JP3827733B2 - ウェハ表面上のピットと粒子を区別するための表面検査システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、表面検査システム及び方法に関し、特に、シリコンウェハのような物品(article)または加工物(workpiece)の表面上の粒子またはピット(pit)のような欠陥の存在を検出し、かつそれらを区別するための、物品または加工物の検査に関する。
発明の背景
表面検査システムは、一般にウェハ表面上の欠陥の存在を検出するためのシリコンウェハのような物品あるいは加工物の検査のために使われる。検査が多数の欠陥を示すとき、再洗浄するためにウェハは送り返される場合がある。もし欠陥がウェハ表面上の粒子あるいは他のデブリであるなら、再洗浄はうまくいく。しかしながら、もし欠陥がウェハ表面のピット(くぼみ)あるいは「COPS」(crystal originated pits;結晶に起因するピット)であるなら、それらは再洗浄しても除去されない。このような表面検査システムはピット欠陥と粒子欠陥を区別できないので、欠陥がピットあるいは粒子であるかどうかにかかわらず、ウェハは再洗浄のために一般に送り返される。これらの欠陥はピットであるかもしれないから、ウェハを再洗浄することは時間と資源の浪費以上の何ものももたらさないおそれがある。ウェハ表面のピットを表面上にある粒子から区別できることが望ましい。
発明の目的と概要
本発明は、シリコンウェハのような加工物の表面上の粒子あるいはピットのような欠陥を検出するだけではなく、ピット欠陥と粒子欠陥を区別する表面検査システムと方法を提供する。これによって、加工物が粒子欠陥を除去するために再洗浄を必要とするかどうか、あるいは他の手段がとられなければならないかどうかを確かめることが可能になる。
本発明による表面検査システムはまず、加工物を受け取るための検査ステーションと、その検査ステーションにおいて加工物の表面を走査することが出来るように位置づけられ配置されたスキャナを備える。スキャナはP偏光ビームを投射するように配置された光源と、加工物表面を横切ってP偏光ビームを走査するように位置づけられたスキャナを含む。さらに本システムは、加工物からの散乱光の角度分布の違いを検出し、この違いに基づいて粒子欠陥をピット欠陥から区別する。散乱光の角度分布の違いは、例えば、加工物の表面からの十分に直角の方向を向いた散乱光の量を、加工物の表面からの後方散乱光の量と比較することによって検出することができる。散乱光の角度分布における違いの検出は、例えば、散乱光の強度分布におけるくぼみを識別することも伴う場合がある。
スキャナはなるべく、加工物が回転及び並進移動する間に、比較的狭い走査経路に沿って加工物の表面を横切って走査する。特に、本システムはなるべく、材料経路に沿って加工物を輸送するように配置されたトランスポータと、そのトランスポータに付随し、材料経路に沿って並進移動する間に加工物を回転させるように配置されたローテータを備える。スキャナは、加工物表面全体が螺旋状パターン−でラスタ走査されるように、材料経路に沿って回転及び並進移動する間に加工物の表面を走査するように位置づけられ配置される。スキャナは、P偏光光源あるいはその光源と同列に位置づけられたP偏波フィルタ(P-polarized filter)のいずれかを備える。
コレクタ(collector)も、材料経路に沿って回転及び並進移動する間に、加工物の表面からの反射光及び散乱光を集光するように配置されている。コレクターは、加工物の表面から散乱される光を検出するように位置づけられた暗チャネル検出器を含む。暗チャネル検出器は、加工物の表面と比較して異なった角度の光を集めるように位置づけられ配置された複数のコレクターを含む。各コレクタは、集められた光に応じて電気信号を生成するための光検出器を備える。異なった角度に位置している光検出器からの電気信号は散乱光の角度分布における違いを決定するために比較される。
複数のコレクターは、なるべく加工物からの鏡面反射に関して比較的小さな角度で加工物の表面から前方に散乱された光の成分を集めるように配置された前方チャネルコレクタと、前方チャネルコレクターに隣接するように位置づけられ、そして比較的中間の角度で加工物の表面から十分直角に散乱された光の成分を集めるように配置された中央チャネルコレクタと、中央チャネルコレクタに隣接するように位置づけられ、比較的大きな角度で加工物の表面から後方に散乱された光の成分を集めるように配置された後方チャネルコレクタとを備える。
走査されたビームが、ピットあるいは粒子のような欠陥と接触するとき、光が表面から散乱されて、そしてコレクターによって集められる。散乱光の強度と走査の間の検出時間は、加工物の表面上の欠陥の大きさと位置についての情報を提供する。さらに、欠陥の性質は、すなわちそれがピットあるいは粒子であるか否かにかかわらず、加工物からの散乱光の角度分布における違いを検出することによって確認することができる。例えば、もし欠陥がピットであるなら、中央チャネルコレクターによって検出された散乱光の量は、一般にそれが後方チャネルコレクターによって検出されたものより大きい。一方、もし欠陥が粒子であるなら、中央チャネルコレクターによって検出される光の量は、一般に後方チャネルコレクタ及び/または前方チャネルコレクタによって検出されるものより小さい。暗チャネルコレクターシステムは、その表面内や表面上に、粒子またはピットなどの欠陥を含む物品または加工物の表面の状態のトポグラフィ(topography)をより敏速に識別し、分類し、そして/あるいは提供するための高い感度を備えた、本発明よる表面検査システムを提供する。
