WO2012173209A1 - アルコール化合物とその製造方法、ラクトン化合物の製造方法、(メタ)アクリル酸エステルとその製造方法、重合体とその製造方法、レジスト組成物とこれを用いた基板の製造方法 - Google Patents

アルコール化合物とその製造方法、ラクトン化合物の製造方法、(メタ)アクリル酸エステルとその製造方法、重合体とその製造方法、レジスト組成物とこれを用いた基板の製造方法 Download PDF

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諭 佐久間
昌史 芹澤
敦 安田
信久 矢田
前田 晋一
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Definitions

  • the present invention relates to a (meth) acrylic acid ester useful as a polymerizable monomer and a method for producing the same, a lactone compound, an alcohol compound useful as an intermediate of the (meth) acrylic acid ester, and a method for producing the same, the (meth) POLYMER USING ACRYLIC ESTER AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, RESIST COMPOSITION CONTAINING THE POLYMER, PROCESS FOR PRODUCING A SUBSTRATE USING THE RESIST COMPOSITION, NOVEL (META) ACRYLIC ESTER AND POLYMER USING THE SAME About.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2011-132183 filed in Japan on June 14, 2011 and Japanese Patent Application No. 2011-210667 filed in Japan on September 27, 2011. Is hereby incorporated by reference.
  • miniaturization has rapidly progressed due to advances in lithography technology.
  • a shorter wavelength of irradiation light is used.
  • conventional ultraviolet rays typified by g-line (wavelength: 438 nm) and i-line (wavelength: 365 nm) to DUV ( The irradiation light is changing to Deep Ultra Violet).
  • KrF excimer laser wavelength: 248 nm
  • ArF excimer laser wavelength: 193 nm
  • an F 2 excimer laser (wavelength: 157 nm) lithography technique has been studied.
  • an electron beam lithography technology and an EUV lithography technology using extreme ultraviolet light (Extreme Ultra Light Light: EUV light) in the vicinity of 13.5 nm wavelength are also energetically studied. .
  • a “chemically amplified resist” containing a photoacid generator As a high-resolution resist for such short-wavelength irradiation light or electron beam, a “chemically amplified resist” containing a photoacid generator has been proposed. At present, improvements and development of this chemically amplified resist are energetically active. It is being advanced. As polymers used in chemically amplified resists, acrylic polymers using (meth) acrylic acid esters as monomers have been actively developed because of their high transparency, so that the resist can have various functions. In addition, improvement of the monomers constituting these polymers is being promoted every day.
  • Lactone compounds are widely used as raw materials for functional chemicals such as pharmaceuticals and agricultural chemicals.
  • a polymerizable carboxylic acid such as (meth) acrylic acid can be added to a lactone compound having an active carbon-carbon double bond.
  • Resist materials containing polymer compounds made from lactone skeleton-containing (meth) acrylic acid esters obtained in this way are excellent in sensitivity, resolution, and etching resistance, so they are useful for microfabrication using electron beams and deep ultraviolet rays. It is.
  • Reducing agent and solvent for selectively reducing only an acid anhydride to obtain a lactone compound by reducing an acid anhydride having a carbon-carbon double bond in the molecule while leaving the carbon-carbon double bond remaining For example, the following combinations are known. (1) A combination of sodium borohydride and N, N-dimethylacetamide (Patent Document 4). (2) A combination of sodium borohydride and ethanol (Non-Patent Document 1). (3) A combination of sodium borohydride and a mixed solvent of tetrahydrofuran and alcohols (Patent Document 5).
  • (meth) acrylic acid esters are used as curable components of photocurable resin compositions such as various ultraviolet curable resins or electron beam curable resins.
  • Applications using such a photocurable resin composition include paints, inks, adhesives and the like in plastics, paper, wood, inorganic materials and the like.
  • the field has expanded to the field of electronic materials typified by semiconductors and liquid crystals, the field of optoelectronics typified by optical fibers and optical lenses, and the field of medicine. Under such circumstances, a polymer obtained by using a (meth) acrylic acid ester having a norbornene lactone skeleton as a monomer has not been used so far.
  • (meth) acrylic acid esters having a norbornene lactone skeleton are particularly suitable for dispersion of photoacid generators and exposure. Acid diffusion control is easy, and it is useful as a polymerizable monomer constituting a polymer used in a chemically amplified resist.
  • the target compound cannot be obtained, and even if it is obtained, the yield is considerably low. There is.
  • a lower carboxylic acid is added to a norbornene lactone compound in the presence of an acid catalyst, and the resulting ester is hydrolyzed to obtain an alcohol, which is a (meth) acrylic ester.
  • an alcohol which is a (meth) acrylic ester.
  • a target polymerizable monomer is obtained by adding (meth) acrylic acid to a norbornene lactone compound.
  • Example 1 of Patent Document 3 an acid anhydride compound having a norbornene lactone skeleton is treated with NaBH 3 , and the resulting lactone form is reacted with a BH 3 -THF complex to form a hydroxy lactone form.
  • An example of producing a (meth) acrylic acid ester containing a norbornene lactone skeleton by an esterification reaction is described.
  • the reaction yield of the hydroxylactone compound as an intermediate is as low as 50%, and purification is performed by chromatography. For this reason, a yield is bad and time-consuming.
  • the combination of sodium borohydride (3) above and a mixed solvent of tetrahydrofuran and alcohols is excellent in the reaction yield when the acid anhydride is reduced to obtain the lactone compound.
  • a dialcohol compound represented by the following formula is by-produced.
  • Patent Document 5 There is no description in Patent Document 5 about the byproduct of dialcohol.
  • a polymerizable carboxylic acid such as (meth) acrylic acid
  • a lactone compound containing a dialcohol body to synthesize a lactone skeleton-containing (meth) acrylic acid ester
  • the two hydroxyl groups of the dialcohol body and (meth) acrylic A diesterified product obtained by reacting the carboxylic acid of the acid is formed.
  • a polymer compound is synthesized using a lactone skeleton-containing (meth) acrylic acid ester containing a diesterified product as a raw material
  • a part of the polymer compound is crosslinked by copolymerizing the diesterified product with another monomer.
  • the resist material containing such a polymer compound may increase defects (development defects).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for producing an alcohol compound with few impurities, which is useful as an intermediate of (meth) acrylic acid ester, in high yield, and using the method, norbornene lactone
  • a method for producing a (meth) acrylic acid ester containing a skeleton is provided.
  • the present invention provides a method for producing a lactone compound having a carbon-carbon double bond in a high yield while suppressing by-product formation of an alcohol, and a method for producing an alcohol compound using the method.
  • the present invention provides an alcohol compound containing a norbornene lactone skeleton with a low impurity content.
  • the present invention uses a (meth) acrylic acid ester containing a norbornene lactone skeleton with a low impurity content, a polymer using the same, a method for producing the same, a resist composition containing the polymer, and the resist composition.
  • a method for manufacturing a substrate on which a pattern is formed is provided.
  • the present invention provides a novel compound having a norbornene lactone skeleton and a (meth) acryloyloxy group, and a novel polymer using the same.
  • the present invention includes the following ⁇ 1> to ⁇ 20>.
  • ⁇ 1> A method for producing an alcohol compound represented by the following general formula (D), A hydroboration reaction step of obtaining a reaction liquid by reacting a compound represented by the following general formula (C) with a boronating agent selected from the group consisting of diborane and a borane complex in a solvent; A method for producing an alcohol compound, comprising an acid treatment step of adding an acid to pH 0.5 to 4 after treatment with hydrogen peroxide.
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group.
  • ⁇ 2> The method for producing an alcohol compound according to ⁇ 1>, wherein a borane-dimethyl sulfide complex or a borane-1,2-dimethoxyethane complex is used as the boronating agent.
  • ⁇ 3> having an isolation step of adjusting the reaction solution after the acid treatment step to pH 5 to 9 and performing recrystallization to isolate the alcohol compound represented by the general formula (D), ⁇ 1> Or the manufacturing method of the alcohol compound as described in ⁇ 2>.
  • R 11 to R 16 are each independently a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group; A 11 and A 12 are both a hydrogen atom or are connected to form —CH 2 —, —CH 2 CH 2 —, —O—, or —S— is formed. ]
  • the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (4), and the lactone compound represented by the formula (2) is represented by the following formula (5).
  • R 11 to R 16 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group or an ethylene group.
  • ⁇ 6> Any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, further comprising a step of producing a compound represented by the general formula (C) using the method for producing a lactone compound according to ⁇ 4> or ⁇ 5> A method for producing an alcohol compound according to one item.
  • ⁇ 7> By the method for producing an alcohol compound according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, an alcohol compound represented by the following general formula (D) is converted from a compound represented by the following general formula (C).
  • a method for producing a (meth) acrylic acid ester comprising a step of obtaining a (meth) acrylic acid ester represented by the following formula (A) by an esterification reaction from a compound represented by the following general formula (D): .
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or Represents an ethylene group.
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or Represents an ethylene group
  • R 1 represents an acryloyl group or a methacryloyl group.
  • the peak area of the impurity (X) having a molecular weight of 308 that decomposes during storage to generate methacrylic acid is less than the molar ratio of the (meth) acrylic acid ester (A ′).
  • (Meth) acrylic acid ester that is 0.3% or less with respect to the peak area is less than the molar ratio of the (meth) acrylic acid ester (A ′).
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or Represents an ethylene group
  • R 2 represents a hydrogen atom, an acryloyl group, or a methacryloyl group.
  • ⁇ 14> A polymer obtained by polymerizing one or more monomers, wherein the monomer comprises the (meth) acrylic acid ester according to any one of ⁇ 10> to ⁇ 13>. Including polymer.
  • ⁇ 15> A polymer obtained by polymerizing two or more monomers, wherein the monomer is the (meth) acrylic acid ester according to any one of ⁇ 10> to ⁇ 13> A polymer containing other (meth) acrylic acid ester.
  • ⁇ 16> A method for producing a polymer, comprising polymerizing a monomer containing the (meth) acrylic acid ester according to any one of ⁇ 10> to ⁇ 13>.
  • a resist composition comprising the polymer according to ⁇ 14> or ⁇ 15> and a compound capable of generating an acid upon irradiation with actinic rays or radiation.
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group
  • R 1 represents an acryloyl group or Represents a methacryloyl group.
  • an alcohol compound useful as an intermediate of (meth) acrylic acid ester can be produced in high yield, and (meth) acrylic acid ester containing a norbornene lactone skeleton is efficiently produced using the alcohol compound. can do.
  • a lactone compound having a carbon-carbon double bond can be produced while suppressing the by-production of a dialcohol.
  • an alcohol compound containing a norbornene lactone skeleton with a low impurity content can be obtained.
  • a (meth) acrylic acid ester containing a norbornene lactone skeleton with a low impurity content is obtained, and by using this, a polymer and a resist composition having good performance can be obtained.
  • a substrate on which a pattern is formed can be satisfactorily produced using the resist composition.
  • a novel compound having a norbornene lactone skeleton and a (meth) acryloyloxy group and a novel polymer using the same are obtained.
  • 1 is a 1 H-NMR spectrum of a compound (iii-1) obtained in an example.
  • 2 is an MS spectrum of compound (iii-1) obtained in the example. It is.
  • (meth) acrylic acid means acrylic acid or methacrylic acid.
  • the general formula (A) may be simply referred to as the formula (A) (the same applies to other formulas).
  • the compound represented by formula (A) is sometimes referred to as compound (A) (the same applies to compounds represented by other formulas).
  • the embodiment of the method for producing the alcohol compound (D) represented by the general formula (D) will be described.
  • the method for producing an alcohol compound (D) of this embodiment is a hydroboration reaction step in which a lactone compound (C) represented by the general formula (C) and a boronating agent are reacted in a solvent to obtain a reaction solution. And a hydrogen peroxide treatment step and an acid treatment step.
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group.
  • a 1 to A 6 are each independently preferably a hydrogen atom or a methyl group.
  • the total number of methyl groups and ethyl groups in one molecule may be any of 0 to 6.
  • 0 to 2 is preferable.
  • 0 to 1 is particularly preferable.
  • X is preferably an oxygen atom or a methylene group.
  • the lactone compound (C) can be produced by a known method. It is preferred to produce the lactone compound (C) by the lactone compound production method (II) described later, and use this to carry out the hydroboration reaction step of this embodiment.
  • the hydroboration reaction is performed using a boronating agent selected from the group consisting of diborane and a borane complex.
  • a boronating agent selected from the group consisting of diborane and a borane complex.
  • Preferred examples of the boronating agent include diborane, borane-dimethylsulfide complex, borane-1,2-dimethoxyethane complex (hereinafter referred to as borane-DME complex), borane-THF complex, borane-tetrahydropyran complex and the like.
  • borane-dimethylsulfide complex and borane-DME complex are preferable from the viewpoint of reaction rate and suppression of by-products.
  • the amount of the boronating agent used is preferably 0.5 molar equivalent or more with respect to the lactone compound (C) in terms of boron atom, in order to suppress by-products. Is preferably not more than 2.0 molar equivalents relative to the lactone compound (C).
  • the boronating agent one synthesized in advance may be isolated and used, or one generated in the system may be used. Methods for generating a boronating agent in the system are known. For example, as a method for generating a borane complex, sodium borohydride and 0.5-fold moles of concentrated sulfuric acid or dimethylsulfuric acid are used in the solvent to be complexed. The method of making it react in presence is mentioned.
  • a method for performing the hydroboration reaction in this step a method in which the isolated boronating agent is dropped into a solution in which the lactone compound (C) is previously dissolved in a solvent, or a boronating agent generated in the system is used.
  • Method of dripping Method of dripping a solution in which the lactone compound (C) is previously dissolved in a solvent to a boronating agent isolated or generated in the system; or Lactone in a solvent (DME etc.) in which a borane complex is to be formed.
  • Examples include a method in which compound (C) and sodium borohydride are added and sulfuric acid or dimethyl sulfuric acid is added dropwise.
  • the solvent in which the lactone compound (C) is dissolved in advance is not particularly limited as long as it does not react with the boronating agent. However, because of the solubility of the lactone compound (C) and ease of handling, DME, tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF and Are preferred). In any of the above methods, heat is generated during the dropping, but in order to prevent the reaction from running away, the temperature of the reaction solution to be dropped at the time of dropping is kept at 40 ° C. or lower, preferably ⁇ 10 to 30 ° C. It is preferable to drop at such a speed.
  • the reaction solution after completion of the hydroboration reaction contains a hydroboration product of the lactone compound (C).
  • An alcohol compound (D) can be obtained by treating the hydroboride with hydrogen peroxide.
  • the hydrogen peroxide treatment can be carried out by a known method for obtaining alcohol from hydroborates. For example, after adding water to the reaction solution after completion of the hydroboration reaction, hydrogen peroxide is treated in the presence of a base. The method of processing is mentioned.
  • the alcohol compound (D) is obtained from the compound represented by the formula (i) by performing an oxidation treatment after completion of the hydroboration reaction.
  • the hydrogen peroxide treatment is performed on the reaction solution after completion of the hydroboration reaction, and then an acid is added to adjust the pH to 0.5-4.
  • the pH is preferably adjusted to 3 or less, more preferably 2 or less.
  • the pH is preferably adjusted to 0.8 or more, more preferably 1 or more.
  • Examples of the acid added to the reaction solution in this step include mineral acids (hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, etc.), acidic ion exchange resins, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Sulfuric acid is preferred from the viewpoint of ease of handling.
  • Formula (i), the A 1 ⁇ A 6 and X in (ii), preferred embodiments are also respectively similar to the A 1 ⁇ A 6 and X in the formula (D), including.
  • the method for taking out the alcohol compound (D) from the reaction solution after the oxidation treatment is not particularly limited. However, since the solubility of the alcohol compound (D) in water is high, the solvent used in the reaction is distilled off. It is preferable to add an organic solvent to precipitate sodium sulfate produced as a by-product, and after filtration, the organic solvent is distilled off again. Examples of the organic solvent used at this time include acetone, methanol, ethanol, acetonitrile, and the like. Since water may affect the esterification reaction in the step (3) described later, ethanol is preferable because it has a high azeotropic ability with water and can be easily removed from the alcohol compound (D).
  • the water content of the alcohol compound (D) to be used in the step (3) is preferably 5000 ppm or less, and more preferably 2000 ppm or less.
  • the amount of water can be adjusted by the amount of the organic solvent to be azeotroped and the number of azeotropic cycles.
  • the amount of the organic solvent to be azeotroped and the number of azeotropic cycles are not particularly limited, and may be appropriately selected.
  • the water content can be measured with a Karl Fischer moisture meter.
  • the reaction solution after the acid treatment step is adjusted to pH 5 to 9 and recrystallized to isolate the alcohol compound (D).
  • the pH value is more preferably 6-8.
  • Examples of the method of adjusting the pH to the above range include neutralization with ammonia, aqueous ammonia, alkali metal and alkaline earth metal oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, and the like. Neutralization with ammonia or aqueous ammonia is more preferred from the viewpoint of yield during purification.
  • an alcohol compound (D) having a low impurity content can be obtained by performing an acid treatment step after the hydroboration reaction.
  • content of the impurity in alcohol compound (D) is content in the dry powder of the purity of 90 mass% or more of alcohol compound (D).
  • an alcohol compound (D) having a content of compound (ii) of less than 9% by mass, preferably 6% by mass or less is obtained. It is preferable that this alcohol compound (D) does not contain compound (i) substantially.
  • the content of impurities in the alcohol compound can be determined by high performance liquid chromatography (HPLC) using an ultraviolet detector (UV detector). In this specification, “substantially free” means below the detection limit.
  • the detection limit in liquid chromatography using an ultraviolet detector (UV detector) is usually 0.01% by mass or less.
  • UV detector ultraviolet detector
  • Such alcohol compounds with very few impurities are particularly suitable as raw materials for synthesizing resist polymers.
  • an isomer may exist in compound (D), compound (i), and (ii), these content is taken as the total value of content of each isomer in this specification.
  • R 11 to R 16 are each a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group; A 11 and A 12 are both a hydrogen atom or are connected to form —CH 2 —, —CH 2 CH 2. -, -O-, or -S- is formed.
  • step (A) A step of reducing a compound represented by the following formula (1) with sodium borohydride to obtain a compound represented by the following formula (7) and / or a compound represented by the following formula (8) (reduction step) ).
  • step (B) A pH adjuster is added to the reaction solution obtained in the step (a) to decompose unreacted sodium borohydride to stop the reaction, and the lactone represented by the following formula (2)
  • step (pH adjusting step) A step of obtaining a compound and / or a lactone compound represented by the following formula (3) (pH adjusting step). That is, in the pH adjustment step, a ring closure reaction of the compound represented by (7) or the compound represented by the following formula (8) is performed.
  • step (C) A step of performing a treatment such as extraction of the lactone compound from the reaction solution obtained in the step (b), washing with water, etc. as necessary (purification step).
  • a compound represented by the formula (4) is preferable because the reaction proceeds with a good reaction yield.
  • R 11 to R 16 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group.
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group or an ethylene group, preferably an oxygen atom or a methylene group.
  • Examples of the compound represented by the formula (4) include 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, 2-methyl-5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, 4,10-dioxa And tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione.
  • the compound represented by the formula (1) can be synthesized by Diels-Alder addition reaction of 1,3-diene and maleic anhydride.
  • 1,3-diene include 1,3-butadiene, cyclopentadiene, 1-methylcyclopentadiene, 1,3-dimethylcyclopentadiene, 1-ethylcyclopentadiene, 1-ethyl-3-methylcyclopentadiene, 1,3 -Diethylcyclopentadiene, 1,3-cyclohexadiene, 1-methyl-1,3-cyclohexadiene, 1,3-dimethyl-1,3-cyclohexadiene, 1-ethyl-1,3-cyclohexadiene, 1-ethyl -3-methyl-1,3-cyclohexadiene, 1,3-diethyl-1,3-cyclohexadiene, furan, 1-methylfuran, 1,3-dimethylfuran, 1-ethylfuran, 1-ethyl-3
  • sodium borohydride A commercially available reagent can be used as sodium borohydride.
