JP2575958B2 - ポリヒドロキシスチレンの製造方法 - Google Patents

ポリヒドロキシスチレンの製造方法

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JP2575958B2
JP2575958B2 JP3031787A JP3178791A JP2575958B2 JP 2575958 B2 JP2575958 B2 JP 2575958B2 JP 3031787 A JP3031787 A JP 3031787A JP 3178791 A JP3178791 A JP 3178791A JP 2575958 B2 JP2575958 B2 JP 2575958B2
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修 渡辺
素行 山田
不二夫 八木橋
稔 高見沢
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規なリビングピポリマ
ーの製造方法に関し、特に機能性高分子として有用なポ
リヒドロキシスチレンの製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来から、機能性高分子はLSI用として
使用する高解像度のリソグラフィー用レジスト材料とし
て多用されている。特に今日は高密度化が進むにつれて
レジスト材料について高解像度、高現像性を要求するよ
うになっている。そのために、従来のタイプのレジスト
材料であるノボラック樹脂の場合には、分別という手法
を用いて分子量の制御を行い、解像度及び現像性を高め
ている(特開昭62─1217542号)。しかしなが
ら、分別という手法は操作が複雑で時間がかかるという
欠点がある。
【0003】所で、高解像度のレジスト材料として分子
量分布の狭い(狭分散性の)レジスト材料が好ましいと
いうことが理論的に知られている。又、任意の分子量に
制御することができるという性質は、ポリマーブレンド
剤として他のポリマーと相溶させる場合や、ミクロ相分
離構造を形成する共重合体の前駆体として極めて有効で
ある。
【0004】そこで、今後のレジスト材料として、比較
的分子量の制御のし易いスチレン誘導体が有望であると
され、現像性及び耐プラズマ性の優れているポリヒドロ
キシスチレンが検討され始めているが、工業的にはまだ
使用されるに至っておらず、厳しくなる要求性能に対し
て十分に追随することのできるものは未だ知られていな
い。
【0005】上記ポリヒドロキシスチレンは、従来、ラ
ジカル重合により合成され(ジャーナル・オブ・ポリマ
ーサイエンス(パート1)、第7巻、2175頁〜21
84頁(1969))、狭分散のポリヒドロキシスチレ
ンについては特開昭59─199705号及び高分子学
会予稿集、31巻、1149頁に報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の方法に
よっても狭分散のポリヒドロキシスチレンのポリマーが
得られるが、p−tert−ブトキシスチレンやter
t−ブチルジメチルシロキシスチレンを使用するため、
不純物を取り除く操作が複雑である上重合反応がエーテ
ルの酸素によって影響を受けるという欠点があった。更
に、P−ビニルフェノキシジメチルカルビニルジメチル
シランを前駆体として狭分散のポリヒドロキシスチレン
を合成する方法は知られていない。
【0007】そこで本発明者等は、より高解像度を実現
し得るレジスト材料について鋭意検討した結果、ter
t−ブチル基やtert−ジメチルシリル基に比較して
よりかさ高く、立体障害の大きいジメチルフェニルカル
ビニルジメチルシリル基を有する、下記構造式:
【化2】
【0008】で表されるモノマーを、所望の分子量を有
するようにアニオン重合した後ジメチルフェニルカルビ
ニルジメチルシリル基のエーテル結合を切断することに
よって、ポリヒドロキシスチレンを合成することができ
ることを見出すと共に、得られたポリヒドロキシスチレ
ンが単分散の分子量を有することを見出し本発明に到達
した。従って本発明の目的は、単分散で所望の分子量を
有するポリヒドロキシスチレンの新規な製造方法を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は下
記構造式
【化3】 で表されるモノマーをアニオン重合した後、ジメチルフ
ェニルカルビニルジメチルシリル基を離脱させることを
特徴とするポリヒドロキシスチレンの製造方法によって
達成された。
【0010】本発明で使用する上記モノマーの製造方法
及びその精製方法については公知の方法を適宜使用する
ことができる。本発明においては上記モノマーをアニオ
ン重合させることにより、所望の重合度を有するポリマ
ーを調整する。上記アニオン重合に際しては公知のリビ
ングアニオン重合開始剤を用いることができるが、特に
有機金属化合物が好ましい。リビングアニオン重合開始
剤として用いられる有機金属化合物としては、例えばn
−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert
