが特に耐現像性及び耐プ
ラズマ性に優れているため、有望なレジスト材料用ポリ
マーとして注目され検討されている。
【0005】従来、ポリ(p−ヒドロキシスチレン)は
ラジカル重合法により製造されており(ジャーナル・オ
ブ・ポリマーサイエンス、第4号、1949年、703
頁)、また、狭分散性のポリ(p−ヒドロキシスチレ
ン)の製造方法については特開昭59─199705号
公報及び高分子学会予稿集(31巻、1982年、11
49頁)に記載されている。更に、p−ヒドロキシスチ
レンとスチレンの共重合体の製造方法に関しては、ジャ
ーナル・オブ・ポリマーサイエンス(A─1、第7巻、
1969年、2175頁〜2184頁)に記載されてい
る。
【0006】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、単分散
性のポリヒドロキシスチレンをレジスト材料用ポリマー
として工業的に製造するに至っていない。そこで、本発
明者等はポリヒドロキシスチレンの工業的製造方法につ
いて鋭意検討するうち、p─ヒドロキシスチレンとスチ
レンの単分散性共重合体を容易に工業的に製造すること
ができることを見出し、本発明に到達した。従って、本
発明の目的はレジスト材料用ポリマーとしての要求性能
を充たす、単分散性共重合体の新規な工業的製造方法を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
下記化4で表されるモノマーとスチレンモノマーとをア
ニオン重合させた後、─CH2 ─O─CH3 で表される
基を脱離させることにより、化5で表される単位及び化
6で表される単位からなる共重合体を製造することを特
徴とする単分散性共重合体(以下単にp─ヒドロキシス
チレンとスチレンの単分散性共重合体という)の製造方
法によって達成された。
【0008】
【化4】
【化5】
【化6】
【0009】本発明において、単分散性とは、p─ヒド
ロキシスチレンとスチレンとの共重合体の重量平均分子
量MW と数平均分子量Mn の比MW /Mn が1.01〜
1.50であることを意味する。重量平均分子量は、リ
ビング重合させる場合にあってはモノマーの重量と開始
剤のモル数から計算することにより、又は光散乱法を用
いて容易に求められる。また、数平均分子量は膜浸透圧
計を用いて容易に測定される。
【0010】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、分子構造は赤外線吸収(IR)スペクトル又は1
─NMRスペクトルによって容易に確認することができ
る。本発明においては、化4で表されるモノマーとスチ
レンモノマーとをアニオン重合させる際に、単分散性の
良好な共重合体を得るという観点からリビングアニオン
開始剤を使用することが好ましく、特に有機金属化合物
を使用することが好ましい。
【0011】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、ter
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
カリ金属化合物等が挙げられる。本発明においてはアニ
オン重合を非溶媒系で行わせることができるが、反応速
度の調整が容易である等の観点から、有機溶媒中で行わ
せることが好ましい。
【0012】好ましい有機溶媒としては、ベンゼン、ト
ルエン等の芳香族炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、
ジオキサン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル溶
媒、ジメトキシエタン、n─ヘキサン、シクロヘキサン
等の脂肪族炭化水素溶媒等が挙げられる。これらの有機
溶媒は単独で使用しても混合して使用しても良いが、特
にテトラヒドロフランを使用することが好ましい。
【0013】重合に際する有機溶媒中のモノマー(化4
で表されるモノマー及びスチレンモノマーの総量)の濃
度は1〜40重量%とすることが好ましい。重合反応
は、酸素等との反応を防止する観点から、高真空下或い
は窒素等の不活性ガスの存在下で行わせることが好まし
い。反応温度は、−100℃から反応溶液の沸点温度ま
での範囲で適宜選択することができるが、テトラヒドロ
フラン溶媒を使用した場合には−78℃〜0℃の範囲
が、またベンゼン溶媒を使用した場合には室温が好まし
い。
【0014】重合反応を約10分〜7時間行わせること
によって、下記化7で表される単位及び前記化6で表さ
れる単位からなる共重合体を得ることができる。
【化7】
【0015】共重合体としてランダム共重合体を得る場
合には、化4で表されるモノマーとスチレンモノマーと
を予め混合し、得られた混合物を重合させれば良く、共
重合体としてブロック共重合体を得る場合には、一方の
モノマーを重合させた後他方のモノマーを添加し、再度
重合反応を行わせれば良い。重合反応の停止は、例えば
メタノール、水、メチルブロマイド等の停止剤を添加す
ることにより行うことができる。
【0016】リビングアニオン重合を行わせた場合に
は、モノマーは100%反応するので、使用するモノマ
ーの量と添加されるリビングアニオン開始剤のモル数
(分子数)を調整することにより、得られるポリマーの
分子量を適宜制御することができる。このようにして得
られた共重合体の分子量分布は単分散となる(Mw /M
n =1.01〜1.50)。
【0017】次に、得られた共重合体から─CH2 ─O