  • the amount of sodium borohydride used is 0.7 mol or more and 0.8 mol or more with respect to 1 mol of the compound represented by the formula (1) in terms of conversion rate improvement (reaction yield improvement). Is preferred.
  • the amount of sodium borohydride used is 0.95 mol or less with respect to 1 mol of the compound represented by formula (1), from the point of suppressing the by-production of dialcohol, 0.9 mol or less. preferable.
  • solvent The reduction of the compound represented by the formula (1) with sodium borohydride is usually performed in a solvent.
  • examples of the solvent include alcohols (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, t-butanol, etc.), ethers (diethyl ether, methyl-t-butyl ether, Diisopropyl ether, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, etc.), esters (ethyl acetate, ⁇ -butyrolactone, etc.), nitriles (acetonitrile, etc.), amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), hydrocarbons (Toluene, xylene, hexane, etc.).
  • a solvent may be used individually by 1 type and may be used in mixture of 2 or more types.
  • tetrahydrofuran, methanol, N, N-dimethyl is used because of its high reaction rate, high solubility of sodium borohydride and the compound represented by formula (1), and suppression of by-product formation of dialcohol.
  • Formamide, N, N-dimethylacetamide, a mixed solvent of tetrahydrofuran and alcohols, a mixed solvent of dimethoxyethane and alcohols are preferred, and the desired lactone compound can be obtained with a high reaction yield.
  • a mixed solvent of tetrahydrofuran and methanol and a mixed solvent of dimethoxyethane and alcohols are particularly preferable.
  • the amount of the mixed solvent to be used is appropriately determined according to the type of alcohol, but is usually preferably 0.1 mol or more with respect to 1 mol of sodium borohydride from the viewpoint of reaction rate, Mole or more is more preferable. 20 mol or less is preferable with respect to 1 mol of sodium borohydride, and, as for the usage-amount of a mixed solvent, from the point of stability of sodium borohydride, 10 mol or less is more preferable.
  • the amount of the solvent used is preferably 100 parts by mass or less, more preferably 33 parts by mass or less, and still more preferably 20 parts by mass or less with respect to 1 part by mass of the compound represented by Formula (1) from the viewpoint of the reaction rate. .
  • the amount of the solvent used is preferably 0.5 parts by mass or more and more preferably 1 part by mass or more with respect to 1 part by mass of the compound represented by the formula (1) from the viewpoint of suppressing the deterioration of the viscosity of the reaction solution. More preferably, it is 1.5 parts by mass or more.
  • step (a) proceeds, for example, by charging sodium borohydride and a solvent into a reactor, and continuously or intermittently dropping the compound represented by the formula (1) dissolved in the solvent into the reactor. Can be made. Alternatively, the reaction can be carried out by charging a compound represented by the formula (1) and a solvent into a reactor, and dropping sodium borohydride or a suspension thereof continuously or intermittently thereto. In addition, when using together 2 or more types of solvents, each solvent may be dripped separately and may be mixed and added.
  • reaction conditions The optimum reaction temperature varies depending on the dropping rate and concentration of the raw material solution, but the reaction temperature is usually preferably ⁇ 50 ° C. or higher, more preferably ⁇ 40 ° C. or higher, and ⁇ 30 ° C. or higher from the viewpoint of the reaction rate. Is more preferable.
  • the reaction temperature is preferably 100 ° C. or less, more preferably 70 ° C. or less, and further preferably 40 ° C. or less from the viewpoint of preventing side reactions.
  • the dropping time is preferably 0.1 hour or longer, more preferably 0.2 hour or longer, and further preferably 0.5 hour or longer from the viewpoint of ease of temperature control.
  • the dropping time is preferably 30 hours or shorter, more preferably 20 hours or shorter, and even more preferably 10 hours or shorter from the viewpoint of suppressing the deterioration of the viscosity of the reaction solution.
  • the dropping time is preferably from 0.1 to 30 hours, more preferably from 0.2 to 20 hours, and further preferably from 0.5 to 10 hours. If necessary, an aging time of 20 hours or less can be provided after completion of dropping.
  • the inert gas may be any gas that does not hinder the smooth progress of the reaction, and examples thereof include helium gas, nitrogen gas, and argon gas.
  • Step (b)] (PH adjuster)
  • the pH adjuster at least an acid is used.
  • the acid include mineral acids (hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, etc.), acidic ion exchange resins, and the like.
  • a pH adjuster may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • sulfuric acid is preferable from the viewpoint of ease of handling for mass synthesis.
  • the concentration (mass percentage) of the pH adjuster in the mixture is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint that the intramolecular cyclization reaction proceeds efficiently.
  • the mass% or more is more preferable.
  • the concentration (mass percentage) of the pH adjuster is preferably 70% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less, from the viewpoint of preventing foaming.
  • the concentration of the pH adjuster is preferably 0.1 to 70% by mass, more preferably 5 to 50% by mass.
  • a pH adjusting agent and water are added to the reaction solution obtained in the step (a), and the reduction reaction is stopped by acidifying the aqueous phase of the reaction solution.
  • the usage-amount of a pH adjuster is suitably adjusted according to pH (pH in 20 degreeC) of the water phase after pH adjuster addition.
  • the pH is preferably 4.0 or less, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.0 or less, from the viewpoint of suppressing the hydrolyzate formation of the lactone compound. Moreover, this pH shall be 0.1 or more. Thereby, the lactone compound represented by Formula (2) and / or the lactone compound represented by Formula (3) are obtained.
  • the pH is preferably 1.0 or more from the viewpoint of efficient acid removal.
  • the pH of the aqueous phase after addition of the pH adjuster is preferably from 0.1 to 4.0, more preferably from 1.0 to 3.0, and even more preferably from 1.0 to 2.0.
  • the holding time is more preferably 0.1 to 40 hours.
  • lactone compound examples of the lactone compound represented by the formula (2) or the lactone compound represented by the formula (3) include the following compounds.
  • the lactone compound represented by the formula (2) is preferably a lactone compound represented by the formula (5) from the viewpoint of good yield.
  • the lactone compound represented by the formula (3) is preferably a lactone compound represented by the formula (6) from the viewpoint of good yield.
  • R 11 to R 16 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group or an ethylene group.
  • the extraction of the lactone compound can be performed using an organic solvent that dissolves the lactone compound.
  • Organic solvents used for extraction include ethers (dimethyl ether, methyl-t-butyl ether, diisopropyl ether, etc.), ketones (methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, etc.), aromatic hydrocarbons (Toluene, xylene, etc.), esters (ethyl acetate, etc.) and the like.
  • An organic solvent may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.
  • an organic solvent is not specifically limited, From the point of extraction efficiency, 0.05 times amount or more and 20 times or less with respect to a lactone compound are preferable. Extraction may be performed multiple times.
  • the target lactone compound may be purified by methods such as distillation, recrystallization, and chromatography. When the purity is high, it is not always necessary to purify it.
  • the target lactone compound may be obtained by concentrating the extract.
  • the amount of sodium borohydride used is 0.7 to 0.95 times mol with respect to the compound represented by formula (1).
  • a lactone compound having a carbon-carbon double bond can be produced in high yield while suppressing the by-production of the dialcohol.
  • a by-product of a dialcohol can be suppressed to less than 1% by mass.
  • a lactone skeleton-containing (meth) acrylic acid ester is obtained by adding a polymerizable carboxylic acid such as (meth) acrylic acid to a lactone compound having a carbon-carbon double bond, in which such a by-product of the dialcohol is suppressed. , The by-production of the diesterified product is suppressed, and the lactone skeleton-containing (meth) acrylic acid ester can be produced in a high yield. Then, it becomes possible to obtain a resist material in which defects (development defects) caused by copolymerization of the diesterified product with other monomers and partial crosslinking of the polymer compound are greatly reduced.
  • the lactone compound having a carbon-carbon double bond obtained by the production method of this embodiment is useful as a raw material for a lactone skeleton-containing (meth) acrylic acid ester that is a raw material for a polymer compound used in a resist material. .
  • dialcohol in the method for producing a lactone compound of the present invention, is a compound represented by the following formula (9).
  • R 11 to R 16 , A 11 and A 12 are the same as those in the formula (1).
  • a compound represented by Formula (9) the following compound is mentioned, for example.
  • Step (1) A compound (lactone compound (C) represented by the following general formula (C) by a reduction reaction from a compound represented by the following general formula (B) (sometimes referred to as an acid anhydride compound (B)).
  • Step (2) A step of obtaining a compound represented by the following general formula (D) (also referred to as an alcohol compound (D)) from the lactone compound (C) by a hydroboration reaction.
  • Step (3) A step of obtaining the compound (A) represented by the formula (A) from the alcohol compound (D) by an esterification reaction.
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or Represents an ethylene group.
  • a 1 to A 6 are each independently preferably a hydrogen atom or a methyl group.
  • the total number of methyl groups and ethyl groups in one molecule may be any of 0 to 6.
  • 0 to 2 is preferable.
  • 0 to 1 is particularly preferable.
  • X is preferably an oxygen atom or a methylene group.
  • Step (1) is a step of obtaining the lactone compound (C) from the acid anhydride compound (B) by a reduction reaction. This step is preferably performed by the above-described production method (II) of a lactone compound.
  • the formula (B) corresponds to the case where A 11 and A 12 are connected in the formula (1).
  • the following lactone compound production method (III) can be used.
  • the acid anhydride compound (B) can be easily synthesized by a known method such as Diels-Alder reaction of maleic anhydride and 1,3-diene such as furan. Moreover, a commercial item can also be used. 1,3-diene is the same as in the production method (II) of the lactone compound.
  • the reduction reaction is performed using a reducing agent.
  • the reducing agent used in this step include metal hydrides and metal hydrogen complex compounds. These compounds are not particularly limited. For example, borane dimethyl sulfide, diisobutylaluminum hydride, sodium borohydride, lithium borohydride, potassium borohydride, zinc borohydride, tri-s-hydrogen hydride. -Butyl boron lithium, tri-s-butyl boron potassium hydride, lithium triethyl boron hydride, lithium aluminum hydride, lithium tri-t-butoxyaluminum hydride, sodium bis (methoxyethoxy) aluminum hydride and the like.
  • sodium borohydride is preferable in terms of suppression of side reactions and ease of handling.
  • the amount of the reducing agent used is preferably 0.5 molar equivalent or more with respect to the acid anhydride compound (B) in order to complete the reaction, and in order to suppress side reactions, the acid anhydride compound (B ) Is preferably 1.5 molar equivalents or less. More preferred is 0.7 to 0.95 molar equivalent.
  • the reduction reaction is usually carried out in the presence of a solvent.
  • a solvent used for the reduction reaction, an aprotic polar solvent is preferable.
  • the aprotic polar solvent include alcohol solvents such as methanol and ethanol, ether solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diglyme and triglyme, ester solvents such as ethyl acetate and ⁇ -butyrolactone, acetonitrile and the like.
  • nitrile solvents examples include nitrile solvents, amide solvents such as N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone, hydrocarbon solvents such as toluene and hexane, dimethyl sulfoxide, and the like. . These may be used alone or in combination of two or more.
  • the aprotic polar solvent preferably contains at least one selected from DMF and DMAc, and particularly preferably contains DMAc, in that the reduction reaction of the acid anhydride compound (B) proceeds rapidly.
  • a compound represented by the following general formula (E) (a compound in which the lactone ring of the lactone compound (C) is opened; hereinafter referred to as the compound (E)) is obtained. . Therefore, in order to obtain the lactone compound (C), it is necessary to carry out a ring-closing reaction with an acid. That is, in the step (1), a lactone compound (C) is obtained by performing a reduction reaction of the acid anhydride compound (B) and a ring-closing reaction using an acid for the reaction product (compound (E)). Can do.
  • the acid used for the ring closure reaction examples include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and the like.
  • An acidic ion exchange resin can also be used.
  • the pH of the reaction solution after the acid addition at 20 ° C. is preferably 2.0 or less.
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group.
  • the organic solvent used in this case is not particularly limited as long as it is separable from water and dissolves the lactone compound (C).
  • the organic solvent used in this case is not particularly limited as long as it is separable from water and dissolves the lactone compound (C).
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • MTBE t-butyl methyl ether
  • a solvent obtained by distilling off the solvent used for extraction may be used as it is in the next step, or may be used in the next step after purification.
  • the purification method is not particularly limited, and may be appropriately selected from ordinary purification methods such as column chromatography, crystallization, and distillation.
  • Step (2) is a step of obtaining the alcohol compound (D) from the lactone compound (C) by a hydroboration reaction. This step is performed by the above-described alcohol compound production method (I).
  • the esterification step is a step of obtaining the compound (A) from the alcohol compound (D) obtained in the step (2) by an esterification reaction.
  • the method of the esterification reaction proceeds without any problem as long as it is a commonly known esterification reaction, and is not particularly limited.
  • (meth) acrylic acid and an alcohol compound (D) are reacted in the presence of an acid catalyst or a condensing agent.
  • Method of reacting method of reacting (meth) acrylic acid halide or (meth) acrylic anhydride and alcohol compound (D) in the presence of a base, lower alkyl ester of (meth) acrylic acid and alcohol in the presence of a metal catalyst
  • Examples thereof include a method of transesterification by reacting the compound (D).
  • a method of reacting a (meth) acrylic acid halide or (meth) acrylic anhydride with an alcohol compound (D) in the presence of a base, a lower alkyl ester of (meth) acrylic acid in the presence of a metal catalyst And a method of transesterification by reacting the alcohol compound (D), and a method of reacting the (meth) acrylic anhydride with the alcohol compound (D) is more preferable because of less coloring and a small amount of impurities generated. .
  • the obtained compound (A) may be appropriately purified and used. Although it does not specifically limit as a purification method, Column chromatography, crystallization, etc. are mentioned. In a preferred embodiment, it is preferable to perform recrystallization after dissolving the reaction solution after the esterification reaction in a nonpolar solvent and washing with an alkaline aqueous solution and / or water. After recrystallization, it is preferable to add a solvent having lower polarity in terms of increase in yield. For example, it is preferable to use toluene as a nonpolar solvent for recrystallization, and then use hexane or heptane as a further less polar solvent.
  • a (meth) acrylic acid ester having a low impurity content ( A) can be obtained.
  • (meth) acrylic acid ester (A) in which the content of the compound represented by formula (iii) is less than 9% by mass, preferably 6% by mass or less is obtained.
  • the content of the formula (iii) in the (meth) acrylic acid ester (A) is the content when the (meth) acrylic acid ester (A) excluding the formula (iii) is 100% by mass. It is a ratio.
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group
  • R 1 represents an acryloyl group or Represents a methacryloyl group.
  • a 1 ⁇ A 6 and X in the formula (iii) are also preferred embodiments are respectively similar to the A 1 ⁇ A 6 and X in the formula (A), including.
  • the content of compound (iii) in the (meth) acrylic acid ester can be determined by high performance liquid chromatography (HPLC).
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • an isomer may exist in the compound (iii)
  • the content of the compound (iii) as an impurity in the (meth) acrylic acid ester is the sum of the contents of these isomers. To do.
  • Compound (iii) is considered to be derived from compound (ii). Therefore, by producing a (meth) acrylic acid ester using an alcohol compound having a low content of compound (ii) as an impurity, a (meth) acrylic acid ester having a low content of compound (iii) as an impurity is produced. Obtainable. Since the compound represented by the formula (iii) is trifunctional, it causes crosslinking when producing a polymer. If many such crosslinks occur, the molecular weight distribution as designed cannot be obtained.
  • the (meth) acrylic acid ester (A ′) represented by the formula (A ′) is decomposed during storage in a chromatogram obtained by high performance liquid chromatography (HPLC).
  • the peak area of the impurity (X) having a molecular weight of 308 that generates an acid is 0.3% or less, preferably 0.2% or less with respect to the peak area of the target (meth) acrylic ester (A ′).
  • a certain (meth) acrylic acid ester (A ') is obtained.
  • R 1 in the formula (A ') is the same as R 1 in formula (A).
  • the impurity (X) is a compound detected at around 16.8 minutes under the following HPLC conditions.
  • Detector UV (210 nm).
  • a polymer obtained by using the (meth) acrylic acid ester (A ′) as a monomer tends to be a polymer containing methacrylic acid as an impurity.
  • methacrylic acid in a chemically amplified resist polymer, if methacrylic acid is contained, it tends to be a cause of performance degradation as a resist.
  • the peak area of the impurity (X) having a molecular weight of 308 that decomposes during storage to generate methacrylic acid is the (meth) acrylic acid ester ( A (meth) acrylic acid ester having a peak area of A ′) of 0.3% or less, preferably 0.2% or less, is obtained.
  • (meth) acrylic acid ester (A) is obtained in which the content of the compound represented by the formula (v) as an impurity is less than 9% by mass, preferably 6% by mass or less.
  • the content of the compound (v) in the (meth) acrylic acid ester (A) is the content in a dry powder having a purity of 90% by mass or more of the (meth) acrylic acid ester (A). .
  • a 1 to A 6 each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group, or an ethylene group
  • R 2 represents a hydrogen atom
  • An atom, an acryloyl group, or a methacryloyl group is represented.
  • the content of the compound represented by the formula (v) is the total amount of the compound represented by the formula (ii) and the compound represented by the formula (iii).
  • the content of compound (ii) or compound (iii) in the (meth) acrylic acid ester can be determined by high performance liquid chromatography (HPLC).
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • the content of the compound (v) as an impurity in the (meth) acrylic acid ester is the sum of the contents of these isomers. To do. By reducing the content of the compound represented by the formula (v) in the (meth) acrylic acid ester, a (meth) acrylic acid ester having excellent performance can be obtained.
  • the polymer (P) of this embodiment is a polymer obtained by polymerizing one or more monomers, and the monomer has a content of the above impurities of a specific amount or less (meta )
  • One or more of acrylic acid ester (A) or (A ′) is included.
  • the (meth) acrylic acid ester (A) or (A ′) in which the content of the impurities is a specific amount or less is a (meth) acrylic acid ester in which the content of the compound (iii) is a specific amount or less.
  • the content of the impurity (X) is a specific amount or less (meth) acrylic acid ester (A ′), and the total content of the impurity (X) and methacrylic acid is a specific amount or less. (Meth) acrylic acid ester (A ′) or (meth) acrylic acid ester (A) in which the content of compound (v) is not more than a specific amount.
  • the polymer (P) may be a homopolymer or a copolymer.
  • the copolymer may be a random copolymer, an alternating copolymer, or a block copolymer.
  • it is a copolymer, it is a polymer obtained by polymerizing two or more monomers, and the monomer is a (meth) acrylic acid ester in which the content of the impurities is not more than a specific amount. It is preferable that 1 or more types of (A) or (A ') are included.
  • the polymer (P) of this embodiment is suitable, for example, for resist compositions, particularly for chemically amplified resist compositions.
  • the polymer (P) is a copolymer for a chemically amplified resist composition will be described.
  • the chemically amplified resist composition resin is required to have a property of being soluble in an alkaline aqueous solution by an acid and resistance to dry etching.
  • the polymer having a structural unit derived from the (meth) acrylic acid ester represented by the above formula (A) has a property of being soluble in an alkaline aqueous solution by an acid, high dry etching resistance, and further excellent. It also has solubility in organic solvents. Moreover, you may introduce
  • Examples of the structure having a functional group that is easily released by the action of an acid include a structure in which a hydroxy group or a carboxy group is protected by an acetyl group, a t-butyl group, a tetrahydropyranyl group, a methyladamantyl group, an ethyladamantyl group, or the like. It is done.
  • a monomer represented by the above formula (A) and a monomer having such a structure are used.
  • the body may be copolymerized.
  • the monomer having such a structure for example, those known so far as raw material monomers for resins for chemically amplified resist compositions can be used.
  • the raw material monomer used for the polymer (P) of this embodiment is arbitrarily selected according to the light source used for lithography.
  • P is preferably used.
  • the ratio of the structural unit derived from the monomer represented by the formula (A) to the total structural unit of the polymer (P) is preferably 1 to 50 mol%, more preferably 1 to 25 mol%. .
