光刻胶等效扩散长度对0.13um工艺窗口的影响
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2020-12-09
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光刻胶等效扩散长度对光刻胶等效扩散长度对0.13um工艺窗口的影响工艺窗口的影响
（上海华虹NEC电子有限公司，上海201206）摘 要：介绍了如何通过测量得出的等效扩散长度和光刻机的照明
条件来对任何光刻工艺的线宽均匀性进行评估。展示了在0.13um及以下工艺中等效扩散对能量裕度和掩模版误
差因子的影响的研究结果。关键词：等效扩散长度,像对比度,能量裕度,光刻 中图分类号：TN305.7 文献标识
码：A 文章编号：1003-353X(2005)07-0039-041 引言 化学增幅光刻胶在248nm和193nm光刻工艺中被广泛应
用。化学放大的过程需要光致酸在空间上扩散开来，从而实现化学放大的催化反应。由于扩散的随机性，它会
使空间像的对比度下降、掩模版误差因子的升高、及能量裕度
（上海华虹NEC电子有限公司，上海201206）
摘摘 要要：介绍了如何通过测量得出的等效扩散长度和光刻机的照明条件来对任何光刻工艺的线宽均匀性进行评估。展示了在
0.13um及以下工艺中等效扩散对能量裕度和掩模版误差因子的影响的研究结果。
关键词关键词：等效扩散长度,像对比度,能量裕度,光刻
中图分类号中图分类号：TN305.7 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2005)07-0039-04
1 引言引言
化学增幅光刻胶在248nm和193nm光刻工艺中被广泛应用。化学放大的过程需要光致酸在空间上扩散开来，从而实现化学放
大的催化反应。由于扩散的随机性，它会使空间像的对比度下降、掩模版误差因子的升高、及能量裕度的下降。但是这种对
像质的损伤在对较宽的空间周期的光刻中，如0.25um的工艺，并不易被察觉。这是因为典型光刻胶的等效扩散长度为20-
60nm，相对250nm来讲并不大。在180nm甚至更先进的130nm及以下节点中，这种扩散及其产生的的效应会变得很显著。
最近，在半导体工业界内对如何测量和评价这种由于扩散而造成的像模糊及掩模版误差因子对线宽均匀性的影响产生了很大
兴趣 [1-5]。 尽管研究如何测量这种扩散早已为业界所重视，直到最近，测量手段才精确到使测量结果具有实用价值[1]。
2 高斯扩散下交替相移掩模版的空间像高斯扩散下交替相移掩模版的空间像
前期研究表明，测量光致酸等效扩散的最好方法是使用一个对比度很高的空间像。 这是因为任何微小的对比度损失可以很容
易地被探测到。所以最好的测量载体是使用交替相移掩模版 (Alternating phase shifting mask， Alt-PSM) 的光刻系统，如图1
所示。此系统能够产生近100%的像对比度。光致酸的分布函数U(x, t) 的一般形式可以表示成
其中D 为扩散长度；F'为光致酸被碱基消酸剂的捕获速度。I0(x)为由光学系统所产生的空间光场分布，或空间像。对使用交
替相移掩模版的光刻系统， 只考虑最低衍射级成像时[当空间周期 p<3pmin, pmin=l/(2NA)，l为波长， NA为数值孔径]，则
I0(x) 可以写成
其中d为光刻板线宽；n为光刻胶的光学折射率。正如前面所述，由于碱基消酸剂的作用，扩散后的空间像分布的核是一个经
过切割的高斯函数。因为高斯函数在离开原点后衰减得很快，我们将在以后的计算中使用全高斯函数来近似代表被切割的高
斯函数。如果让等效扩散长度a = (2Dt)1/2,除掉F't, 式 (1) 可以被写成
将式（2）代入式（3），U(x) 可以被解析如下
使用阈值模型将线宽 (CD) 的表达式从式（4）中解出。让s代表式（4）中定义的空间像的光刻胶的反应阈值，CD代表硅片
上测得的线宽为
因为掩模版误差因子被定义成硅片上的线宽 CD随掩模版上线宽d的变化或偏导数，从式（5）中可得
图2显示了式（6）所描述的函数形状。 如图所示，掩模版误差因子随空间周期的变小或扩散长度变长而变大。对使用交替相
移掩模版中误差因子和扩散的关系的更加详细的研究可以在引文[1]中找到。
3 在使用黑白和透射衰减相移掩膜板时的掩膜板误差因子和等效扩散长度的关系在使用黑白和透射衰减相移掩膜板时的掩膜板误差因子和等效扩散长度的关系
上述对使用交替相移掩膜板的工艺研究方法也可以延伸到使用黑白(或铬-玻璃)或透射衰减相移掩模版的工艺中。不过这种情
况比前者复杂，因为计算中引入了部分相干光照明。如果图形是等间距的线和槽，而且空间周期小于l/NA，掩膜板误差因子
可以写成
a 是振幅衰减因子。对一般使用的6%衰减系数，它等于0.25。式（7）中的“+”对应槽，而“-”对应线。可见当CD等于空间周期
的一半，线和槽的掩模版误差因子将变得相等。对更加一般的情况，如任意的空间周期和线宽，扩散后的空间像可以有如下
的形式
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