用于半导体样品工作流的方法和装置与流程
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(frontopeningunified(oruniversal)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。
用于制备用于成像的tem样品的若干技术是已知的，这些技术包括切割、化学抛光、机械抛光、宽束低能离子铣削、或其组合。这些方法的缺点是它们不是位点特定的，并且常常要求将起始材料切成越来越小的碎片，由此毁坏原始样品的大部分。一般称为“提出(lift-out)”技术的其它技术使用聚焦离子束(“fib”)从基板或大块样品中切割样品，而不毁坏或损坏基板的周围部分。这样的技术在分析用于制造得到的集成电路的处理的结果中是有用的。在fib系统真空室内从基板中提取样品的技术通常被称为“原位(in-situ)”技术，而在真空室外的样品移除(如当整个晶片被传送到另一个工具以用于样品移除时)被称为“非原位(ex-situ)”技术。
tem样品是如下样品：该样品已经被减薄到足够级别，以便在用于tem分析的感兴趣区域(roi)中是电子透明的。roi在尺寸上通常大约为2×2μm。从半导体晶片移除的实际tem样品通常被称为“薄片”，并且在roi中可以具有大约15×8μm的整体尺寸和大约15nm的厚度。用于在客户指定的位置处制作tem样品的优选技术之一是使用上述聚焦离子束(fib)方法。通常，将fib和sem组合的显微镜被用于创建位点特定的tem薄片。这样的组合的fib-sem工具常常被称为“双束”薄片生产工具。
然后可以将得到的薄片样品放置在与用于成像的tem、sem或stem装备兼容使用的tem网格上。存在多种格式的tem网格，但是它们一般被设计为与tem、sem或stem样品保持器兼容。实际上，样品保持器被设计为保持3mm圆或其某部分。照此，存在用于通常直径大约为3mm并且在边沿处大约为500μm厚的tem网格的行业标准格式。制造这样的网格的一家公司是加利福尼亚州redding的tedpella公司。一般而言，存在两种类型的tem网格，在一种tem网格中薄片被放置在网格上并且仅通过自然产生的静电力被保持在原位，而在另一种tem网格中薄片通过附接过程被固定到网格上的区域。一旦薄片被放置或固定到tem网格，则它们通常被手动置于用于成像的tem装置中。
不管使用哪种方法，tem样品的制备都是复杂并且耗时的。tem样品制备和分析中所涉及的步骤中的许多步骤必须使用手动操作的仪器来执行，这降低了效率并且增加了制造成本。实际上，一些步骤需要将薄片从一件装备手动移动到下一件装备。例如，制备好的薄片样品通常从tem样品制备工具移除并且被存储在网格存储盒、碟或瓶中，单独的网格从上述网格存储盒、碟或瓶中手动装载到tem成像工具中。某些阶段的自动化的缺失是对半导体芯片的制造的重大损害。由于上述内容，本发明人认为，薄片样品存储和传输系统可以被大大改进。本文提供的是用于制备、传输从半导体芯片取得的样品以及对该样品成像的创新的工作流控制和存储系统和装置。
技术实现要素：
本文提供的是改进的方法和装置，通过该方法和装置，半导体样品可以在使用foup的半导体制造过程中所使用的不同装备之间进行存储和移动。在一个实施例中，晶片或盘复制品(facsimile)被提供以供在存储和传输从半导体或数据存储晶片获得的测试样品时使用。在某些实施例中，晶片复制品包括其尺寸被设计为大致对应于被测试的半导体晶片或数据存储晶片的尺寸的主体、以及在主体的表面中形成并且被配置为接收一个或多个测试样品的多个凹部(niche)。在某些实施例中，晶片或盘复制品的该多个凹部被配置为直接接收测试样品，而在其它实施例中，多个凹部是被配置为接收em网格的em网格插座。凹部可以包括网格限位器(retainer)，诸如例如盖子或夹子。测试样品可以包括诸如透射电子显微镜(tem)和/或扫描/透射电子显微镜(stem)薄片之类的电子显微镜(em)薄片。
