用于脉冲电压对比度检测和充电动态捕获的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年7月31日提交的美国申请63/059,568、于2020年11月13日提交的美国申请63/113,782以及于2021年7月7日提交的美国申请63/219,278的优先权，这些申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文提供的实施例公开了带电粒子束装置，并且更具体地公开了用于通过增强电子显微镜中的电压对比信号来改进缺陷检测能力和电路性能测试的系统和方法。

背景技术

在集成电路(IC)的制造过程中，检查未完成或完成的电路部件以确保它们根据设计制造并且无缺陷。利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))的检查系统可以被采用。随着IC部件的物理尺寸持续缩小并且它们的结构持续变得更加复杂，缺陷检测和检查中的准确度和生产量变得更加重要。电路或电路部件中的瞬态电缺陷可能导致所存储的电荷的有限变化率、对电荷流动的阻力、电荷泄漏等。尽管现有的电压对比缺陷检测技术可以检测具有毫秒到微秒范围内的时间常数的瞬态缺陷，但是具有纳秒到皮秒范围内的时间常数的高电阻缺陷可能未被检测到，使得缺陷检查过程和检查工具不足以用于其期望的目的。

此外，测试这些未完成或完成的电路部件以确保其性能(诸如速度或操作频率)符合预期设计或应用。尽管现有的测试技术一旦完成部件就可以提供所需的信息，但是当电路部件尚未完成时，人们可能无法在较早阶段收集类似的测试数据。

在现有的电压对比检查方法中，结构的灰度级可以与参考灰度级值范围进行比较以检测缺陷。示出在参考范围之外的绝对灰度级值的结构可以被识别为缺陷。该方法虽然可以用作用于确定器件中的完全开路和泄漏的定性表征技术，但是不能提供器件结构中的缺陷(诸如，部分开路或空隙)的定量分析。

发明内容

本公开的一个方面涉及带电粒子束装置，带电粒子束装置包括：带电粒子源，其被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子束；光源，其被配置为生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；带电粒子检测器，其被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及具有电路系统的控制器，其被配置为施加第一信号以使得光源生成脉冲光束，并且施加第二信号以发起对第二多个带电粒子的检测。

在一些实施例中，脉冲光束可以包括多个激发脉冲。包括电路系统的控制器还可以被配置为将第一信号施加到光源以生成具有第一频率的多个激发脉冲，并且将第二信号施加到带电粒子检测器，第二信号具有与第一频率基本上类似的第二频率。在一些实施例中，包括电路系统的控制器还可以被配置为向带电粒子源施加第三信号，以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲带电粒子束。

本公开的另一方面涉及带电粒子束装置，其包括：带电粒子源，其被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子束；光源，其被配置为生成脉冲光束，脉冲光束包括第一激发脉冲和第二激发脉冲，第一激发脉冲在与样本表面相互作用时，生成第一多个带电粒子的第一部分；第二激发脉冲在与样本表面相互作用时，生成第一多个带电粒子的第二部分；带电粒子检测器，其被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及具有电路系统的控制器，其被配置为调整脉冲光束的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟，并且调整脉冲光束的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，其中第二时间延迟不同于第一时间延迟。在一些实施例中，第二时间延迟可以长于或短于第一时间延迟。

本公开的另一方面涉及带电粒子束装置，其包括：带电粒子源，其被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子束；光源，其被配置为生成辐射样本区域的光脉冲，其中辐射从样本区域生成第一多个带电粒子；带电粒子检测器，其被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及具有电路的控制器，其被配置为施加第一信号以使得光源生成光脉冲，将第二信号施加到带电粒子检测器以检测第二多个带电粒子，以及调整第一信号和第二信号之间的时间延迟。控制器可以包括电路系统，电路系统还被配置为施加第二信号的第一部分以发起对第二多个带电粒子的检测，并且施加第二信号的第二部分来终止对第二多个带电粒子的检测，其中第一部分包括第二信号相对于参考信号的上升沿，并且第二部分包括第二信号相对于参考信号的下降沿。控制器可以包括电路系统，电路系统还被配置为基于由带电粒子检测器生成的输出信号来确定与样本的探测点相关联的信息，并且其中输出信号基于在第二信号的第一部分和第二部分之间经过的检测时间内检测到的第二多个带电粒子。控制器可以包括电路系统，电路系统还被配置为基于所确定的与样本的探测点相关联的信息以检测缺陷。

本公开的另一方面涉及带电粒子束装置的控制器。控制器可以包括电路系统，电路系统被配置为施加第一信号以使得光源被配置为生成脉冲光束，脉冲光束与样本相互作用，相互作用生成第一多个带电粒子；以及将第二信号施加到带电粒子检测器，带电粒子检测器被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改。

本公开的另一方面涉及带电粒子束装置的控制器。控制器可以包括电路系统，电路系统被配置为调整脉冲光束的第一激发脉冲和对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟；以及调整脉冲光束的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，其中第二时间延迟不同于第一时间延迟。

本公开的另一方面涉及使用带电粒子束装置来形成样本图像的方法，带电粒子束装置包括带电粒子源、光源、带电粒子检测器和控制器。方法可以包括：激活带电粒子源，以沿着初级光轴生成初级带电粒子束；激活光源，以生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；使用控制器，向带电粒子检测器施加信号，以检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及基于检测到的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

本公开的另一方面涉及使用带电粒子束装置来形成样本图像的方法，带电粒子束装置包括带电粒子源、光源，带电粒子检测器和控制器。方法可以包括：激活带电粒子源，以沿着初级光轴生成初级带电粒子束；激活光源，以生成包括第一激发脉冲和第二激发脉冲的脉冲光束，第一激发脉冲在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第一部分，第二激发脉冲在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第二部分；使用带电粒子检测器，检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；使用控制器，调整多个激发脉冲中的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟，以及多个激发脉冲中的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，其中第二时间延迟不同于第一时间延迟。方法还可以包括基于检测到的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

