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JP4687334B2 - Immersion exposure liquid and immersion exposure method - Google Patents

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JP4687334B2
JP4687334B2 JP2005248250A JP2005248250A JP4687334B2 JP 4687334 B2 JP4687334 B2 JP 4687334B2 JP 2005248250 A JP2005248250 A JP 2005248250A JP 2005248250 A JP2005248250 A JP 2005248250A JP 4687334 B2 JP4687334 B2 JP 4687334B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

本発明は液浸露光用液体および液浸露光方法に関する。   The present invention relates to a liquid for immersion exposure and an immersion exposure method.

半導体素子等を製造するのに際し、フォトマスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介して、フォトレジストが塗布されたウエハ上の各ショット領域に転写するステッパー型、またはステップアンドスキャン方式の投影露光装置が使用されている。
投影露光装置に備えられている投影光学系の解像度の理論限界値は、使用する露光波長が短く、投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、集積回路の微細化に伴い投影露光装置で使用される放射線の波長である露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大してきている。
また、露光を行なう際には、解像度と同様に焦点深度も重要となる。解像度R、および焦点深度δの理論限界値はそれぞれ以下の数式で表される。

R=k1・λ/NA (i)
δ=k2・λ/NA2 (ii)

ここで、λは露光波長、k1、k2はプロセス係数であり、NAは投影光学系の開口数であり空気の屈折率を1とした場合、下式(ii')で定義される。すなわち同じ解像度Rを得る場合には短い波長を有する放射線を用いた方が大きな焦点深度δを得ることができる。

NA=sinθ(θ=レジスト表面への露光光の最大入射角) (ii')

上記に述べたように、これまでは、露光光源の短波長化、開口数の増大により集積回路の微細化要求に応えてきており、現在では露光光源としてArFエキシマレーザ(波長193nm)を用いた1L1S(1:1ラインアンドスペース)ハーフピッチ90nmノードの量産化が検討されている。しかしながら、更に微細化が進んだ次世代のハーフピッチ65nmノードあるいは45nmノードについてはArFエキシマレーザの使用のみによる達成は困難であるといわれている。そこで、これらの次世代技術についてはF2エキシマレーザ(波長157nm)、EUV(波長13nm)等の短波長光源の使用が検討されている。しかしながら、これらの光源の使用については技術的難易度が高く、現状ではまだ使用が困難な状況にある。
Stepper-type or step-and-scan projection exposure that transfers a reticle pattern as a photomask to each shot area on a photoresist-coated wafer via a projection optical system when manufacturing semiconductor elements, etc. The device is in use.
The theoretical limit value of the resolution of the projection optical system provided in the projection exposure apparatus becomes higher as the exposure wavelength used is shorter and the numerical aperture of the projection optical system is larger. For this reason, with the miniaturization of integrated circuits, the exposure wavelength, which is the wavelength of radiation used in the projection exposure apparatus, has become shorter year by year, and the numerical aperture of the projection optical system has also increased.
Further, when performing exposure, the depth of focus is important as well as the resolution. The theoretical limit values of the resolution R and the depth of focus δ are respectively expressed by the following mathematical formulas.

R = k1 · λ / NA (i)
δ = k2 · λ / NA 2 (ii)

Where λ is the exposure wavelength, k1 and k2 are process coefficients, NA is the numerical aperture of the projection optical system, and the refractive index of air is 1, and is defined by the following equation (ii ′). That is, when the same resolution R is obtained, a greater depth of focus δ can be obtained by using radiation having a short wavelength.

NA = sin θ (θ = maximum incident angle of exposure light on resist surface) (ii ′)

As described above, so far, the demand for miniaturization of integrated circuits has been met by shortening the wavelength of the exposure light source and increasing the numerical aperture, and now an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) is used as the exposure light source. Mass production of 1L1S (1: 1 line and space) half pitch 90 nm nodes is under study. However, it is said that it is difficult to achieve the next generation half pitch 65 nm node or 45 nm node, which is further miniaturized, only by using an ArF excimer laser. Thus, for these next-generation technologies, the use of short-wavelength light sources such as F 2 excimer laser (wavelength 157 nm), EUV (wavelength 13 nm), etc. is being studied. However, the use of these light sources is technically difficult and is still difficult to use.

ところで、上記の露光技術においては、露光されるウエハ表面にはフォトレジスト膜が形成されており、このフォトレジスト膜にパターンが転写される。従来の投影露光装置では、ウエハが配置される空間は屈折率が1の空気または窒素で満たされている。このとき、ウエハと投影露光装置のレンズとの間の空間を屈折率nの媒体で満たした場合、解像度R、焦点深度δの理論限界値は以下の数式にて表されることが報告されている。

R=k1・(λ/n)/NA (iii)
δ=k2・nλ/NA2 (iv)

ここで、NAは実際の投影光学系の開口数ではなく、上記式(ii')で定義される定数を意味する(正確には投影光学系の開口数NA'はNA'=nsinθ(nは上記と同じ定義)で表される。)
上式は、屈折率nの液体を投影露光装置のレンズとウエハの間に満たし、適当な光学系を設定することにより、解像度の限界値及び、焦点深度をそれぞれn分の1、n倍にすることが理論的に可能であることを意味している。例えば、ArFプロセスで、上記媒体として水を使用すると波長193nmの光の水中での屈折率nはn=1.44であるから、空気または窒素を媒体とする露光時と比較し、解像度Rは69.4%(R=k1・(λ/1.44)/NA)、焦点深度は144%(δ=k2・1.44λ/NA2)となる光学系の設計が理論上可能である。
このように露光するための放射線の実効波長を短波長化し、より微細なパターンを転写できる投影露光する方法を液浸露光といい、今後のリソグラフィーの微細化、特に数10nm単位のリソグラフィーには、必須の技術と考えられ、その投影露光装置も知られている(特許文献1参照)。
In the above exposure technique, a photoresist film is formed on the exposed wafer surface, and a pattern is transferred to the photoresist film. In a conventional projection exposure apparatus, a space in which a wafer is placed is filled with air or nitrogen having a refractive index of 1. At this time, when the space between the wafer and the lens of the projection exposure apparatus is filled with a medium having a refractive index n, it is reported that the theoretical limit values of the resolution R and the depth of focus δ are expressed by the following formulas. Yes.

R = k1 · (λ / n) / NA (iii)
δ = k2 · nλ / NA 2 (iv)

Here, NA is not the actual numerical aperture of the projection optical system, but means a constant defined by the above formula (ii ′) (exactly, the numerical aperture NA ′ of the projection optical system is NA ′ = n sin θ (n is (Same definition as above))
The above formula fills the liquid of refractive index n between the lens of the projection exposure apparatus and the wafer, and sets an appropriate optical system, thereby reducing the resolution limit value and the depth of focus to 1 / n and n times, respectively. It means that it is theoretically possible to do. For example, when water is used as the medium in the ArF process, since the refractive index n of light having a wavelength of 193 nm in water is n = 1.44, the resolution R is compared with that in exposure using air or nitrogen as a medium. It is theoretically possible to design an optical system with 69.4% (R = k1 · (λ / 1.44) / NA) and a focal depth of 144% (δ = k2 · 1.44λ / NA 2 ).
A projection exposure method that can reduce the effective wavelength of radiation for exposure in this way and transfer a finer pattern is called immersion exposure, and in future lithography miniaturization, especially lithography in units of several tens of nm, It is considered an essential technique, and its projection exposure apparatus is also known (see Patent Document 1).

従来、液浸露光方法において、投影光学系のレンズと基板との間に満たされる液体としては、ArFエキシマレーザにおいては純水、F2エキシマレーザにおいては、157nmにおける透明性が高いという理由からフッ素系不活性液体等の使用が検討されてきた。
純水は半導体製造工場ではその入手が容易であり、環境的にも問題がない。また、温度調整が容易で、露光中に生じる熱による基板の熱膨張を防ぐことができるとして、ArF用液浸の液体として採用されており(特許文献2参照)、65nmハーフピッチノードのデバイスの量産への採用が確実となっている。
一方で、純水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させる添加剤として、メチルアルコール等を添加した液体も知られている(特許文献3参照)。
しかしながら、純水を使用することにより、フォトレジスト膜に水が浸透し、フォトレジストパターンの断面形状がT−トップ形状となる形状劣化を生じたり、解像度が低下したりすることがある。また、フォトレジストを構成する光酸発生剤、塩基性添加剤、露光により発生した酸等の水溶性成分が水へ溶出することにより、T−トップ形状等の形状劣化が起こり、解像度、焦点深度の低下、ブリッジ欠陥が生じたり、現像後パターンに欠陥が生じたり、レンズ表面が汚染されることもある。また、これらの成分の液体への溶出は同時に液体の汚染を引き起こし、液体の再利用が困難となる。このため、頻繁に煩雑な精製処理が必要となる。
このため、フォトレジスト膜と水とを遮断する目的で、フォトレジスト膜上に上層膜を形成する方法があるが、露光に対する十分な透過性やフォトレジスト膜とのインターミキシング性など十分でない場合があり、工数が複雑になる問題もある。更に、レンズ材料に従来用いられているCaF2が水により浸食されることが報告されており(非特許文献1)、このため、レンズ表面をコーティングするコーティング材が必要になるという問題も生じている。
一方、上記の式(iii)で示したように解像度の限界はArFドライ露光の約1.44倍であることから、より微細化が進む特にハーフピッチ45nm以下の次世代技術においてはその使用が困難になることが予測されている。
Conventionally, in the immersion exposure method, the liquid filled between the lens of the projection optical system and the substrate is pure water in the ArF excimer laser and fluorine because of high transparency at 157 nm in the F 2 excimer laser. The use of system inert liquids has been studied.
Pure water is easy to obtain in semiconductor manufacturing factories and has no environmental problems. In addition, it is used as an immersion liquid for ArF (see Patent Document 2) because it can easily adjust the temperature and prevent thermal expansion of the substrate due to heat generated during exposure (see Patent Document 2). Adoption to mass production is certain.
On the other hand, a liquid to which methyl alcohol or the like is added as an additive for reducing the surface tension of pure water and increasing the surface activity is also known (see Patent Document 3).
However, when pure water is used, water may penetrate into the photoresist film, resulting in a shape deterioration in which the cross-sectional shape of the photoresist pattern becomes a T-top shape, and resolution may be reduced. In addition, water-soluble components such as photoacid generators, basic additives, and acids generated by exposure to the photo-resist elute into water, resulting in shape deterioration such as T-top shape, resolution, depth of focus, etc. Reduction, bridging defects, defects in patterns after development, and lens surfaces may be contaminated. In addition, elution of these components into the liquid causes liquid contamination at the same time, making it difficult to reuse the liquid. For this reason, a complicated purification process is frequently required.
For this reason, there is a method of forming an upper layer film on the photoresist film for the purpose of blocking the photoresist film and water, but there are cases where sufficient transparency to exposure and intermixing with the photoresist film are not sufficient. There is also a problem that man-hours become complicated. Furthermore, it has been reported that CaF 2 conventionally used as a lens material is eroded by water (Non-Patent Document 1), and thus a problem arises that a coating material for coating the lens surface is required. Yes.
On the other hand, since the resolution limit is about 1.44 times that of ArF dry exposure as shown in the above formula (iii), its use is particularly advanced in the next generation technology where the half pitch is 45 nm or less. It is expected to be difficult.

このように、より微細化が進む次世代の液浸露光方法においては、露光波長(例えば、波長193nm等)において純水よりも屈折率が大きく、これらの波長光に対する透過性が高い液体が求められている。同時に該液体はフォトレジスト膜からの添加剤の溶出、レジスト膜の溶解、パターンの劣化等フォトレジスト膜へ悪影響を及ぼさず、更にレンズを浸食しない液体であることが求められている。同時に液浸露光の導入による高NA化に伴い、露光光として偏光の導入が検討されており、該液体は上記の要求以外に例えば旋光性等の性質により偏光の方向を曲げない液体であることが期待されている。
本目的を達成する方法として、例えば、水に各種の塩を溶解し屈折率を高める試みがなされている(非特許文献2)。しかしながらこのアプローチは塩の濃度制御が困難である他、水同様に水溶性成分の溶出による現像欠陥、レンズの汚染、等の問題がある。
一方、F2露光用に検討が進められているペルフルオロポリエーテルなどのフッ素系不活性液体は、例えば193nmにおいて屈折率が小さいため該波長での使用が困難である。また、波長589nmにおいて高屈折率であるとの理由で顕微鏡用の液浸露光液体として従来知られている有機臭素化物、ヨウ素化物は、例えば193nmにおける透過性が悪いと共にフォトレジスト膜に対する安定性に劣る。
特開平11−176727号公報 国際公開WO99/49504号公報 特開平10−303114号公報 NIKKEI MICRODEVICE 2004年4月号 p77 Proc.SPIE Vol.5377(2004)p.273
As described above, in the next-generation immersion exposure method in which miniaturization is progressing, a liquid having a refractive index larger than that of pure water at an exposure wavelength (for example, a wavelength of 193 nm) and having a high transmittance with respect to light of these wavelengths is required. It has been. At the same time, the liquid is required to be a liquid that does not adversely affect the photoresist film, such as elution of additives from the photoresist film, dissolution of the resist film, and pattern deterioration, and does not erode the lens. At the same time, with the increase in NA due to the introduction of immersion exposure, the introduction of polarized light as exposure light is being studied, and the liquid is a liquid that does not bend the direction of polarized light due to properties such as optical rotation other than the above requirements. Is expected.
As a method for achieving this object, for example, attempts have been made to increase the refractive index by dissolving various salts in water (Non-Patent Document 2). However, this approach is difficult to control the concentration of salt, and also has problems such as development defects due to elution of water-soluble components as well as water, lens contamination, and the like.
On the other hand, fluorine-based inert liquids such as perfluoropolyether that are being studied for F 2 exposure are difficult to use at this wavelength because of their low refractive index at, for example, 193 nm. In addition, organic bromides and iodides, which are conventionally known as immersion exposure liquids for microscopes because of their high refractive index at a wavelength of 589 nm, have poor transparency at, for example, 193 nm and are stable against photoresist films. Inferior.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-176727 International Publication No. WO99 / 49504 JP-A-10-303114 NIKKEI MICRODEVICE April, 2004 issue p77 Proc. SPIE Vol. 5377 (2004) p. 273

本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、液浸露光方法において、純水よりも屈折率が大きく、液浸露光波長において優れた透過性を有し、フォトレジスト膜あるいはその上層膜成分(とりわけ親水性成分)の溶出や溶解を防ぎ、レンズを浸食せずレジストパターンの生成時の欠陥を抑えることができ、液浸露光用液体として使用した場合、パターン形状の劣化を抑え、解像度および焦点深度のより優れたパターンを形成できるとともに、液体の再利用および精製が容易な液浸露光用液体およびその液体を用いた液浸露光方法の提供を目的とする。   The present invention has been made to cope with such a problem. In the immersion exposure method, the refractive index is higher than that of pure water, and has excellent transparency at the immersion exposure wavelength. Its upper layer components (especially hydrophilic components) can be prevented from elution and dissolution, and it can suppress defects during resist pattern generation without eroding the lens. An object of the present invention is to provide a liquid for immersion exposure that can suppress, form a pattern with better resolution and depth of focus, and can easily reuse and purify the liquid, and an immersion exposure method using the liquid.

