JPH0665333A - 単分散性共重合体及びその製造方法 - Google Patents

単分散性共重合体及びその製造方法

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JPH0665333A
JPH0665333A JP4245548A JP24554892A JPH0665333A JP H0665333 A JPH0665333 A JP H0665333A JP 4245548 A JP4245548 A JP 4245548A JP 24554892 A JP24554892 A JP 24554892A JP H0665333 A JPH0665333 A JP H0665333A
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JP
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polymer
copolymer
chemical formula
molecular weight
monodisperse
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Osamu Watanabe
修 渡辺
Motoyuki Yamada
素行 山田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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、新規な単分散性共重合体、及びその製造方法を提
供すること。 【構成】下記化1で表される単位及び下記化2で表され
る単位からなる単分散性共重合体、及びその製造方法。 【化1】 【化2】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な共重合体及びそ
の製造方法に関し、特に機能性高分子として優れた、単
分散性共重合体及びそ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に使用するレジスト材料用ポリマ
ーとして多用されている。近年、LSI製造技術の発展
に伴い、LSI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は、
使用する高分子の分子量分布を狭くする(単分散性)こ
とが有効であるということが、理論的に知られている。
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。
【0004】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。
【0005】一方、酸により容易に脱離される官能基を
有すると共に該官能基の脱離前後で溶解度が異なる化学
増幅型のレジスト材料は、その作業性が優れることか
ら、LSI等の製造効率を向上させるために、種々検討
されている。このような化学増幅型のレジスト材料用ポ
リマーとして、耐プラズマ性に優れるスチレン誘導体の
ポリマーが知られていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レジス
ト材料用ポリマーとして使用されるスチレン誘導体のポ
リマーは、従来、ラジカル重合法或いは縮重合法により
製造されているため、分子量や分子量分布を制御するこ
とが困難であり、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のスチレン誘導体のポリマーを製
造することが困難であった。そこで、本発明者等はスチ
レン誘導体のポリマーについて鋭意検討するうち、レジ
スト材料用ポリマーとしての要求性能を充たす、新規な
単分散性共重合体及びその製造方法を見出し本発明に到
達した。
【0007】従って、本発明の第1の目的は、レジスト
材料用ポリマーとしてとしての要求性能を充たす、新規
な単分散性共重合体を提供することにある。本発明の第
2の目的は、レジスト材料として要求性能を充たすと共
に、任意の分子量に制御することのできる、新規な単分
散性共重合体の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、下記化5で表される単位及び下記化6で表される単
位からなる単分散性共重合体、及びその製造方法によっ
て達成された。
【化5】
【化6】 但し、化5式中、Rは水素原子又はメチル基である。
【0009】本発明において、単分散性とは、共重合体
の重量平均分子量Mw と数平均分子量Mn の比Mw /M
n 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。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 H─NMRスペクトルに
よって容易に確認することができる。
【0010】本発明の化5及び化6で表される単位から
なる単分散性共重合体は、下記化7で表されるモノマー
と下記化8で表されるモノマーとをアニオン重合させる
ことに容易に製造することができる。
【化7】
【化8】 化7式中、Rは水素原子又はメチル基である。
【0011】本発明においては、化7で表されるモノマ
ーと化8で表されるモノマーとをアニオン重合させる際
に、単分散性を良好なものとする観点から、リビングア
ニオン開始剤を使用することが好ましい。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、se
c─ブチルリチウム、tert─ブチルリチウム、ナフ
タレンナトリウム、ナフタレンカリウム、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。
【0012】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もできるが、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。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。
【0013】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。重合反応に際する有機溶媒中の全
モノマー(化7で表されるモノマー及び化8で表される
モノマー)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。
【0014】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。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。重合反応を約10分〜30時間行わせることに
よって、化5及び化6の単位を有する単分散性共重合体
を得ることができる。
【0015】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、これによって所望の分子量の共重合体
を容易に得ることができる。この場合、重合反応中の活
性末端はアニオン特有の色を有しているので、この色の
有無により容易に重合反応の停止を確認することができ
る。共重合体としてブロック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
て再度重合反応を行わせれば良い。
