JP3625761B2 - 膜厚測定装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば半導体ウエハやLCD基板(液晶ディスプレイ用ガラス基板)等の基板上に形成された例えばレジスト膜の膜厚を測定する膜厚測定装置及び
その方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスやLCDの製造プロセスにおいて行われるフォトリソグラフィと呼ばれる技術は、基板例えば半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、フォトマスクを用いてそのレジスト膜を露光した後、現像処理を行うことによって、基板上に所望のレジストパタ−ンを作製する技術である。
【0003】
ところで上述の技術でレジストパターンを形成する場合、レジスト膜の膜厚に応じた処理条件で露光及び現像が行われるので、前記膜厚は所定の大きさに収まっていることが要求されるが、レジスト液の塗布処理の処理状態は、温度、湿度などの変動やウエハ表面の状態あるいは気圧などの要因により、一定の処理条件で処理を行っていても、実際の膜厚が目標膜厚から外れることもある。
【0004】
そこで従来では、例えばレジスト液の塗布処理及び現像処理を行う塗布現像装置に露光装置を接続したシステムで前記フォトリソグラフィー技術を行なった後、例えば一定枚数の基板を処理するごとに基板を抜き取り、当該基板を塗布現像装置と別個に設けられた膜厚測定ユニットに搬送して膜厚測定を行い、その測定結果に基づいてレジスト液の塗布処理の処理条件が適切かどうかを判断し、その判断に基づき処理条件を補正してこれ以降に製造ラインに送られる基板のレジスト膜厚が目標値に近づくようにしていた。
【0005】
前記膜厚測定ユニットは、例えば光干渉式膜厚計により膜厚測定を行うものであって、基板表面に光源から光線を照射し、この光線の反射光に基づいてスペクトルを得、そのスペクトルに基づいて膜厚を検出するものである。この膜厚測定の原理について、図14により説明すると、先ず光の波長とウエハWの反射率との関係を求めるが、この際先ず図中11で示すレジスト膜が形成されていないベアシリコンウエハのスペクトルを測定し、次いで図中12で示すレジスト膜が形成された膜付きウエハのスペクトルを測定する。このようにして求めたスペクトルでは、(膜付きウエハのスペクトル12)−(ベアシリコンウエハのスペクトル11)がレジスト膜の強度特性であり、このデータを解析することにより膜厚が検出されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の膜厚測定ユニットでは、前記光源が劣化していると、ベアシリコンウエハのスペクトル11自体が狂ってしまい、信頼性が確保されないので、レジスト膜厚の測定毎にベアシリコンウエハのスペクトル11を測定し、当該スペクトル11に狂いがないかどうかを確認しており、この作業をキャリブレーションと呼んでいる。
【0007】
このキャリブレーションは膜厚測定毎に行われるので、この度にベアシリコンウエハを膜厚測定ユニットに搬送しなければならないが、このように膜厚測定毎に検査用のウエハWとベアシリコンウエハとを搬送すると、これらウエハWの搬送が組み合わされて当該膜厚測定ユニットでの工程数が多くなり、膜厚検査作業が煩雑になってしまう。
【0008】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板上に形成された薄膜の膜厚を膜厚測定装置にて測定するにあたり、膜厚検査工程数を削減することにより、当該膜厚検査作業を容易にすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る膜厚測定装置は、 前記載置部に基板が載置されたときにこの基板と衝突しないように、当該載置部の基板載置面に一部が前記プローブと対向するように埋設された反射体と、
この反射体の表面を被覆するカバー体と、
このカバー体の反射体に対応する位置にカバー体を貫通するように形成された孔部と、を備え、
前記カバー体の孔部を介して反射体とプローブとを対向させ、これらの間で光の授受を行い、反射体からの反射光のスペクトルを測定することを特徴とする。
【0010】
また他の発明は、基板を薄膜形成面を上にした状態で略水平に保持する載置部と、
光源と分光器とを含む分光器ユニットと、
前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブと、
前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移動させる駆動機構と、と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、
反射体を保持するための略水平な支持部材と、
前記プローブと前記反射体とを相対的に略水平方向に移動させる水平駆動機構と、
前記反射体の表面を被覆するカバー体と、
このカバー体の反射体に対応する位置にカバー体を貫通するように形成された孔部と、を備え、
前記カバー体の孔部を介して反射体とプローブとを対向させ、これらの間で光の授受を行い、反射体からの反射光のスペクトルを測定することを特徴とする。
【0011】