上記課題を解決するためには、露光波長における高い透過率を有し、かつ水と比較して十分屈折率の高いことが液浸露光用液体に求められる必須条件であった。一方、液体の紫外領域の屈折率は、液体を構成する分子の分極率に依存することが一般に知られている。分極率を高める方法としては例えば硫黄、臭素、ヨウ素などの動きやすいn電子をもつ元素を分子に導入することおよび比較的動きやすいπ電子を有する炭素−炭素2重結合、炭素−炭素3重結合、とりわけ芳香族環を導入することが一般的に有効である。しかしながら、これらの元素および分子構造を含む化合物は一般に例えば193nm等の遠紫外領域に強い吸収をもち本目的に使用することができない。一方遠紫外領域に対する吸収が小さい化合物としては、無置換の炭化水素化合物、シアノ化炭化水素化合物、フッ素化炭化水素化合物、スルホン酸エステル化合物、一部のアルコール等が挙げられるが、これらの化合物は一般に水より高屈折率であるがその屈折率は現行の水と大きな差がない。
一方、液体の屈折率のより正確な理論式として下記式(Lorentz−Lorenzの式)が提案されており、下記式を用いて、ベンゼンの屈折率nが正確に予測できるという結果が報告されている(J.Phy.Chem. A.,Vol.103,No.42,1999 p8447)。

n=(1+4πNαeff0.5

上式において、Nは単位体積中の分子数を示し、部分モル体積が小さいほど大きな値になる。
上記式から、高吸収な官能基の導入によりαを高められない場合でもNを大きくすることにより屈折率が高められると予測される。上記を参考に、液体の分子構造を種々検討した結果、コンパクトな構造を有するために密度が高い本発明の脂環式炭化水素液体が、透明性と屈折率を両立しかつ液浸露光用液体として用いた場合フォトレジスト膜あるいはその上層膜成分(とりわけ親水性成分)の溶出や溶解を防ぎ、更にはレジストパターンの生成時の欠陥、レンズの浸食等の問題を解決し、より解像度および焦点深度の優れたパターンを形成できることを見出し本発明を完成するに至った。
発明者らは、更に鋭意検討した結果、上記請求項1の混合液体が特にパターン形成能力に優れ、液体の再利用および製造再現性に優れることを見出し本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の液浸露光用液体は、投影光学系のレンズと基板との間に満たされた液体を介して露光する液浸露光装置または液浸露光方法に用いられる液体であって、該液体は、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体を90重量%以上含有し、該混合液体の混合重量比である[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値が[50/50〜0.001/99.999]であることを特徴とする。
特に、本発明の液浸露光用液体は、濃硫酸洗浄した液体であり、光路長1mm換算の波長193nmの放射線透過率が90%以上、溶存酸素量が2ppm以下、ICP‐MSで分析した含有金属の総量が10ppm以下であることを特徴とする。
本発明の液浸露光方法は、露光ビームでマスクを照明し、投影光学系のレンズと基板との間に満たされた液体を介して露光ビームで基板を露光する液浸露光方法であって、上記液体が上述した液浸露光用液体であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, it has been an essential condition required for an immersion exposure liquid to have a high transmittance at the exposure wavelength and a sufficiently high refractive index as compared with water. On the other hand, it is generally known that the refractive index in the ultraviolet region of a liquid depends on the polarizability of molecules constituting the liquid. As a method for increasing the polarizability, for example, an element having a mobile n-electron such as sulfur, bromine or iodine is introduced into the molecule, and a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond having a relatively mobile π-electron. In particular, it is generally effective to introduce an aromatic ring. However, compounds containing these elements and molecular structures generally have strong absorption in the far ultraviolet region such as 193 nm and cannot be used for this purpose. On the other hand, examples of the compound having small absorption in the far ultraviolet region include unsubstituted hydrocarbon compounds, cyanated hydrocarbon compounds, fluorinated hydrocarbon compounds, sulfonate ester compounds, some alcohols, and the like. In general, the refractive index is higher than that of water, but the refractive index is not significantly different from that of current water.
On the other hand, the following formula (Lorentz-Lorenz formula) has been proposed as a more accurate theoretical formula for the refractive index of liquid, and the result that the refractive index n of benzene can be accurately predicted using the following formula has been reported. (J. Phys. Chem. A., Vol. 103, No. 42, 1999 p8447).

n = (1 + 4πNα eff ) 0.5

In the above formula, N represents the number of molecules in a unit volume, and the larger the partial molar volume, the larger the value.
From the above formula, it is predicted that the refractive index can be increased by increasing N even when α cannot be increased by introduction of a highly absorbing functional group. As a result of various studies on the molecular structure of the liquid with reference to the above, the alicyclic hydrocarbon liquid of the present invention, which has a high density because it has a compact structure, has both transparency and refractive index, and is a liquid for immersion exposure. When used as a photo resist film or its upper layer film component (especially hydrophilic component) is prevented from elution and dissolution, and further, it solves problems such as defects at the time of resist pattern generation and lens erosion, and more resolution and depth of focus. As a result, the present invention was completed.
As a result of further intensive studies, the inventors have found that the liquid mixture of claim 1 is particularly excellent in pattern formation ability, liquid reuse and manufacturing reproducibility, and has completed the present invention.
That is, the immersion exposure liquid according to the present invention is a liquid used in an immersion exposure apparatus or an immersion exposure method in which exposure is performed through a liquid filled between a lens of a projection optical system and a substrate, The liquid contains 90% by weight or more of a mixed liquid of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene, and the value of [cis-decahydronaphthalene / trans-decahydronaphthalene] which is the mixed weight ratio of the mixed liquid is [ 50/50 to 0.001 / 99.999].
In particular, the liquid for immersion exposure of the present invention is a liquid washed with concentrated sulfuric acid, containing 90% or more of radiation transmittance at a wavelength of 193 nm in terms of 1 mm optical path length, 2 ppm or less of dissolved oxygen, and analyzed by ICP-MS. The total amount of metal is 10 ppm or less.
The immersion exposure method of the present invention is an immersion exposure method in which a mask is illuminated with an exposure beam, and the substrate is exposed with the exposure beam through a liquid filled between the lens of the projection optical system and the substrate, The liquid is the liquid for immersion exposure described above.

本発明の液浸露光方法は、液浸露光用液体として、疎水性が高く、露光波長において高屈折率である、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンをそれぞれ所定の割合とした混合液体を90重量%以上含有する混合液体を用いるので、フォトレジスト膜あるいはその上層膜成分、特に親水性成分の溶出や溶解を防ぎ、レジストパターンの生成時の欠陥、レンズの浸食の問題を解決でき、また、液浸露光用液体として用いた場合に、パターン形状の劣化を抑え、解像度および焦点深度の改良が可能である。また、本発明の液浸露光用液体は再利用および製造再現性に優れる。   The immersion exposure method of the present invention is a liquid mixture for immersion exposure that has a high hydrophobicity and a high refractive index at the exposure wavelength, and each of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene at a predetermined ratio. Since a mixed liquid containing 90% by weight or more is used, it is possible to prevent elution and dissolution of the photoresist film or its upper layer film component, particularly a hydrophilic component, and to solve the problem of defects at the time of generating a resist pattern and lens erosion, Further, when used as a liquid for immersion exposure, it is possible to suppress the deterioration of the pattern shape and improve the resolution and the depth of focus. Further, the immersion exposure liquid of the present invention is excellent in reuse and production reproducibility.

本発明の液浸露光用液体は、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体を90重量%以上含有する混合液体である。
特に混合液体の混合重量比である[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値が[50/50〜0.001/99.999]、好ましくは[20/80〜0.001/99.999]である。
[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値が50/50をこえると、すなわち混合液体においてcis‐デカヒドロナフタレンが50重量%をこえると波長193nmの透過率および使用済みの液体を再精製して使用できる性質であるリサイクル性が悪くなる傾向にある。
The liquid for immersion exposure of the present invention is a mixed liquid containing 90% by weight or more of a mixed liquid of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene.
In particular, the value of [cis-decahydronaphthalene / trans-decahydronaphthalene], which is the mixing weight ratio of the mixed liquid, is [50/50 to 0.001 / 99.999], preferably [20/80 to 0.001 / 99.999].
When the value of [cis-decahydronaphthalene / trans-decahydronaphthalene] exceeds 50/50 , that is, when cis-decahydronaphthalene exceeds 50 % by weight in the mixed liquid, the transmittance at 193 nm and the used liquid are changed. Recyclability, which is a property that can be used after repurification, tends to deteriorate.

液浸露光用液体に必要とされる各性質およびその特性値を検討した結果、投影光学系のレンズ、レジスト材料との化学的相互作用が少ないことが望まれるとともに、以下の性質および特性値が挙げられる。本発明の液浸露光用液体はcis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体を90重量%以上含有する混合液体であるので、以下に説明する各特性の好ましい条件を満たす。
(1)屈折率
液浸露光用液体の屈折率は、前述した(iii)式、(iv)式の理由で、純水よりも高いことが好ましい。
具体的には、屈折率が水と露光前のレジスト膜(または液浸用上層膜)との間の値であり、かつ水と比較してより高い値であることが好ましく、25℃において、波長193nmにおける屈折率が1.45〜1.8、好ましくは1.6〜1.8の範囲である。また、使用環境の変化による屈折率変化はデフォーカスの原因となるため、液浸露光用液体の屈折率は温度、圧力等の影響を受けにくいことが好ましい。特に、温度については、レンズ、レジスト材料の光吸収に伴う発熱により使用時に変化することが想定されるため、屈折率の温度依存性が低いことが好ましい。具体的には、屈折率(n)の温度(T)による変化率dn/dTの絶対値が好ましくは、5.0×10-3(℃-1)、更に好ましくは7.0×10-4(℃-1)以内である。
また、本観点から、本化合物の比熱は大きい値であることが好ましく、具体的には比熱の値は0.1cal/g・℃以上であることが好ましく、更に好ましくは0.30cal/g・℃以上である。
また、液浸露光用液体は、その屈折率が色収差による影響を受けにくいことが好ましく、露光波長周辺における屈折率の波長依存性が小さいことが好ましい。
(2)放射線透過率
193nmにおける放射線透過率は、25℃において、光路長1mmの透過率が70%以上であることが好ましく、特に好ましくは90%以上であり、更に好ましくは95%以上である。この場合、透過率が70%未満であると液体の光吸収により生じた熱エネルギーによる発熱が起こりやすくなり、温度上昇による屈折率変動による光学像のデフォーカス、および歪が生じやすくなる。また、液体の吸収により、レジスト膜に到達する光量が減少し、スループットの大幅な低下を引き起こす原因となる。
As a result of studying each property required for the immersion exposure liquid and its characteristic values, it is desired that the chemical interaction with the lens and resist material of the projection optical system is small, and the following properties and characteristic values are as follows. Can be mentioned. Since the liquid for immersion exposure of the present invention is a mixed liquid containing 90% by weight or more of a mixed liquid of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene, it satisfies the preferable conditions of each characteristic described below.
(1) Refractive index The refractive index of the immersion exposure liquid is preferably higher than that of pure water because of the above-described formulas (iii) and (iv).
Specifically, the refractive index is a value between water and the resist film before exposure (or an upper film for immersion), and preferably higher than water, at 25 ° C. The refractive index at a wavelength of 193 nm is 1.45 to 1.8, preferably 1.6 to 1.8. In addition, since a change in refractive index due to a change in use environment causes defocusing, it is preferable that the refractive index of the immersion exposure liquid is not easily affected by temperature, pressure, or the like. In particular, since the temperature is assumed to change during use due to heat generated by light absorption of the lens and resist material, it is preferable that the temperature dependence of the refractive index is low. Specifically, the absolute value of the rate of change dn / dT depending on the temperature (T) of the refractive index (n) is preferably 5.0 × 10 −3 (° C. −1 ), more preferably 7.0 × 10 −. Within 4 (℃ -1 ).
From this viewpoint, the specific heat of the present compound is preferably a large value. Specifically, the specific heat value is preferably 0.1 cal / g · ° C. or more, more preferably 0.30 cal / g · It is above ℃.
The immersion exposure liquid preferably has a refractive index that is not easily affected by chromatic aberration, and preferably has a small wavelength dependency of the refractive index around the exposure wavelength.
(2) Radiation transmittance The radiation transmittance at 193 nm is preferably 70% or more, particularly preferably 90% or more, and more preferably 95% or more, at 25 ° C., with an optical path length of 1 mm. . In this case, if the transmittance is less than 70%, heat generation due to thermal energy caused by light absorption of the liquid is likely to occur, and defocusing and distortion of the optical image due to refractive index variation due to temperature rise are likely to occur. In addition, the amount of light reaching the resist film is reduced due to the absorption of the liquid, which causes a significant decrease in throughput.