本公开的另一方面涉及电子束检查装置。电子束检查装置可以包括电子源，电子源被配置为生成辐射样本区域的初级电子束，区域包括结构。设备还可以包括：电子检测器，其被配置为检测从所辐射的区域生成的多个信号电子；以及具有电路系统的控制器，其被配置为获取结构的多个图像并且基于节点的多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性。结构可以包括电节点。在一些实施例中，结构可以与电节点相关联。

本公开的另一方面涉及用于确定样本上的结构的特性的方法。方法可以包括激活电子源，以生成辐射样本区域的初级电子束，区域包括结构。方法还可以包括使用电子检测器来检测从所辐射的区域生成的多个信号电子，获取结构的多个图像，以及基于节点的多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行观察样本的方法。方法可以包括：激活带电粒子源以生成初级带电粒子束；激活光源以生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；将信号施加到带电粒子检测器以检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及基于检测到的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行观察样本的方法。方法可以包括：激活带电粒子源以生成初级带电粒子束；激活光源以生成包括第一激发脉冲和第二激发脉冲的脉冲光束，第一激发脉冲在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第一部分，第二激发脉冲在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第二部分；检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在衬底上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；调整多个激发脉冲中的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟；调整多个激发脉冲中的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，其中第二时间延迟不同于第一时间延迟；以及基于检测到的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由电子束装置的一个或多个处理器执行以使得电子束装置执行确定样本上的结构的特性的方法。方法可以包括：激活电子源以生成辐射样本区域的初级电子束，区域包括结构；基于通过辐射样本区域生成并且使用电子检测器检测的信号电子，获取结构的多个图像；以及基于节点的多个图像的灰度级变化率，确定结构的特性。

本公开的另一方面涉及带电粒子束装置，其包括：带电粒子源，其被配置为生成沿着初级光轴并且入射到样本的第一区域上的初级带电粒子；光源，其被配置为生成与样本的第二区域相互作用的光束，光束与样本的第二区域之间的相互作用可以涉及基于光束的特性，在样本中生成电荷载流子；以及带电粒子检测器，其被配置为检测由初级带电粒子与样本的第一区域的相互作用生成的次级带电粒子，其中光束特性的调整可以引起所生成的次级带电粒子的特性的变化。

本公开的另一方面涉及用于识别样本中的缺陷的方法。方法可以包括：激活带电粒子源，以生成沿着初级光轴并且入射到样本的第一区域上的初级带电粒子；激活光源，以生成具有特性并且与样本的第二区域相互作用的光束；检测由初级带电粒子与样本的第一区域的相互作用生成的次级带电粒子，其中调整光束的特性可以引起所生成的次级带电粒子的特性的变化；获取样本的第一区域的多个图像；以及基于样本的第一区域的多个图像的灰度级变化来识别缺陷，该灰度级变化与所生成的次级带电粒子的特性变化相关联。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行识别样本中的缺陷的方法。方法可以包括：激活带电粒子源，以生成沿着初级光轴并且入射到样本的第一区域上的初级带电粒子；激活光源，以生成具有特性并且与样本的第二区域相互作用的光束；检测由初级带电粒子与样本的第一区域的相互作用生成的次级带电粒子，其中调整光束的特性引起所生成的次级带电粒子的特性的变化；获取样本的第一区域的多个图像；以及基于样本的第一区域的多个图像的灰度级变化来识别缺陷，该灰度级变化与所生成的次级带电粒子的特性的变化相关联。

本公开的另一方面涉及系统，系统包括：第一粒子源，其被配置为生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；带电粒子束装置，其包括：被配置为生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束的第二粒子源，被配置为检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用生成的次级带电粒子的带电粒子检测器，以及控制器。控制器可以包括被配置为向第一粒子源施加第一信号的电路系统，其中第一信号包括与脉冲粒子束中的多个脉冲的定时相关联的信息。控制器还可以被配置为向带电粒子检测器施加第二信号，第二信号被配置为基于第一信号来操作带电粒子检测器。

本公开的另一方面涉及方法，方法包括：使用第一粒子源，生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；使用第二粒子源，生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；以及检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用生成的次级带电粒子；向第一粒子源施加第一信号，其中第一信号包括与脉冲粒子束中的多个脉冲的定时相关联的信息；以及向带电粒子检测器施加第二信号，第二信号被配置为基于第一信号来操作带电粒子检测器。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由装置的一个或多个处理器执行以使得设备执行方法。方法可以包括：使得第一粒子源生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；使得第二粒子源生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用生成的次级带电粒子；从第一粒子源施加第一信号，其中第一信号包括与脉冲粒子束中的多个脉冲的定时相关联的信息；以及向带电粒子检测器施加第二信号，第二信号被配置为基于第一信号来操作带电粒子检测器。

本公开的另一方面涉及系统，系统包括：第一粒子源，其被配置为生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；带电粒子束装置，其包括第二粒子源，第二粒子源被配置为生成入射到样本区域上的脉冲初级带电粒子束；以及控制器。控制器可以包括电路系统，电路系统被配置为施加第一信号以使得第一粒子源生成脉冲粒子束，施加第二信号以使得第二粒子源生成脉冲初级带电粒子束，并且调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

本公开的另一方面涉及方法，方法包括：将第一信号施加到第一粒子源，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束，所生成的脉冲束被配置为向样本区域上设置的电结构供应能量；将第二信号施加到第二粒子源，以使得第二粒子源生成入射到样本区域上的脉冲初级带电粒子束；以及调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在所施加的第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由装置的一个或多个处理器执行以使得装置执行方法。方法可以包括：施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束，从而向样本区域上设置的电结构供应能量；施加第二信号，以使得第二粒子源生成入射到样本区域上的脉冲初级带电粒子束；以及调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在所施加的第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

本公开的另一方面涉及系统，系统包括第一粒子源，其被配置为生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束。系统还可以包括带电粒子束装置，其包括：第二粒子源，其被配置为生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；以及带电粒子检测器，其被配置为检测由初级带电粒子与样本区域之间的相互作用生成的次级带电粒子，其中带电粒子检测器还被配置为在检测之前修改次级带电粒子的特性；以及具有电路系统的控制器，其被配置为施加第一信号以使得第一粒子源生成脉冲粒子束，施加第二信号以使得第二粒子源生成连续初级带电粒子束，以及调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

