KR20070080873A - Method of measuring patterning for semiconductor device - Google Patents

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KR20070080873A KR1020060012328A KR20060012328A KR20070080873A KR 20070080873 A KR20070080873 A KR 20070080873A KR 1020060012328 A KR1020060012328 A KR 1020060012328A KR 20060012328 A KR20060012328 A KR 20060012328A KR 20070080873 A KR20070080873 A KR 20070080873A
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Abstract

A pattern measuring method of a semiconductor device is provided to measure the CD(Critical Dimension) and depth of a predetermined pattern regardless of the degree of integration and to improve the reliability of measurement values. A predetermined light is irradiated onto a wafer in order to measure the CD and depth of a predetermined pattern formed on the wafer(S110). The predetermined light reflected from the wafer is measured(S120). A surveyed image of the predetermined pattern is obtained from a signal of the measured light(S130). A simulation is performed in order to obtain a simulation image(S140). The simulation image is compared with the surveyed image(S150). The CD and depth of the predetermined pattern are obtained from the simulation image(S160).

Description

반도체 장치의 패턴 측정 방법{Method of measuring patterning for semiconductor device}Method of measuring pattern of semiconductor device {Method of measuring patterning for semiconductor device}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a pattern measuring method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 모의실험을 수행하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flow chart for explaining the steps of performing the simulation shown in FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법이 적용되는 측정 장비를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating measurement equipment to which a pattern measuring method of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

100 : 측정 장비 110 : 스테이지100: measuring equipment 110: stage

120 : 광원 130 : 저장부120: light source 130: storage unit

140 : 처리부 150 : 디스플레이부 140: processing unit 150: display unit

본 발명은 반도체 장치의 패턴 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패턴의 이미지를 이용한 반도체 장치의 패턴 측정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring a pattern of a semiconductor device, and more particularly, to a method for measuring a pattern of a semiconductor device using an image of a pattern.

일반적으로 반도체 장치의 제조 과정은 단결정 실리콘 재질의 웨이퍼 상에 절연막, 유전막 및 금속막 등을 적층하는 공정과 상기 적층된 막을 원하는 형태의 패턴으로 형성하는 사진, 식각 공정 등을 포함한다. 상기 공정을 수행한 이 후에, 상기 패턴의 임계치수 및 높이를 확인하기 위해, 상기 공정 진행 후에는 상기 패턴의 임계치수 및 높이를 측정해야 한다. In general, a process of manufacturing a semiconductor device includes a process of laminating an insulating film, a dielectric film, a metal film, and the like on a wafer made of a single crystal silicon material, and a photo, an etching process, and the like to form the stacked film in a desired pattern. After performing the process, in order to check the critical dimension and the height of the pattern, after the process proceeds to measure the critical dimension and height of the pattern.

상기 측정은 상기 웨이퍼를 파괴하는 방식으로 VSEM(vertical scanning electron microscope)과 상기 웨이퍼를 파괴하지 않는 방식으로 엘립소메트리(Ellipsometry)를 이용한 OCD(optical critical dimension) 장비가 있다. The measurement includes a vertical scanning electron microscope (VSEM) in a manner of breaking the wafer and an optical critical dimension (OCD) device using ellipsometry in a manner that does not destroy the wafer.

상기 OCD 장비는 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴에서 반사되는 광을 측정하여 검출된 광의 신호, 즉 파장에 따른 강도와 위상의 변화와 전자기 이론을 이용하여 역으로 계산된 모델링된 광의 신호와 비교하면서 상기 패턴의 임계치수와 높이 값을 얻는다. The OCD apparatus measures the light reflected from the pattern formed on the wafer and compares the detected signal with the signal of the detected light, that is, the intensity and phase change according to the wavelength and the signal of the modeled light calculated inversely using electromagnetic theory. Get the critical and height values of.