本発明の一特定の実施態様によれば、P偏光ビームは所定の比較的狭い走査経路に沿うように、かつ加工物の表面に対して比較的低い入射角度で向けられる。この方法はなるべく、狭い走査経路が螺旋経路に沿って加工物の表面全体を横断するように、狭い走査の間に加工物の回転及び並進移動を与えることも含む。
本発明の表面検査システムと方法によれば、有利にウェハの表面上の粒子からウェハの表面内のピットを区別して、洗浄や、例えば製造及び収納の条件を変更するなどの他の行動方針が欠陥を治すために使用できるできるかどうかを決定することができる。さらに、本表面検査システムと方法によれば、対象平面において高い空間分解能と小さな視野を提供し、同様に検査プロセスにおける改善されたエッジ検出性能と、改善された反復性を提供し、空気分子からの散乱よって引き起こされる干渉信号を減少させる。
【図面の簡単な説明】
以下、本添付図面を参照しながら説明するつれ、他の利点が明らかとなる。
図1は本発明による表面検査システムの斜視図である。
図2は、本発明による表面検査システムの、材料経路に沿って、ウェハのような加工物を回転及び並進輸送するよう配置されたトランスポータを示した図である。
図3は本発明による表面検査システムの略側面図である。
図3Aは、本発明による表面検査システムの明チャネル検出器の部分図である。
図4は本発明による表面検査システムの光学式走査システムの略側面図である。
図5は、本発明において、ウェハが検査領域を通って回転及び並進移動する様子を示した略図である。
図6は、本発明によるウェハ表面からの散乱光を集めるための区分化された光学器機を備えた、表面検査システムのコレクタの略図である。
図7は、本発明による表面検査システムのシステム制御装置の略構成図である。
図8は、ウェハ表面内または上の粒子またはピットを区別するために垂直及び非垂直入射角においてS偏光とP偏光を使用した場合の比較を示した図である。
図9は、ウェハ表面内または上のピットまたは粒子を検出する際に、非垂直入射角においてP偏光を使用した場合を説明するための略図である。
図10は、ウェハ表面上の粒子を検出する際にP偏光とS偏光を使用した場合の比較を示した図で、実験結果とモデル結果の両方を示している。
図11は、ウェハ表面内の様々な直径のピットに対する散乱光を検出する際に、非垂直入射角においてP偏光を使用した場合を説明するための図である。
図12は、ウェハ内の様々な直径のピットを検出する際に、P偏光を使用した場合を説明するための図である。
図13は、非垂直入射角においてP偏光を使用した場合の比較的小さなCOPと粒子の角度分布パターンを示した図である。
図14は、中間サイズのCOPと粒子の角度分布パターンを示した、図13に類似した図である。
図15は、より大きなサイズのCOPと粒子の角度分布パターンを示した、図13に類似した図である。
図16は、COPと粒子を区別するためのアルゴリズムの適用を説明するためのフローチャートを示した図である。
図17と図18は、図16のアルゴリズムにおける定数がいかに得られるかを説明するためのグラフを示した図である。
図19はきれいなウェハの粒子マップである。
図20はきれいなウェハのCOPマップである。
図21は、既知サイズの粒子欠陥が図19のウェハ上に堆積した後のウェハ上の粒子マップである。
図22は、粒子の堆積が存在するがCOP欠陥として検出されない、図21のウェハのCOPマップである。
詳細な説明
以下、本発明の特定の実施態様が示された本添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。本発明は、しかしながら、多くの異なった形式で実施されてよく、ここに記述された実施態様に限定されていると解釈すべきではない。むしろ、ここに記述される実施態様は、開示が細部にわたり、かつ完全であるように、そして十分に当業者に本発明の範囲が伝わるように提供される。類似要素には類似符号が全体を通じて引き合いに出される。
シリコンウエハの様な加工物Wまたは物品の表面の上の粒子、ピットなどの欠陥を検出するための表面検査システム20の斜視図である。システム20の部分は、わかりやすくする目的のために取り壊されており、表面検査システム20の種々な要素を示すために極めて細い線によって示されている。表面検査システム20は、堆積フィルムを有するもの、及び有しないもの両方のパターン化されていないウエハWの表面を検査するために適切に使用される。システム20はなるべく、加工物Wを材料経路Pに沿って並行輸送させるための手段と、加工物Wが材料経路Pに沿って移動するときに、その加工物を回転させるための、並行輸送手段に付随する手段と、材料経路Pに沿って回転及び並行移動する間に加工物Wの表面Sを走査するための手段と、加工物Wの表面Sからの反射光と散乱光を集めるための手段とを備えている。