このような構成の膜厚測定装置では、測定室の内部に設けられ、基板を略水平に保持するための載置部と、前記載置部と相対的に略水平方向に移動可能に構成され、光源と分光器とを含む分光器ユニットと光ファイバにより接続されるプローブと、を備えた膜厚測定装置にて、基板の薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定方法において、
前記測定室の内部に設けられた反射体の反射スペクトルを得、これを基準スペクトルとする工程と、
前記載置部に薄膜が形成されていない基板を載置してこの基板の反射スペクトルを得、これを基板スペクトルとする工程と、
基板に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記反射体の反射スペクトルを得、これを第1のスペクトルとする工程と、
前記基準スペクトルと第1のスペクトルとの差分スペクトルを算出し、これを第1の差分スペクトルとする工程と、
前記第1の差分スペクトルが第1の許容値以内であれば、前記載置部に薄膜が形成された基板を載置してこの基板の反射スペクトルを得、これを第2のスペクトルとする工程と、
前記第2のスペクトルと基板スペクトルとの差分スペクトルを算出し、これに基づいて薄膜の膜厚を検出する工程と、を含むことを特徴とする膜厚測定方法が実施される。
【0012】
このような発明では、基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記測定室の内部に設けられた反射体のスペクトルを測定していわゆるキャリブレーションを行っているので、キャリブレーション毎にベアシリコンウエハを搬送する必要がなくなり、工程数が減少するため、膜厚測定作業を容易に行うことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の膜厚測定装置を備えた塗布現像装置の実施の形態について説明する。図1及び図2は、夫々塗布現像装置100を露光装置200に接続したレジストパタ−ン形成装置A1の全体構成を示す平面図及び概観図である。
【0014】
先ず塗布現像装置100の全体構成について簡単に説明する。図中21は例えば25枚の基板である半導体ウエハ(以下ウエハという)Wが収納されたキャリアCを搬入出するためのキャリアステーションであり、このキャリアステーション21は、前記キャリアCを載置するキャリア載置部22と受け渡し手段23とを備えている。受け渡し手段23はキャリアCから基板であるウエハWを取り出し、取り出したウエハWをキャリアステーション21の奥側に設けられている処理部S1へと受け渡すように、左右、前後に移動自在、昇降自在、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。
【0015】
処理部S1の中央には主搬送手段24が設けられており、これを取り囲むように例えばキャリアステーション21から奥を見て例えば右側には塗布ユニット3A及び現像ユニット3Bが、左側、手前側、奥側には加熱・冷却系のユニット等を多段に積み重ねた棚ユニットU1,U2,U3が夫々配置されている。塗布ユニット3A及び現像ユニット3Bはこの例では各々2個づつ設けられ、塗布ユニット3Aは現像ユニット3Bの下段側に配置されている。
【0016】
前記棚ユニットU1,U2,U3は、複数のユニットが積み上げられて構成され、例えば加熱ユニットや冷却ユニットのほか、ウエハの受け渡しユニット25や疎水化処理ユニット等が上下に割り当てられている。前記主搬送手段24は、昇降自在、進退自在及び鉛直軸まわりに回転自在に構成され、棚ユニットU1,U2,U3及び塗布ユニット25並びに現像ユニット26の間でウエハWを搬送する役割を持っている。但し図2では便宜上受け渡し手段23及び主搬送手段24は描いていない。
【0017】
前記処理部S1はインタ−フェイス部S2を介して露光装置200と接続されている。インタ−フェイス部S2は受け渡し手段26と、バッファカセットC0と、膜厚測定装置をなす膜厚測定ユニット4とを備えており、受け渡し手段26は、例えば昇降自在、左右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成され、前記処理部S1と露光装置200とバッファカセットC0と膜厚測定ユニット4との間でウエハWの受け渡しを行うようになっている。
【0018】
ここで上述のレジストパタ−ン形成装置A1におけるウエハの流れについて述べておくと、先ず外部からキャリアCがキャリア載置部22に搬入され、受け渡しアーム23によりこのキャリアC内からウエハWが取り出される。ウエハWは、受け渡しアーム23から棚ユニットU2の受け渡しユニット25(図2参照)を介して主搬送手段24に受け渡され、更に棚ユニットU2(あるいはU1、U3)の処理ユニットに順次搬送されて、所定の処理例えば疎水化処理、冷却処理などが行われる。
【0019】
続いてこのウエハWは塗布ユニット2にてレジスト液が塗布され更に加熱処理されてレジスト液の溶剤が揮発された後、棚ユニットU3の図では見えない受け渡しユニットからインターフェイス部S2を経て露光装置200に送られる。ウエハWに形成されたレジスト膜の膜厚測定を行う場合には、そのウエハWはインターフェイス部S2内の膜厚測定ユニット4内に搬入される。
【0020】