在某些实施例中，晶片或盘复制品包括被配置为在前开口一体盒(foup)中被接收的由刚性材料形成的主体。合适的刚性材料包括但不限于陶瓷、塑料、金属和/或硅材料。
在某些实施例中，晶片或盘复制品还包括被置于晶片复制品的暴露表面上或该暴露表面中的至少一个子载体，其中该至少一个子载体被配置为携带多个em网格，以使得子载体可以被直接装载到em的真空室中。
晶片或盘复制品上的多个凹部可以被索引，以使得其中接收的每个测试样品是从其取得测试样品的半导体晶片可识别的。在某些实施例中，使用条形码或rfid标签对该多个凹部进行索引。还提供了用于存储和传输电子显微镜(em)薄片的方法，该方法包括将一个或多个薄片装载到前开口一体盒(foup)中、使用自动化材料处理系统将foup传输到em、从foup卸载该该一个或多个薄片以及将薄片装载到em中的步骤。在某些实施例中，该一个或多个薄片被附接到晶片复制品，并且晶片复制品被装载到foup中。在其它实施例中，em网格被安置在被安装在foup中的样品塔中。
在其它实施例中，提供了被称为“太阳能电池复制品”的用于tem薄片的插座，该插座可以由太阳能电池行业中的自动化材料处理系统移动。因此，在某些实施例中，tem样品被放置在“太阳能电池复制品”中，并且由现有的材料处理系统在制造环境中移动以用于存储和分析。
附图说明
为了更全面地理解本发明，包括理解特征和优点，现在参考对本发明的详细描述以及附图：
图1a示出了根据本发明的某些实施例的包括两种类型的样品凹部的晶片复制品的俯视透视图。图1b示出了根据其它实施例的包括两种不同类型的样品凹部的晶片复制品的俯视透视图；
图2a表示根据本发明的一个实施例的晶片复制品的斜向俯视图；
图2b是图2a中所示的晶片复制品的局部侧视图；以及
图3是具有子载体的图2a中所示的晶片复制品的俯视透视图；
图4描绘了foup的简化图中的晶片复制品以及对应于晶片复制品上的样品的半导体晶片的实施例。作为工厂自动化设备“抓住”foup的手段的顶部上的典型“凸缘”未示出；
图5描绘了其中foup被修改为包括可以保持可以在其上沉积tem网格和/或薄片的样品托盘的样品塔的实施例。因此，foup具有在不存在晶片复制品的情况下直接接收tem薄片的位置。作为工厂自动化设备“抓住”foup的手段的顶部上的典型“凸缘”同样未示出；
图6描绘了根据一个实施例的过程流程图；
图7描绘了包括通过样品收集和分析过程来利用foup的过程。
具体实施方式
本发明主要涉及在半导体制造环境(诸如fab)或数据存储环境中测试样品的自动传送和存储，其中传送和存储能够更好和更完全地利用现有的自动化技术。该装置和方法特别适用于tem薄片样品的传送和存储，但是该装置和方法可以被用于涉及从晶片移除以用于测试的样品的任何类型的测试。如本文所使用的，术语“em薄片样品”可以被解释为包括tem、sem和stem薄片样品以及其它分析技术，诸如需要类似的样品制备和/或存储和传输过程的双束、eds、edx和eels技术。本文公开的方法和装置还适用于在数据存储行业中使用，尤其适用于硬盘驱动器样品的制造和分析。
虽然下文详细讨论了本发明的各种实施例的制作和使用，但是应当理解的是，本发明提供了可以在各种各样的具体上下文中采用的许多适用的创造性概念。本文讨论的具体实施例仅仅是对制作和使用本发明的具体方式的说明，而不界定本发明的范围。
缩写：以下缩写贯穿本申请被使用：
amhs自动化材料处理系统
双束fib/sem系统
ebsd电子反向散射衍射
eds能量分散光谱
edx能量分散x射线光谱
eels电子能量损耗光谱
em电子显微镜或显微镜
fab半导体制造工厂
fib聚焦离子束
foup前开口一体盒
roi感兴趣区域
sem扫描电子显微镜
stem扫描/透射电子显微镜
tem透射电子显微镜或显微镜
wip半成品
wft晶片最终测试