図1に示されているように、表面検査システム20は仕事台21を備えるワークステーションとして構成される。仕事台の上には一般に、密閉された十分に軽い試験筐体22、ビデオディスプレイ23、キーボード25とマウス26が置かれる。キャビネット27はシステム制御装置50を収納するために仕事台からぶらさげられる。プリンター29と付随する印刷用紙29aを置く棚ユニット28は、キャビネット27に隣接している。筐体22はもっと良く本発明の検査装置を示すために部分的に取り壊されている。ウェハWの検査はなるべく検査テーブル31の上の検査ゾーンZで行われる。自動ウェハ・ハンドリングデバイス(robotic wafer handling device)32は、カセット33からテーブル31上にウェハを荷積みしたり、荷下ろしするために検査ステーション20に隣接する位置にある。カセット33は多数のウェハWを保持し、ドア(図示されていない)を経由してキャビネット27内に荷積みされる。筐体22の中のウェハWの取り扱いは、汚染物あるいは汚れを避けるために人間の手に接触することなく自動的になされる。
図1から図3に最も良く示されているように、表面検査システム20はなるべく材料経路Pに沿って並行移動で加工物Wを輸送するための手段を備える。加工物Wを輸送するための手段は、材料経路Pに沿って、そしてなるべく検査ゾーンあるいはエリアZを通って、並行移動によって加工物Wを輸送するように配置されたトランスポータ40として示されている。並行移動トランスポータ40は、図示されているように、なるべく、ギア42、ギア42を回転させるように配置されたシャフト41aを有するモータ41、歯が一体的に形成されたガイド36,37を備える。モーターシャフト41aの上に取り付けられたモーター41とギア42は、システム50のチャックを形成する。チャックのモーター41は、図示されているように、加工物、すなわちシリコンウェハを図示されているようにウェハの端に沿ってその上に受け取り、複数のそこから上方に延びるフランジ43aを有するステージ部分43になるべく取り付けられる。加工物Wのこの取り付け技術によって、加工物の底面をステージ部分43の上面に隣接的に接触するように位置付けることに関連する汚れまたは他の表面問題が減少する。ステージ部分43はなるべく、その裏側に固定されたステージガイド部分38,39に沿って並行移動によって輸送される。ステージ部分に取り付けられたピストン及びシリンダ構造と、ステージ部分を回転させるためのモータのような他の並進移動及び回転移動手段も当業者に理解されるように本発明に従って使用される場合がある。
同様に、加工物Wを回転させるための手段は、回転子45として図示されているように、トランスポータ40に付随し、材料経路Pに沿って並行輸送する間に加工物Wを回転させるように配置される。図示された回転子45はなるべく、所定の速度においてステージ部分の上に取り付けたウェハの回転を与えるためにステージ部分の裏側に取り付けられたモータ46を備える。トランスポータ40と回転子45はなるべく、材料経路Pに沿って回転及び並進輸送する間に加工物の表面を横切って螺旋状の狭角度走査(α)を実現するためにスキャナ80と同期するように構成される。
図1と図3から図5に図示されているように、スキャナ80は、材料経路Pに沿って回転及び並進輸送する間に加工物Wの表面を走査するように位置づけられ、配置される。しかしながら、当業者は、加工物Wが静止、または並進移動もしくは回転移動する間に、スキャナ80を回転及び/または並進移動するよう配置してよいことも理解できよう。さらに、他の材料通路Pが使用されてよい。例えば、加工物Wとスキャナ80のいずれもが並行移動しなくてもよく、回転経路においてのみ加工物は検査される。したがって、本発明は、P偏光ビームBを生成するためのP偏光光源81またはP偏光フィルタと同列に並ぶように位置づけられ、フィルタに結合された光源と、光源を受け取り、加工物Wの表面Sを走査するための手段、例えば鏡82,レンズ84,86、偏向器85と、加工物Wの回転及び並進走査を与えるための手段、すなわちトランスポータ40と回転子45とを備える。
スキャナ80はなるべく光源81、すなわちレーザを備え、それはP偏光ビームBを生成するように構成され、あるいはP偏光フィルタと同列に並ぶように位置づけられ、フィルタと結合する。P偏光はなるべく、十分な幅と、0.1ミリメートル未満の半最大値を含むスポットサイズを有する。スキャナは、加工物Wが材料経路Pに沿って回転及び並進移動するときに、光ビームBを受け取るように位置づけられ、加工物Wの表面Wを横切って比較的狭い走査経路(α)に沿って光ビームBを走査させるように構成された手段も備える。当業者によって理解されるように、光源81はなるべく、アルゴンイオンまたは固体のような、比較的短い波長の可視光レーザーである。当業者によって理解されるように、レーザー81は外部光学器械を備えたレーザーの組み合わせでもある。レーザー81はなるべく約0.6ミリメートル(「mm」)のビーム直径を有する。
