SEM图像增强

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年3月19日提交的EP申请21163831.7的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文中的描述涉及图像增强领域，并且具体涉及扫描电子显微镜(SEM)图像增强。

背景技术

在集成电路(IC)的制造过程中，对未完成或完成的电路部件进行检查，以确保它们根据设计被制造并且没有缺陷。可以采用使用光学显微镜或带电粒子(例如，电子)束显微镜(诸如扫描电子显微镜(SEM))的检查系统。随着IC部件的物理尺寸不断缩小并且其结构也变得越来越复杂，缺陷检测和检查的准确性和生产量变得越来越重要。

然而，在检查电绝缘材料时，SEM图像的质量通常受到SEM诱导的充电伪影的影响。在SEM成像中用于减少SEM诱导的充电伪影的已知技术是对使用不同扫描方向获得的多个SEM图像进行平均。然而，期望对本领域进行进一步的改进。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种降低扫描电子显微镜(SEM)图像中的样本充电效应的方法，方法包括：从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；从参数为第二量第二电子束扫描获得第二SEM图像，第二量不同于第一量；以及基于卷积方程，生成经降低样本充电效应的图像，经降低样本充电效应的图像包括第一SEM图像的表示、第二SEM图像的表示、与第一SEM图像相对应的第一点扩散函数以及与第二SEM图像相对应的第二点扩散函数。

根据本发明的第二方面，提供了一种降低扫描电子显微镜(SEM)图像中的样本充电效应的方法，方法包括：从参数为第一量的电子束扫描获得第一SEM图像；从参数为第二量的电子束扫描获得第二SEM图像，第二量不同于第一量；以及基于第一和第二卷积方程，生成经降低样本充电效应的图像；其中第一卷积方程包括：第一扫描电子显微镜图像的表示；以及与第一扫描电子显微镜图像相对应的第一充电点扩散函数；并且第二卷积方程包括：第二扫描电子显微镜图像的表示；以及与第二扫描电子显微镜图像相对应的第二充电点扩散函数。

根据本发明的第三方面，提供了一种降低扫描电子显微镜(SEM)图像中的样本充电效应的方法，方法包括：从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，第二量不同于第一量；使用卷积方程，从第一和第二SEM图像中检索点扩散函数；基于卷积方程，生成经降低样本充电效应的图像，卷积方程包括第一SEM图像的表示、第二SEM图像的表示以及所检索的点扩散函数。

根据本发明的第四方面，提供了一种方法，包括：从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，第二量不同于第一量；以及根据第一电子束扫描和第二电子束扫描之间的样本充电效应的差异，基于卷积方程生成图像，卷积方程包括第一SEM图像的表示、第二SEM图像的表示、与第一SEM图像相对应的第一点扩散函数以及与第一点扩散函数有关的第二点扩散函数。

附图说明

本公开的实施例的其它优点将从以下结合附图的描述中变得显而易见，其中通过例示和示例阐述了本发明的某些实施例。

图1是图示了根据本公开的实施例的示例性电子束检查(EBI)系统的示意图。

图2是图示了根据本公开的实施例的、可以是图1的示例性电子束检查系统的一部分的示例性电子束工具的示意图。

图3是根据本公开的实施例的SEM诱导的充电效应的示例过程的图示。

图4是根据本公开的实施例的生成SEM图像的方法的流程图。

图5是根据本公开的实施例的生成SEM图像的方法的流程图。

图6a是根据本公开的实施例的增强的SEM图像的图示。

图6b是根据本公开的实施例的与第一扫描线相关联的波形的图示，其中第一扫描线与SEM图像相关联。

图6c是根据本公开的实施例的与第二扫描线相关联的波形的图示，其中第二扫描线与SEM图像相关联。

图7a是根据本公开的实施例的第一点扩散函数的图示。

图7b是根据本公开的实施例的第二点扩散函数的图示。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，示例性实施例的示例在附图中图示。以下描述参考附图，其中除非另有表示，否则不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元素。示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式并不表示所有实现方式。相反，它们仅是与如所附权利要求中所记载的所公开的实施例有关的方面相一致的设备和方法的示例。例如，尽管一些实施例在利用电子束的上下文中描述，但本公开不限于此。其他类型的带电粒子束也可以类似地应用。此外，可以使用其他成像系统，诸如光学成像、照片检测、X射线检测等。

电子器件由在被称为基板的硅片上形成的电路构成。许多电路可以在同一硅片上一起形成并且被称为集成电路或IC。这些电路的尺寸已显著减小，使得更多的电路可以安装在衬底上。例如，智能手机中的IC芯片可以像指甲一样小，但可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸不到人类头发尺寸的1/1000。制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的过程，通常涉及数百个单独的步骤。即使是一个步骤中的错误也可能导致成品IC出现缺陷，从而使其变得无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这样的缺陷，以将工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，改进工艺的整体产率。

改进产率的一个组成部分是监视芯片制造过程，以确保其生产足够数目的功能性集成电路。监视过程的一个方法是在芯片电路结构形成的各个阶段对其进行检查。检查可以使用扫描电子显微镜(SEM)来执行。SEM可以被用于对这些极小的结构进行成像，实际上是对结构进行“拍照”。图像可以被用于确定结构是否正确形成以及它是否在正确的位置中形成。如果结构有缺陷，则过程可以被调整，使得缺陷不太可能再次发生。可能期望为缺陷检测和检查过程提供更高的生产量，以满足IC制造商的要求。

然而，由SEM图像指示的结构的错误可以是“真的”或者可能是“假的”。例如，当SEM对结构进行成像时，图像中可能会出现失真，导致结构出现变形或错位，而实际上，在结构的形成或放置中不存在错误。失真可能是由晶片的结构与扫描阶段期间引入的电子相互作用之后，在晶片结构上的电荷积累和变化而引起。SEM因此可能不再生成忠实表示结构的图像。