为了便于对本发明的理解，并且为了避免在解释本文的权利要求时有疑问，下文定义多个术语。本文定义的术语具有在与本发明相关的领域中的普通技术人员通常理解的含义。除非如权利要求中所概述的，否则被用来描述本发明的具体实施例的术语不界定本发明。
除非明确地如此定义，否则诸如“一”、“一个”和“该”之类的术语的使用不限于指代单数实体，而是包括其具体示例可以被用于说明的一般类别。因此，术语“一”或“一个”的使用可以意味着至少一个的任何数量，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”以及“一个或多于一个”。
术语“或”意味着替代物中的任何替代物和替代物的任何组合，包括替代物中的所有替代物，除非替代物被明确指示为相互排斥。
类似地，为了避免疑问，并且除非被另外明确指示为指代相互排斥的替代物，否则短语“中的至少一个”在与项的列表组合时意味着来自列表的单个项或列表中的项的任何组合。该短语不要求所列出的项中的所有项，除非明确地这样定义。
术语“包括”(及其任何形式)、“具有”(及其任何形式)或“包含”(及其任何形式)、“含有(及其任何形式)”是包容性的或开放式的，并且不排除附加的、未记载的元素或方法步骤。
如之前所描述的，tem薄片样品的制备是复杂的过程。在一个实施例中，tem薄片可以通过使用聚焦离子束(“fib”)从基板或大块样品切割样品的“提出”技术来制备。双束工具可以被用于使用原位或非原位提出方法来形成薄片样品。利用原位提出，例如，薄片可以从大块样品切割并且然后被fib焊接到在执行薄片制备的工具内的tem网格。利用非原位提出，例如，薄片可以驻留在待测试的实际晶片中。一旦薄片在晶片中形成，则晶片被从薄片制备工具移除，并且分开的设备被用于从晶片中提出薄片并且将该薄片沉积到常规的tem网格上。美国专利no.8,357,913中公开了非原位方法的示例，通过引用将该专利并入本文。
通过使用任一种方法，存在可以利用的两种广义类型的tem网格样品附接：(1)薄片样品被放置在网格上并且仅通过自然产生的静电力被保持在原位；或(2)薄片样品通过附接过程(诸如通过fib焊接)被固定到网格上的区域。对于后一种处理，这样的商用网格的示例是由tedpella公司制造的“
一旦薄片(使用任一种方法)被置于em网格上，然后em网格就可以通常手动地被传送到在fab中手动移动的网格存储容器。然后，网格还从网格存储容器手动移除到em成像工具，以供分析。
本发明涉及使将薄片传送到em网格并且将em网格传送到em成像装置以用于成像的工作流过程自动化。在本文公开的一个实施例中，提供了改进的方法，通过该方法，薄片在半导体环境中的不同装备之间以自动化方式移动。在一方面，该方法提供用于存储薄片和将薄片从fab中的创建或操纵该薄片的一件装备(“工具a”)传输到对薄片成像的工具(“工具b”)的改进的并且更高效的方法。例如，工具a可以是薄片生产工具，或者替代地是从样品(例如，晶片)“摘取”薄片的工具，诸如被用来执行如上文所描述的非原位提出方法的工具。工具b可以是电子显微镜(em)，诸如透射电子显微镜(tem)、扫描电子显微镜(sem)或扫描/透射电子显微镜(stem)。
在一个实施例中，使用现代半导体工厂(fab)中存在的现有自动化基础设施来移动、存储和索引薄片。这种自动化基础设施有时被称为自动化材料处理系统(amhs)。合适的amhs的示例在美国专利no.8,197,172中公开并且通过引用并入本文。在现代半导体fab中，半导体晶片在foup(前开口一体盒)中在fab中四处移动。foup通常被设计为在fab中传输一批二十五个300mm(直径)晶片，并且将晶片与洁净室环境隔离。不管晶片的尺寸如何，都利用相应于所需晶片尺寸的foup。在上面引用的美国专利no.8,197,172中还描述了使用结合amhs的foup的半导体晶片的移动。
