CN110914965B - 用于以基于衍射的叠加量测为基础评估临界尺寸的系统和方法 - Google Patents

用于以基于衍射的叠加量测为基础评估临界尺寸的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于评估半导体器件的临界尺寸的系统和方法。示例性系统包括至少一个处理器和存储指令的至少一个存储器。所述指令在由至少一个处理器执行时使至少一个处理器执行操作。所述操作包括接收半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合的信息以及半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合的信息。第一层低于第二层。所述操作还包括接收从第一层和第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数。所述操作还包括基于多个衍射参数来确定第二层上的临界尺寸的变化。

Description

用于以基于衍射的叠加量测为基础评估临界尺寸的系统和 方法
技术领域
本公开的实施例涉及在制造过程期间的半导体器件的质量控制，更具体而言，涉及使用基于衍射的叠加(DBO)量测来评估半导体器件的临界尺寸(CD)。
背景技术
用于监控和测量半导体晶圆上的特征的临界尺寸的常规方法包括临界尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)和光学临界尺寸(OCD)量测。CDSEM使用电子束以很高的放大倍率对晶圆表面上的结构进行成像，从而实现临界尺寸的测量。OCD分析从晶圆上的周期性结构衍射的光信号，以检查制造工艺的质量。两种方法都需要专用且昂贵的设备来实现评估临界尺寸的功能。
本公开提供了使用改进的DBO技术以降低的成本来评估临界尺寸的系统和方法。
发明内容
在一个示例中，提供了一种用于评估半导体器件的临界尺寸的系统。所述系统包括至少一个处理器和至少一个存储器。至少一个存储器存储指令，所述指令在由至少一个处理器执行时使至少一个处理器执行操作。所述操作包括接收半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合的信息以及半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合的信息。第一层低于第二层。所述操作还包括接收从第一层和第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数。所述操作还包括基于多个衍射参数来确定第二层上的临界尺寸的变化。
在另一个示例中，提供了一种用于评估半导体器件的临界尺寸的方法。所述方法包括提供半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合以及半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合。第一层低于第二层。所述方法还包括获得从第一层和第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数。所述方法还包括基于多个衍射参数来确定第二层上的临界尺寸的变化。
在另一示例中，提供了一种半导体器件。所述半导体器件包括第一层和第二层，第一层包括第一叠加标记集合，第二层包括第二叠加标记集合。第二层高于第一层。第一叠加标记集合包括多个衍射光栅。多个衍射光栅中的每一个具有第一周期。第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇。多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元。多个衍射光栅簇中的至少一个中的多个衍射光栅单元具有第一周期。多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于第一周期的第二周期的衍射光栅。
附图说明
并入本文中并形成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与文字描述一起进一步用于解释本公开的原理并且使相关领域的技术人员能够实现和利用本公开。
图1示出了根据本公开的一些实施例的半导体器件的参考层上的示例性叠加标记集合。
图2示出了根据本公开的一些实施例的半导体器件的目标层上的示例性叠加标记集合。
图3和4示出根据本公开的一些实施例的具有叠加标记的示例性半导体器件。
图5A和5B示出了根据本公开的一些实施例的示出衍射参数与叠加标记偏离量之间的关系的示例性曲线。
图6示出根据本公开的一些实施例的用于评估半导体器件的临界尺寸的示例性系统的框图。
图7是根据本公开的一些实施例的用于评估半导体器件的临界尺寸的示例性方法的流程图。
将参考附图描述本公开内容的实施例。
具体实施方式
尽管讨论了具体的配置和布置，但应该理解，这仅仅是为了说明的目的而进行的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他配置和布置。对于相关领域的技术人员而言显而易见的是，本公开还可以用于各种其他应用中。
应注意到，在说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。
通常，可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如，如在本文中所使用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。类似地，至少部分取决于上下文，诸如“一”、“某一”或“该”的术语同样可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。
应当容易理解的是，本公开中的“在...上”、“在...上方”和“在...之上”的含义应以最宽泛的方式来解释，从而“在......上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括其间具有中间特征或层的“在某物上”的含义，并且“在......上方”或“在......之上”不仅意味着“在某物之上”或“在某物上方”的含义，而且还可以包括其间没有中间特征或层的“在某物上方”或“在某物之上”的含义(即，直接在某物上)。
此外，为了便于描述，可以在本文中使用诸如“在...之下”、“在...下方”、“下”、“在...上方”、“上”等的空间相对术语来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征的关系。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语旨在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或在其他取向)并且同样可以相应地解释本文中使用的空间相关描述词。