露光装置200にて露光されたウエハWは、逆の経路で棚ユニットU3の受け渡しユニット25を介して処理部S1に戻され、主搬送手段24により現像ユニット3Bに搬送され、現像処理される。なお詳しくは、ウエハWは、現像処理の前に加熱処理及び冷却処理される。現像処理されたウエハWは上述と逆の経路で受け渡しアーム23に受け渡され、キャリア載置部22に載置されている元のキャリアCに戻される。
【0021】
ここで前記塗布ユニット3A及び現像ユニット3Bと膜厚測定ユニット4について説明する。先ず塗布ユニット3Aの一例について図3を参照しながら説明すると、31は基板保持部であるスピンチャックであり、真空吸着によりウエハWを水平に保持するように構成されている。このスピンチャック31はモータ及び昇降部を含む駆動部32により鉛直軸まわりに回転でき、且つ昇降できるようになっている。またスピンチャック31の周囲にはウエハWからスピンチャック31に跨る側方部分を囲い、且つ下方側全周に亘って凹部が形成された液受けカップ33が設けられ、当該液受けカップ33の底面には排気管34及びドレイン管35が接続されている。液受けカップ33の上方側には、レジスト液供給ノズル36が設けられており、このノズル36はウエハWの中央部上方と前記液受けカップ33の外側との間で移動できるように構成されている。
【0022】
このように構成された塗布ユニット3Aにおいては、前記主搬送手段24によりウエハWが搬入されてスピンチャック31に受け渡される。そしてノズル36からウエハWの中央部にレジスト液を供給すると共に、予め設定された回転数でスピンチャック31を回転させると、レジスト液はその遠心力によりウエハWの径方向に広がってウエハW表面にレジスト液の液膜が形成され、振り切られた分は液受けカップ33Aへと流れ落ちるようになっている。
【0023】
また現像ユニット3Bは塗布ユニット3Aとほぼ同一の構成であるが、現像ユニット3Bは例えばウエハWの直径方向に配列された多数の供給孔を備えた供給ノズルが備えており、このノズルからウエハWの中央部に現像液を供給すると共に、予め設定された回転数でスピンチャック33を半回転させることにより、ウエハW上に現像液が液盛りされるようになっている。
【0024】
前記インターフェイス部S2に設けられる膜厚測定ユニット4は、図4〜図6に示すように側面に搬送口41aを有する測定室をなす筐体41内に、光干渉式膜厚計5と、ウエハWを載置するための載置部6と、この載置部6を移動させるための駆動部42とを備えて構成されている。
【0025】
前記光干渉式膜厚計5は、載置部6に載置されたウエハW表面のほぼ中央に対向するように設けられたプローブ51と、光ファイバ52と、分光器ユニット53とを備えている。分光器ユニット53には、図4に示すように、例えば発光ダイオードよりなる光源54と、分光器55と、光電素子56とが設けられており、ウエハW表面に光源54から光ファイバ52,プローブ51を介して所定の波長の光線を照射し、この光線の反射光に基づいて分光器55,光電素子56によりウエハWの反射スペクトルを得、これに基づいて膜厚を検出するようになっている。
【0026】
また前記載置部6は、例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)により略円板状に構成されており、例えばウエハWの載置面側のほぼ中央部の前記プローブ51に対向する位置には、図4,図5に示すように、凹部60が形成されている。この凹部60は、途中に段部60aが形成されていて、下方側の第1の凹部61aと、第1の凹部61aよりも大きく第1の凹部61aよりも上方側の第2の凹部61bとよりなり、これらの凹部60は、例えば平面が四角形状に構成されている。第1の凹部61aの内部には、前記プローブ51から照射される光線の照射領域よりも大きい、例えば5mm×5mm×0.7mm程度の大きさの反射体例えばシリコン片62が設けられている。
【0027】
また第2の凹部61bには、前記第1の凹部61aを覆うための例えばPEEKにより形成されたカバー体63が、前記段部60aにより下面周縁部を支持される状態で設けられており、例えば第1の凹部61aよりも外側の位置でネジ663aにより載置部6に取り付けられている。このカバー体63の大きさは、第1の凹部61aを覆う大きさであって、カバー体63の上面が後述する突部よりも低い位置になるように設定され、例えば25mm×10mm×2mm程度の大きさに形成されている。
【0028】
このようなカバー体63には、図6に示すように当該カバー体63を略垂直方向に貫通するように孔部64が形成されており、孔部64はプローブ51から照射され、シリコン片62で反射された光線の通過領域よりも大きい大きさに設定されている。これによりこの孔部62を介してプローブ51とシリコン片62との間で直接に光の授受が行われることとなる。
【0029】
載置部6の例えば第2の凹部61bの外側には、ウエハWの裏面側を支持するための、複数個例えば3個の環状の突部65(65a,65b,65c)が同心円上に設けられている。図中66は吸引路であり、この吸引路66の一端側は例えば最も内側の突部65aとこれに隣接する突部65bとの間に接続されて載置部6表面の2カ所の位置に開口67を形成しており、吸引路66の他端側は例えば後述する回転軸45の内部を介して排気手段68に接続されている。これによりウエハWは裏面側を突部65にて支持される状態で、載置部6に真空吸着されることになる。
【0030】
