JP2006222186A - Liquid for immersion exposure and its manufacturing method - Google Patents

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隆 宮松
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid for immersion exposure which has a refractive index larger than that of pure water, has a superior permeability and can prevent the elution and dissolution of a photoresist film or its upper layer film component (especially, a hydrophilic component), never corrodes a lens and can therefore suppress the defects at the time of forming a resist pattern, never causes defects arising from the bubbles inside the liquid when the liquid is used as a liquid for immersion, and can form a pattern having a superior resolution and depth of focus. <P>SOLUTION: This liquid is used for an immersion exposure apparatus and immersion exposure method wherein exposure is conducted via a liquid which fills a space between a lens of a projection optical system and a substrate. The liquid is in a state of liquid in the operating temperature of the immersion exposure apparatus, and can be obtained by refining a chain saturated hydrocarbon compound having 6-13 carbons and has a transmissivity of 90% or above with respect to the radiation having a wavelength of 193 nm at the optical path length of 1 mm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は液浸露光用液体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a liquid for immersion exposure and a method for producing the same.

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。
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.
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

本願発明者等は、液浸露光方法において、純水よりも屈折率が大きく、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、液浸用液体として使用した場合、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液浸露光用液体の提供を目的として、種々の化合物について検討を行なった結果、遠紫外領域における吸収が小さく、高屈折率を有する脂環式飽和炭化水素化合物が液浸露光用液体として好適であることを見出した(例えば、特願2004−151711号)。
しかしながら、脂環式骨格を有する飽和炭化水素化合物は剛直な骨格を有するため、気体の溶解度が低く、気泡が発生しやすい場合がある。また、これらの化合物は一般に粘度が高く、発生した気泡の寿命が長くなるという問題があった。また、粘度が高いことにより同時にスキャン露光時に層流を作るための必要膜厚が大きくなるという欠点がある。一方、一般に粘度が低い脂環式骨格を有さない鎖状飽和炭化水素化合物であっても、公知の方法で合成された鎖状飽和炭化水素化合物、または市場で入手できる飽和炭化水素化合物は、一般に遠紫外領域に大きな吸収を有する不純物を有し、このために、粘度が低いために液膜の膜厚を小さくした場合においても上記鎖状飽和炭化水素化合物を液浸露光用液体に用いた場合、透過率の不足により、感度低下に伴うスループットの低下、液体の光吸収による液体の発熱による屈折率変動に起因する光学像のデフォーカス、歪み、あるいは光学像のデフォーカスによる解像度、パターン形状の劣化等の問題が生じる場合があった。また、上記液体を液浸露光用液体として用いた場合、製造ロット間の純度ばらつきによる光学特性のばらつきによる、デフォーカス、露光量のバラつきによる露光余裕度(EL)の低下等の問題が生じる場合があった。
In the immersion exposure method, the inventors of the present invention have a refractive index greater than that of pure water and excellent transparency, and prevent elution and dissolution of the photoresist film or its upper layer film component (especially hydrophilic component), For the purpose of providing a liquid for immersion exposure that can form a pattern with better resolution and depth of focus when used as an immersion liquid, which can suppress defects during resist pattern generation without eroding the lens. As a result of examining various compounds, it was found that an alicyclic saturated hydrocarbon compound having a small absorption in the far ultraviolet region and having a high refractive index is suitable as a liquid for immersion exposure (for example, Japanese Patent Application No. 2004). -151711).
However, since the saturated hydrocarbon compound having an alicyclic skeleton has a rigid skeleton, gas solubility is low and bubbles are likely to be generated in some cases. In addition, these compounds generally have a high viscosity, and there is a problem that the lifetime of generated bubbles is prolonged. In addition, due to the high viscosity, there is a drawback in that the required film thickness for creating a laminar flow at the time of scanning exposure is increased. On the other hand, a chain saturated hydrocarbon compound synthesized by a known method or a commercially available saturated hydrocarbon compound, even if it is a chain saturated hydrocarbon compound having a generally low viscosity alicyclic skeleton, In general, the chain saturated hydrocarbon compound is used as an immersion exposure liquid even when the liquid film has an impurity having a large absorption in the far-ultraviolet region, and the liquid film thickness is reduced due to low viscosity. In this case, due to insufficient transmittance, the throughput decreases due to a decrease in sensitivity, and the resolution and pattern shape due to optical image defocusing, distortion, or optical image defocusing caused by refractive index fluctuations due to heat generation of the liquid due to liquid light absorption. In some cases, there was a problem such as deterioration. Also, when the above liquid is used as an immersion exposure liquid, there may be problems such as defocus due to variations in optical characteristics due to variations in purity between production lots, and a reduction in exposure margin (EL) due to variations in exposure dose. was there.

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、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、かつ、液浸用液体として使用した場合、液体中の気泡に起因した欠陥の発生がなく、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液浸露光用液体およびその液体の製造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 larger than that of pure water and has excellent transparency, and a photoresist film or its upper layer film component (especially, (Hydrophilic component) can be prevented from elution and dissolution, and the defects at the time of resist pattern generation can be suppressed without eroding the lens, and when used as an immersion liquid, defects caused by bubbles in the liquid are generated. An object of the present invention is to provide a liquid for immersion exposure that can form a pattern with higher resolution and depth of focus and a method for producing the liquid.

上記課題を解決するために、分子内に剛直な骨格を有しない鎖状飽和炭化水素化合物を使用することにより、193nmにおける透明性と屈折率と粘度とを両立しかつ液浸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本発明者らは見出した。
また、上記鎖状飽和炭化水素化合物中の不純物、とりわけ該化合物に含まれる、芳香族環、不飽和炭化水素化合物を効率よく除去し、かつ、製造ロット間の純度、光学特性のバラつきの小さい鎖状飽和炭化水素化合物の精製方法の開発が必要であった。本願発明者等はこの課題に対して種々の検討を行なった結果、芳香族成分の除去に有効である硫酸洗浄による精製または硫酸洗浄後に蒸留精製を行なう方法が上記目的に対して好適であり、該精製を行なった鎖状飽和炭化水素化合物を液浸露光用液体に用いた場合、感度、解像度、形状の優れたパターンを形成でき、かつ、液浸露光用液体の製造毎のロット間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。
In order to solve the above problems, by using a chain saturated hydrocarbon compound that does not have a rigid skeleton in the molecule, the transparency at 193 nm, the refractive index, and the viscosity are compatible, and the liquid is used as an immersion liquid. In this case, elution and dissolution of the photoresist film or its upper layer film component (especially hydrophilic component) is prevented, and further, problems such as defects at the time of resist pattern generation and lens erosion are solved, and more excellent resolution and depth of focus. The inventors have found that a pattern can be formed.
In addition, impurities in the chain saturated hydrocarbon compound, in particular, aromatic rings and unsaturated hydrocarbon compounds contained in the compound are efficiently removed, and a chain with less variation in purity and optical characteristics between production lots. It was necessary to develop a purification method for gaseous saturated hydrocarbon compounds. As a result of various studies on this problem, the inventors of the present application have found that a method of purifying by sulfuric acid washing that is effective in removing aromatic components or a method of performing distillation purification after sulfuric acid washing is suitable for the above-mentioned purpose. When the refined chain saturated hydrocarbon compound is used as a liquid for immersion exposure, a pattern with excellent sensitivity, resolution, and shape can be formed, and reproducibility between lots for each production of the liquid for immersion exposure. As a result, the present invention was completed.

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、液浸露光装置が作動する温度領域において液体であり、炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物を精製することにより得られる光路長1mmにおける波長193nmの放射線透過率が90%以上であることを特徴とする。   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 via a liquid filled between a lens of a projection optical system and a substrate. The radiation transmittance at a wavelength of 193 nm at an optical path length of 1 mm obtained by purifying a chain saturated hydrocarbon compound having 6 to 13 carbon atoms is 90% or more in a temperature range where the immersion exposure apparatus operates. It is characterized by that.

本発明の液浸露光用液体の製造方法は、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浸露光用液体の製造方法であって、該液浸露光用液体の原料となる炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物を容器内に収容する工程と、該炭化水素化合物を硫酸洗浄する工程とを含むことを特徴とする光路長1mmにおける波長193nmの放射線透過率が90%以上であることを特徴とする。
また、上記液浸露光用液体の製造方法は、上記硫酸洗浄する工程後に蒸留精製する工程を含むことを特徴とする。
The method for producing a liquid for immersion exposure according to the present invention comprises a liquid for immersion exposure used in an immersion exposure apparatus or an immersion exposure method for exposing via a liquid filled between a lens of a projection optical system and a substrate. A method of containing a C6-C13 chain saturated hydrocarbon compound, which is a raw material of the immersion exposure liquid, in a container, and a step of washing the hydrocarbon compound with sulfuric acid. The radiation transmittance at a wavelength of 193 nm at an optical path length of 1 mm is 90% or more.
The method for producing a liquid for immersion exposure includes a step of distillation purification after the step of washing with sulfuric acid.