如在本文中所使用的，术语“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。添加在衬底的顶部上的材料可以被图案化或可以保持未被图案化。此外，衬底可以包括多种半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。或者，衬底可以由非导电材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。
在半导体器件制造中，临界尺寸(CD)是指在衬底上方的特定高度(例如，在特定层中)测量的特征的尺寸(例如，宽度)。监控和评估半导体器件的CD在质量控制和保证方面起着重要作用。如上所述，常规的CD评估方法(例如，CDSEM和OCD)需要特定且昂贵的设备。使用替代方法来实现评估CD的类似功能以降低成本是有利的。
基于衍射的叠加(DBO)量测通常用于通过分析两个衍射光信号之间的强度差来测量位于衬底上方不同高度处的两层上的特征的对准。基于强度差，可以确定两层上的相应特征之间的偏离量。当前，DBO系统可以用于收集叠加偏离量数据，但是它们无法评估特定层上的CD的分布。本公开的实施例扩展了DBO系统的功能，使得其可以被配置为确定半导体器件的特定层上的CD的变化。
在一些实施例中，为了使用DBO量测评估半导体器件的CD，在半导体器件的至少两个不同层上提供了叠加标记：在第一层(也被称为参考层)上提供第一叠加标记集合，在第二层(也被称为目标层)上提供第二叠加标记集合。参考层比目标层低(例如，沿竖直方向更靠近衬底)。图1示出了根据本公开的一些实施例的半导体器件的参考层上的示例性叠加标记集合100。图1是在半导体器件的衬底上方特定高度z1处的横向平面X-Y的俯视图，其中Z方向是垂直于衬底平面的竖直方向。参考图1，叠加标记集合100包括多个衍射光栅(为简单起见也被称为光栅)，例如112、114、122和124。多个光栅中的每一个都具有周期为P1的周期性结构(例如，由112a、112b等形成)。周期性结构可以包括正光栅结构，例如，多个脊，或负光栅结构，例如，多个凹槽。尽管图1示出了其中周期性结构具有7个脊或凹槽(也被统称为叠加标记)的示例，但周期性结构中的叠加标记的数量可以变化。例如，一些实施例可以在周期性结构中包括4、5、6、8、9、10或其他数量的叠加标记。在一些实施例中，P1可以在500纳米至10微米之间的范围内，例如，500纳米、800纳米、1微米、2微米、5微米、10微米，或在由这些值限定的任何子范围内。多个光栅包括至少两组：包括112和114的第一组光栅沿Y方向取向，而包括122和124的第二组光栅沿垂直于第一组的取向(Y方向)的X方向取向。在一些实施例中，第一组和第二组衍射光栅可以在除X和Y方向之外的其他方向上取向，只要这两个取向彼此垂直即可。如图1所示，第一组中的至少两个光栅，例如，112和114，相对于彼此成对角地设置。换言之，当图1所示的X-Y平面由笛卡尔坐标系表示时，光栅112和114分别布置在第二象限和第四象限中。类似地，光栅122和124相对于彼此成对角地设置，分别布置在第一象限和第三象限中。
图2示出了根据本公开的一些实施例的图1的半导体器件的目标层上的示例性叠加标记集合200。类似于图1，图2也示出了横向平面X-Y的俯视图，这次是在衬底上方的另一高度z2处。在一些实施例中，z2＞z1，意味着图2中所示的横向平面比图1中所示的横向平面更高(更远离衬底)。换言之，图2中所示的目标层在图1所示的参考层上方。如图2所示，目标层上的叠加标记集合200包括多个衍射光栅簇(为简单起见也被称为光栅簇)，例如，212、214、222和224，其分别叠加在参考层上的多个光栅(例如，112、114、122和124)上。多个光栅簇中的每一个包括多个衍射光栅单元(为简单起见也被称为光栅单元)，在图2中被示为实心黑色块。例如，光栅簇212包括多个光栅单元212a、212b、212c、……、212d，如图2所示。每个光栅簇中的光栅单元大致与参考层中的相应光栅结构(例如，脊或凹槽)对准(例如，大致对准但具有可控制的偏离量)。光栅簇(例如，212)中的多个光栅单元(例如，212a-212d)布置成周期性结构，其具有与参考层上的相应光栅(例如，112)的周期P1相同的周期。
光栅簇中的每个光栅单元包括更精细的衍射光栅(例如，与参考层上的光栅相比)，该衍射光栅具有小于P1的第二周期P2。例如，图2示出了光栅簇212的一部分的放大图，揭示了每个光栅单元212a、212b和212c的实际结构。如图2所示，每个光栅单元212a、212b和212c包括具有沿Y方向取向并且以周期性的方式布置的多个线性结构的光栅。在每个光栅单元内，线性结构根据周期P2布置。在图2中，具有周期P2的线性结构形成实际的叠加标记。在多个光栅单元当中，线性结构组(例如，每个光栅单元一组)也根据周期P1周期性地布置。
在一些实施例中，周期P2可以与目标层上的锚定图案的结构周期基本相同，包括在目标层上以周期性方式布置的特征、图案或其他功能部件的结构周期。在一些实施例中，周期P2可以在1纳米至500纳米之间的范围内，例如，1纳米、5纳米、10纳米、50纳米、100纳米、250纳米、500纳米，或在由这些值限定的任何子范围内。具有周期P2的光栅可以具有线性结构(例如，线性脊或凹槽)，如图2所示。在其他实施例中，具有周期P2的光栅可以具有非线性结构(例如，以周期性方式布置的孔或突起)。
在一些实施例中，相对于包括光栅的相应光栅单元的几何中心对称地布置周期为P2的光栅。例如，图2示出了光栅单元212c的放大图，该光栅单元包括具有以周期为P2的周期性方式布置的四个线性结构的光栅。可以将光栅单元212c的几何中心定义为中心线211，其与光栅单元212c的两个边缘等距。如图2所示，四个线性结构相对于中心线211对称布置。尽管在图2中的光栅单元212c内示出了四个线性结构，但取决于诸如衍射参数、临界尺寸等因素，可以使用不同数量的线性结构。
图2还示出了光栅簇224的一部分的另一放大图，揭示了沿X方向取向并根据两个周期周期性地布置的更精细的光栅：每个光栅单元内的线性结构的较小的周期P2，以及线性结构组(例如，每个光栅单元一组)的较大的周期P1。
光栅簇212和224的部分的放大图显示，具有更精细周期(例如，P2)的光栅具有与其相应的光栅单元相同的取向。例如，对应于光栅单元212c的线性结构和光栅单元212c均沿Y方向取向。在一些实施例中，具有更精细周期(例如，P2)的光栅可以具有与其相应的光栅单元不同的取向。例如，图2示出了分别对应于光栅簇214中的光栅单元214a和214b的光栅234a和234b沿X方向取向，垂直于沿Y方向取向的光栅单元214a和214b的取向。
图3和4示出了根据本公开的一些实施例的具有叠加标记的示例性半导体器件的截面图。图3示出了其中正光栅结构(例如，脊)用于形成叠加标记的示例，而图4示出了其中负光栅结构(例如，凹槽)用于形成叠加标记的示例。