  • a polymer (P) obtained by copolymerizing a monomer represented by the above formula (A) and a monomer having a cyclic hydrocarbon group is preferable.
  • the proportion of the structural unit derived from the monomer represented by the above formula (A) in the polymer (P) is preferably 1 to 50 mol%, more preferably 1 to 25 mol%.
  • an acrylic copolymer obtained by copolymerizing a monomer represented by the above formula (A), a monomer having a cyclic hydrocarbon group, and a monomer having a hydrophilic functional group An acrylic copolymer obtained by copolymerizing a monomer represented by 1), a monomer having a cyclic hydrocarbon group, and maleic anhydride, or a monomer represented by the above formula (A)
  • An acrylic copolymer obtained by copolymerizing a monomer having a cyclic hydrocarbon group and a monomer having a lactone structure such as a ⁇ -butyrolactone structure is preferred.
  • An acrylic copolymer obtained by copolymerizing a monomer having a cyclic hydrocarbon group and a monomer having a lactone structure is a resin for ArF excimer laser lithography. It is known that it is suitable as.
  • the monomer unit having a cyclic hydrocarbon group imparts high dry etching resistance to a polymer containing the same.
  • those containing a protecting group that is eliminated by an acid should also provide high sensitivity in photolithography using an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm. Can do.
  • the monomer unit having a cyclic hydrocarbon group may be one type or two or more types as necessary.
  • cyclohexyl (meth) acrylate As monomer units having a cyclic hydrocarbon group, cyclohexyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, tricyclodecanyl (meth) acrylate, dicyclopentadienyl (meth) acrylate, And the derivative
  • guide_body which has substituents, such as an alkyl group, a hydroxyl group, and a carboxy group, on the cyclic hydrocarbon group of these monomers is preferable.
  • the monomer unit having a hydrophilic functional group imparts adhesion to a substrate to a polymer containing the monomer unit.
  • those containing a protecting group that is eliminated by an acid can impart high sensitivity in photolithography using an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm.
  • the hydrophilic functional group include a carboxy group, a hydroxy group, a cyano group, a methoxy group, an amino group, an alkyl-substituted ether group (preferably an alkyl-substituted ether group having 4 or less carbon atoms), a ⁇ -valerolactonyl group, and ⁇ -butyrolactonyl. Groups and the like.
  • hydrophilic functional groups are usually included in hydrophobicity, the above-mentioned ones are included because it is sufficient that the hydrophilicity necessary in the lithography process is obtained.
  • the monomer unit having a hydrophilic functional group may be one kind or two or more kinds as necessary.
  • Examples of monomer units having a hydrophilic functional group include (meth) acrylic acid, (meth) acrylate having a terminal hydroxy group, (meth) acrylate having an alkyl-substituted ether group, and (meth) acrylate having a ⁇ -valerolactonyl group. , (Meth) acrylate having a ⁇ -butyrolactonyl group, and having a substituent such as an alkyl group, a hydroxy group, a carboxy group or a cyano group on the hydrophilic functional group of these monomers excluding (meth) acrylic acid Derivatives are preferred.
  • the monomer unit having a lactone structure imparts high dry etching resistance and adhesion to a substrate to a polymer containing the monomer unit.
  • the monomer unit having a lactone structure may be one type or two or more types as necessary.
  • the monomer unit having a lactone structure is preferably a 4- to 8-membered ⁇ -methylene lactone and a derivative having a substituent such as an alkyl group, a hydroxy group or a carboxy group on the lactone ring carbon.
  • a resin for a chemically amplified resist composition 1 to 60 mol% of a structural unit derived from the compound (A), 1 to 60 mol% of a structural unit derived from a monomer having a cyclic hydrocarbon group, a hydrophilic functional group
  • An acrylic copolymer comprising 1 to 60 mol% of structural units derived from a monomer having a group and 1 to 60 mol% of structural units having a lactone structure is preferred.
  • the mass average molecular weight of the polymer (P) is not particularly limited, but is preferably 1,000 to 100,000, and preferably 3,000 to 30,000. Is more preferable. As the mass average molecular weight increases, the dry etching resistance tends to improve and the resist shape tends to improve. As the mass average molecular weight decreases, the solubility in the resist solution tends to improve and the resolution tends to improve.
  • the polymer (P) of this embodiment can be produced by a known polymerization method. However, a monomer solution in which a monomer and a polymerization initiator are dissolved in an organic solvent in advance can be easily produced. It is preferable to produce by a so-called drop polymerization method in which the solution is dropped into an organic solvent maintained at a constant temperature.
  • the organic solvent used in the dropping polymerization method is not particularly limited, but a solvent that can dissolve both the monomer and the obtained copolymer is preferable.
  • a solvent that can dissolve both the monomer and the obtained copolymer is preferable.
  • 1,4-dioxane, isopropyl alcohol, acetone, tetrahydrofuran, ethyl lactate Etc is preferable.
  • the usage-amount of an organic solvent is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably.
  • the polymerization initiator used in the dropping polymerization method is not particularly limited, and examples thereof include azo compounds such as azobisisobutyronitrile and 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), benzoyl peroxide and the like. An organic peroxide etc. are mentioned. Further, mercaptans such as n-butyl mercaptan and n-octyl mercaptan may be used as the chain transfer agent. In addition, the usage-amount of a polymerization initiator and a chain transfer agent is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably.
  • the polymerization temperature in the dropping polymerization method is not particularly limited, but is usually preferably in the range of 50 to 150 ° C.
  • the dropping time is not particularly limited, but it is usually preferably 6 hours or longer. Further, it is preferable to hold the temperature for about 1 to 3 hours after the completion of the dropping to complete the polymerization.
  • the polymer solution produced by the dropping polymerization method is diluted to a suitable solution viscosity with a good solvent such as tetrahydrofuran or 1,4-dioxane, if necessary, and then in a large amount of poor solvent such as heptane, methanol or water.
  • the polymer is precipitated by dropping. Thereafter, the precipitate is filtered off and sufficiently dried to obtain the polymer (P) of this embodiment.
  • reprecipitation The process of dropping the polymer solution into a large amount of poor solvent to precipitate the polymer is called reprecipitation and is very effective for removing unreacted monomers and polymerization initiator remaining in the polymer solution. is there. If these unreacted substances remain as they are, there is a possibility of adversely affecting the resist performance. Therefore, it is preferable to remove them if possible. This reprecipitation step may be unnecessary in some cases.
  • the resist composition of this embodiment is a chemically amplified resist composition containing the polymer (P) (resin for chemically amplified resist composition of the above embodiment) and a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation. It is a thing.
  • the polymer (P) may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the polymer (P) with respect to the resist composition (excluding the solvent) is not particularly limited, but is preferably 70 to 99.8% by mass.
  • the photoacid generator used in the resist composition of this embodiment can be arbitrarily selected from those that can be used as the acid generator of the resist composition.
  • a photo-acid generator may use 1 type or may use 2 or more types together.
  • Examples of the photoacid generator include onium salt compounds, sulfonimide compounds, sulfone compounds, sulfonic acid ester compounds, quinonediazide compounds, diazomethane compounds, and the like. Among them, it is preferable to use an onium salt compound such as a sulfonium salt, an iodonium salt, a phosphonium salt, a diazonium salt, or a pyridinium salt.
  • the amount of the photoacid generator used is appropriately determined depending on the type of the photoacid generator to be used, etc., but is usually preferably 0.1 to 20 parts by mass, preferably 0.5 to 10 parts by mass is more preferable.
  • the amount of the photoacid generator used is not less than the lower limit of the above range, a chemical reaction due to the catalytic action of the acid generated by exposure is likely to occur sufficiently.
  • it is below the upper limit of the above range the stability of the resist composition is improved, and the occurrence of uneven coating during application of the composition and scum during development tends to be sufficiently reduced.
  • the solvent used in the resist composition of the present embodiment is arbitrarily selected according to the purpose, but the choice of the solvent is restricted due to reasons other than the solubility of the resin, for example, uniformity of the coating film, appearance or safety. May receive.
  • Examples of the solvent usually used in this embodiment include linear ketones such as 2-pentanone and 2-hexanone, cyclic ketones such as cyclopentanone and cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl Propylene glycol monoalkyl acetates such as ether acetate, ethylene glycol monoalkyl ether acetates such as ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monoethyl ether Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, etc.
  • glycol monoalkyl ethers examples include glycol monoalkyl ethers, diethylene glycol alkyl ethers such as diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol diethyl ether, esters such as ethyl acetate and ethyl lactate, alcohols such as cyclohexanol and 1-octanol, ethylene carbonate, and ⁇ -butyrolactone. . These solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the solvent used depends on the thickness of the resist film to be formed, it is usually preferably in the range of 100 to 10,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (P) (resist polymer).
  • the resist composition of this embodiment may be blended with various known additives such as surfactants, quenchers, sensitizers, antihalation agents, storage stabilizers, antifoaming agents, etc., as necessary. You can also.
  • the blending amount of these additives is not particularly limited and may be determined as appropriate.
  • a method of manufacturing a substrate on which a pattern of this embodiment is formed includes a step of applying the resist composition of the above embodiment on a work surface of a substrate to form a resist film, and exposing the resist film to the substrate. And a step of developing the exposed resist film using a developer.
  • a resist composition is applied by spin coating or the like onto the surface (processed surface) of a substrate to be processed such as a silicon wafer on which a pattern is to be formed.
  • a substrate to be processed such as a silicon wafer on which a pattern is to be formed.
  • coated is dried by baking process (prebaking) etc., and a resist film is formed on a board
  • the resulting resist film is irradiated with light having a wavelength of 250 nm or less through a photomask (exposure).
  • the light used for exposure is preferably light having a wavelength of 220 nm or less, particularly ArF excimer laser.
  • the substrate After light irradiation (exposure), baking (PEB) is appropriately performed, the substrate is immersed in an alkaline developer, and the exposed portion of the resist film is dissolved and removed in the developer (development). Any known alkaline developer may be used. Then, after development, the substrate is appropriately rinsed with pure water or the like. In this way, a resist pattern is formed on the substrate to be processed.
  • the substrate to be processed on which the resist pattern is formed is usually baked (post-baked) as appropriate to strengthen the resist and selectively etch portions without the resist. After etching, the resist is usually removed using a release agent.
  • the compound represented by the formula (iii) is a novel compound.
  • a 1 to A 6 are each independently a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, preferably a hydrogen atom or a methyl group.
  • the total number of methyl groups and ethyl groups in one molecule may be any of 0 to 6.
  • X is an oxygen atom, a sulfur atom, a methylene group or an ethylene group, preferably an oxygen atom or a methylene group.
  • R 1 represents an acryloyl group or a methacryloyl group.
  • R 1 represents an acryloyl group or a methacryloyl group.
  • the compound represented by the formula (iii) can be produced by a method of producing a compound (triol compound) represented by the formula (ii) from the acid anhydride compound (B) by a reduction reaction and esterifying the compound.
  • the reducing agent the same reducing agent as in the above lactone compound production method (II) or step 1 (reducing step) can be used.
  • sodium borohydride is preferable.
  • the amount of the reducing agent used is preferably 1 to 30 mol, more preferably 3 to 10 mol, per 1 mol of the acid anhydride compound (B).
  • the amount of the reducing agent used is not less than the lower limit of the above range, the yield of the target product is lowered, and when it is not more than the upper limit, the treatment after the reaction becomes complicated.
  • the solvent used for the reduction reaction the same lactone compound production method (II) or the above step 1 (reduction step) can be used.
  • a mixed solvent of tetrahydrofuran and methanol or a mixed solvent of dimethoxyethane and alcohols is particularly preferable from the viewpoint of solubility of the raw materials.
  • the reaction temperature is preferably ⁇ 50 to 100 ° C., more preferably ⁇ 30 to 30 ° C. After sufficient reduction reaction, acid is added to neutralize.
  • the method for taking out the compound (ii) from the obtained reaction solution may be any method such as extraction, crystallization, distillation and column purification.
  • esterification reaction can be performed by the well-known esterification reaction method performed normally like the said process (3) (esterification process).
  • esterification reaction method performed normally like the said process (3) (esterification process).
  • a method in which (meth) acrylic acid halide or (meth) acrylic anhydride and compound (iii) are reacted in the presence of a base can be used.
  • the polymer (Q) of this embodiment is a polymer obtained by polymerizing one or more monomers, and at least one of the monomers is the compound (iii).
  • the polymer (Q) may be a homopolymer or a copolymer.
  • the copolymer may be a random copolymer, an alternating copolymer, or a block copolymer.
  • it is a copolymer, it is a polymer obtained by polymerizing two or more types of monomers, and the monomer contains compound (iii) and other (meth) acrylic acid esters. Is preferred.
  • the (meth) acrylic acid ester copolymerized with the compound (iii) is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the use and the like.
  • the monomer unit derived from the compound (iii) is preferably from 1 to 100 mol%, more preferably from 3 to 100 mol%, still more preferably from 5 to 100 mol%, based on all the structural units of the polymer (Q). .
  • the polymer (Q) of this embodiment can be produced by a known polymerization method.
  • a polymerization method similar to that for the polymer (P) can be used.
  • the polymer (Q) having a structural unit derived from the compound (iii) has excellent curability, water resistance, flexibility and alkali resistance, and further, due to its unique steric structure, the ether bond is a polymer chain. By coming outside, it is possible to improve the adhesion to the substrate. Further, the stereoregularity of the polymer can be controlled by controlling the isomer ratio of the polymer by this structure.
  • the concentration of 5-norbornene-2,3-carboxylic acid anhydride was determined by the following formula. (Area of 5-norbornene-2,3-carboxylic acid anhydride) / (area of 5-norbornene-2,3-carboxylic acid anhydride + 4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decene ⁇ 3-one area + (3-hydroxymethyl-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol area) ⁇ 100
  • the concentration of 4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decen-3-one was determined by the following formula. (Area of 4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decen-3-one) / (Area of 5-norbornene-2,3-carboxylic acid anhydride + 4-oxatricyclo [5. 2.1.0 2,6 ] decene-3-one area + (3-hydroxymethyl-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol area) ⁇ 100
  • the concentration of (3-hydroxymethyl-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol was determined by the following formula. ((3-hydroxymethyl-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol area) / (5-norbornene-2,3-carboxylic acid anhydride area + 4-oxa Of tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decen-3-one + (3-hydroxymethyl-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol Area) x 100
  • the concentration of 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione was determined by the following formula. (Area of 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione) / (4,10-dioxatricyclo [5.2. 1.0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione area + 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-en-3-one Area + (Area of 3-hydroxymethyl-7-oxa-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol) ⁇ 100
  • the concentration of 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-en-3-one was determined by the following formula. (Area of 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-en-3-one) / (4,10-dioxatricyclo [5.2.1. 0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione area + 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-en-3-one area + (Area of 3-hydroxymethyl-7-oxa-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol) ⁇ 100
  • the concentration of ((3-hydroxymethyl-7-oxa-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol was determined by the following formula. ((3-hydroxymethyl-7-oxa-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol area) / (4,10-dioxatricyclo [5.2. 1.0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione area + 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-en-3-one Area + (Area of 3-hydroxymethyl-7-oxa-bicyclo [2.2.1] -hept-5-en-2-yl) -methanol) ⁇ 100
  • Example C1 A magnetic stirring bar was placed in a 50 mL three-necked round bottom flask (reactor) equipped with a 50 mL side dropping funnel with a side tube, a thermometer, and a backflow condenser, and dried by flowing nitrogen gas.
  • THF tetrahydrofuran
  • 0.62 g (0.016 mol) of sodium borohydride were charged.
  • 3.00 g (0.018 mol) of 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride (a compound in which R 11 to R 16 in Formula (4) are all hydrogen atoms and X is a methylene group).
  • Example C2 The same reaction as in Example C1, except that in Example C1, THF charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 1.83 g and sodium borohydride was changed to 0.55 g (0.015 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 1.
  • Example C3 In Example C1, the same reaction as in Example C1, except that THF charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 2.19 g and sodium borohydride was changed to 0.65 g (0.017 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 1.
  • Example C1 In Example C1, the same reaction as in Example C1, except that THF charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 1.60 g and sodium borohydride was changed to 0.48 g (0.013 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 1.
  • Example C2 The same reaction as in Example C1, except that in Example C1, the THF charged in the three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 2.30 g and sodium borohydride was changed to 0.69 g (0.018 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 1.
  • Example C4 In Example C1, the THF charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 6.97 g of DME and 0.70 g (0.018 mol) of sodium borohydride, and 5-norbornene- 2,3-dicarboxylic anhydride is converted into 4,10-dioxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] dec-8-ene-3,5-dione (R 11 to R in formula (4)).
  • a compound in which all 16 are hydrogen atoms and X is an oxygen atom was added to 3.40 g (0.020 mol) of 9.68 g of THF in DME39.
  • the reaction and post-treatment operations were the same as in Example C1, except that 0.59 g (0.061 mol) of methanol was changed to 0.66 g (0.020 mol). The results are shown in Table 2.
  • Example C5 In Example C4, the same reaction as in Example C4, except that DME charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 6.19 g and sodium borohydride was changed to 0.62 g (0.016 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 2.
  • Example C3 The same reaction as in Example C4 except that in Example C4, DME charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 4.65 g and sodium borohydride was changed to 0.46 g (0.012 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 2.
  • Example C4 The same reaction as in Example C4 except that in Example C4, DME charged in a three-necked round bottom flask (reactor) was changed to 7.74 g and sodium borohydride was changed to 0.77 g (0.020 mol). Operation and post-treatment operations were performed. The results are shown in Table 2.
  • the amount of sodium borohydride used is 0.7 to 0.95 moles compared to the compound represented by the above formula (1) (Examples).
  • the by-product of the dialcohol compound 30 minutes after the completion of the reaction can be suppressed to less than 1% by mass and that a sufficiently high reaction yield can be obtained.
  • the usage-amount of sodium borohydride is 1.0 time mole with respect to the compound represented by said Formula (1) (Comparative Example C2, C4), the dialcohol body 30 minutes after completion
  • the lactone compound (C-1) is a compound represented by the following formula (C-1) produced in the same manner as in Example C4 (4,10-dioxatricyclo [5.2. 1.0 2,6 ] dec-8-en-3-one).
  • Example D1 A flask equipped with a thermometer, a calcium chloride tube, a stirrer, and a nitrogen introduction tube was charged with 1.5 g (0.01 mol) of the lactone compound (C-1) and 18 g of dimethoxyethane, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. After preparing the solution, the temperature was lowered to 20 ° C. by cooling. To this lactone solution, 0.56 g of BH 3 .dimethylsulfide complex was added dropwise at such a rate that the temperature of the lactone solution was maintained at 20-23 ° C. After the addition was complete, the resulting mixture was stirred at 20 ° C. for 1.5 hours. The above operation was performed under a nitrogen stream.
  • the area percentage of components other than the solvent was 0% for the compound represented by the following formula (C-1), and represented by the following formula (D-1).
  • the compound represented by the following formula (ii-1) was 1%, and the compound represented by the following formula (i-1) was 0%.
  • peaks of borate and sulfate were detected.
  • the filtrate was concentrated with an evaporator, 30 g of ethanol was added, and the filtrate was concentrated again. After repeating this operation twice, the concentrated solution was dissolved in 30 g of ethanol and filtered. The filtrate was concentrated to a total amount of 4.1 g and dissolved at 70 ° C. The temperature was lowered to 20 ° C. at a rate of 20 ° C. per hour, and 6.3 g of diisopropyl ether was added dropwise. After holding at 3 ° C. for 15 minutes, filtration was performed, and the residue was washed with diisopropyl ether. The above operation was performed while stirring.
  • the weight of the residue after drying (dry product of alcohol compound) is 1.3 g, area percentage, containing 99% of the compound represented by the formula (D-1), and represented by the formula (C-1). The compound and the compound represented by formula (ii-1) were not detected.