(3)粘度(粘性率)
粘度は20℃における粘度が0.5Pa・s以下、特にウエハとレンズ材料の間のギャップが1mm以下の環境で使用する場合は好ましくは0.01Pa・s以下、特に好ましくは0.005Pa・s以下である。粘度が0.5Pa・sをこえる場合、レジスト膜(または液浸用上層膜)とレンズ材料との間のギャップに液体が浸入しにくい、あるいは、液浸の液体供給方法として局所液浸法、露光方式として、ウエハをのせたステージを動かすことにより、ウエハを全面露光するステップアンドスキャン方式を用いた場合十分なスキャン速度を得られずスループットの大幅な低下をもたらし、また摩擦による温度上昇がおこりやすい傾向にあり温度変化による光学特性変化の影響を受けやすい。また、特にウエハとレンズ材料の間のギャップが1mm以下である場合、前者の理由から粘度は0.01Pa・s以下であることが好ましく、この場合、ギャップの距離(液膜の厚さ)を低減させることにより、液体の透過率を上昇させ、液体の吸収の影響を受けにくくすることができ好適である。
また、粘度が大きくなった場合液中の気泡(ナノバブル、マイクロバブル)の生成が起こりやすくなり、また、該気泡の寿命が長くなるため好適でない。
(4)気体の溶解度
気体の溶解度は、酸素および窒素の25℃、分圧が1気圧(atm)であるときの液体中の気体のモル分率であらわされる溶解度が好ましくは0.5×10-4〜70×10-4、更に好ましくは2.5×10-4〜50×10-4であり、これらの気体の溶解度が0.5×10-4以下である場合レジスト等から発生したナノバブルが消失しにくいためバブルによる光散乱によりパターニング時にレジストの欠陥が生じやすくなる。また70×10-4以上であると露光時に周囲の気体を吸収するため、気体の吸収による光学特性の変化の影響を受けやすくなる。
(3) Viscosity (viscosity)
The viscosity at 20 ° C. is 0.5 Pa · s or less, particularly when used in an environment where the gap between the wafer and the lens material is 1 mm or less, preferably 0.01 Pa · s or less, particularly preferably 0.005 Pa · s. It is as follows. When the viscosity exceeds 0.5 Pa · s, it is difficult for liquid to enter the gap between the resist film (or the upper film for immersion) and the lens material, or as a liquid supply method for immersion, a local immersion method, By using a step-and-scan method that exposes the entire wafer surface by moving the stage on which the wafer is placed as an exposure method, sufficient scanning speed cannot be obtained, resulting in a significant decrease in throughput and a temperature increase due to friction. It tends to be easy to be affected by changes in optical properties due to temperature changes. In particular, when the gap between the wafer and the lens material is 1 mm or less, the viscosity is preferably 0.01 Pa · s or less for the former reason. In this case, the gap distance (liquid film thickness) is set to By reducing it, it is possible to increase the liquid transmittance and make it less susceptible to the absorption of the liquid.
Further, when the viscosity increases, bubbles in the liquid (nanobubbles, microbubbles) are likely to be generated, and the lifetime of the bubbles is prolonged, which is not preferable.
(4) Gas Solubility The gas solubility is preferably 0.5 × 10 5 expressed by the molar fraction of gas in the liquid when oxygen and nitrogen are at 25 ° C. and the partial pressure is 1 atm (atm). −4 to 70 × 10 −4 , more preferably 2.5 × 10 −4 to 50 × 10 −4 , and when these gases have a solubility of 0.5 × 10 −4 or less, they are generated from a resist or the like. Since nanobubbles are difficult to disappear, light scattering by the bubbles tends to cause resist defects during patterning. Further, if it is 70 × 10 −4 or more, ambient gas is absorbed during exposure, so that it is easily affected by changes in optical characteristics due to gas absorption.

(5)表面張力
現在水の液浸露光で用いられているのと同様の、局所液浸法による液浸でステップアンドスキャン方式の露光装置に使用する場合、スキャン時の液体の飛散が問題となるため、液浸露光用液体は表面張力が高いことが好ましい。具体的には20℃における表面張力は好ましくは5dyn/cm〜90dyn/cm、更に好ましくは20dyn/cm〜80dyn/cmである。
(6)取り扱いおよび環境に対する特性
液浸露光用液体は、使用環境下で爆発、発火、引火等の危険性が低い化合物であることが好ましい。具体的には引火点は25℃以上であることが好ましく、50℃以上であることが更に好ましい、発火点は好ましくは180℃以上、更に好ましくは230℃以上である。また、25℃における蒸気圧は50mmHg以下であることが好ましく、更に好ましくは5mmHg以下である。
また、人体、環境に対する有害性が低いことが好ましく具体的には、人体に対する有害性に関しては、急性毒性が低く、発がん性、変異原性、催奇形性、生殖毒性等のない化合物が好ましい。具体的には、例えば、許容濃度が、好ましくは30ppm以上、更に好ましくは70ppm以上であり、Ames試験の結果は陰性である液体が好ましい。環境に対する有害性については、残留性、生態蓄積性のない化合物が好ましい。
(5) Surface tension When used in a step-and-scan type exposure apparatus with immersion by the local immersion method, which is the same as that currently used in immersion exposure of water, scattering of the liquid during scanning is a problem. Therefore, the immersion exposure liquid preferably has a high surface tension. Specifically, the surface tension at 20 ° C. is preferably 5 dyn / cm to 90 dyn / cm, more preferably 20 dyn / cm to 80 dyn / cm.
(6) Handling and environmental characteristics The immersion exposure liquid is preferably a compound that has a low risk of explosion, ignition, ignition, etc. in the usage environment. Specifically, the flash point is preferably 25 ° C or higher, more preferably 50 ° C or higher, and the ignition point is preferably 180 ° C or higher, more preferably 230 ° C or higher. The vapor pressure at 25 ° C. is preferably 50 mmHg or less, more preferably 5 mmHg or less.
Further, it is preferable that the harmfulness to the human body and the environment is low. Specifically, regarding the harmfulness to the human body, a compound having low acute toxicity and having no carcinogenicity, mutagenicity, teratogenicity, reproductive toxicity and the like is preferable. Specifically, for example, a liquid having an allowable concentration of preferably 30 ppm or more, more preferably 70 ppm or more and a negative result of the Ames test is preferable. Regarding the harmfulness to the environment, a compound having no persistence and bioaccumulation is preferable.

(7)接触角
液浸露光用液体とレジスト(または液浸用上層膜)との間の接触角は好ましくは20°から90°、更に好ましくは50°から80°であり、また、石英ガラスやCaF2などのレンズ材料との接触角は好ましくは90°以下、好ましくは80°以下である。液浸露光用液体と露光前のレジスト(または液浸上層膜)との接触角が20°以下であるとギャップに対して液体が浸入されにくく、また、露光方式として上記、局所液浸法とステップアンドスキャン方式の組み合わせを用いた場合液体が膜中に飛散しやすくなる。一方、本発明の液体と露光前のレジスト(または液浸上層膜)との接触角が90°以上になると凹凸のあるレジスト(または上層膜)境界面で気体を取り込みやすくなり、気泡が発生しやすくなる。このような現象は、Immersion Lithography Modeling 2003 Year−End Report(International SEMATECH)に記載されている。
また、液浸露光用液体とレンズ材料との接触角が90°をこえる場合レンズ表面と液体の間に気泡が生じる傾向がある。
(7) Contact angle The contact angle between the immersion exposure liquid and the resist (or the upper film for immersion) is preferably 20 ° to 90 °, more preferably 50 ° to 80 °, and quartz glass. The contact angle with a lens material such as CaF 2 is preferably 90 ° or less, and preferably 80 ° or less. If the contact angle between the immersion exposure liquid and the resist before exposure (or the immersion upper layer film) is 20 ° or less, the liquid is less likely to enter the gap. When the combination of the step and scan method is used, the liquid is easily scattered in the film. On the other hand, when the contact angle between the liquid of the present invention and the resist before exposure (or the liquid immersion upper film) is 90 ° or more, it becomes easier for gas to be taken in at the uneven resist (or upper film) interface and bubbles are generated. It becomes easy. Such a phenomenon is described in Immersion Lithography Modeling 2003 Year-End Report (International SEMATECH).
Further, when the contact angle between the immersion exposure liquid and the lens material exceeds 90 °, bubbles tend to be generated between the lens surface and the liquid.

本発明の液浸露光用液体は、ガスクロマトグラフィーで測定した場合のcis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの合計量が90重量%以上であることが好ましい。特に好ましくは合計量が99.0重量%以上、さらに好ましくは99.9重量%以上である。
また、[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値もガスクロマトグラフィーで測定できる。
特に、193nm等露光波長において、吸光度が大きいオレフィンを含有する化合物、芳香族環を含有する化合物、硫黄(スルフィド、スルホキシド、スルホン構造)、ハロゲン、カルボニル基、エーテル基を含有する化合物等の割合は0.01重量%未満であることが好ましく、0.001重量%未満であることが特に好ましい。
また、本発明の液体は半導体集積回路製造工程に使用されるものであることから、金属または金属塩含有量が低いことが好ましく、具体的にはICP‐MSで分析した含有金属の総量が10ppm以下、好ましくは0.1ppm以下、更に好ましくは0.001ppm以下である。金属含量が10ppmをこえると金属イオンまたは金属成分によりレジスト膜等に悪影響を及ぼしたりウエハを汚染するおそれがある。
金属としては、Li、Na、K、Mg、Cu、Ca、Al、Fe、Zn、Niから選ばれた少なくとも1つの金属が挙げられる。これらの金属はICP‐MS法により測定することができる。
In the immersion exposure liquid of the present invention, the total amount of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene as measured by gas chromatography is preferably 90% by weight or more. The total amount is particularly preferably 99.0% by weight or more, more preferably 99.9% by weight or more.
The value of [cis-decahydronaphthalene / trans-decahydronaphthalene] can also be measured by gas chromatography.
In particular, at an exposure wavelength such as 193 nm, the ratio of a compound containing an olefin having a large absorbance, a compound containing an aromatic ring, sulfur (sulfide, sulfoxide, sulfone structure), halogen, carbonyl group, ether group, etc. It is preferably less than 0.01% by weight, particularly preferably less than 0.001% by weight.
In addition, since the liquid of the present invention is used in a semiconductor integrated circuit manufacturing process, the metal or metal salt content is preferably low. Specifically, the total amount of contained metals analyzed by ICP-MS is 10 ppm. Below, it is preferably 0.1 ppm or less, more preferably 0.001 ppm or less. If the metal content exceeds 10 ppm, the resist film may be adversely affected by metal ions or metal components, or the wafer may be contaminated.
Examples of the metal include at least one metal selected from Li, Na, K, Mg, Cu, Ca, Al, Fe, Zn, and Ni. These metals can be measured by ICP-MS method.