参考图3，半导体器件300可以包括诸如310、320、330和340的多个层。层310可以是参考层，在其上提供具有周期P1的光栅结构。如图3所示，层310上的光栅结构可以包括周期性布置的脊(例如，312、314等)。脊312和314可以分别对应于图1中的结构112a和112b。层320和330可以是中间层。层340可以是目标层，在其上提供更精细的光栅结构。更精细的光栅结构(其可以是光栅簇或其至少一部分)由多个光栅单元形成，每个光栅单元大致叠加在层310上的相应脊上。多个光栅单元根据周期P1周期性地布置。每个光栅单元包括多个较小的脊(例如，312a、312b、312c和312d)，形成具有周期P2的光栅。例如，由脊312a-312d形成的光栅单元大致叠加在相应的脊312上。
在一些实施例中，目标层上的叠加标记集合中的光栅簇与参考层上的叠加标记集合中的对应光栅错开预定的偏离量。如图3所示，该偏离量可以由层340上的光栅单元(例如，由312a-312d形成的光栅单元)的几何中心与层310上的相应脊(例如，312)的中心之间测量的偏离量D表示。在一些实施例中，可以使用不同的偏离量值来设置每个象限中相应光栅的偏离量。例如，参考图1，对应于光栅122的第一象限相对于其上层较精细的对应部分的偏离量值可以沿Y方向设置为+D。对应于光栅112的第二象限相对于其上层较精细的对应部分的偏离量值可以沿X方向设置为-D(例如，朝-X方向移动D)。类似地，对应于光栅124的第三象限相对于其上层较精细的对应部分的偏离量值可以沿Y方向设置为-D(例如，朝-Y方向移动D)。对应于光栅114的第四象限相对于其上层较精细的对应部分的偏离量值可以沿X方向设置为D。
图4示出了半导体器件400，其在参考层和目标层上具有与半导体器件300相同的叠加标记布置，除了在半导体器件400中使用的叠加标记具有负光栅结构，例如，使用凹槽代替脊。因此，省略了半导体器件400中的叠加标记布置的详细说明。
参考层和/或目标层上的叠加标记的信息可以通过使用成像设备(例如，光学成像设备)对这些层进行成像来获得。叠加标记的信息可以包括叠加标记的位置信息(例如，每个叠加标记的空间位置)、尺寸信息(例如，每个叠加标记的尺寸/宽度)、偏离量信息(例如，参考层和目标层之间的对应叠加标记之间的偏离量值)、周期信息(例如，P1/P2)、层信息等。
在一些实施例中，可以在获得叠加标记的信息之前对半导体器件的目标层执行光学邻近校准。在一些实施例中，在光学邻近校准过程期间使用的光学模型和光刻胶模型可以与目标层的光学模型和光刻胶模型相同。进行光学邻近校准可以提高成像结果的准确性，据此获得叠加标记的信息。
本公开的实施例可以获得从参考层和目标层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数。例如，衍射参数可以包括由于对参考层和目标层上的对应叠加标记的照射而导致的两个衍射光信号之间的强度差。参考图3，当叠加标记被强度为I0的入射光信号照射时，入射光信号将被光栅结构衍射并产生衍射光信号。DBO系统可以测量一阶衍射光信号之间的强度差A＝|I+-I-|。强度差A是固定入射光波长下的叠加偏离量D的函数。因此，当对每个象限使用不同的偏离量时，可以获得不同的强度差值。如上所述，可以在不同的象限中设置不同的偏离量值(例如，D和-D)。因此，由于对具有不同偏离量的不同象限中的对应叠加标记进行照射而可以获得多个强度差(例如，表示为分别对应于偏离量值D和-D的AD和A-D)。
强度差和偏离量之间的关系可用于评估CD。图5A和5B示出了示例性曲线，其表示强度差(竖轴A)和偏离量(横轴偏离量)之间的关系。图5A示出了理想情形，其中没有引入由制造过程引起的附加偏离量，而图5B示出了由制造过程引入附加偏离量Df的情形。参考图5A，当偏离量为D时(例如，图1和2所示的第一或第四象限)，可以测量强度差AD0。类似地，当偏离量为-D时(例如，图1和图2所示的第二或第三象限)，可以测量另一个强度差A-D0。D和AD0对应于图5A所示的点502，并且-D和A-D0对应于图5A中的点504。点502和504可以限定具有特定斜率的线。可以看出，如此定义的线的斜率与目标层上的CD有关。当CD变化时，斜率也会相应变化。例如，假设由点502和504限定的线表示第一CD，被示为CD0，当CD变为另一个值CD1时，相同的衍射测量产生强度差值AD1和AD-1，其与偏离量D一起对应于图5A中的点512和514。由点512和514限定的线(被示为CD1)与由点502和504限定的线CD0具有不同的斜率。
图5B示出了由制造过程引入的附加偏离量不会改变由测量点限定的斜率与目标层上的CD之间的关系。参考图5B，如果由制造过程引入的附加偏离量是Df，则线CD0和CD1将向右移动，使得两条线在Df处而不是在原点处与横轴(偏离量)相交。然而，两条线CD0和CD1的斜率保持不变。Df、D与测得的强度差之间的关系由以下等式(1)决定：
Figure BDA0002280815670000091
另外，CD与测量的强度差之间的关系由以下等式(2)决定：
Figure BDA0002280815670000092
本公开的实施例可以基于测量的强度差和相应的偏离量D根据等式(1)来计算由制造过程引入的偏离量。另外，本公开的实施例可以基于测量的强度差和相应的偏离量D根据等式(2)来计算斜率。因为斜率表示目标层上的CD，所以本公开的实施例可以基于斜率确定CD的变化。在一些实施例中，斜率的绝对值可能不是必需的。相反，斜率的相对值(例如，相对于参考)可以用于确定CD的变化。例如，可以基于从在目标层的扩展区域上测量的强度差计算出的斜率值(绝对值或相对值)来确定目标层上的CD的相对变化的分布。以这种方式，可以使用DBO量测来实现CD变化的评估，而无需求助于传统的CDSEM或OCD方法，从而大大降低了在半导体制造过程中执行质量控制和保证的总成本。
在一些实施例中，可以使用具有单个波长的光信号来测量强度差。在其他实施例中，可以使用具有不同波长的光信号来测量强度差。由等式(1)和(2)表示的关系在不同波长下保持不变。本公开的实施例可以通过对不同波长下的测量结果和/或计算结果进行平均来减小测量误差。例如，本公开的实施例可以计算不同波长下的制造偏离量(例如，Df)，并且对所计算的制造偏离量进行平均以减小测量误差。
图6示出了根据本公开的实施例的用于评估半导体器件的CD的示例性系统600。参考图6，系统600可以包括至少一个处理器610、通信接口620和存储器630。存储器630可以被配置为存储一个或多个计算机指令，当由处理器610执行时，所述计算机指令可以使处理器610执行本文公开的各种操作。存储器630可以是任何非暂时类型的大容量存储器，例如，易失性或非易失性、磁性、基于半导体、基于磁带、光学、可移动、不可移动或其他类型的存储设备或有形的计算机可读介质，包括但不限于ROM、闪速存储器、动态RAM和静态RAM。
