JPH0641222A - ポリ(m−ヒドロキシスチレン)及びその製造方法 - Google Patents

ポリ(m−ヒドロキシスチレン)及びその製造方法

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JPH0641222A
JPH0641222A JP4216359A JP21635992A JPH0641222A JP H0641222 A JPH0641222 A JP H0641222A JP 4216359 A JP4216359 A JP 4216359A JP 21635992 A JP21635992 A JP 21635992A JP H0641222 A JPH0641222 A JP H0641222A
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JP
Japan
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polymer
poly
hydroxystyrene
butoxystyrene
molecular weight
Prior art date
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Pending
Application number
JP4216359A
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English (en)
Inventor
Osamu Watanabe
修 渡辺
Motoyuki Yamada
素行 山田
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高解像度及び高現像度のレジスト材料用ポリマ
ーとして優れると共に、ポリマーブレンド剤等にも好適
な、単分散性ポリ(m─ヒドロキシスチレン)、及びそ
の製造方法を提供すること。 【構成】下記化1で表される繰り返し単位を有する単分
散性ポリ(m─ヒドロキシスチレン)及びその製造方
法。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリスチレン誘導体の
製造方法に関し、特に機能性高分子として有用な単分散
性ポリ(m─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、LSI(大規模集積回路)用の
高解像度リソグラフィーに使用する、レジスト材料用ベ
ースポリマーとして機能性高分子が多用されており、特
に近年のLSIにおける高密度化の進展に伴い、レジス
ト材料について益々高解像度及び高現像性が要求される
ようになっている。
【0003】かかる要求に答えるために、従来、ノボラ
ック樹脂が使用されているが、最近においては、これに
代わるものとして化学増幅タイプのレジスト材料が種々
検討されている。上記化学増幅タイプのレジスト材料に
おいては、特に、作業性の観点から酸によって容易に脱
離する官能基を有すると共に、その官能基の脱離前後で
溶解性の異なるものが賞用されている。
【0004】かかるレジスト材料としては、耐プラズマ
性に優れているポリスチレン誘導体が特に好適なものと
して知られている。これらのポリマーをレジスト用ベー
スポリマーとして使用する場合には、その分子量や分子
量分布がレジストの現像特性及び解像度に大きな影響を
与えるために、分子量分布の狭い(単分散性という)こ
とが望まれる。
【0005】これらのポリマーは通常のラジカル重合法
や縮重合法により得られる多分散ポリマーであって、は
じめから分子量や分子量分布を制御するということが配
慮されていない。そこで、レジストの解像度及び現像性
を高めるために、分別という手法を用いて分子量分布の
制御を行っているが(特開昭62−121754号公
報)分別という手法は操作が複雑であるのみならず時間
がかかるという欠点がある上、厳しくなる要求性能に対
して十分に追随するということが困難であるので、本質
的な問題解決手段が望まれていた。
【0006】一方、他のポリマーとの相溶性に優れたポ
リマーブレンド剤やミクロ相分離構造を形成する共重合
体の前駆体を製造する場合にも、ポリマーを任意の分子
量に制御することが望まれる。このようなニーズに対応
することのできるものとして、現像性や耐プラズマ性に
優れる上、任意の分子量に制御することが可能なポリヒ
ドロキシスチレン誘導体が注目されている。
【0007】ポリ(p−ヒドロキシスチレン)のラジカ
ル重合法による合成については、ジャーナル オブ ポ
リマーサイエンス(パート1)、第7巻、1969年、
2175頁〜2184頁に、狭分散性のポリ(p─ヒド
ロキシスチレン)については、特開昭59─19970
5号公報及び高分子学会予稿集、31巻、1149頁に
記載されている。
【0008】しかしながら、上記ニーズに十分応えるこ
とができるポリヒドロキシスチレン誘導体は未だ知られ
ておらず、またその工業的製造方法も開発されていな
い。更に、単分散性のポリ(m−ヒドロキシスチレン)
についての報告例も無い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等は
ポリヒドロキシスチレン誘導体について鋭意研究するう
ち、m─t─ブトキシスチレンのリビングアニオン重合
を利用することにより単分散性ポリ(m─ヒドロキシス
チレン)を容易に製造することができるということを見
出し本発明に到達した。
【0010】従って、本発明の第1の目的は、高解像度
及び高現像度(単に高解像度という)のレジスト材料用