其中有与fab中使用的机器人和foup类似的机器人和foup的另一个行业是数据存储行业，在数据存储行业中盘或晶片与本文详细描述的半导体晶片非常相似地在foup中被传输和存储。在一个实施例中，数据存储晶片的测试样品与本文详细描述的半导体晶片(包括样品携带晶片(samplecarryonwafers)或“scow”)非常相似地在foup中被传输和存储。
在本文提供的使用所公开的复制品晶片一个实施例中，foup不仅被用来移动被测试的晶片，而且被用来移动诸如tem薄片之类的测试样品，由此允许测试工具(工具b)与上游样品生产工具(工具a)之间的改进的和自动化的连接。foup不仅提供薄片存储和传输，而且它们还将薄片样品直接递送给tem成像工具以供分析。
在优选实施例中，在amhs中使用的每件装备(包括例如薄片制备工具和tem或stem成像工具)被可操作地连接到使用软件来实现样品创建和处理的计算机(或与该计算机集成)并且还适于在存储和测试中索引和跟踪样品。任何合适的软件应用、模块和(常规和/或自创的)组件可以被用来实现软件。例如，自动化stem样品管理系统可以使用用于自动化机器控制和计量的ic3dtm软件来实现，该软件是可从俄勒冈州hillsboro的fei公司商业获得的。以这种方式，使用amhs的在fab中半导体材料的移动被自动化，以使得它可以更高效。
根据本发明的一个实施例，使用常规的foup来将em薄片样品在fab中移动。然而，标准foup当前被设计和配置为接收小得多的半导体晶片，而不是em薄片。在某些实施例中，提供了如下装置：该装置允许使用foup来存储和传输薄片，而不需要修改或重新设计已经在使用的foup和/或amhs，但是也预期了经修改的foup，该经修改的foup被设计为专门容纳测试样品、同时适于由携带晶片通过fab的同一amhs传送。
tem样品还被用于太阳能电池的分析和质量控制，并且被用于理解与太阳能电池行业相关联的制造问题。如今通常生产的太阳能电池是在晶体硅晶片上制造的。太阳能电池可以像晶棒用于半导体晶片那样从晶棒切割，或者，如果太阳能电池是多晶体，则可以从晶锭切割。先前关于半导体行业或数据存储行业所讨论的工作流也适用于太阳能电池行业。在太阳能电池行业的情况下，自动化材料处理系统可以不使用foup盒来传输材料，而是可以替代地以另一种形状因子来移动材料。太阳能电池的形状因子可以适于包含tem薄片。在太阳能电池行业中可以由自动化材料处理系统移动的用于tem薄片的插座将被称为“太阳能电池复制品”。在某些实施例中，tem样品被放置在“太阳能电池复制品”中并且由现有的材料处理系统在制造环境中移动到tem。
为了公开的完整性以及为了说明本发明的方法，以下实施例被包括。这些示例绝不是旨在限制本公开的范围或教导。如在下面的示例中的每个示例中所阐述的，foup最终被用来将晶片测试样品(诸如em薄片)从薄片制备工具携带到em分析工具。
示例1
在一个实施例中，现有的工厂自动化(诸如结合amhs的foup)被用于在fab中移动em薄片。为了实现这个实施例，提供晶片复制品100(诸如图1a中所绘出的)，晶片复制品100的尺寸被设计为大体对应于受测试的晶片的尺寸，以使得它们将适合于相应的foup并且可以使用amhs来传输。这里创造的用于这种晶片复制品的非限制性术语是“样品携带晶片”或“scow”。晶片复制品(scow)可以由具有至少一个表面101的盘形主体形成，测试样品被沉积并且存储在该至少一个表面101上。虽然不限于任何特定设计，但是晶片复制品(scow)优选地具有与从其取得测试样品的半导体晶片或数据存储晶片相同的尺寸和形状。在一个示例中，晶片复制品(scow)可以具有大约300mm的直径和大约0.775mm的厚度。在另一个实施例中，晶片复制品(scow)可以具有大约450mm的直径和大约0.925mm的厚度。在又一个实施例中，晶片复制品(scow)的厚度可以比从其取得测试样品的半导体或数据存储晶片稍厚，并且仍然与晶片和foup处理装备兼容。晶片复制品(scow)可以由陶瓷材料、玻璃、金属、硅、塑料、碳纤维或本领域技术人员已知的适合于在foup中进行样品储存和传输的任何其它材料形成。