处理器610可以被配置为根据存储在存储器630中的指令执行操作。处理器610可以包括任何适当类型的通用或专用微处理器、数字信号处理器或微控制器。处理器610可以被配置为专用于执行一个或多个特定操作的单独的处理器模块。或者，处理器610可以被配置为共享处理器模块，用于执行与本文公开的一个或多个特定操作无关的其他操作。
通信接口620可以包括任何类型的通信适配器，例如，集成服务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或用于提供数据通信连接的调制解调器。作为另一个示例，通信接口620可以包括局域网(LAN)卡，以提供到兼容LAN的数据通信连接。无线链路也可以由通信接口620来实现。在这种实现方式中，通信接口620可以经由网络发送和接收承载代表各种信息的数字数据流的电、电磁或光信号。所述网络通常可以包括蜂窝通信网、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN)等。在一些实施例中，通信接口620还可以包括输入/输出接口，例如，显示接口(例如，HDMI、DVI、VGA等)、音频接口、键盘接口、鼠标接口、打印机接口、触摸屏接口等。
通信接口620可以被配置为在系统600和一个或多个其他系统/设备之间交换信息。例如，通信接口620可以与数据库640通信，所述数据库可以存储关于半导体器件设计和/或制造的信息，例如，掩模信息、晶圆信息、特征图案信息等。在一些实施例中，数据库640可以存储叠加标记信息、层信息、偏离量信息、衍射参数、临界尺寸信息或与CD的评估有关的其他信息。在一些实施例中，处理器610可以通过通信接口620接收存储在数据库640中的信息。
在另一示例中，显示器650可以通过通信接口620耦合到系统600。显示器650可以包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、等离子体显示器或任何其他类型的显示器，并提供在显示器上呈现的图形用户界面(GUI)，用于用户输入和数据描述。显示器可以包括多种不同类型的材料，例如，塑料或玻璃，并且可以是触敏的以从用户接收输入。例如，显示器可以包括基本刚性的触敏材料，例如，Gorilla GlassTM或基本柔软的触敏材料，例如，Willow GlassTM。在一些实施例中，可以在显示器650上显示关于半导体层、叠加标记、偏离量、衍射参数、临界尺寸等的信息。在一些实施例中，可以在完成由处理器610执行的一个或多个操作之后触发警报并将其显示在显示器650上。
在另一示例中，终端设备660可以通过通信接口620耦合到系统600。终端设备660可以包括台式计算机、工作站、膝上型计算机、移动电话、平板电脑、可穿戴设备或任何其他类型的被配置为执行计算任务的设备。在一些实施例中，用户可以使用终端设备660来控制系统600，例如以发起、监控或终止与设计和分析叠加标记、处理衍射参数和/或评估临界尺寸有关的操作。在一些实施例中，终端设备660可以接收关于由系统600生成的临界尺寸的信息。在一些实施例中，终端设备660可以接收表示由处理器610执行的操作的状态的通知或警告。例如，表示临界尺寸的变化通过验证过程的信号可以通过通信接口620传送到终端设备660。在另一个示例中，表示临界尺寸的变化未能通过验证过程的信号可以传送到终端设备660，并且终端设备660可以发起补救措施以用于反馈到制造过程。
注意，数据库640、显示器650和/或终端设备660中的一个或多个可以是系统600的部分，并且可以与系统600位于同一地点或相对于系统600远程设置并经由网络或任何适当类型的通信链接与系统600通信。
图7示出了根据本公开的一些实施例的用于评估半导体器件的CD的示例性方法700的流程图。参考图7，方法700可以包括多个步骤，其中至少一些可以由处理器610执行。例如，实现方法700的指令可以存储在存储器630中并且由处理器610执行。可以想到，方法700的任何适当的步骤可以由处理器610单独执行或由多个处理器联合执行。在下文中，处理器610被用作描述方法700的相关步骤的示例。应当理解，一些步骤对于执行本文提供的实施例而言是可选的。此外，一些步骤可以同时执行，或者以与图7所示不同的顺序执行。
在步骤710中，方法700可以包括分别在半导体器件的第一层和第二层上提供第一叠加标记集合和第二叠加标记集合。例如，第一叠加标记集合可以包括图1所示的叠加标记，并且第二叠加标记集合可以包括图2所示的叠加标记。在一些实施例中，步骤710可以包括在半导体器件上形成第一叠加标记集合和第二叠加标记集合。在一些实施例中，步骤710可以包括使第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的配置和/或设计可用于评估CD。
在步骤720中，处理器610可以接收第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息。例如，处理器610可以通过通信接口620从数据库640、终端设备660或其他适当的源接收信息。在一些实施例中，如上所述，可以通过使用成像设备对半导体器件的第一层和第二层进行成像来获得第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息。可以对成像结果进行分析和处理以提取第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息，例如，包括位置信息、尺寸信息、偏离量信息、周期信息、层信息等。在一些实施例中，在获得第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息之前，可以执行光学邻近校准以增强成像精度。
在步骤730中，方法700可以包括获得从第一层和第二层上的对应叠加标记测量的衍射参数。例如，衍射参数可以包括由对第一层和第二层上的对应叠加标记的照射而产生的两个衍射光信号之间的强度差，如以上结合图3和4所描述的。在一些实施例中，如上所述，可以测量多个强度差，每个强度差是由对具有不同偏离量(例如，针对不同象限设置的不同偏离量)的对应叠加标记的照射所导致的。强度差可以通过DBO系统测量，并且可以处理、分析和/或存储测量结果。在一些实施例中，可以使用具有单个波长的光信号来测量强度差。在其他实施例中，可以使用具有不同波长的光信号来测量强度差。可以对来自不同波长的测量结果进行平均以减小测量误差。
在步骤740中，处理器610可以接收衍射参数的信息。例如，处理器610可以通过通信接口620从DBO系统接收信息。在另一示例中，信息可以存储在数据库640中，所述数据库可以由处理器610通过通信接口620进行访问。在另一示例中，可以在终端设备660处提供信息，并且处理器610可以通过通信接口620连接到终端设备660以接收信息。在任何情况下，处理器610都可以接收诸如强度差数据的衍射参数的信息以供进一步处理。