−ブチルリチウム、ナトリウムナフタレン、アントラセ
ンナトリウム、ナフタレンカリウム、α−メチルスチレ
ンテトラマ−ジナトリウム、クミルカリウム、クミルセ
シウム等が挙げられる。
【0011】本発明におけるアニオン重合は、一般に有
機溶媒中で行われる。この場合に用いられる有機溶媒は
芳香族炭化水素、環状エーテル、脂肪族炭化水素等の溶
媒であり、これらの具体例としては、例えばベンゼン、
トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、テトラヒ
ドロピラン、ジメトキシエタン、n−ヘキサン、シクロ
ヘキサン等が挙げられる。これらの有機溶媒は単独で使
用しても混合して使用しても良いが、特にテトラヒドロ
フランを使用することが好ましい。
【0012】重合に際するモノマーの濃度は1〜30重
量%が適切であり、反応は高真空下又はアルゴン、窒素
等の不活性ガス雰囲気下で攪拌して行う。反応温度は−
78℃乃至使用した有機溶媒の沸点温度までの範囲で任
意に選択することができるが、特にテトラヒドロフラン
溶媒を使用した場合には−78℃〜0℃、ベンゼン溶媒
を使用した場合には室温で反応させることが好ましい。
【0013】上記の如き条件で約10分〜7時間反応を
行うことによりビニル基のみが選択的に反応して重合す
る。所望の重合度に達した時点で、例えばメタノール、
水、メチルブロマイド等の重合反応停止剤を反応系に添
加して該反応を停止させることにより、下記構造式を有
し所望の分子量を有するポリ(p−ビニルフェノキシジ
メチルフェニルカルビニルジメチルシラン)のリビング
ポリマーを得ることができる。
【化4】
【0014】更に、得られた反応混合物を適当な溶剤、
例えばメタノールを用いて沈澱せしめ、洗浄・乾燥する
ことによりポリ(p−ビニルフェノキシジメチルフェニ
ルカルビニルジメチルシラン)のリビングポリマーを精
製単離することもできる。
【0015】本発明の重合反応はモノマーが100%反
応するので生成するリビングポリマーの収量は略100
%である。従って、モノマーの使用量と反応開始剤のモ
ル数を調整することにより、得られるリビングポリマー
の分子量を適宜調整することができる。この様にして得
られたポリ(p−ビニルフェノキシジメチルフェニルカ
ルビニルジメチルシラン)の分子量分布は単分散(Mw
/Mn=1.05〜1.50)である。
【0016】ここで、数平均分子量Mnは膜浸透圧計を
用いて測定することができる。得られたリビングポリマ
ーの分子構造は赤外線吸収スペクトル(IR)及び1
−NMRスペクトルによって容易に確認することがで
き、分子量分布の評価はゲルパーミエーションクロマト
グラフィ(GPC)によって行うことができる。
【0017】更に、前記のポリ(p−ビニルフェノキシ
ジメチルフェニルカルビニルジメチルシラン)のジメチ
ルフェニルカルビニルジメチルシリル基のエーテル結合
を切断し、下記構造式
【化5】 で表されるフェノール残基構造単位を有するポリヒドロ
キシスチレンを得ることができる。
【0018】エーテル結合の切断反応は、ジオキサン、
アセトン、アセトニトリル、ベンゼン等の混合溶媒中で
塩酸、臭化水素酸等の酸を滴下することによって容易に
行うことができる。
【0019】上記の切断反応においては、高分子の主鎖
が切断されたり、分子間で架橋反応が起きるということ
がないので、容易に分子量分布の狭い単分散のポリヒド
ロキシスチレンを得ることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、適宜設計した分子量を
有する分子量分布の狭いポリマーを得ることができる
上、得られたポリマーはポリヒドロキシスチレンである
ので高解像度のレジスト用ポリマーとして極めて有用で
ある。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
【実施例1】
【0022】反応器にp−ビニルフェノールに対して等
モルの(CH(Ph)(CHSiCl
(但し、Phはフェニル基を表す)をいれイミダゾール
の存在下、ジメチルホルムアミド溶媒中、室温下で6時
間反応させた。生成物を減圧蒸留してp−ビニルフェノ
キシジメチルフェニルカルビニルジメチルシランを70
%の収率で得た。このp−ビニルフェノキシジメチルフ
ェニルカルビニルジメチルシランは130℃/0.1m
mHgの沸点を有していた。
【0023】上記モノマーから水分等の不純物を取り除
くためにCaH2 、ベンゾフェノンナトリウム等の精製
剤を用いて精製し蒸留を行った。1リットルのフラスコ
に、溶媒としてテトラヒドロフランを550ml、重合
開始剤としてn−ブチルリチウムを4×10-4モル仕込
んだ後、この混合溶液に−78℃で50mlのテトラヒ
ドロフランで希釈したp−ビニルフェノキシジメチルフ
ェニルカルビニルジメチルシランを25g添加して1時
間重合したところ、溶液は赤色を呈した。所望の重合度
に達したことを確認した後、反応溶液にメタノールを添
加して重合反応を終了させた。
【0024】次に反応混合物をメタノール中に注ぎ、得