在图1a中所绘出的某些实施例中，晶片复制品100的一个表面101将包括多个样品凹部，这些样品凹部中的每个样品凹部的尺寸被设计为直接保持测试样品104(诸如凹部10)或者保持被安装在样品支撑件上的测试样品104(诸如凹部102)，该样品支撑件被绘制为示出测试样品104(诸如例如em网格20上的em薄片)。如图1中所绘出的，样品凹部可以是大体上正方形或矩形的(诸如凹部10)，或者可以是大体上圆形或椭圆形的(诸如凹部102)。如图1a中所绘出的，诸如凹部10之类的样品凹部可以设有样品直接附接到的附接平台30。平台可以具有各种构造，这些构造包括所绘出的从凹部的一侧的突起，或者，如图1b中所绘出的样品凹部10，样品平台可以被配置为样品可以直接被放置在其上的大体上中心的样品柱40。
在诸如图1b中所绘出的实施例之类的替代实施例中，晶片复制品100的一个表面101将包括多个样品凹部，这些样品凹部中的每个样品凹部的尺寸被设计为直接保持测试样品104(诸如凹部10)或者保持被安装在样品支撑件上的测试样品104(诸如凹部30)，该样品支撑件被绘制为示出测试样品104(诸如例如em网格20上的em薄片)。如图1b中所绘出的，样品凹部(诸如所绘出的凹部30)可以设有进入凹陷34，以允许诸如显微操纵器26之类的抓握装备直接拾取样品或者拾取被安装在样品支撑件(诸如所绘出的em网格)上(诸如所绘出的em网格)的样品。不管样品凹部的构造是大体上正方形、矩形、圆形或椭圆形，进入凹陷都可以在样品凹部上可用。在样品凹部被设计为用于保持em网格的情况下，样品凹部可以包括em网格搁在其上的柱(未示出)或者可以包括允许显微操纵器从样品凹部的下方和上方方便地抓握样品的中心底层通道(未示出)。可以设想出其它构造，这些构造包括样品凹部的底部是锥形的，诸如所绘出的虚线36。与进入凹陷组合的圆锥形凹陷允许抓握装备容易地捕获em网格的角。
如上面所阐述的，标准tem薄片通常具有大约15×8μm的尺寸和大约15nm的厚度。照此，虽然不限于任何特定的设计，但是样品凹部的尺寸优选地被设计为便于能够接收待测试的样品。因此，在样品是em薄片的情况下，em薄片凹部的尺寸被设计为保持em网格。在一个实施例中，晶片复制品具有保持大量样品的多个凹部。凹部可以全部是一个尺寸，以保持适于单尺寸样品载体(诸如em网格)的样品。可替代地，晶片复制品可以被形成有具有若干不同尺寸的凹部，其中给定凹部的尺寸适于所使用的em薄片网格的变化。样品中的一些样品将从它们的凹部移除以进行测试，而其它样品可以在晶片复制品上原位测试。例如，样品可以是从晶片移除的整个半导体芯片。这样的芯片可以在晶片复制品上接受电子测试。在一个实施例中，晶片复制品充当电子测试平台。
在某些实施例中，tem网格可以通过包括整体或部分“盖子”或夹子的各种手段被夹在它们的插座中或以其它方式被“限位”在它们的插座中，以将它们保持在它们的插座中。
在一个实施例中，凹部被索引，以使得每个薄片对于正在被测试的晶片及其部分是可识别的。在某些实施例中，薄片位置将被存储在“晶片图”或其它类型的数据库中。例如，在晶片图上，每个凹部可以对应于网格编号，以使得来自每个被测晶片的每个薄片样品对应于由该数字识别的特定凹部(例如，来自晶片x的样品x被放置在网格编号x20中)。
在替代实施例中，使用条形码的索引可以被用于光学地跟踪被放置在晶片复制品上的样品。诸如条形码之类的标签可以被放置在晶片复制品(scow)的可用表面上，以便于由扫描设备容易地访问。在某些fab中，在foup上使用rfid。因此，某些实施例在scow上提供rfid标签。然后，具有独特的、可识别标签的每个晶片复制品(scow)可以与来自特定晶片的特定样品相关联(例如，条形码或rfid与来自晶片#x的样品匹配)。以这种方式，样品制备、传输和测试之间的自动化级别被改进，以提高制造过程的效率。