また、本発明の液体中の酸素濃度は100ppm(100μg/ml)以下、好ましくは10ppm以下、より好ましくは2ppm以下である。また、特に露光時には好ましくは1ppm以内、更に好ましくは10ppb以内である。酸素濃度が100ppmをこえると溶存酸素による酸化反応等による透過率低下が起こりやすい傾向にある。また、酸化反応等が起こらない場合にも、酸素が溶存した場合、例えば実施例に示すように溶存酸素および、酸素に放射線をあてた時に生じるオゾンの吸収のため、溶存酸素濃度に依存して液体の吸光度が低下する。また、酸素共存下で液体を露光した場合、生成したオゾンが液体を酸化し、液体の劣化がはやまる。   The oxygen concentration in the liquid of the present invention is 100 ppm (100 μg / ml) or less, preferably 10 ppm or less, more preferably 2 ppm or less. In particular, the exposure is preferably within 1 ppm, more preferably within 10 ppb. If the oxygen concentration exceeds 100 ppm, the transmittance tends to decrease due to oxidation reaction by dissolved oxygen or the like. Also, even if oxidation reaction does not occur, if oxygen is dissolved, for example, as shown in the examples, dissolved oxygen and ozone generated when radiation is applied to oxygen, depending on the dissolved oxygen concentration The absorbance of the liquid decreases. In addition, when the liquid is exposed in the presence of oxygen, the generated ozone oxidizes the liquid and the deterioration of the liquid stops.

cis‐デカヒドロナフタレン原料、trans‐デカヒドロナフタレン原料、または、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレン混合原料(以下、3つの原料をまとめて本化合物という)は、市販の化合物として入手できるか、あるいは、既存の種々の合成法により入手可能な原料から製造することができる。以下、本化合物の製造法について具体例を挙げて説明する。
例えば、本化合物については、石炭コークス炉からでる乾留油、石油系の接触改質油および流動接触分解油、更にはエチレンの製造副生成物のナフサ分解油等に含まれているナフタレンまたは、ナフタレン誘導体を適当な触媒を用いて、接触水素化により核水添することにより製造することができる。
上記、接触改質油、流動改質油、ナフサ分解油にはナフタレン、アルキルナフタレンの他、ベンゼン、アルキルベンゼン、フェナントレン、アントラセン、その他の多環芳香族およびその誘導体、ベンゾチオフェンおよびその誘導体等の硫黄含有化合物、ピリジンおよびその誘導体等の窒素含有化合物が含有されており、原料となるナフタレン及びナフタレン誘導体はこれらの混合物から分離精製することにより得ることができる。
Cis-decahydronaphthalene raw material, trans-decahydronaphthalene raw material, or cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene mixed raw material (hereinafter, the three raw materials are collectively referred to as this compound) can be obtained as commercially available compounds. Alternatively, it can be produced from available raw materials by various existing synthesis methods. Hereinafter, a specific example is given and demonstrated about the manufacturing method of this compound.
For example, for this compound, naphthalene or naphthalene contained in dry distillation oil from coal coke ovens, petroleum-based catalytic reforming oil and fluid catalytic cracking oil, and naphtha cracking oil as a by-product of ethylene production The derivative can be produced by nuclear hydrogenation by catalytic hydrogenation using a suitable catalyst.
In addition to naphthalene, alkylnaphthalene, benzene, alkylbenzene, phenanthrene, anthracene, other polycyclic aromatics and their derivatives, benzothiophene and their derivatives, etc. Nitrogen-containing compounds such as a containing compound, pyridine and derivatives thereof are contained, and naphthalene and naphthalene derivatives as raw materials can be obtained by separating and purifying from these mixtures.

上記本化合物の製造に使用するナフタレンおよびナフタレン誘導体中には上記のうち硫黄含有化合物の含有量が低いものが好ましい。この場合硫黄含有化合物の含有量は好ましくは100ppm以下、更に好ましくは50ppm以下である。硫黄含有化合物の含有量が100ppmをこえると該硫黄含有化合物が接触水素化の際の触媒毒となり核水添反応の進行を妨げる原因となる他、本化合物中に該硫黄含有化合物に由来する硫黄含有不純物が混入し、精製により除けない場合、本発明の液体の193nm等の露光波長における透過率が低下する原因となる。   Among the naphthalene and naphthalene derivatives used in the production of the present compound, those having a low content of sulfur-containing compounds are preferred. In this case, the content of the sulfur-containing compound is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less. If the content of the sulfur-containing compound exceeds 100 ppm, the sulfur-containing compound becomes a catalyst poison during catalytic hydrogenation and causes the progress of the nuclear hydrogenation reaction. In addition, sulfur derived from the sulfur-containing compound in this compound If the contained impurities are mixed and cannot be removed by purification, the transmittance of the liquid of the present invention at an exposure wavelength such as 193 nm is reduced.

また、本化合物を製造する場合は、原料となるナフタレンの純度が高いことが好ましく、好ましいナフタレンの純度は99.0%以上、特に好ましいナフタレンの純度は99.9%以上である。この場合、不純物として硫黄化合物等の含有量が高い場合上記の問題が起こるほか、不純物として他のナフタレン誘導体、芳香族化合物およびその誘導体が含まれた場合、これらの不純物が水添された分離困難な炭化水素化合物を生成し、デカヒドロナフタレンの純度制御が困難となる。   Moreover, when manufacturing this compound, it is preferable that the purity of the naphthalene used as a raw material is high, and the preferable purity of naphthalene is 99.0% or more, The especially preferable purity of naphthalene is 99.9% or more. In this case, if the content of sulfur compounds, etc. as impurities is high, the above problem will occur, and if other naphthalene derivatives, aromatic compounds and their derivatives are included as impurities, these impurities are hydrogenated and difficult to separate. This makes it difficult to control the purity of decahydronaphthalene.

また、接触水素化の触媒としては、ニッケル系、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム等の貴金属系触媒のほか、コバルト・モリブデン、ニッケル・モリブデン、ニッケル・タングステン等の硫化物を用いることができる。この中でニッケル系触媒がその触媒活性、コストの面から好ましい。
また、これらの金属触媒は適当な担体に担持して使用することが好ましく、この場合触媒が担体上に高分散されることにより、水素化の反応速度があがる他、特に、高温、高圧条件下における活性点劣化を防止し、また、触媒毒に対する抵抗力が向上する。
該担体としては、SiO2、γ−Al23、Cr23、TiO2、ZrO2、MgO、ThO2、珪藻土、活性炭等を好適に使用することができる。
また、上記接触水素化の方法としては、溶剤を用いない気相法および原料を適当な溶剤に溶解して反応させる液相法を用いることができる。この中で、気相法がコストおよび反応速度に優れるため好ましい。
気相法を用いる場合、触媒としてはニッケル、白金等が好ましい。使用する触媒の量は多いほど反応速度が上がるが、コストの面から好ましくない。したがって、反応速度を速め、反応を完結させるためには触媒量を少なくし、温度および水素圧が高い条件で反応させることが好ましい。具体的には触媒量が原料ナフタレン(ナフタレン誘導体)対比0.01〜10重量部で水素圧が5〜15MPa、反応温度は100℃〜400℃程度で反応させるのが好ましい。
また、例えば特許文献(特開2003−160515)に記された方法によりニッケルまたは白金、パラジウム系触媒を用いて中間体のテトラリンからナフタレンを除去する方法により、温和な条件で目的物を得ることもできる。
In addition to the noble metal catalysts such as nickel, platinum, rhodium, ruthenium, iridium and palladium, sulfides such as cobalt / molybdenum, nickel / molybdenum, nickel / tungsten can be used as catalytic hydrogenation catalysts. . Among these, a nickel-based catalyst is preferable from the viewpoint of its catalytic activity and cost.
These metal catalysts are preferably used by being supported on a suitable carrier. In this case, the catalyst is highly dispersed on the carrier to increase the hydrogenation reaction rate. In addition, the active point deterioration in the catalyst is prevented, and the resistance to the catalyst poison is improved.
As the carrier, SiO 2 , γ-Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , MgO, ThO 2 , diatomaceous earth, activated carbon and the like can be preferably used.
In addition, as the catalytic hydrogenation method, a gas phase method without using a solvent and a liquid phase method in which a raw material is dissolved and reacted in an appropriate solvent can be used. Among these, the gas phase method is preferable because of its excellent cost and reaction rate.
When using the gas phase method, the catalyst is preferably nickel, platinum or the like. The larger the amount of catalyst used, the higher the reaction rate, but this is not preferable from the viewpoint of cost. Therefore, in order to increase the reaction rate and complete the reaction, it is preferable to reduce the amount of catalyst and to perform the reaction under conditions of high temperature and hydrogen pressure. Specifically, the reaction is preferably carried out at a catalyst amount of 0.01 to 10 parts by weight relative to the raw material naphthalene (naphthalene derivative), a hydrogen pressure of 5 to 15 MPa, and a reaction temperature of about 100 ° C to 400 ° C.
In addition, for example, a target product can be obtained under mild conditions by a method of removing naphthalene from tetralin as an intermediate using nickel, platinum, or a palladium-based catalyst by a method described in a patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-160515). it can.

上記の反応において、反応転化率は好ましくは90%以上、更に好ましくは99%以上である。
上記反応後、適当な精製を行なうことにより、未反応原料、触媒等の不純物を除去することが好ましい。
上記精製法としては、精密蒸留、水洗、濃硫酸洗浄、ろ過、晶析等の精製法およびその組み合わせを用いることができる。この中で、精密蒸留が不揮発性の触媒由来の金属その他の金属除去、原料由来の成分の両方の除去に対して有効であることから好ましい。また、触媒由来の金属を除去するために触媒に応じた脱金属処理を行なうことが好ましい。
In the above reaction, the reaction conversion rate is preferably 90% or more, more preferably 99% or more.
After the reaction, it is preferable to remove impurities such as unreacted raw materials and catalysts by performing appropriate purification.
As the purification method, purification methods such as precision distillation, water washing, concentrated sulfuric acid washing, filtration and crystallization, and combinations thereof can be used. Among these, precision distillation is preferable because it is effective for removing both metals and other metals derived from a nonvolatile catalyst and components derived from raw materials. Further, it is preferable to perform a metal removal treatment according to the catalyst in order to remove the metal derived from the catalyst.

本発明の液浸露光用液体は、所定割合のcis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体を90重量%以上含有するので例えば193nmにおける吸光度が小さく好適であるが、該波長領域の吸光度は微量不純物の影響をうけやすい。また、これらの液体中の中に塩基成分が存在した場合非常に微量でもレジストプロファイルに大きな影響を与える。これらの不純物は上記液体を適当な方法で精製することによって除去することができる。例えば濃硫酸洗浄、水洗、アルカリ洗浄、シリカゲルカラム精製、精密蒸留、アルカリ条件下での過マンガン酸塩処理およびこれらの組み合わせで精製することができる。
具体的には、例えば濃硫酸洗浄を濃硫酸の着色がなくなるまで繰り返し、その後、水洗、アルカリ洗浄により濃硫酸を除去し、更に水洗、乾燥後、精密蒸留を行なうことにより好適に精製することができる。
また、上記処理を行なう前にアルカリ性条件下過マンガン酸塩で処理することにより更に効率よく不純物を除去することができる。
The liquid for immersion exposure of the present invention contains 90% by weight or more of a mixed liquid of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene at a predetermined ratio, and therefore, it has a low absorbance at, for example, 193 nm. Absorbance is easily affected by trace impurities. Further, when a base component is present in these liquids, even a very small amount has a great influence on the resist profile. These impurities can be removed by purifying the liquid by an appropriate method. For example, it can be purified by concentrated sulfuric acid washing, water washing, alkali washing, silica gel column purification, precision distillation, permanganate treatment under alkaline conditions and combinations thereof.
Specifically, for example, concentrated sulfuric acid washing is repeated until the concentrated sulfuric acid is no longer colored, and then the concentrated sulfuric acid is removed by washing with water and alkali washing, followed by washing with water and drying, followed by precision distillation. it can.
Moreover, impurities can be more efficiently removed by treating with permanganate under alkaline conditions before the treatment.

上記精製操作のうち、濃硫酸洗浄は193nmにおいて吸収の大きい芳香族化合物、炭素−炭素不飽和結合を有する化合物の除去に有効な他、微量塩基性化合物の除去に有効であり好ましい精製法である。該処理は精製する化合物により最適な攪拌法、温度範囲、処理時間、処理回数を選定して処理することが好ましい。
具体的には温度については、高いほど不純物除去の効率はあがるが、同時に副反応により吸収原因となる不純物が生成しやすくなる傾向にある。好ましい処理温度は−20℃〜40℃、特に好ましい処理温度は−10℃〜20℃である。
処理時間については長いほど、上記芳香族化合物、炭素―炭素不飽和結合を有する不純物との反応が進み上記不純物の除去効率があがるが、副反応による吸収原因となる不純物の生成量が増加する傾向にある。
上記濃硫酸処理で精製を行なう場合処理後に本発明の液体中に残存する濃硫酸由来の酸性不純物。濃硫酸処理により生成したスルホン酸成分を完全に除去するため、アルカリ洗浄、純水洗浄および水分除去のための乾燥処理を行なうことが好ましい。
また、濃硫酸洗浄後に精密蒸留を行なうことにより、より効率よく吸収原因となる不純物を除去することができる。
Among the above purification operations, concentrated sulfuric acid washing is a preferable purification method that is effective for removing aromatic compounds having a large absorption at 193 nm and compounds having a carbon-carbon unsaturated bond, and is effective for removing trace basic compounds. . The treatment is preferably carried out by selecting an optimum stirring method, temperature range, treatment time and number of treatments depending on the compound to be purified.
Specifically, with regard to the temperature, the higher the efficiency of impurity removal, the higher the temperature, but at the same time, it tends to easily generate impurities that cause absorption due to side reactions. A preferred treatment temperature is −20 ° C. to 40 ° C., and a particularly preferred treatment temperature is −10 ° C. to 20 ° C.
As the treatment time is longer, the reaction with the aromatic compound and the impurity having a carbon-carbon unsaturated bond proceeds and the removal efficiency of the impurity increases, but the amount of impurities that cause absorption due to side reactions tends to increase. It is in.
When purifying by the concentrated sulfuric acid treatment, acidic impurities derived from concentrated sulfuric acid remaining in the liquid of the present invention after the treatment. In order to completely remove the sulfonic acid component generated by the concentrated sulfuric acid treatment, it is preferable to perform alkali washing, pure water washing and drying treatment for moisture removal.
Further, by performing precision distillation after washing with concentrated sulfuric acid, impurities that cause absorption can be more efficiently removed.