走査手段はなるべく、図示されているように、ビームBを受け取るように位置づけられ、比較的狭い走査経路(α)に沿ってビームBをそらすように構成された偏向器85を備える。偏向器85はなるべく図示されたような音響光学(AO)偏向器(あるいは機械的偏向器)であり、比較的狭い走査経路(α)はなるべく0.1ラジアン以下、特に0.025〜0.040ラジアンの範囲にある。走査経路αはなるべく、図4に最も良く示されているように並行移動の経路Pに直接的に対応し、なるべく矢印で示されたように一般に平行な方向にある。例えば高周波数音波を有する水晶を励起させることによって偏向は達成される。高周波数音波は光ビームBをずらすような方法で入射光と相互作用し、それによって伝搬の角度を変化させる。水晶の種々な周波数が、それに応じてそれに対応する様々な伝搬角度で、水晶を通過する光を偏向させるであろうことは理解されるであろう。もし音波の周波数が鋸状パターンで掃引されるなら、レーザー光線Bは振動数に比例する角度(α)にわたって走査される。AO偏向器85はなるべく一定の走査速度を提供する。一定の走査速度は物品表面より検出される粒子または欠陥に対して整合的あるいは所定の時間応答を与える。本発明はAO偏向器85に関連して記述されるけれども、当業者によって理解されるように、検流計、圧電性スキャナ、共振スキャナ(resonant scanner)のような、狭角度走査を実現するための他の手段も本発明によれば使用してもよい。
同様に、ビームエキスパンダ82はなるべくレーザ光源81と、音響光学偏向器95に入射する前に光ビームBを拡大するための偏向器85との間に配置される。ビームエキスパンダ82はなるべく、偏向器85の走査角を最良に利用するために、偏向器85の有効な口径をより十分に満たすための手段を提供する。
スキャナ80はなるべく、偏向器85と位置的に同列に並び、加工物Wが材料経路Pに沿って回転及び並進移動するときに、狭い走査経路(α)からの光ビームを(加工物表面にする)比較的低い入射角(θi)で加工物Wの表面Sに向けて向き付けるように構成された手段も備える。低い入射角(θi)が好ましいけれども、入射角(θi)は本発明の利点を実現するための加工物Wに対して直角以外のどんな角でもよい。入射角はなるべく物品表面に直角な方向から45°よりも大きい、すなわち、加工物Wの表面から45°より小さく、特に好ましくは物品表面に直角な方向から65〜85°の範囲にある。
向き付け手段は、レーザ81からの光線を検査されるべき加工物Wの表面Sに向けるように構成された、鏡82と複数の光学レンズ84,86として図示されている。光線BがAO偏向器85から伝搬するとき、光線Bは、物品が検査ゾーンを通って並進及び回転移動する間に、物品の表面を線形走査するように、光線Bをなるべく角度的に正しい方向に置く円筒状レンズ84を通過する。停止部分87は、偏向器85に隣接するように位置づけられた円筒状レンズ84と位置的に同列に並んでおり、加工物Wの表面の走査にとって線形に正しい方向を向いていない光のわずかな部分を停止させる。円筒状レンズ84の後に位置づけられた光学レンズ86は、当業者には理解されるように、加工物の表面上に光線の焦点を合わせるための焦点レンズまたはfシータレンズである。
本発明によるスキャナ80は光線Bをなるべく、図3に最も良く図示されているように螺旋状パターンを実現するために回転運動、直線運動、横断的あるいは並進運動(Y)をさせながら半径方向に走査させる。それにもかかわらず、加工物Wのための他のいかなる材料経路Pも本発明の利点を実現するために使用してよい。
図1、図3、図3A、そして図6から図7において最も良く示されているように、加工物の表面から光を集めるための手段は好ましくは、加工物Wの表面Sから鏡面反射された光を検出するように配置された明チャネル検出器110と、加工物Wの表面Sから散乱された光を検出するように配置された、明チャネル検出器110に隣接するように位置づけられた暗チャネル検出器120とを有するコレクタ110である。明チャネル検出器110はPMTあるいはフォトダイオードでよく、しかしなるべく、当業者によって理解されるように、四分区間セルデバイス(quadrant-cell device)、すなわち、欠陥または粒子を検出する間に反射光経路の偏差を決定することができるように、X−Y座標で位置決め検出するように構成された検出器である。このような四分区間セル検出器(quadrant-cell detector)は、米国カリフォルニア州のアドバンスト・フォトニックス社(Advanced Photonix,Inc.)(以前はシリコン・ディテクター社(Silicon Detector Corp.))によって生産されている。特定の構成が図示されているけれども、種々な他の長方形のあるいは多数のセル、すなわち、2セル構成も本発明に従って使用してよいことは理解されるであろう。