在又一个实施例中，薄片生产工具可以诸如通过网络向工厂自动化计算机服务或向其它fab装备发送对应于正在制备的特定薄片的数据。例如，成像工具然后将经网络接收数据，以便能够识别在任何给定时间被成像的特定薄片。
在一个实施例中，晶片复制品(scow)被装载到与从其取得测试样品的晶片邻近的em样品制备工具中。em制备工具从晶片中制备em薄片、使它们分离，然后传送它们并且将它们附接到被放置在晶片复制品中的凹部中的em网格。一旦所期望的薄片被置于晶片复制品(scow)上的样品凹部中，则工厂amhs装备就能够将晶片复制品(scows)移动到foup中并且在fab中移动它们。在某些实施例中，包含样品的foup将不携带从其取得样品的晶片。在其它实施例中，foup存储多个晶片，并且还包含一个或多个晶片复制品(scow)，该一个或多个scow包括来自foup中的晶片中的每个晶片的样品。然后可以使用ahms装备(诸如通过使用ahms的高架轨道系统)将foup从工具a递送到工具b。例如，在被设计为保持25个晶片的标准foup中，foup可以携带待测试的晶片中的24个晶片以及携带来自这24个晶片的所有em薄片的一个晶片复制品。
图4示出了在foup120的简化图中的晶片复制品100以及与晶片复制品上的样品对应的多个半导体晶片130的实施例。作为工厂自动化设备“抓住”foup的手段的顶部上的典型“凸缘”未示出。如所绘出的，foup120的尺寸被设计为保持具有特定直径的一类半导体晶片130，其中晶片的至少两个相对边缘搁在从foup的至少两个相对侧突起的翅片121上。在这个实施例中，晶片复制品100将具有尺寸适于容纳在foup内并且适于搁在foup的翅片121上的外部，其中该foup的尺寸被设计为用于该类半导体晶片被移动通过fab。如果晶片是数据存储晶片，则类似的布置将适用。
晶片复制品(scow)可以在仅用于传输、存储和测试晶片复制品(scow)的指定的foup中被各自单独携带，以便避免潜在的晶片污染。在许多情况下，从其移除薄片的晶片将被“报废”。大多数foup“前端”具有一次装载两个foup的能力，因此tem制备工具容易适于将em网格装载到仅用于em网格的foup上。
图5描绘了替代实施例，其中foup被修改为具有诸如所绘出的塔122或塔126的插入件，塔122或塔126充当用于tem网格、薄片支撑件和/或待测试样品的其它保持器的储存处。foup可以包含一个塔或者可以跨foup的面包含多个塔。塔可以相对于整体foup尺寸较小。因此，塔可以是例如4mm宽、4mm深，并且如塔126大体上绘出的那样与期望数量的狭缝所需的高度一样高(要指出的是，这不是按比例绘出的，因此这种塔在用于300mm晶片的foup中要窄得多)。塔的前部被置于foup前方的入口。可替代地，较大的塔(诸如所绘出的塔122)可以保持持有一个或多个待测样品的一个或多个“托盘”124。塔可以被永久地安装，或者可以是标准foup中通过支架等限位的可移除的插入件。可以采用机器人将tem网格或薄片或其它样品插入到“经修改的”foup中的适当的槽中。
示例2
在另一个实施例中，如图2a-b中所示，晶片复制品(scow)100包括以em网格插座102的形式的多个样品凹部。图2a提供了斜向俯视图，而图2b呈现了示出凹部在晶片复制品的表面上被形成为凹陷的部分侧视图。虽然图2a示出了具有仅覆盖晶片复制品100的上表面101的一部分的em网格插座102的晶片复制品(scow)100，但是可以设想，em网格插座102可以跨晶片复制品(scow)100的表面的大部分延伸。每个em网格插座102携带em网格104，em网格104携带em薄片。具体而言，晶片复制品100首先被装载到与待测试的晶片邻近的em样品制备工具中。em网格104已经被置于em网格插座102中。em样品制备工具从晶片形成em薄片样品，并且然后使用本文公开的方法将它们附接到em网格104。然后使用foup(未示出)将携带多个em网格104的晶片复制品100传送到em分析工具。在一个实施例中，em分析工具被设计为包括foup处理机，该foup处理机接收foup并且完全或部分地提取晶片复制品以用于从它们的样品凹部移除所选择的em样品。emfoup处理机包括从晶片复制品100提升em网格104并且将它们带入到em中以用于成像分析的机制。