前記駆動部42は、回転機構43と、X,Y駆動機構44とを組み合わせて構成されており、載置部6を略垂直な回転軸45を介して回転かつX及びY方向に移動させるようになっている。図中7は制御部であり、駆動部42により載置部6を移動制御すると共に、前記分光器ユニット53から得られた信号を処理してウエハWの各位置における膜厚を求め膜厚分布を作成したり膜厚の平均値などを求める機能を有している。
【0031】
また、膜厚測定ユニット4はこの例では露光装置200にて露光されたウエハWについて、周縁部のレジストを除去するために当該周縁部の露光を行う周縁露光装置を共用するように構成されている。即ち筐体41内には露光手段46が設けられると共にウエハWの周縁部を検出するためのラインセンサー47がウエハWの通過領域を上下に挟むように設けられている。
【0032】
このような膜厚測定ユニット4では、例えば光干渉式膜厚計5によりウエハW表面に光を照射し、この光の反射光に基づいて反射率を検出し、制御部7により、駆動部42を介して載置部6をX,Y方向及び鉛直軸回りに移動制御すると共に前記分光器ユニット53から得られた信号を処理して膜厚の平均値などが求められるようになっている。
【0033】
さらに制御部7は、膜厚測定ユニット4のレシピの作成や管理を行うと共に、レシピに応じて膜厚測定ユニット4の制御を行うように構成されている。図7 はこの制御部7の構成を示すものであり、実際にはCPU(中央処理ユニット)、プログラム及びメモリなどにより構成されるが、各機能をブロック化し、構成要素として説明するものとし、この実施の形態におけるその働きの要点は、実際に膜厚測定を行う前のキャリブレーション、つまりシリコン片62の反射スペクトルの測定による光源54の光量の調整及びシリコン片62の交換時期のタイミング設定等にあるので、この点に重点をおいて説明するものとする。
【0034】
図7 70はレシピ作成部、71はレシピ格納部、72はレシピ選択部、73は算出部、74はスペクトル選択部、75はメモリ部、76は比較部、7Aは第1アラーム発生部、7Bは第2アラーム発生部、7Cは第3アラーム発生部である。レシピ作成部70は、レジスト種類、第1〜第3の許容値といった、膜厚測定に必要な条件を組み合わせたレシピの入力を行うことができるようになっており、ここで作成されたレシピはレシピ格納部72へ格納される。このレシピ作成部70はレシピ作成プログラムやレシピの入力や編集のための操作画面等からなる。レシピは例えばレジスト膜の種類に応じて複数用意され、オペレータはレシピ選択部72にて前記レシピ格納部71に格納されている複数のレシピから目的とするレシピを選択することとなる。なおB1はバスである。
【0035】
前記第1の許容値とは後述するシリコン片62の反射スペクトルAのいわば誤差範囲であり、この範囲内にセットアップ時のシリコン片62の反射スペクトルである基準スペクトルとレジスト膜の膜厚測定時のシリコン片62の反射スペクトルAとの差分スペクトルHが入っていれば正常状態として取り扱い、続いてレジスト膜の膜厚の測定を行うものである。また第2の許容値とは、前記差分スペクトルHが第1の許容値から外れた場合であってもこの範囲内に入っていれば、光源54の異常として取り扱い、光量の調整を行った後、レジスト膜の膜厚の測定を行うものである。また第3の許容値とは、前記差分スペクトルHがこの第3の許容値から外れた場合には、装置等の異常として取り扱い、第2の許容値から外れた場合であってもこの範囲内に入っていれば、シリコン片62の汚染等の異常として取り扱い、シリコン片62の交換を行った後、レジスト膜の膜厚の測定を行うものである。
【0036】
これら第1,2,第3の許容値は、レジスト膜の種類に対応して設定されるものであって、本発明者らがレジスト膜の種類を変えて種々の実験を行った結果、経験的に得たものである。つまり本発明者らは種々の実験により、シリコン片62の反射スペクトルAが基準スペクトルと異なっている場合には、その原因は光源54の劣化による光量の変化と、シリコン片62自体の汚れとの2つに帰着し、これらの原因に応じてスペクトルの違いの程度が異なることを見出した。即ちスペクトルAが基準スペクトルの誤差範囲である第1の許容値から外れている場合には、比較的に外れた程度が小さい場合には光源54の光量の調整により、反射スペクトルAが基準スペクトルとほぼ同じなり、外れた程度が大きい場合にはシリコン片62の交換により基準スペクトルAとほぼ同じなることを認め、これに基づいて第2の許容値及び第3の許容値の基準値を設定している。
【0037】
前記算出部73は、後述するセットアップ時や、実際の膜厚測定時等に、基準スペクトルと他のスペクトルの差分スペクトルを算出するためのものであり、メモリ部74は測定された反射スペクトルや、算出部73で得られた差分スペクトル等を格納するためのものである。スペクトル選択部75はメモリ部に格納されたスペクトルや差分スペクトルを選択するためのものであり、比較部76はスペクトル選択部75にて選択された差分スペクトルと第1,第2,第3の許容値とを比較するためのものである。
【0038】
第1アラーム発生部7A、第2アラーム発生部7B,第3アラーム発生部7Cは、夫々装置の異常状態、光源54の光量調整が必要である場合、シリコン片62の交換が必要である場合に警報を発生するためのものであり、例えばブザー音の鳴動、警報ランプの点灯、操作画面へのアラーム表示といったことを行う。
【0039】