該精密蒸留は除去すべき不純物と本発明の液体の沸点差に応じてその分離に必要な理論段数以上の理論段数を有する蒸留塔で行なうことが好ましい。不純物除去の観点から好ましい理論段数は10段〜100段であるが、理論段数を高めた場合設備、製造コストが高くなるため、他の精製法との組み合わせにより、これより低い段数での精製も可能である。特に好ましい理論段数は30段〜100段である。
また、該精密蒸留は適当な温度条件下で行なうことが好ましい。蒸留温度が高くなると化合物の酸化反応等により吸収の低減効果が小さくなる傾向にある。好ましい蒸留温度は30℃〜120℃、特に好ましい蒸留温度は30℃〜80℃である。
上記の温度範囲での蒸留を行なうために、必要に応じて該精密蒸留は減圧下で行なうことが好ましい。
上記精製処理は窒素またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行なうことが好ましい。この場合、不活性ガス中の酸素濃度、有機成分濃度が低いことが好ましい。好ましい酸素濃度は1000ppm以下、更に好ましくは10ppm以下、特に好ましくは1ppm以下である。
また、上記処理のうち過マンガン酸塩による処理は特に非芳香族の炭素―炭素不飽和結合含有化合物の除去に有効であるが、3級炭素を有する化合物については3級炭素の酸化反応が起こりやすいことから、3級炭素を有さない化合物の精製に好適である。
また、該処理は副反応を防ぐ観点から室温以下の低温で行なうことが好ましい。
The precision distillation is preferably carried out in a distillation column having a theoretical plate number equal to or higher than the theoretical plate number required for separation according to the boiling point difference between the impurity to be removed and the liquid of the present invention. From the viewpoint of removing impurities, the preferred number of theoretical plates is 10 to 100. However, when the number of theoretical plates is increased, equipment and manufacturing costs increase. Therefore, purification with a lower number of plates can be achieved by combining with other purification methods. Is possible. The number of theoretical plates is particularly preferably 30 to 100.
The precision distillation is preferably performed under an appropriate temperature condition. When the distillation temperature increases, the effect of reducing absorption tends to decrease due to the oxidation reaction of the compound. A preferable distillation temperature is 30 ° C to 120 ° C, and a particularly preferable distillation temperature is 30 ° C to 80 ° C.
In order to perform distillation in the above temperature range, the precision distillation is preferably performed under reduced pressure as necessary.
The purification treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. In this case, the oxygen concentration and the organic component concentration in the inert gas are preferably low. A preferable oxygen concentration is 1000 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less.
Of the above treatments, the treatment with permanganate is particularly effective for removing non-aromatic carbon-carbon unsaturated bond-containing compounds, but tertiary carbon oxidation reaction occurs for compounds with tertiary carbon. Since it is easy, it is suitable for purification of a compound having no tertiary carbon.
Moreover, it is preferable to perform this process at the low temperature below room temperature from a viewpoint of preventing a side reaction.

本発明の液浸露光用液体は、低極性化合物であるため酸素、窒素等の気体の溶解度が高い。このため、これらの気体の溶存の影響を受けやすく、例えば大気雰囲気下で放置した場合、溶存酸素の吸収または溶存酸素が光により励起されて生じるオゾンの吸収、あるいは溶存酸素の関与する酸化反応等により例えば193nmの透過率の低下が起こる傾向がある。このため、これらの化合物は脱気処理を施し、窒素、アルゴン等の不活性で吸収の少ない気体中で保存することが好ましい。具体的には保存液体中の酸素濃度が100ppm以下であることが好ましく、更に好ましくは10ppm以下になるように処理することが好ましい。また、露光前に脱酸素できない場合は、特に1ppm以下が好ましく、さらに好ましくは10ppb以下である。   Since the immersion exposure liquid of the present invention is a low-polarity compound, the solubility of gases such as oxygen and nitrogen is high. For this reason, it is easily affected by dissolution of these gases. For example, when left in an air atmosphere, absorption of dissolved oxygen or absorption of ozone generated when dissolved oxygen is excited by light, or oxidation reaction involving dissolved oxygen, etc. For example, there is a tendency that the transmittance of 193 nm decreases. For this reason, these compounds are preferably degassed and stored in an inert gas with little absorption such as nitrogen and argon. Specifically, the oxygen concentration in the preservation liquid is preferably 100 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less. In addition, when deoxygenation cannot be performed before exposure, 1 ppm or less is particularly preferable, and 10 ppb or less is more preferable.

以下、本発明の液浸露光用液体を用いた液浸露光方法について説明する。
本発明の液浸露光用液体は、上記に述べたように不活性気体中で保存することが好ましいが、その際の容器としては、容器成分または容器のふたの成分(例えば、プラスチックに配合される可塑剤等)の溶出のない容器で保存することが好ましい。好ましい容器の例としては例えば材質がガラス、金属(例、SUS)、陶器、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)、ECTFE(エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー)、PTFE/PDD(ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー)、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)、PVF(ポリビニルフルオライド)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)等のフッ素樹脂である容器が挙げられるが、特に好ましくは材質がガラス、フッ素樹脂の容器である。
また、好ましい容器のふたの例としては、例えば材質がポリエチレンで可塑剤を含まないふたや、材質がガラス、金属(例、SUS)、陶器、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)、ECTFE(エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー)、PTFE/PDD(ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー)、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)、PVF(ポリビニルフルオライド)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)等のフッ素樹脂であるふたが挙げられる。
また、容器から露光機に送液時に使用する配管については、上記と同様の溶出の起こらない配管であることが好ましく、好ましい配管の材質としてはガラス、金属、陶器等が挙げられる。
The immersion exposure method using the immersion exposure liquid of the present invention will be described below.
As described above, the immersion exposure liquid of the present invention is preferably stored in an inert gas. As the container at that time, the container component or the component of the container lid (for example, blended in plastic) is used. It is preferable to store in a container that does not dissolve the plasticizer or the like. Examples of preferred containers include, for example, glass, metal (eg, SUS), earthenware, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFEP (perfluoroethylene propene copolymer), ECTFE (ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer), PTFE / PDD (polytetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer), PFA (perfluoroalkoxyalkane), ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride), PCTFE ( A container made of a fluororesin such as polychlorotrifluoroethylene is preferable, and a container made of glass or fluororesin is particularly preferable.
Examples of preferable container lids include, for example, a lid made of polyethylene and containing no plasticizer, a material made of glass, metal (eg, SUS), earthenware, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFEP (perfluoroethylene). Propene copolymer), ECTFE (ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer), PTFE / PDD (polytetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer), PFA (perfluoroalkoxyalkane), ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), Examples of the lid include a fluorine resin such as PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride), and PCTFE (polychlorotrifluoroethylene).
Further, the pipe used for liquid feeding from the container to the exposure machine is preferably a pipe that does not cause elution as described above, and preferable materials for the pipe include glass, metal, ceramics, and the like.

本発明の液浸露光用液体は、液浸露光に用いた場合、微粒子、気泡(マイクロバブル)がパターンの欠陥等の原因となることから、微粒子および気泡の原因となる溶存気体の除去を露光前にしておくことが好ましい。
微粒子の除去方法としては適当なフィルターを用いてろ過する方法が挙げられる。フィルターとしては、微粒子の除去効率がよく、かつろ過時に溶出による、露光波長における吸収の変化のない材質を用いたフィルターが好ましい。好ましいフィルター材質としては、例えばガラス、金属(例えば、SUS、銀)、および金属酸化物、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)、ECTFE(エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー)、PTFE/PDD(ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー)、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)、PVF(ポリビニルフルオライド)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)等のフッ素樹脂が挙げられる。また、フィルターのハウジング、コア、サポート、プラグ等の周辺部の材質についても、上記のフィルターの好ましい材質の中から選択される材質であることが好ましい。
溶存気体の除去方法としては、例えば減圧脱気法、超音波脱気法、気体透過性膜による脱気法、各種のデガッサーを用いた脱気法等が挙げられる。
When the immersion exposure liquid of the present invention is used for immersion exposure, fine particles and bubbles (microbubbles) cause pattern defects and the like, and thus exposure to removal of dissolved gases causing fine particles and bubbles is exposed. It is preferable to make it before.
Examples of the method for removing the fine particles include a method of filtering using a suitable filter. As the filter, a filter using a material that has good removal efficiency of fine particles and does not change in absorption at the exposure wavelength due to elution during filtration is preferable. Preferred filter materials include, for example, glass, metal (for example, SUS, silver), and metal oxides, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFEP (perfluoroethylene propene copolymer), ECTFE (ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer). PTFE / PDD (polytetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer), PFA (perfluoroalkoxyalkane), ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride) And fluororesins such as PCTFE (polychlorotrifluoroethylene). Moreover, it is preferable that the material of peripheral parts, such as a filter housing, a core, a support, and a plug, is also a material selected from the preferable materials for the filter.
Examples of the method for removing dissolved gas include a vacuum degassing method, an ultrasonic degassing method, a degassing method using a gas permeable membrane, and a degassing method using various degassers.

本発明の液浸露光用液体は露光時は光学系の一部となるため、液体の屈折率などの光学的性質の変化の影響のない環境で使用することが好ましい。例えば、液体の光学特性に影響を与える温度、圧力等を一定にした環境下で使用することが好ましい。例えば温度については好ましくは、±0.1℃、更に好ましくは±0.01℃の範囲で管理することが好ましい。   Since the immersion exposure liquid of the present invention becomes a part of the optical system during exposure, it is preferably used in an environment free from the influence of changes in optical properties such as the refractive index of the liquid. For example, it is preferably used in an environment where the temperature, pressure, etc. that affect the optical characteristics of the liquid are constant. For example, the temperature is preferably controlled within a range of ± 0.1 ° C., more preferably ± 0.01 ° C.

また、本発明の液体を用いた液浸露光は、大気雰囲気下で行なうことも可能であるが、上述のように、本発明の液体に対する酸素の溶解度が高く、露光波長における吸収特性に影響を与える場合があるため、露光波長における吸収の少なく、液体と化学反応を起こさない不活性気体中で露光することが好ましい。好ましい該不活性気体としては、例えば、窒素、アルゴン等が挙げられる。
また、空気中の有機成分による汚染による液体の露光波長における吸収特性の変化を防ぐ観点から、使用雰囲気中の有機成分濃度を一定レベル以下に管理することが好ましい。この有機成分濃度の管理方法としては、上記不活性気体雰囲気に高純度のものを用いるほか、有機成分を吸着するフィルター、各種ガス精製管(装置)を使用する方法等が挙げられる。濃度管理のためには、定期的に周辺雰囲気の分析を行なうことが好ましいが、この目的には例えばガスクロマトグラフィーを用いた種々の分析法を用いることができる。
In addition, immersion exposure using the liquid of the present invention can be performed in the atmosphere, but as described above, the solubility of oxygen in the liquid of the present invention is high, which affects the absorption characteristics at the exposure wavelength. In some cases, the exposure is preferably performed in an inert gas that has little absorption at the exposure wavelength and does not cause a chemical reaction with the liquid. Preferred examples of the inert gas include nitrogen and argon.
Moreover, it is preferable to manage the organic component density | concentration in use atmosphere below a fixed level from a viewpoint of preventing the change of the absorption characteristic in the exposure wavelength of the liquid by the contamination by the organic component in air. Examples of the management method of the organic component concentration include a method using a filter for adsorbing an organic component, various gas purification pipes (apparatus), etc. in addition to using a high-purity inert gas atmosphere. For concentration management, it is preferable to periodically analyze the ambient atmosphere. For this purpose, for example, various analysis methods using gas chromatography can be used.