ポリマーとして優れると共に、ポリマーブレンド剤等に
も好適な、単分散性ポリ(m─ヒドロキシスチレン)を
提供することにある。本発明の第2の目的は、分子量を
任意に制御することのできる、単分散性ポリ(m─ヒド
ロキシスチレン)の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、下記化3で表される繰り返し単位を有する単分散性
ポリ(m─ヒドロキシスチレン)及びその製造方法によ
って達成された。
【化3】
【0012】本発明において、単分散性とは分子量分布
がMw/Mn=1.01〜1.50であることを意味す
る。ここで、Mwは高分子の重量平均分子量、Mnは数
平均分子量である。重量平均分子量は、リビング重合さ
せる場合にあってはモノマーの重量と開始剤のモル数か
ら計算することにより、又は光散乱法を用いて容易に求
められる。また、数平均分子量は膜浸透圧計を用いて、
容易に測定される。分子量分布の評価は、ゲルパーミェ
ーションクロマトグラフィー(GPC)によって行うこ
とができ、分子構造は赤外線吸収(IR)スペクトル又
1 H─NMRスペクトルによって容易に確認すること
ができる。
【0013】本発明の単分散性ポリ(m─ヒドロキシス
チレン)は、下記化4で表されるm─t─ブトキシスチ
レン(モノマー)をリビングアニオン重合した後、t─
ブチル基を脱離させることにより容易に製造することが
できる。
【化4】
【0014】上記リビングアニオン重合に際しては、重
合開始剤として、有機金属化合物を用いることが好まし
い。好ましい有機金属化合物としては、例えばn−ブチ
ルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチ
ルリチウム、ナフタレンナトリウム、アントラセンナト
リウム、α−メチルスチレンテトラマージナトリウム、
クミルカリウム、クミルセシウム等の有機アルカリ金属
化合物等が挙げられる。
【0015】リビングアニオン重合は、有機溶媒中で行
われることが好ましい。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、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。
【0016】重合に際するモノマーの濃度は1〜40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ことが好まし
い。反応温度は−100℃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。
【0017】上記の如き条件で約10分〜30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、重合
して下記化5で表される繰り返し単位を有する単分散性
ポリ(m─t─ブトキシスチレン)を得ることができ
る。
【化5】
【0018】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、所望の
分子量を有するリビングポリマーを得ることができる。
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、
リビングポリマーを精製・単離することができる。
【0019】リビング重合反応においては、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
ようにして得られたリビングポリマーの分子量分布は単
分散(Mw/Mn=1.01 〜1.50)である。
【0020】本発明においては、更に、得られたポリ
(m─t─ブトキシスチレン)のt─ブトキシ基を脱離
することによって、前記化3で表される繰り返し単位を
有するポリ(m─ヒドロキシスチレン)を製造する。上
記の脱離反応は、ポリ(m─t─ブトキシスチレン)を
ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン等の
溶媒又はこれらの混合溶媒に溶解した後、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。上記反応においては、ポリ(m─t─ブトキシス
チレン)の高分子の主鎖が切断されたり、分子間に架橋
反応が生じることがないので、得られるポリ(m─ヒド
ロキシスチレン)は単分散性である。
【0021】
【発明の効果】本発明のポリ(m─ヒドロキシスチレ
ン)は、単分散性である上任意の分子量に制御されるの
で、高解像度のレジスト材料用ポリマー或いは相溶性の
優れたポリマーブレンド剤として好適である。本発明の
製造方法によれば、用途に合わせて、所望の分子量のポ
リ(m─ヒドロキシスチレン)を容易に製造することが
できる。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例に従って更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
【0023】実施例1.2リットルのフラスコに、溶媒
としてテトラヒドロフランを1,500ml、及び重合
開始剤としてn−ブチルリチウムを9×10-3モル仕込
み、−78℃に冷却した後、m─t─ブトキシスチレン
モノマー100g(50mlのテトラヒドロフランに溶
解して−78℃に冷却したもの)を添加し、リビング重
合反応を1時間行わせたところ溶液は赤色を呈した。
尚、 m─t─ブトキシスチレンモノマーは、CaH2
の存在下で蒸留した後、ベンゾフェノンナトリウムを用
いて精製し、水分等の不純物を除去して使用した。