本公开的另一方面涉及方法，方法包括：施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束；施加第二信号，以使得第二粒子源生成连续初级带电粒子束；以及调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟；以及使用带电粒子检测器，检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用生成的次级带电粒子，其中带电粒子检测器被配置为在检测之前，修改次级带电粒子的特性。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行方法。方法可以包括：生成脉冲粒子束，脉冲粒子束被配置为向样本区域上设置的电结构供应能量；生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用生成的次级带电粒子，其中带电粒子检测器被配置为在检测之前修改次级带电粒子的特性；施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束；施加第二信号，以使得第二粒子源生成连续初级带电粒子束；以及调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

本公开的另一方面涉及包括第一粒子源的系统，第一粒子源被配置为生成向包括多个晶体管的电结构供应能量的脉冲粒子束。响应于从脉冲粒子束接收能量，电结构可以被配置为切换多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态，从而实现瞬态电荷流动，其中瞬态电荷流动引起多个电磁脉冲的发射。系统还可以包括被配置为检测多个电磁脉冲的检测器。

本公开的另一方面涉及方法，方法包括：生成脉冲粒子束，脉冲粒子束被配置为向包括多个晶体管的电结构供应能量；响应于从脉冲粒子束接收所供应的能量，切换多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态，从而实现瞬态电荷流动，其中瞬态电荷流动导致以发射频率发射多个电磁脉冲；以及检测多个电磁脉冲，以基于多个电磁脉冲的发射频率，确定电结构的振荡频率。

本公开的另一方面涉及存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由设备的一个或多个处理器执行以使得设备执行方法。方法可以包括：生成脉冲粒子束，脉冲粒子束被配置为向包括多个晶体管的电结构供应能量；响应于从脉冲粒子束接收能量，切换多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态，从而实现瞬态电荷流动，其中瞬态电荷流动导致以发射频率发射多个电磁脉冲；以及检测多个电磁脉冲，以基于发射频率来确定电结构的振荡频率。

根据以下结合附图的描述，本公开的实施例的其他优点将变得显而易见，在附图中通过图示和示例的方式阐述了本发明的某些实施例。

附图说明

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包括光子源和控制器的示例性带电粒子束装置的示意图。

图4A是根据本公开的实施例的图3的带电粒子束装置中的光子源和控制器的示例性配置的示意图。

图4B图示了根据本公开的实施例的施加到图3的信号电子检测器的检测信号的示例性脉冲波形。

图5是根据本公开的实施例的图3的带电粒子束装置中的光子源的示例性配置的示意图。

图6是集成芯片的示例性6T SRAM单元的示意图。

图7是根据本公开的实施例的使用增强型电压对比信号以检测缺陷的示例性方法的示意图。

图8是根据本公开的实施例的使用增强型电压对比信号以检测缺陷的示例性方法的示意图。

图9是表示根据本公开的实施例的使用图3的带电粒子束装置来观察样本的示例性方法的过程流程图。

图10是表示根据本公开的实施例的使用图3的带电粒子束装置来观察样本的示例性方法的过程流程图。

图11是根据本公开的实施例的示例性电节点的示意图。

图12是根据本公开的实施例的包括图像处理系统、图像获取系统和控制器的示例性电子束检查装置的示意图。

图13是根据本公开的实施例的确定样本上的结构或半导体节点的特性的示例性方法的过程流程图。

图14是根据本公开的实施例的基于样本的灰度级变化来模拟样本的电特性的模型的示例性配置的示意图。

图15是表示根据本公开的实施例的确定结构的特性的示例性方法的过程流程图。

图16A是根据本公开的实施例的NMOS和PMOS器件结构的示例性正常和开路金属触点的示意图。

图16B是根据本公开的实施例的半导体器件中的N+/P结的示例性缺陷触点的示意图。

图17图示了根据本公开的实施例的表示在图16的半导体器件中作为激光功率密度的函数绘制的金属触点的灰度级值的数值数据的数据图。

图18是根据本公开的实施例的通过半导体器件中的电荷控制来检测缺陷的示例性方法的过程流程图。

图19是根据本公开的实施例的使用电压对比(VC)技术以用于缺陷检测的示例性装置的示意图。

图20是根据本公开的实施例的使用电压对比(VC)技术以用于缺陷检测的示例性装置的示意图。

图21是根据本公开的实施例的使用电压对比(VC)技术以用于缺陷检测的示例性装置的示意图。

图22是根据本公开的实施例的在图19的带电粒子束装置中使用VC模式来检测缺陷的示例性方法的过程流程图。

图23是根据本公开的实施例的在图20的带电粒子束装置中使用VC模式来检测缺陷的示例性方法的过程流程图。

图24是根据本公开的实施例的在图21的带电粒子束装置中使用VC模式来检测缺陷的示例性方法的过程流程图。

图25是根据本公开的实施例的使用带电粒子束装置以用于测试电路功能的示例性装置的示意图。

图26是根据本公开的实施例的使用图25的装置来识别样本中的缺陷的示例性方法的过程流程图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中被示出。以下描述参考附图，其中除非另有说明，否则不同附图中的相同附图标记表示相同或类似的元素。在示例性实施例的以下描述中阐述的实现方式不代表所有实现方式。相反，它们仅是根据与如所附权利要求中所述的所公开的实施例有关的方面的装置和方法的示例。例如，尽管在利用电子束的上下文中描述了一些实施例，但是本公开不限于此。可以类似地应用其它类型的带电粒子束。此外，可以使用其它成像系统，诸如光学成像、光检测、x射线检测等。

电子器件由在被称为衬底的硅片上形成的电路构成。许多电路可以一起形成在同一硅片上，并且被称为集成电路或IC。这些电路的尺寸已显著减小，使得它们中的许多可以安装在衬底上。例如，智能电话中的IC芯片可以小至拇指盖并且还可以包括超过20亿个晶体管，每个晶体管的尺寸小于人头发尺寸的1/1000。