【0016】リン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】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で表される繰り返
し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で表される繰り返し単位)
/(化6で表される繰り返し単位)のモル比が(0.0
1〜99.99)/(99.99〜0.01)の範囲と
する。
【0018】
【発明の効果】本発明の新規な共重合体は、分子量分布
が狭く単分散性であるので、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充たす。特に、化5で表さ
せるポリマーと化6で表されるブロック共重合体はレジ
スト材料用ポリマーとして好適である。また、本発明の
製造方法によると、分子量を任意に制御することができ
るので、用途に適した物性の単分散性共重合体を容易に
製造することができる。
【0019】
【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。
【0020】実施例1.2リットルのフラスコに溶媒と
してテトラヒドロフラン1,200ml、及び重合開始
剤としてn─ブチルリチウム9×10-3モルを仕込み、
混合して−78℃に冷却した後スチレン10gを添加し
て1時間重合反応させた。次いで、m─t─ブトキシス
チレン90gを添加して攪拌しながら2時間重合反応を
行わせたところ、反応液は赤色を呈した。次に、得られ
た反応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得ら
れた重合体を沈澱させ、分離・乾燥して白色の重合体1
00gを得た。
【0021】得られた重合体は、1 H─NMRスペクト
ルから、スチレン部分10重量%及びm─t─ブトキシ
スチレン部分90重量%を有するブロック共重合体であ
ることが確認された。更に、GPC溶出曲線(図1)か
ら、得られた重合体は単分散性の極めて高い共重合体
(Mw /Mn =1.11)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、
1.0×104 g/モルであった。
【0022】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1.8リットル及び重合開始
剤としてクミルセシウム1×10-2モルを仕込み、混合
して−78℃に冷却した後m─t─ブトキシスチレン7
2gを添加して、攪拌しながら1時間重合反応させた。
次いで、スチレン48gを添加して攪拌しながら2時間
重合反応させたところ、反応液は赤色を呈した。次に、
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得
られた重合体を沈澱させ、分離・乾燥して白色の重合体
120gを得た。
【0023】得られた重合体は、H1 ─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、m─t─
ブトキシスチレン部分60重量%及びスチレン部分40
重量%を有するブロック共重合体であることが確認され
た。更に、GPC溶出曲線(図2)から、得られた共重
合体は極めて単分散性の高い(Mw /Mn =1.09)
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1.1×1
4 g/モルであった。
【0024】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700ml、及び重合開始剤と
してn─ブチルリチウム1×10-3モルを仕込み、混合
して−20℃に冷却した後α─メチルスチレン10gを
添加し、攪拌しながら1時間開始反応を行わせ、更に−
78℃に冷却して10時間重合反応させた。
【0025】次いで、m─t─ブトキシスチレン20g
を該反応液に添加し、攪拌しながら2時間重合反応を行
わせたところ、反応液は赤色を呈した。次に、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得
られた重合体を沈澱させ、分離・乾燥して白色の重合体
30gを得た。
【0026】得られた重合体は、1 H─NMRスペクト
ルから、α─メチルスチレン部分33重量%及びm─t
─ブトキシスチレン部分67重量%を有するブロック共
重合体であることが確認された。更に、GPC溶出曲線
(図3)から、得られた重合体は、極めて単分散性が高
い共重合体(Mw /Mn =1.11)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2.7×104 g/モルであった。
【0027】実施例4.2リットルのフラスコに溶媒と
してテトラヒドロフラン1,500ml、及び重合開始
剤としてn─ブチルリチウム1×10-3モルを仕込み、
混合して−78℃に冷却した後、m─t─ブトキシスチ
レン75gとスチレン5gを混合した溶液を添加して攪
拌しながら5時間重合反応を行わせたところ、反応液は
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、
該溶液を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80.0gを得た。得
られた重合体は、1 H─NMRスペクトルから、スチレ
ン6.3重量%及びm─t─ブトキシスチレン93.7
重量%からなるランダム共重合体であることが確認され
た。更に、GPC溶出曲線(図4)から、得られた重合
体は極めて単分散性が高い共重合体(Mw /Mn =1.
14)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、7.0×103 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1
0,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図2】実施例2で得られた重合体(数平均分子量1
1,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図3】実施例3で得られた重合体(数平均分子量2
7,000g/モル)のGPC溶出曲線である。
【図4】実施例4で得られた重合体(数平均分子量7,
000g/モル)のGPC溶出曲線である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記化1で表される単位及び下記化2で表
    される単位からなる単分散性共重合体; 【化1】 【化2】 化1式中、Rは水素原子又はメチル基である。
  2. 【請求項2】共重合体が化1で表される繰り返し単位と
    化2で表される繰り返し単位のブロック共重合体である
    請求項1に記載の単分散性共重合体。
  3. 【請求項3】下記化3で表されるモノマーと下記化4で
    表されるモノマーとをアニオン重合させることを特徴と
    する請求項1に記載の単分散性共重合体の製造方法; 【化3】 【化4】 化3式中、Rは水素原子又はメチル基である。
  4. 【請求項4】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ことを特徴とする請求項3
    に記載の単分散性共重合体の製造方法。
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