暗チャネル検出器120はなるべく、お互いに密接的に隣接するように位置づけられ、加工物Wの表面Sから異なったそれぞれの所定の角度において散乱された光の部分を集めるように配置された、複数のコレクター121、123、125を備える。暗チャネル検出器120の複数のコレクター121、123、125は、お互いに隣接するように位置づけられた少なくとも2つのコレクタを有する区分化された光学器械を形成する。図示された複数のコレクター121、123、125は、当業者によって、複合的なレンズであると理解されるであろう。そして他のレンズ構成も本発明に従って使用されてもよい。複数のコレクター121、123、125はそれぞれ、比較的小さな角度aで加工物Wの表面Sから前方に散乱された光の成分を集めるように配置された前方チャネルコレクタ121と、、前方チャネルコレクター121に密接的に隣接するように位置づけられ、そして比較的中間の角度bで加工物Wの表面Sから十分直角に散乱された光の成分を集めるように配置された中央チャネルコレクタ123と、中央チャネルコレクタ123に密接的に隣接するように位置づけられ、比較的大きな角度cで加工物Wの表面Sから後方に散乱された光の成分を集めるように配置された後方チャネルコレクタ125とを備える。暗チャネル検出器120は、それぞれに対応するコレクタ121,123,125と光通信するように位置づけられた、前方チャネル検出器122、中央チャネル検出器124、後方チャネル検出器126と、前方チャネル検出器122、中央チャネル検出器124、後方チャネル検出器126に電気接続され、加工物Wの表面Sの上の粒子の存在を決定するために前記検出器からの電気信号に敏感に反応する手段とを備える。コレクタの決定手段は好ましくは(図3と図7)において図示され、当業者によって理解されるような、明チャネル検出器110と暗チャネル検出器120から集められた光を代表する信号に敏感に反応する電気信号識別電気回路150である。
図1、図2、及び図6に最も良く示されているように、複数のコレクター121、123、125の相対的なそれぞれの角度a、b、cはなるべく、加工物Wの表面Sからの光の反射角(θτ)に関して決定され、前方a、後方c、そして十分に直角なbの光成分に関する散乱は走査の入射角θiに関連して生じる。例えば、もし入射角θiが表面に関して比較的低い(垂直に関して高い)、例えば、水平から15°または垂直から−75°ならば、そのとき、前方散乱または小角度aは好ましくは約+22°から67°、十分に垂直な散乱または中間角度は約−25°から+20°、そして後方散乱または大角度は約−72°から−27°である。さらに、本発明の利点が認識される。例えば、波長が488nmの可視P偏光において入射角θiが水平から25°または垂直から−65°のところでは、後方チャネルコレクタは−38°を中心とし、中央チャネルコレクタは+10°を中心とする。例えば粒子あるいは欠陥が発見されるとき、前方チャネルコレクタ121は、加工物表面上の粒子または欠陥などからの前方散乱aを受け取って集めるように位置づけられ、中央チャネルコレクタ123は十分に垂直な散乱bを受け取って集めるように位置づけられ、そして後方チャネルコレクタ125は後方散乱cを受け取って集めるように位置づけられる。一般に入射面に垂直な方向では、上記例において全体の角度でおよそ73°が捕捉される。これは一区分当たりおよそ0.64のステラジアン、または全体でおよそ1.92のステラジアンとなり、これは既知の検出器を越える大きな改善である。
図1の斜視図と図7の略図に最も良く示されているように、表面検出システム20はなるべくコンピュータによって制御される。システム制御装置50は人の監視と指示の下に検査システム20を操作し、システム20によって生み出されたデータを記憶、検索して、そして好ましくは所定のコマンドに敏感に反応してデータ分析を行う。図示されたスキャナアセンブリ(組立品)部分90はスキャナ80と協力し、サーボ増幅器91に位置を伝達するチャック検出器91を備える。検出中の物品の相対位置はモーター41、46とそれに取り付けられた符号器93を介してシステム50に伝達される。位置データは、好ましくはシステムエレクトロニクスシャーシ70の一部を形成し、そしてAO走査ドライバ95によって敏感に(responsively)AO偏向器85を駆動するAO走査制御装置73に送られる。
システムエレクトロニクスシャーシ70はシステム電源71を含み、それぞれ散乱光と鏡面反射光を代表する暗チャネル検出器120と明チャネル検出器110からの信号を受信する。当業者によって理解されるように、これらのデータ信号はアナログフロントエンドエレクトロニクス75に慣習的にアナログ形式で電気的に伝達され、デジタルフロントエンドエレクトロニクス74などによってディジタル形式に変換される。デジタルフロントエンドエレクトロニクス74もAO走査制御装置73、システムバスインタフェース72、そしてパーソナル・コンピュータ(「PC」)シャーシ60の差動インタフェース69、すなわち差動バス、と協力する。システムバスインタフェース72も表面検査システム50のレーザ電源51とやりとりをする。