그러나 반도체 장치의 고집적화의 요구에 따라 상기 패턴이 축소되거나, 복잡할 경우에 상기 OCD 장비는 상기 패턴의 임계치수 및 높이를 측정할 수 없다. 그리고 측정할지라도 측정된 상기 패턴의 임계치수와 높이 값의 신뢰도가 떨어진다.However, when the pattern is reduced or complicated according to the demand for high integration of the semiconductor device, the OCD device cannot measure the critical dimension and the height of the pattern. And even if measured, the reliability of the critical dimension and height value of the measured pattern is inferior.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 장치의 고집적화에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for measuring a pattern of a semiconductor device according to the high integration of the semiconductor device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 패 턴 측정 방법은 먼저, 웨이퍼에 형성된 패턴의 임계치수와 깊이를 측정하기 위하여 상기 웨이퍼에 광을 조사한다. 이어서 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 측정한다. 계속하여 상기 측정된 광의 신호로부터 상기 패턴의 실측 이미지를 획득한다. 다음에 상기 실측 이미지와 비교 대상인 모의실험 이미지를 획득하기 위하여 모의실험을 수행한다. 이어서 상기 모의실험을 수행하여 획득된 모의실험 이미지와 상기 실측 이미지를 비교한다. 계속하여 상기 모의실험 이미지로부터 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값을 획득한다. In the pattern measuring method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, first, the wafer is irradiated with light to measure the critical dimension and depth of the pattern formed on the wafer. Subsequently, the light reflected from the wafer is measured. Subsequently, an actual image of the pattern is obtained from the measured light signal. Next, a simulation is performed to obtain a simulation image which is a comparison target with the measured image. Subsequently, the simulation image obtained by performing the simulation is compared with the measured image. Subsequently, a critical dimension and a depth value of the pattern are obtained from the simulation image.

여기서 상기 모의실험을 수행하는 단계는 먼저, 상기 측정된 광의 신호를 가정하여 예측된 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값 및 상기 광의 상수 값을 정의한다. 이어서 상기 정의된 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값 및 상기 광의 상수 값을 FETD(finite element time domain) 알고리즘을 이용하여 분석한다. 계속하여 상기 분석하여 획득된 광의 신호를 이미지 화하여 상기 패턴의 모의실험 이미지를 획득한다. In the performing of the simulation, first, a threshold value and a depth value of the pattern and a constant value of the light are estimated by assuming the measured light signal. Subsequently, the critical dimension and depth value of the pattern and the constant value of the light are analyzed by using a finite element time domain (FETD) algorithm. Subsequently, a signal image of the light obtained by the analysis is imaged to obtain a simulation image of the pattern.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 사용하면, 반도체 장치의 고집적화에 따라서 패턴이 축소되거나 복잡한 경우에도 상기 패턴의 임계치수와 깊이를 측정할 수 있고, 또한 상기 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다. When the pattern measuring method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is used, the critical dimension and depth of the pattern can be measured even when the pattern is reduced or complicated according to the high integration of the semiconductor device, and the reliability of the measured value can be measured. It can increase.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, a pattern measuring method of a semiconductor device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 설명하 기 위한 흐름도이다. 그리고 도 2는 도 1에 도시된 모의실험을 수행하는 단계를 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a pattern measuring method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart for explaining a step of performing the simulation shown in FIG. 1.

도 1을 참조하면, 웨이퍼에 형성된 패턴의 임계치수 및 깊이를 측정하기 위하여 상기 웨이퍼에 광을 조사한다.(S110) Referring to FIG. 1, light is irradiated onto the wafer to measure the critical dimension and the depth of the pattern formed on the wafer.

여기서 상기 웨이퍼에는 반도체 장치의 고집적화에 따른 패턴이 형성되어 있다. 그리고 상기 웨이퍼는 측정 장비의 스테이지에 안착되어 있다. 그리고 상기 광은 설정된 각을 가지고 입사된다. Here, the wafer is formed with a pattern resulting from high integration of the semiconductor device. The wafer is then seated on the stage of the measuring equipment. The light is incident at a set angle.

계속하여 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 측정한다.(S120)Subsequently, the light reflected from the wafer is measured (S120).

다음에 상기 측정된 광의 신호로부터 상기 패턴의 실측 이미지를 획득한다.(S130)Next, an actual image of the pattern is obtained from the measured light signal (S130).

다음에 상기 실측 이미지와 비교 대상인 모의실험 이미지를 획득하기 위하여 모의실험을 수행한다.(S140)Next, a simulation is performed to obtain a simulation image that is a comparison target with the measured image. (S140)

여기서 상기 모의실험을 수행하는 단계를 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다. Here, the step of performing the simulation will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2를 참조하면, 상기 모의실험은 상용화된 FETD(finite element time domain) 알고리즘을 이용한다. 여기서 상기 FETD(finite element time domain) 알고리즘은 EMFlex, CST MWS 등으로 상용화되어 있다. 그리고 상기 알고리즘은 상기 패턴을 망사(mesh)화한 후, 각각의 망사에 대하여 맥스웰(maxwell) 방정식을 이용하여 광 신호를 얻는 방법이다. Referring to FIG. 2, the simulation uses a commercially available finite element time domain (FETD) algorithm. The finite element time domain (FETD) algorithm is commercialized by EMFlex, CST MWS, and the like. The algorithm is a method of meshing the pattern and then obtaining an optical signal by using a Maxwell equation for each mesh.