在某些实施例中，显微操纵器和中空微探针探测器使用真空压力将微探针尖端附着到样品。通过经由微探针尖端向薄片施加小的真空压力，可以比通过单独使用静电力更牢固地保持薄片并且薄片的布置可以被更准确地控制。美国专利8,357,913中描述了一种这样的机制，通过引用将该专利并入本文。
在em样品处理的变型中，如图3中所示，晶片复制品(scow)100包括至少一个子载体106。子载体106被置于晶片复制品100的上表面101上或上表面101中，并且子载体106被设计为携带多个tem网格插座102。在一个实施例中，子载体106包括两个、三个或更多个em网格插座102，以便能够携带多个em网格104。然后，em分析工具可以将子载体106与晶片复制品100分离或以其它方式与晶片复制品100分开并且整个子载体106可以被放置在em分析工具的真空室内以用于串行成像。这种方法提高了成像系统的效率，因为它允许一次将多于一个em样品放置在em工具的真空室中。因此，在某些实施例中，子载体与em“自动装载器”结合使用。自动装载器适于与保持多个em网格的“盒子”结合工作。这种盒子适于被从具有特殊选项来使用该特征的em装载/卸载。
在一个实施例中，子载体106由与晶片复制品100相同的材料形成，并且优选地其尺寸被设计为使得子载体106适合在em分析工具的真空室内。子载体的尺寸的数量以及因此可以被保持在载体上的网格的数量仅受到em设备的样品室的内部尺寸的限制。
这个示例中的晶片复制品优选地被设计为具有与示例1中所公开的晶片复制品相同的尺寸、形状和材料。在某些实施例中，如果需要，则复制品晶片的实际厚度可以比标准晶片厚一点，但是仍然与晶片和foup处理装备兼容。
示例3
foup的主要工厂自动化可以被认为被分为三部分。首先，foup经由amhs从一个位置到另一个位置四处移动。这通常是通过抓住foup顶部上的“凸缘”来完成的。只要foup的外部构造和重量与amhs兼容，而foup的内容与该过程无关。foup处理的第二个方面是打开foup的“前”门以及反过来关闭它。同样，foup里面是什么都与该过程的发生没有关系。就高架轨道和foup递送而言，这些是foup处理系统的仅有的两个重要方面。最后一部分通常由供应商应用的单独的处理或计量装备执行。在foup被打开后，机器人可以从foup中抓出晶片。
在另一个实施例中，em薄片以不需要晶片或晶片复制品的方式被装载到经修改的foup中。在这个实施例中，一旦em薄片由薄片制备工具制备，它们就被直接装载到被设计为直接接收薄片的经修改的foup中的小槽中，而不是必须使用晶片复制品。经修改的foup优选地与amhs的foup处理装备兼容。在一个这样的实施例中，经修改的foup设有具有多个槽的盒子，该多个槽各自保持em网格。对于一个非限制性示例，盒子将是大约一(1)英寸高(2.54cm)和大约4mm宽，并且被配置为保持多个em网格。经修改的foup的外部将仍然与其它amhs装备兼容，以使得能够使用现有的amhs装备将使经修改的foup在fab中移动，但是经修改的foup的内部被配置为接收诸如上文阐述的盒子之类的盒子，而不是半导体晶片。
图6描绘了薄片或其它测试样品经由样品载体通过fab或数据存储设施的流的一个实施例，该样品载体的尺寸被设计为适合在foup中并且经由设施的amhs系统传输。如所绘出的，薄片或其它测试样品从半导体晶片或数据存储盘制备并且被传送到em网格或其它测试基板。装载了测试样品的em网格或基板被放置在scow中的指定凹部中。scow被装载到foup中。然后scow可以经由amhs被输送到存储装置或者可以被直接输送到测试装置，该测试装置包括适于执行tem、sem、stem、双束、eds、edx和eels测试以及可能期望的任何电子测试或其它测试中的任何一种或其组合的测试装置。