  • Example D2 A flask equipped with a thermometer, a calcium chloride tube, a stirrer, and a nitrogen introduction tube was charged with 1.8 g (0.012 mol) of lactone compound (C-1) and 15 ml of tetrahydrofuran, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. After making into a solution, the temperature was lowered to 0 ° C. by cooling. To this lactone solution, 4 mL of 1M BH 3 ⁇ tetrahydrofuran complex was added dropwise at such a rate that the temperature of the lactone solution was maintained at 0 ° C. After the addition was complete, the resulting mixture was stirred at 0 ° C. for 3 minutes and at room temperature for 4 hours.
  • the compound was 95%, the compound represented by the formula (ii-1) was 1%, and the compound represented by the formula (i-1) was 0%.
  • the borate and sulfate peaks could not be detected because they overlapped with the negative peaks due to the solvent.
  • Example A1 The reduction step was performed in the same manner as in Example A1 to obtain a lactone compound (C-1). Lactone compound (C-1) (1.33 g, 8.74 mmol) and formic acid (2.98 g, 64.9 mmol) were added to a flask equipped with a dropping funnel, thermometer, Jim's funnel and stir bar, and stirred. did. Trifluoromethanesulfonic acid (0.252 g, 1.68 mmol) separately measured in a dropping funnel was added thereto little by little while paying attention to heat generation. After heating so that the internal temperature of a solution might be set to 100 degreeC, it stirred at 100 degreeC for 6 hours.
  • Example A2 Into a flask equipped with a condenser, thermometer, air bubbling port and stir bar, 2.2 g (0.12 mol) of the alcohol compound (D-1) synthesized in the same manner as in Example D1 was added 1,2-dimethoxyethane 9 After being dissolved in 0.4 g, 5 mg of dibutylhydroxytoluene and 3.0 g (0.19 mol) of methacrylic anhydride were added, and 0.26 g and 0.06 mol of magnesium oxide were added. The reaction solution was heated to 70 ° C. while bubbling air, and heated and stirred for 8 hours.
  • This reaction solution is dissolved in 16 g of toluene, 0.8 mg of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical is added and dissolved, and then filtered until the weight reaches 21 g. Concentrated under reduced pressure. After the concentrated solution was washed with 8 g of water, 16 g of toluene was again added to the aqueous phase at this time to recover the target product. The two toluene phases were combined, washed twice with 8 g of saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, and then washed three times with 8 g of water. After adding 1 mg of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical and 2 mg of dibutylhydroxytoluene, the mixture was concentrated under reduced pressure.
  • the target compound (A-1) 2.2 g (yield 73%) of the target compound (A-1) was obtained.
  • the peak area of the impurity (X) having a molecular weight of 308 in the obtained compound (A-1) was 0.1% with respect to the peak area of the compound (A-1).
  • Methacrylic acid was not detected.
  • Methacrylic acid was not detected.
  • the impurity (X) having a molecular weight of 308 in the compound (A-1) was analyzed under the following conditions (hereinafter the same).
  • the impurity (X) is a compound detected at around 16.8 minutes.
  • Mobile phase water / acetonitrile gradient 90/10 ⁇ 0/100 (30 minutes).
  • Detector UV (210 nm).
  • Example A3 In the same manner as in Example A2, except that the alcohol compound (D-1) synthesized by the same method as Example D2 was used instead of the alcohol compound (D-1) synthesized by the same method as Example D1. Reaction and purification were performed. 1.9 g (yield 63%) of the target compound (A-1) was obtained. The peak area of the impurity (X) having a molecular weight of 308 in the obtained compound (A-1) was 0.2% with respect to the peak area of the compound (A-1). Methacrylic acid was not detected.
  • Example A4 In a flask equipped with a dropping funnel, thermometer, calcium chloride tube, and stir bar, 2.2 g (0.12 mol of alcohol compound (A-1) synthesized by the same method as in Example D1 was added, and 1,2-dimethoxy was added. After dissolving in 9.4 g of ethane, 5 mg of dibutylhydroxytoluene and 2.0 g (0.02 mol) of triethylamine were added, and the internal temperature was adjusted to 5 ° C. 2.1 g (0.02 mol) of methacrylic acid chloride weighed separately. ) was slowly added dropwise and allowed to react for 1 hour at 5 ° C.
  • Table 3 shows the content of the impurity (X) having a molecular weight of 308 in the monomer (a) (methacrylic acid ester (A-1)) used in each example.
  • Monomers (d), (e), and (f) were from the same lot.
  • FIG. 1 is a 1 H-NMR spectrum of the compound (iii-1) obtained in this example.
  • FIG. 2 is an MS spectrum of the compound (iii-1) obtained in this example.

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Abstract

 溶媒中で、式(C)で表される化合物と、ジボランおよびボラン錯体からなる群から選ばれるホウ素化剤とを反応させて反応液を得るハイドロボレーション反応工程と、該反応液を過酸化水素処理した後、酸を加えてpH0.5~4にする酸処理工程を有する方法により、不純物が少ないアルコール化合物を高収率で製造できる。式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。

Description

アルコール化合物とその製造方法、ラクトン化合物の製造方法、(メタ)アクリル酸エステルとその製造方法、重合体とその製造方法、レジスト組成物とこれを用いた基板の製造方法
 本発明は、重合性単量体として有用な(メタ)アクリル酸エステルとその製造方法、(メタ)アクリル酸エステルの中間体として有用な、ラクトン化合物、アルコール化合物とその製造方法、該(メタ)アクリル酸エステルを用いた重合体とその製造方法、該重合体を含むレジスト組成物、該レジスト組成物を用いた基板の製造方法、ならびに新規な(メタ)アクリル酸エステルとこれを用いた重合体に関する。
 本願は、2011年6月14日に日本に出願された特願2011-132183号および2011年9月27日に日本に出願された特願2011-210667号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野においては、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。その微細化の手法としては、一般に、照射光の短波長化が用いられ、具体的には、従来のg線(波長:438nm)、i線(波長:365nm)に代表される紫外線からDUV(Deep Ultra Violet)へと照射光が変化してきている。現在では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が市場に導入され、さらなる短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術も導入されようとしている。さらに、次世代の技術として、Fエキシマレーザー(波長:157nm)リソグラフィー技術が研究されている。また、これらとは若干異なるタイプのリソグラフィー技術として、電子線リソグラフィー技術、波長13.5nm近傍の極端紫外光(Extreme Ultra Violet light:EUV光)を用いるEUVリソグラフィー技術についても精力的に研究されている。
 このような短波長の照射光あるいは電子線に対する高解像度のレジストとして、光酸発生剤を含有する「化学増幅型レジスト」が提唱され、現在、この化学増幅型レジストの改良および開発が精力的に進められている。
 化学増幅型レジストに使用する重合体としては、高い透明性から、(メタ)アクリル酸エステルを単量体として用いたアクリル系重合体が盛んに開発されており、レジストに種々機能を持たせるために、これらの重合体を構成する単量体の改良も日々進められている。近年、レジストに高いドライエッチング耐性と基盤密着性を付与することができる重合性単量体として、ノルボルネンラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルが提案されており、それらの中間体も含めた化合物の製造方法が種々開示されている(例えば特許文献1~3)。
 ラクトン化合物は、医薬、農薬等の機能性化学品の原料として広く用いられる。特に、活性な炭素-炭素二重結合を有するラクトン化合物には、例えば、(メタ)アクリル酸等の重合性カルボン酸を付加させることが可能である。こうして得られたラクトン骨格含有(メタ)アクリル酸エステルを原料とした高分子化合物を含むレジスト材料は、感度、解像性、エッチング耐性に優れているため、電子線や遠紫外線による微細加工に有用である。
 分子内に炭素-炭素二重結合を有する酸無水物の還元によって、炭素-炭素二重結合を残したまま、酸無水物のみを選択的に還元してラクトン化合物を得るための還元剤と溶媒との組み合わせとしては、例えば、下記の組み合わせが知られている。
 (1)水素化ホウ素ナトリウムとN,N-ジメチルアセトアミドとの組み合わせ(特許文献4)。
 (2)水素化ホウ素ナトリウムとエタノールとの組み合わせ(非特許文献1)。
 (3)水素化ホウ素ナトリウムと、テトラヒドロフランおよびアルコール類の混合溶媒との組み合わせ(特許文献5)。
 (メタ)アクリル酸エステルは、上記レジスト用途のほかにも、各種紫外線硬化型または電子線硬化型樹脂等の光硬化性樹脂組成物の硬化性成分と使用されている。かかる光硬化性樹脂組成物を利用した用途として、プラスチック、紙、木、無機質素材等における塗料、インキ、接着剤等が挙げられる。最近では、半導体、液晶に代表される電子材料分野や光ファイバー、光学レンズ等に代表されるオプトエレクトロニクス分野、さらには医療分野等に拡大してきている。
 そのような中で、ノルボルネンラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルを単量体として用いて得られる重合体はこれまで使われていない。
特開2002-234882号公報 特開2004-359669号公報 特開2011-81340号公報 特開2002-275215号公報 特開2003-146979号公報
Tetrahedron Letters,1994年、第35巻,第8号,p.1165-1168
 ノルボルネンラクトン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルの中でも、特にノルボルネン骨格の橋頭位に酸素原子や硫黄原子などのヘテロ原子を有する(メタ)アクリル酸エステルは、光酸発生剤の分散や露光時の酸の拡散制御が容易であり、化学増幅型レジストに使用する重合体を構成する重合性単量体として有用である。しかし、このような(メタ)アクリル酸エステルを特許文献1および2に記載の方法で製造しようとした場合、目的の化合物が得られない、得られたとしても収率がかなり低くなる等の問題がある。具体的には、特許文献1に記載の方法では、ノルボルネンラクトン化合物に酸触媒存在下で低級カルボン酸を付加させ、得られるエステルを加水分解することによりアルコールを得、これを(メタ)アクリルエステル化することにより目的の重合性単量体を得ている。特許文献2に記載の方法では、ノルボルネンラクトン化合物に(メタ)アクリル酸を付加することにより目的の重合性単量体を得ている。これらの方法においては、低級カルボン酸または(メタ)アクリル酸を付加させる工程で高温(たとえば85~120℃)での加熱が必要であるために、ノルボルネンラクトン化合物が逆Diels-Alder反応等で分解してしまい、対応する付加体が得られない。
 また、特許文献3の実施例1には、ノルボルネンラクトン骨格を有する酸無水化合物を、NaBHで処理し、得られたラクトン体をBH-THF錯体と反応させてヒドロキシラクトン体とし、これをエステル化反応させてノルボルネンラクトン骨格を含む(メタ)アクリル酸エステルを製造した例が記載されている。
 しかしながら、この方法では、中間体であるヒドロキシラクトン体の反応収率が50%と低く、クロマトグラフィーで精製を行っている。このため歩留りが悪く、手間がかかる。
 ラクトン化合物の製造方法に関して、上記(3)の水素化ホウ素ナトリウムと、テトラヒドロフランおよびアルコール類の混合溶媒との組み合わせは、酸無水物を還元してラクトン化合物を得る際の反応収率に優れている。しかし、この(3)の組み合わせによる酸無水物の還元では、例えば、下式で表されるようなジアルコール体が副生成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 ジアルコール体の副生成については、特許文献5にはなんら記載されていない。ジアルコール体を含むラクトン化合物に、(メタ)アクリル酸等の重合性カルボン酸を付加させ、ラクトン骨格含有(メタ)アクリル酸エステルを合成した場合、ジアルコール体の2つの水酸基と(メタ)アクリル酸のカルボン酸とが反応したジエステル化体が生成する。ジエステル化体を含むラクトン骨格含有(メタ)アクリル酸エステルを原料に用いて高分子化合物を合成すると、ジエステル化体が他のモノマーと共重合することによって高分子化合物の一部が架橋する。このような高分子化合物を含むレジスト材料は、ディフェクト(現像欠陥)を増加させる可能性がある。
 本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、(メタ)アクリル酸エステルの中間体として有用な、不純物が少ないアルコール化合物を高収率で製造する方法、および該方法を用いて、ノルボルネンラクトン骨格を含む(メタ)アクリル酸エステルを製造する方法を提供する。
 本発明は、アルコール体の副生成を抑えつつ、炭素-炭素二重結合を有するラクトン化合物を高収率で製造する方法、および該方法を用いてアルコール化合物を製造する方法を提供する。
 本発明は、不純物の含有量が少ない、ノルボルネンラクトン骨格を含むアルコール化合物を提供する。
 本発明は、不純物の含有量が少ない、ノルボルネンラクトン骨格を含む(メタ)アクリル酸エステル、これを用いた重合体とその製造方法、該重合体を含むレジスト組成物、および該レジスト組成物を用いてパターンが形成された基板を製造する方法を提供する。
 本発明は、ノルボルネンラクトン骨格と(メタ)アクリロイルオキシ基を有する新規化合物およびこれを用いた新規重合体を提供する。
 本発明は以下の<1>~<20>である。
<1>下記一般式(D)で表されるアルコール化合物を製造する方法であって、
 溶媒中で、下記一般式(C)で表される化合物と、ジボランおよびボラン錯体からなる群から選ばれるホウ素化剤とを反応させて反応液を得るハイドロボレーション反応工程と、該反応液を過酸化水素処理した後、酸を加えてpH0.5~4にする酸処理工程を有することを特徴とするアルコール化合物の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
[式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
<2>前記ホウ素化剤として、ボラン-ジメチルスルフィド錯体またはボラン-1,2-ジメトキシエタン錯体を用いる、<1>記載のアルコール化合物の製造方法。
<3>前記酸処理工程後の反応液をpH5~9に調整して再結晶を行って、前記一般式(D)で表されるアルコール化合物を単離する単離工程を有する、<1>または<2>に記載のアルコール化合物の製造方法。
<4>下記式(1)で表される化合物を水素化ホウ素ナトリウムで還元し、下記式(2)で表されるラクトン化合物およびまたは下記式(3)で表されるラクトン化合物を製造する方法において、前記水素化ホウ素ナトリウムの使用量が、下記式(1)で表される化合物に対して0.7~0.95倍モルであることを特徴とするラクトン化合物の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
[式中、R11~R16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基であり;A11およびA12は、ともに水素原子である、もしくは連結して-CH-、-CHCH-、-O-、または-S-を形成する。]
<5>前記式(1)で表される化合物が、下記式(4)で表される化合物であり、前記式(2)で表されるラクトン化合物が、下記式(5)で表されるラクトン化合物であり、前記式(3)で表されるラクトン化合物が、下記式(6)で表されるラクトン化合物である、<4>に記載のラクトン化合物の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
[式中、R11~R16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
<6><4>または<5>に記載のラクトン化合物の製造方法を用いて前記一般式(C)で表される化合物を製造する工程をさらに有する、<1>~<3>のいずれか一項に記載のアルコール化合物の製造方法。
<7><1>~<3>のいずれか一項に記載のアルコール化合物の製造方法により、下記一般式(C)で表される化合物から下記一般式(D)で表されるアルコール化合物を得る工程、および下記一般式(D)で表される化合物からエステル化反応により下記式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステルを得る工程を有する、(メタ)アクリル酸エステルの製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
[式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
<8><4>または<5>に記載のラクトン化合物の製造方法を用いて前記一般式(C)で表される化合物を製造する工程をさらに有する、<7>記載の(メタ)アクリル酸エステルの製造方法。
<9>不純物として下記一般式(ii)で表される化合物の含有量が9質量%未満である、下記一般式(D)で表されるアルコール化合物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
[式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
<10>不純物として下記一般式(iii)で表される化合物の含有量が9質量%未満である、下記一般式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステル。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
[式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。]
<11>下記一般式(A’)で表される(メタ)アクリル酸エステル(A’)であって、高速液体クロマトグラフィーによるクロマトグラムにおいて、保存時に分解してメタクリル酸を発生する分子量308の不純物(X)のピーク面積が、前記(メタ)アクリル酸エステル(A’)のピーク面積に対して0.3%以下である、(メタ)アクリル酸エステル。
<12>下記一般式(A’)で表される(メタ)アクリル酸エステル(A’)であって、(メタ)アクリル酸エステル(A’)に対してメタクリル酸の含有量が0.04倍モル以下であり、かつ高速液体クロマトグラフィーによるクロマトグラムにおいて、保存時に分解してメタクリル酸を発生する分子量308の不純物(X)のピーク面積が、前記(メタ)アクリル酸エステル(A’)のピーク面積に対して0.3%以下である、(メタ)アクリル酸エステル。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
[式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。]
<13>不純物として下記一般式(v)で表される化合物の含有量が9質量%未満である、下記一般式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステル。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
[式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rは水素原子、アクリロイル基、またはメタクリロイル基を表す。]
<14>1種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、<10>~<13>のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル酸エステルを含む、重合体。