구체적으로, 먼저 도 1의 S120 단계에서 측정된 광의 신호를 가정하여 모의 실험용 상기 패턴의 예측 임계치수와 깊이 값을 정의한다. 그리고 상기 광의 상수 값을 정의한다.(S210)Specifically, first, the prediction threshold and the depth value of the pattern for simulation are defined by assuming the signal of light measured in step S120 of FIG. 1. In addition, the constant value of the light is defined.

여기서 상기 광의 상수 값은 상기 패턴에 대한 굴절률(Reflective Index, n) 및 흡수율(Extinction Coefficient, k)등과 같은 물리적 정보를 포함한다. 상기 굴절률은 진공에서의 광의 속도에 대한 특정 물질에서 광의 속도의 비로 정의되고, 상기 흡수율은 광이 특정 물질을 통과할 때 얼마나 빨리 강도가 감소하는가에 대한 척도로 정의된다.The constant value of the light includes physical information such as a refractive index (n) and an absorption coefficient (k) for the pattern. The refractive index is defined as the ratio of the speed of light in a particular material to the speed of light in a vacuum, and the absorptivity is defined as a measure of how quickly the intensity decreases as light passes through the particular material.

이어서 상기 정의된 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값 및 상기 광의 상수 값을 FETD 알고리즘을 이용하여 분석한다.(S220)Subsequently, the critical dimension and depth value of the pattern and the constant value of the light are analyzed using the FETD algorithm (S220).

계속하여 상기 분석하여 획득된 광의 신호를 이미지 화하여 상기 패턴의 모의실험 이미지를 획득한다.(S230) Subsequently, the signal of the light obtained by the analysis is imaged to obtain a simulation image of the pattern.

이제, 계속하여 상기 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 설명한다.Now, the method of measuring a pattern of the semiconductor device will be described.

이어서 상기 모의실험을 수행하여 획득된 모의실험 이미지와 상기 실측 이미지를 비교한다.(S150)Subsequently, the simulation image obtained by performing the simulation is compared with the measured image.

만약, 상기 모의실험 이미지가 상기 실측 이미지에 근사하면, 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값을 획득한다.(S160)If the simulated image approximates the measured image, a critical dimension and a depth value of the pattern are obtained.

여기서 상기 획득된 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값은 상기 모의실험 이미지를 획득하기 위하여 정의된 상기 패턴의 임계치수와 깊이다. Herein, the acquired critical dimension and depth value of the pattern are the critical dimension and depth of the pattern defined for obtaining the simulation image.

그러나, 상기 모의실험 이미지가 상기 실측 이미지에 근사하지 못하면, 상기 모의실험 이미지가 상기 실측 이미지에 근사하도록 모의실험을 다시 수행한다 .(S140)However, if the simulation image does not approximate the measured image, the simulation is performed again so that the simulated image approximates the measured image.

이어서, 다시 모의실험을 수행하여 획득된 모의실험 이미지와 상기 실측 이미지를 다시 비교한다.(S150). Subsequently, the simulation image is again performed to compare the measured image with the measured image again (S150).

이러한 폐회로(close loop) 과정을 상기 모의실험 이미지와 상기 실측 이미지에 근사할 때까지 반복한다.This close loop process is repeated until it approximates the simulated image and the measured image.

이로써, 종래의 OCD 장비가 패턴이 축소되거나 복잡할 경우에 측정 파라미터의 신뢰도가 떨어지거나 측정이 불가능하였는데, 본 발명에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법은 실측 이미지와 모의실험 이미지 획득하여, 서로 비교함으로 상기 패턴의 임계치수와 깊이를 측정할 수 있고, 또한 상기 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다. As a result, when the OCD device of the prior art reduced or complicated the pattern, the reliability of the measurement parameter was inferior or impossible to measure. The critical dimension and the depth of the pattern can be measured, and the reliability of the measured value can be improved.

이하, 상기 반도체 장치의 패턴 측정 방법을 적용되는 측정 장비에 대하여 설명한다. Hereinafter, the measurement equipment to which the pattern measuring method of the said semiconductor device is applied is demonstrated.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법이 적용되는 측정 장비를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating measurement equipment to which a pattern measuring method of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.

도 3을 참조하면, 상기 측정 장비는 스테이지(110), 광원(120), 저장부(130), 처리부(140) 및 디스플레이부(150)를 구비한다.Referring to FIG. 3, the measurement equipment includes a stage 110, a light source 120, a storage 130, a processor 140, and a display 150.