本発明の液浸露光用液体およびその製造方法は、液浸露光用液体として、高疎水性、高屈折率、高透過率を有する炭素数6〜13の環状構造を有さない飽和炭化水素化合物を精製した液体を用いるので、フォトレジスト成分の溶出による形状劣化、現像欠陥、液体の透過率変動による感度変化等を生じず、解像度および、焦点深度の優れたパターン形成が可能である。   The liquid for immersion exposure and the method for producing the same according to the present invention include, as the liquid for immersion exposure, a saturated hydrocarbon compound having a high hydrophobicity, a high refractive index, and a high transmittance and having no C6-C13 cyclic structure. Since a purified liquid is used, it is possible to form a pattern with excellent resolution and depth of focus without causing shape deterioration due to elution of the photoresist component, development defects, sensitivity changes due to fluctuations in liquid transmittance, and the like.

液浸露光用液体として使用できる炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物は、分子内に環状構造を含有しない飽和炭化水素化合物である。
鎖状飽和炭化水素化合物としては、直鎖飽和炭化水素化合物および分岐飽和炭化水素化合物が挙げられる。
直鎖飽和炭化水素化合物としては、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカン、n−トリデカン等の化合物を挙げることができる。
分岐飽和炭化水素化合物の具体例としては、上記直鎖飽和炭化水素化合物の構造異性体であるイソヘキサン、イソデカン等が挙げられる。
これらの鎖状飽和炭化水素化合物の中で、直鎖構造を有する化合物が、酸素および露光条件下で発生するオゾン等による酸化反応に対する耐性が高く好ましい。
The C6-C13 chain saturated hydrocarbon compound that can be used as a liquid for immersion exposure is a saturated hydrocarbon compound that does not contain a cyclic structure in the molecule.
Examples of the chain saturated hydrocarbon compound include linear saturated hydrocarbon compounds and branched saturated hydrocarbon compounds.
Examples of the linear saturated hydrocarbon compound include compounds such as n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane and n-tridecane.
Specific examples of the branched saturated hydrocarbon compound include isohexane and isodecane, which are structural isomers of the above-mentioned linear saturated hydrocarbon compound.
Among these chain saturated hydrocarbon compounds, a compound having a straight chain structure is preferable because of its high resistance to oxidation reaction caused by oxygen and ozone generated under exposure conditions.

本発明の液浸露光用液体の製造方法において、炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物は、試薬として、あるいは工業製品として市販されている材料を用いることができる。また、市販されている材料を原料として公知の方法で合成することができる。
原料となる化合物は、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。
例えば、これらの化合物は一般にガソリン、ナフサ等の石油成分を精製した際の成分として得られ、工業原料として安価に入手可能である。
これらの化合物は、化学的に不活性であり、毒性が比較的低い性質を有するため、例えば修正液、塗料、接着剤、インキ、反応溶媒(重合溶媒)、抽出溶媒、洗浄剤、各種工業用原料、医薬品等の各種用途に用いられる。
In the method for producing a liquid for immersion exposure according to the present invention, as the chain saturated hydrocarbon compound having 6 to 13 carbon atoms, a commercially available material can be used as a reagent or an industrial product. Moreover, it can synthesize | combine by a well-known method by using commercially available material as a raw material.
The compound used as a raw material can be obtained as a commercially available compound, or can be manufactured from the raw material which can be obtained by the existing various synthetic methods.
For example, these compounds are generally obtained as components when refining petroleum components such as gasoline and naphtha, and are inexpensively available as industrial raw materials.
Since these compounds are chemically inert and have relatively low toxicity, for example, correction fluids, paints, adhesives, inks, reaction solvents (polymerization solvents), extraction solvents, cleaning agents, various industrial uses Used in various applications such as raw materials and pharmaceuticals.

しかしながら、入手可能なこれらの化合物が市販品の場合、一般に193nmにおける透過率が低いことが報告されている(UV−VIS Atlas参照)。液浸露光用液体として使用する場合、光吸収により生じたエネルギーが熱に変換されることにより温度が変動し、それに伴い屈折率変動がおこり露光光の焦点がずれ、パターンが忠実に転写されない等の問題が生じるほか、液体の光吸収にともなうドーズ量の低下により、大幅なスループットの低下を引き起こす。
一方、これらの化合物の吸収原因としては、化合物自体の吸収は重要であるが、例えば、193nmにおいて極めて強い吸収を有することが知られている炭素―炭素不飽和結合または、芳香族環を有する化合物を、カルボニル基、スルフィド基等の官能基を有する化合物が不純物として存在した場合、非常に微量であっても透過率に大きく影響することが予測される。このため、これらの化合物を有効に除去することにより193nmの透過率の向上が達成できる。
これらの化合物の除去方法としては、例えば、蒸留により精製する方法、濃硫酸により洗浄を行なう方法、濃硫酸洗浄後に蒸留を行なう方法、濃硫酸洗浄後中和、水洗を行なう方法、クロロ硫酸で洗浄する方法、濃硫酸を混合した珪藻土のカラムを通過させる方法、アルカリ性過マンガンカリウムで処理する方法等が有効である。
上記方法の中で、濃硫酸洗浄を行なう方法、濃硫酸洗浄後に中和、水洗を行なう方法、濃硫酸洗浄後に蒸留する方法が、193nmの透過率の向上効率がよいことおよび工業スケールでの実施の際経済性が優れる等の理由から好ましい。
However, when these available compounds are commercial products, it is generally reported that the transmittance at 193 nm is low (see UV-VIS Atlas). When used as a liquid for immersion exposure, the temperature fluctuates due to the energy generated by light absorption being converted into heat, resulting in refractive index fluctuations that cause the exposure light to defocus and the pattern not be faithfully transferred, etc. In addition to the above problem, a decrease in the dose accompanying the light absorption of the liquid causes a significant decrease in throughput.
On the other hand, as the cause of absorption of these compounds, although the absorption of the compounds themselves is important, for example, compounds having a carbon-carbon unsaturated bond or an aromatic ring known to have extremely strong absorption at 193 nm In the case where a compound having a functional group such as a carbonyl group or a sulfide group is present as an impurity, it is expected that the transmittance will be greatly affected even if the amount is very small. For this reason, the transmittance | permeability improvement of 193 nm can be achieved by removing these compounds effectively.
Methods for removing these compounds include, for example, purification by distillation, washing with concentrated sulfuric acid, distillation after washing with concentrated sulfuric acid, neutralization after washing with concentrated sulfuric acid, washing with water, washing with chlorosulfuric acid. The method of passing through a column of diatomaceous earth mixed with concentrated sulfuric acid, the method of treating with alkaline potassium permanganate, and the like are effective.
Among the above methods, the method of washing with concentrated sulfuric acid, the method of neutralizing after washing with concentrated sulfuric acid, the method of performing washing with water, and the method of distilling after washing with concentrated sulfuric acid are effective in improving the transmittance of 193 nm and are carried out on an industrial scale. In this case, it is preferable for reasons such as excellent economy.

炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物を精製するために、上記原料を反応容器に収容する。反応容器としては、容器の部材または部材に含まれる可塑剤等の添加剤が抽出されないものが好ましく、また、耐酸性が高く、鎖状飽和炭化水素化合物により侵されない材料であることが好ましい。好ましい反応容器としては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ガラス製容器が挙げられる。
これらの容器は反応前に脱イオン水および飽和炭化水素化合物あるいはアセトニトリル等の透明性溶剤で洗浄することが好ましい。
In order to purify the chain saturated hydrocarbon compound having 6 to 13 carbon atoms, the above raw materials are accommodated in a reaction vessel. The reaction vessel is preferably a member of the vessel or a material from which additives such as a plasticizer contained in the member are not extracted, and is preferably a material that has high acid resistance and is not affected by the chain saturated hydrocarbon compound. Preferred reaction containers include fluororesins such as polytetrafluoroethylene and glass containers.
These containers are preferably washed with deionized water and a transparent solvent such as a saturated hydrocarbon compound or acetonitrile before the reaction.

次いで硫酸と混合して所定の温度条件下で硫酸洗浄する。硫酸は市販品を使用できる。硫酸としては発煙硫酸、濃硫酸、および濃度80重量%以上の硫酸を使用できる。好ましくは濃度95重量%以上の濃硫酸である。硫酸濃度が80重量%未満であると硫酸洗浄による不純物の除去が困難となる。また、硫酸は空気中で放置すると吸湿して劣化するため、乾燥雰囲気下あるいは窒素雰囲気下で保存することが好ましい。   Next, it is mixed with sulfuric acid and washed with sulfuric acid under a predetermined temperature condition. Commercially available sulfuric acid can be used. As the sulfuric acid, fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, and sulfuric acid having a concentration of 80% by weight or more can be used. Concentrated sulfuric acid having a concentration of 95% by weight or more is preferable. If the sulfuric acid concentration is less than 80% by weight, it becomes difficult to remove impurities by washing with sulfuric acid. Further, since sulfuric acid absorbs moisture and deteriorates when left in the air, it is preferably stored in a dry atmosphere or a nitrogen atmosphere.