本文中的公开内容描述了用于生成具有减少失真的SEM图像的方法和系统等。因此，根据本文所公开的方法生成的SEM图像可以更忠实于原始结构，使得IC可以以更准确的结果进行检查，并且不会在“假的”错误上浪费时间。在一个示例中，使用在不同条件下(例如，不同扫描方向)拍摄的两个(或更多个)图像。这两个图像和用于生成它们的不同条件的影响的知识可以被用于数学计算更准确的图像。

现在参考图1，其图示了根据本公开的实施例的示例性电子束检查(EBI)系统100。EBI系统100可以被用于成像。如图1所示，EBI系统100可以包括主室101、装载/锁定室102、电子束工具104和设备前端模块(EFEM)106。电子束工具104位于主室101内。虽然描述和附图针对电子束，但可以理解，实施例不用于将本公开限制为特定带电粒子。

EFEM 106可以包括第一装载端口106a和第二装载端口106b。EFEM 106可以包括(多个)附加的装载端口。第一装载端口106a和第二装载口106b接收包括晶片(例如，半导体晶片或由其他材料制成的晶片)或待检查样本(晶片和样本可互换使用)的晶片前开式传送盒(FOUP)。

EFEM 106中的一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片输送到装载/锁定室102。装载/锁定室102被连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，装载/锁定真空泵系统去除装载/锁定室102中的气体分子以达到低于大气压力的第一压力。在达到第一压力之后，一个或多个机械臂(未示出)可以将晶片从装载/锁定室102输送到主室101。主室101被连接到主室真空泵系统(未示出)，主室真空泵系统去除主室101中的气体分子以达到低于第一压力的第二压力。在达到第二压力之后，晶片由电子束工具104进行检查。电子束工具104可以是单束系统或多束系统。

控制器109以电子方式连接到电子束工具104并且也可以以电子方式连接到其它部件。控制器109可以是被配置为执行EBI系统100的各种控制的计算机。控制器109还可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能的处理电路。虽然控制器109在图1中被示出为在包括主室101、装载/锁定室102和EFEM 106的结构外部，但可以理解，控制器109可以是结构的一部分。

在一些实施例中，控制器109可以包括一个或多个处理器(未示出)。处理器可以是能够操纵或处理信息的通用或特定电子设备。例如，处理器可以包括以下项的任意数目的组合：中央处理单元(或“CPU”)、图形处理单元(或“GPU”)、光学处理器、可编程逻辑控制器、微控制器、微处理器、数字信号处理器、知识产权(IP)内核、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻辑(GAL)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、专用集成电路(ASIC)以及能够进行数据处理的任何类型的电路。处理器也可以是虚拟处理器，其包括跨经由网络耦合的多个机器或设备分布的一个或多个处理器。

在一些实施例中，控制器109还可以包括一个或多个存储器(未示出)。存储器可以是能够存储处理器可访问(例如，经由总线)的代码和数据的通用或特定电子设备。例如，存储器可以包括以下项的任意数目的任意组合：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁盘、硬盘驱动器、固态驱动器、闪存驱动器、安全数字(SD)卡、记忆棒、紧凑型闪存(CF)卡或任何类型的存储设备。代码可以包括操作系统(OS)和针对特定任务的一个或多个应用程序(或“app”)。存储器也可以是虚拟存储器，其包括跨经由网络耦合的多个机器或设备分布的一个或多个存储器。

现在参考图2，其图示了根据本公开的实施例的示例性成像系统200。图2的电子束工具104可以被配置用于EBI系统100。电子束工具104可以是单束设备或多束设备。如图2所示，电子束工具104可以包括电动样本台201，以及由电动样本台201支撑以保持待检查的晶片203的晶片保持件202。电子束工具104还可以包括物镜组件204、电子检测器206(其包括电子传感器表面206a和206b)、物镜孔径208、会聚透镜210、射束限制孔径212、枪孔径214、阳极216和阴极218。在一些实施例中，物镜组件204可以包括经修改的摆动式物镜延迟浸没透镜(SORIL)，其包括极片204a、控制电极204b、偏转器204c和激励线圈204d。

初级电子束220通过在阳极216和阴极218之间施加加速电压而从阴极218发射。初级电子束220传递通过枪体孔径214和射束限制孔径212，这两者可以确定电子束进入会聚透镜210的尺寸，会聚透镜210位于射束限制孔径212下方。会聚透镜210在射束进入物镜孔径208之前，将初级电子束220聚焦，以设置电子束进入物镜组件204之前的尺寸。偏转器204c偏转初级电子束220，以促进在晶片上进行射束扫描。例如，在扫描过程中，偏转器204c可以被控制为在不同时间点，将初级电子束220依次偏转到晶片203的顶表面的不同位置上，从而为晶片203的不同部分提供图像重建数据。此外，偏转器204c还可以被控制为在不同时间点，将初级电子束220偏转到特定位置处的晶片203的不同侧面，以为该位置处的晶片结构提供立体图像重建数据。此外，在一些实施例中，阳极216和阴极218可以生成多个初级电子束220，并且电子束工具104可以包括多个偏转器204c，以用于将多个初级电子束220同时投射到晶片的不同部分/侧面，从而为晶片203的不同部分提供图像重建数据。

激励线圈204d和极片204a生成磁场，磁场在极片204a的一个端部处开始，并且在极片204a的另一端部处终止。被初级电子束220扫描的晶片203的一部分可以被浸入磁场中并且可以带电，这进而创建电场。电场在撞击初级电子束220与晶片203碰撞之前降低了撞击初级电子束220在晶片203表面附近的能量。控制电极204b与极片204a电隔离，控制晶片203上的电场以防止晶片203的微拱化并确保适当射束聚焦。