在步骤750中，处理器610可以基于衍射参数来计算斜率。例如，处理器610可以基于等式(2)来计算斜率，如以上结合图5A和5B所讨论的。斜率与目标层上的特定CD有关。如上所述，斜率可以是绝对值或相对值的形式。在任一种情况下，都可以基于测得的衍射参数(例如，强度差)来确定CD的表示。在一些实施例中，处理器610还可以基于等式(1)计算制造偏离量(例如，Df)。当多个波长用于照射叠加标记时，处理器610可以计算与多个波长相对应的多个制造偏离量，并且对多个制造偏离量进行平均以减小测量误差。
在步骤760中，处理器610可以基于斜率来确定第二层上的CD的变化。例如，处理器610可以分析目标层上的区域甚至整个晶圆表面上的斜率分布。根据等式(2)，可以基于斜率的变化来确定CD的变化。另外，处理器610可以根据等式(1)确定其他相关的参数，例如，由制造过程引起的偏离量值(例如，Df)。可以接着进行验证过程以验证CD变化和/或基于制造的偏离量是否在其各自的容限内。以这种方式，可以使用DBO量测来监控和评估目标层上的临界尺寸。可以反馈评估结果以指导制造过程。
本公开的另一方面涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使一个或多个处理器执行如上所述的方法。计算机可读介质可以包括易失性或非易失性、磁性、基于半导体、基于磁带、光学、可移动、不可移动的或其他类型的计算机可读介质或计算机可读存储设备。例如，如所公开的，计算机可读介质可以是其上存储有计算机指令的存储设备或存储模块。在一些实施例中，计算机可读介质可以是其上存储有计算机指令的盘或闪存驱动器。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于评估半导体器件的临界尺寸的系统。所述系统包括至少一个处理器和存储指令的至少一个存储器。所述指令在由至少一个处理器执行时使至少一个处理器执行操作。所述操作包括接收半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合的信息以及半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合的信息。第一层低于第二层。所述操作还包括接收从第一层和第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数的信息。所述操作还包括基于多个衍射参数来确定第二层上的临界尺寸的变化。
在一些实施例中，第一叠加标记集合包括多个衍射光栅。多个衍射光栅中的每一个具有第一周期。
在一些实施例中，多个衍射光栅包括在第一方向上取向的第一组衍射光栅和在垂直于第一方向的第二方向上取向的第二组衍射光栅。
在一些实施例中，第一组或第二组中的至少两个衍射光栅相对于彼此成对角地设置。
在一些实施例中，第一周期在500纳米至10微米之间的范围内。
在一些实施例中，第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇。多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元。多个衍射光栅簇中的至少一个中的多个衍射光栅单元具有第一周期。
在一些实施例中，多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于第一周期的第二周期的衍射光栅。
在一些实施例中，第二周期与第二层上的锚定图案的结构周期基本相同。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅包括线性结构。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅包括非线性结构。
在一些实施例中，第二周期在1纳米至500纳米之间的范围内。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅相对于相应的衍射光栅单元的几何中心对称地布置。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅具有与多个衍射光栅单元中的至少一个相同的取向。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅具有垂直于多个衍射光栅单元中的至少一个的取向。
在一些实施例中，第二叠加标记集合中的至少一个衍射光栅簇与第一叠加标记集合中的对应衍射光栅错开预定的偏离量。
在一些实施例中，通过使用成像设备对半导体器件的第一层和第二层进行成像来获得第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息。
在一些实施例中，在获得第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息之前，对半导体器件的第二层执行光学邻近校准。
在一些实施例中，第一叠加标记集合和第二叠加标记集合包括正光栅结构或负光栅结构中的至少一个。
在一些实施例中，多个衍射参数包括由对第一层和第二层上的对应叠加标记的照射引起的两个衍射光信号之间的至少一个强度差。
在一些实施例中，至少一个强度差包括多个强度差，每个强度差是由对具有不同偏离量的对应叠加标记的照射引起的。
在一些实施例中，所述操作还包括基于多个强度差和相应的偏离量来计算斜率。
在一些实施例中，确定第二层上的临界尺寸的变化包括基于斜率确定所述变化。
在一些实施例中，使用具有第一波长的光信号来测量至少一个强度差。
在一些实施例中，使用具有不同波长的光信号来测量至少一个强度差。
在一些实施例中，所述操作还包括计算与不同波长相对应的制造偏离量，并通过对所计算的制造偏离量进行平均来减小测量误差。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于评估半导体器件的临界尺寸的方法。所述方法包括提供半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合以及半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合。第一层低于第二层。所述方法还包括获得从第一层和第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数。所述方法还包括基于多个衍射参数来确定第二层上的临界尺寸的变化。
在一些实施例中，第一叠加标记集合包括多个衍射光栅。多个衍射光栅中的每一个具有第一周期。
在一些实施例中，多个衍射光栅包括在第一方向上取向的第一组衍射光栅和在垂直于第一方向的第二方向上取向的第二组衍射光栅。
在一些实施例中，第一组或第二组中的至少两个衍射光栅相对于彼此成对角地设置。
在一些实施例中，第一周期在500纳米至10微米之间的范围内。
在一些实施例中，第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇。多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元。多个衍射光栅簇中的至少一个中的多个衍射光栅单元具有第一周期。
