[发明专利]用于半导体样品工作流的方法和装置

说明书

本发明涉及用于半导体样品工作流的方法和装置。描述了用于使用现有的自动化基础设施(诸如前开口一体盒(FOUP))在半导体制造设施中自动传送和存储透射电子显微镜(TEM)和扫描/透射电子显微镜(STEM)薄片样品的装置和方法。还提供了对应于半导体晶片、数据存储晶片或太阳能电池晶片的外部尺寸的晶片复制品，其中该复制品适于存储、携带和/或提供用于测试从半导体晶片、数据存储晶片或太阳能电池晶片取得的样品的测试平台。

技术领域

本发明一般涉及用于对半导体芯片和数据存储晶片的样品的评估的方法和装置，包括用于由透射电子显微镜(TEM)和/或扫描透射电子显微镜(STEM)以及包括能量分散光谱(EDS)和电子能量损失光谱(EELS)的TEM相关技术进行分析的方法和装置。

背景技术

在不限制本发明的范围的情况下，结合半导体晶片和数据存储晶片的现有采样来描述本发明的背景。数据存储基板(晶片)在整体外观上与半导体晶片相似，但是数据存储基板通常由不同的材料组成。

其上形成有电路的半导体基板通常是晶体半导体材料(最通常是硅)的薄盘，并且被称为晶片。晶片通过切割生长的晶锭或晶棒来形成。在将晶片研磨成均匀的厚度和表面均匀性之后，晶片被抛光至镜面光洁度并且被清洁。然后制备好的晶片就准备好进行集成电路制造了。在半导体制造工厂或“FAB”中，在沉积金属层和介电层以及进一步蚀刻之前晶片被传送通过热氧化、光刻、蚀刻、掺杂以及相同步骤的重复的重复顺序步骤。因为微电子在晶片表面上形成，所以该半导体电路的形成过程要求晶片穿过FAB中的洁净室环境的复杂的自动化移动。典型的现代FAB将包括数百件专门的装备。半导体晶片经历的处理量随着电路设计的复杂性而增加。因此，300mm晶片在处理期间可以行进8到10英里，同时访问200个以上的处理工具以经历数百个单独的处理步骤。

晶片在称为FOUP的多晶片载体中被传送通过FAB，其中FOUP代表前开口一体(或通用)盒(Front Opening Unified(or Universal)Pod)。类似地，FOUP被用来传输和存储数据存储晶片。半导体晶片和数据存储晶片二者都是圆形平面盘，并且一般被设计为保持各种尺寸的可用晶片和盘的FOUP是可用的。

目前最先进的半导体制造使用300mm晶片来执行，但是行业正在过渡到450mm晶片，并且随着更大的圆柱形晶体晶棒生长，预期有更大直径的晶片。

最终，针对基本元素特性以及晶片上功能和性能来检查已完成的半导体晶片上的电路。作为这个检查过程的一部分，通常通过在亚纳米分辨率级别的高分辨率成像来测量晶片的关键尺寸。获得半导体电路区域的亚显微结构的最佳分辨率的行业标准方法是通过扫描电子显微镜(SEM)和/或透射电子显微镜(TEM)。通过利用SEM，扫描要被观察的晶片表面的初级电子束被聚焦到细小点。然后当表面被初级束撞击时，从该表面发射次级电子，并且这些次级电子由SEM检测，以形成图像。通过使用TEM，宽电子束被指向样品表面，并且透过样品的电子被聚焦以形成图像。对于TEM成像，样品必须足够薄，以允许宽束中的电子行进通过样品并且在相对侧出射。与TEM相似的成像技术是STEM成像。在STEM成像中，也需要薄样品，但是在样品平面处形成聚焦探针。首字母缩略词(S)TEM或STEM被用来指示利用STEM或TEM的成像。此外，在某些电子显微镜中可能存在其它能力，包括能量分散光谱(EDS)、能量分散X射线光谱(EDX)和电子能量损耗光谱(EELS)。为了这些评估的目的，(S)TEM样品从晶片切割并且通过(S)TEM以及样品适合的其它分析进行成像。