硫酸洗浄は原料の鎖状飽和炭化水素化合物を硫酸と混合することにより行なう。混合方法としては、攪拌ばね等による攪拌法等が挙げられる。攪拌は原料と硫酸との接触面積が大きくなることで混合の効率が増加する方法が好ましく、攪拌ばねを用いた機械的攪拌が好ましい。混合の効率が低下すると硫酸処理による不純物除去が不十分となる。
硫酸処理は窒素等の不活性気体雰囲気下で行なうのが好ましい。空気中で硫酸処理反応を行なうと空気中の酸素による酸化および硫酸が水を吸収するため精製効率が低下する。
該不活性気体としては窒素、アルゴン等が挙げられるが、コストが安く、入手がしやすいことから窒素が好ましい。
該硫酸洗浄の温度は精製する鎖状飽和炭化水素化合物によって、適当な温度条件下で行なうことが好ましい。好ましい洗浄温度は5℃〜80℃、更に好ましくは5℃〜30℃である。5℃未満であると混合効率が低下し、80℃をこえると混合効率は上昇するが、副反応がおこりやすくなる。
硫酸洗浄に用いる硫酸の量は鎖状飽和炭化水素化合物に対し、重量比で0.01当量から1.0当量、好ましくは0.02当量から0.5当量、更に好ましくは0.02当量から0.2当量である。1.0当量をこえると、大量の未反応の濃硫酸が生じ好ましくない、また0.01当量未満の場合、精製効率が低下する。
The sulfuric acid washing is performed by mixing the chain saturated hydrocarbon compound as a raw material with sulfuric acid. Examples of the mixing method include a stirring method using a stirring spring and the like. Stirring is preferably a method in which the mixing efficiency is increased by increasing the contact area between the raw material and sulfuric acid, and mechanical stirring using a stirring spring is preferred. If the mixing efficiency decreases, the removal of impurities by sulfuric acid treatment becomes insufficient.
The sulfuric acid treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen. When the sulfuric acid treatment reaction is performed in the air, the purification efficiency decreases because the oxidation by oxygen in the air and the sulfuric acid absorb water.
Examples of the inert gas include nitrogen and argon. Nitrogen is preferable because of its low cost and easy availability.
The sulfuric acid washing is preferably carried out under suitable temperature conditions depending on the chain saturated hydrocarbon compound to be purified. A preferable washing temperature is 5 ° C to 80 ° C, more preferably 5 ° C to 30 ° C. When the temperature is less than 5 ° C, the mixing efficiency decreases. When the temperature exceeds 80 ° C, the mixing efficiency increases, but a side reaction easily occurs.
The amount of sulfuric acid used for the sulfuric acid washing is 0.01 to 1.0 equivalent, preferably 0.02 to 0.5 equivalent, more preferably 0.02 equivalent to the chain saturated hydrocarbon compound. 0.2 equivalents. When the amount exceeds 1.0 equivalent, a large amount of unreacted concentrated sulfuric acid is generated, which is not preferable. When the amount is less than 0.01 equivalent, purification efficiency decreases.

硫酸洗浄後、必要に応じてアルカリ中和、水洗を行なうことが好ましい。アルカリによる中和を行なった場合、例えば濃硫酸と不純物として存在する芳香族炭化水素化合物との反応により生じたスルホン酸成分を効率よく除去することができる。
用いるアルカリとしては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の各種アルカリ金属塩が好ましい。アルカリ金属塩は鎖状飽和炭化水素化合物に不純物として溶解する場合が少ないので好ましい。
アルカリ洗浄後は脱イオン水による洗浄を行なうことが好ましい。洗浄により、アルカリ中に含まれる金属イオン等の不純物を除去することができる。
After the sulfuric acid washing, it is preferable to carry out alkali neutralization and water washing as necessary. When neutralization with an alkali is performed, for example, a sulfonic acid component generated by a reaction between concentrated sulfuric acid and an aromatic hydrocarbon compound present as an impurity can be efficiently removed.
As the alkali to be used, various alkali metal salts such as sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate, potassium hydroxide, sodium hydroxide and the like are preferable. Alkali metal salts are preferred because they are rarely dissolved as impurities in chain saturated hydrocarbon compounds.
After the alkali cleaning, it is preferable to perform cleaning with deionized water. By washing, impurities such as metal ions contained in the alkali can be removed.

上記、硫酸処理およびアルカリ中和、水洗は精製する化合物の純度、性質等により適当な回数を行なうことが好ましい。
硫酸処理については好ましくは2回〜10回、更に好ましくは3回〜10回行なう。処理回数が大きいほど精製効率は高まるが、製造プロセスが煩雑になり、また、製造コストが高くなる。
中和、水洗については硫酸処理毎に行なうことにより精製効率を高めることができる。例えば、1回の硫酸処理に対して1回〜5回、好ましくは1回〜2回の中和、水洗を行なう。
また、該中和、水洗は、硫酸処理を適当な回数行なった後、最後に行なうだけでもよい。この場合1回〜5回、好ましくは1回〜2回の中和、水洗を行なう。水洗については洗浄後の水の液性が中性になるまで行なうことが好ましい。
The sulfuric acid treatment, alkali neutralization, and water washing are preferably carried out an appropriate number of times depending on the purity and properties of the compound to be purified.
The sulfuric acid treatment is preferably performed 2 to 10 times, more preferably 3 to 10 times. Although the purification efficiency increases as the number of treatments increases, the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
About neutralization and washing with water, purification efficiency can be improved by carrying out each treatment with sulfuric acid. For example, neutralization and washing with water are performed 1 to 5 times, preferably 1 to 2 times per sulfuric acid treatment.
The neutralization and water washing may be performed only after the sulfuric acid treatment is performed an appropriate number of times and finally. In this case, neutralization and washing with water are performed 1 to 5 times, preferably 1 to 2 times. The washing with water is preferably performed until the liquidity of the washed water becomes neutral.

上記硫酸洗浄する工程後に蒸留精製することにより、更に透過率を低減させることができる。この場合、蒸留温度を適当な範囲に調節して行なうことが好ましい。蒸留温度は、鎖状飽和炭化水素化合物の種類によって選択されるが、好ましくは20℃〜90℃、更に好ましくは20℃〜60℃である。
蒸留温度が90℃をこえると不純物と硫酸の反応生成物あるいは、原料の鎖状飽和炭化水素化合物と硫酸との反応により生じた酸化生成物が分解し、不飽和炭化水素化合物等の不飽和化合物を生成し透過率が低下する原因となる。
蒸留は鎖状飽和炭化水素化合物の沸点と蒸留温度に応じて適当な圧力に減圧して行なうことが好ましい。好ましい圧力は1mmHg〜30mmHg、更に好ましくは1mmHg〜10mmHgである。
該蒸留は空気雰囲気下で行なうことも可能であるが、これらの液体の主成分である飽和炭化水素化合物および微量不純物は、酸素存在下加熱することにより酸化されやすい傾向にあり、酸化生成物が生じた場合透過率の低下が起こる。このため、該蒸留は適当な不活性気体雰囲気下で行なうことが好ましい。該不活性気体としては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられるが、入手のしやすさとコストが安さとから窒素が好ましい。
減圧蒸留を行なった場合、蒸留後適当な不活性気体で常圧にもどしそのまま保存することが好ましい。これにより、保存中の空気酸化を防ぐことができる。
蒸留の段数は不純物と鎖状飽和炭化水素化合物の沸点差に応じて適当な段数を持つ蒸留塔で蒸留を行なうことが好ましい。
蒸留は金属除去に対しても有効である。
蒸留の容器の部材はスアテンレス(SUS)、ガラス、ポリテトラフルオロエチレンに代表されるフッ素樹脂等の鎖状飽和炭化水素化合物液体により部材が侵されたり、可塑剤の流出したりしないものが好ましい。
蒸留塔は蒸留を行なう前に、炭化水素、アセトニトリル等の有機溶剤、水により洗浄することが好ましい。有機溶剤による洗浄は吸収減となる有機成分、水洗は、金属成分の除去に有効である。
By performing distillation purification after the step of washing with sulfuric acid, the transmittance can be further reduced. In this case, the distillation temperature is preferably adjusted to an appropriate range. The distillation temperature is selected according to the type of the chain saturated hydrocarbon compound, but is preferably 20 ° C to 90 ° C, more preferably 20 ° C to 60 ° C.
When the distillation temperature exceeds 90 ° C., the reaction product of impurities and sulfuric acid, or the oxidation product produced by the reaction of the raw chain saturated hydrocarbon compound and sulfuric acid is decomposed, and unsaturated compounds such as unsaturated hydrocarbon compounds And the transmittance is reduced.
Distillation is preferably performed under reduced pressure to an appropriate pressure according to the boiling point of the chain saturated hydrocarbon compound and the distillation temperature. A preferable pressure is 1 mmHg to 30 mmHg, more preferably 1 mmHg to 10 mmHg.
The distillation can be carried out in an air atmosphere. However, saturated hydrocarbon compounds and trace impurities, which are the main components of these liquids, tend to be oxidized by heating in the presence of oxygen, and the oxidation products are reduced. If it occurs, the transmittance will decrease. For this reason, it is preferable to perform this distillation in a suitable inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, helium, and the like. Nitrogen is preferable because it is easily available and inexpensive.
When distillation under reduced pressure is performed, it is preferable to return to normal pressure with a suitable inert gas after distillation and store it as it is. Thereby, air oxidation during storage can be prevented.
As for the number of distillation stages, it is preferable to carry out distillation in a distillation column having an appropriate number of stages according to the difference in boiling point between the impurities and the chain saturated hydrocarbon compound.
Distillation is also effective for metal removal.
The member of the distillation vessel is preferably a member in which the member is not attacked by a chain saturated hydrocarbon compound liquid such as stainless steel (SUS), glass, or a fluororesin typified by polytetrafluoroethylene, and the plasticizer does not flow out.
The distillation column is preferably washed with a hydrocarbon, an organic solvent such as acetonitrile, or water before distillation. Washing with an organic solvent is effective for removing organic components, and water washing is effective for removing metal components.