在一些实施例中，多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于第一周期的第二周期的衍射光栅。
在一些实施例中，第二周期与第二层上的锚定图案的结构周期基本相同。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅包括线性结构。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅包括非线性结构。
在一些实施例中，第二周期在1纳米至500纳米之间的范围内。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅相对于相应的衍射光栅单元的几何中心对称地布置。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅具有与多个衍射光栅单元中的至少一个相同的取向。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅具有垂直于多个衍射光栅单元中的至少一个的取向。
在一些实施例中，第二叠加标记集合中的至少一个衍射光栅簇与第一叠加标记集合中的对应衍射光栅错开预定的偏离量。
在一些实施例中，所述方法还包括通过使用成像设备对半导体器件的第一层和第二层进行成像来获得第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息。
在一些实施例中，所述方法还包括在获得第一叠加标记集合和第二叠加标记集合的信息之前，对半导体器件的第二层执行光学邻近校准。
在一些实施例中，第一叠加标记集合和第二叠加标记集合包括正光栅结构或负光栅结构中的至少一个。
在一些实施例中，多个衍射参数包括由对第一层和第二层上的对应叠加标记的照射引起的两个衍射光信号之间的至少一个强度差。
在一些实施例中，至少一个强度差包括多个强度差，每个强度差是对由具有不同偏离量的对应叠加标记的照射引起的。
在一些实施例中，所述方法还包括基于多个强度差和相应的偏离量来计算斜率。
在一些实施例中，确定第二层上的临界尺寸的变化包括基于斜率确定所述变化。
在一些实施例中，所述方法还包括使用具有第一波长的光信号来测量至少一个强度差。
在一些实施例中，所述方法还包括使用具有不同波长的光信号来测量至少一个强度差。
在一些实施例中，所述方法还包括计算与不同波长相对应的制造偏离量，并通过对所计算的制造偏离量进行平均来减小测量误差。
根据本公开的另一方面，提供了一种半导体器件。所述半导体器件包括第一层和第二层，第一层包括第一叠加标记集合，第二层包括第二叠加标记集合。第二层高于第一层。第一叠加标记集合包括多个衍射光栅。多个衍射光栅中的每一个具有第一周期。第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇。多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元。多个衍射光栅簇中的至少一个中的多个衍射光栅单元具有第一周期，并且多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于第一周期的第二周期的衍射光栅。
在一些实施例中，多个衍射光栅包括在第一方向上取向的第一组衍射光栅和在垂直于第一方向的第二方向上取向的第二组衍射光栅。
在一些实施例中，第一组或第二组中的至少两个衍射光栅相对于彼此成对角地设置。
在一些实施例中，第一周期在500纳米至10微米之间的范围内。
在一些实施例中，第二周期与第二层上的锚定图案的结构周期基本相同。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅包括线性结构。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅包括非线性结构。
在一些实施例中，第二周期在1纳米至500纳米之间的范围内。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅相对于相应的衍射光栅单元的几何中心对称地布置。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅具有与多个衍射光栅单元中的至少一个相同的取向。
在一些实施例中，具有第二周期的衍射光栅具有垂直于多个衍射光栅单元中的至少一个的取向。
在一些实施例中，第二叠加标记集合中的至少一个衍射光栅簇与第一叠加标记集合中的对应衍射光栅错开预定的偏离量。
在一些实施例中，第一叠加标记集合和第二叠加标记集合包括正光栅结构或负光栅结构中的至少一个。
以上对具体实施例的描述将揭示本公开的一般性质，以使得其他人可以通过应用本领域技术内的知识容易地修改和/或适应这些具体实施例的各种应用，无需过度实验，且不脱离本公开的一般概念。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的适应和修改旨在处于所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应该理解的是，本文中的措辞或术语是出于描述的目的而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和指导来解释。
以上已经借助于功能构建块描述了本公开的实施例，所述功能构建块示出了特定功能及其关系的实施方式。为了便于描述，在本文中任意限定了这些功能构建块的边界。只要适当地执行特定功能及其关系，就可以限定替换的边界。
发明内容和摘要部分可以阐述由发明人设想的本公开的一个或多个但不是全部的示例性实施例，并且因此不旨在以任何方式限制本公开和所附权利要求。
本公开的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同方案来限定。

Claims (63)

1.一种用于评估半导体器件的临界尺寸的系统，包括：
至少一个处理器；以及
存储指令的至少一个存储器，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器执行操作，所述操作包括：
接收所述半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合的信息以及所述半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合的信息，所述第一层低于所述第二层；
接收从所述第一层和所述第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数的信息；以及