─CH3 で表される基を脱離させることにより、p─ヒ
ドロキシスチレンとスチレンの単分散性共重合体を得る
ことができる。尚、─CH2 ─O─CH3 で表される基
を脱離する反応は、前記共重合体をジオキサン、アセト
ン、アセトニトリル、ベンゼン、水等の溶媒又はこれら
の混合溶媒に溶解した後、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。また、この反応
は高分子の主鎖を切断したり分子間に架橋反応を起こす
こともないので、単分散性共重合体を得ることができ
る。
【0018】本発明においては、共重合体の数平均分子
量を500〜500,000の範囲とすることができる
が、特に3,000〜300,000の範囲とすること
が好ましい。また、前記化5又は化6で表される単位を
任意の割合で含有する共重合体を製造することもできる
が、通常は、(化5で表される単位)/(化6で表され
る単位)のモル比が(0.01〜99.99)/(9
9.99〜0.01)の範囲とする。特に、本発明の共
重合体をレジスト材として使用する場合には、レジスト
の現像時における溶解性の観点から、(60〜99.9
9)/(40〜0.01)とすることが好適である。
【0019】
【発明の効果】本発明の製造方法によると、高解像度の
レジスト材料用ポリマーとしての要求性能を満たす、p
─ヒドロキシスチレンとスチレンの単分散性共重合体を
容易に工業的に製造することができる。本発明の製造方
法によって得られる重合体のうち、p─ヒドロキシスチ
レンとスチレンの単分散性ランダム共重合体は、特にレ
ジスト材料用ポリマーとして好適である。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
【0021】実施例1.3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、及び開始剤と
してn─ブチルリチウムを2×10-2モル仕込み、混合
して−78℃に冷却した後、p─メトキシメトキシスチ
レン180gとスチレン20gを混合した溶液を添加
し、2時間攪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。
【0022】得られた反応溶液に、反応停止剤としてメ
タノールを添加して重合反応を停止させた後、該溶液を
メタノール中に注いで重合体を沈澱させ、分離・乾燥し
て白色の重合体200gを得た。得られた重合体は、1
H─NMRスペクトルから、p─メトキシメトキシスチ
レン90%及びスチレン10%からなる共重合体である
ことが確認された。また、GPC溶出曲線(図1)か
ら、単分散性が極めて高い(MW /Mn =1.05)共
重合体であることが確認された。
【0023】上記1 H─NMRの結果は下記の通りであ
る。 1.4〜2.2ppm:(ブロード,3H,−C2
−) 3.5〜4.0ppm:(ブロード,3H,−OC
3 ) 5.0〜5.5ppm:(ブロード,2H,−O−C
2 −O−) 6.0〜7.0ppm:(ブロード,4H,C 6 4 ) 尚、膜浸透圧測定法によって測定した数平均分子量は、
9,500g/モルであった。
【0024】次いで、得られた共重合体50gをアセト
ン500mlに加えて溶解させた後、60℃で少量の濃
塩酸を添加して10時間攪拌し、溶液を水中に注ぎ、洗
浄・乾燥することによってポリマー35gを得た。得ら
れたポリマーの1 H─NMRスペクトルから、メトキシ
メトキシ基に由来するピークが観測されなかったので、
該ポリマーがメトキシメトキシ基を全く有しないp─ヒ
ドロキシスチレンとスチレンからなる共重合体であるこ
とが確認された。また、GPC溶出曲線(図2)から極
めて単分散性の高い共重合体であることが確認された。
尚、膜浸透圧測定法によって測定した数平均分子量は、
6,500g/モルであった。
【0025】実施例2.2リットルのフラスコに、溶媒
としてテトラヒドロフラン1.5リットル及び開始剤と
してクミルセシウム2×10-3モルを仕込み、混合して
−78℃に冷却し、p─メトキシメトキシスチレン50
gとスチレン50gとを200mlのテトラヒドロフラ
ンに溶解した溶液を添加し、2時間攪拌しながら重合反
応させたところ、反応溶液は赤色を呈した。次に、該反
応溶液に反応停止剤としてメタノールを添加して重合反
応を停止させた後、溶液をメタノール中に注いで重合体
を沈澱させ、分離・乾燥して白色の重合体100gを得
た。
【0026】得られた重合体の1 H─NMRスペクトル
から実施例1と同様の特性吸収が観測され、p─メトキ
シメトキシスチレン50%及びスチレン50%からなる
共重合体であることが確認された。また、GPC溶出曲
線(図3)から、得られた共重合体が極めて単分散性の
高い(MW /Mn =1.11)共重合体であることが確
認された。尚、膜浸透圧測定法によって測定した共重合
体の数平均分子量は、4.5×104 g/モルであっ
た。
【0027】次いで、得られた共重合体10gを100
mlのアセトンに溶解させた後、60℃で少量の濃塩酸
を添加して8時間攪拌した。得られた溶液を水中に注
ぎ、洗浄・乾燥してポリマー8gを得た。得られたポリ
マーの1 H─NMRスペクトルから、メトキシメトキシ
基に由来するピークが観測されなかったので、該ポリマ
ーがメトキシメトキシ基を有していないp─ヒドロキシ
スチレンとスチレンからなる共重合体であることが確認
された。また、GPC溶出曲線(図4)から極めて単分
散性が高い共重合体であることが確認された。尚、膜浸
