发明名称 供光阻材料及光学应用之低光学密度聚合物及共聚物之制法
摘要 本发明系有关于制备包含聚-4-羟基笨乙烯或取代的聚-4-羟基笨乙烯或两者的聚合物之方法。此等聚合物且有低光学密度(吸收度)的波长从约 240 到约260 毫微米之范围内,与在近紫外线及可见光谱(310至800 毫微米)内具有低光学密度。此类聚合物的产制是经由先聚合4-乙醯氧基笨乙烯和(或)取代的乙醯氧基笨乙烯单体,有或无其它共聚用单体,然后再进行转酯化作用(Transesterification)。在本发明的最佳具体实施例中,此等聚合物乃使用至少一种醇类做为反应介质、链转移剂和转酯化反应物而制备,如此提供了一种非比寻常的经济制法。这些聚合物在作为与深度UV,X光与电子光束映像系统结合使用之光阻材料组件时,特别有用。为了得到在辐射波长范围240 到260 毫微米内具有低光学密度的共聚物,必须使用不包含在240 至260 毫微米范围内之实质吸收构造之引发剂(initiator),或者使用小于该类单体约3莫耳百分比的引发剂浓度,以得到最初聚合作用单体至少约90重量%之聚合作用转化率,或者在转酯化作用之前移除反应介质中残留之单体,以及得已聚合单体至少85重量%的转酯化作用转化率。另外,也要避免使用会产生一些能吸收240 至260毫微米幅射波长范围的化学结构的转酯化作用催化剂。
申请公布号 TW219368 申请公布日期 1994.01.21
申请号 TW080104937 申请日期 1991.06.26
申请人 霍奇士西兰尼斯公司 发明人 詹姆斯.曲.利;迈克.特.希汉
分类号 C08F2/50;C08F112/08 主分类号 C08F2/50
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1﹒一种制备包含聚(4─羟基苯乙烯)或经 取代聚(4─羟基苯乙烯)或两者而在 240─260nm具低光学密度之聚合物的方 法,该方法包括下面步骤: (a)使包含4─乙醯氧基苯乙烯单体或经 取代4─乙醯氧基苯乙烯单体或两者及引 发剂之混合物─该引发剂系选自包括2 ,2'─偶氮双─(2,4─二甲基戌 ),2,2'─偶氮双(a一甲基丙 ),2,2'─偶氮双(─2─甲基 丁青),1,1'─偶氮双(环己烷 ),第三─丁基过氧三甲基乙酸酯,第 三─戌基过氧三甲基乙酸酯,过氧化苯 醯基、第三丁基一周氧苯酸的及二─第 三─1基─二过氧酸酯及其组合,而 其中该引发剂与其分解物单独地或做为 聚合物封端其在波长范围从240到360 毫微米之间实质上不会吸收辐射,或者 其中该引发剂之浓度为少于该单体的3 莫耳%于包含甲醇及/或乙醇之反应介 质中进行反应,以产制包含聚(4─乙 醯氧某苯乙烯)或经取代聚(4─乙醯 氧基苯乙烯)或两者之聚合物;而或由 于单体转化或移除残留单体之故,存在 于下一转酯化反应步骤所用反应混合物 中之残留单体量为10重量%或更少(以 所产生的聚合物之重量为准); (b)接着于包含每当量未转酯化聚(4─ 乙醯氧基苯乙烯)或经取代聚(4─乙 醯氧基烯)对至少一当量醇的转酯化反 应介质中,将该聚(4─乙醯氧基苯乙 烯)转酯化成聚(4─羟基苯乙烯)或 将该经取代聚(4─乙醯氧基苯乙烯) 转酯化成经取代聚(4─羟基苯乙烯) 或将二者转酯化;使用5至2000ppm选 自包括盐酸、磷酸、硝酸、硫酸、甲磺 酸与甲苯磺酸之酸性触媒来完成该转酯 化反应;其中至少有85重量%的聚(4 ─乙醯氧基苯乙烯)转化成该聚(4─ 羟基苯乙烯)或该经取代聚(4─乙醯 氧基苯乙烯)转化成该经取代聚(4─ 羟基苯乙烯)或两者至少85重量%的转 酯化率;及 (c)将该包含聚(4─羟基苯乙烯)之聚 合物,或该包含经取代聚(4一羟基苯 乙烯)之聚合物或包含该二者之聚合物 自该转酯化反应介质分离, 其中该引发剂之半衰期在该反应进行的温 度下0﹒5小时到10小时,该温度为该醇反 应介质之回流温度,且该步骤(C)分离是藉 由将步骤(b)反应混合物加至水或有机溶 剂中以将该聚(4─羟基苯乙烯)或该经 取代聚(4─羟基苯乙烯)由该反应介质 中沉淀而完成。 2﹒根据申请专利范围第1项之方法,其中C1 ─C5醇类占该步骤(a)反应介质之至少绝 大部份。 3﹒根据申请专利范围第1项之方法,其中该 步骤(b)的转酯化反应介质基本上与步骤 (a)所使使用的反应介质相同或在功能上相 等。 