制造这些极小的IC是复杂、耗时且昂贵的工艺，通常涉及数百个单独的步骤。甚至一个步骤中的错误都有可能导致成品IC中的缺陷，从而使其无用。因此，制造工艺的一个目标是避免这样的缺陷，以使得工艺中制造的功能IC的数目最大化，即，改进工艺的总产率。

改进产率的一个部件是监控芯片制造过程，以确保其生产足够数目的功能集成电路。监控过程的一种方式是在芯片电路结构形成的各个阶段检查芯片电路结构。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成像，实际上，拍摄这些结构的“照片”。图像可以被用于确定结构是否被正确地形成以及其是否在正确的位置形成。如果结构是有缺陷的，则过程可以被调整，因而缺陷不太可能再次出现。期望针对缺陷检测和检查过程具有更高的生产量来满足IC制造商的要求。

检测垂直高密度结构(诸如3D NAND闪存器件)中的掩埋缺陷可能具有挑战性。检测这样的器件中的掩埋或表面上的电缺陷的几种方法之一是在SEM中使用电压对比法。在该方法中，样本的材料、结构或区域中的电导率差异导致其SEM图像中的对比度差异。在缺陷检测的上下文中，样本表面下的电缺陷可以在样本表面上生成电荷变化，因此电缺陷可以通过样本表面的SEM图像中的对比度来检测。为了增强电压对比度，可以采用被称为预充电或泛射的过程，其中在使用小射束电流但高成像分辨率的检查之前，样本的感兴趣区域可以暴露于大射束电流。对于检查，泛射的一些优点可以包括减少晶片的充电以最小化由于充电引起的图像失真，并且在一些情况下，增加晶片的充电以增强图像中的缺陷特征和周围的非缺陷特征的差异等。

在SEM中通过电压对比技术进行的缺陷检查除其他外可以包括：使用泛射束对样本进行预充电，检测来自样本的信号电子，以及基于由电子检测器检测到的信号电子的数目和类型，形成感兴趣区域的图像。在当前存在的检查系统中，对样本预充电和基于所检测的信号获取图像之间的时间段在几毫秒到几微秒的数量级。在一些情况下，诸如检测高电阻缺陷，减少预充电与使用线扫描平均值和光斑到光斑比较的检测之间的时间段可能有益于检测具有快速衰减速率的瞬态缺陷。尽管预充电和检测之间的较短时间段可以导致改进的检测灵敏度，然而，这样做可能不利地影响检查生产量。

诸如ASIC(专用集成电路)芯片的IC芯片可以包括电路系统部件，电路系统部件包括晶体管、电容器、二极管、SRAM和/或DRAM存储器单元、振荡器等。R-C(电阻器-电容器)电路的时间常数被称为通过电阻器将电容器从所施加电压的0至63.2％的初始充电电压充电所需的时间，或者将电容器放电至其初始充电电压的约36.8％所需的时间。在ASIC芯片中，基于应用，RC电路的时间常数可以是几飞秒(fs)。即使在RC电路中存在高电阻缺陷，导致电容器放电较慢并将时间常数增加到几皮秒，现有技术也可能无法检测到缺陷。此外，如果缺陷仅引起表面充电效应的瞬态变化，则由于低信噪比，次级电子信号的变化可能是不可检测的。因此，对于电压对比缺陷检测，可能期望在与器件中存在的瞬态缺陷的检测有关的时间帧中增强电压对比信号，以改进缺陷灵敏度，同时保持检查生产量。

在半导体器件中，诸如空隙或颗粒的掩埋缺陷可能导致完全开路和泄漏(短路)，或者在一些情况下，导致部分开路或部分泄漏。现有的电压对比(VC)检查技术虽然可用于检测导致完全开路或短路的缺陷，但是可能无法检测导致器件中部分开路或部分泄漏的空隙。通常，涉及表面上电子的泛射曝光的电压对比检查方法依赖于表面上结构的表面电势测量差。表示具有高表面电势的表面区域的像素的灰度级比表示较低表面电势区域的像素的灰度级更高(在SEM图像中显得更亮)。结构的灰度级与参考灰度级进行比较来检测缺陷。现有的电压对比检查技术除了是主要定性的表征技术之外，可能不足以检测引起不生成强灰度级对比度的部分开路和短路的缺陷。此外，随着半导体节点变得更小并且器件几何形状变得越来越复杂，除了定性缺陷检测之外，定量分析也可能是期望的。

在半导体FAB中，可能期望在整个制造过程中监控过程完整性和工具健康以检测不规则性或缺陷，并且在一些情况下，可能有助于预测缺陷的发生。在半导体器件的制造期间监控过程和工具健康的几种方法之一可以包括提取器件的电特性或物理特性，诸如接触电阻、电介质电容、膜厚度、化学计量、成分、临界尺寸、表面能等。提取这些特性的一些现有技术可以包括：电学方法，诸如形成可以在一个或多个工艺步骤中探测的电测试结构；光学方法，诸如光学反射光谱或散射测量；或者光电技术，诸如临界尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)量测来确定临界尺寸、线宽和空间。然而，这些现有技术具有使其不充分、无效或不准确的限制。例如，电测试结构并不总是代表产品电路系统，并且测量可以在形成探针焊盘之后进行。光学反射光谱或散射测量可以提供大区域之上的平均测量，并且可以在其参数范围内受到限制。尽管CDSEM量测可以提供精确的临界尺寸测量，但是它是耗时的，并且因此可能负面影响检查生产量。从CD测量导出的诸如电阻的电参数可能是不准确的，因为CDSEM量测没有考虑下层的影响以及它们与感兴趣结构的相互作用。因此，可能期望动态电压对比量测技术来定量地表征缺陷并提取电以及物理晶片参数来监控工艺、工具和晶片健康，同时维持检查生产量。