続いて膜厚測定ユニット4の作用について説明する。先ず上述のレジストパターン形成装置A1で形成されたレジスト膜の種類に対応して膜厚測定ユニット4の測定レシピを作成し、セットアップを行う。このセットアップの方法は、先ず新規にレシピを作成する場合には、制御部7のレシピ入力部70にてレジスト膜の種類に対応して第1,第2,第3の許容値を入力し、既存のレシピを利用する場合にはレシピ選択部72によりレシピ格納部71から目的のレシピを選択する。
【0040】
次いで載置部6のシリコン片62の反射スペクトルである基準スペクトル(以下基準スペクトルとする)を測定する。つまりプローブ51からシリコン片62に孔部67を介して所定の波長例えば500nm〜800nm、所定の強度80%〜90%(MAX100%)の光線を照射し、このシリコン片62の基準スペクトルを測定し、これをメモリ部75に保存する。
【0041】
次いで載置部6上にレジスト膜が形成される前の状態のベアシリコンウエハW1を載置し、前記基準スペクトルの測定と同様の条件で、このベアシリコンウエハW1の反射スペクトル(以下基板スペクトルとする)を測定し、これをメモリ部75に保存する。これによりセットアップを終了する。
【0042】
次いで膜厚測定ユニット4にて実際にレジスト膜の膜厚を測定する手法について図8のフローチャートに基づいて説明する。この際、先ずレジストパターン形成装置A1にてレジスト膜が形成されたウエハWが膜厚測定ユニット4に搬入される前に、載置部6のシリコン片62の反射スペクトルをセットアップ時と同条件で測定し、第1のスペクトルをなす、当該シリコン片62の反射スペクトル(スペクトルAとする)を得(ステップS1)、制御部7の比較部76にてこのスペクトルAと前記基準スペクトルとの比較を行う。この比較は、例えば制御部7の算出部73にて、第1の差分スペクトルをなす、このスペクトルAと前記基準スペクトルとの差分スペクトル(以下差分スペクトルHとする)を算出し(ステップS2)、この差分スペクトルHと前記第1〜第3の許容値とを比較する。ここで差分スペクトルは、以下に示すような手法により算出する。
【0043】
即ち先ず比較部76にて差分スペクトルHと第3の許容値とを比較し(ステップS3)、差分スペクトルが第3の許容値から外れていれば装置の異常として第1アラーム発生部7Aによりアラームを出力し(ステップS4)、膜厚測定を終了する。一方第3の許容値以内であれば次のステップS5に進み、ここで差分スペクトルHと第2の許容値とを比較して、第2の許容値から外れていれば第3アラーム発生部7Cにてアラームを出力し(ステップS6)、載置部6に埋め込まれるシリコン片62を交換した後(ステップS7)、再びシリコン片の反射スペクトルAの測定を行う(ステップS1)。
【0044】
第2の許容値以内であれば、ステップS8にて差分スペクトルHと第1の許容値とを比較して、第1の許容値から外れていれば第2アラーム部7Bにてアラームを出力し(ステップS9)、分光器ユニット53の光源54の光量をスペクトルAが基準スペクトルとほぼ同じになるように調整して(ステップS10)、ステップS11にてレジスト膜が形成されたウエハWの膜厚を測定する。つまりレジスト膜が形成されたウエハWを載置部6に載置して、第2のスペクトルをなす、当該ウエハWの反射スペクトル(以下スペクトルBとする)を測定する。そして制御部7の算出部73にてこのスペクトルBとメモリ部75にメモリされたベアシリコンウエハW1の基板スペクトルとの差分スペクトル(差分スペクトルIとする)を算出し、この差分スペクトルIに基づいてレジスト膜の膜厚を検出する。第1の許容値以内であれば、ステップS11にて同様にレジスト膜が形成されたウエハWの膜厚を測定し、測定プログラムを終了する。
【0045】
以上においてこの例では、このシリコン片62の反射スペクトルAと前記基準スペクトルとの差分スペクトルHを得、この差分スペクトルHが第1の許容値以内であればウエハW上のレジスト膜の膜厚測定を行い、第1の許容値から外れて第2の許容値以内であれば光源54の光量を調整し、第2の許容値から外れていれば載置部6に埋め込まれるシリコン片62を交換することを特徴としたものであるので、オペレータが反射スペクトルのデータを見て、差分スペクトルHを算出するようにしてもよいし、上述の例のように当該差分スペクトルHの算出を自動で行うようにしてもよい。
【0046】
また差分スペクトルHと第1、第2及び第3の許容値との比較もオペレータがデータを見て行うようにしてもよいし、自動で行うようにしてもよい。さらに光源54の光量の調整もオペレータが手動で行うようにしてもよいし、光量を調整しながらスペクトルAと基準スペクトルとがほぼ同じになるようにスペクトルAの測定とスペクトルAと基準スペクトルとの比較とを繰り返して行い、こうして自動で光量の最適値への調整を行うようにしてもよい。
【0047】
このような膜厚測定ユニット4では、光源54の劣化やシリコン片62の汚染などの発見、いわゆるキャリブレーションを、載置部6に組み込まれたシリコン片62の反射スペクトルを測定することにより行っているので、測定毎にベアシリコンウエハを膜厚測定ユニット4に搬送する必要が無くなる。従ってベアシリコンウエハの搬送に要する工程を行わなくて済むので、膜厚測定工程の工程数が減少し、膜厚測定に要する手間や時間が削減され、スループットの向上を図ることができる。この際この例では、ウエハWを保持する突部65を環状に設け、吸引路66を介して前記突部65の間からウエハWの裏面側を吸引することによりウエハWを真空吸着して保持する構造を採用しているので、真空吸着用の載置部6であっても、当該載置部6の表面側にシリコン片を埋設することができる。