PCシャーシ60は、PCに電力を供給するために配置されたPC電源を含む。PCシャーシ60は、スキャナアセンブリ90のサーボ増幅器92と敏感にやりとりをする動作制御装置64と、システム制御コンピュータ65、すなわちマイクロプロセッサまたは制御装置、も備える。システム制御コンピュータ65はなるべく、すでに述べたような検査中の物品またはウェハをマウントしたり、ハンドリングしたりするための所定の命令信号を敏感に送受信するために、ウェハハンドラ52と電気的にやりとりを行う。システム制御コンピュータ65はなるべく、ハードディスク装置68、ディスプレイとやりとりをするために配置されたディスプレイアダプタ67,そしてネットワークあるいは他のシステム50とのコミュニケーションのために整備されたイーサネットインタフェース66とやりとりを行う。イメージプロセッサ64は、差動(diffrential)インタフェース69と、システム制御コンピュータ65と電気的にやりとりを行って、検査された物品の表面と/または欠陥、傷、うねり(アンジュレーション)、あるいは物品上の粒子の画像を処理する。図7に図示されたような表面検査システム50は、当業者によって理解されるように、なるべくシステム50のこれらの様々なコンポーネント、またはそれらの組み合わせ、を形成するソフトウェアとハードウェアの組み合わせから形成される。
図1から図7に図示されているように、欠陥について物品あるいは加工物Wの表面Sを検査する方法も本発明によって提供される。加工物Wの表面Sを検査する方法は、材料経路Pに沿って加工物Wを回転及び並進輸送することと、加工物Wが材料経路Pに沿って移動するときに加工物Wの表面Sを横切って光の比較的狭い走査経路αを走査することとをなるべく含む。材料経路Pに沿って加工物Wを回転及び並進輸送するステップはなるべく、加工物Wの表面Sの十分に螺旋状の走査を与えるために加工物の表面を走査するステップと同期がとられる。加工物Wの表面Sからの鏡面反射光と散乱光はなるべく別々に集められる。加工物表面から散乱される光は異なった角度において別の光成分として集められる。例えば、加工物Wの表面Sから十分に垂直に散乱された光と、加工物Wの表面Sから後方に散乱された光は、別々に集められ、散乱光の角度分布の違いを確かめるために比較される。加工物Wの表面Sからの散乱光は複数の所定の散乱角a、b、cにおいて複数のコレクタ121,123,125によって別々に集められる。好ましくは、これらのコレクタは、前方散乱光成分、後方散乱光成分、そして加工物の表面に十分に垂直な方向の散乱光を集めるよう位置づけられる。様々なコレクタによって検出された光は加工物Wの表面S内または上の欠陥を意味する。
欠陥が粒子欠陥あるいはピットであるかどうか決定するために、加工物からの散乱光の角度分布における違いが検出される。これは、コレクタの一つによって集められた光の量を他の一つ以上のコレクタによって集められた光の量と比較することによって達成される。検出器122、124と126、特に中央チャネル検出器124と後方チャネル検出器126、によって検出される光は、P偏光がスキャナで使われるときに、加工物表面上に位置する粒子を加工物表面内のピットから区別するために使用することができる。特に、欠陥が加工物表面内のピットであるとき、加工物表面から散乱されたP偏光は、中央チャネル124への散乱光の量が後方チャネルコレクタ126への散乱光の量よりも大きいパターンを形成する。このことは、小さいピット、すなわち、およそ300nm以下の直径を有するピット、のケースにおいて見出されている。それと対照的に、欠陥が加工物表面上に粒子であるとき、加工物表面から散乱されたP偏光は、中央チャネル124への散乱光の量が後方チャネルコレクタ126への散乱光の量よりも小さいパターンを形成する。図8から図15は、P偏光が使われるときの、種々の大きさのピットと粒子に対する散乱光分布の例を示している。図8は、加工物表面上の90nmタングステン粒子に対する散布図と、加工物表面内の180nmピットに対する散布図の比較である。図8の左側にある2つの散布図から分かるように、どのS偏光を使用しても、S偏光またP偏光のいずれかにおいて直角または垂直入射角、すなわちθi=0°を使用しても、いずれも加工物表面上の粒子を表面内のピットから区別する有効な方法は与えられない。ピット欠陥と粒子欠陥に対する加工物からの散乱光の角度分布は十分類似している。同様に、右斜め上の散布図から分かるように、S偏光が非垂直入射角、例えばθi=−70°、に対してが使われるとき、粒子とピットに対する散乱曲線の形状の違いは比較的存在しない。しかしながら、P偏光が使われるとき、右斜め下の図から分かるように、粒子は、加工物表面に直角の領域でくぼみが発見されるように光を散乱する。ピットは、ピットが粒子から区別され得るほど、明らかに異なった角度分布パターンを形成する。
図9は種々な粒子素材から得られた角度分布パターンを示した図である。P偏光が入射角θi=−70°において使われるとき、加工物表面にほぼ垂直な角度(0°)の領域における特有なくぼみによって区別できる場合があり、この結果、加工物内にピットの存在から加工物表面上の粒子の存在を区別することが可能となる。特に、120nmのpsl粒子、90nmのシリコン粒子、80nmのタングステン粒子と75nmのアルミニウム粒子はすべて加工物表面に直角または垂直な方向(0°)の近傍において特有なくぼみを示している。特有の最小ポイントはそれぞれの粒子で変化し、しかしすべて0°または垂直方向からプラスマイナス25°の範囲をカバーしている。ピットからの散乱パターンはくぼみを示さない。