在VC检查方法中对样本(例如，晶片)预充电可以涉及使用电子或光子来泛射样本。在任一情况下，检查方法依赖于结构的表面电势测量差，从而导致外观上的对比度差异。通常，无缺陷的正常金属触点比诸如高电阻或开路的有缺陷的触点更亮。然而，在反向偏置阻断p-n结中，正常触点与有缺陷触点之间的对比度可能不够高，部分是因为缺乏中和电荷。克服该挑战的几种方式之一可以包括使用诸如激光器的光源来泛射样本，以生成大量的电子-空穴对，从而提供中和电荷并改变表面电势，使得可以获得高对比度。虽然激光器可以提供电荷来中和在电子束检查期间生成的正电荷，但是所生成的电荷载流子可能过多并且可能出现几个问题。作为一个示例，(1)诸如具有用于累积电荷的泄漏路径的器件之类的泄漏器件可能表现得与正常器件一样亮，致使检查技术不充分或甚至误导，以及(2)取决于检查期间视场中的灰度级值的集合，高电阻触点可能被解释和分类为开路。因此，可能期望动态电荷控制技术来在器件制造期间精确地识别半导体器件中的电缺陷。

IC芯片的电特性尤其会影响芯片的成本和产率。包括最大操作频率、电路速度和由IC芯片消耗的总功率等的电性质可以确定IC芯片的美元价值。电性质可以基于晶片上芯片的位置而变化。作为一个示例，与位于朝向晶片中心的管芯相比，边缘管芯可能易受更多的缺陷、不规则性等的影响，从而负面地影响总的产率和生产量。尽管在制造过程中的每个金属化步骤之后执行电测试，然而，这些测试仅提供与位于管芯中并远离划线的实际电路有关的有限信息。此外，因为探针卡可以物理地连接到金属触点，所以这些测试可能损坏触点，生成更多的缺陷。因此，在芯片制造期间，可能期望诸如通过测量测试结构的振荡频率来确定电路的电性能，同时保持总产率和生产量。

本公开的一些实施例涉及形成样本图像的带电粒子束装置和方法。装置可以包括带电粒子源、光源、带电粒子检测器和具有电路系统的控制器。带电粒子源可以包括被配置为生成初级电子束的电子源，初级电子束在与样本相互作用时生成次级电子或背散射电子。光源可以被配置为生成包括亚皮秒脉冲持续时间的激发脉冲的脉冲激光束。在与样本相互作用时，激发脉冲生成光电子，使得样本表面利用电荷泛射，从而增强由带电粒子检测器检测的次级电子或背散射电子信号中的电压对比信号。控制器可以包括同步数字电路，同步数字电路被配置为调整激发脉冲和检测信号之间的时间延迟，以调整由带电粒子检测器进行缺陷检测的灵敏度。光束的超短脉冲宽度可以使得能够检测具有几飞秒量级的快速衰减速率的缺陷，或者表征器件中的电路响应，诸如速度或频率。

本公开的一些实施例涉及电子束检查装置和方法，以确定半导体晶片上的结构的特性。装置可以包括电子源、电子检测器、具有电路系统的控制器和图像处理系统。在电子束检查装置的电压对比检查操作模式中，电子源可以被激活以生成初级电子束，初级电子束在与样本相互作用时生成信号电子，诸如次级或背散射电子。信号电子可以由电子检测器检测。控制器包括被配置为基于所检测的信号电子，获取包括节点的样本区域的多个图像的电路系统。图像处理器可以确定多个图像中的节点或与节点相关联的结构的灰度级值和灰度级值的梯度。基于结构的灰度级值的梯度，模型可以预测结构的电和物理特性。

为了清楚起见，附图中部件的相对尺寸可能被放大。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，并且仅描述关于各个实施例的区别。如本文所使用的，除非另外具体说明，否则除非不可行，术语“或者”涵盖所有可能的组合。例如，如果指出部件可以包括A或者B，则除非另外特别指出或不可行，否则部件可以包括A或者B，或者A和B。作为第二示例，如果说明部件可以包括A、B或者C，则除非特别说明或不可行，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。

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。如图1所示，带电粒子束检查系统100包括主腔10、装载-锁定腔20、电子束工具40和设备前端模块(EFEM)30。电子束工具40位于主腔10内。虽然描述和附图针对电子束，但是应当理解，这些实施例不用于将本公开限制为特定的带电粒子。

EFEM 30包括第一装载端口30a和第二装载端口30b。EFEM 30可以包括(多个)附加的装载端口。第一装载端口30a和第二装载端口30b接收晶片前开式传送盒(FOUP)，晶片前开式传送盒包含晶片(例如，半导体晶片或由其它(多种)材料制成的晶片)或待检查的样本(晶片和样本在下文统称为“晶片”)。EFEM 30中的一个或多个机械臂(未示出)将晶片传送到装载-锁定腔20。

装载-锁定腔20被连接到装载/锁定真空泵系统(未示出)，其去除装载-锁定腔20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)将晶片从装载-锁定腔20传送到主腔10。主腔10被连接到主腔真空泵系统(未示出)，其去除主腔10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，通过电子束工具40对晶片进行检查。在一些实施例中，电子束工具40可以包括单束检查工具。

控制器50可以被电连接到电子束工具40并且也可以被电连接到其它部件。控制器50可以是被配置为执行带电粒子束检查系统100的各种控制的计算机。控制器50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系统。尽管控制器50在图1中被示出为在包括主腔10、装载-锁定腔20和EFEM30的结构的外部，但是应当理解，控制器50可以是该结构的一部分。

虽然本公开提供了主腔10容纳电子束检查系统的示例，但是应当注意，本公开的各方面在其最广泛的意义上不限于腔容纳电子束检查系统。相反，应当理解，上述原理也可以被应用于其它腔。

现在参考图2，其图示了根据本公开的实施例的电子束工具40的示例性配置的示意图，电子束工具40可以是图1的示例性带电粒子束检查系统100的一部分。在一些实施例中，带电粒子可以包括电子并且带电粒子源可以包括电子源。电子束工具40(在本文中也被称为装置40)可以包括电子发射器，电子发射器可以包括阴极203、提取器电极205、枪孔径220和阳极222。电子束工具40还可以包括库仑孔径阵列224、会聚透镜226、射束限制孔径阵列235、物镜组件232和电子检测器244。电子束工具40还可以包括由电动台234支撑的样本保持器236，用于保持待检查的样本250。应当理解，根据需要，可以添加或省略其它相关部件。