次级电子束222可以在接收初级电子束220时从晶片203的部分发射。次级电子束222可以在电子检测器206的传感器表面206a和206b上形成束斑。电子检测器206可以生成表示束斑强度的信号(例如，电压、电流等)并将信号提供给图像处理系统250。次级电子束222的强度和所产生的束斑可以根据晶片203的外部或内部结构而变化。此外，如上所述，初级电子束220可以在特定位置处，被投射到晶片的顶表面或晶片的不同侧面的不同位置上，以生成不同强度的次级电子束222(和所产生的束斑)。因此，通过将束斑的强度与晶片203的位置进行映射，处理系统可以重建反映晶片203的内部或表面结构的图像。

成像系统200可以被用于在样本台201上检查晶片203并且包括如上所述的电子束工具104。成像系统200还可以包括图像处理系统250，图像处理系统250包括图像采集器260、存储装置270和控制器109。图像采集器260可以包括一个或多个处理器。例如，图像采集器260可以包括计算机、服务器、主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像采集器260可以借助诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、因特网、无线网络、无线电或其组合的介质与电子束工具104的检测器206连接。图像采集器260可以接收来自检测器206的信号并可以构建图像。图像采集器260可以由此采集晶片203的图像。图像采集器260还可以执行各种后处理功能，诸如生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像采集器260可以执行所采集的图像的亮度和对比度等的调整。存储装置270可以是存储介质，诸如硬盘、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其他类型的计算机可读存储器等。存储装置270可以与图像采集器260耦合并且可以被用于将所扫描的原始图像数据保存为原始图像，并且保存经后处理的图像。图像采集器260和存储装置270可以被连接到控制器109。在一些实施例中，图像采集器260、存储装置270和控制器109可以被一起集成为一个控制单元。

在一些实施例中，图像采集器260可以基于从检测器206接收的成像信号来采集样本的一个或多个图像。成像信号可以对应于用于进行带电粒子成像的扫描操作。所采集的图像可以是包括多个成像区域的单个图像。单个图像可以被存储在存储装置270中。单个图像可以是可以划分为多个区域的原始图像。每个区域可以包括包含晶片203的特征的一个成像区域。

在一些实施例中，SEM图像可以是单独的SEM图像，单独的SEM图像可以由初级电子束220沿单个扫描方向在晶片203上进行单个扫描而生成。在一些实施例中，SEM图像可以是通过将多个SEM图像进行平均而生成的第一平均SEM图像，每个SEM图像由初级电子束220沿相同扫描方向在晶片203上进行单个扫描而生成。本公开的实施例不限于由任何特定的方法生成的任何特定的SEM图像并且所公开的方法和系统可以增强包括但不限于本文中的示例的SEM图像。

缺陷检测中的一个挑战是由检查工具(例如，SEM)引入的伪影。伪影并非来自最终产品的实际缺陷。它们可能会扭曲或降低待检查的图像的质量并导致缺陷检测困难或不准确。例如，当使用SEM来检查电绝缘材料时，SEM图像的质量通常会受到SEM诱导的充电伪影的影响。

现在参考图3，图3是根据本公开的实施例的SEM诱导的充电效应的示例过程的图示。SEM生成初级电子束(例如，图2中的初级电子束220)，以进行检查。在图3中，初级电子束302的电子被投射到样本304的表面上。样本304可以是绝缘材料，诸如非导电抗蚀剂、二氧化硅层等。初级电子束302的电子可以穿透绝缘体样本304的表面一定深度，从而在相互作用体积306中与绝缘体样本304的粒子相互作用。初级电子束302的一些电子可以与相互作用体积306中的粒子进行弹性相互作用(例如，以弹性散射或碰撞的形式)并且可以从样本304的表面反射或反冲。弹性相互作用保持相互作用的主体(例如，初级电子束302的电子和样本304的粒子)的总动能，其中相互作用主体的动能都会转换为其他形式的能量(例如，热能、电磁能等)。由弹性相互作用生成的这样的反射电子可以被称为背散射电子(BSE)，诸如图3中的BSE 308。初级电子束302的某些电子可以与相互作用体积306中的粒子非弹性相互作用(例如，以非弹性散射或碰撞的形式)。非弹性相互作用不保持相互作用主体的总动能，其中相互作用主体的部分或全部动能转换为其他形式的能量。例如，借助非弹性相互作用，初级电子束302的某些电子的动能可以引起粒子的原子的电子激发和跃迁。这样的非弹性相互作用也可以生成离开样本304的表面的电子，其可以被称为次级电子(SE)，诸如图3中的SE 310。BSE和SE的产率或发射率与例如初级电子束302的电子能量和被检查的材料等相关。初级电子束302的电子的能量可以部分地由其加速电压(例如，图2中的阳极216和阴极218之间的加速电压)赋予。BSE和SE的量可以比初级电子束302的注入电子更多或更少(甚至相同)。传入和传出电子的不平衡可能导致电荷(例如，正电荷或负电荷)在样本304表面上积累。额外电荷可以局部积聚在样本304的表面上或附近，这可以被称为SEM诱导的充电效应。

通常，绝缘材料(例如，许多类型的抗蚀剂)可以带正电，因为传出的电子(例如，BSE或SE)通常超过SEM的初级电子束的传入电子，并且额外的正电荷积聚在绝缘体材料的表面上或附近。图3示出了SEM诱导的充电效应发生并导致绝缘体样本304的表面上积聚的正电荷的情况。正电荷可以被物理建模为空穴312。在图3中，初级电子束302注入相互作用体积306中的电子可以扩散到相互作用体积306的相邻体积，其可以被称为扩散电子，诸如扩散电荷314。扩散电子可以在样本304中与正电荷(例如，空穴)重新组合，诸如重组对316。电荷的扩散和重组可能影响空穴312的分布。空穴312可能通过例如将BSE和SE吸引回样本304的表面，增加初级电子束302的电子的着陆能量，导致初级电子束302的电子偏离其预期的着陆斑点，或者干扰绝缘体样本304的表面与BSE和SE的电子检测器(诸如图2中的电子检测器206)之间的电场而引起问题。