【0048】
また予め基準スペクトルと膜厚測定時のシリコン片62のスペクトルAとの差分スペクトルHの大きさと、光源64の異常やシリコン片62の汚染のような差分スペクトルHの発生原因とを対応付けているので、差分スペクトルHの発生原因を排除しやすく、キャリブレーションを容易に行うことができる。
【0049】
さらにシリコン片62の上にカバーを設けることにより、シリコン片62の汚染が防止できるので、シリコン片62の交換間隔が長くなる。このため長い間シリコン片62の交換を行わなくても済むので、結果としてキャリブレーションに要する時間が短縮でき、スループットの向上につながる。
【0050】
続いて本発明が適用される他の実施の形態の膜厚測定ユニット8について図9により説明する。このユニット8は、載置部81にシリコン片62を埋設する代わりに、載置部81とは別の場所にシリコン片62を設ける構成であり、この例では駆動部42により回転自在、X,Y方向に移動自在に構成され、真空吸着によりウエハWを略水平に保持するための載置部81と、光干渉式膜厚計5と、略水平な支持アーム82上に搭載されたシリコン片62と、を備えている。
【0051】
前記載置部81は測定位置と待機位置との間で略水平方向に移動自在に構成され、前記光干渉式膜厚計5は上述の実施の形態と同様に構成されて、プローブ51は、載置部81が測定位置にあるときに当該載置部81と対向するように設けられている。また前記支持アーム82は、移動機構83により載置部81の側方側(この例では図中右側)において、待機位置と測定位置との間で略水平方向移動自在に構成されている。これによりシリコン片62と載置部81とは夫々の測定を行うときに互いに干渉しないようになっている。図中上述の実施の形態と同符号を付した部材は、上述の実施の形態と同様に構成されたものである。なおこの例のシリコン片62も、上述の実施の形態と同様に、光の授受を行うための孔部64が形成されたカバー体63で表面を被覆するようにしてもよい。またこの例の膜厚測定ユニット8にも周辺露光装置を設けるようにしてもよい。
【0052】
このような構成においても上述の実施の形態と同様に、セットアップ、レジスト膜厚の測定が行われるが、セットアップ時には、図10(a)に示すように支持アーム82を待機位置からシリコン片62がプローブ51と対向する測定位置に移動させて当該シリコン片62の基準スペクトルを測定し、次いで図10(b)に示すように支持アーム82を待機位置に移動させると共に、載置部81にレジスト膜が形成されていないベアシリコンウエハW1を載置して、当該載置部81をプローブ51と対向する測定位置に移動させ、ベアシリコンウエハW1の基板スペクトルを測定する。
【0053】
また実際の測定時には、支持アーム82上のシリコン片62をプローブ51と対向させて、当該シリコン片62の反射スペクトルAを測定し、実際にレジスト膜の膜厚を測定するときには、載置部81にレジスト膜が形成されたウエハWを載置して、当該載置部81をプローブ51と対向する測定位置に移動させ、レジスト膜の膜厚を測定する。
【0054】
このような構成では、上述の図4に示す実施の形態と同様の効果が得られる他、載置部81とは別個にシリコン片62を設けているので、載置部81の構成を変化させることなく、シリコン片62によるキャリブレーションを行なうことができ、既存の載置部を利用することができ、有効である。
【0055】
図11は本発明が適用されるさらに他の実施の形態の膜厚測定ユニット9である。このユニット9は、駆動部42により回転自在、X,Y方向に移動自在に構成され、真空吸着によりウエハWを略水平に保持するための載置部91と、光干渉式膜厚計5と、シリコン片62を保持するための筒状体92と、を備えている。前記筒状体92は、プローブ51の先端側(載置部91と対向する側)の外周囲に嵌合して設けられており、この筒状体92の内部の、プローブ51と近接する部分には、例えばプローブ51の先端部と同じ程度の大きさに形成された透明反射体例えばガラス93が当該筒状体92に嵌合して設けられている。図中上述の実施の形態と同符号を付した部材は、上述の実施の形態と同様に構成されたものである。なおこの例の膜厚測定ユニットにも周辺露光装置を設けるようにしてもよい。
【0056】
このような構成においても上述の実施の形態と同様に、セットアップ、レジスト膜厚の測定が行われるが、セットアップ時には、図12(a)に示すように、載置部91にレジスト膜が形成されていないベアシリコンウエハW1を載置して、この反射スペクトル(以下スペクトルXとする)を測定する。当該スペクトルXにはガラス93とベアシリコンウエハW1との両方のスペクトルが含まれている。次いで図12(b)に示すように、載置部91からベアシリコンウエハW1を搬出し、ガラス93の下方側に反射体がない状態にして、基準スペクトルである、ガラス93のみのスペクトルを測定する。そして基準スペクトルとスペクトルXとの差分スペクトルK(スペクトルX−基準スペクトル)により、基板スペクトルをなすベアシリコンウエハW1のスペクトルを算出する。
【0057】