在一些实施例中，电子发射器可以包括阴极203、阳极222，其中初级电子可以从阴极发射并被提取或加速以形成初级电子束204，初级电子束204形成初级射束交叉202。初级电子束204可以被可视化为从初级射束交叉202发射。

在一些实施例中，电子发射器、会聚透镜226、物镜组件232、射束限制孔径阵列235和电子检测器244可以与装置40的初级光轴201对准。在一些实施例中，电子检测器244可以沿次级光轴(未示出)偏离初级光轴201放置。

在一些实施例中，物镜组件232可以包括经修改的摆动物镜减速浸没透镜(SORIL)，其包括极片232a；控制电极232b；包括偏转器240a、240b、240d和240e的射束操纵器组件；以及激励线圈232d。在一般的成像过程中，从阴极203的尖端发出的初级电子束204被施加到阳极222的加速电压加速。初级电子束204的一部分穿过枪孔径220和库仑孔径阵列224的孔径，并由会聚透镜226聚焦，以便完全或部分地穿过射束限制孔径阵列235的孔径。穿过射束限制孔径阵列235的孔径的电子可以被修改的SORIL透镜聚焦，以在样本250的表面上形成探测点，并且由射束操纵器组件的一个或多个偏转器偏转来扫描样本250的表面。从样本表面发射的次级电子可以由电子检测器244收集，以形成感兴趣的扫描区域的图像。

在物镜组件232中，激励线圈232d和极片232a可以生成磁场。被初级电子束204扫描的样本250的一部分可以被浸没在磁场中并且可以被充电，这进而生成电场。电场可以减少在样本250的表面附近和表面上撞击初级电子束204的能量。与极片232a电隔离的控制电极232b可以控制例如样本250之上和样本250上的电场，以减小物镜组件232的像差并控制信号电子束的聚焦情况以用于获得高检测效率，或者避免电弧放电以保护样本。射束操纵器组件的一个或多个偏转器可以偏转初级电子束204，以便于在样本250上进行射束扫描。例如，在扫描过程中，偏转器240a、240b、240d和240e可以被控制为在不同的时间点，将初级电子束204偏转到样本250的顶表面的不同位置上，以提供用于针对样本250的不同部分的图像重建的数据。注意，240a-e的顺序在不同实施例中可以不同。

在接收到初级电子束204时，背散射电子(BSE)和次级电子(SE)可以从样本250的一部分发射。分束器240c可以将包括背散射和次级电子的(多个)次级或散射电子束引导到电子检测器244的传感器表面。被检测的次级电子束可以在电子检测器244的传感器表面上形成对应的束斑。电子检测器244可以生成表示所接收的次级电子束斑的强度的信号(例如，电压、电流)并将信号提供给诸如控制器50的处理系统。次级或背散射电子束的强度以及所产生的次级电子束斑可以根据样本250的外部或内部结构而变化。此外，如上所述，初级电子束204可以被偏转到样本250的顶表面的不同位置上，以生成不同强度的次级或散射电子束(以及所产生的束斑)。因此，通过映射次级电子束斑的强度与样本250的位置，处理系统可以重建反映晶片样本250的内部或外部结构的图像。

在一些实施例中，控制器50可以包括图像处理系统，图像处理系统包括图像获取器(未示出)和存储装置(未示出)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等介质或其组合的介质而通信地耦合到装置40的电子检测器244。在一些实施例中，图像获取器可以从电子检测器244接收信号并且可以构造图像。因此，图像获取器可以获取样本250的区域的图像。图像获取器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。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度等的调整。在一些实施例中，存储装置可以是存储介质，诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等。存储装置可以与图像获取器耦合，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和后处理图像。

在一些实施例中，控制器50可以包括测量电路(例如，模数转换器)，以获得所检测的次级电子和背散射电子的分布。在检测时间窗期间收集的电子分布数据与入射到样本(例如，晶片)表面上的初级射束204的对应扫描路径数据组合，可以被用于重建受检查的晶片结构的图像。经重建的图像可以被用于揭示样本250的内部或外部结构的各种特征，从而可以被用于揭示可能存在于晶片中的任何缺陷。

在一些实施例中，控制器50可以控制电动台234以在检查期间移动样本250。在一些实施例中，控制器50可以使得电动台234能够以恒定速度在某一方向上连续地移动样本250。在其他实施例中，控制器50可以使得电动台234能够根据扫描过程的步骤，随时间改变样本250的移动速度。

如本领域公知的，带电粒子(诸如初级电子束的电子)与样本(例如，稍后讨论的图3的样本315)的相互作用可以生成信号电子，信号电子包含与样本的探测区域有关的组成信息和形貌信息。次级电子(SE)可以被识别为具有低发射能量的信号电子，而背散射电子(BSE)可以被识别为具有高发射能量的信号电子。由于它们的低发射能量，物镜组件可以沿着电子路径引导SE，并将SE聚焦在置于SEM装置列内的高速透镜内电子检测器(例如，稍后讨论的图3的电子检测器306A)的检测表面上。沿电子路径行进的BSE可以由电子检测器306A或另一透镜内背散射电子检测器(例如，稍后讨论的图3的检测器306B)检测。

检测垂直高密度结构(诸如3D NAND闪存存储器器件)中的物理或电性质的掩埋缺陷可能具有挑战性。检测这样的器件中的掩埋或表面上的电缺陷的几种方法之一是在SEM中使用电压对比法。在该方法中，样本的材料、结构或区域中的电导率差异导致其SEM图像中的对比度差异。在缺陷检测的上下文中，样本表面下的电缺陷可以在样本表面上生成电荷变化，因此电缺陷可以通过样本表面的SEM图像中的对比度来检测。为了增强电压对比度，可以采用被称为预充电或泛射的过程，其中在使用小射束电流但高成像分辨率的检查之前，样本的感兴趣区域可以暴露于大射束电流。对于检查，泛射的一些优点可以包括减少晶片的充电，以使得由于充电引起的图像失真最小化，并且在一些情况下，增加晶片的充电来增强图像中的缺陷特征与周围无缺陷特征的差异等。