SEM诱导的充电效应可以使由电子检测器接收的SEM信号衰减和失真，从而可以进一步使所采集的SEM图像失真。此外，由于样本304是非导电的，当初级电子束302跨其表面扫描时，正电荷可以沿着初级电子束302的路径累积。这样的正电荷的积累可能会使得所采集的SEM图像中的失真增加或复杂化。由SEM诱导的充电效应引起的这样的失真可以被称为SEM诱导的充电伪影。由于电荷主要沿着初级电子束302的路径积累，因此SEM诱导的充电伪影可能主要沿扫描方向产生。SEM诱导的充电伪影可能会在估计所制造的结构的几何尺寸时引起错误或者导致在检查中错误识别缺陷。

现在参考图4，其图示了根据本公开的一个实施例的生成SEM图像的方法的流程图。方法使用分集技术(诸如相位分集技术或方向分集技术)以从图像数据中推断SEM诱导的充电伪影。方法使用两个或更多个采集的SEM图像。SEM图像中的一个SEM图像是使用上述技术采集的SEM图像，该图像可能遭受未知SEM诱导的充电伪影。一个或多个附加SEM图像然后被采集，同时以已知方式改变未知的SEM诱导的充电伪影。例如，SEM电子束扫描的参数可以改变。在减少SEM诱导的充电伪影的情况下，然后可以生成增强的SEM图像。

根据实施例的方法可以特别有利地靠近成像对象的特征边缘。根据实施例的方法可以特别有利地靠近与扫描方向平行的特征边缘。

在步骤402处，对成像对象(例如，晶片或样本)的一个或多个特征执行第一SEM电子束扫描。因此可以获得第一SEM图像。

第一SEM电子束扫描使用具有第一值集合的参数集来执行。参数集包括射束性质和扫描性质。射束性质可以包括例如电子束的射束电流和射束轮廓。扫描性质可以包括例如电子束扫描的扫描方向和扫描速度。

在步骤404处，对成像对象的一个或多个特征执行第二SEM电子束扫描。因此可以获得第二SEM图像。

第二SEM电子束扫描使用具有第二值集合的参数集来执行。第二预定值集合不同于参数集中的参数之一的第一值集合。即，SEM电子束扫描性质中的一个性质被改变。在实施例中，第二电子束扫描利用与第一电子束扫描的对应射束性质不同的射束性质来执行。在另一实施例中，第二电子束扫描利用与第一电子束扫描的对应扫描性质不同的扫描性质来执行。在一个实施例中，两次扫描以不同的扫描方向来执行。在一个实施例中，两次扫描以不同的扫描速度执行。在一个实施例中，两次扫描以不同的射束电流执行。在一个实施例中，两次扫描使用不同的射束轮廓执行。

在一个实施例中，相同的电子束可以被用于获得第一SEM图像和第二SEM图像。在一个备选实施例中，用于获取第一SEM图像的电子束可以与用于获取第二SEM图像的电子束相同。在又一实施例中，用于获取第一SEM图像的电子束可以与获取第二SEM图像的电子束足够相似。当电子束特性的差异(除了由改变的射束性质引入的任何差异)不会对所获取的图像产生实质性影响的情况下，可以使用例如足够相似的电子束。例如，多射束SEM可以被用于获取SEM图像。多射束中的一个电子束可以被用来获得第一SEM图像，而多射束中的不同电子束可以被用于获得第二SEM图像。

在一个实施例中，相同的特征可以由第一扫描和第二扫描来进行扫描。在备选实施例中，如果第一特征集与第二特征集足够相似，一个特征集可以在第一扫描中扫描并且对应的第二特征集可以在第二扫描中扫描。例如，第一行的孔可以在第一方向上扫描并且第二行孔可以在第二方向上扫描。如果孔足够相似(如在作为光刻设备的高精度制造设备中可能出现的情况)，就可以获得根据实施例的增强的SEM图像。在这样的布置中，生产量可能会增加，因为每行孔仅被扫描一次。

本公开不限于任何特定类型特征的成像。尽管前面的示例已涉及接触孔的成像，但这仅是可以使用该方法的许多可能特征中的一个特征。其他可能特征包括但不限于线和空间、柱、尖端到尖端特征以及尖端到线到尖端的特征。

在步骤406处，增强的SEM图像从所获得的第一SEM图像和第二SEM图像生成。所生成的SEM图像可以具有由SEM诱导的充电伪影所产生的降低的效果。

现在将描述从第一SEM图像和第二SEM图像生成增强的SEM图像。

第一SEM图像可以通过以下方程来描述：

I

其中I

可以理解，t仅是函数f和g的变量并且不一定表示时间。

点扩散函数可以被描述为SEM诱导的充电伪影对SEM图像的影响。在没有SEM诱导的充电伪影的情况下，点扩散函数可以通过狄拉克δ函数来描述。点扩散函数也可以更一般地描述为成像系统的脉冲响应。点扩散函数因此与成像系统的“模糊”有关。

第二SEM图像也可以由以下方程来类似描述：

I

其中I

因此，包括两个方程(方程1和3)和三个未知数(I

此外，第一图像的点扩散函数PSF

因此，获得包括两个方程和两个未知数的方程组。通过同时求解两个方程，可以生成增强的SEM图像。

方程组可以通过任何合适的已知方法求解。求解方法可以包括解析求解法和数值求解法。在一些实施例中，这两个方程通过计算来求解。

现在参考图5，该流程图图示了根据本公开的实施例的生成SEM图像的方法。流程图具体图示了优选实施例，其中通过首先检索点扩散函数，然后生成增强的SEM图像，分两步求解上述方程组。