また実際の測定時には、図12(c)に示すように、ガラス93の下方側に反射体がない状態にしてガラス93のスペクトルYを測定する。そして(スペクトルY−基準スペクトル)により、第1の差分スペクトルをなす、基準スペクトルとスペクトルYとの差分スペクトルLを算出し、上述の実施の形態と同様に、この差分スペクトルLと第1〜第3の許容値とを比較してキャリブレーションを行う。こうして差分スペクトルLが第1の許容値内である場合には、図12(d)に示すように、載置部91にレジスト膜が形成されたウエハWを載置して、第2のスペクトルをなす、当該ウエハWの反射スペクトルZを測定し、このスペクトルZと基板スペクトルとの差分スペクトルに基づいて膜厚の検出を行う。
【0058】
このような構成においても、上述の図4に示す実施の形態と同様の効果が得られる他、載置部91とは別個にシリコン片62を設けているので既存の載置部を利用することができ、またプローブ51に筒状体92を嵌合する構成であり、筒状体92は小型なので、装置全体を小型化することができる。
【0059】
以上において本発明では、反射体(透明反射体)の基準スペクトルの測定、ベアシリコンウエハの基板スペクトルの測定等といったいわゆるセットアップ操作をウエハWを所定枚数検査する毎に定期的に行うことが望ましく、これによりプローブ51とウエハWの測定面の間の高さの変化等の測定環境の変化を抑えることができる。
【0060】
また本発明では、図13に示すように、ウエハWの検査の度に測定された、反射体(透明反射体)のスペクトルと基準スペクトルとの差分スペクトルの大きさと、ウエハWの検査枚数との相関関係を求めることにより、この相関曲線の勾配から、光源54の寿命つまり光量調整時期や光源54自体の交換のタイミングや、反射体(透明反射体)の交換のタイミングを予測するようにしてもよく、この場合には所定の時期に予め光源やシリコン片が交換されるので、検査時にこれらの交換を行う回数が減少し、結果として検査時間を短縮することができて、検査のスループットを向上につながる。
【0061】
さらにまた本発明では、セットアップ時に、制御部7の算出部73により基準スペクトルと基板スペクトルとの差分スペクトルを算出し、これを差分スペクトルSとしてメモリ部75に保存する。そして前記差分スペクトルSと反射体のスペクトルA(又はスペクトルY)との加分スペクトルK(スペクトルS+スペクトルA)を算出し、この加分スペクトルKと前記基板スペクトルの差分スペクトルP(加分スペクトルK−基板スペクトル)を算出し、この差分スペクトルPと第1,第2,第3の許容値とを比較するようにしてもよい。
【0062】
以上において本発明では、測定室の内部に設けられた反射体又は透明反射体の反射スペクトルを測定して、当該スペクトルとこれらの基準スペクトルとの差分スペクトルを得、この差分スペクトルが第1の許容値以内であればウエハW上のレジスト膜の膜厚測定を行うことを特徴とするものであるので、上述の実施の形態に係わらず、反射体(透明反射体)は測定室内の何れの場所に設けるようにしてもよいし、反射体にカバー体を設けない構成としてもよい。また光源の光量が調整には光源の交換も含むものとし、反射体(透明反射体)の交換には反射体(透明反射体)の交換も含むものとする。また必ずしも周辺露光装置を設ける必要はない。
【0063】
さらに本発明の膜厚測定装置で測定される薄膜の種類としては、上述のレジスト膜の他に、反射防止膜(TARC,BARC)、層間絶縁膜(SOD膜,SOG膜)、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン、金属膜等がある。さらに反射体としてはシリコン片以外にSUS片、アルミニウム片、セラミックス片等、透明反射体としてはガラス以外にプラスチック等を夫々用いることができる。さらにまた本発明で用いられる基板はLCD基板であってもよい。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、基板に形成された薄膜の膜厚を測定するにあたり、測定室内に設けられた反射体の反射スペクトルを測定することによって光源の光量の調整や反射体の交換などを行っているので、膜厚検査工程数が減少し、膜厚検査作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる膜厚測定ユニットを備えたレジストパターン形成装置の一実施の形態の全体構成を示す平面図である。
【図2】前記レジストパターン形成装置の概観を示す斜視図である。
【図3】前記レジストパターン形成装置に設けられる塗布ユニットの主要部を示す縦断側面図である。
【図4】前記膜厚測定ユニットを示す縦断側面図である。
【図5】前記膜厚測定ユニットの載置部を示す平面図と断面図である。
【図6】前記載置部の主要部を示す断面図である。
【図7】上記実施の形態に用いる制御部を示すブロック図である。
【図8】上記実施の形態においてレジスト膜厚を測定する場合のフロ−チャ−トである。
【図9】本発明の他の実施の形態にかかる膜厚測定ユニットを示す縦断側面図である。
【図10】前記膜厚測定ユニットの作用を示す工程図である。
【図11】本発明のさらに他の実施の形態にかかる膜厚測定ユニットを示す縦断側面図である。
【図12】前記膜厚測定ユニットの作用を示す工程図である。
【図13】膜厚測定ユニットで検査されたウエハWの検査枚数と、差分スペクトルの大きさとの相関関係を示す特性図である。
【図14】光干渉式膜厚計の原理を説明するための特性図である。
【符号の説明】
100 塗布、現像装置