现在参考图3，其图示了根据本公开的实施例的示例性带电粒子束装置300(也被称为装置300)的示意图。装置300可以包括带电粒子源组件340(也被称为电子源组件)，其被配置为从阴极301发射初级电子，并使用提取器电极302提取所发射的电子，以沿着初级光轴300-1形成初级电子束300B1。装置300还可以包括阳极303、会聚透镜304、射束限制孔径阵列305、信号电子检测器306A、306B和313、物镜组件307、包括初级电子束偏转器308、309、310和311的扫描偏转单元、分束器312和控制电极314。初级电子束300B1可以与放置在台316上的样本315的一部分相互作用，台316被配置为固定在样本保持器317上。装置300还可以包括光源320，光源320被配置为用光束的多个激发脉冲321辐射样本315的表面。信号电子检测器306A和306B中的一个或两个信号电子检测器可以是位于SEM的电子光学装置列内的透镜内电子检测器并且可以围绕初级光轴300-1旋转对称地布置，或者以任何其它合适的布置。装置300还可以包括与光源320和信号电子检测器306A和306B电通信的控制器350。在一些实施例中，除了执行与图2的控制器50基本上类似的功能之外，控制器350还可以执行其他功能，包括但不限于激活/去激活光源320，或者向信号电子检测器306A、306B和313施加和调整电信号，以及其他功能。应当理解，根据需要，相关部件可以适当地添加、省略或重新排序。

电子源组件340可以包括被配置为在被供应热能时发射电子，以克服源的功函数的热离子源，或者被配置为在暴露于大静电场时发射电子的场发射源，或者被配置为在暴露于光子(光量子)时发射电子的光阴极或者其它合适的电子源。在场发射源的情况下，电子源组件340可以被电连接到控制器，诸如图2的控制器50，控制器被配置为基于期望的着屏能量、样本分析、源特性等，施加和调整电压信号。提取器电极302可以被配置为提取或加速从场发射枪发射的电子，例如，以形成初级电子束300B1，初级电子束300B1沿初级光轴300-1形成虚拟或真实的初级射束交叉(未图示)。初级电子束300B1可以被可视化为从初级射束交叉发射。在一些实施例中，控制器50可以被配置为向提取器电极302施加电压信号并调整电压信号，以提取或加速从电子源组件340生成的电子。施加到提取器电极302的电压信号的振幅可以不同于施加到阴极301的电压信号的振幅。

装置300可以包括会聚透镜304，会聚透镜304被配置为接收初级电子束300B1的一部分或相当大的一部分，并将初级电子束300B1聚焦在射束限制孔径阵列305上。会聚透镜304可以基本上类似于图2的会聚透镜226，并且可以执行基本上类似的功能。尽管在图3中被示出为磁透镜，但是会聚透镜304可以是静电、磁、电磁或复合电磁透镜等。如图2所示，会聚透镜304可以与控制器50电耦合。在一些实施例中，控制器350可以向会聚透镜304施加电激励信号，以基于包括但不限于操作模式、应用、期望的分析、正被检查的样本材料等因素来调整会聚透镜304的光焦度。

装置300还可以包括射束限制孔径阵列305，其被配置为限制穿过射束限制孔径阵列305中的多个射束限制孔径之一的初级电子束300B1的射束电流。尽管在图3中仅图示了一个射束限制孔径，但是射束限制孔径阵列305可以包括具有均匀或非均匀孔径尺寸、截面或节距的任何数目的孔径。在一些实施例中，射束限制孔径阵列305可以被设置在会聚透镜304的下游或直接设置在会聚透镜304的下游，并且基本上垂直于初级光轴300-1。在一些实施例中，射束限制孔径阵列305可以被配置为包括多个射束限制孔径的导电结构。射束限制孔径阵列305可以经由连接器(未示出)与控制器350电连接，控制器350可以被配置为指示向射束限制孔径阵列305供应电压。所供应的电压可以是参考电压，诸如，例如接地电位。控制器350还可以被配置为维持或调整所供应的电压。控制器50可以被配置为调整射束限制孔径阵列305的位置。

装置300可以包括一个或多个信号电子检测器306A、306B或313。信号电子检测器306A、306B或313可以被配置为基于背散射电子的发射能量、发射极角、发射方位角等来检测次级电子和背散射电子。在一些实施例中，信号电子检测器306A、306B或313可以被配置为检测次级电子、背散射电子或俄歇电子。信号电子检测器313可以被设置在信号电子检测器306的下游。从样本315发射的具有低发射能量(通常为≤50eV)或小发射极角的信号电子可以包括(多个)次级电子束300B4，而具有高发射能量(通常>50eV)和中等发射极角的信号电子可以包括背散射电子。电子检测器306B可以是透镜内检测器，其被配置为基于包括但不限于信号电子的发射能量或发射角的特性来检测次级电子和背散射电子的一部分。在一些实施例中，300B4可以包括具有小发射极角的次级电子、低能量背散射电子或高能量背散射电子。可以理解，虽然未示出，但是一部分背散射电子可以由电子检测器306A检测，并且一部分次级电子可以由电子检测器306B检测。在重叠量测和检查应用中，电子检测器306A可以用于检测从表面层生成的次级电子以及从下面的较深层(诸如，深沟槽或高纵横比孔)生成的背散射电子。

装置300还可以包括物镜组件307，其被配置为将初级电子束300B1聚焦在样本315的表面上。控制器350可以向物镜组件307的线圈307C施加电激励信号，以基于包括但不限于初级射束能量、应用需要、期望的分析、正被检查的样本材料等因素来调整物镜组件307的光焦度。物镜组件307还可以被配置为将信号电子(诸如具有低发射能量的次级电子或具有高发射能量的背散射电子)聚焦在电子检测器306A或306B的检测表面上。在一些实施例中，物镜组件307可以与图2的物镜组件232基本相似或执行基本相似的功能。在一些实施例中，物镜组件307可以是包括磁透镜307M和由控制电极314和样本315形成的静电透镜(未图示)的复合物镜。