図10は、0.1ミクロンのPSL球を使用し、P偏光とS偏光の両方を使用しての波長488nmのレーザ光線、−75°の入射角を使用した場合のモデル結果(modeled result)及び実験結果を示した図である。図示されているように、P偏光は0°付近で特有なくぼみを形成する。このようなくぼみはS偏光を使っては起こらない。
図11は種々な直径のピットに対するモデル散乱を示している。図11に示されているように、P偏光が入射角θi=−70°において使われるとき、小さいピットに対して、後方散乱する光の量は前方散乱光の量より大きい。これは特にピットの直径がおよそ300nm以下の場合に当てはまる。
図12は、加工物表面内に位置する大きなピット、すなわち約430nmより大きな直径のピット、による散乱光の角度分布を示している。
図13,図14、及び図15は、入射角−70°におけるP偏光を使用した場合の、小さなCOP、中間のCOP、そして大きなCOPのそれぞれに対する角度分布パターンを粒子と対比させて示している。図13において、120nmのCOPは、−20から−60までの角度における後方散乱光の量が+20°以上の角度における前方散乱された光の量よりも大きくなった凸状分布を示していることが分かる。90nm以下のサイズを有する様々な組成の粒子はすべて0°付近に「くぼみ」を有する特有な凹状分布パターンを示している。より大きいサイズの粒子、例えば90nmのpsl、に対して、前方散乱光の強度は後方散乱光よりも大きい。
図14から分かるように、幾分より大きい155nmのCOPの角度分布パターンは、−20から−80までの角度における後方散乱光の量が前方散乱された光の量よりも大きく、一般に図13の120nmのCOPに類似している。より小さなサイズの粒子、例えば91nm以下の粒子は、一貫して、前方散乱光の量が後方散乱光の量よりも大きく、0°付近にくぼみを有する凹状分布パターンを示している。より大きい粒子(120nmのPSL)は、前方散乱光と後方散乱光との間に著しく大きな違いを示している。この傾向は200nmほどの大きさの粒子で図15でも見られる。
これらの特有の角度分布パターンから、COPを粒子から区別することは可能である。特に、もし中央チャネル検出器124からの信号の後方チャネル検出器125からの信号に対する強度の比率が所定量より小さければ、欠陥は粒子として分類してよい。もし中央チャネル検出器124の信号の前方チャネル検出器124の信号に対する強度の比率が所定量より大きければ、欠陥はピットとして分類してよい。図16は、粒子をCOPから区別するために検出器からの情報を分析するための一つの適切なアルゴリズムを示している。もし中央チャネル指示サイズCの後方チャネル指示サイズ(back channel indicated size)Bに対する比率が所定定数、この場合は1.14、よりも小さければ、欠陥は粒子として分類される。そうでなければ、後方チャネル指示サイズを表す信号イベントBと中央チャネル指示サイズ(center channel indicated size)を表す信号イベントCは比較器に送られ、そこでCの値がBの値の所定定数倍、この場合1.14倍、と比較される。もしCがBの1.14倍以下なら、信号イベントは粒子として分類される。もしCがBの1.14倍より大きいなら、Cは前方チャネル指示サイズ(forward channel indicated size)を表す値Fと比較される。もしCが値Fの所定定数(この場合1.36)倍より大きければ、信号イベントはCOPとして分類される。もしそうでなければ、イベントは粒子として分類される。
図17はCOPに適用されたときのこのアルゴリズムの適用をグラフ的に示した図である。図18は、粒子、この場合アルミニウム粒子、に適用されたときのこのアルゴリズムの適用をグラフ的に示した図である。図17と図18は、様々なサイズの粒子またはCOPに対するモデルデータまたは実験データが、図16のタイプのアルゴリズムで使用される定数を導き出すためにいかに使用できるかを示している。本発明がここに記述された特定のアルゴリズムに限定されないこと、そして、本発明に従って他のアプローチや特定のアルゴリズムが様々な検出器から得られたデータを処理し、ピットと粒子を区別するために使用してよいことは、この図から当業者に明らかであるはずである。
ウェハの走査の間、信号イベントが粒子欠陥とピット欠陥に以上のように分類される際に、結果として生じるデータは、ウェハ表面上の粒子またはピットの「マップ」を定義するために、ラスタ形式のような適切な形式でメモリに格納されてよい。さらに、粒子またはピットの指示サイズを表している信号イベントの強度値は、欠陥のサイズ分類を示す棒グラフを提供するために格納されてよい。この情報はビデオディスプレイの上にウェハの視覚表示として使用者に伝達されてよい。図19は、例えば、きれいなウェハの粒子マップを、粒度サイズの分布を示す棒グラフと一緒に提示するビデオディスプレイを示している。図20は同じウェハのCOPまたはピットのマップと、ピットサイズの分布を示す棒グラフとを示している。図21と図22は、本発明の装置及び方法の感度と分離度(selectivity)を示している。図19の粒子マップを作るために使用されたものと同じウェハに、既知サイズの粒子がその上の3つの領域内に「シード(seed)」されている。図21はそのウェハの粒子マップであり、そしてシードされた粒子の3つの領域はきわめて明白である。図22は同じウェハのCOPマップである。図20(シード前)を図22(シード後)と比較することによって、COPマップと棒グラフがウェハの上にシードされた粒子の高い濃度によってあまり影響されないことは十分に明白である。