基于所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息以及所述多个衍射参数来确定所述第二层上的所述临界尺寸的变化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一叠加标记集合包括多个衍射光栅，所述多个衍射光栅中的每一个具有第一周期。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述多个衍射光栅包括在第一方向上取向的第一组衍射光栅和在垂直于所述第一方向的第二方向上取向的第二组衍射光栅。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一组或所述第二组中的至少两个衍射光栅相对于彼此成对角地设置。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，所述第一周期在500纳米至10微米之间的范围内。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，所述第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇，所述多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元，其中，所述多个衍射光栅簇中的至少一个中的所述多个衍射光栅单元具有所述第一周期。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于所述第一周期的第二周期的衍射光栅。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第二周期与所述第二层上的锚定图案的结构周期基本相同。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅包括线性结构。
10.根据权利要求7或8所述的系统，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅包括非线性结构。
11.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述第二周期在1纳米至500纳米之间的范围内。
12.根据权利要求7或8所述的系统，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅相对于相应的衍射光栅单元的几何中心对称地布置。
13.根据权利要求7或8所述的系统，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅具有与所述多个衍射光栅单元中的所述至少一个相同的取向。
14.根据权利要求7或8所述的系统，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅具有垂直于所述多个衍射光栅单元中的所述至少一个的取向。
15.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第二叠加标记集合中的至少一个衍射光栅簇与所述第一叠加标记集合中的对应衍射光栅错开预定的偏离量。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，通过使用成像设备对所述半导体器件的所述第一层和所述第二层进行成像来获得所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，在获得所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息之前，对所述半导体器件的所述第二层执行光学邻近校准。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合包括正光栅结构或负光栅结构中的至少一个。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述多个衍射参数包括由对所述第一层和所述第二层上的对应叠加标记的照射引起的两个衍射光信号之间的至少一个强度差。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个强度差包括多个强度差，每个所述强度差是由对具有不同偏离量的所述对应叠加标记的照射引起的。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述操作还包括：
基于所述多个强度差和相应的偏离量来计算斜率。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，确定所述第二层上的所述临界尺寸的变化包括基于所述斜率确定所述变化。
23.根据权利要求19所述的系统，其中，使用具有第一波长的光信号来测量所述至少一个强度差。
24.根据权利要求19所述的系统，其中，使用具有不同波长的光信号来测量所述至少一个强度差。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述操作还包括：
计算与所述不同波长相对应的制造偏离量；以及
通过对所计算的制造偏离量进行平均来减小测量误差。
26.一种用于评估半导体器件的临界尺寸的方法，所述方法包括：
提供半导体器件的第一层上的第一叠加标记集合以及半导体器件的第二层上的第二叠加标记集合，所述第一层低于所述第二层；
获得所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息；
获得从所述第一层和所述第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数；以及
基于所述信息和所述多个衍射参数来确定所述第二层上的所述临界尺寸的变化。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第一叠加标记集合包括多个衍射光栅，所述多个衍射光栅中的每一个具有第一周期。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述多个衍射光栅包括在第一方向上取向的第一组衍射光栅和在垂直于所述第一方向的第二方向上取向的第二组衍射光栅。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一组或所述第二组中的至少两个衍射光栅相对于彼此成对角地设置。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其中，所述第一周期在500纳米至10微米之间的范围内。