<15>2種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、<10>~<13>のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル酸エステルと、それ以外の(メタ)アクリル酸エステルを含む、重合体。
<16><10>~<13>のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体を重合させる工程を有する、重合体の製造方法。
<17><14>または<15>記載の重合体、および活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するレジスト組成物。
<18><17>に記載のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、露光する工程と、露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む、パターンが形成された基板の製造方法。
<19>下記一般式(iii)で表される化合物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
[式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。]
<20><19>に記載の化合物を単量体として用いて得られる重合体。
 本発明によれば、(メタ)アクリル酸エステルの中間体として有用なアルコール化合物を高収率で製造することができ、これを用いてノルボルネンラクトン骨格を含む(メタ)アクリル酸エステルを効率良く製造することができる。
 本発明によれば、ジアルコール体の副生成を抑えつつ、炭素-炭素二重結合を有するラクトン化合物を製造することができる。
 本発明によれば、不純物の含有量が少ない、ノルボルネンラクトン骨格を含むアルコール化合物が得られる。
 本発明によれば、不純物の含有量が少ない、ノルボルネンラクトン骨格を含む(メタ)アクリル酸エステルが得られ、これを用いることにより性能が良好な重合体、レジスト組成物が得られる。該レジスト組成物を用いて、パターンが形成された基板を良好に製造することができる。
 本発明によれば、ノルボルネンラクトン骨格と(メタ)アクリロイルオキシ基を有する新規化合物およびこれを用いた新規重合体が得られる。
実施例で得られた化合物(iii-1)のH-NMRスペクトルである。 実施例で得られた化合物(iii-1)のMSスペクトルである。である。
 以下、本発明を詳細に説明する。
 なお、本明細書においては、「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味する。
 以下において、一般式(A)を単に式(A)ということがある(他の式についても同様である。)。式(A)で表される化合物を化合物(A)ということがある(他の式で表される化合物についても同様である。)。
<アルコール化合物の製造方法(I)>
 一般式(D)で表されるアルコール化合物(D)の製造方法の実施態様を説明する。
 本実施態様のアルコール化合物(D)の製造方法は、溶媒中で、一般式(C)で表されるラクトン化合物(C)とホウ素化剤とを反応させて反応液を得るハイドロボレーション反応工程と、過酸化水素処理工程と、酸処理工程を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
[式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
 式(C)、(D)において、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基が好ましい。一分子中のメチル基およびエチル基の合計数は0~6個のいずれでもよいが、化合物(D)に由来する構成単位を有する重合体をレジスト用樹脂として用いる場合、0~2個が好ましく、0~1個が特に好ましい。Xは酸素原子またはメチレン基が好ましい。
 ラクトン化合物(C)は公知の方法で製造できる。後述のラクトン化合物の製造方法(II)によりラクトン化合物(C)を製造し、これを用いて本態様のハイドロボレーション反応工程を行うことが好ましい。
〔ハイドロボレーション反応工程〕
 ハイドロボレーション反応は、ジボランおよびボラン錯体からなる群から選ばれるホウ素化剤を用いて行われる。好ましいホウ素化剤としては、ジボラン、ボラン-ジメチルスルフィド錯体、ボラン-1,2-ジメトキシエタン錯体(以下、ボラン-DME錯体と示す)、ボラン-THF錯体、ボラン-テトラヒドロピラン錯体等が挙げられる。これらの中でも、反応速度や副生成物抑制の観点から、ボラン-ジメチルスルフィド錯体、ボラン-DME錯体が好ましい。
 ホウ素化剤の使用量は、ハイドロボレーション反応を完結させるためには、ホウ素原子換算で、ラクトン化合物(C)に対して0.5モル当量以上用いることが好ましく、副生成物抑制のためにはラクトン化合物(C)に対して2.0モル当量以下であることが好ましい。
 ホウ素化剤は、あらかじめ合成したものを単離して用いてもよいし、系中で発生させたものを用いてもよい。ホウ素化剤を系中で発生させる方法は公知であり、例えば、ボラン錯体を発生させる方法としては、水素化ホウ素ナトリウムと0.5倍モルの濃硫酸またはジメチル硫酸を、錯体形成させたい溶媒の存在下で反応させる方法が挙げられる。
 本工程のハイドロボレーション反応を行う方法としては、ラクトン化合物(C)をあらかじめ溶媒に溶解させた溶液に、単離したホウ素化剤を滴下する方法、または系中で発生させたホウ素化剤を滴下する方法;単離または系中で発生させたホウ素化剤にラクトン化合物(C)をあらかじめ溶媒に溶解させた溶液を滴下する方法;または、ボラン錯体を形成させたい溶媒(DMEなど)にラクトン化合物(C)および水素化ホウ素ナトリウムを加えておき、硫酸またはジメチル硫酸を滴下する方法等が挙げられる。
 ラクトン化合物(C)をあらかじめ溶解させる溶媒は、ホウ素化剤と反応しないものであれば特に限定されないが、ラクトン化合物(C)の溶解性や取り扱いの容易さから、DME、テトラヒドロフラン(以下、THFと示す)が好ましい。
 上記いずれの方法で行う場合においても、滴下の際に発熱するが、反応を暴走させないためには、滴下の際の被滴下反応液の温度を40℃以下、好ましくは-10~30℃に保つような速度で滴下することが好ましい。
〔過酸化水素処理工程〕
 ハイドロボレーション反応終了後の反応液には、ラクトン化合物(C)のヒドロホウ素化物が含まれる。該ヒドロホウ素化物を過酸化水素処理することにより、アルコール化合物(D)を得ることができる。
 過酸化水素処理は、ヒドロホウ素化物からアルコールを得る方法として公知の方法により実施でき、具合的には、ハイドロボレーション反応終了後の反応液に水を添加した後、塩基存在下で過酸化水素処理する方法が挙げられる。
〔酸処理工程〕
 また、ハイドロボレーション反応においては、式(i)で表される化合物が副生成し、その一部は式(ii)で表される化合物となっている。
 本工程では、ハイドロボレーション反応終了後に、酸化処理を行うことによって、式(i)で表される化合物からアルコール化合物(D)を得る。具体的には、ハイドロボレーション反応終了後の反応液に対して、上記過酸化水素処理を行った後、酸を加えてpH0.5~4にする。処理速度の点から、pHは3以下に調整することが好ましく、2以下に調整することがより好ましい。処理後の中和時の塩基使用量の点から、pHは0.8以上に調整することが好ましく、1以上に調整することがより好ましい。
 本工程において反応液に添加する酸としては、例えば、鉱酸(塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等)、酸性イオン交換樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。取り扱いやすさ等の点から硫酸が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 式(i)、(ii)におけるA~AおよびXは、好ましい態様も含めて式(D)におけるA~AおよびXとそれぞれ同様である。
〔単離工程〕
 酸化処理後の反応液からのアルコール化合物(D)の取り出し方法については、特に限定されないが、アルコール化合物(D)の水への溶解性が高いことから、反応に使用した溶媒を留去した後、有機溶媒を添加して、副生成した硫酸ナトリウムを析出させ、ろ過した後に有機溶媒を再度留去することが好ましい。
 この際に使用する有機溶媒としては、例えばアセトン、メタノール、エタノール、アセトニトリル等が挙げられる。後述する工程(3)のエステル化反応に水分が影響することがあるため、水との共沸能が高く、アルコール化合物(D)から除去しやすい点で、エタノールが好ましい。
 工程(3)に供するアルコール化合物(D)の水分量は、5000ppm以下とすることが好ましく、2000ppm以下とすることがより好ましい。該水分量は、共沸させる有機溶媒の量や共沸回数により調整できる。共沸させる有機溶媒の量や共沸回数は特に限定されず、適宜選択すれば良い。また、該水分量は、カールフィッシャー水分計により測定できる。
 単離工程の好ましい態様においては、前記酸処理工程後の反応液をpH5~9に調整して再結晶を行って、アルコール化合物(D)を単離する。該pHの値は6~8がより好ましい。pHを上記範囲に調整する方法は、例えばアンモニアやアンモニア水、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩などによる中和があげられる。精製時の収率の点からアンモニアやアンモニア水による中和がより好ましい。
<アルコール化合物>
 本実施態様によれば、ハイドロボレーション反応の後に酸処理工程を行うことにより、不純物の含有量が低いアルコール化合物(D)を得ることができる。
 本明細書において、アルコール化合物(D)中の不純物の含有量は、アルコール化合物(D)の純度90質量%以上の乾燥粉体中における含有量である。
 具体的には、化合物(ii)の含有量が9質量%未満、好ましくは6質量%以下であるアルコール化合物(D)が得られる。該アルコール化合物(D)は、化合物(i)を実質的に含まないことが好ましい。
 該アルコール化合物中の不純物の含有量は、紫外検出器(UV検出器)を用いた高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により求めることができる。本明細書において「実質的に含まない」とは検出限界以下であることを意味する。紫外検出器(UV検出器)を用いた液体クロマトグラフィーにおける検出限界は、通常0.01質量%以下である。
 このような、不純物が極めて少ないアルコール化合物は、特にレジスト用重合体を合成するための原料として好適である。
 なお、化合物(D)、化合物(i)、(ii)には異性体が存在し得るが、本明細書において、これらの含有量は、各異性体の含有量の合計値とする。
<ラクトン化合物の製造方法(II)>
 下式(2)または(3)で表されるラクトン化合物を製造する方法の実施態様を説明する。
 本実施態様のラクトン化合物の製造方法は、式(1)で表される化合物を水素化ホウ素ナトリウムで還元し、式(2)で表されるラクトン化合物および式(3)で表されるラクトン化合物の一方または両方を製造する方法である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式中、R11~R16は、それぞれ水素原子、メチル基またはエチル基であり;A11およびA12は、ともに水素原子である、もしくは連結して-CH-、-CHCH-、-O-、または-S-を形成する。)
 具体的には、下記の工程(a)~工程(c)を有する。
 (a)下記式(1)で表される化合物を水素化ホウ素ナトリウムで還元し、下記式(7)で表される化合物およびまたは下記式(8)で表される化合物を得る工程(還元工程)。
 (b)前記工程(a)で得られた反応液にpH調整剤を加えることによって、未反応の水素化ホウ素ナトリウムを分解して反応を停止するとともに、下記式(2)で表されるラクトン化合物およびまたは下記式(3)で表されるラクトン化合物を得る工程(pH調整工程)。すなわち該pH調整工程によって、(7)で表される化合物または下記式(8)で表される化合物の閉環反応を行う。
 (c)必要に応じて、前記工程(b)で得られた反応液からのラクトン化合物の抽出、水洗浄等の処理を行う工程(精製工程)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
〔工程(a)〕
(式(1)で表される化合物)
 式(1)で表される化合物としては、例えば、下記の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 式(1)で表される化合物としては、良好な反応収率で反応が進行する点から、式(4)で表される化合物が好ましい。
 式(4)において、R11~R16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基を表す。Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、酸素原子またはメチレン基が好ましい。
 式(4)で表される化合物としては、例えば、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物、2-メチル-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物、4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオン等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
  式(1)で表される化合物は、1,3-ジエンと無水マレイン酸とのディールス・アルダー付加反応で合成することができる。
 1,3-ジエンとしては、1,3-ブタジエン、シクロペンタジエン、1-メチルシクロペンタジエン、1,3-ジメチルシクロペンタジエン、1-エチルシクロペンタジエン、1-エチル-3-メチルシクロペンタジエン、1,3-ジエチルシクロペンタジエン、1,3-シクロヘキサジエン、1-メチル-1,3-シクロヘキサジエン、1,3-ジメチル-1,3-シクロヘキサジエン、1-エチル-1,3-シクロヘキサジエン、1-エチル-3-メチル-1,3-シクロヘキサジエン、1,3-ジエチル-1,3-シクロヘキサジエン、フラン、1-メチルフラン、1,3-ジメチルフラン、1-エチルフラン、1-エチル-3-メチルフラン、1,3-ジエチルフラン等が挙げられる。1,3-ジエンは、目的生成物に応じて適宜決めればよい。また、式(1)で表される化合物としては、市販品を用いてもよい。
(水素化ホウ素ナトリウム)
 水素化ホウ素ナトリウムとしては、市販の試薬を用いることができる。水素化ホウ素ナトリウムの使用量は、転化率向上(反応収率向上)の点から、式(1)で表される化合物の1モルに対して0.7モル以上であり、0.8モル以上が好ましい。水素化ホウ素ナトリウムの使用量は、ジアルコール体の副生成を抑制する点から、式(1)で表される化合物の1モルに対して0.95モル以下であり、0.9モル以下が好ましい。
(溶媒)
 式(1)で表される化合物の水素化ホウ素ナトリウムによる還元は、通常、溶媒中で行われる。
 本態様において、溶媒としては、例えば、アルコール類(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール等)、エーテル類(ジエチルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等)、エステル類(酢酸エチル、γ-ブチロラクトン等)、ニトリル類(アセトニトリル等)、アミド類(N,N―ジメチルホルムアミド、N,N―ジメチルアセトアミド等)、炭化水素類(トルエン、キシレン、ヘキサン等)等が挙げられる。溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 溶媒としては、反応速度が速く、水素化ホウ素ナトリウムおよび式(1)で表される化合物の溶解性が高く、ジアルコール体の副生成を抑制する点から、テトラヒドロフラン、メタノール、N,N―ジメチルホルムアミド、N,N―ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフランとアルコール類との混合溶媒、ジメトキシエタンとアルコール類の混合溶媒が好ましく、高い反応収率で目的のラクトン化合物が得られる点や、ジアルコール体の副生成を十分に抑制する点から、テトラヒドロフランとメタノールとの混合溶媒、ジメトキシエタンとアルコール類の混合溶媒が特に好ましい。
 混合溶媒の使用量は、アルコール類の種類に応じて適宜決定されるが、通常は、反応速度の点から、水素化ホウ素ナトリウムの1モルに対して0.1モル以上が好ましく、0.5モル以上がより好ましい。混合溶媒の使用量は、水素化ホウ素ナトリウムの安定性の点から、水素化ホウ素ナトリウムの1モルに対して20モル以下が好ましく、10モル以下がより好ましい。
 溶媒の使用量は、反応速度の点から、式(1)で表される化合物の1質量部に対して100質量部以下が好ましく、33質量部以下がより好ましく、20質量部以下がさらに好ましい。溶媒の使用量は、反応液の粘性悪化の抑制の点から、式(1)で表される化合物の1質量部に対して0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましく、1.5質量部以上がさらに好ましい。
(還元反応)
 工程(a)における還元反応は、例えば、反応器に水素化ホウ素ナトリウムおよび溶媒を仕込み、これに溶媒に溶解した式(1)で表される化合物を連続的または間欠的に滴下することによって進行させることができる。また、反応器に式(1)で表される化合物および溶媒を仕込み、これに水素化ホウ素ナトリウムまたはその懸濁液を連続的または間欠的に滴下することによっても進行させることができる。
 なお、溶媒を2種以上併用して用いる場合、各々の溶媒は別途滴下してもよく、混合して加えてもよい。
(反応条件)
 最適な反応温度は、原料溶液の滴下速度や濃度によって変化するが、反応温度は、通常は、反応速度の点から、-50℃以上が好ましく、-40℃以上がより好ましく、-30℃以上がさらに好ましい。反応温度は、副反応防止の点から、100℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、40℃以下がさらに好ましい。
 滴下時間は、温度制御の容易さの点から、0.1時間以上が好ましく、0.2時間以上がより好ましく、0.5時間以上がさらに好ましい。滴下時間は、反応液の粘性悪化の抑制の点から、30時間以下が好ましく、20時間以下がより好ましく、10時間以下がさらに好ましい。該滴下時間は、0.1~30時間が好ましく、0.2~20時間がより好ましく、0.5~10時間がさらに好ましい。
 必要に応じて、滴下終了後に20時間以内の熟成時間を設けることもできる。
 反応は、水分の混入を可能な限り避けながら行う。そのためには、反応器および原料溶液の受器を不活性ガス雰囲気としておくことが好ましい。不活性ガスとしては、反応の円滑な進行を阻害しないものであればよく、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられる。
〔工程(b)〕
(pH調整剤)
 pH調整剤としては、少なくとも酸が用いられる。酸としては、例えば、鉱酸(塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等)、酸性イオン交換樹脂等が挙げられる。pH調整剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。pH調整剤としては、大量合成の取り扱いやすさ等の点から、硫酸が好ましい。
 pH調整剤を水と混合して滴下する場合、混合物中のpH調整剤の濃度(質量百分率)は、分子内環化反応が効率よく進行する点から、0.1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。pH調整剤の濃度(質量百分率)は、発泡防止の点から、70質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましい。
 該pH調整剤の濃度は0.1~70質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましい。
(pH調整剤の添加)
 工程(b)においては、工程(a)で得られた反応液にpH調整剤および水を添加し、該反応液の水相を酸性にすることで還元反応を停止する。pH調整剤の使用量は、pH調整剤添加後の水相のpH(20℃におけるpH)に応じて適宜調節する。該pHは、ラクトン化合物の加水分解体生成抑制の点から、4.0以下が好ましく、3.0以下がより好ましく、2.0以下がさらに好ましい。また、該pHは、0.1以上とする。これにより、式(2)で表されるラクトン化合物およびまたは式(3)で表されるラクトン化合物が得られる。該pHは、効率的な酸の除去を行う点から、1.0以上が好ましい。
 該pH調整剤添加後の水相のpHは、0.1~4.0が好ましく、1.0~3.0がより好ましく、1.0~2.0がさらに好ましい。
 pH調整剤の添加終了後、必要に応じて、0.01時間以上50時間以内の保持時間を設けることが好ましい。これにより、分子内環化反応をより効率よく進行させることができる。該保持時間は、0.1~40時間がより好ましい。
(ラクトン化合物)
 式(2)で表されるラクトン化合物または式(3)で表されるラクトン化合物としては、例えば、下記の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 式(2)で表されるラクトン化合物としては、収率がよい点から、式(5)で表されるラクトン化合物が好ましい。式(3)で表されるラクトン化合物としては、収率がよい点から、式(6)で表されるラクトン化合物が好ましい。
 式(5)において、R11~R16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
〔工程(c)〕
 ラクトン化合物の抽出は、該ラクトン化合物を溶解する有機溶媒を用いて実施できる。
 抽出に用いる有機溶媒としては、エーテル類(ジメチルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等)、ケトン類(メチル-n-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、メチルイソブチルケトン等)、芳香族炭化水素類(トルエン、キシレン等)、エステル類(酢酸エチル等)等が挙げられる。有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 有機溶媒の使用量は、特に限定されないが、抽出効率の点から、ラクトン化合物に対して0.05倍量以上20倍以下が好ましい。
 抽出は、複数回実施してもよい。
 反応液または抽出液を水で洗浄すると、pH調整剤として用いた酸等を低減できる。
 反応液または抽出液を得た後、蒸留、再結晶、クロマトグラフィ等の方法により目的のラクトン化合物を精製してもよい。純度が高い場合は必ずしも精製する必要はなく、例えば、抽出液を濃縮することによって目的のラクトン化合物を得てもよい。
〔作用効果〕
 以上説明した本態様のラクトン化合物の製造方法にあっては、水素化ホウ素ナトリウムの使用量を式(1)で表される化合物に対して0.7~0.95倍モルとしたことにより、ジアルコール体の副生成を抑えつつ、炭素-炭素二重結合を有するラクトン化合物を高収率で製造できる。具体的には、本発明のラクトン化合物の製造方法によれば、ジアルコール体の副生成を1質量%未満に抑制できる。
 このようなジアルコール体の副生成が抑えられた、炭素-炭素二重結合を有するラクトン化合物に、(メタ)アクリル酸等の重合性カルボン酸を付加させ、ラクトン骨格含有(メタ)アクリル酸エステルを合成した場合、ジエステル化体の副生成が抑制され、ラクトン骨格含有(メタ)アクリル酸エステルを高収率で製造することが可能となる。そして、ジエステル化体が他のモノマーと共重合し、高分子化合物の一部が架橋することによって起こるディフェクト(現像欠陥)が大幅に低減されたレジスト材料を得ることが可能になる。
 本実施態様の製造方法で得られた、炭素-炭素二重結合を有するラクトン化合物は、レジスト材料に用いられる高分子化合物の原料であるラクトン骨格含有(メタ)アクリル酸エステルの原料として有用である。
(ジアルコール体)
 本発明のラクトン化合物の製造方法において、副生成が抑制されるジアルコール体は、下記式(9)で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 式中、R11~R16、A11およびA12は、式(1)と同様である。
 式(9)で表される化合物としては、例えば、下記の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
<(メタ)アクリル酸エステルの製造方法>
 (メタ)アクリル酸エステル(A)の製造方法の実施態様を説明する。
 本実施態様の製造方法は、下記一般式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステルの製造方法であって、下記工程(1)~(3)を含む。
 工程(1):下記一般式(B)で表される化合物(酸無水物化合物(B)ということもある。)から還元反応により下記一般式(C)で表される化合物(ラクトン化合物(C)ということもある。)を得る工程。
 工程(2):ラクトン化合物(C)からハイドロボレーション反応により下記一般式(D)で表される化合物(アルコール化合物(D)ということもある。)を得る工程。
 工程(3):アルコール化合物(D)からエステル化反応により式(A)で表される化合物(A)を得る工程。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
[式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
 式(A)~(D)において、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子またはメチル基が好ましい。一分子中のメチル基およびエチル基の合計数は0~6個のいずれでもよいが、化合物(D)に由来する構成単位を有する重合体をレジスト用樹脂として用いる場合、0~2個が好ましく、0~1個が特に好ましい。Xは酸素原子またはメチレン基が好ましい。
[工程(1)(還元工程)]
 工程(1)は、酸無水物化合物(B)から還元反応によりラクトン化合物(C)を得る工程である。
 本工程は前述のラクトン化合物の製造方法(II)で行うことが好ましい。なお、式(B)は、式(1)においてA11とA12とが連結している場合に該当する。
 または以下のラクトン化合物の製造方法(III)でも行うことができる。
〔ラクトン化合物の製造方法(III)〕