上記化合物は、液浸露光装置が作動する温度において液体であり、屈折率は純水よりも高いことが前述した(iii)式、(iv)式の理由で好ましい。
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望ましく、波長193nmにおける屈折率が1.45〜1.8、好ましくは1.5〜1.7の範囲、更に好ましくは1.52〜1.65の範囲、波長248nmにおける屈折率が1.38〜1.65、好ましくは1.45〜1.60の範囲である。また、25℃において、D線(波長589nm)における屈折率が1.35以上、好ましくは1.37〜2.0、更に好ましくは1.40〜1.55の範囲である。
The above compound is preferably a liquid at a temperature at which the immersion exposure apparatus operates, and the refractive index is higher than that of pure water for the reasons of the above formulas (iii) and (iv).
Specifically, it is desirable that the refractive index is a value between water and the resist film before exposure (or an upper layer film for immersion), and a higher value than water, and the refractive index is 193 nm. The refractive index is 1.45 to 1.8, preferably 1.5 to 1.7, more preferably 1.52 to 1.65, and the refractive index at a wavelength of 248 nm is 1.38 to 1.65, preferably Is in the range of 1.45 to 1.60. Moreover, at 25 degreeC, the refractive index in D line | wire (wavelength 589nm) is 1.35 or more, Preferably it is 1.37-2.0, More preferably, it is the range of 1.40-1.55.

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本化合物は屈折率が温度、圧力等の影響を受けにくい化合物であることが望ましい。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望ましい。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、上記化合物は、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。
In addition, since the refractive index change due to the change in the use environment causes defocusing, it is desirable that the present compound is a compound in which the refractive index is hardly affected by temperature, pressure and 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 desirable 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 ℃.
Moreover, it is preferable that the refractive index of the compound is not easily affected by chromatic aberration, and it is preferable that the wavelength dependence of the refractive index around the exposure wavelength is small.

また、他の特性としては、遠紫外領域での透過性が高く、粘度、酸素、窒素等の気体の溶解度、レンズ、レジスト(またはレジスト上層膜)との接触角、表面張力、引火点等が下記に記す適当な範囲であることが望ましい他、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。以下、これらの特性について具体的に説明する。
193nmにおける透過率は、光路長1mmの透過率が90%以上である。この場合、透過率が90%未満であると液体の光吸収により生じた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の変化による光学像のデフォーカスが起こりやすくなる。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。
Other properties include high transparency in the far ultraviolet region, viscosity, solubility of gases such as oxygen and nitrogen, contact angle with lens and resist (or resist upper layer), surface tension, flash point, etc. In addition to the desirable range described below, it is desirable that the chemical interaction with the lens and resist material be small. Hereinafter, these characteristics will be specifically described.
The transmittance at 193 nm is 90% or more when the optical path length is 1 mm. In this case, if the transmittance is less than 90%, heat generation due to energy generated by light absorption of the liquid is likely to occur, and defocusing of the optical image due to a change in the refractive index due to temperature rise is 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.

粘度は20℃における粘性係数が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。粘性係数が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に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、前者の理由から粘性係数は0.01Pa・s以下であることが望ましく、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、液浸露光用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、粘性係数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。
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. s or less. When the viscosity coefficient 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, As the exposure method, by moving the stage on which the wafer is placed, a temperature rise due to friction tends to occur when the step-and-scan method in which the entire surface of the wafer is exposed is used. In particular, when the gap between the wafer and the lens material is 1 mm or less, the viscosity coefficient is desirably 0.01 Pa · s or less for the former reason. In this case, the gap distance (the thickness of the liquid film) By reducing the above, it is preferable that the transmittance of the liquid for immersion exposure can be increased and the liquid can be hardly affected by the absorption of the liquid.
Moreover, when the viscosity coefficient becomes large, bubbles (nanobubbles, microbubbles) in the liquid are likely to be generated, and the lifetime of the bubbles becomes long.

本発明に係る液浸露光用液体は、環状骨格を有しない鎖状飽和炭化水素構造を有するため、酸素、窒素等の気体の溶解度が高い。例えば、酸素のヘキサンおよびヘプタンに対する溶解度はそれぞれ、約147ppm、133ppmで水に対する溶解度(8ppm)の10倍以上である。これらの溶存酸素は、酸素そのものあるいは、とりわけ酸素に193nmの光を照射した時に生じるオゾンが193nmの光を強く吸収するため液体の透過率に大きな影響を与える。すなわち、本発明の液体は水と比較して溶存酸素による透過率変動を受けやすい。したがって、液浸露光用液体として使用する際は溶存酸素量を厳密に管理する必要がある。
上記、溶存酸素由来の吸収については、使用前に適当な方法で脱気または脱酸素することにより解決できる。
しかしながら、上記以外にも、精製後、保管時に長時間酸素と接触することにより液体の酸化等による変質が起こる。本変質を防止する観点から、精製後に液体は不活性ガスに置換された雰囲気下で保存する必要がある。該不活性気体としては窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられるが、入手のしやすさ、コストの安さから窒素が好ましい。この場合、溶存酸素濃度は10ppm以下、好ましくは1ppm以下で保存する。
Since the immersion exposure liquid according to the present invention has a chain saturated hydrocarbon structure having no cyclic skeleton, the solubility of gases such as oxygen and nitrogen is high. For example, the solubility of oxygen in hexane and heptane is about 147 ppm and 133 ppm, respectively, which is more than 10 times the solubility in water (8 ppm). These dissolved oxygens have a great influence on the transmittance of the liquid because oxygen itself, or in particular, ozone generated when oxygen is irradiated with 193 nm light strongly absorbs 193 nm light. That is, the liquid of the present invention is more susceptible to fluctuations in permeability due to dissolved oxygen than water. Therefore, it is necessary to strictly control the amount of dissolved oxygen when used as a liquid for immersion exposure.
The above-mentioned absorption derived from dissolved oxygen can be solved by deaeration or deoxygenation by an appropriate method before use.
However, in addition to the above, after purification, contact with oxygen for a long time during storage causes alteration due to liquid oxidation or the like. From the viewpoint of preventing this alteration, the liquid needs to be stored in an atmosphere substituted with an inert gas after purification. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, helium, and the like. Nitrogen is preferable from the viewpoint of availability and low cost. In this case, the dissolved oxygen concentration is stored at 10 ppm or less, preferably 1 ppm or less.

本発明に係る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。本発明の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、本発明の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。
また、特に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機に使用する場合、スキャン時の液体の飛散が問題となるため、本発明の液浸露光用液体は表面張力が高いことが望ましい。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。
本発明の液浸露光用液体とレジスト表面との接触角が好適でない場合、適当な液浸上層膜を使用することにより接触角を改善することができる。特に本発明の液浸露光用液体は低極性であるため、高極性上層膜を用いることにより接触角を高くすることができる。
The contact angle between the immersion exposure liquid according to the present invention and the resist (or the upper layer film for immersion) is preferably 20 ° to 90 °, more preferably 50 ° to 80 °. 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 of the present invention 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 dipping method and 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 immersion exposure liquid of the present invention and the resist (or immersion upper layer film) before exposure is 90 ° or more, it becomes easier to take in gas at the uneven resist (or upper layer film) interface, Air bubbles are likely to be generated. 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 of the present invention and the lens material exceeds 90 °, bubbles tend to be generated between the lens surface and the liquid.
Also, especially when used in a step-and-scan type exposure machine with immersion using the local immersion method, which is the same as that currently used in immersion exposure of water, liquid scattering during scanning becomes a problem. The immersion exposure liquid of the present invention 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.
When the contact angle between the immersion exposure liquid of the present invention and the resist surface is not suitable, the contact angle can be improved by using a suitable immersion upper layer film. In particular, since the immersion exposure liquid of the present invention has a low polarity, the contact angle can be increased by using a high-polarity upper layer film.

本発明の液浸露光用液体は、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望ましい。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望ましい。   The immersion exposure liquid of the present invention preferably has low toxicity to the human body and the environment. Specifically, it has low acute toxicity with respect to harm to the human body, and is carcinogenic, mutagenic, teratogenic, reproductive. Non-toxic compounds are preferred. Specifically, for example, an acceptable concentration is preferably 30 ppm or more, more preferably 70 ppm or more, and a liquid whose result of the Ames test is negative is desirable. For environmental hazards, compounds with no persistence or bioaccumulation are desirable.