られた重合体の1H−NMRを測定したところ、
【表1】1 H NMR; 0.0ppm:基準(S、6H、O−Si−CH3 ) 1〜2ppm: (ブロード、6H、Si−C−CH
3 ) 1〜2ppm: (ブロード、3H、CH2 、−C
H) 6〜7ppm: (ブロード、5H、Si−C−C6
5 ) 6〜7ppm: (ブロード、4H、C6 5
【0025】表1の様であり、またGPC溶出曲線は図
1に示す通りであった。1 H−NMRの測定結果から、
エーテルに結合しているジメチルフェニルカルビニルジ
メチルシリル基に活性末端が反応せずに残存すると共
に、スチレン部分のビニル基のみが反応していることが
確認された。
【0026】次に、得られたポリ(p−ビニルフェノキ
シジメチルフェニルカルビニルジメチルシラン)12g
をアセトン250mlに溶解し、少量の塩酸を加えて6
0℃で6時間攪拌を行った後該混合溶液をエチルエーテ
ルに注いでポリマーを沈澱させ、洗浄・乾燥して8gの
ポリマーを得た。得られたポリマーの数平均分子量は
2.0×104 g/モルであった。GPC溶出曲線は図
2に示す通りであり、極めて単分散性の高い重合体であ
ることが確認された
【0027】更に、1 H−NMRにはジメチルフェニル
カルビニルジメチルシリル基に由来するピークが観測さ
れない上、IRスペクトルにおいてはポリヒドロキシス
チレンに由来する特性吸収バンドが現れたことから、得
られたポリマーが分子量分布の狭いポリヒドロキシスチ
レンであることが確認された。
【実施例2】
【0028】2リットルのフラスコに、溶媒としてテト
ラヒドロフラン1リットルを入れ、重合開始剤としてナ
フタレンカリウム2×10-3モルを仕込んだ。次いでこ
の溶液に、実施例1と同様に精製し、−78℃で100
mlのテトラヒドロフランで希釈したp−ビニルフェノ
キシジメチルフェニルカルビニルジメチルシランを35
g添加して3時間重合したところ、溶液は赤色を呈し
た。
【0029】重合反応は、反応溶液にメタノールを添加
して終了させた。次に反応混合物をメタノール中に注
ぎ、得られた重合体を沈澱させた後分離し、乾燥して2
4.5gの白色重合体を得た。
【0030】得られた重合体のIRスペクトル及び1
−NMRを測定したところ実施例1と同様な特性吸収が
示された。又、GPC溶出曲線は図3に示す通りであっ
た。又、膜浸透圧法により数平均分子量を測定したとこ
ろ2×104 g/モルであった。
【0031】得られたポリ(p−ビニルフェノキシジメ
チルフェニルカルビニルジメチルシラン)5gをアセト
ン100mlに溶解し、等モルの濃塩酸を加えて60℃
で5時間攪拌した後エチルエーテルに注いでポリマーを
沈澱し、洗浄・乾燥を行った。
【0032】得られたポリマーの重量は3.1gで、数
平均分子量は8×103 g/モルであった。GPC溶出
曲線は図6に示した通りであり、得られたポリマーは非
常に単分散性の高い重合体であることが確認された。
【0033】又、1 H−NMRスペクトルにはジメチル
フェニルカルビニルジメチルシリル基に由来するピーク
が観測されない上、IRスペクトルにおいてはポリヒド
ロキシスチレンに由来する特性吸収バンドが現れたこと
から、得られたポリマーが分子量分布の狭いポリヒドロ
キシスチレンであることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた重合体のGPC溶出曲線を
表す。
【図2】実施例1で得られた本発明のポリマーのGPC
溶出曲線を表す。
【図3】実施例2で得られた重合体のGPC溶出曲線を
表す。
【図4】実施例2で得られた本発明のポリマーのGPC
溶出曲線を表す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 素行 神奈川県川崎市高津区坂戸100−1 か ながわサイエンスパーク アールアンド デービル エー12エフ 信越化学工業株 式会社コーポレートリサーチセンター 内 (72)発明者 八木橋 不二夫 神奈川県川崎市高津区坂戸100−1 か ながわサイエンスパーク アールアンド デービル エー12エフ 信越化学工業株 式会社コーポレートリサーチセンター 内 (72)発明者 高見沢 稔 神奈川県川崎市高津区坂戸100−1 か ながわサイエンスパーク アールアンド デービル エー12エフ 信越化学工業株 式会社コーポレートリサーチセンター 内 (56)参考文献 特開 昭59−53506(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記構造式 【化1】 で表されるモノマーをアニオン重合した後ジメチルフェ
    ニルカルビニルジメチルシリル基を離脱させることを特
    徴するポリヒドロキシスチレンの製造方法。
JP3031787A 1991-01-31 1991-01-31 ポリヒドロキシスチレンの製造方法 Expired - Lifetime JP2575958B2 (ja)

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