露光領域における液浸の液体供給方法としては、mooving pool法、seimming stage法、Local Fill法(局所液浸方式)が知られているが(特別セミナー液浸露光技術(2004年5月27日開催)セミナーテキスト参照)、局所液浸法が液浸露光用液体の使用量が少なくてすむため好ましい。
本液体を用いた液浸露光用の最終(対物)レンズ材料としては現行のCaF2あるいはfused silicaがその光学特性から好ましい。他の好ましいレンズ材料としては例えば高周期アルカリ土類金属Mのフッ素塩および一般式Cax1-x2で表される塩、CaO、SrO、BaO等のアルカリ土類金属の酸化物等が好ましく、該材料を用いた場合、CaF2(n@193nm=1.50)、fused silica(n@193nm=1.56)と比較してレンズの屈折率が高くなるため、とりわけ開口数が1.5をこえる高NAのレンズを設計、加工する際に好ましい。
本発明の液体は、レジスト成分の抽出が極めて少ないため使用後に再利用することができる。露光時のレジスト膜からの溶出等の影響が無視できるレジスト(またはレジスト上層膜)を用いた場合、本発明の液体は精製することなく再利用できるが、その場合は、脱気、ろ過等の処理を行なった後再利用することが好ましい。これらの処理はインラインで行なうことが工程を簡易化の観点から好ましい。
また、使用時に上記のレジスト膜からの溶出等が1回の使用で無視できるレベルであっても、使用回数が一定回数をこえた場合、蓄積された不純物の影響により、液体の物性が変化することが予想されるため、一定回数使用後に回収、精製を行なうことが好ましい。
該精製の方法としては、水洗処理、酸洗浄、アルカリ洗浄、精密蒸留、適当なフィルター(充填カラム)を用いた精製、ろ過等の方法および、上記に述べた本発明の液体の精製法、あるいはこれらの精製法の組み合わせによる方法が挙げられる。この中で、水洗処理、アルカリ洗浄、酸洗浄、精密蒸留あるいはこれらの精製法の組み合わせにより精製を行なうのが好ましい。
上記アルカリ洗浄は本発明の液体に溶出した露光により発生した酸の除去、酸洗浄は本発明の液体に溶出したレジスト中の塩基性成分の除去、水洗処理は本発明の液体に溶出したレジスト膜中の光酸発生剤、塩基性添加剤、露光時に発生した酸等の溶出物の除去に対して有効である。
精密蒸留については、上記添加剤のうち低揮発性の化合物の除去に対して有効な他、露光時にレジスト中の保護基の分解により発生する疎水性成分を除去するのに有効である。
As a liquid supply method for immersion liquid in the exposure region, a moving pool method, a semming stage method, and a local fill method (local immersion method) are known (special seminar immersion exposure technology (held on May 27, 2004). ) Refer to seminar text), and the local immersion method is preferable because the amount of immersion exposure liquid used is small.
As the final (objective) lens material for immersion exposure using this liquid, the current CaF 2 or fused silica is preferable from the viewpoint of its optical characteristics. Other preferable lens materials include, for example, fluorine salts of high-period alkaline earth metals M, salts represented by the general formula Ca x M 1-x F 2 , oxides of alkaline earth metals such as CaO, SrO, BaO, etc. When the material is used, the refractive index of the lens is higher than that of CaF 2 (n @ 193 nm = 1.50) and fused silica (n @ 193 nm = 1.56). This is preferable when designing and processing a lens with a high NA exceeding 1.5.
The liquid of the present invention can be reused after use because the extraction of the resist component is extremely small. When resist (or resist upper layer film) in which the influence of elution from the resist film at the time of exposure is negligible is used, the liquid of the present invention can be reused without purification. In that case, degassing, filtration, etc. It is preferable to reuse after processing. These treatments are preferably performed inline from the viewpoint of simplifying the process.
In addition, even if elution from the resist film is negligible in one use during use, if the number of use exceeds a certain number, the physical properties of the liquid change due to the effect of accumulated impurities. Therefore, it is preferable to recover and purify after a certain number of uses.
Examples of the purification method include water washing treatment, acid washing, alkali washing, precision distillation, purification using an appropriate filter (packed column), filtration and the like, and the liquid purification method of the present invention described above, or A method based on a combination of these purification methods may be mentioned. Among these, it is preferable to carry out purification by water washing treatment, alkali washing, acid washing, precision distillation or a combination of these purification methods.
The alkali cleaning is removal of acid generated by exposure eluted in the liquid of the present invention, the acid cleaning is removal of basic components in the resist eluted in the liquid of the present invention, and the water washing treatment is a resist film eluted in the liquid of the present invention. It is effective for removal of eluate such as photo acid generator, basic additive and acid generated during exposure.
The precision distillation is effective for removing low-volatile compounds among the above-mentioned additives and is effective for removing hydrophobic components generated by the decomposition of protecting groups in the resist during exposure.

上記液浸露光用液体を用いて、液浸露光がなされる。
基板上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜が形成される。基板は、例えばシリコンウエハ、アルミニウムで被覆したウエハ等を用いることができる。また、レジスト膜の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば特公平6−12452号公報等に開示されているように、使用される基板上に有機系あるいは無機系の反射防止膜を形成しておくことができる。
使用されるフォトレジストは、特に限定されるものではなく、レジストの使用目的に応じて適時選定することができる。フォトレジストの樹脂成分としては、酸解離性基を含む高分子が挙げられる。該酸解離性基は露光により分解しないことが好ましく、とりわけ、該分解後生成物が露光条件下で揮発し、本発明の液体に溶出しないものであることが好ましい。これらの高分子の例としては、高分子側鎖に脂環族基、ラクトン基およびこれらの誘導体等を含む樹脂、ヒドロキシスチレン誘導体等を含む樹脂等が挙げられる。
特に高分子側鎖に脂環族基、ラクトン基およびこれらの誘導体を含む樹脂を用いるフォトレジストが好ましい。これらのフォトレジストは、脂環式炭化水素化合物または珪素原子を環構造中に含む環式炭化水素化合物と類似する化学構造を含むので、本発明の液浸露光用液体との親和性に優れる。また、フォトレジスト膜を溶出させたり溶解させたりしない。
Immersion exposure is performed using the liquid for immersion exposure.
A photoresist film is formed by applying a photoresist on the substrate. As the substrate, for example, a silicon wafer, a wafer coated with aluminum, or the like can be used. In order to maximize the potential of the resist film, an organic or inorganic antireflection film is formed on the substrate to be used, as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-12452. I can leave.
The photoresist used is not particularly limited, and can be selected in a timely manner according to the purpose of use of the resist. Examples of the resin component of the photoresist include a polymer containing an acid dissociable group. The acid-dissociable group is preferably not decomposed by exposure, and in particular, the product after decomposition is preferably volatilized under the exposure conditions and does not elute into the liquid of the present invention. Examples of these polymers include resins containing alicyclic groups, lactone groups and derivatives thereof in the polymer side chain, resins containing hydroxystyrene derivatives, and the like.
In particular, a photoresist using a resin containing an alicyclic group, a lactone group and derivatives thereof in the polymer side chain is preferable. Since these photoresists contain a chemical structure similar to an alicyclic hydrocarbon compound or a cyclic hydrocarbon compound containing a silicon atom in the ring structure, they have excellent affinity with the immersion exposure liquid of the present invention. Also, the photoresist film is not eluted or dissolved.

フォトレジストの例としては、樹脂成分として酸解離性基を含む高分子と、酸発生剤と、酸拡散制御剤等の添加剤を含有する化学増幅型のポジ型またはネガ型レジスト等を挙げることができる。
本発明の液浸露光用液体を用いる場合、特にポジ型レジストが好ましい。化学増幅型ポジ型レジストにおいては、露光により酸発生剤から発生した酸の作用によって、重合体中の酸解離性有機基が解離して、例えばカルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、該露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンが得られる。
Examples of the photoresist include a chemically amplified positive or negative resist containing a polymer containing an acid dissociable group as a resin component, an acid generator, and an additive such as an acid diffusion controller. Can do.
When the immersion exposure liquid of the present invention is used, a positive resist is particularly preferable. In a chemically amplified positive resist, an acid-dissociable organic group in the polymer is dissociated by the action of an acid generated from an acid generator by exposure to generate, for example, a carboxyl group. The solubility in an alkali developer is increased, and the exposed portion is dissolved and removed by the alkali developer to obtain a positive resist pattern.

フォトレジスト膜は、フォトレジスト膜を形成するための樹脂組成物を適当な溶媒中に、例えば0.1〜20重量%の固形分濃度で溶解したのち、例えば孔径30nm程度のフィルターでろ過して溶液を調製し、このレジスト溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布方法により基板上に塗布し、予備焼成(以下、「PB」という。)して溶媒を揮発することにより形成する。なお、この場合、市販のレジスト溶液をそのまま使用できる。該、フォトレジスト膜は、液浸上層膜および液浸露光用液体よりも高屈折率であることが好ましく、具体的にはフォトレジスト膜の屈折率nRESが1.65以上の範囲にあるのが好ましい。特にNAが1.3以上の場合nRESは1.75より大きいことが好ましくこの場合NAの増大に伴う露光光のコントラスト低下を防ぐことができる。
なお、液浸露光方法においては、フォトレジスト膜上に更に液浸用上層膜を形成することができる。
The photoresist film is prepared by dissolving a resin composition for forming a photoresist film in a suitable solvent at a solid content concentration of, for example, 0.1 to 20% by weight, and then filtering with a filter having a pore diameter of, for example, about 30 nm. A solution is prepared, and this resist solution is applied onto a substrate by an appropriate application method such as spin coating, cast coating, roll coating, and the like, and pre-baked (hereinafter referred to as “PB”) to volatilize the solvent. To form. In this case, a commercially available resist solution can be used as it is. The photoresist film preferably has a higher refractive index than the liquid immersion upper layer film and the liquid for immersion exposure. Specifically, the refractive index n RES of the photoresist film is in the range of 1.65 or more. Is preferred. In particular, when NA is 1.3 or more, n RES is preferably larger than 1.75. In this case, it is possible to prevent a decrease in contrast of exposure light accompanying an increase in NA.
In the immersion exposure method, an upper layer film for immersion can be further formed on the photoresist film.

液浸用上層膜としては、露光光の波長に対して十分な透過性とフォトレジスト膜とインターミキシングを起こすことなくフォトレジスト膜上に保護膜を形成でき、更に液浸露光時に使用される上記液体に溶出することなく安定な被膜を維持し、現像前に剥離することができる膜であれば使用することができる。この場合、該上層膜が現像液であるアルカリ液に容易に溶解する膜であれば現像時に剥離されることから好ましい。
アルカリ可溶性を付与するための置換基としては、ヘキサフルオロカルビノール基およびカルボキシル基の少なくとも1つの基を側鎖に有する樹脂であることが好ましい。
該液浸用上層膜は、同時に多重干渉防止機能を有することが好ましく、この場合、該液浸用上層膜の屈折率nOCは以下に示す数式であることが好ましい。

OC=(nlq×nRES0.5

ここで、nlqは液浸露光用液体の屈折率を、nRESはレジスト膜の屈折率をそれぞれ表す。
具体的には、nOCは1.6〜1.9の範囲であるのが好ましい。
上記液浸上層膜は、液浸上層膜用樹脂組成物をレジスト膜上にレジスト膜とインターミキシングしない溶剤に0.01〜10%の固形分濃度で溶解した後、フォトレジスト膜の形成時と同様の方法により塗布、予備焼成を行なうことにより形成することができる。
As the upper layer film for immersion, a protective film can be formed on the photoresist film without causing sufficient transparency with respect to the wavelength of the exposure light and intermixing with the photoresist film. Any film can be used as long as it can maintain a stable film without eluting into a liquid and can be peeled off before development. In this case, it is preferable that the upper layer film is a film that is easily dissolved in an alkaline solution as a developer because it is peeled off during development.
The substituent for imparting alkali solubility is preferably a resin having at least one of a hexafluorocarbinol group and a carboxyl group in the side chain.
The upper layer film for immersion preferably has a function of preventing multiple interference at the same time. In this case, the refractive index n OC of the upper layer film for immersion is preferably a mathematical formula shown below.

n OC = (n lq × n RES ) 0.5

Here, n lq represents the refractive index of the immersion exposure liquid, and n RES represents the refractive index of the resist film.
Specifically, n OC is preferably in the range of 1.6 to 1.9.
The immersion upper film is formed by dissolving the resin composition for an immersion upper film on a resist film in a solvent that does not intermix with the resist film at a solid concentration of 0.01 to 10%, and then at the time of forming the photoresist film. It can be formed by applying and pre-baking in the same manner.

また、液浸露光用液体とレジスト(または液浸用上層膜)との間の接触角は好ましくは20°から90°であるが、上記レジスト(または液浸用上層膜)の分子設計を行なうことにより好適な接触角を得ることが可能である。接触角が好ましいレジスト(または液浸用上層膜)の分子構造としては、例えばラクトン構造、ヘキサフルオロカルビノール構造、カルボキシル基等の親水性の構造が挙げられる。   The contact angle between the immersion exposure liquid and the resist (or the upper layer film for immersion) is preferably 20 ° to 90 °, and the molecular design of the resist (or the upper layer film for immersion) is performed. Thus, a suitable contact angle can be obtained. Examples of the molecular structure of the resist (or the upper film for immersion) with a preferable contact angle include hydrophilic structures such as a lactone structure, a hexafluorocarbinol structure, and a carboxyl group.

該フォトレジスト膜、または液浸用上層膜が形成されたフォトレジスト膜に本発明の液浸露光用液体を媒体として、所定のパターンを有するマスクを通して放射線を照射し、次いで現像することにより、レジストパターンを形成する。この工程は、液浸露光を行ない、所定の温度で焼成を行なった後に現像する工程である。
液浸露光に用いられる放射線は、使用されるフォトレジスト膜およびフォトレジスト膜と液浸用上層膜との組み合わせに応じて、例えば可視光線;g線、i線等の紫外線;エキシマレーザ等の遠紫外線;シンクロトロン放射線等のX線;電子線等の荷電粒子線の如き各種放射線を選択使用することができる。特にArFエキシマレーザ(波長193nm)が好ましい。
また、レジスト膜の解像度、パターン形状、現像性等を向上させるために、露光後に焼成(以下、「PEB」という。)を行なうことが好ましい。その焼成温度は、使用されるレジスト等によって適宜調節されるが、通常、30〜200℃程度、好ましくは50〜150℃である。
次いで、フォトレジスト膜を現像液で現像し、洗浄して、所望のレジストパターンを形成する。
The photoresist film or the photoresist film on which the immersion upper layer film is formed is irradiated with radiation through a mask having a predetermined pattern, using the immersion exposure liquid of the present invention as a medium, and then developed, whereby a resist is obtained. Form a pattern. In this step, immersion exposure is performed, baking is performed at a predetermined temperature, and development is performed.
The radiation used for immersion exposure depends on the photoresist film used and the combination of the photoresist film and the upper layer film for immersion, for example, visible rays; ultraviolet rays such as g rays and i rays; Various types of radiation such as ultraviolet rays; X-rays such as synchrotron radiation; and charged particle beams such as electron beams can be selectively used. In particular, an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) is preferable.
In order to improve the resolution, pattern shape, developability, etc. of the resist film, it is preferable to perform baking (hereinafter referred to as “PEB”) after exposure. The baking temperature is appropriately adjusted depending on the resist used and the like, but is usually about 30 to 200 ° C., preferably 50 to 150 ° C.
Next, the photoresist film is developed with a developer and washed to form a desired resist pattern.