在步骤502处，例如如图4的步骤402所述，获得第一SEM图像。

在步骤504处，例如如图4的步骤404所述，获得第二SEM图像。

在步骤506处，第一和第二点扩散函数之一被检索。从第一和第二点扩散函数中检索的点扩散函数通过求解以上概述的两个联立方程1和2来检索。一旦第一和第二点扩散函数中的一者被检索，第一和第二点扩散函数中的另一者就可以通过第一和第二点扩散函数之间的关系来获得。

点扩散函数可以通过逐像素求解两个联立方程来检索。

点扩散函数可以备选地通过使用参数化模型对点扩散函数进行参数化来检索。这可以显著降低计算复杂性、计算成本和/或计算时间。在一个实施例中，点扩散函数可以通过由以下给出的参数化模型来描述：

PSF(x)＝εδ(x)-ae

其中ε、a、γ、b和c是待确定的优化或拟合参数，δ(x)是狄拉克/克罗内克(Dirac/Kroneker)增量函数，并且θ(x)是Heaviside阶跃函数。

在另一实施例中，点扩散函数可以备选地由以下给出的2D参数化模型来描述：

其中D是待确定的优化或拟合参数。

本公开不限于上述参数化模型的示例，并且任何合适的参数化模型可以被用于检索点扩散函数。

两个方程1和3可以同时求解两个未知数。方程可以通过优化方法来求解，其中成本函数可以被表示为所获得的SEM图像与真实SEM图像之间的平方差。平方差可以被表示为：

L＝∑

成本函数然后可以被任何合适的优化方法使用，例如，迭代查找PSF和I

作为另一示例，标量成本因子L可以是绝对差，而不是平方差。

在测量噪声降低了检索点扩散函数和真实图像的准确值的可能性的实施例中，成本函数的表述可以被扩展为包括所谓的正则化项或先前项。求解联立方程的过程然后可能会对噪声问题更加鲁棒。

在步骤508处，增强的SEM图像使用所检索的点扩散函数而被生成。所生成的SEM图像可能具有来自SEM诱导的充电伪影的降低的效果。

增强的SEM图像可以使用第一和第二SEM图像以及所检索的点扩散函数，根据方程组生成。

增强的SEM图像可以通过任何合适的已知方法从联立方程组生成。

在一个实施例中，增强的SEM图像通过使用傅里叶变换而生成。傅里叶变换可以包括但不限于快速傅里叶变换。

在一个实施例中，在检索到点扩散函数之后，增强的SEM图像可以通过以下方程生成：

其中I

在实施例中，真实图像可以备选地通过再次使用优化方法而生成。例如，真实图像可以使用方程6中的成本函数来生成。由于点扩散函数可能已被检索，因此成本函数中唯一未知数是真实图像。与检索点扩散函数类似，成本函数可以被定义为任何合适的成本函数，例如平方差，诸如方程6中的平方差或绝对差。正则化项或先前项可以被引入以改进噪声存在时的准确性或稳定性。

现在将参考图6，其图示了根据实施例的示例性增强SEM图像。图6(a)示出了接触孔的模拟SEM图像。模拟SEM图像具有第一扫描线602和第二扫描线604。第一扫描线602穿过特征的一个或多个边缘。第二扫描线604位于特征边缘附近并平行于特征边缘。

图6(b)图示了SEM图像在第一扫描线602处的波形。图6(b)示出了使用通过模拟获得的、具有沿第一扫描线602的相对扫描方向的的第一模拟SEM图像和第二模拟SEM图像而生成的增强SEM图像的波形。图6(b)进一步比较了根据实施例生成的增强的SEM图像与模拟的真实SEM图像、不使用任何增强技术的模拟SEM图像以及通过将第一模拟SEM图像和第二模拟SEM图像进行平均而生成的SEM图像。

可以看出，与非增强的SEM图像相比，实施例提供了至少在某些区域中明显更接近真实图像的增强的SEM图像。

图6(c)中，图示了SEM图像在第二扫描线604处的波形。图6(c)示出了使用通过模拟获得的、具有沿第二扫描线604的相对扫描方向的第一模拟SEM图像和第二模拟SEM图像而生成的增强的SEM图像的波形。图6(c)进一步比较了根据实施例生成的增强的SEM图像与模拟的真实SEM图像、不使用任何增强技术的模拟SEM图像以及通过将第一模拟SEM图像和第二模拟SEM图像进行平均而生成的SEM图像。

可以看出，当SEM电子扫描射束平行于特征边缘移动时，实施例是特别有利的。如背景部分所述，减少SEM诱导的充电伪影的已知技术是使用不同的扫描方向来采集多个SEM图像并对这些图像进行平均。特别是当SEM电子束扫描沿特征边缘移动时，实施例提供了对平均技术的显著改进。这是因为当扫描射束沿特征边缘平行移动时，已知SEM信号会减弱。因此，当使用相对的扫描方向获得两个SEM图像时，两个SEM图像的平均无法提供改进的图像，因为伪影同样存在于正向和反向扫描方向上。

因此，与增强SEM图像的其它已知技术相比，根据实施例生成的增强的SEM图像可以具有来自SEM诱导的充电伪影的降低效果。实施例可以进一步提供对非增强SEM图像的显著改进。根据实施例生成的增强的SEM图像可以与真实图像相同。

实施例提供了比先前已知技术更进一步的优势。当SEM电子扫描射束平行于特征边缘移动时，减弱的SEM信号可能会导致SEM图像中特征轮廓的问题。因此，可能存在“轮廓缺失”。实施例提供了具有改进的清晰度的特征边缘、从而防止“轮廓缺失”的增强的SEM图像。