 酸無水物化合物(B)は、例えば無水マレイン酸と、フラン等の1,3-ジエンとのDiels-Alder反応などの公知の方法で容易に合成可能である。また、市販品を使用することもできる。1,3-ジエンは前記ラクトン化合物の製造方法(II)と同様である。
 還元反応は、還元剤を用いて行われる。本工程に使用する還元剤としては、金属水素化物、金属水素錯化合物等が挙げられる。これらの化合物としては、特に限定するものではないが、例えばボラン・ジメチルスルフィド、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素亜鉛、水素化トリ-s-ブチルホウ素リチウム、水素化トリ-s-ブチルホウ素カリウム、水素化トリエチルホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化トリ-t-ブトキシアルミニウムリチウム、水素化ビス(メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム等が挙げられる。これらの中でも、副反応の抑制および取り扱いの容易さから、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。
 還元剤の使用量としては、反応を完結させるためには、酸無水物化合物(B)に対して0.5モル当量以上が好ましく、副反応を抑制するためには、酸無水物化合物(B)に対して1.5モル当量以下であることが好ましい。0.7~0.95モル当量がより好ましい。
 還元反応は通常、溶媒の存在下で実施する。還元反応に用いられる溶媒としては、非プロトン性極性溶媒が好ましい。非プロトン性極性溶媒としては、例えばメタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、γ-ブチロラクトン等のエステル系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチルピロリドン等のアミド系溶媒、トルエン、ヘキサン等の炭化水素系溶媒、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらは1種を用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
 非プロトン性極性溶媒として、酸無水物化合物(B)の還元反応が速やかに進行する点で、DMF、DMAcから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、DMAcを含むことが特に好ましい。
 酸無水物化合物(B)の還元反応により、下記一般式(E)で表される化合物(ラクトン化合物(C)のラクトン環が開環した化合物。以下、化合物(E)と示す)が得られる。したがって、ラクトン化合物(C)を得るためには、酸で閉環反応させる必要がある。
 つまり、工程(1)においては、酸無水物化合物(B)の還元反応と、その反応生成物(化合物(E))に対する酸を用いた閉環反応を行うことでラクトン化合物(C)を得ることができる。
 閉環反応に用いられる酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸等が挙げられる。また、酸性イオン交換樹脂を用いることもできる。
 この際、収率よく閉環させるためには、酸添加後の反応溶液の20℃におけるpHは2.0以下であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
[式中、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
 このようにして得られた反応溶液から、ラクトン化合物(C)を取り出すためには、通常、有機溶媒による抽出を行う。この際に使用される有機溶媒は、水と分離可能であって、ラクトン化合物(C)を溶解するものであれば特に限定されないが、例えばメチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロヘキサノン、t-ブチルメチルエーテル(MTBE)等が挙げられる。
 ラクトン化合物(C)は、抽出に使用した溶媒を留去したものをそのまま次の工程に用いてもよく、精製してから次の工程に用いてもよい。精製方法は特に限定されず、カラムクロマトグラフィー、晶析、蒸留等の通常の精製方法から適宜選択すればよい。
[工程(2)(ハイドロボレーション工程)]
 工程(2)は、ラクトン化合物(C)からハイドロボレーション反応によりアルコール化合物(D)を得る工程である。
 本工程は、上述のアルコール化合物の製造方法(I)により行う。
[工程(3)(エステル化工程)]
 エステル化工程は、工程(2)で得られたアルコール化合物(D)からエステル化反応により化合物(A)を得る工程である。
 エステル化反応の方法は、通常行われる公知のエステル化反応であれば問題なく進行し、特に限定されないが、例えば酸触媒または縮合剤の存在下で(メタ)アクリル酸とアルコール化合物(D)を反応させる方法、塩基存在下で(メタ)アクリル酸ハロゲン化物または(メタ)アクリル酸無水物とアルコール化合物(D)を反応させる方法、金属触媒存在下で(メタ)アクリル酸の低級アルキルエステルとアルコール化合物(D)を反応させエステル交換する方法等が挙げられる。
 収率の点から、塩基存在下で(メタ)アクリル酸ハロゲン化物または(メタ)アクリル酸無水物とアルコール化合物(D)を反応させる方法、金属触媒存在下で(メタ)アクリル酸の低級アルキルエステルとアルコール化合物(D)を反応させエステル交換する方法が好ましく、着色が少ない点及び不純物の生成量が少ない点から、(メタ)アクリル酸無水物とアルコール化合物(D)を反応させる方法がより好ましい。
 得られた化合物(A)は、適宜精製して用いてもよい。精製の方法としては特に限定されないが、カラムクロマトグラフィー、晶析等が挙げられる。
 好適な態様において、エステル化反応後の反応液を、非極性溶媒に溶解し、アルカリ水溶液および/または水で洗浄した後、再結晶を行うことが好ましい。
 再結晶の後、さらに極性の低い溶媒を添加すると、収量の増加の点で好ましい。
 例えば、再結晶を行う際の非極性溶媒として、トルエンを用い、その後のさらに極性の低い溶媒としてヘキサンまたはヘプタンを用いることが好ましい。
<(メタ)アクリル酸エステル>
 本実施態様によれば、工程(3)において、工程(2)で得られたアルコール化合物(D)から化合物(A)を製造することにより、不純物の含有量が低い(メタ)アクリル酸エステル(A)を得ることができる。
 具体的には、式(iii)で表される化合物の含有量が9質量%未満、好ましくは6質量%以下である(メタ)アクリル酸エステル(A)が得られる。
 本明細書において、(メタ)アクリル酸エステル(A)中の式(iii)の含有量は、式(iii)を除いた(メタ)アクリル酸エステル(A)を100質量%としたときの含有割合である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
[式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。]
 式(iii)におけるA~AおよびXは、好ましい態様も含めて式(A)におけるA~AおよびXとそれぞれ同様である。
 (メタ)アクリル酸エステル中の化合物(iii)の含有量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により求めることができる。
 なお化合物(iii)には異性体が存在し得るが、本明細書において、(メタ)アクリル酸エステル中の不純物としての化合物(iii)の含有量は、これら異性体の含有量の合計値とする。
 化合物(iii)は、化合物(ii)に由来すると考えられる。したがって、不純物である化合物(ii)の含有量が少ないアルコール化合物を用いて(メタ)アクリル酸エステルを製造することによって、不純物としての化合物(iii)の含有量が少ない(メタ)アクリル酸エステルを得ることができる。
 式(iii)で表される化合物は、3官能であるため、重合体を製造する際に架橋を生じる。かかる架橋が多く生じると設計通りの分子量分布が得られなくなる。
 後述の実験例に示されるように、単量体の一部として(メタ)アクリル酸エステル(A)を用いて得られる重合体において、(メタ)アクリル酸エステル(A)に対して化合物(iii)の含有量が9質量%以上になると、重合体の平均分子量が顕著に増大する。すなわち、不純物としての化合物(iii)の含有量を(メタ)アクリル酸エステル(A)に対して9質量%未満とすることによって、重合体製造における不純物による影響を良好に低減させることができる。
 また、本実施態様によれば、式(A’)で表される(メタ)アクリル酸エステル(A’)であって、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によるクロマトグラムにおいて、保存時に分解してメタクリル酸を発生する分子量308の不純物(X)のピーク面積が、目的物である(メタ)アクリル酸エステル(A’)のピーク面積に対して0.3%以下、好ましくは0.2%以下である、(メタ)アクリル酸エステル(A’)が得られる。
 式(A’)におけるRは、式(A)におけるRと同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 上記不純物(X)は、以下のHPLC条件において、16.8分付近に検出される化合物である。
 カラム:Zorbax XDB-C18 3.5μm、2.1mm×150 mm(アジレント・テクノロジー株式会社製)。
 移動相:水/アセトニトリル グラジエント 90/10→0/100(30分)。
 検出器:UV(210nm)。
 HPLCクロマトグラムにおけるピーク面積は含有量と相関する。
 「保存時に分解してメタクリル酸を発生する」とは、(メタ)アクリル酸エステル(A’)を、例えば-100℃以上、分解温度以下の温度範囲、好ましくは-20~10℃で保存して、HPLCにより分子量308の不純物(X)とメタクリル酸の含有量の経時変化を測定した場合に、不純物(X)の含有量が経時的に減少し、かつメタクリル酸の含有量が経時的に増加することを意味する。
 かかる不純物(X)は、下記式(iv)で表される化合物であると推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
 かかる不純物(X)が含まれている(メタ)アクリル酸エステル(A’)は、これを単量体として用いて得られる重合体が、不純物としてメタクリル酸を含む重合体となりやすい。特に化学増幅型のレジスト用重合体にあっては、メタクリル酸が含まれていると、レジストとしての性能低下の一因となりやすい。
 (メタ)アクリル酸エステル(A’)中の、不純物(X)の含有量を低減することにより、性能に優れた(メタ)アクリル酸エステル(A’)が得られる。
 また、本実施態様によれば、式(A’)で表される(メタ)アクリル酸エステル(A’)であって、(メタ)アクリル酸エステル(A’)に対してメタクリル酸の含有量が0.04倍モル以下であり、かつ高速液体クロマトグラフィーによるクロマトグラムにおいて、保存時に分解してメタクリル酸を発生する分子量308の不純物(X)のピーク面積が、前記(メタ)アクリル酸エステル(A’)のピーク面積に対して0.3%以下、好ましくは0.2%以下である、(メタ)アクリル酸エステルが得られる。
 (メタ)アクリル酸エステル(A’)中の、不純物(X)とメタクリル酸の含有量の合計量を低減することにより、性能に優れた(メタ)アクリル酸エステル(A’)が得られる。
 また、本実施態様によれば、不純物として式(v)で表される化合物の含有量が9質量%未満、好ましくは6質量%以下である、(メタ)アクリル酸エステル(A)が得られる。
 本明細書において、(メタ)アクリル酸エステル(A)中の化合物(v)の含有量は、(メタ)アクリル酸エステル(A)の純度90質量%以上の乾燥粉体中における含有量である。
 式(v)において、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rは水素原子、アクリロイル基、またはメタクリロイル基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
 式(v)で表される化合物の含有量は、式(ii)で表される化合物と、式(iii)で表される化合物の合計量である。
 (メタ)アクリル酸エステル中の化合物(ii)または化合物(iii)の含有量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により求めることができる。
 なお化合物(v)には異性体が存在し得るが、本明細書において、(メタ)アクリル酸エステル中の不純物としての化合物(v)の含有量は、これら異性体の含有量の合計値とする。
 (メタ)アクリル酸エステル中の、式(v)で表される化合物の含有量を低減することにより、性能に優れた(メタ)アクリル酸エステルが得られる。
<重合体(P)>
 重合体(P)の実施態様を説明する。
 本実施態様の重合体(P)は、1種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、上記不純物の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A)または(A’)の1種以上を含む。
 該不純物の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A)または(A’)とは、上記化合物(iii)の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A)、上記不純物(X)の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A’)、上記不純物(X)とメタクリル酸の合計の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A’)、または化合物(v)の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A)である。
 重合体(P)は、単独重合体でもよく、共重合体でもよい。共重合体は、ランダム共重合体であっても、交互共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。
 共重合体である場合、2種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、上記不純物の含有量が特定の量以下である(メタ)アクリル酸エステル(A)または(A’)の1種以上を含むことが好ましい。
 本実施態様の重合体(P)は、例えば、レジスト組成物用、特に化学増幅型レジスト組成物用に好適である。以下、重合体(P)が化学増幅型レジスト組成物用の共重合体である場合について説明する。
 化学増幅型レジスト組成物用樹脂には、酸によりアルカリ水溶液に可溶となる性質と、ドライエッチング耐性とが要求される。上記式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位を有する重合体は、酸によりアルカリ水溶液に可溶となる性質と高いドライエッチング耐性とを有し、さらには優れた有機溶媒に対する溶解性をも有する。また、このような重合体に、酸の作用で脱離しやすい官能基を有する構造や、環状炭化水素基等の高いドライエッチング耐性を有する構造を導入してもよい。
 酸の作用で脱離しやすい官能基を有する構造としては、例えば、アセチル基、t-ブチル基、テトラヒドロピラニル基、メチルアダマンチル基、エチルアダマンチル基等によりヒドロキシ基やカルボキシ基を保護した構造が挙げられる。
 酸の作用で脱離しやすい官能基を有する構造、または、高いドライエッチング耐性を有する構造を導入するためには、上記式(A)で示される単量体と、このような構造を有する単量体とを共重合すればよい。
 このような構造を有する単量体としては、例えば、これまで化学増幅型レジスト組成物用樹脂の原料単量体として知られているものが使用可能である。本実施態様の重合体(P)に用いる原料単量体は、リソグラフィーに使用される光源によって任意に選択される。
 例えば、KrFエキシマレーザーや電子線を光源とする場合は、その高いエッチング耐性を考慮して、上記式(A)で示される単量体とp-ヒドロキシスチレンあるいはその誘導体とを共重合した重合体(P)が好適に用いられる。この場合、重合体(P)の全構成単位に対する、上記式(A)で示される単量体に由来する構成単位の比率は、1~50モル%が好ましく、1~25モル%がより好ましい。
 ArFエキシマレーザーを光源とする場合は、上記式(A)で示される単量体と環状炭化水素基を有する単量体とを共重合した重合体(P)が好適である。環状炭化水素基を有する単量体を共重合することにより、高い光線透過率、高いエッチング耐性が得られやすい。
 この場合、重合体(P)中の上記式(A)で示される単量体に由来する構成単位の比率は、1~50モル%が好ましく、1~25モル%がより好ましい。
 中でも、上記式(A)で示される単量体と環状炭化水素基を有する単量体と親水性官能基を有する単量体とを共重合して得られるアクリル系共重合体、上記式(1)で示される単量体と環状炭化水素基を有する単量体と無水マレイン酸とを共重合して得られるアクリル系共重合体、または、上記式(A)で示される単量体と環状炭化水素基を有する単量体とγ-ブチロラクトン構造等のラクトン構造を有する単量体とを共重合して得られるアクリル系共重合体が好適である。環状炭化水素基を有する単量体と親水性官能基を有する単量体とを共重合して得られるアクリル系共重合体、環状炭化水素基を有する単量体と無水マレイン酸とを共重合して得られるアクリル系共重合体、または、環状炭化水素基を有する単量体とラクトン構造を有する単量体とを共重合して得られるアクリル系共重合体は、ArFエキシマレーザーリソグラフィー用樹脂として好適であることが知られている。このような重合体に上記式(A)で示される単量体単位を導入することにより、ドライエッチング耐性が向上し、ドライエッチング後のレジスト表面荒れの少ない、優れたレジストパターンが得られる。
 環状炭化水素基を有する単量体単位は、これを含む重合体に高いドライエッチング耐性を付与するものである。特に、酸により脱離する保護基(環状炭化水素基が直接保護基になっていてもよい。)を含有するものは、波長193nmのArFエキシマレーザーを用いたフォトリソグラフィーにおける高い感度も付与することができる。環状炭化水素基を有する単量体単位は、必要に応じて、1種としても、2種以上としてもよい。
 環状炭化水素基を有する単量体単位としては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、および、これらの単量体の環状炭化水素基上にアルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基等の置換基を有する誘導体が好ましい。
 親水性官能基を有する単量体単位は、これを含む重合体に基板に対する密着性を付与するものである。特に、酸により脱離する保護基を含有するものは、波長193nmのArFエキシマレーザーを用いたフォトリソグラフィーにおける高い感度も付与することができる。親水性官能基としては、例えば、カルボキシ基、ヒドロキシ基、シアノ基、メトキシ基、アミノ基、アルキル置換エーテル基(好ましくは炭素数4以下のアルキル置換エーテル基)、δ-バレロラクトニル基、γ-ブチロラクトニル基等を挙げることができる。なお、上記の親水性官能基には、通常、疎水性に含まれるものもあるが、リソグラフィー工程において必要な親水性が得られればよいので、上記のものが含まれる。親水性官能基を有する単量体単位は、必要に応じて、1種としても、2種以上としてもよい。
 親水性官能基を有する単量体単位としては、(メタ)アクリル酸、末端ヒドロキシ基を有する(メタ)アクリレート、アルキル置換エーテル基を有する(メタ)アクリレート、δ-バレロラクトニル基を有する(メタ)アクリレート、γ-ブチロラクトニル基を有する(メタ)アクリレート、および、(メタ)アクリル酸を除くこれらの単量体の親水性官能基上にアルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基等の置換基を有する誘導体が好ましい。
 ラクトン構造を有する単量体単位は、これを含む重合体に高いドライエッチング耐性、および、基板に対する密着性を付与するものである。ラクトン構造を有する単量体単位は、必要に応じて、1種としても、2種以上としてもよい。
 ラクトン構造を有する単量体単位としては、4~8員環のα-メチレンラクトン、および、そのラクトン環炭素上にアルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基等の置換基を有する誘導体が好ましい。
 化学増幅型レジスト組成物用樹脂として、化合物(A)に由来する構成単位1~60モル%と、環状炭化水素基を有する単量体に由来する構成単位1~60モル%と、親水性官能基を有する単量体に由来する構成単位1~60モル%、ラクトン構造を有する構成単位1~60モル%からなるアクリル系共重合体が好ましい。
 化学増幅型レジスト組成物用樹脂として用いる重合体(P)の場合、重合体(P)の質量平均分子量は特に限定されないが、1,000~100,000が好ましく、3,000~30,000がより好ましい。質量平均分子量が大きいほどドライエッチング耐性が向上してレジスト形状がよくなる傾向があり、また、質量平均分子量が小さいほどレジスト溶液に対する溶解性が向上して解像度が向上する傾向がある。
<重合体(P)の製造方法>
 本実施態様の重合体(P)は公知の重合法により製造することができるが、簡便に製造できるという点で、あらかじめ単量体および重合開始剤を有機溶剤に溶解させた単量体溶液を一定温度に保持した有機溶剤中に滴下する、いわゆる滴下重合法により製造することが好ましい。
 滴下重合法に用いられる有機溶剤としては特に限定されないが、単量体および得られる共重合体のいずれも溶解できる溶剤が好ましく、例えば、1,4-ジオキサン、イソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン、乳酸エチル等が挙げられる。なお、有機溶剤の使用量は特に限定されず、適宜決めればよい。
 滴下重合法に用いられる重合開始剤としては特に限定されないが、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物等が挙げられる。また、n-ブチルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン等のメルカプタン類を連鎖移動剤として用いてもよい。なお、重合開始剤および連鎖移動剤の使用量は特に限定されず、適宜決めればよい。
 滴下重合法における重合温度は特に限定はされないが、通常、50~150℃の範囲であることが好ましい。滴下時間は特に限定されないが、通常、6時間以上であることが好ましい。また、さらに滴下終了後1~3時間程度その温度を保持し、重合を完結させることが好ましい。
 滴下重合法によって製造された重合体溶液は、必要に応じてテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等の良溶媒で適当な溶液粘度に希釈した後、ヘプタン、メタノール、水等の多量の貧溶媒中に滴下して重合体を析出させる。その後、その析出物を濾別し、十分に乾燥して本実施態様の重合体(P)を得る。
 重合溶液を多量の貧溶媒中に滴下して重合体を析出させる工程は再沈殿と呼ばれ、重合溶液中に残存する未反応の単量体や重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物等は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるため、できれば取り除くことが好ましい。この再沈殿工程は、場合により不要となることもある。
<レジスト組成物>
 レジスト組成物の実施態様を説明する。
 本実施態様のレジスト組成物は、上記重合体(P)(上記実施態様の化学増幅型レジスト組成物用樹脂)および活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有する化学増幅型レジスト組成物である。重合体(P)は、1種でもよく、2種以上を併用してもよい。
 レジスト組成物(溶剤を除く)に対して、重合体(P)の含有量は、特に限定されないが、70~99.8質量%が好ましい。
 本実施態様のレジスト組成物に用いる光酸発生剤は、レジスト組成物の酸発生剤として使用可能なものの中から任意に選択することができる。光酸発生剤は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
 光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。中でも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物を用いることが好ましい。
 光酸発生剤の使用量は、用いる光酸発生剤の種類等により適宜決められるが、通常、重合体(P)100質量部に対して0.1~20質量部が好ましく、0.5~10質量部がより好ましい。光酸発生剤の使用量が上記範囲の下限値以上であると、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起させやすい。また、上記範囲の上限値以下であると、レジスト組成物の安定性が向上し、組成物を塗布する際の塗布むらや現像時のスカム等の発生が十分に少なくなりやすい。
 本実施態様のレジスト組成物に用いる溶剤は目的に応じて任意に選択されるが、溶剤の選択は樹脂の溶解性以外の理由、例えば、塗膜の均一性、外観あるいは安全性等からも制約を受けることがある。
 本実施態様において通常使用される溶剤としては、例えば、2-ペンタノン、2-ヘキサノン等の直鎖状ケトン類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルアセテート類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類、酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類、シクロヘキサノール、1-オクタノール等のアルコール類、炭酸エチレン、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶剤は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。
 溶剤の使用量は、形成させるレジスト膜の厚みにもよるが、通常、重合体(P)(レジスト用重合体)100質量部に対して100~10,000質量部の範囲が好ましい。