本発明の液浸露光用液体を評価するために、以下に示す感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜を形成した。また、その一部に以下に示す液浸用上層膜を形成した。この評価用レジスト膜を用いて液浸露光用液体としての特性(パターニング評価、リサイクル性、製造ロット間のバラツキ)を測定した。
参考例1
感放射線性樹脂組成物に用いる樹脂を以下の方法で得た。

Figure 0004687334
化合物(S1−1)39.85g(40モル%)、化合物(S1−2)27.47g(20モル%)、化合物(S1−3)32.68g(40モル%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にアゾビスイソ吉草酸メチル4.13gを投入したモノマー溶液を準備し、100gの2−ブタノンを投入した1000mlの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記モノマー溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を5時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(75g、収率75重量%)。この重合体は分子量が10,300であり、13C−NMR分析の結果、化合物(S1−1)、化合物(S1−2)、化合物(S1−3)で表される繰り返し単位、各繰り返し単位の含有率が42.3:20.3:37.4(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−1)とする。 In order to evaluate the immersion exposure liquid of the present invention, a resist film was formed using the radiation sensitive resin composition shown below. Moreover, the upper layer film for immersion shown below was formed in a part thereof. Using this resist film for evaluation, characteristics (patterning evaluation, recyclability, variation between production lots) as an immersion exposure liquid were measured.
Reference example 1
Resin used for a radiation sensitive resin composition was obtained by the following method.
Figure 0004687334
Compound (S1-1) 39.85 g (40 mol%), compound (S1-2) 27.47 g (20 mol%), compound (S1-3) 32.68 g (40 mol%) into 2-butanone 200 g Dissolve and prepare a monomer solution charged with 4.13 g of methyl azobisisovalerate, and purify a 1000 ml three-necked flask charged with 100 g of 2-butanone with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the reaction kettle was heated to 80 ° C. with stirring, and the monomer solution prepared in advance was added dropwise using a dropping funnel over 3 hours. The dripping start was set as the polymerization start time, and the polymerization reaction was carried out for 5 hours. After completion of the polymerization, the polymerization solution is cooled with water to 30 ° C. or less, put into 2000 g of methanol, and the precipitated white powder is filtered off. The filtered white powder was washed twice with 400 g of methanol on the slurry, filtered, and dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a white powder polymer (75 g, yield 75% by weight). ). This polymer has a molecular weight of 10,300. As a result of 13 C-NMR analysis, the polymer (S1-1), the compound (S1-2), the repeating unit represented by the compound (S1-3), and each repeating unit. Was a copolymer having a content of 42.3: 20.3: 37.4 (mol%). This polymer is referred to as “resin (A-1)”.

参考例2
液浸用上層膜を形成する樹脂を以下の方法で得た。

Figure 0004687334
化合物(S2−1)50g、化合物(S2−2)5g、化合物(S2−3)25g、化合物(S2−4)20g、およびアゾビスイソ吉草酸メチル6.00gをメチルエチルケトン200gに溶解し、均一溶液としたモノマー溶液を準備した。そして、メチルエチルケトン100gを投入した1000mlの三口フラスコを30分窒素パージした。窒素パージ後、フラスコ内を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に調製した上記モノマー溶液を滴下漏斗を用いて、10ml/5分の速度で滴下した。滴下開始時を重合開始時点として、重合を5時間実施した。重合終了後、反応溶液を30℃以下に冷却し、次いで該反応溶液をヘプタン2000g中へ投入し、析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末をヘプタン400gと混合してスラリーとして攪拌する操作を2回繰り返して洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥して、白色粉末の樹脂(E−1)を得た(89g、収率89重量%)。樹脂(E−1)は、Mwが7,300であった。 Reference example 2
A resin for forming an upper film for immersion was obtained by the following method.
Figure 0004687334
50 g of compound (S2-1), 5 g of compound (S2-2), 25 g of compound (S2-3), 20 g of compound (S2-4) and 6.00 g of methyl azobisisovalerate are dissolved in 200 g of methyl ethyl ketone, A monomer solution was prepared. Then, a 1000 ml three-necked flask charged with 100 g of methyl ethyl ketone was purged with nitrogen for 30 minutes. After purging with nitrogen, the inside of the flask was heated to 80 ° C. with stirring, and the monomer solution prepared in advance was added dropwise at a rate of 10 ml / 5 minutes using a dropping funnel. The polymerization was carried out for 5 hours with the start of dropping as the start of polymerization. After completion of the polymerization, the reaction solution was cooled to 30 ° C. or lower, and then the reaction solution was put into 2000 g of heptane, and the precipitated white powder was filtered off. The operation of mixing the filtered white powder with 400 g of heptane and stirring as a slurry was repeated twice, washed, filtered and dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a white powder resin (E-1). Obtained (89 g, 89 wt% yield). Resin (E-1) had Mw of 7,300.

参考例3
感放射線性樹脂組成物(F−1)を以下の方法で得た。
樹脂(A−1)を100重量部、酸発生剤として4−ノナフルオロ−n−ブチルスルホニルオキシフェニル・ジフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネートを2.5重量部、酸拡散制御剤として2−フェニルベンズイミダゾールを0.2重量部、溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを750重量部、それぞれ秤量し、混合、均一溶液とした後、孔径200nmのメンブランスフィルターでろ過することにより感放射線性樹脂組成物(F−1)を調製した。
Reference example 3
A radiation sensitive resin composition (F-1) was obtained by the following method.
Resin (A-1) 100 parts by weight, 4-nonafluoro-n-butylsulfonyloxyphenyl diphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate as an acid generator 2.5 parts by weight, 2-phenyl as an acid diffusion controller 0.2 parts by weight of benzimidazole and 750 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether acetate as a solvent were weighed, mixed, and made into a uniform solution, and then filtered through a membrane filter having a pore size of 200 nm to thereby form a radiation sensitive resin composition. (F-1) was prepared.

参考例4
液浸用上層膜組成物(G−1)を以下の方法で得た。
樹脂(E−1)を1重量部、溶剤としてノルマルブタノールを99重量部、それぞれ秤量し、混合、均一溶液とした後、孔径200nmのメンブランスフィルターでろ過することにより液浸用上層膜組成物(G−1)を調製した。
Reference example 4
The upper layer film composition (G-1) for immersion was obtained by the following method.
1 part by weight of the resin (E-1) and 99 parts by weight of normal butanol as a solvent are respectively weighed, mixed and made into a uniform solution, and then filtered through a membrane filter having a pore size of 200 nm to obtain an upper layer film composition for immersion. (G-1) was prepared.

参考例5
評価用レジスト膜(H−1およびH−2)を以下の方法で得た。
8インチシリコンウエハ上に、スピンコート、PB(90℃、60秒)により下層反射防止膜ARC29(ブルーワサイエンス社製)の塗布を行ない、膜厚77nmの塗膜を形成した後、同条件で感放射線性樹脂組成物(F−1)を用いてレジスト膜(膜厚205nm)を形成した(H−1)。
また、上記と同様の方法で感放射線性樹脂組成物(F−1)を用いてレジスト膜(膜厚205nm)を形成した後、このレジスト膜上に、液浸用上層膜組成物(G−1)をスピンコート、PB(130℃、90秒)により膜厚32nmの上層膜を形成した(H−2)。

Figure 0004687334
Reference Example 5
Resist films for evaluation (H-1 and H-2) were obtained by the following method.
On the 8-inch silicon wafer, spin coating, PB (90 ° C., 60 seconds) is applied to the lower antireflection film ARC29 (Bluwa Science Co., Ltd.) to form a 77 nm-thickness coating film, under the same conditions. A resist film (thickness 205 nm) was formed using the radiation sensitive resin composition (F-1) (H-1).
Moreover, after forming a resist film (film thickness of 205 nm) using the radiation sensitive resin composition (F-1) in the same manner as described above, an upper film composition for immersion (G- An upper layer film of 32 nm thickness was formed by spin coating and PB (130 ° C., 90 seconds) (H-2).
Figure 0004687334

実施例1
窒素置換したグローブボックス中で和光純薬製trans‐デカヒドロナフタレン(品名:trans‐Decahydronaphthalene(特級グレード)(GCの測定結果cis‐デカヒドロナフタレン:0.2%、trans‐デカヒドロナフタレン:99.6%、その他の成分0.1%))100mlをマグネティックスターラー用スターラーチップを入れた200mlのナス型フラスコに入れ十分に窒素置換した。次に同じグローブボックス中で十分に窒素置換した濃硫酸(和光純薬製1級グレード)20mlを加え室温で15分攪拌した。その後、混合液を静置し、有機層と硫酸を十分分離させ、硫酸をデカンテーションにより除去した。更に同様の硫酸洗浄操作を4回繰り返した。この後、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液20mlで2回。イオン交換水20mlで2回洗浄した。この後、有機層を減圧蒸留(圧力2‐3mmHg)し、留分83mlを得た。この留分を3方コックをつけたナス型フラスコに移し、系内を真空ポンプにより減圧にし窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返すことにより窒素置換して精製デカヒドロナフタレン(以下、EKS−1という)を得た。得られたEKS−1のGC測定を行なったところcis‐デカヒドロナフタレン 0.3%、trans−デカヒドロナフタレン 99.5%、その他の成分 0.2%であった。なお、GC測定は、AgilentテクノロジーのGC6850(カラムAgilentテクノロジーHP−1(非極性タイプ)検出器FID)により測定した。測定は、注入口温度250℃、カラム温度70℃〜300℃(昇温法)、キャリアーガスはヘリウムの条件下で測定した。純度はFIDの全ピーク面積を100%とし、面積比より求めた。
Example 1
Trans-decahydronaphthalene (product name: trans-Decahydronaphthalene (special grade) (measurement result of GC) cis-decahydronaphthalene: 0.2%, trans-decahydronaphthalene: 99. 6%, 0.1% of other components)) 100 ml was placed in a 200 ml eggplant-shaped flask containing a magnetic stirrer tip and thoroughly purged with nitrogen. Next, 20 ml of concentrated sulfuric acid (first grade manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) sufficiently substituted with nitrogen in the same glove box was added and stirred at room temperature for 15 minutes. Then, the liquid mixture was left still, the organic layer and sulfuric acid were fully separated, and the sulfuric acid was removed by decantation. Further, the same sulfuric acid washing operation was repeated 4 times. Thereafter, the organic layer was washed twice with 20 ml of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution. Washed twice with 20 ml of ion-exchanged water. Thereafter, the organic layer was distilled under reduced pressure (pressure 2-3 mmHg) to obtain 83 ml of a fraction. This fraction was transferred to an eggplant-shaped flask equipped with a three-way cock, and the operation of depressurizing the system with a vacuum pump and returning to normal pressure with nitrogen was repeated three times to purify decahydronaphthalene (hereinafter referred to as EKS-). 1). As a result of GC measurement of the obtained EKS-1, cis-decahydronaphthalene was 0.3%, trans-decahydronaphthalene was 99.5%, and other components were 0.2%. In addition, GC measurement was measured by GC6850 (column Agilent technology HP-1 (nonpolar type) detector FID) of Agilent technology. The measurement was performed under the conditions of an inlet temperature of 250 ° C., a column temperature of 70 ° C. to 300 ° C. (temperature raising method), and a carrier gas of helium. The purity was determined from the area ratio with the total peak area of FID as 100%.