구체적으로, 상기 스테이지(110)는 측정될 패턴이 형성된 웨이퍼(W)를 안착시키기 위하여 구비된다. 상기 스테이지(110)는 구동수단(도시되지 않음)에 의하여 이동될 수 있는 것이 바람직하다.In detail, the stage 110 is provided to seat the wafer W on which the pattern to be measured is formed. Preferably, the stage 110 can be moved by a driving means (not shown).

그리고 상기 광원(120)은 미 도시되었지만, 광을 발생시키는 램프와, 상기 광을 반사시켜 웨이퍼 전사시키기 위한 반사경과, 상기 램프에서 발생된 광과 상기 반사경에 반사된 광을 평행 광으로 형성하기 위한 콜리메이터 렌즈 등을 포함한다. Although the light source 120 is not shown, a lamp for generating light, a reflector for reflecting the light and transferring the wafer, and the light generated by the lamp and the light reflected by the reflector are formed as parallel light. Collimator lenses and the like.

상기 저장부(130)는 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 측정한 후에 측정된 광의 신호를 저장한다. The storage unit 130 stores the signal of the measured light after measuring the light reflected from the wafer.

그리고 처리부(140)는 상기 저장된 광의 신호를 제공받아 실측 이미지를 획득하고, 상기 저장된 광의 신호를 가정하여 상기 모의실험을 수행하고, 상기 모의실험을 수행하여 획득된 모의실험 이미지와 상기 실측 이미지와 비교하도록 구비된다. The processor 140 receives the stored light signal to obtain an actual image, performs the simulation by assuming the signal of the stored light, and compares the simulated image obtained by performing the simulation with the measured image. It is provided to.

그리고 상기 디스플레이부(150)가 상기 처리부(140)에 의하여 획득된 실측 이미지와 모의시험 이미지를 디스플레이하기 위하여 구비된다. In addition, the display unit 150 is provided to display the measured image and the simulated image obtained by the processing unit 140.

이렇게 구성된 측정 장비를 이용하여 반도체 장치의 패턴이 고직접화에 따라서 상기 패턴이 축소되거나 복잡할 경우에도 측정할 수 있다. By using the measuring equipment configured as described above, the pattern of the semiconductor device may be measured even if the pattern is reduced or complicated according to the high directivity.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반도체 장치의 패턴 측정 방법은 반도체 장치의 고집적화에 따라서 패턴이 축소되거나 복잡한 경우에도 상기 패턴의 임계치수와 깊이를 측정할 수 있고, 또한 상기 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다. As described above, the pattern measuring method of the semiconductor device according to the preferred embodiment of the present invention can measure the critical dimension and depth of the pattern even when the pattern is reduced or complicated according to the high integration of the semiconductor device, and the measured value Can increase the reliability.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated.

Claims (2)

웨이퍼에 형성된 패턴의 임계치수 및 깊이를 측정하기 위하여 상기 웨이퍼에 광을 조사하는 단계;Irradiating light onto the wafer to measure the critical dimension and depth of the pattern formed on the wafer; 상기 웨이퍼로부터 반사된 광을 측정하는 단계;Measuring light reflected from the wafer; 상기 측정된 광의 신호로부터 상기 패턴의 실측 이미지를 획득하는 단계;Acquiring the measured image of the pattern from the signal of the measured light; 상기 실측 이미지와 비교 대상인 모의실험 이미지를 획득하기 위하여 모의실험을 수행하는 단계; Performing a simulation to obtain a simulation image to be compared with the measured image; 상기 모의실험을 수행하여 획득된 모의실험 이미지가 상기 실측 이미지를 비교하는 단계; 및Comparing the measured image with the simulated image obtained by performing the simulation; And 상기 모의실험 이미지로부터 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값을 획득하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 패턴 측정 방법.And obtaining a critical dimension and a depth value of the pattern from the simulated image. 제1항에 있어서, 상기 모의실험을 수행하는 단계는,The method of claim 1, wherein performing the simulation 상기 측정된 광의 신호를 가정하여 예측된 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값 및 상기 광의 상수 값을 정의하는 단계;Defining a predicted threshold and depth value of the pattern and a constant value of the light, assuming the signal of the measured light; 상기 정의된 상기 패턴의 임계치수와 깊이 값 및 상기 광의 상수 값을 FETD(finite element time domain) 알고리즘을 이용하여 분석하는 단계; 및Analyzing a threshold value and a depth value of the pattern and a constant value of the light using a finite element time domain (FETD) algorithm; And 상기 분석하여 획득된 광의 신호를 이미지 화하여 상기 패턴의 모의실험 이미지를 획득하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 패턴 측정 방 법.And imaging the signal obtained by the analysis to obtain a simulation image of the pattern.
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