200 露光装置
A1 レジストパターン形成装置
W 半導体ウエハ
W1 ベアシリコンウエハ
4,8,9 膜厚測定ユニット
5 光干渉式膜厚計
51 プローブ
54 光源
6 載置部
62 反射体
63 カバー体
64 孔部
7 制御部
92 筒状体
93 ガラス
Claims (9)
- 基板を薄膜形成面を上にした状態で略水平に保持する載置部と、
光源と分光器とを含む分光器ユニットと、
前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブと、
前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移動させる駆動部と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、
前記載置部に基板が載置されたときにこの基板と衝突しないように、当該載置部の基板載置面に一部が前記プローブと対向するように埋設された反射体と、
この反射体の表面を被覆するカバー体と、
このカバー体の反射体に対応する位置にカバー体を貫通するように形成された孔部と、を備え、
前記カバー体の孔部を介して反射体とプローブとを対向させ、これらの間で光の授受を行い、反射体からの反射光のスペクトルを測定することを特徴とする膜厚測定装置。 - 基板を薄膜形成面を上にした状態で略水平に保持する載置部と、
光源と分光器とを含む分光器ユニットと、
前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブと、
前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移動させる駆動部と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、
反射体を保持するための略水平な支持部材と、
前記プローブと前記反射体とを相対的に略水平方向に移動させる水平駆動機構と、
前記反射体の表面を被覆するカバー体と、
このカバー体の反射体に対応する位置にカバー体を貫通するように形成された孔部と、を備え、
前記カバー体の孔部を介して反射体とプローブとを対向させ、これらの間で光の授受を行い、反射体からの反射光のスペクトルを測定することを特徴とする膜厚測定装置。 - 前記反射体はシリコンであることを特徴とする請求項1または2に記載の膜厚測定装置。
- 基板を薄膜形成面を上にした状態で略水平に保持する載置部と、
光源と分光器とを含む分光器ユニットと、
前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブと、
前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移動させる駆動部と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、
前記プローブの前記載置部と対向する側の端部の外周囲に嵌合するように設けられた筒状体と、
前記筒状体に、前記プローブの前記載置部と対向する側の端部と対向するように設けられた透明反射体と、を備え、
基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記プローブの透明反射体に光を照射し、この反射光のスペクトルを測定することを特徴とする膜厚測定装置。 - 前記透明反射体はガラスであることを特徴とする請求項4記載の膜厚測定装置。
- 測定室の内部に設けられ、基板を略水平に保持するための載置部と、前記載置部と相対的に略水平方向に移動可能に構成され、光源と分光器とを含む分光器ユニットと光ファイバにより接続されるプローブと、を備えた膜厚測定装置にて、基板の薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定方法において、
前記測定室の内部に設けられた反射体の反射スペクトルを得、これを基準スペクトルとする工程と、
前記載置部に薄膜が形成されていない基板を載置してこの基板の反射スペクトルを得、これを基板スペクトルとする工程と、
基板に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記反射体の反射スペクトルを得、これを第1のスペクトルとする工程と、
前記基準スペクトルと第1のスペクトルとの差分スペクトルを算出し、これを第1の差分スペクトルとする工程と、
前記第1の差分スペクトルが第1の許容値以内であれば、前記載置部に薄膜が形成された基板を載置してこの基板の反射スペクトルを得、これを第2のスペクトルとする工程と、
前記第2のスペクトルと基板スペクトルとの差分スペクトルを算出し、これに基づいて薄膜の膜厚を検出する工程と、を含むことを特徴とする膜厚測定方法。 - 前記第1の差分スペクトルが第2の許容値以内であれば、前記光源の光量を第1のスペクトルが基準スペクトルに近づくように調整する工程を含むことを特徴とする請求項6記載の膜厚測定方法。
- 前記第1の差分スペクトルが第3の許容値以内であれば、前記反射体を交換する工程を含むことを特徴とする請求項6又は7記載の膜厚測定方法。
- 前記薄膜はレジスト膜であることを特徴とする請求項6ないし8の何れかに一つに記載の膜厚測定方法。
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