现在将参考其中第一和第二扫描以相对的扫描方向执行的一个示例实施例。

描述第一和第二SEM图像的方程可以被描述为：

I

其中下标x被用于表示正x方向上的扫描，并且下标-x被用于表示负x方向上的扫描。

由于两个相对的扫描方向，第一和第二点扩散函数可以基于SEM诱导的充电伪影的已知差异而相关联。如前所述，SEM诱导的充电伪影主要沿着SEM电子束扫描的扫描方向存在。因此，如果扫描方向改变，SEM诱导的充电伪影的初级轴也会以类似的方式改变。此外，点扩散函数与SEM诱导的充电伪影有关。因此，点扩散函数与扫描方向有关。在第二扫描方向与第一扫描方向相对的一个示例中，第二扫描方向是第一扫描方向在与第一扫描方向正交的平面中的反射。因此，以类似的方式，第二点扩散函数是第一点扩散函数在与表示和第一扫描方向平行的方向的轴正交的平面中的反射。换言之，第二点扩散函数是第一点扩散函数的镜像版本。

这可以在图7中看到，图7图示了针对该示例的第一和第二点扩散函数如何在相对扫描方向的情况下相关。图例7(a)示出了第一点扩散函数。图7(b)示出了第二点扩散函数。

通过使用联立方程组中第一和第二点扩散函数之间的该关系，可以通过求解联立方程的上述任何方法来生成增强的SEM图像。

现在将参考示例实施例，其中第一和第二扫描以不同的扫描方向执行，但不一定是相对的扫描方向。

根据感兴趣特征的几何形状，第一和第二扫描方向可以是合适的扫描方向。

第一和第二点扩散函数然后可以以与具有相对扫描方向的先前示例类似但更通用的方式而彼此关联。

同样，由于两个相对的扫描方向，第一和第二点扩散函数可以基于SEM诱导的充电伪影的已知差异而相关。如前所述，SEM诱导的充电伪影主要沿着SEM电子束扫描的扫描方向存在，并且点扩散函数与SEM诱导的充电伪影有关。因此，点扩散函数与扫描方向有关。

第一和第二扫描方向可以被视为指示其方向的矢量。在第二扫描方向不同于第一扫描方向的一个示例中，第二扫描方向矢量可以被视为第一扫描方向矢量在包括第一和第二扫描方向矢量的平面中通过旋转量的旋转(或换言之，围绕与第一和第二扫描方向矢量正交的轴的旋转)。因此，以类似方式，第二点扩散函数是第一点扩散函数围绕表示与第一和第二扫描方向正交的方向的轴，通过旋转量的旋转。

例如，在由正交的x-y-z轴描述的3D几何图形中，其中第一和第二扫描方向矢量位于x-y平面中，第二扫描方向矢量是第一扫描方向矢量围绕z轴，通过旋转量的旋转。类似地，第二点扩散函数将是第一点扩散函数围绕z轴，通过旋转量的旋转。

通过使用联立方程组中第一和第二点扩散函数之间的这种关系，可以通过求解联立方程的上述任何方法来生成增强的SEM图像。

现在将参考示例实施例，其中在第一扫描和第二扫描之间改变与扫描方向不同的电子束扫描参数。经改变的电子束扫描参数可以包括扫描速度、射束电流或射束轮廓。

在两个SEM图像之间改变扫描速度的一个示例中，由于两个不同的扫描速度，第一和第二点扩散函数可以基于SEM诱导的充电伪影的已知差异而相关。扫描速度的改变将产生点扩散函数的扩张或收缩版本。换言之，点扩散函数已通过已知的扫描速度变化诱导的量来进行缩放。

在两个SEM图像之间改变射束轮廓的一个示例中，射束轮廓可以例如通过改变透镜的强度，使得射束可以离焦而被改变。第一和第二点扩散函数然后可以基于由于离焦(或射束轮廓的其他变化)而导致的SEM诱导的充电伪影的已知差异而相关。射束焦点的改变将导致点扩散函数的各向同性膨胀。这类似于光学中使用的相位分集技术。

在两个SEM图像之间改变射束电流的一个示例中，较低的射束电流可能足够小，不会产生显著的SEM诱导的充电伪影。较高的射束电流然后可能足够大，以至于受到SEM诱导的充电伪影的严重影响。方程1和3然后可以被描述为：

I

I

其中n

因此，寻求存在具有两个未知数的两个方程的解(I

即使第一和第二SEM图像中存在噪声，增强的SEM图像也可以根据实施例生成。

在处理具有噪声的SEM图像时，可以使用降噪技术。在处理具有噪声的SEM图像时，根据实施例对联立方程组进行求解的方法可以被修改为包括适当的正则化选择。例如，根据实施例求解联立方程组的方法可以被修改为在优化成本函数中包括未知真实图像的平方范数|I

实施例包括使用除第一和第二SEM图像之外的附加SEM图像。增强的SEM图像因此可以被进一步改进。增强的SEM图像可能会具有来自SEM诱导的充电伪影进一步降低的效果。附加SEM图像可以通过具有进一步改变的电子束扫描参数的扫描来获得。例如，使用一个或多个附加扫描方向获得的一个或多个附加SEM图像可以被使用。在一个实施例中，每个附加SEM图像具有与每个其他SEM图像不同的改变。

为了清楚起见，附图中部件的相对尺寸可以夸大。在以下附图描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件或实体，并且仅描述相对于各个实施例的差异。

如本文所使用的，除非另有特别说明，除非在不可行，否则术语“或者”包括所有可能的组合。例如，如果声明部件可以包括A或B，则除非另有明确说明或不可行，否则部件可以包括A、或者B、或者A和B。作为第二示例，如果声明部件可以包括A、B或者C，则除非另有明确说明或不可行，否则部件可以包括A、或者B、或者C、或者A和B、或者A和C、或者B和C、或者A和B和C。