 さらに、本実施態様のレジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、クエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の公知の各種添加剤を配合することもできる。これらの添加剤の配合量は特に限定されず、適宜決めればよい。
<パターンが形成された基板の製造方法>
 パターンが形成された基板の製造方法の実施態様を説明する。
 本実施態様のパターンが形成された基板の製造方法は、上記実施態様のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、露光する工程と、露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む。
 具体的には、まず、パターンを形成するシリコンウエハー等の被加工基板の表面(被加工面)上に、レジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、このレジスト組成物が塗布された被加工基板を、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥し、基板上にレジスト膜を形成する。
 次いで、得られたレジスト膜に、フォトマスクを介して、250nm以下の波長の光を照射する(露光)。露光に用いる光は、220nm以下の波長の光、特にArFエキシマレーザーであることが好ましい。
 光照射(露光)後、適宜ベーキング処理(PEB)し、基板をアルカリ現像液に浸漬し、レジスト膜の露光部分を現像液に溶解除去する(現像)。アルカリ現像液は公知のものいずれを用いてもよい。そして、現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが形成される。
 このようにして、レジストパターンが形成された被加工基板は、通常、適宜ベーキング処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にエッチングする。エッチングを行った後、レジストは、通常、剥離剤を用いて除去される。
<新規化合物>
 式(iii)で表される化合物は、新規合物である。
 式(iii)において、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基であり、水素原子またはメチル基が好ましい。1分子中のメチル基およびエチル基の合計数は0~6個のいずれでもよいが、レジスト用樹脂の単量体として用いる場合は、0~2個が好ましく、0~1個が特に好ましい。
 Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基であり、酸素原子またはメチレン基が好ましい。Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。
 式(iii)で表される化合物として、下記式(iii’)で表される化合物が特に好ましい。式中、Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 式(iii)で表される化合物は、酸無水物化合物(B)から還元反応により式(ii)で表される化合物(トリオール化合物)を生成させ、これをエステル化する方法で製造できる。
 還元剤としては、上記ラクトン化合物の製造方法(II)または上記工程1(還元工程)と同様の還元剤を用いることができる。反応活性の点で、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。
 還元剤の使用量は、酸無水物化合物(B)の1モルに対して1~30モルが好ましく、3~10モルがより好ましい。還元剤の使用量が上記範囲の下限値以上であると目的物の収量が低下し、上限値以下であると反応後の処理が煩雑になる。
 還元反応に用いる溶媒は、上記ラクトン化合物の製造方法(II)または上記工程1(還元工程)と同様のものを用いることができる。原料の溶解性の点でテトラヒドロフランとメタノールとの混合溶媒、またはジメトキシエタンとアルコール類の混合溶媒が特に好ましい。
 還元反応において、反応温度は-50~100℃が好ましく、-30~30℃がより好ましい。
 十分に還元反応させた後、酸を添加して中和する。得られた反応溶液から、化合物(ii)を取り出す方法は抽出、晶析、蒸留、カラム精製などいづれの方法でも良い。
 次に化合物(ii)をエステル化して化合物(iii)を得る。エステル化反応の方法は、前記工程(3)(エステル化工程)と同様に、通常行われる公知のエステル化反応方法で行うことができる。例えば、塩基存在下で(メタ)アクリル酸ハロゲン化物または(メタ)アクリル酸無水物と化合物(iii)を反応させる方法を用いることができる。
<重合体(Q)>
 化合物(iii)を単量体として用いた重合体(Q)の実施態様を説明する。
 本実施態様の重合体(Q)は、1種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体のうちの少なくとも1種が化合物(iii)である。
 重合体(Q)は、単独重合体でもよく、共重合体でもよい。共重合体は、ランダム共重合体であっても、交互共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。
 共重合体である場合、2種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、化合物(iii)と、それ以外の(メタ)アクリル酸エステルを含むことが好ましい。
 化合物(iii)と共重合させる(メタ)アクリル酸エステルは特に限定されず、用途等に応じて適宜選択できる。
 重合体(Q)の全構成単位に対して、化合物(iii)に由来する単量体単位は1~100モル%が好ましく、3~100モル%がより好ましく、5~100モル%がさらに好ましい。
<重合体(Q)の製造方法>
 本実施態様の重合体(Q)は公知の重合法により製造することができる。前記重合体(P)と同様の重合法を用いることができる。
 化合物(iii)に由来する構成単位を有する重合体(Q)は、優れた硬化性、耐水性、可とう性、耐アルカリ性を有し、さらにその特異な立体構造により、エーテル結合がポリマー鎖の外側に来ることにより基盤への密着性を上げることが可能である。また、この構造により重合体の異性体比を制御することにより、重合体の立体規則性を制御することが可能である。
 以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本実施例に用いた反応試薬および単量体は、特に記載がないものについては市販品を精製することなくそのまま用いた。
 pHは、pH計(METTLER TOLEDO社製 セブンイージーKS)により測定した。
{酸無水物化合物(B)の製造例}
〔合成例B1〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
 滴下ロート、温度計、塩化カルシウム管、攪拌子を備えたフラスコに、無水マレイン酸(98.06g、1mmol)、トルエン(400mL)を添加して攪拌を開始した。さらに20℃でフラン(68.07g、1mmol)を滴下した後、20℃で16時間攪拌した。反応終了後に析出した結晶を吸引ろ過することで酸無水物化合物(B-1)(128.58g、収率77.4%)を得た。
{ラクトン化合物(C)の製造例}
 以下の測定方法を用いた。
(HPLC測定)
 目的物である4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デセン-3-オン、原料である5-ノルボルネン-2,3-カルボン酸無水物、および副生成物である(3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの濃度の測定は、下記の条件にてHPLCで行った。
 カラム:イナートシルODS-3V(4.6φ×250mm)ジーエルサイエンス社製、
 移動相:0.1質量%のリン酸水溶液とアセトニトリルとを質量比50:50で混合した溶液、
 流速:1.0mL/min、
 検出器:示差屈折率検出器(RI検出器)、
 カラム温度:40℃。
 原料である4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオン、目的物である4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オン、および副生成物である(3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの濃度の測定は、下記の条件にてHPLCで行った。
 カラム:YMC Pack Pro C18(4.6φ×150mm)
 移動相:0.1質量%のリン酸水溶液とMeOHとを質量比95:5で混合した溶液、
 流速:0.5mL/min、
 検出器:示差屈折率検出器(RI検出器)、
 カラム温度:40℃。
 5-ノルボルネン-2,3-カルボン酸無水物の濃度は、下記の式によって求めた。
 (5-ノルボルネン-2,3-カルボン酸無水物の面積)/(5-ノルボルネン-2,3-カルボン酸無水物の面積+4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デセン-3-オンの面積+(3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)×100
 4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デセン-3-オンの濃度は、下記の式によって求めた。
 (4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デセン-3-オンの面積)/(5-ノルボルネン-2,3-カルボン酸無水物の面積+4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デセン-3-オンの面積+(3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)×100
 (3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの濃度は、下記の式によって求めた。
 ((3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)/(5-ノルボルネン-2,3-カルボン酸無水物の面積+4-オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デセン-3-オンの面積+(3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)×100
 4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオンの濃度は、下記の式によって求めた。
 (4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオンの面積)/(4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオンの面積+4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オンの面積+(3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)×100
 4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オンの濃度は、下記の式によって求めた。
 (4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オンの面積)/(4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオンの面積+4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オンの面積+(3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)×100
 ((3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの濃度は、下記の式によって求めた。
 ((3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)/(4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオンの面積+4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オンの面積+(3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの面積)×100
H-NMR測定)
 H-NMRは、超伝導FT-NMR(日本電子社製、JNM-GX270型)を用いて、約5質量%の(3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの溶液(重水素化クロロホルム溶液)または(3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの溶液(重水素化クロロホルム溶液)を直径5mmφのサンプル管に入れ、観測周波数:270MHz、シングルパルスモードにて、H 32回の積算を行った。溶媒に用いる重水素化クロロホルムは、試料調整直前にアンプル瓶を開封して用いた。測定温度は20℃で行った。
〔実施例C1〕
 容量50mLの側管付き滴下ロート、温度計および逆流冷却器を付した容量50mLの三頸丸底フラスコ(反応器)に磁気撹拌子を入れ、窒素ガスを流しながら加熱乾燥した。ここに順次、テトラヒドロフラン(以下、THFと記す。)の2.07gと水素化ホウ素ナトリウムの0.62g(0.016mol)を仕込んだ。滴下ロートに、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物(式(4)におけるR11~R16がすべて水素原子であり、Xがメチレン基である化合物)の3.00g(0.018mol)、THFの9.68g、メタノールの0.59g(0.061mol)を仕込み、溶解させた。反応器を氷浴で5℃に冷却し、撹拌しつつ、滴下ロートから原料溶液を15分で滴下した。その間、反応液の温度は10~15℃に保たれた。
 滴下終了後、反応液の温度を13~17℃に保ちながら撹拌を続け、滴下終了から30分後、90分後、150分後に反応液の0.2mLを10mLメスフラスコに分取した。分取した反応液の質量を計り、続いて0.2mLの30質量%硫酸水溶液を加え、よく撹拌した。その後、HPLCの移動相を加えて10mLにメスアップし、よく撹拌した後にHPLCにて分析した。結果を表1に示す。
〔実施例C2〕
 実施例C1において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだTHFを1.83gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.55g(0.015mol)に変更した以外は、実施例C1と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表1に示す。
〔実施例C3〕
 実施例C1において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだTHFを2.19gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.65g(0.017mol)に変更した以外は、実施例C1と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表1に示す。
〔比較例C1〕
 実施例C1において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだTHFを1.60gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.48g(0.013mol)に変更した以外は、実施例C1と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表1に示す。
〔比較例C2〕
 実施例C1において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだTHFを2.30gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.69g(0.018mol)に変更した以外は、実施例C1と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表1に示す。
〔実施例C4〕
 実施例C1において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだTHFをDME6.97gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.70g(0.018mol)に変更し、滴下ロートに仕込んだ5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物を4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3,5-ジオン(式(4)におけるR11~R16がすべて水素原子であり、Xが酸素原子である化合物。合成例B1で製造した酸無水物化合物B-1を用いた。)の3.40g(0.020mol)に、THF9.68gをDME39.10gに、メタノール0.59g(0.061mol)を0.66g(0.020mol)に変更した以外は、実施例C1と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表2に示す。
〔実施例C5〕
 実施例C4において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだDMEを6.19gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.62g(0.016mol)に変更した以外は、実施例C4と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表2に示す。
〔比較例C3〕
 実施例C4において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだDMEを4.65gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.46g(0.012mol)に変更した以外は、実施例C4と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表2に示す。
〔比較例C4〕
 実施例C4において、三頸丸底フラスコ(反応器)に仕込んだDMEを7.74gに、水素化ホウ素ナトリウムを0.77g(0.020mol)に変更した以外は、実施例C4と同様の反応操作および後処理操作を行なった。結果を表2に示す。
〔参考例C1〕
((3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの同定)
 比較例C1で得られた反応液を10~20℃に保持しながら、30質量%硫酸水溶液の6.0g(0.018mol)を60分かけて滴下した。滴下終了後、反応液を20℃に保ちながら1時間保持し、12gのトルエンを加えて抽出を3回行った。トルエン相に対して4gの飽和重曹水で一回水洗し、さらに4gの水で一回水洗した。得られたトルエン相を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィにて精製を行ない、0.04gの(3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールを得た。
 (3-ヒドロキシメチル-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールのH-NMR測定結果を以下に示す。
 1.3-1.4ppm 2H (C7-H2), 2.5-2.6ppm 2H(C2-H,C3-H), 2.8ppm 2H(C1-H, C4-H), 3.3-3.7ppm 6H (OH,-O-C-H2), 6.0ppm 2H (C5-H, C6-H)
〔参考例C2〕
((3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールの同定)
 比較例C2で得られた反応液を用いたこと以外は参考例C1と同様の操作を行い、(3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノール0.05gを得た。
 (3-ヒドロキシメチル-7-オキサ-ビシクロ[2.2.1]-ヘプト-5-エン-2-イル)-メタノールのH-NMR測定結果を以下に示す。
 1.9-2.0ppm 2H (C2-H, C3-H), 3.5-3.6ppm 2H(OH), 3.7-3.9ppm 4H(-O-C-H2), 4.6-4.7ppm 2H (C1-H,C4-H), 6.4ppm 2H (C5-H, C6-H)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000041
 表1、2に示すとおり、還元反応の際に、水素化ホウ素ナトリウムの使用量が、上記式(1)で表される化合物に対して0.7~0.95倍モルの場合(実施例C1~C5)には、特に、反応終了30分後のジアルコール体の副生成を1質量%未満に抑制できるとともに、十分に高い反応収率が得られることが確認された。一方、水素化ホウ素ナトリウムの使用量が、上記式(1)で表される化合物に対して1.0倍モルの場合(比較例C2、C4)には、反応終了30分後のジアルコール体の副生成が1質量%未満には抑制できないことが確認された。また水素化ホウ素ナトリウムの使用量が、上記式(1)で表される化合物に対して0.6倍モルの場合(比較例C1、C3)には、反応終了30分後のジアルコール体の副生成を1質量%未満には抑制できたが、反応収率が低いことが確認された。
{アルコール化合物(D)の製造例}
 以下の例において、ラクトン化合物(C-1)は、前記実施例C4と同様にして製造した下記式(C-1)で表される化合物(4,10-ジオキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカ-8-エン-3-オン)である。
〔実施例D1〕
 温度計、塩化カルシウム管、攪拌子、窒素導入管を備えたフラスコに、ラクトン化合物(C-1)の1.5g(0.01mol)、ジメトキシエタン18gを入れ、室温で30分間攪拌してラクトン溶液とした後、冷却して温度を20℃に下げた。このラクトン溶液に、BH・ジメチルスルフィド錯体0.56gを、該ラクトン溶液の温度が20~23℃に維持される速度で滴下添加した。添加終了後、得られた混合物を20℃で1.5時間撹拌した。以上の操作は窒素気流下で行った。
 こうして得られた混合物に5質量%のNaOH水溶液7.9gを添加し、次いで過酸化水素(30質量%水溶液)1.2mlをゆっくり添加した。この混合物を30℃に保ちながら2時間攪拌した。その後、冷却しながら反応混合物に50質量%硫酸を滴下して、pHを1(30℃でのpH)にし、30℃で1時間攪拌した。さらに冷却しながら28質量%アンモニア水を滴下して、中和してpHを6.5(20℃でのpH)とした後、ろ過を行い、ろ残をジメトキシエタンで洗浄した。
 ろ液を下記条件の液体クロマトグラフ(HPLC)で分析した結果、溶媒以外の成分の面積百分率は下記式(C-1)で表される化合物が0%、下記式(D-1)で表される化合物が75%、下記式(ii-1)で表される化合物が1%、下記式(i-1)で表される化合物が0%であった。そのほかにホウ酸塩や硫酸塩のピークが検出された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
(HPLC条件)
 カラム:イナートシルODS-3V(4.6φ×250mm)ジーエルサイエンス社製、
 移動相:0.1質量%リン酸水溶液/アセトニトリル グラジエント 100/0(5分)、100/0→10/90(25分)
 流速:1.0mL/min、
 検出器:紫外検出器(UV検出器)、
 カラム温度:40℃。
 ろ液をエバポレータで濃縮し、エタノールを30g添加し、再度濃縮した。この操作を2回繰り返したのち、濃縮液をエタノール30gに溶解させて、ろ過を行った。ろ液を全量が4.1gになるまで濃縮し、70℃で溶解させた。毎時20℃の割合で温度20℃まで降温し、ジイソプロピルエーテル6.3gを滴下した後、3℃で15分保持後、ろ過を行い、ろ残をジイソプロピルエーテルで洗浄した。
 以上の操作は撹拌しながら行った。
 乾燥後のろ残(アルコール化合物の乾燥品)の重量は1.3g、面積百分率で、式(D-1)で表される化合物を99%含有し、式(C-1)で表される化合物および式(ii-1)で表される化合物は検出されなかった。
〔実施例D2〕
 温度計、塩化カルシウム管、攪拌子、窒素導入管を備えたフラスコに、ラクトン化合物(C-1)の1.8g(0.012mol)、15mlのテトラヒドロフランを入れ、室温で30分間攪拌してラクトン溶液とした後、冷却して温度を0℃に下げた。このラクトン溶液に、1MのBH・テトラヒドロフラン錯体4mLを、該ラクトン溶液の温度が0℃に維持される速度で滴下添加した。添加終了後、得られた混合物を0℃で3分間攪拌し、室温で4時間攪拌した。以上の操作は窒素気流下で行った。
 こうして得られた混合物に3NのNaOH水溶液4mLを添加し、次いで過酸化水素(30質量%水溶液)4mLをゆっくり添加した。添加後、反応混合物を50℃で1.5時間攪拌した。この反応液に50質量%硫酸を滴下して、pHを1(30℃でのpH)にして、30℃で1時間攪拌した。
 反応液を、実施例D1と同様にしてHPLCで分析した結果、溶媒以外の成分の面積百分率は式(C-1)で表される化合物が4%、式(D-1)で表される化合物が95%、式(ii-1)で表される化合物が1%、式(i-1)で表される化合物は0%であった。ホウ酸塩や硫酸塩のピークは、溶媒による負ピークと重なり検出できなかった。
 反応液を冷却しながら28質量%アンモニア水を滴下し、中和してpHを6.5(30℃でのpH)とした後、ろ過を行い、ろ残をジメトキシエタンで洗浄した。
 ろ液をエバポレータで濃縮し、エタノールを30g添加し、再度濃縮した。この操作を2回繰り返したのち、濃縮液をエタノール30gに溶解させて、ろ過を行った。ろ液を全量が4.1gになるまで濃縮し、70℃で溶解させた。毎時20℃の割合で温度20℃まで降温し、ジイソプロピルエーテル6.3gを滴下した後、3℃で15分保持後、ろ過を行い、ろ残をジイソプロピルエーテルで洗浄した。