透過率は、酸素濃度を0.5ppm以下に管理した窒素雰囲気のグローブボックス中でポリテトラフルオロエチレン製蓋付の光路長10mmのセルに液体のサンプリングを行ない、日本分光社製JASCO‐V‐550を用いて、上記セルを用いて、空気をリファレンスとして測定した。光路長1mmに換算した値はセルの反射を計算により補正した値である。193nmの透過率測定を行ったところ、193nmの透過率は光路長1mm換算で97.9%であった。
本液体の金属含量(Li、Na、K、Mg、Cu、Ca、Al、Fe、Zn、Ni)をICP‐MS法により測定したところ全ての金属が検出限界(1ppb)未満であった。 また、溶存酸素量は検出器としてTCDを用いたガスクロマトグラフィ法により測定した。その結果、1.0ppm以下(検出限界)であった。
得られたEKS−1の特性値を表2に示す。

Figure 0004687334
Transmittance was measured in a JASCO-V-550 manufactured by JASCO Corporation by sampling the liquid in a 10 mm path length cell with a polytetrafluoroethylene lid in a nitrogen atmosphere glove box where the oxygen concentration was controlled to 0.5 ppm or less. Using the above cell, air was measured as a reference. The value converted into the optical path length of 1 mm is a value obtained by correcting the reflection of the cell by calculation. When the transmittance at 193 nm was measured, the transmittance at 193 nm was 97.9% in terms of 1 mm optical path length.
When the metal content (Li, Na, K, Mg, Cu, Ca, Al, Fe, Zn, Ni) of this liquid was measured by the ICP-MS method, all metals were less than the detection limit (1 ppb). The amount of dissolved oxygen was measured by gas chromatography using TCD as a detector. As a result, it was 1.0 ppm or less (detection limit).
The characteristic values of the obtained EKS-1 are shown in Table 2.
Figure 0004687334

実施例2
東京化成製デカヒドロナフタレン(品名:Decahydronaphthalene(cis‐and trans‐mixture)(1級グレード)(GC測定結果 cis‐デカヒドロナフタレン 35.7%、trans‐デカヒドロナフタレン 65.3%、その他の成分 0.1%未満)を出発原料として使用し、実施例1と同様の方法で精製、窒素置換を行ない精製デカヒドロナフタレン(以下、EKS−2という)を得た。実施例1の方法で、EKS‐2のGC測定を行なったところcis‐デカヒドロナフタレン 35.6%、trans−デカヒドロナフタレン 65.4%、その他の成分 0.1%であった。また、実施例1で述べた測定法により193nmの透過率測定を行なったところ、193nmの透過率は光路長1mm換算で95.3%であった。本液体の金属含量(Li、Na、K、Mg、Cu、Ca、Al、Fe、Zn、Ni)をICP‐MS法により測定したところ全ての金属が検出限界(1ppb)未満であった。
Example 2
Decahydronaphthalene (Product name: Decahydronaphthalene (cis-and trans-mixture) (first grade) (GC measurement result cis-decahydronaphthalene 35.7%, trans-decahydronaphthalene 65.3%, other components The purified decahydronaphthalene (hereinafter referred to as EKS-2) was obtained by purification and nitrogen substitution in the same manner as in Example 1, using less than 0.1%) as a starting material. As a result of GC measurement of EKS-2, it was 35.6% cis-decahydronaphthalene, 65.4% trans-decahydronaphthalene, and 0.1% of other components, and the measurement described in Example 1 When the transmittance at 193 nm was measured by the method, the transmittance at 193 nm was 1 m for the optical path length. The metal content (Li, Na, K, Mg, Cu, Ca, Al, Fe, Zn, Ni) of this liquid was measured by ICP-MS method, and all metals were detected. It was less than the limit (1 ppb).

比較例1
東京化成製cis‐デカヒドロナフタレン(品名:cis‐Decahydronaphthalene(特級グレード))(GC測定結果 cis‐デカヒドロナフタレン 99.2%、trans‐デカヒドロナフタレン 0.7%、その他の成分 0.1%)を出発原料として使用し、実施例1と同様の方法で精製、窒素置換を行ない精製デカヒドロナフタレン(以下、HK‐1という)を得た。実施例1の方法で、HK‐1のGC測定を行ったところcis‐デカヒドロナフタレン 99.1%、trans−デカヒドロナフタレン 0.8%、その他の成分 0.1%であった。また、実施例1で述べた測定法により193nmの透過率測定を行なったところ、193nmの透過率は光路長1mm換算で80.3%であった。
透過率を向上するために、同様の方法で再度精製操作を繰り返したが再精製後の193nmの透過率は光路長1mm換算で79.5%であった。
Comparative Example 1
Cis-decahydronaphthalene (product name: cis-Decahydronaphthalene (special grade)) manufactured by Tokyo Chemical Industry (GC measurement result cis-decahydronaphthalene 99.2%, trans-decahydronaphthalene 0.7%, other components 0.1% ) Was used as a starting material and purified and nitrogen-substituted in the same manner as in Example 1 to obtain purified decahydronaphthalene (hereinafter referred to as HK-1). As a result of GC measurement of HK-1 by the method of Example 1, cis-decahydronaphthalene was 99.1%, trans-decahydronaphthalene was 0.8%, and other components were 0.1%. Further, when the transmittance at 193 nm was measured by the measurement method described in Example 1, the transmittance at 193 nm was 80.3% in terms of 1 mm optical path length.
In order to improve the transmittance, the purification operation was repeated again in the same manner, but the transmittance at 193 nm after repurification was 79.5% in terms of 1 mm optical path length.

上記評価用レジスト膜を用いて、各実施例および比較例で得られた液浸露光用液体を、感度、パターニング評価(浸漬パターニング評価、2光速干渉露光機による液浸露評価)、リサイクル性、製造ロット間の特性のバラツキにより評価した。結果を表3および表4に示す。
(1)2光束干渉を用いた露光実験
下層反射防止膜の膜厚を29nm、レジスト-膜厚を60nm(35nm用)にした以外はレジスト膜H−2と同様の方法で作った評価用レジスト膜を塗布したウエハに対して、2光束干渉型ArF液浸用簡易露光装置(ニコン(株)社製、35nm1L/1S用、TE偏光露光使用)のレンズ、ウエハ間(ギャップ0.7mm)に上記精製後液浸露光用液体を挿入して露光を行ない、その後、ウエハ上の液浸露光用液体を空気乾燥により除去し、本ウエハをCLEAN TRACK ACT8ホットプレートにてPEB(115℃、90秒)を行ない、同CLEAN TRACKACT8のLDノズルにてパドル現像(現像液成分、2.38重量%テトラヒドロアンモニウムヒドロキシド水溶液)(60秒間)、超純水にてリンスを行ない現像後基板を走査型電子顕微鏡(日立計測器(株)社製)S−9360でパターンを観察した。このとき、SEMで観察したパターンの断面形状が矩形でかつラフネス等の寸法バラツキが所望寸法の±10%以下の形状を有する場合を「○」、良好なパターンが得られなかった場合を「×」とする。結果を表3に示す。また、感度は上記所望の寸法が得られる露光量を表す。
Using the resist film for evaluation described above, the immersion exposure liquid obtained in each of the examples and comparative examples was subjected to sensitivity, patterning evaluation (immersion patterning evaluation, immersion exposure evaluation using a two-speed interference exposure machine), recyclability, Evaluation was based on variation in characteristics between production lots. The results are shown in Table 3 and Table 4.
(1) Exposure experiment using two-beam interference The resist for evaluation made in the same manner as the resist film H-2 except that the film thickness of the lower antireflection film was 29 nm and the resist film thickness was 60 nm (for 35 nm) Two-beam interference type ArF immersion simple exposure device (Nikon Corporation, for 35 nm 1L / 1S, using TE polarized light exposure) between wafer and wafer (gap 0.7 mm) After the purification, the immersion exposure liquid is inserted for exposure, and then the immersion exposure liquid on the wafer is removed by air drying, and the wafer is subjected to PEB (115 ° C., 90 seconds) on a CLEAN TRACK ACT8 hot plate. ), And paddle development (developer component, 2.38 wt% tetrahydroammonium hydroxide aqueous solution) (60 seconds) with the CLEAN TRACKACT8 LD nozzle. Scanning after development board was rinsed with water electron microscope (Hitachi Instruments Co., Ltd.) was observed pattern S-9360. At this time, the case where the cross-sectional shape of the pattern observed with the SEM is rectangular and the dimensional variation such as roughness has a shape of ± 10% or less of the desired dimension is “◯”, and the case where a good pattern is not obtained is “×” " The results are shown in Table 3. Sensitivity represents the exposure amount at which the desired dimensions are obtained.

(2)リサイクル性
EKS−1、EKS-2、HK-1各30mlを液膜の厚さが3mmになるように30分間レジスト膜H1に接触させた(接触させた液体を接触後EKS−1、接触後EKS-2、接触後HK-1と呼ぶ)。その後、EKS−1、接触後EKS-2、接触後HK-1を実施例1と同様の方法により精製した(再精製後EKS−1、再精製後EKS-2、再精製後HK-1と呼ぶ)。その後、液体接触前、接触後精製前、再精製後液体の3種類について193nmにおける放射線透過率を測定した。結果を表3に示す。
(3)製造ロット間のバラツキ
実施例1、2および比較例1の方法でEKS−1、EKS-2、HK-1を3回製造し193nmの屈折率および透過率のロット間差を測定した。結果を表4に示す。
193nmの屈折率は、測定装置として、MOLLER−WEDEL社製ゴニオメータースペクトロメーター1形UV−VIS−IRを用い、測定方法としては最小偏角法により測定温度25℃で測定した。

Figure 0004687334
Figure 0004687334
(2) Recyclability 30 ml of each of EKS-1, EKS-2, and HK-1 was brought into contact with the resist film H1 for 30 minutes so that the thickness of the liquid film was 3 mm. , Called EKS-2 after contact, and HK-1 after contact). Then, EKS-1, EKS-2 after contact, and HK-1 after contact were purified in the same manner as in Example 1 (re-purified EKS-1, re-purified EKS-2, re-purified HK-1 and Call). Thereafter, the radiation transmittance at 193 nm was measured for three types of liquid before contact, after contact purification, and after repurification liquid. The results are shown in Table 3.
(3) Variation among production lots EKS-1, EKS-2 and HK-1 were produced three times by the methods of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and the difference between lots in refractive index and transmittance at 193 nm was measured. . The results are shown in Table 4.
The refractive index of 193 nm was measured at a measurement temperature of 25 ° C. by a minimum deviation method as a measuring method using a goniometer spectrometer type 1 UV-VIS-IR manufactured by MOLLER-WEDEL as a measuring device.
Figure 0004687334
Figure 0004687334

本発明の液浸露光用液体は、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体を90重量%以上含有し、該混合液体の混合重量比である[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値が[50/50〜0.001/99.999]であるので、液浸露光時にフォトレジスト膜を溶解せず、解像度、現像性等にも優れたレジストパターンを形成することができ、さらにリサイクル性および製造ロット間のバラツキのない液浸露光用液体が得られる。そのため、今後更に微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造に極めて好適に使用することができる。 The immersion exposure liquid of the present invention contains 90% by weight or more of a mixed liquid of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene, and has a mixed weight ratio of the mixed liquid [cis-decahydronaphthalene / trans- Since the value of [decahydronaphthalene] is [ 50/50 to 0.001 / 99.999], the photoresist film is not dissolved at the time of immersion exposure, and a resist pattern having excellent resolution and developability is formed. In addition, a liquid for immersion exposure can be obtained which is recyclable and does not vary between production lots. Therefore, it can be used very suitably for the manufacture of semiconductor devices that are expected to be further miniaturized in the future.

Claims (8)

投影光学系のレンズと基板との間に満たされた液体を介して露光する液浸露光装置または液浸露光方法に用いられる液体であって、該液体は、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体を90重量%以上含有し、該混合液体の混合重量比である[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値が[50/50〜0.001/99.999]であることを特徴とする液浸露光用液体。 A liquid used in an immersion exposure apparatus or an immersion exposure method in which exposure is performed via a liquid filled between a lens of a projection optical system and a substrate, the liquid being cis-decahydronaphthalene and trans-deca The mixed liquid of hydronaphthalene contains 90% by weight or more, and the value of [cis-decahydronaphthalene / trans-decahydronaphthalene], which is the mixed weight ratio of the mixed liquid, is [ 50/50 to 0.001 / 99.999. A liquid for immersion exposure. 前記cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレンの混合液体が99重量%以上含有することを特徴とする請求項1記載の液浸露光用液体。   2. The liquid for immersion exposure according to claim 1, wherein the mixed liquid of cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene contains 99% by weight or more. 前記混合液体の混合重量比である[cis‐デカヒドロナフタレン/trans‐デカヒドロナフタレン]の値が[35.6/65.4〜0.3/99.5]であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の液浸露光用液体。   The value of [cis-decahydronaphthalene / trans-decahydronaphthalene], which is the mixing weight ratio of the mixed liquid, is [35.6 / 65.4 to 0.3 / 99.5]. Item 3. The liquid for immersion exposure according to item 1 or 2. 光路長1mm換算の波長193nmの放射線透過率が90%以上であることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の液浸露光用液体。 4. The liquid for immersion exposure according to claim 1 , wherein the radiation transmittance at a wavelength of 193 nm in terms of an optical path length of 1 mm is 90% or more. cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレン原料をそれぞれ濃硫酸洗浄した後に混合して得られる混合液体、または、cis‐デカヒドロナフタレンおよびtrans‐デカヒドロナフタレン混合原料を濃硫酸洗浄することにより得られる混合液体であることを特徴とする請求項3または請求項4記載の液浸露光用液体。 Mixed liquid obtained by mixing cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene raw materials after washing with concentrated sulfuric acid, respectively, or obtained by washing concentrated cis-decahydronaphthalene and trans-decahydronaphthalene mixed raw materials with concentrated sulfuric acid The liquid for immersion exposure according to claim 3 or 4, wherein the liquid is a mixed liquid. 前記混合液体の溶存酸素量が2ppm以下であることを特徴とする請求項または請求項記載の液浸露光用液体。 Claim 4 or claim 5, wherein the liquid for liquid immersion lithography, wherein the amount of oxygen dissolved in the mixed liquid is 2ppm or less. ICP‐MSで分析した含有金属の総量が10ppm以下であることを特徴とする請求項4、請求項5または請求項6記載の液浸露光用液体。 The liquid for immersion exposure according to claim 4, 5 or 6, wherein the total amount of contained metals analyzed by ICP-MS is 10 ppm or less. 露光ビームでマスクを照明し、投影光学系のレンズと基板との間に満たされた液体を介して前記露光ビームで基板を露光する液浸露光方法であって、前記液体が請求項1ないし請求項のいずれか1項記載の液浸露光用液体であることを特徴とする液浸露光方法。 An immersion exposure method for illuminating a mask with an exposure beam and exposing the substrate with the exposure beam via a liquid filled between a lens of the projection optical system and the substrate, wherein the liquid is claimed in claim 1. Item 8. A liquid immersion exposure method according to any one of items 7 to 9, wherein the liquid is a liquid for immersion exposure.
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