また、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純度が95.0%以上であることが好ましく、特に好ましくは99.0%以上であり、更に好ましく純度が99.9%以上である。
特に、193nm等の露光波長において、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、本化合物からなる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、具体的には好ましくは金属含量が100ppb以下、更に好ましくは1.0ppb以下である。
また、本液浸露光用液体は特に偏光露光を行なう場合、旋光性を有すると光学コントラスト低下の原因となるため、旋光性を有さない液体であることが好ましい。具体的には、本液体を構成する化合物が旋光性を有しない(光学活性でない)化合物であることが好ましく、液体の構成化合物が旋光性を有する(光学活性な)化合物である場合には等量の光学異性体を含有し(ラセミ体として存在し)、液浸露光用液体全体として光学活性を有しないことが好ましい。
The immersion exposure liquid of the present invention preferably has a purity measured by gas chromatography of 95.0% or more, particularly preferably 99.0% or more, and more preferably 99.9% or more. It is.
In particular, the ratio of a compound containing an olefin having a large absorbance at an exposure wavelength such as 193 nm, a compound containing an aromatic ring, sulfur (sulfide, sulfoxide, sulfone structure), halogen, carbonyl group, ether group, etc. Is preferably less than 0.01% by weight, particularly preferably less than 0.001% by weight.
In addition, since the liquid comprising this compound is used in the process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, the metal or metal salt content is preferably low, specifically, the metal content is preferably 100 ppb or less, more preferably 1.0 ppb or less.
Further, the liquid for immersion exposure is preferably a liquid that does not have optical rotatory power because, when performing polarized light exposure, if it has optical rotatory power, it causes a decrease in optical contrast. Specifically, the compound constituting the liquid is preferably a compound having no optical rotatory power (not optically active), and in the case where the liquid constituting compound is a compound having optical rotatory power (optically active), etc. It is preferable that the compound contains an optical isomer in an amount (present as a racemate) and does not have optical activity as a whole immersion exposure liquid.

以下、本発明に係る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。
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望ましいが、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望ましい。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望ましく、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。
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)、および金属酸化物が挙げられる。
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。
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望ましい。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望ましい。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望ましい。
また、本発明の液浸露光用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、液浸露光用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望ましい。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、液体を不活性ガス雰囲気下で露光することは、液体の引火、発火等を防ぐ観点からも好ましい。
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。
Hereinafter, the immersion exposure method using the immersion exposure liquid according to the present invention will be described.
As described above, it is desirable to store the immersion exposure liquid in an inert gas. However, as the container at that time, a container component or a component of the container lid (for example, a plasticizer blended in plastic) is used. It is desirable to store in a container that does not elute. Examples of preferable containers include containers made of glass, metal (eg, SUS), and earthenware. Particularly preferable are glass containers.
Examples of preferable container lids include, for example, a lid made of polyethylene and containing no plasticizer, and a lid made of glass, metal (eg, SUS) or earthenware.
Moreover, it is desirable that the pipe used for feeding the liquid from the container to the exposure machine is a pipe that does not cause elution as described above, and preferable materials for the pipe include glass, metal, ceramics, and the like.
When the immersion exposure liquid is used for immersion exposure, fine particles and bubbles (microbubbles) cause pattern defects and so on, so that the removal of dissolved gas that causes fine particles and bubbles is performed before exposure. It is preferable to keep.
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 oxide.
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.
Since the liquid for immersion exposure becomes a part of the optical system at the time of exposure, it is desirable to use it in an environment that is not affected by changes in optical properties such as the refractive index of the liquid. For example, it is desirable to use it in an environment where the temperature, pressure, etc. that affect the optical properties of the liquid are constant. For example, the temperature is preferably controlled within a range of ± 0.1 ° C., more preferably ± 0.01 ° C.
In addition, immersion exposure using the immersion exposure liquid of the present invention can be performed in the atmosphere, but as described above, the solubility of oxygen in the immersion exposure liquid is high and the exposure wavelength is low. Since it may affect the absorption characteristics, it is desirable to perform exposure 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. It is also preferable to expose the liquid in an inert gas atmosphere from the viewpoint of preventing the liquid from being ignited or ignited.
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 the 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.

露光領域の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。
本液浸露光用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たと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。
As a liquid supply method for immersion area exposure, 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 the liquid for immersion exposure, current CaF 2 or fused silica is preferable from its optical characteristics. Other preferable lens materials include, for example, a fluorine salt of a high-period alkaline earth metal M and a salt represented by the general formula Ca x M 1-x F 2 , and when this material is used, CaF 2 (n @ 193nm = 1.50) and fused silica (n@193nm=1.56), because the refractive index of the lens is higher, especially when designing and processing a high NA lens with a numerical aperture exceeding 1.5 Is preferable.

本発明の液浸露光用液体は、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、本発明の液浸露光用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浸露光用液体の精製法、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液浸露光用液体に溶出した露光により発生した酸の除去、酸洗浄は液浸露光用液体に溶出したレジスト中の塩基性成分の除去、水洗処理は液浸露光用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。
The immersion exposure liquid of the present invention can be reused after use. When a 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 immersion exposure liquid of the present invention can be reused without being purified. It is preferably reused after processing such as filtration. 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, etc., and the above-described immersion exposure liquid of the present invention. Examples thereof include a purification method or a method using a combination of these purification methods. 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 above alkali cleaning removes the acid generated by the exposure eluted in the immersion exposure liquid, the acid cleaning removes the basic components in the resist eluted in the immersion exposure liquid, and the water washing process elutes in the immersion exposure liquid. It is effective for removal of a photoacid generator, a basic additive, and an eluate such as an acid generated during exposure in the resist film.
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.

本発明の液浸露光用液体は、それぞれ単独でも、また混合物であっても使用できる。好ましい例としては、単独で使用する場合である。単独で使用することにより、液浸露光条件を設定しやすくなる。
また、本発明の液浸露光用液体は必要に応じて本発明以外の液体と混合して使用することができ、そうすることにより、例えば屈折率、透過率等の光学特性値、接触角、比熱、膨張率等の物性値を所望の値にすることができる。
本目的に使用される本発明以外の液体としてはその他の液浸露光可能な溶剤の他、各種の消泡剤、界面活性剤等を使用することができ、バブルの低減や、表面張力のコントロールに有効である。
The immersion exposure liquid of the present invention can be used alone or in a mixture. A preferred example is when used alone. By using it alone, it becomes easy to set immersion exposure conditions.
Further, the liquid for immersion exposure according to the present invention can be used by mixing with a liquid other than the present invention as required, and by doing so, for example, optical property values such as refractive index and transmittance, contact angle, Physical properties such as specific heat and expansion coefficient can be set to desired values.
As the liquid other than the present invention used for this purpose, other defoamable solvents, various antifoaming agents, surfactants, and the like can be used. Reduction of bubbles and control of surface tension It is effective for.

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、本発明の液浸露光用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 immersion exposure 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 immersion upper layer film and the immersion liquid. Specifically, the refractive index n RES of the photoresist film is in the range of 1.65 or more. preferable. 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望ましい。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。
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。
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 desirable that the upper layer film is a film that can be easily dissolved in an alkaline solution as a developer because it is peeled off during development. 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 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.
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.

上記液体をレンズ、レチクル等の光学素子と基板表面との間に挿入して液浸露光を行なう。具体的には、例えば、原版(レチクルまたはマスク)を照明する照明手段と、基板をステージに保持する保持手段とを備えるとともに、投影光学手段の基板側の光学素子の先端部と、基板の表面との間が、本発明の液体で満たされた投影露光装置を用いて液浸露光を行なう。
上記基板とはレジストまたはレジスト上層保護膜等が成膜されたシリコンウエハを示す。また、原版を照明するための露光の光(光源)は限定されず、ArFエキシマレーザ(193nm)、KrFエキシマレーザ(248nm)、F2エキシマレーザ(157nm)等を使用できるが、ArFエキシマレーザが本液体を好適に用い、微細なパターンを形成することができるため好ましい。
本発明に使用できる液浸露光装置は、例えばステップアンドリピート方式の縮小投影型の露光装置であってもよく、レチクルとウエハを同期走査して露光を行なうステップアンドスキャン方式の投影露光装置であってもよいが、スループットの観点から後者が好ましい。
上記露光装置に液体の供給部を備え付け、液体を露光エリアに挿入し、露光を行なう。上記液体に、空気が溶存していると、発泡の原因となる。液体中に泡が生じると、露光光が散乱し、原版のパターンが正しく転写されない。また、とりわけ酸素が溶存していた場合には、酸素またはオゾンによる吸収のために透過率変動が起こるばかりでなく、オゾンにより液体が酸化され、液体が変質する原因となる。このため、上記液体は供給前に脱気を行なう必要がある。脱気手段としては、加熱による方法、減圧による方法、気体透過性膜による方法が挙げられる。
The liquid is inserted between an optical element such as a lens or a reticle and the substrate surface to perform immersion exposure. Specifically, for example, an illuminating unit that illuminates an original (reticle or mask) and a holding unit that holds the substrate on a stage, a tip portion of an optical element on the substrate side of the projection optical unit, and a surface of the substrate And immersion exposure using the projection exposure apparatus filled with the liquid of the present invention.
The substrate refers to a silicon wafer on which a resist or a resist upper layer protective film is formed. Further, the exposure light (light source) for illuminating the original plate is not limited, and an ArF excimer laser (193 nm), a KrF excimer laser (248 nm), an F 2 excimer laser (157 nm), or the like can be used. Since this liquid can be used suitably and a fine pattern can be formed, it is preferable.
The immersion exposure apparatus that can be used in the present invention may be, for example, a step-and-repeat type reduction projection type exposure apparatus, or a step-and-scan type projection exposure apparatus that performs exposure by synchronously scanning a reticle and a wafer. However, the latter is preferable from the viewpoint of throughput.
The exposure apparatus is provided with a liquid supply unit, and the liquid is inserted into the exposure area to perform exposure. If air is dissolved in the liquid, foaming is caused. If bubbles are generated in the liquid, the exposure light is scattered and the pattern of the original is not correctly transferred. In particular, when oxygen is dissolved, not only does the transmittance change due to absorption by oxygen or ozone, but also the liquid is oxidized by ozone, causing the liquid to be altered. For this reason, the liquid needs to be deaerated before being supplied. Examples of the deaeration means include a method using heating, a method using reduced pressure, and a method using a gas permeable membrane.