可以提供非暂态计算机可读介质，非暂态计算机可读介质存储指令，供控制器的处理器执行图像检查、图像采集、激活带电粒子源、调整像散器的电激发、调整电子的着陆能量、调整物镜激发、调整次级电子检测器的位置和方向、载物台运动控制、分束器激发、对射束偏转器施加扫描偏转电压、接收和处理与来自电子检测器的信号信息相关联的数据、配置静电元件、检测信号电子、调整控制电极电位、调整施加到电子源、提取电极和样本的电压等。非暂态介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动装置、磁带或任何其他磁性数据存储介质、光盘只读存储器(CD-ROM)、任何其他光学数据存储介质、带有孔图案的任何物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)和可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存EPROM或任何其他闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式存储器及其联网版本。

实施例可以进一步使用以下条款来描述：

1.一种降低扫描电子显微镜(SEM)图像中的样本充电效应的方法，所述方法包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，第二量不同于第一量；以及

基于卷积方程，生成降低了样本充电效应的图像，所述卷积方程包括第一SEM图像的表示、第二SEM图像的表示、与第一SEM图像相对应的第一点扩散函数以及与第二SEM图像相对应的第二点扩散函数。

2.根据条款1所述的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括：根据所述第一电子束扫描和所述第二电子束扫描之间的样本充电效应的差异，将所述第一点扩散函数与所述第二点扩散函数相关联。

3.根据条款1或2的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括：使用所述卷积方程，从所述第一SEM图像和所述第二SEM图像中检索所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数中的一者或两者。

4.根据条款3的方法，其中检索所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数中的一者或两者的步骤包括以参数化形式来表达所述点扩散函数。

5.根据条款3或4所述的方法，其中生成所述降低了充电效应的图像的步骤包括：使用所检索的所述点扩散函数以生成所述降低了样本充电效应的图像。

6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描方向。

7.根据条款6所述的方法，其中所述第一量是第一方向，并且其中所述第二量是与所述第一方向相对的第二方向。

8.根据条款7所述的方法，其中所述第二点扩散函数是所述第一点扩散函数关于与表示平行于所述第一方向的方向的轴正交的平面的反射。

9.根据条款1至5中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描速度。

10.根据条款1至5中任一项的方法，其中所述参数是电子束电流。

11.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述降低了样本充电效应的图像根据包括一个或多个傅里叶变换运算的一个或多个方程而生成。

12.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法还包括从附加电子束扫描中获得一个或多个附加SEM图像，其中针对附加电子束扫描中的每个电子束扫描的参数与所述第一量和所述第二量不同。

13.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

使用扫描电子显微镜来执行所述第一电子束扫描；以及

使用所述扫描电子显微镜来执行所述第二电子束扫描。

14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括其上记录有指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时，实现根据前述条款中任一项所述的方法。

15.一种系统，包括：

扫描电子显微镜(SEM)，被配置为使用电子束进行扫描并生成图像；以及

非暂态机器可读介质，存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得所述处理器与SEM协作以执行操作，所述操作包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，所述第二量不同于所述第一量；以及

基于卷积方程，生成降低了样本充电效应的图像，所述卷积方程包括所述第一SEM图像的表示、所述第二SEM图像的表示、与所述第一SEM图像相对应的第一点扩散函数以及与所述第二SEM图像相对应的第二点扩散函数。

16.一种降低扫描电子显微镜(SEM)图像中的样本充电效应的方法，所述方法包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，第二量不同于第一量；以及

基于第一卷积方程和第二卷积方程，生成降低了样本充电效应的图像，

其中：

所述第一卷积方程包括：

第一扫描电子显微镜图像的表示；以及

与所述第一扫描电子显微镜图像相对应的第一充电点扩散函数；并且

所述第二卷积方程包括：

第二扫描电子显微镜图像的表示；以及

与所述第二扫描电子显微镜图像相对应的第二充电点扩散函数。

17.根据条款16所述的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括：根据所述第一电子束扫描和所述第二电子束扫描之间的样本充电效应的差异，将所述第一点扩散函数与所述第二点扩散函数相关联。

18.根据条款16或17所述的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括：使用卷积方程，从所述第一SEM图像和所述第二SEM图像中检索所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数中的一者或两者。

19.根据条款18所述的方法，其中检索所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数中的一者或两者的步骤包括以参数化形式来表达点扩散函数。

20.根据条款18或19所述的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括：使用所检索的所述点扩散函数以生成所述降低了样本充电效应的图像。

21.根据条款16至20中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描方向。

22.根据条款21所述的方法，其中所述第一量是第一方向，并且其中所述第二量是与所述第一方向相对的第二方向。

23.根据条款22所述的方法，其中所述第二点扩散函数是所述第一点扩散函数关于与表示平行于所述第一方向的方向的轴正交的平面的反射。

24.根据条款16至20中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描速度。

25.根据条款16至20中任一项所述的方法，其中所述参数是电子束电流。

26.根据条款16至25中任一项所述的方法，其中所述降低了样本充电效应的图像根据包括一个或多个傅里叶变换运算的一个或多个方程而被生成。

27.根据条款16至26中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：从附加电子束扫描中获得一个或多个附加SEM图像，其中针对所述附加电子束扫描中的每个电子束扫描的参数与所述第一量和所述第二量不同。

28.根据条款16至27中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

使用扫描电子显微镜来执行所述第一电子束扫描；以及

使用所述扫描电子显微镜来执行所述第二电子束扫描。

29.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括其上记录有指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时，实现根据条款16所述的方法。

30.一种系统，包括：

扫描电子显微镜(SEM)，被配置为使用电子束来进行扫描并生成图像；以及

非暂态机器可读介质，存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得所述处理器与SEM协作以执行操作，所述操作包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，所述第二量不同于所述第一量；以及