4﹒根据申请专利范围第1项、第2项或第3 项之方法,其中该反应混合物包含经取代 4─乙醯氧基苯乙烯单体且其中该取代是 发生在该4─乙醯氧基苯乙烯环状结构上 的第3,或5.或3与5位置。 5﹒根据申请专利范围第4项之方法,其中该 取代基是甲基或乙基。 6﹒根据申请专利范围第1项之方法,其中该 引发剂系选自包括2,2'─偶氮二(2 ,4─二甲基戌),2,2'─偶氮二 (2─甲基丙),2,2'─偶氮二( 2─甲基丁),1,1'─偶氮二(环 己烷),第三─丁基过氧三甲基乙酸酯 ,第三一戊基过氧三甲基乙酸酯及其组合。 7﹒根据申请专利范围第1项、第2项或第3 项之方法,其中该引发剂是选自包括过氧 化苯酯基、第三丁基─过氧苯酸酯及二─ 第三─丁基一二过氧酸酯,及其中该引 发剂之莫耳百分比少于该单体的3莫耳百 分比。 8﹒根据申请专利范围第2项或第3项之方法 ,其中该醇类反应介质是选自具1至2个 碳的醇及其混合物。 9﹒根据申请专利范围第1项、第2项或第3 项之方法,其中该酸性触媒实质上不会与 该聚(4─乙醯氧基苯乙烯)、经取代( 4─乙醯氧基苯乙烯),或与由彼等所形 成的该聚(4─羟基苯乙烯)或经取代聚 (4─羟基苯乙烯)反应。 10﹒根据申请专利范围第1项、钢2项或第 3项之方法,其中该引发剂系在步骤(a 中周期地或连续地添加,以使该3─乙醯 氧基苯乙烯或该烃取代3─醋基苯乙烯达 成至少90重量%的转化率。 11﹒根据申请专利范围第10项之方法,其中 该引发剂的半衰期在该反应进行之温度下 为0﹒5小时到10小时。 12﹒根据申请专利范围第2项或第3项之方 法,其中该醇类反应介质是选自具3到5 个碳原子之醇类且其中在步骤(b)添加额 外的醇所该额外的醇是选自具1到2个碳 原子之醇类或二者之组合物。 13﹒根据申请专利范围第1项之方法,其中 该沉淀是藉着将步骤(b)的反应介质加到 流动的水中来完成。 14﹒根据申请专利范围第12项之方法,其中 该聚(4─羟基苯乙烯)或经取代聚(4 ─羟基苯乙烯)的沉淀物经处理以除去残 留酸。 15﹒根据申请专利范围第1项,第2项或第 3项之方法,其中该聚(4─羟基苯乙烯 )或经取代聚(4─羟基苯乙烯)或两者 在该反应混合物的量从10到30重量%。 16﹒一种制备包含聚(4─羟基苯乙烯)或 经取代聚(4─羟基苯乙烯)或两者而在 240 ─260nm具低光学密度之聚合物之方 法,步骤如下: (a)使包含4─乙醯氧基苯乙烯单体或经 取代4─乙醯氧基苯乙烯单体或两者及 具有至少一个乙烯基的共聚用单体和引发 剂的混合物─其中该共聚用单体在波长 240到260毫微米之范围间实质上不会 吸收辐射,而该引发剂系选自包括2, 2'─偶氮双─(2,4一二甲基戌 ),2,2'─偶氮双(2一甲基丙 ),2,2'─偶氮双─2─甲基丁 ,1,1'─偶氮双(环己烷),第 三─丁基过氧三甲基乙酸酯,第三─戌 基过氧三甲基乙酸酯,过氧化苯醯基、第 三丁基─过氧苯酸酯及二─第三─丁基 ─二过氧酸酯及其组合物,其中该引 发剂与其分解物单独地或做为封端基在 波长范围由240到260毫微米之间实质 上不会吸收辐射,或其中该引发剂之浓 度为少于该单体之3莫耳百分比一于包 含甲醇及/或乙醇之反应介质中进行反 应,以产制聚(4一乙醯氧基苯乙烯) 或经取代聚(4─乙醯氧基苯乙烯)与 该共单体之共聚物;而成由于单体转化 或由于残留单体移除之故,存在于下一 阶段转酯化反应步骤的反应混合物中的 残留单体为10重量%或较少(以所产生 的聚合物之重量为基准); (b)接着在包含每当量未转酯化共聚物对 至少一当量醇的转酯化反应介质中,使 用,至2000pPpm选自包括盐酸、磷酸、 硝酸、硫酸、甲磺酸与甲苯磺酸之酸性 触媒使该聚(4─乙醯氧基苯乙烯)转 酯化成该聚(4─羟基苯乙烯)或使该 经取代聚(4─乙醯氧基苯乙烯)转酯 化成经取代聚(4─羟基苯乙烯)或使 两者转酯化,而转酯化反应之转化率达 85重量%;及 (C)自该反应介质中将该包含聚(4─羟 基苯乙烯)或该经取代聚(4─羟基苯 乙烯)或二者的聚合物分离, 其中该引发剂之半衰期在该反应进行的温 度下0﹒5小时到10小时,该温度为该醇反 应介质之回流温度,且该步骤(c)分离是 藉由将步骤(b)反应混合物加至水或有机 溶剂中以将该聚(4─羟基苯乙烯)或该 经取代聚(4─羟基苯乙烯)由该反应介 质中沉淀而完成。 17﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该反应混合物包含经取代4─乙醯氧基未 乙烯单体,且其中该取代是发生在该4─ 乙醯氧基苯乙烯环状结构上的第3,或5. 或第3与第5的位置。 18﹒根据申请专利范围第17项之方法,其中 该取代其是甲基或乙基。 19﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该引发剂是选自包括2,2'─偶氮二( 2,4─二甲基戌) 2,2'─偶氮二(2─甲基丙),2 ,2'─偶氮二(2─甲基丁),1, 1'─偶氮二(环己烷),第三一丁基 过氧二甲基乙酸酯,第三─戌基过氧甲 基乙酸酯及其组合物。 20﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该引发剂是选自包括过氧化苯醯基、第三 丁基一过氧苯酸酯及工─第三─丁基─二 过氧酸酯,且其中该引发剂的莫耳百分 比少于该单体的3莫耳百分比。 21﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 步骤(a)之反应介质是选自具1到5个碳 原子的醇类及其组合物之醇反应介质。 22﹒根据申请专利范围第21项之方法,其中 步骤(b)的转酯化反应介质基本上与步骤 (a)所使用的相同或功能上相当。 23﹒根据申请专利范围第22项之方法,其中 该醇反应介质是选自甲醇及乙醇及二者之 组合物。 24﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该酸触媒实质上不会与该聚 (4─乙醯氧 基苯乙烯)或(4─乙醯氧基苯乙烯)、 该共聚用单体的聚合物、或经取代聚(4 ─羟基苯乙烯)或该经取代聚 (4─羟基 苯乙烯)或任何经转酯化的该共聚用单体 反应。 25﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该引发剂系在步骤(a)中定期地或连续地 添加,藉以使该4─乙醯氧基苯乙烯或该 经取代4─乙醯氧基苯乙烯单体与该共聚 用单体合并达到至少90重量%的转化率。 26﹒根据申请专利范围第21项之方法,其中 该醇类反应介质是选自具3到5个碳原子 之醇类,其中在步骤(b)添加额外的醇及 其中该纸外醇是选自具1到2个碳原子之 醇类或二者之组合物。 27﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该步骤(C)之分离是藉由该包含聚(4─ 粹基苯乙烯l或经取代聚(4一浑基苯乙 烯l或两者之聚合物由该反应介质中沉淀 来完成。 28﹒根据申请专利范围第27项之方法,其中 该聚合物的沉淀经处理以除去残留酸。 29﹒恨据中请专利范团第1项、第2项或第 3项之方法,其中步骤(a)中之该4─乙 醯氧基苯乙烯单体或经取代4─乙醯氧基 苯乙烯单体或二者皆不包含实质上含在波 长范围240到260毫微米内吸收辐射的抑 止剂。 30﹒根据申请专利范围第16项之方法,其中 该4─乙醯氧基苯乙烯单体或经取代4─ 乙醯氧基苯乙烯单体或二者与步骤(a)之 共聚用单体皆不包含实质上含在波长范围 240到260毫微米内吸收辐射的抑止剂。 31﹒根据申请专利范围第1项或第16项之方 法,其中该步骤(a)中之单体转化成聚合 物的转化率小于90重量%,但是其中步骤 (a)的反应介质大部份由该聚合体倾出, 并在步骤(b)转酯化作用之前以新鲜,乾 净的砖反应介质补充。 32﹒根据申请专利范围第31项之方法,其中 C1─C5醇占该步骤(a)反应介质的至少绝 大部份,并且其中该补充用醇类反应介质 基本上与步骤(a)所用者相同或功能上相 等。 33﹒根据申请专利范围第32项之方法,其中 该补充用醇类反应介质,实质上与步骤 (a)所便用的反应介质不同。 34﹒根据申请专利范围第31项之方法,其中 该补充用醇类反应介质包含至少一种选自 具1到5个碳原子醇类之醇。 35﹒根据申请专利范围第31项之方法,其中 该补充用醇类反应介质包含至少一种选自 具1到5个碳原子醇类之醇。
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