擴散長度

隨着特徵尺寸不斷減小，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）。它們分別應用於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 ^[1]  。

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。 ^[1] 

對於化學放大型光刻膠，情況則複雜的多。由於分辨率的關係，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裏的保護基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。 ^[2] 

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 ^[2]  ：

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佔的能量比例，

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。該結果可應用到光學臨近效應修正的模型校準之中 ^[2-3]  。

用來描述光酸擴散的物理模型，也是目前計算光學中最常用的用來模擬預測光刻膠曝光後形貌的模型之一 ^[4]  。該模型認為光致反應的活性物質產生後在光刻膠中通過擴散的形式形成的濃度遵循高斯分佈。

化學放大型光刻膠在248nm和193 nm光刻工藝中被廣泛應用。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週期的光刻中，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 ^[3]  。