また、泡以外に微粒子が存在した場合、上記と同様の理由で原版のパターンが正しく転写されない場合がある。これらの微粒子を除去するために、供給前に液体をろ過する必要がある。このろ過のろ剤として樹脂等の有機材料を用いた場合、樹脂または、樹脂に含有される可塑剤が溶出し、液体の透過率が低下する場合があるため、ろ剤または、液体が接触する他の部分の部材の材質を適当に選択するとともに、適当な方法で洗浄することが必要となる。材質としてはポリエチレン樹脂(PE)、ポリプロピレン樹脂(PP)等のポリオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂(PVC)等は、樹脂または可塑剤の溶出による影響が大きく、フッ素系樹脂(PTFE、PFA等)、ステンレス(SUS)、ガラス製フィルターが好ましい。上記部材の洗浄方法としては、例えば、超純水洗浄、本発明の液体を用いたとも洗い、アセトニトリル等の193nmにおける吸収が小さな有機液体での洗浄等が挙げられる。   In addition, when fine particles other than bubbles are present, the pattern of the original plate may not be correctly transferred for the same reason as described above. In order to remove these fine particles, it is necessary to filter the liquid before supply. When an organic material such as a resin is used as a filter medium for this filtration, the resin or the plasticizer contained in the resin may elute and the liquid permeability may decrease. It is necessary to appropriately select the material of the members of the other parts and to clean them by an appropriate method. Polyolefin resin such as polyethylene resin (PE) and polypropylene resin (PP), vinyl chloride resin (PVC), etc. as materials are greatly affected by elution of resin or plasticizer, and fluorine resin (PTFE, PFA, etc.), stainless steel (SUS) and a glass filter are preferable. Examples of the cleaning method for the member include ultrapure water cleaning, cleaning using the liquid of the present invention, and cleaning with an organic liquid having a small absorption at 193 nm, such as acetonitrile.

また、上記液体は露光時に、レジストや外気に接触することにより、気体の溶解または微粒子の混入がおこり劣化する可能性がある。したがって、液体供給部に供給口とともに排気口を設け、一定の流量で流しながら使用することが好ましい。これにより、例えば、長期間、液体が露光されることによる温度変動による屈折率の変化等の問題を解決することができる。
液体の層流を作る場合、液体の粘度が低いことが好ましいが、本発明の液体は粘度が低く本目的には好適である。
また、液体の透過率等を考慮して適当な液膜の膜厚を設定する。液膜の厚さは小さいほど透過率は向上し吸収による種々の影響を無視できるが、層流をつくるためにはある程度の液膜の厚さが必要となる。具体的には0.5mm〜10mm程度の膜厚、好ましくは0.5mm〜3mm程度の液膜の厚さに設定する。
Further, when the liquid comes into contact with the resist or the outside air at the time of exposure, there is a possibility that the gas is dissolved or fine particles are mixed and deteriorated. Therefore, it is preferable to provide the liquid supply unit with an exhaust port as well as a supply port, and use it while flowing at a constant flow rate. Thereby, for example, it is possible to solve problems such as a change in refractive index due to temperature fluctuation due to the liquid being exposed for a long period of time.
When making a laminar flow of liquid, it is preferable that the liquid has a low viscosity, but the liquid of the present invention has a low viscosity and is suitable for this purpose.
In addition, an appropriate liquid film thickness is set in consideration of the liquid transmittance. The smaller the thickness of the liquid film, the higher the transmittance and the various effects due to absorption can be ignored. However, in order to create a laminar flow, a certain thickness of the liquid film is required. Specifically, the film thickness is set to about 0.5 mm to 10 mm, preferably about 0.5 mm to 3 mm.

基板上のレジスト材料としては公知の種々のレジスト材料を用いることができ、例えば、現像液に難溶または不溶な酸解離性基を含有する樹脂、露光により酸を発生する光酸発生剤、有機塩基等の酸拡散防止剤を必須成分とし、露光により発生した酸により酸解離性基が脱離することにより、露光部が現像液可溶となる化学増幅型ポジ型レジスト、現像液に可溶な樹脂、露光により酸を発生する光酸発生剤、有機塩基などの酸拡散防止剤、架橋剤を必須成分とし、露光により生じた酸により、現像液に可溶な樹脂および架橋剤が反応し、露光部が現像液に難溶または不溶になる化学増幅型ネガレジスト等の材料が高解像度を得られ好ましい。これらの化学増幅型レジスト材料としては多くの材料が報告されており、これらの公知の材料を用いることが可能である。
例えば、ArFエキシマレーザを露光光源に用いた場合の材料としては、高解像度かつ高ドライエッチング耐性を有するために、広く使用されている脂環式骨格を有する酸解離性保護基およびラクトン側鎖を有する(メタ)アクリル酸エステルの共重合体樹脂を含有するレジスト材料等を用いることができる。
上記に代表されるレジスト材料は単独で用いることも可能であるが、必要に応じてシリコンウエハとレジスト材料の間に反射防止膜を形成して使用する。
Various known resist materials can be used as the resist material on the substrate. For example, a resin containing an acid-dissociable group that is hardly soluble or insoluble in a developer, a photoacid generator that generates an acid upon exposure, an organic An acid diffusion inhibitor such as a base is an essential component, and the acid-dissociable group is eliminated by the acid generated by exposure, so that the exposed area becomes soluble in the developer. Resin, photoacid generator that generates acid upon exposure, acid diffusion preventive agent such as organic base, and crosslinking agent as essential components. Resin soluble in developer and crosslinking agent react with acid generated by exposure. A material such as a chemically amplified negative resist in which the exposed portion is hardly soluble or insoluble in the developer is preferable because high resolution can be obtained. Many materials have been reported as these chemically amplified resist materials, and these known materials can be used.
For example, when using an ArF excimer laser as an exposure light source, an acid dissociable protecting group having a alicyclic skeleton and a lactone side chain, which are widely used, have high resolution and high dry etching resistance. A resist material containing a (meth) acrylic acid ester copolymer resin can be used.
The resist materials typified above can be used alone, but if necessary, an antireflection film is formed between the silicon wafer and the resist material.

また、上記レジストから液体へのレジスト成分の溶出の防止および、液体と基板との接触角を調節する目的でレジスト膜上に上層保護膜を形成して使用することも可能である。該上層保護膜は、液浸用液体への耐性に優れ(低溶解性)、剥離が容易であることが要求されるが、水の液浸において提案されている現像液剥離型の保護膜が好適である。
本発明に係る液浸用液体を用いて、露光を行なう場合、露光光源における屈折率が水より高い液体を用いるため、よりレンズ中の入射角が大きい光を上記レジスト膜に通過させることができ、高NA露光が可能となり、微細パターンの形成が可能となる。また、同NAの場合レジストへ上層への光の入射角が小さくなるため、焦点深度を高めることが可能である。
露光光としては自然光をもちいることも可能であるが、高NA露光を行なう場合はレジスト中での結像角が大きくなった場合、結像角に依存してp偏光(TM偏光)ではコントラストが低下するため、s偏光(TE偏光)による偏光露光が好ましい。
該フォトレジスト膜、または液浸上層膜が形成されたフォトレジスト膜に対して、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原版を通して放射線を照射し、所定の温度で焼成を行なった後に現像を行ない所望のレジストパターンを形成する。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。
It is also possible to use an upper protective film formed on the resist film for the purpose of preventing elution of the resist component from the resist to the liquid and adjusting the contact angle between the liquid and the substrate. The upper protective film is required to be excellent in resistance to immersion liquid (low solubility) and easy to peel off. However, a developer peeling type protective film proposed in water immersion is not suitable. Is preferred.
When exposure is performed using the immersion liquid according to the present invention, a liquid having a higher refractive index than water in the exposure light source is used, so that light having a larger incident angle in the lens can pass through the resist film. High NA exposure is possible, and a fine pattern can be formed. In addition, in the case of the same NA, the incident angle of light to the upper layer on the resist becomes small, so that the depth of focus can be increased.
It is possible to use natural light as the exposure light. However, when performing high NA exposure, if the imaging angle in the resist becomes large, p-polarized light (TM polarized light) has a contrast depending on the imaging angle. Therefore, polarized light exposure using s polarized light (TE polarized light) is preferable.
The photoresist film or the photoresist film on which the immersion upper layer film is formed is irradiated with radiation through an original having a predetermined pattern using the immersion exposure liquid of the present invention as a medium, and is baked at a predetermined temperature. After the development, development is performed to form a desired resist pattern. The baking temperature is appropriately adjusted depending on the resist used, but is usually about 30 to 200 ° C, preferably 50 to 150 ° C.