本添付図面と本明細書において、本発明の好ましい実施態様が開示され、特定の用語が使用されてきたが、これらの用語は説明を具体的に分かりやすくするためのもので、限定目的のためのものではない。本発明は、示された様々な実施態様を特に参照してかなり詳細に記述された。しかしながら、様々な修正と変更は、以上の説明と以下の請求の範囲において定義される本発明の範囲内において可能であることは明らかであろう。
Claims (14)
- 加工物(W)を受け取るための検査ステーションと、
前記検査ステーションにおいて前記加工物の表面を走査するように位置づけられ配置されたスキャナであって、前記加工物の表面に対し傾いている入射角をもってP偏光ビームを投射するために配置された光源(81)を備えたスキャナ(80)と、
前記加工物の表面に存在する欠陥によって該加工物の表面から異なった角度で散乱された光成分を集めるように配置された複数のコレクタ(121,123,125)と、
前記複数のコレクタのそれぞれに付随し、それぞれのコレクタに集められた光を検出して信号を生成するための検出器(122、124、126)と
を備えたシステムであって、
前記検出器によって生成された信号を受信し、前記加工物の前記表面からほぼ垂直に散乱された光成分を集めるようにされた第1のコレクタに関連している第1の検出器により生成された信号と、前記加工物の前記表面からほぼ斜めに散乱された光成分を集めるようにされた第2のコレクタに関連している第2の検出器により生成された信号との比較に基づいて粒子欠陥をピット欠陥と区別するシステムコントローラを備えていることを特徴とする表面検査システム。 - 前記システムコントローラは、前記散乱された光の角度分布における強度のくぼみ(ディップ)を識別するようにさらになされていることを特徴とする請求項1に記載された表面検査システム。
- 前記スキャナは、前記光ビームを前記加工物の表面上へと該加工物表面に垂直な方向から少なくとも−50°の入射角をもって向けるように位置づけられ配置されていることを特徴とする請求項1に記載された表面検査システム。
- 前記第1のコレクタは、前記加工物表面に垂直な方向から約±20°の角度範囲に散乱された光成分を集めるよう配置されていることを特徴とする請求項1に記載された表面検査システム。
- 前記加工物表面上のピット欠陥の場所を特定する第1のマップと、前記加工物表面上の粒子欠陥の場所を特定する第2のマップとを作成するための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載された表面検査システム。
- 前記第1及び第2のマップを作成するための手段に機能的に作用するように付随した、前記第1及び第2のマップの視覚的表現を表示するためのビデオディスプレイをさらに備えていることを特徴とする請求項5に記載された表面検査システム。
- 前記システムコントローラは、もし前記第1の検出器が生成した前記信号の前記第2の、検出器が生成した第2の信号に対する比が所定量未満であるならば、欠陥を粒子と特定することを特徴とする請求項1に記載された表面検査システム。
- 前記システムコントローラは、前記第1の検出器により生成された前記信号の、前記第2の検出器により生成された前記信号に対する強度比が所定量より大きければ、欠陥をピットと特定することを特徴とする請求項7に記載された表面検査システム。
- 加工物の表面に対して傾いている入射角をもって、前記加工物の前記表面に対しP偏光ビームを投射するステップと、一前記加工物の表面上に存在する欠陥によって該加工物表面から異なった角度で散乱された光成分を集めるステップとを備えた方法であって、
前記加工物の前記表面からほぼ垂直に散乱されて集められた光成分と前記加工物の前記表面からほぼ斜めに散乱されて集められた光成分との比較に基づいて粒子欠陥をピット欠陥と区別するステップを含んで成ることを特徴とする表面検査方法。 - 前記散乱された光の角度分布における強度のくぼみ(ディップ)を識別することをさらに含んでいることを特徴とする請求項9に記載された表面検査方法。
- 前記加工物表面上のピット欠陥の場所を特定する第1のマップを作成することをさらに含んでいることを特徴とする請求項9または10に記載された表面検査方法。
- 前記加工物表面上の粒子欠陥の場所を特定する第2のマップを作成することをさらに含んでいることを特徴とする請求項11に記載された表面検査方法。
- 前記第1及び第2のマップをビデオディスプレイ上に表示することをさらに含んでいることを特徴とする請求項12に記載された表面検査方法。
- 前記光ビームを加工物の表面に投射するステップは、前記加工物の垂直方向から少なくとも50°の入射角で前記加工物上に前記光ビームを投射することを含んで成ることを特徴とする請求項9に記載された表面検査方法。
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