 以上の操作は撹拌しながら行った。
 乾燥後のろ残の重量は1.3g、面積百分率で、式(D-1)で表される化合物が96%、式(C-1)で表される化合物が4%含まれ、式(ii-1)で表される化合物は検出されなかった。
〔比較例D1〕
 式(C-1)で表される化合物とBH・テトラヒドロフラン錯体とを反応させ、NaOH水溶液および過酸化水素を添加して50℃で1.5時間攪拌する工程までを、実施例D2と同様に行い、得られた反応液を液体クロマトグラフで分析した。該反応液に酸を加える処理はしなかった。
 その結果、面積百分率は式(C-1)で表される化合物が3%、式(D-1)で表される化合物が34%、式(ii-1)で表される化合物が1%、式(i-1)で表される化合物が38%であった。ホウ酸塩や硫酸塩のピークは、溶媒による負ピークと重なり検出できなかった。
 すなわち、目的物である式(D-1)で表される化合物と、副生成物である式(i-1)で表される化合物が同量程度含まれていた。
 この反応混合物を炭酸カリウムで飽和させたところ2層が認められ、この2層を分けて、水性層をTHFで抽出した。得られたTHF溶液を飽和NaClで洗浄し、溶媒を減圧下で除去して、白色半固体生成物を生じさせた。
 この白色個体をクロマトグラフィーで精製したが、目的物(化合物(D-1))は回収できなかった(塩化メチレン95質量%、メタノール5質量%の溶液を使用)。
{(メタ)アクリル酸エステル(A)の製造例}
[実施例A1]
<1-1.還元工程>
 滴下ロート、温度計、塩化カルシウム管、攪拌子を備えたフラスコに、水素化ホウ素ナトリウム(3.43g、90.7mmol)、DMAc(3.43mL)を添加し、5℃まで冷却した。別途、合成例B1で合成した酸無水物化合物(B-1)(25.11g、151.1mmol)をDMAc(100mL)に溶解させ、滴下ロートから1時間かけて滴下した。この際、被滴下液の内温は15℃以下であった。20℃で4時間反応させた後5℃まで冷却し、硫酸(36.2g、368.2mmol)を水99.6mLで希釈した水溶液を、内温が15℃以下になるように保ちながら、ゆっくり滴下した。20℃で2時間反応させたところ、反応液のpH(20℃)は1であった。反応液をMIBK(100mL)で3回抽出し、有機層を合わせて20質量%食塩水(100mL)で洗浄した。得られた有機層をエバポレーターで溶媒を留去した後、得られた固体にトルエン100mLを添加し、40℃まで加熱して溶解させた。この溶液を10℃/時間の速度で5℃まで冷却することで、晶析を行った。析出した結晶をろ過し、30℃で減圧乾燥した結果、ラクトン化合物(C-1)(7.1g、収率30.9%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
<1-2.ハイドロボレーション工程>
 滴下ロート、冷却管、温度計、窒素ガス吹き込み口、攪拌子を備えたフラスコに、ラクトン化合物(C-1)(6.09g、40.0mmol)、水素化ホウ素ナトリウム(1.51g、40.0mmol)を添加した後、窒素置換し、窒素は以後反応中フローし続けた。容器を冷却しながらDME(80mL)を添加した。別途、95質量%硫酸(2.06g、20mmol)を滴下ロートに測りとり、内温が15℃以下に維持されるように、30分間かけてゆっくり滴下し、滴下終了後、20℃まで昇温した後、4時間攪拌を継続した。このとき、水素化ホウ素ナトリウムは、硫酸、DMEと反応し、B・DME錯体となって作用する。
 反応終了後、反応液を5℃まで冷却した後、水(1mL)を添加し、次いで3M-NaOH水溶液(5.44mL)を添加した。この溶液に30質量%過酸化水素水(5.44mL)を内温度20℃以下になるように調節しながらゆっくり滴下し、滴下終了後に50℃で1時間、加熱、攪拌した。反応液を20℃まで冷却した後、30質量%硫酸水溶液を添加して、反応液のpH(20℃)を1とした後、3M-水酸化ナトリウム水溶液で中和してpHを7とした。反応液をエバポレーターで濃縮した後、アセトニトリル50mLを添加した。硫酸ナトリウムの結晶が析出したため、それらを減圧ろ過で除いた後、ろ液を濃縮した。更にアセトニトリル50mLを加えて濃縮の操作を2回繰り返した結果、アルコール化合物(D-1)の粗体を得た(3.5g、粗収率51.4%)。得られた粗体の水分は1800ppmであった。得られた粗体は精製することなく次の工程に使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
<1-3.エステル化工程>
 滴下ロート、温度計、塩化カルシウム管、攪拌子を備えたフラスコに、アルコール化合物(D-1)の粗体(0.50g、2.94mmol)、アセトニトリル(3.8mL)、トリエチルアミン(0.33g、3.23mmol)を添加し、内温を20℃に調節した。
 別途計量したメタクリル酸クロリド(0.34g、3.25mmol)をゆっくり滴下し、20℃で4時間反応させた。反応終了後の反応液に水5.0mLを添加した後、酢酸エチル(5.0mL)で3回抽出し、有機層を合わせて20質量%食塩水で洗浄した。有機層をエバポレーターで濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して化合物(A-1)を得た(1.01g、収率72.0%、純度99質量%)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
[比較例A1]
 還元工程を実施例A1と同様にして行い、ラクトン化合物(C-1)を得た。
 滴下ロート、温度計、ジム氏ロート、攪拌子を備えたフラスコに、ラクトン化合物(C-1)(1.33g、8.74mmol)、ギ酸(2.98g、64.9mmol)を添加し、攪拌した。そこに、別途滴下ロートに測りとったトリフルオロメタンスルホン酸(0.252g、1.68mmol)を、発熱に注意しながら少量ずつ添加した。溶液の内温が100℃になるように加熱した後、100℃で6時間攪拌した。その結果、即ち、酸触媒下、低級カルボン酸を付加し、加水分解でアルコール体を得る製法を用いた場合は、ラクトン化合物(C-1)は完全に消失したが、目的とするギ酸付加体は全く得られなかった。
[比較例A2]
 還元工程を実施例A1と同様にして行い、ラクトン化合物(C-1)を得た。
 滴下ロート、温度計、ジム氏ロート、攪拌子を備えたフラスコに、ラクトン化合物(C-1)(1.33g、8.74mmol)、メタクリル酸(3.01g、35.0mmol)を添加し攪拌した。そこに、別途滴下ロートに測りとった95質量%硫酸(0.18g、1.75mmol)を、発熱に注意しながら少量ずつ添加した。溶液の内温が85℃になるように加熱した後、85℃で4時間攪拌した。その結果、即ち、アルコール体を経由せず、直接メタクリロイル化する製法を用いた場合は、ラクトン化合物(C-1)は完全に消失したが、目的とするメタクリル酸付加体は全く得られなかった。
[実施例A2]
 冷却管、温度計、空気バブリング口、攪拌子を備えたフラスコに、実施例D1と同じ方法で合成したアルコール化合物(D-1)2.2g(0.12mol)を1,2-ジメトキシエタン9.4gに溶解させた後、ジブチルヒドロキシトルエン5mg、メタクリル酸無水物3.0g(0.19mol)を入れ、酸化マグネシウム0.26g、0.06molを添加した。反応液を空気をバブリングしながら70℃にまで昇温し、8時間加熱・攪拌した。
 この反応液をトルエン16gに溶解し、4―ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル フリーラジカル0.8mgを加えて溶解させた後、ろ過し、重量が21gになるまで減圧濃縮した。濃縮液を8gの水で洗浄した後、このときの水相に再度トルエン16gを加え、目的物を回収した。二つのトルエン相を合わせて、8gの飽和重曹水で2回洗浄した後、8gの水で3回洗浄した。4―ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル フリーラジカル1mgと、ジブチルヒドロキシトルエン2mgを加えたのち、減圧濃縮した。
 目的の化合物(A-1)を2.2g(収率73%)得た。得られた化合物(A-1)中の分子量308の不純物(X)のピーク面積は、化合物(A-1)のピーク面積に対して0.1%であった。メタクリル酸は検出されなかった。
メタクリル酸は検出されなかった。
 化合物(A-1)中の分子量308の不純物(X)は、以下の条件で分析した(以下、同様)。該不純物(X)は16.8分付近に検出される化合物である。
 カラム:Zorbax XDB-C18 3.5μm、2.1mm×150 mm(アジレント・テクノロジー株式会社製)。
 移動相:水/アセトニトリル グラジエント 90/10→0/100(30分)。
 検出器:UV(210nm)。
[実施例A3]
 実施例D1と同じ方法で合成したアルコール化合物(D-1)に替えて、実施例D2と同じ方法で合成したアルコール化合物(D-1)を使用した以外は、実施例A2と同様の方法で反応および精製を行った。目的の化合物(A-1)を1.9g(収率63%)得た。
 得られた化合物(A-1)中の分子量308の不純物(X)のピーク面積は、化合物(A-1)のピーク面積に対して0.2%であった。メタクリル酸は検出されなかった。
[実施例A4]
 滴下ロート、温度計、塩化カルシウム管、攪拌子を備えたフラスコに、実施例D1と同じ方法で合成したアルコール化合物(A-1)2.2g(0.12molを入れて、1,2-ジメトキシエタン9.4gに溶解させた後、ジブチルヒドロキシトルエン5mg、トリエチルアミン2.0g(0.02mol)を添加し、内温を5℃に調節した。別途計量したメタクリル酸クロリド2.1g(0.02mol)をゆっくり滴下し、5℃で1時間反応させた。反応終了後の反応液に水19gを添加して過剰のメタクリル酸クロリドを分解させた。
 実施例A2と同じ方法で精製した結果、目的の化合物を1.5g(収率50%)で得た。
 得られた化合物(A-1)中の分子量308の不純物(X)のピーク面積は、化合物(A-1)のピーク面積に対して0.3%であった。メタクリル酸は検出されなかった。
{重合体(P)の製造例}
〔製造例P1、P2、製造例P3〕
 下記式(a)、(d)、(e)、(f)でそれぞれ表される単量体(a)、(d)、(e)、(f)を共重合させて重合体(P)を製造した。
 製造例P1では、単量体(a)として、実施例A2で得られたメタクリル酸エステル(A-1)を用いた。
 製造例P2では、単量体(a)として、実施例A3で得られたメタクリル酸エステル(A-1)を用いた。
 製造例P3では、単量体(a)として、実施例A4で得られたメタクリル酸エステル(A-1)を用いた。
 各例で使用した単量体(a)(メタクリル酸エステル(A-1))中の分子量308の不純物(X)の含有量を表3に示す。単量体(d)、(e)、(f)は同一ロットのものを使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
 窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、滴下漏斗、および温度計を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、乳酸エチル41.2質量部とγ-ブチロラクトン23.2質量部を入れた。フラスコを水浴に入れ、フラスコ内を攪拌しながら水浴の温度を上げ、フラスコ内の液温を80℃に上げた。
 その後、下記混合物を滴下漏斗より4時間かけてフラスコ内に滴下し、さらに80℃の温度を3時間保持して反応溶液を得た。
(混合物)
 下記単量体(a)8.09質量部、
 下記単量体(d)6.97質量部、
 下記単量体(e)5.78質量部、
 下記単量体(f)17.82質量部、
 乳酸エチル43.8質量部、
 γ-ブチロラクトン46.4部、
 ジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレート(和光純薬工業社製、V601(商品名))1.173質量部。
 得られた反応溶液を約6倍量のメタノールおよび水の混合溶媒(メタノール/水=80/20容量比)に攪拌しながら滴下し、白色の析出物(重合体(P))の沈殿を得た。沈殿を濾別し、再度、前記反応溶液に対して約6倍量のメタノールおよび水の混合溶媒(メタノール/水=90/10容量比)へ投入し、撹拌しながら沈殿の洗浄を行った。そして、洗浄後の沈殿を濾別し、重合体湿粉を得た。減圧下60℃で約36時間乾燥して得られた重合体(P)について、核磁気共鳴分析法(H-NMR)により、単量体(a)、(d)、(e)、(f)にそれぞれ由来する構成単位(a)、(d)、(e)、(f)および不純物であるメタクリル酸(MAA)の組成比(単位:モル%)を測定した。その結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000047
 表3の結果より、単量体(a)中に分子量308の不純物(X)が多いほど、重合体(P)中に、単量体の分解により生じるメタクリル酸の量が多く含まれていた。特に製造例P1、P2は該メタクリル酸の量が少なかった。
{化合物(iii)の製造例}
〔実施例F1〕
 本例では、式(ii-1)で表される化合物から式(iii-1)で表される化合物を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
(式(ii-1)で表される化合物の合成)
 温度計、塩化カルシウム管、攪拌子を備えたフラスコに、水素化ホウ素ナトリウム11.3g(0.3mol)、ジメトキシエタン20gを入れて撹拌しながら5℃まで冷却し、水素化ホウ素ナトリウムが一部溶解したスラリーAとした。ビーカーに式(B-1)で表される化合物10g(0.06mol)とメタノール3g、ジメトキシエタン100gを入れて、一部溶解したスラリーBとした。スラリーAを冷却及び撹拌しながら、液温が10℃を超えないようにスラリーBを少しずつ滴下した。この反応液を室温で一昼夜撹拌した後、冷却しながら、20質量%硫酸水溶液を加えて中和(20℃でのpH=6.5)した。
 エバポレーターで溶媒と水をほぼ除いたのち、得られた粉末にエタノール200gを添加して、懸濁した後、ろ過し、ろ液を濃縮して、オイル状の物質を得た。これにアセトンを500mlを加えて、一部溶解させ、静置してアセトン相とオイル相に分離させた。アセトン相をろ過して、ろ液を濃縮する操作を6回繰り返した。
 その結果、4.4gの式(ii-1)で表される化合物を得た。この化合物にはわずかにホウ酸塩が含まれていた。
(式(iii-1)で表される化合物の合成)
 温度計、攪拌子、空気導入管を備えたフラスコに、式(ii-1)で表される化合物1.7g、BHT4.1mg、メタクリル酸無水物9.3g(0.06モル)、酸化マグネシウム0.48g(0.12モル)を入れて撹拌し、70℃に昇温し、8時間反応させた。その後、50℃に冷却し、メタノール3.6mlを添加して50℃で2時間撹拌した。以上の操作は少量の空気をバブリングさせながら実施した。冷却後ろ過し、4―ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル フリーラジカル2mgを加えて、エバポレーターでろ液を濃縮した。濃縮物をトルエン15mlに溶解し、7.5gの水で洗浄した。このときの水相にトルエンを加えて抽出操作を行った。二つのトルエン相を合わせて、飽和重曹水10mlで6回、10mlの水で2回洗浄した。トルエン相を濃縮し、シリカゲルカラムで精製(ヘキサン6、酢酸エチル1の比率の溶液を使用)して、式(iii-1)で表される化合物を2.1g(オイル状、液体クロマトグラフィーでの面積百分率99%)得た。
 図1は本例で得られた化合物(iii-1)のH-NMRスペクトルである。
 図2は本例で得られた化合物(iii-1)のMSスペクトルである。
〔実験例1~5〕
 単量体としての(メタ)アクリル酸エステル中に、不純物として化合物(iii)が含まれる場合の影響を調べるために、実施例F1で製造した化合物(iii-1)を所定量添加して、重合体を製造した。
 本例で用いた単量体は、下記式(a)~(d)で表される単量体(a)~(d)である。
 単量体(a)として、実施例A1で得られたメタクリル酸エステル(A-1)を用いた。単量体(a)中の化合物(iii)は検出されなかった。単量体(b)として、実施例F1で製造した化合物(iii-1)を用いた。単量体(c)、(d)は同一ロットのものを使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
 すなわち、密閉容器に乳酸エチル1.55部、重合開始剤V―601HP230を1.04部入れ、溶解させた。窒素導入口、攪拌機、コンデンサー、および温度計を備えたフラスコに、乳酸エチル12.6質量部、γ-ブチロラクトン9.4質量部を入れ、さらに下表4の組成で単量体を入れて、30分間窒素バブリングを行った後、フラスコを水浴につけて昇温を開始し、フラスコ内の液温を80℃にした。この液に重合開始剤の溶液を添加し、さらに80℃で4時間保持した。以上の操作は窒素気流下で撹拌しながら実施した。
 得られた反応溶液について、下記条件でGPC(ゲル浸透クロマトグラフ)により重量平均分子量を測定した。その結果を表4に示す。
(GPC条件)
 カラム:Shodex GPC KF-801(昭和電工株式会社製)、2本。
 温度:40℃。
 流量:1.0ml/min。
 移動相:テトラヒドロフラン。
 検出器:示差屈折率検出器(RI)
 また該反応溶液の全量にメタノールを160g添加して重合体を沈殿させた。この沈殿をろ取して重合体湿粉を得、60℃で36時間真空乾燥して重合体を得た。
 乾燥した重合体を2-ブタノンの10質量%とプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート90質量%の混合液に溶解し、27℃で濁度(単位:NTU)を測定した。
 濁度の測定は、Orbeco-Hellige社製、濁度計(製品名:TB200)を用い、3回測定して平均値を求めた。結果を表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000050
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000051
 表4、5の結果より、単量体(a)であるメタクリル酸エステル(A)に対して、単量体(b)である化合物(iii)の含有量が9質量%以上になると、重合体の重量平均分子量が顕著に大きくなり、濁度も顕著に増大することがわかる。

Claims (20)

  1.  下記一般式(D)で表されるアルコール化合物を製造する方法であって、
     溶媒中で、下記一般式(C)で表される化合物と、ジボランおよびボラン錯体からなる群から選ばれるホウ素化剤とを反応させて反応液を得るハイドロボレーション反応工程と、該反応液を過酸化水素処理した後、酸を加えてpH0.5~4にする酸処理工程を有することを特徴とするアルコール化合物の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    [式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
  2.  前記ホウ素化剤として、ボラン-ジメチルスルフィド錯体またはボラン-1,2-ジメトキシエタン錯体を用いる、請求項1記載のアルコール化合物の製造方法。
  3.  前記酸処理工程後の反応液をpH5~9に調整して再結晶を行って、前記一般式(D)で表されるアルコール化合物を単離する単離工程を有する、請求項1または2に記載のアルコール化合物の製造方法。
  4.  下記式(1)で表される化合物を水素化ホウ素ナトリウムで還元し、下記式(2)で表されるラクトン化合物およびまたは下記式(3)で表されるラクトン化合物を製造する方法において、
     前記水素化ホウ素ナトリウムの使用量が、下記式(1)で表される化合物に対して0.7~0.95倍モルであることを特徴とするラクトン化合物の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、R11~R16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基であり;A11およびA12は、ともに水素原子である、もしくは連結して-CH-、-CHCH-、-O-、または-S-を形成する。)
  5.  前記式(1)で表される化合物が、下記式(4)で表される化合物であり、
     前記式(2)で表されるラクトン化合物が、下記式(5)で表されるラクトン化合物であり、
     前記式(3)で表されるラクトン化合物が、下記式(6)で表されるラクトン化合物である、請求項4に記載のラクトン化合物の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、R11~R16は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。)
  6.  前記請求項4または5に記載のラクトン化合物の製造方法を用いて前記一般式(C)で表される化合物を製造する工程をさらに有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のアルコール化合物の製造方法。
  7.  前記請求項1~3のいずれか一項に記載のアルコール化合物の製造方法により、下記一般式(C)で表される化合物から下記一般式(D)で表されるアルコール化合物を得る工程、および
     下記一般式(D)で表される化合物からエステル化反応により下記式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステルを得る工程を有する、(メタ)アクリル酸エステルの製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    [式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
  8.  前記請求項4または5に記載のラクトン化合物の製造方法を用いて前記一般式(C)で表される化合物を製造する工程をさらに有する、請求項7記載の(メタ)アクリル酸エステルの製造方法。
  9.  不純物として下記一般式(ii)で表される化合物の含有量が9質量%未満である、下記一般式(D)で表されるアルコール化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    [式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表す。]
  10.  不純物として下記一般式(iii)で表される化合物の含有量が9質量%未満である、下記一般式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    [式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。]
  11.  下記一般式(A’)で表される(メタ)アクリル酸エステル(A’)であって、高速液体クロマトグラフィーによるクロマトグラムにおいて、保存時に分解してメタクリル酸を発生する分子量308の不純物(X)のピーク面積が、前記(メタ)アクリル酸エステル(A’)のピーク面積に対して0.3%以下である、(メタ)アクリル酸エステル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    [式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。]
  12.  下記一般式(A’)で表される(メタ)アクリル酸エステル(A’)であって、(メタ)アクリル酸エステル(A’)に対してメタクリル酸の含有量が0.04倍モル以下であり、かつ高速液体クロマトグラフィーによるクロマトグラムにおいて、保存時に分解してメタクリル酸を発生する分子量308の不純物(X)のピーク面積が、前記(メタ)アクリル酸エステル(A’)のピーク面積に対して0.3%以下である、(メタ)アクリル酸エステル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    [式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。]
  13.  不純物として下記一般式(v)で表される化合物の含有量が9質量%未満である、下記一般式(A)で表される(メタ)アクリル酸エステル。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    [式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rは水素原子、アクリロイル基、またはメタクリロイル基を表す。]
  14.  1種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、請求項10~13のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル酸エステルを含む、重合体。
  15.  2種以上の単量体を重合させて得られる重合体であって、前記単量体が、請求項10~13のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル酸エステルと、それ以外の(メタ)アクリル酸エステルを含む、重合体。
  16.  請求項10~13のいずれか一項に記載の(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体を重合させる工程を有する、重合体の製造方法。
  17.  請求項14または15記載の重合体、および活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物を含有するレジスト組成物。
  18.  請求項17に記載のレジスト組成物を、基板の被加工面上に塗布してレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜に対して、露光する工程と、露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像する工程とを含む、パターンが形成された基板の製造方法。
  19.  下記一般式(iii)で表される化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    [式中、A~Aは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、またはエチル基を表し、Xは酸素原子、硫黄原子、メチレン基、またはエチレン基を表し、Rはアクリロイル基またはメタクリロイル基を表す。]
  20.  請求項19に記載の化合物を単量体として用いて得られる重合体。
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