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(溶出試験、膜の溶解性試験、パターニング評価)を測定した。   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 evaluation resist film, the characteristics (elution test, film solubility test, patterning evaluation) as an immersion exposure liquid were measured.

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 2006222186
化合物(S1−1)53.92g(50モル%)、化合物(S1−2)10.69g(10モル%)、化合物(S1−3)35.38g(40モル%)を2−ブタノン187gに溶解した単量体溶液(1)、ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)3.37gを2−ブタノン64gに溶解した溶液(2)を準備し、更に2−ブタノンを15g投入した1000mlの三つ口フラスコに前に準備した単量体溶液(1)28.77g、溶液(2)4.23gを投入し、その後減圧置換法にて窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、15分後、単量体溶液(1)258.98g、溶液(2)24.64gを送液ポンプを用いて3時間かけて滴下した。滴下終了後更に4時間攪拌した。重合終了後、重合溶液は放冷することにより30℃以下に冷却した。反応終了後、溶液は放冷し30℃以下に冷却し、4000gのイソプロピルアルコールへ投入し、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2000gのイソプロピルアルコールにてスラリー上で洗浄した後、ろ別し、60℃にて17時間乾燥し、白色粉末の重合体を得た(85g、収率85重量%)。この重合体はMwが7,600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53.1:8.5:38.4(モル%)の共重合体であった。この重合体を樹脂(A−1)とする。 Reference example 1
Resin used for a radiation sensitive resin composition was obtained by the following method.
Figure 2006222186
Compound (S1-1) 53.92 g (50 mol%), compound (S1-2) 10.69 g (10 mol%), compound (S1-3) 35.38 g (40 mol%) into 2-butanone 187 g A dissolved monomer solution (1) and a solution (2) in which 3.37 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) was dissolved in 64 g of 2-butanone were prepared, and further 15 g of 2-butanone was prepared. The previously prepared monomer solution (1) 28.77 g and solution (2) 4.23 g are charged into the charged 1000 ml three-necked flask, and then purged with nitrogen by the vacuum replacement method. After purging with nitrogen, the reaction kettle was heated to 80 ° C. with stirring. After 15 minutes, 258.98 g of monomer solution (1) and 24.64 g of solution (2) were added over 3 hours using a liquid feed pump. It was dripped. After completion of the dropwise addition, the mixture was further stirred for 4 hours. After completion of the polymerization, the polymerization solution was allowed to cool and then cooled to 30 ° C. or lower. After completion of the reaction, the solution is allowed to cool, cooled to 30 ° C. or lower, poured into 4000 g of isopropyl alcohol, and the precipitated white powder is filtered off. The filtered white powder was washed twice with 2000 g of isopropyl alcohol on the slurry, filtered, and dried at 60 ° C. for 17 hours to obtain a white powder polymer (85 g, yield 85 wt. %). This polymer has Mw of 7,600, and as a result of 13 C-NMR analysis, the repeating unit represented by compound (S1-1), compound (S1-2), compound (S1-3), and each repeating unit Was a copolymer having a content ratio of 53.1: 8.5: 38.4 (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 2006222186
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 2006222186
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 to obtain a homogeneous solution. 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を以下の方法で得た。
表1に示す樹脂、酸発生剤、酸拡散制御剤、溶剤を混合、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(F2およびF3)を調製した。表1において、部は重量基準である。
なお、用いた酸発生剤(B)、酸拡散制御剤(C)、溶剤(D)を以下に示す。
酸発生剤(B)
B−1:4−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、
B−2:トリ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
酸拡散制御剤(C)
C−1:2−フェニルベンズイミダゾール
溶剤(D)
D−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート

Figure 2006222186
Reference example 3
A radiation sensitive resin composition was obtained by the following method.
The resin, acid generator, acid diffusion controller and solvent shown in Table 1 were mixed to form a uniform solution, and then filtered through a membrane filter having a pore size of 200 nm to prepare a radiation sensitive resin composition (F2 and F3). . In Table 1, parts are by weight.
The acid generator (B), acid diffusion controller (C), and solvent (D) used are shown below.
Acid generator (B)
B-1: 4-Nonafluoro-n-butylsulfonyloxyphenyl diphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate,
B-2: Triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate acid diffusion controller (C)
C-1: 2-Phenylbenzimidazole solvent (D)
D-1: Propylene glycol monomethyl ether acetate
Figure 2006222186

参考例4
液浸用上層膜組成物を以下の方法で得た。
表2に示す樹脂、溶剤を混合して均一溶液とした後、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(G1)を調製した。表2において、n−BuOHはノルマルブタノールを表し、部は重量基準である。

Figure 2006222186
Reference example 4
An upper layer film composition for immersion was obtained by the following method.
The resin and solvent shown in Table 2 were mixed to obtain a uniform solution, and then filtered through a membrane filter having a pore diameter of 200 nm to prepare an upper film composition (G1) for immersion. In Table 2, n-BuOH represents normal butanol, and parts are based on weight.
Figure 2006222186

参考例5
評価用レジスト膜(H−1〜H−3)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、同条件で表7に示す感放射線性樹脂組成物を用いてレジスト膜(膜厚205nm)を形成した(H−1〜H−2)。
また、上記と同様の方法で感放射線性樹脂組成物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、表3に示す液浸用上層膜組成物をスピンコート、PB(130℃、90秒)により膜厚32nmの上層膜を形成した(H−3)。

Figure 2006222186
Reference Example 5
Evaluation resist films (H-1 to H-3) 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. Resist films (thickness 205 nm) were formed using the radiation-sensitive resin composition shown in Table 7 (H-1 to H-2).
Moreover, after forming a resist film (film thickness 205 nm) using the radiation-sensitive resin composition by the same method as described above, an upper film composition for immersion shown in Table 3 is spin-coated on this resist film, An upper film of 32 nm thickness was formed by PB (130 ° C., 90 seconds) (H-3).
Figure 2006222186

実施例1
市販のn−デカンを以下の方法で精製することにより液浸露光用液体を得た。
n−デカン(東京化成工業社製)100mlおよび濃硫酸10mlをガラスでコーティングしたマグネティックスターラーおよび窒素の導入口および排気口を備え付けた300mlの3つ口フラスコに投入し、窒素気流下、20℃で30分攪拌を行なった、攪拌後混合液体を300mlの分液ロートに移し、デカンテーションにより硫酸を分離した。こうして得た液体について上記の硫酸洗浄を行ない硫酸をデカンテーションにより分離する一連の操作を8回繰り返した。その後、本液体を分液ロートで、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液20mlで2回、脱イオン水20mlで10回混合、洗浄した。洗浄後液体を減圧蒸留し、窒素を用いて常圧にもどすことにより窒素を飽和させた。該液体をあらかじめ窒素置換し、酸素濃度が0.1%以下であることを確認した窒素グローブバッグ内に導入し、ポリテトラフルオロエチレン栓付石英セルにサンプリングした。上記セル中の液体の193nmにおける透過率を紫外可視分光光度計(日本分光製)で測定したところ、透過率は96.1%であった。また、溶存酸素をガスクロマトグラフィーを用いて測定したところ1ppm以下であった。上記液体の蒸留後の回収量は85mlであった。
Example 1
A liquid for immersion exposure was obtained by purifying commercially available n-decane by the following method.
A magnetic stirrer coated with 100 ml of n-decane (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) and 10 ml of concentrated sulfuric acid and a 300 ml three-necked flask equipped with a nitrogen inlet and an exhaust port were charged into the flask at 20 ° C. under a nitrogen stream. After stirring for 30 minutes, the mixed liquid was transferred to a 300 ml separatory funnel, and sulfuric acid was separated by decantation. The above-described liquid was washed with sulfuric acid and the series of operations for separating sulfuric acid by decantation was repeated 8 times. Then, this liquid was mixed and washed with a separating funnel twice with 20 ml of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and 10 times with 20 ml of deionized water. After washing, the liquid was distilled under reduced pressure, and nitrogen was saturated by returning to normal pressure using nitrogen. The liquid was purged with nitrogen in advance, introduced into a nitrogen glove bag whose oxygen concentration was confirmed to be 0.1% or less, and sampled in a quartz cell with a polytetrafluoroethylene stopper. When the transmittance at 193 nm of the liquid in the cell was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by JASCO), the transmittance was 96.1%. Moreover, when dissolved oxygen was measured using the gas chromatography, it was 1 ppm or less. The recovered amount of the liquid after distillation was 85 ml.