示例4
在另一个实施例中，em薄片或被装载在em网格上的薄片被直接装载到如下载体中的具有适当尺寸的槽中：该载体具有对应于foup的外部尺寸并且与foup处理装备兼容，但是该载体具有用于直接接收em薄片或em网格的装置。在其它实施例中，em薄片被装载到中间载体中，中间载体被装载到经适当修改的foup中。在任一种情况下，foup被用来使em薄片移动通过fab或数据存储设施。在一种情况下，foup移动附接有薄片的晶片，在另一个实施例中，foup移动充当用于em网格的载体和数据映射存储设备的晶片状物体(本文称为scow)。在这些实施例中，em成像工具或其它样品测试装置以所公开的形式之一接收包含样品的foup。
在某些实施例中，诸如em设备之类的测试仪器适于包括接收foup并且充当em仪器加foup处理机的机械机制。
如图7中所绘出的，在一个实施例中，提供了包括将装载有晶片的foup移动到em样品制备工具的过程。晶片从foup移除并且样品被制备。例如，晶片的位点特定的区域(诸如利用聚焦离子束(fib))被铣削至电子透明。利用显微操纵器将薄的薄片从它的“沟槽”移除。在某些实施例中，样品可以经由静电力附接到显微操纵器尖端并且从它的沟槽移除。被称为非原位提出(exlo)样品的这些样品使用自动化技术被传送到晶片形的em样品保持器。样品可以被直接安装到晶片形em样品保持器中的样品保持平台或柱(设计1)。可替代地，样品可以使用自动化例程被传送到碳涂层em网格、聚乙烯醇缩甲醛(formvar)涂层网格、多孔碳网格或被直接传送到小网状em网格的表面(设计2)。在300mmem样品保持器上，将存在用于em样品的数百个单元格或凹部。在某些实施例中，em制备工具能够制备em样品、将它们从晶片分离、以及传送它们并且将它们附接到em样品保持器晶片(晶片复制品)。制备工具可以适于并排装载常规晶片和em样品保持器晶片。在足够数量的样品被装载到样品保持器晶片上之后，em样品保持器晶片将被卸载到foup并且被传送到em分析工具。在某些实施例中，样品被装载到em室中、被带入电子束中并且被分析。在分析之后，em样品保持器晶片可以被清洁以供重新使用或者被存储以用于对所收集的样品的后续进一步分析或重新评估。在某些实施例中，相对于各种晶片分别存储样品的“库”。
在替代的设计中，晶片状样品保持器被设计为具有用于tem分析的通孔。tem样品被附接到保持器并且位于孔的上方。tem样品分析工具具有将附接有tem样品的孔带到束下的机制。
示例5
在一个实施例中，通过fab的工作流包括foup由附接到tem的efem接收。foup门被打开，scow被移除。小机器人挑选感兴趣的tem网格，并且将它装载到tem保持器中。tem保持器被装载到tem中。通常该过程将被自动化。在另一个实施例中，小机器人挑选感兴趣的tem网格并且将它装载到“自动装载器”盒子(诸如可从fei公司获得的“自动装载器”盒子)中。自动装载器盒子被装载到tem中，并且现有的基础设施允许将感兴趣的tem网格放置到tem网格保持器上。
本文引用的所有出版物、专利和专利申请都通过引用并入本文，如同本文阐述了它们的全部内容一样。虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是本描述并不旨在以限制性的含义被解释。参考说明书，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例对于本领域技术人员将是明显的。因此，旨在所附权利要求涵盖这些修改和增强。
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