基于第一卷积方程和第二卷积方程，生成降低了样本充电效应的图像；

其中所述第一卷积方程包括：

第一扫描电子显微镜图像的表示；以及

与所述第一扫描电子显微镜图像相对应的第一充电点扩散函数；并且

所述第二卷积方程包括：

第二扫描电子显微镜图像的表示；以及

与所述第二扫描电子显微镜图像相对应的第二充电点扩散函数。

31.一种降低扫描电子显微镜(SEM)图像中的样本充电效应的方法，所述方法包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，所述第二量不同于所述第一量；以及

使用卷积方程，从第一和第二SEM图像中检索点扩散函数；

基于卷积方程，生成降低了样本充电效应的图像，所述卷积方程包括第一SEM图像的表示、第二SEM图像的表示和所检索的所述点扩散函数。

32.根据条款31所述的方法，其中检索所述点扩散函数的步骤包括：根据所述第一电子束扫描和所述第二电子束扫描之间的样本充电效应的差异，将所述第一点扩散函数与所述第二点扩散函数相关联。

33.根据条款31或32所述的方法，其中检索所述点扩散函数的步骤包括以参数化形式来表达所述点扩散函数。

34.根据条款31至33中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描方向。

35.根据条款34所述的方法，其中所述第一量是第一方向并且其中所述第二量是与所述第一方向相对的第二方向。

36.根据条款31至33中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描速度。

37.根据条款31至33中任一项所述的方法，其中所述参数是电子束电流。

38.根据条款31至37中任一项所述的方法，其中所述降低了样本充电效应的图像根据包括一个或多个傅里叶变换运算的一个或多个方程而生成。

39.根据条款31至38中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：从附加电子束扫描中获得一个或多个附加SEM图像，其中针对附加电子束扫描中的每个电子束扫描的参数是不同于所述第一量和所述第二量的量。

40.根据条款31至39中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

使用扫描电子显微镜来执行所述第一电子束扫描；以及

使用所述扫描电子显微镜来执行所述第二电子束扫描。

41.一种计算机程序产品，包括其上记录有指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时，实现根据条款31所述的方法。

42.一种系统，包括：

扫描电子显微镜(SEM)，被配置为使用电子束进行扫描并生成图像；以及

非暂态机器可读介质，存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得所述处理器与所述SEM协作以执行操作，所述操作包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量第二电子束扫描获得第二SEM图像，所述第二量不同于所述第一量；以及

基于卷积方程，生成降低了样本充电效应的图像，所述卷积方程包括所述第一SEM图像的表示、所述第二SEM图像的表示以及所检索的点扩散函数。

43.一种方法，包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，所述第二量不同于所述第一量；以及

根据所述第一电子束扫描和所述第二电子束扫描之间的样本充电效应的差异，基于卷积方程，生成图像，所述卷积方程包括所述第一SEM图像的表示、所述第二SEM图像的表示、与所述第一SEM图像相对应的第一点扩散函数以及与所述第一点扩散函数有关的第二点扩散函数。

44.根据条款43所述的方法，其中所生成的所述图像是具有降低的样本充电效应的图像。

45.根据条款43或44所述的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括：使用所述卷积方程，从所述第一SEM图像和所述第二SEM图像中检索所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数中的一者或两者。

46.根据条款45所述的方法，其中检索所述第一点扩散函数和所述第二点扩散函数中的一者或两者的步骤包括以参数化形式来表达点扩散函数。

47.根据条款45或46所述的方法，其中生成所述降低了样本充电效应的图像的步骤包括使用所检索的所述点扩散函数来生成所述降低了样本充电效应的图像。

48.根据条款43至47中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描方向。

49.根据条款48所述的方法，其中所述第一量是第一方向并且其中所述第二量是与所述第一方向相对的第二方向。

50.根据条款49所述的方法，其中所述第二点扩散函数是所述第一点扩散函数关于与表示平行于所述第一方向的方向的轴正交的平面的反射。

51.根据条款43至47中任一项所述的方法，其中所述参数是扫描速度。

52.根据条款43至47中任一项所述的方法，其中所述参数是电子束电流。

53.根据条款43至52中任一项所述的方法，其中所述降低了样本充电效应的图像根据包括一个或多个傅里叶变换运算的一个或多个方程而生成。

54.根据条款43至53中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：从附加电子束扫描中获得一个或多个附加SEM图像，其中针对所述附加电子束扫描中的每个电子束扫描的参数与所述第一量和所述第二量不同。

55.根据条款43至53中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

使用扫描电子显微镜来执行所述第一电子束扫描；以及

使用所述扫描电子显微镜来执行所述第二电子束扫描。

56.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括其上记录有指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时，实现根据条款43所述的方法。

57.一个系统，包括：

扫描电子显微镜(SEM)，被配置为使用电子束进行扫描并生成图像；以及

非暂态机器可读介质，存储指令，所述指令在由处理器执行时，使得所述处理器与所述SEM协作以执行操作，所述操作包括：

从参数为第一量的第一电子束扫描获得第一SEM图像；

从参数为第二量的第二电子束扫描获得第二SEM图像，所述第二量不同于所述第一量；以及

根据所述第一电子束扫描和所述第二电子束扫描之间的样本充电效应的差异，基于卷积方程，生成图像，所述卷积方程包括所述第一SEM图像的表示、所述第二SEM图像的表示、与所述第一SEM图像相对应的第一点扩散函数以及与所述第一点扩散函数有关的第二点扩散函数。

可以理解，本公开的实施例不限于以上已描述的和在附图中示出的确切结构并且可以在不脱离其范围的情况下进行各种修改和更改。本公开已结合各种实施例进行了描述，考虑本文所公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员是显而易见的。旨在将说明书和实施例仅视为示例性，其真正的范围和精神由所附权利要求来指示。

上述描述旨在用于例示，而不是限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下进行所描述的修改。