擴散長度

擴散長度一般指的是非平衡載流子深入樣品的平均距離。

基本介紹

• 中文名：擴散長度
• 外文名：Diffusion Length
• 簡寫：DL

擴散機理

隨著特徵尺寸不斷減小，在圖形形成過程中如何精確的預測關鍵尺寸的值變的越來越重要。對於化學光刻膠而言，比較常見的有以下兩種：DNQ（酚醛樹脂）型光刻膠和CAR（化學放大型光刻膠）。它們分別套用於I-line步進式光刻機和Kr F掃描式光刻機。DNQ 型光刻膠的特性由光活性化合物（Photoactive Compounds，PAC）的含量決定。經過曝光步驟，未曝光區域的高濃度PAC將抑制該區域光刻膠在顯影液中溶解。

因此，PAC又可以理解為溶解抑制劑。曝光後烘烤（Post Exposure Bake，PEB）步驟可以理解為簡單的Fickian擴散。這些假設適用於i-line、h-line、g-line DNQ 型光刻膠的建模。圖1是 DNQ 型光刻膠光敏反應的主要過程。

DNQ型光刻膠光敏反應過程

對於化學放大型光刻膠，情況則複雜的多。由於解析度的關係，關鍵尺寸較小的工藝通常都採用化學放大型光刻膠和KrF掃描式光刻機。 KrF光刻膠主要由共聚高分子樹脂（溶解抑制劑）、光酸生成劑（Photoacid Generator，PAG）和一些添加物（主要是抑制基體）組成。在深紫外光的照射下，光酸生成劑分解產生光酸。在PEB 階段，藉助所獲得的熱能，光酸分解共聚高分子樹脂里的保護基T-BOC（t-butoxycarbonyloxy），生成具有OH鍵且易溶於鹼性溶液的聚乙烯酚，而另一生成物C（CH3）3將進一步分解出H並與保護基繼續反應的。該反應和鏈式反應類似，化學放大刻膠也因此得名。另一方面，抑制基體會和光酸發生中和反應，打破該鏈式反應的循環。

化學放大型光刻膠反應過程

計算模型

有效的光刻膠擴散長度可以從光強對比度參數比如曝光寬容度（EL）或者掩膜誤差因子（MEF）得出，該關係如下：

代表擴散化的光學影像強度， 和 分別是關於零級光和一級光散射效率的係數，它代表該級光在全部的照明光中所占的能量比例， 表示光掩膜的關鍵尺寸值，p代表節距。“-”和 “+”分別表示線的結果或者空隙的結果。令方程等於MEF的量測值，可以計算出有效的光刻膠擴散長度。該結果可套用到光學臨近效應修正的模型校準之中。

套用

化學放大型光刻膠在248nm和193 nm光刻工藝中被廣泛套用。化學放大的過程需要光致酸在空間上擴散開來，從而實現化學放大的催化反應。這種擴散具有隨機性，它會使空間像的對比度下降、掩模版誤差因子的升高、能量寬裕度的下降。但是這種對像質的損傷在對較寬的空間周期的光刻中，如0.25um的工藝，並不易被察覺。這是因為典型光刻膠的等效擴散長度為20~60nm，相對250nm來講並不大。在180nm甚至更先進的130 nm及以下節點中，這種擴散及其產生的效應會變得很顯著。