実施例2
市販のイソオクタンを上記と同様の方法で精製し、193nmにおける透過率が95.7%、溶存酸素濃度が1ppm以下の液体を87ml得た。
実施例3
市販のn−ヘプタンを上記と同様の方法で精製し、193nmにおける透過率が97.1%、溶存酸素濃度が1ppm以下の液体を88ml得た。
Example 2
Commercially available isooctane was purified by the same method as above to obtain 87 ml of a liquid having a transmittance of 95.7% at 193 nm and a dissolved oxygen concentration of 1 ppm or less.
Example 3
Commercially available n-heptane was purified in the same manner as described above to obtain 88 ml of a liquid having a transmittance of 97.1% at 193 nm and a dissolved oxygen concentration of 1 ppm or less.

実施例4〜実施例8、および比較例1
上記評価用レジスト膜を用いて、本発明の液浸露光用液体を、溶出試験、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)により評価した。結果を表4および表5に示す。
Examples 4 to 8 and Comparative Example 1
Using the evaluation resist film, the immersion exposure liquid of the present invention was evaluated by an elution test and patterning evaluation (immersion patterning evaluation, immersion exposure evaluation using a two-speed interference exposure machine). The results are shown in Tables 4 and 5.

(1)溶出試験
上記の評価用レジスト膜を塗布したウエハを300mlの表4に示す液浸露光用液体に30秒浸漬させた後、ウエハを取り出し、残存する液浸露光用液体中の不純物の有無をHPLC(島津製作所製、カラムInertsil ODS−3(内径10mm×長さ25
0mm)、展開溶剤:アセトニトリル/水=80/20、検出器:UV@205nm,220nm,254nm,試料注入量4μm)を用いて測定した。この際、いずれかひとつの検出器で検出限界以上の不純物が確認された場合、溶出試験結果×、検出限界以上の不純物が確認されなかった場合、溶出試験結果○とした。
(2)パターニング評価試験
上記の評価用レジスト膜を塗布したウエハに対して、ArF投影露光装置S306C(
ニコン(株)社製)で、NA:0.78、シグマ:0.85、2/3Annの光学条件にて露光(露光量30mJ/cm2)を行ない、その後、CLEAN TRACK ACT8ホットプレートにてPEB(130℃、90秒)を行ない、同CLEAN TRACK ACT8のLDノズルにてパドル現像(60秒間)、超純水にてリンス、次いで4000rpmで15秒間振り切りによりスピンドライした(現像後基板A)。その後、上記と同様の方法で露光された現像後基板Aを表4に示す液浸露光用液体に30秒間浸漬させた後、上記と同様の方法でPEB、現像、リンスを行ない現像後基板Bを得た。更に現像後基板Bを表4に示す液浸露光用液体に30秒間浸漬させた後、上記と同様の方法でPEB、現像、リンスを行ない現像後基板Cを得た。
現像後基板Aおよび同Cを走査型電子顕微鏡(日立計測器(株)社製)S−9360で90nmライン、90nmスペースのマスクパターンに該当するパターンを観察した。このとき、目視で現像後基板Aと同Cとについて同じ矩形形状のレジストパターンが得られた場合を「○」、レジストパターンがT−トップ形状となり良好なパターンが得られなかった場合を「×(T−top形状)」とする。
(3)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にした以外はレジスト膜H2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)に上記精製後液浸用液体を挿入して露光を行ない、その後、ウエハ上の液浸用液体空気乾燥により除去し、本ウエハをCLEAN TRACKACT8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(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、所望の寸法のL/S(1L/1S)の良好なレジストパターンが得られた場合を良好、解像できなかった場合を解像せずとする。結果を表5に示す。

Figure 2006222186
Figure 2006222186
(1) Dissolution test After the wafer coated with the above-described evaluation resist film was immersed in 300 ml of immersion exposure liquid shown in Table 4, the wafer was taken out, and impurities in the remaining immersion exposure liquid were removed. Presence or absence of HPLC (Shimadzu Corporation, column Inertsil ODS-3 (inner diameter 10 mm × length 25
0 mm), developing solvent: acetonitrile / water = 80/20, detector: UV @ 205 nm, 220 nm, 254 nm, sample injection amount 4 μm). At this time, when impurities exceeding the detection limit were confirmed with any one detector, the dissolution test result x, and when impurities above the detection limit were not confirmed, the dissolution test result ○.
(2) Patterning evaluation test The ArF projection exposure apparatus S306C (
Nikon Co., Ltd.) with NA: 0.78, Sigma: 0.85, 2/3 Ann optical exposure (exposure 30 mJ / cm 2 ), and then on CLEAN TRACK ACT8 hot plate PEB (130 ° C., 90 seconds), paddle development with the LD nozzle of the CLEAN TRACK ACT8 (60 seconds), rinsing with ultrapure water, and then spin drying at 4000 rpm for 15 seconds (post-development substrate A) . Thereafter, the post-development substrate A exposed by the same method as described above is immersed in the immersion exposure liquid shown in Table 4 for 30 seconds, and then PEB, development and rinsing are performed by the same method as described above, and the post-development substrate B Got. Further, after development, the substrate B was immersed in a liquid for immersion exposure shown in Table 4 for 30 seconds, and then PEB, development and rinsing were performed in the same manner as above to obtain a post-development substrate C.
Substrate A and C after development were observed with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi Instruments Co., Ltd.) S-9360 for a pattern corresponding to a mask pattern of 90 nm line and 90 nm space. At this time, when the resist pattern having the same rectangular shape was obtained with respect to the substrates A and C after development with the naked eye, “◯”, and when the resist pattern became a T-top shape and a good pattern was not obtained, “×” (T-top shape) ”.
(3) Exposure experiment using two-beam interference On a wafer coated with an evaluation resist film made in the same manner as the resist film H2, except that the thickness of the lower antireflection film is 29 nm and the resist film thickness is 60 nm. On the other hand, a simple exposure apparatus for two-beam interference type ArF immersion (Nikon Co., Ltd., for 35 nm 1L / 1S, using TE-polarized exposure), and between the wafers (gap 0.7 mm) for the above-mentioned post-purification immersion Insert the liquid, perform exposure, and then remove the wafer by immersion liquid air drying. Perform PEB (115 ° C, 90 seconds) on the CLEAN TRACKACT8 hotplate, and use the CLEAN TRACKACT8 LD nozzle. Development with paddle (60 seconds), rinse with ultrapure water, and the developed substrate is patterned with a scanning electron microscope (manufactured by Hitachi Instruments Co., Ltd.) S-9360 Guessed it was. At this time, the case where a resist pattern having a desired dimension L / S (1L / 1S) is obtained is obtained, and the case where the resist pattern is not resolved is not resolved. The results are shown in Table 5.
Figure 2006222186
Figure 2006222186

表4に示すように、本発明の液浸露光用液体は、鎖状飽和炭化水素化合物であるので、レジスト膜単体、または上層膜形成レジスト膜を溶解したり、膜成分を溶出させたり、生成したレジストパターン形状を変形させたりしない。   As shown in Table 4, since the immersion exposure liquid of the present invention is a chain saturated hydrocarbon compound, the resist film alone or the upper film forming resist film is dissolved, the film components are eluted, Do not deform the resist pattern shape.

本発明の液浸露光用液体は、鎖状飽和炭化水素化合物であるので、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、今後さら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。   Since the liquid for immersion exposure of the present invention is a chain saturated hydrocarbon compound, it does not dissolve the photoresist film at the time of immersion exposure, and can form a resist pattern excellent in resolution, developability, etc. It can be used very suitably for the manufacture of semiconductor devices that are expected to be further miniaturized in the future.

Claims (3)

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、前記液浸露光装置が作動する温度領域において液体であり、炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物を精製することにより得られる光路長1mmにおける波長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 through a liquid filled between a lens of a projection optical system and a substrate, and the liquid is a temperature at which the immersion exposure apparatus operates. For immersion exposure, characterized by having a radiation transmittance of 90% or more at a wavelength of 193 nm at an optical path length of 1 mm obtained by purifying a chain saturated hydrocarbon compound having 6 to 13 carbon atoms, which is liquid in the region liquid. 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浸露光用液体の製造方法であって、
該液浸露光用液体の原料となる炭素数6〜13の鎖状飽和炭化水素化合物を容器内に収容する工程と、
該炭化水素化合物を硫酸洗浄する工程とを含むことを特徴とする光路長1mmにおける波長193nmの放射線透過率が90%以上である液浸露光用液体の製造方法。
A method for producing an immersion exposure liquid used in an immersion exposure apparatus or an immersion exposure method for exposing via a liquid filled between a lens of a projection optical system and a substrate,
Containing a C6-C13 chain saturated hydrocarbon compound as a raw material for the immersion exposure liquid in a container;
And a step of washing the hydrocarbon compound with sulfuric acid. A method for producing a liquid for immersion exposure wherein the radiation transmittance at a wavelength of 193 nm at an optical path length of 1 mm is 90% or more.
前記硫酸洗浄する工程後に蒸留精製する工程を含むことを特徴とする請求項2記載の液浸露光用液体の製造方法。   3. The method for producing an immersion exposure liquid according to claim 2, further comprising a distillation purification step after the sulfuric acid washing step.
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