透圧測定法によって測定した共重合体の数平均分子量
は、3.5×104 g/モルであった。
【0028】実施例3.2リットルのフラスコに、溶媒
としてテトラヒドロフラン1.5リットル及び開始剤と
してn−ブチルリチウム8×10-4モルを仕込み、混合
して−78℃に冷却し、p─メトキシメトキシスチレン
80gを添加した。2時間反応させた後、スチレン20
gを200mlのテトラヒドロフラン溶媒に溶解した溶
液を添加し、更に20時間攪拌しながら重合反応させた
ところ、反応溶液は赤色を呈した。次に、該反応溶液に
反応停止剤としてメタノールを添加して重合反応を停止
させた後、メタノール中に注いで、得られた重合体を沈
澱させ、分離・乾燥して白色の重合体80gを得た。
【0029】得られた重合体の1 H─NMRスペクトル
から実施例1と同様の特性吸収が観測され、p─メトキ
シメトキシスチレン80%及びスチレン20%からな
る、各ブロック鎖を有する共重合体であることが確認さ
れた。また、GPC溶出曲線(図5)から、得られた共
重合体が極めて単分散性の高い(MW /Mn =1.1
3)共重合体であることが確認された。尚、膜浸透圧測
定法によって測定した共重合体の数平均分子量は、1
1.0×104 g/モルであった。
【0030】次いで、得られた共重合体20gを200
mlのアセトンに溶解させた後、60℃で少量の濃塩酸
を添加して8時間攪拌した。得られた溶液を水中に注
ぎ、洗浄・乾燥してポリマー14gを得た。得られたポ
リマーの1 H─NMRスペクトルから、メトキシメトキ
シ基に由来するピークが観測されなかったので、該ポリ
マーがメトキシメトキシ基を有していないポリ(p─ヒ
ドロキシスチレン)とポリスチレンの各ブロック鎖を有
する共重合体であることが確認された。また、GPC溶
出曲線(図6)から極めて単分散性が高い共重合体であ
ることが確認された。尚、膜浸透圧測定法によって測定
した共重合体の数平均分子量は、8.2×104 g/モ
ルであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた重合体(数平均分子量9,
500g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図2】実施例1で得られたポリマー(数平均分子量
6,500g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図3】実施例2で得られた重合体(数平均分子量4
5,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図4】実施例2で得られたポリマー(数平均分子量3
5,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図5】実施例3で得られた重合体(数平均分子量11
0,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図6】実施例3で得られたポリマー(数平均分子量8
5,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
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 (72)発明者 五十野 寿信 新潟県長岡市学校町1−3−19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記化1で表されるモノマーとスチレンモ
    ノマーとをアニオン重合させた後、─CH2 ─O─CH
    3 で表される基を脱離させることにより、下記化2で表
    される単位及び下記化3で表される単位からなる共重合
    体を製造することを特徴とする単分散性共重合体の製造
    方法。 【化1】 【化2】 【化3】
  2. 【請求項2】化1で表されるモノマーとスチレンモノマ
    ーとを予め混合した後、重合せしめる請求項1に記載の
    単分散性共重合体の製造方法。
  3. 【請求項3】一方のモノマーを重合させた後、他方のモ
    ノマーを添加して重合せしめる請求項1に記載の単分散
    性共重合体の製造方法。
JP24145592A 1992-08-19 1992-08-19 単分散性共重合体の製造方法 Pending JPH0665325A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004352989A (ja) * 2003-05-08 2004-12-16 E I Du Pont De Nemours & Co フォトレジスト組成物およびそれらの調製方法
JP2006506480A (ja) * 2002-11-14 2006-02-23 チバ スペシャルティ ケミカルズ ホールディング インコーポレーテッド アニオン重合又は制御ラジカル重合によるヒドロキシ−ビニル芳香族ポリマー又はコポリマーの製造方法

Cited By (2)

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JP2006506480A (ja) * 2002-11-14 2006-02-23 チバ スペシャルティ ケミカルズ ホールディング インコーポレーテッド アニオン重合又は制御ラジカル重合によるヒドロキシ−ビニル芳香族ポリマー又はコポリマーの製造方法
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