31.根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其中，所述第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇，所述多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元，其中，所述多个衍射光栅簇中的至少一个中的所述多个衍射光栅单元具有所述第一周期。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于所述第一周期的第二周期的衍射光栅。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述第二周期与所述第二层上的锚定图案的结构周期基本相同。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅包括线性结构。
35.根据权利要求32或33所述的方法，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅包括非线性结构。
36.根据权利要求32或33所述的方法，其中，所述第二周期在1纳米至500纳米之间的范围内。
37.根据权利要求32或33所述的方法，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅相对于相应的衍射光栅单元的几何中心对称地布置。
38.根据权利要求32或33所述的方法，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅具有与所述多个衍射光栅单元中的所述至少一个相同的取向。
39.根据权利要求32或33所述的方法，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅具有垂直于所述多个衍射光栅单元中的所述至少一个的取向。
40.根据权利要求31所述的方法，其中，所述第二叠加标记集合中的至少一个衍射光栅簇与所述第一叠加标记集合中的对应衍射光栅错开预定的偏离量。
41.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中，通过使用成像设备对所述半导体器件的所述第一层和所述第二层进行成像来获得所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息。
42.根据权利要求41所述的方法，还包括：
在获得所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息之前，对所述半导体器件的所述第二层执行光学邻近校准。
43.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中，所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合包括正光栅结构或负光栅结构中的至少一个。
44.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中，所述多个衍射参数包括由对所述第一层和所述第二层上的对应叠加标记的照射引起的两个衍射光信号之间的至少一个强度差。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述至少一个强度差包括多个强度差，每个所述强度差是由对具有不同偏离量的所述对应叠加标记的照射引起的。
46.根据权利要求45所述的方法，还包括：
基于所述多个强度差和相应的偏离量来计算斜率。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，确定所述第二层上的所述临界尺寸的变化包括基于所述斜率确定所述变化。
48.根据权利要求44所述的方法，还包括：
使用具有第一波长的光信号来测量所述至少一个强度差。
49.根据权利要求44所述的方法，还包括：
使用具有不同波长的光信号来测量所述至少一个强度差。
50.根据权利要求49所述的方法，还包括：
计算与所述不同波长相对应的制造偏离量；以及
通过对所计算的制造偏离量进行平均来减小测量误差。
51.一种半导体器件，包括：
第一层，包括第一叠加标记集合；以及
第二层，包括第二叠加标记集合，所述第二层高于所述第一层；
其中：
所述第一叠加标记集合包括多个衍射光栅，所述多个衍射光栅中的每一个具有第一周期；
所述第二叠加标记集合包括多个衍射光栅簇，所述多个衍射光栅簇中的每一个具有多个衍射光栅单元，其中，所述多个衍射光栅簇中的至少一个中的所述多个衍射光栅单元具有所述第一周期，并且所述多个衍射光栅单元中的至少一个包括具有小于所述第一周期的第二周期的衍射光栅；
获得所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合的信息；
获得从所述第一层和所述第二层上的对应叠加标记测量的多个衍射参数；并且
基于所述信息和所述多个衍射参数来确定所述第二层上的临界尺寸的变化。
52.根据权利要求51所述的半导体器件，其中，所述多个衍射光栅包括在第一方向上取向的第一组衍射光栅和在垂直于所述第一方向的第二方向上取向的第二组衍射光栅。
53.根据权利要求52所述的半导体器件，其中，所述第一组或所述第二组中的至少两个衍射光栅相对于彼此成对角地设置。
54.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一周期在500纳米至10微米之间的范围内。
55.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，所述第二周期与所述第二层上的锚定图案的结构周期基本相同。
56.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅包括线性结构。
57.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅包括非线性结构。
58.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，所述第二周期在1纳米至500纳米之间的范围内。
59.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅相对于相应的衍射光栅单元的几何中心对称地布置。
60.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅具有与所述多个衍射光栅单元中的所述至少一个相同的取向。
61.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，具有所述第二周期的所述衍射光栅具有垂直于所述多个衍射光栅单元中的所述至少一个的取向。
62.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，所述第二叠加标记集合中的至少一个衍射光栅簇与所述第一叠加标记集合中的对应衍射光栅错开预定的偏离量。
63.根据权利要求51至53中任一项所述的半导体器件，其中，所述第一叠加标记集合和所述第二叠加标记集合包括正光栅结构或负光栅结构中的至少一个。
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