【0024】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リビング重合反応を終
了させた。次に、得られた反応混合物をメタノール中に
注いで重合体を沈澱させ、分離・乾燥して白色の重合体
100gを得た。得られた重合体の1 H−NMR及びI
Rを測定したところ、該重合体は、t─ブトキシ基に活
性末端が反応せずに残っている、ポリ(m─t─ブトキ
シスチレン)であり、またGPC溶出曲線(図1)の結
果から、単分散性(Mw/Mn=1.11)であること
が確認された。
【0025】上記1 H−NMRの結果は下記の通りであ
る。 1.4〜2.2ppm : (ブロード,3H,−C
2 −C−) 1.3〜1.6ppm : (ブロード,9H,−OC
(C3 3 ) 6〜7ppm : (ブロード,4H,C 6
4 ) 尚、膜浸透圧測定法によって測定した数平均分子量は1
0,000g/モルであった。
【0026】得られたポリ(m─t─ブトキシスチレ
ン)50gをアセトン900mlに溶解し、少量の塩酸
を60℃で添加して8時間攪拌した後、該溶液を水中に
注いで重合体を沈澱させ、分離・乾燥してポリマー34
gを得た。得られたポリマーのGPC溶出曲線(図2)
から、該ポリマーの単分散性が極めて高いことが確認さ
れた。
【0027】得られたポリマーの1 H─NMRスペクト
ルにおいてはt─ブトキシ基に由来するピークが消失
し、又、IRスペクトルにおいてはポリ(m─ヒドロキ
シスチレン)に相当する特性吸収バンドが現れた。これ
らの結果から、得られたポリマーは、単分散性のポリ
(m─ヒドロキシスチレン)であることが確認された。
尚、得られたポリマーの膜浸透圧測定法による数平均分
子量は6,000g/モルであった。
【0028】実施例2.2リットルのフラスコに、溶媒
としてテトラヒドロフランを1,000ml、及び重合
開始剤としてクミルセシウム1×10-3モルを仕込み、
−78℃に冷却した後、m─t─ブトキシスチレンモノ
マー70g(100mlのテトラヒドロフランに溶解し
て−78℃に冷却したもの)を添加し、リビング重合反
応を1時間行わせた他は実施例1と全く同様にして、白
色の重合体50gを得た。
【0029】得られた重合体の1 H−NMRを測定した
ところ、実施例1で得られた重合体と同様な特性吸収で
あることから、得られた重合体は、t─ブトキシ基に活
性末端が反応せずに残っている、ポリ(m─t─ブトキ
シスチレン)であり、またGPC溶出曲線(図3)の結
果から、単分散性(Mw/Mn=1.16)であること
が確認された。尚、膜浸透圧測定法によって測定した数
平均分子量は60,000g/モルであった。
【0030】得られたポリ(m─t─ブトキシスチレ
ン)30gをアセトン500mlに溶解し、少量の塩酸
を60℃で添加して8時間攪拌した後、該溶液を水中に
注いで重合体を沈澱させ、分離・乾燥してポリマー20
gを得た。得られたポリマーのGPC溶出曲線(図4)
から、該ポリマーの単分散性が極めて高いことが確認さ
れた。
【0031】得られたポリマーの1 H─NMRスペクト
ルにおいては、t─ブトキシ基に由来するピークが消失
し、またIRスペクトルにおいては、ポリ(m─ヒドロ
キシスチレン)に相当する特性吸収バンドが現れた。こ
れらの結果から、得られたポリマーは、単分散性のポリ
(m─ヒドロキシスチレン)であることが確認された。
尚、得られたポリマーの膜浸透圧測定法による数平均分
子量は40,000g/モルであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で合成したポリ(m−t−ブトキシス
チレン)(数平均分子量10,000g/モル)のGP
C溶出曲線である。
【図2】実施例1で合成したポリ(m−ヒドロキシスチ
レン)(数平均分子量6,000g/モル)のGPC溶
出曲線である。
【図3】実施例2で合成したポリ(m−t−ブトキシス
チレン)(数平均分子量60,000g/モル)のGP
C溶出曲線である。
【図4】実施例2で合成したポリ(m−ヒドロキシスチ
レン)(数平均分子量40,000g/モル)のGPC
溶出曲線である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記化1で表される繰り返し単位を有する
    単分散性ポリ(m─ヒドロキシスチレン)。 【化1】
  2. 【請求項2】下記化2で表されるm─t─ブトキシスチ
    レンをリビングアニオン重合した後、t─ブチル基を脱
    離させることを特徴とする請求項1に記載のポリ(m─
    ヒドロキシスチレン)の製造方法。 【化2】
JP4216359A 1992-07-22 1992-07-22 ポリ(m−ヒドロキシスチレン)及びその製造方法 Pending JPH0641222A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002148806A (ja) * 2000-08-31 2002-05-22 Fuji Photo Film Co Ltd ネガ型レジスト組成物
JP2004352989A (ja) * 2003-05-08 2004-12-16 E I Du Pont De Nemours & Co フォトレジスト組成物およびそれらの調製方法
WO2024066848A1 (zh) * 2022-09-30 2024-04-04 上海八亿时空先进材料有限公司 一种高分子量且窄分布phs树脂及其制备方法与应用

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