装置300还可以包括扫描偏转单元，扫描偏转单元包括初级电子束偏转器308、309、310和311，初级电子束偏转器308、309、310和311被配置为在样本315的表面上动态地偏转初级电子束300B1。在一些实施例中，包括初级电子束偏转器308、309、310和311的扫描偏转单元可以被称为射束操纵器或射束操纵器组件。初级电子束300B1的动态偏转可以导致例如以光栅扫描模式扫描样本315的期望的区域或期望的感兴趣区域，以生成用于样本检查的SE和BSE。一个或多个初级电子束偏转器308、309、310和311可以被配置为在X轴或Y轴或者X轴与Y轴的组合上偏转初级电子束300B1。如本文中所使用的，X轴和Y轴形成笛卡尔坐标，并且初级电子束300B1沿着Z轴或初级光轴300-1传播。

电子是带负电的粒子并且穿过电子光学装置列，并且可以在高能量和高速度下这样做。偏转电子的一种方式是使得它们穿过例如由保持在两个不同电势的一对板生成的电场或磁场，或者使电流穿过偏转线圈，以及其它技术。改变偏转器(例如，图3的初级电子束偏转器308、309、310和311)两端的电场或磁场可以基于包括(但不限于)电子能量、所施加电场的幅度、偏转器的尺寸等因素来改变初级电子束300B1中的电子的偏转角。

装置300还可以包括被配置为生成光束322的光源320。在一些实施例中，光束322可以是包括一个或多个激发脉冲321的脉冲光束。如在本文中所使用的，激发脉冲是指由光源(例如，图3的光源320)生成并且被配置为在相互作用时将能量给予或“激发”样本(例如，图3的样本315)的一部分的光能脉冲(闪光)。在本公开的上下文中，激发是指光电离-电磁辐射与物质的物理相互作用导致该物质解离成带电粒子。激发脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率等特性的脉冲波形表示。

在一些实施例中，光源320可以包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。在一些实施例中，光源320可以包括飞秒激光源，飞秒激光源被配置为生成具有小于1皮秒(<10

在一些实施例中，诸如图3所示的实施例，控制器350可以被配置为将光源320激活/去激活。光源320的激活可以包括施加电信号323以使得光源320生成脉冲光束322。附加地或备选地，控制器350可以被配置为调整由光源320生成的脉冲光束322的特性。例如，在广谱激光器中，控制器350可以通过激活适当的滤光器来调整从光源320发射的光的波长，或者在单色激光源中，控制器350可以通过调整电信号323的特性来微调所发射的光束322的带宽。

如本领域公知的，光电离是涉及电磁辐射(例如，光束)与表面相互作用以生成带电粒子(诸如电子)的概率现象。由光束和目标表面的原子的相互作用生成的电子被称为光电子。电离的概率可以取决于多种因素，这些因素包括但不限于光束波长、光束能量、在特定时间间隔处存在的光子数以及样本体积内的位置等。作为一个示例，在紫外(UV)波长域(～345nm)中的光束的光子的能量为约3.59eV，其可能不足以从功函数>4.5eV的金属中射出电子。然而，光束的两个光子可以同时被样本的原子或分子吸收，使得所赋予的组合能量大于从金属原子中射出电子所需的阈值能量，从而生成光电子。在另一示例中，如果光束具有红外(IR)域(～1035nm)中的波长，则光束的光子的能量约为1.2eV。在这种情况下，多个光子可以同时被金属原子吸收以引起金属的光电离，从而生成光电子。应当理解，光电子可以基于包括但不限于目标材料、所使用的光束的波长、吸收系数等因素，通过双光子吸收、多光子吸收或其组合而生成。

控制器350可以包括同步数字电路。数字电路可以包括时钟发生器电路、占空比时钟、分频器电路、时钟乘法器电路以及被配置为执行与使控制器350的操作同步相关联的功能的其他合适的部件。同步数字电路可以包括电子振荡器，电子振荡器被配置为生成脉冲串(也被称为“时钟信号”)。时钟信号可以是对称的或不对称的方波、正弦波、三角波或者适合于将电路的不同部分或系统中的不同电路同步的任何其它类型的波。例如，控制器350的同步数字电路可以分别生成电信号323和324并将其施加到光源320和信号电子检测器306A。在一些实施例中，电信号323和324可以具有相同的频率，但具有不同的相位，以在与信号电子检测器(例如，信号电子检测器306A)相关联的检测脉冲(稍后描述)以及与光源320相关联的激发脉冲之间引发时间延迟。在一些实施例中，控制器350可以是异步数字电路、主时钟或其他适当的驱动器电路，该驱动器电路被配置为将使用激发脉冲的样本充电和使用电子检测器的信号电子检测同步。

在一些实施例中，控制器350可以通过调整到光源320的电信号323来调整激发脉冲特性。激发脉冲特性的调整可以包括脉冲持续时间、脉冲能量、脉冲重复率等的调整。在一些实施例中，控制器350可以基于使用用户接口接收的用户输入来生成电信号323。用户输入可以包括与期望的激发脉冲321的特性集相关联的信息。作为一个示例，用户可能期望具有400fs的脉冲持续时间、1微焦耳(μJ)的脉冲能量、50MHz的脉冲重复率和1.25W的平均功率的脉冲光束。在这种情况下，控制器350可以生成待施加到光源320的输出信号，使得由光源320生成的激发脉冲321的特性与期望值一致。

控制器350还可以被配置为向一个或多个信号电子检测器306A、306B或313施加被称为检测脉冲324的电信号。在一些实施例中，控制器350的同步数字电路可以被配置为生成检测脉冲324并将其施加到一个或多个信号电子检测器306A、306B或313。检测脉冲324可以包括对称或非对称方波、三角波、矩形波或其任意组合。

在一些实施例中，控制器350还可以被配置为将控制信号325(也称为控制信号)施加到带电粒子源组件340，带电粒子源组件340包括阴极301、提取器电极302和阳极303等。控制信号325可以通过有线连接直接施加或者使用无线通信协议远程施加。控制信号325可以被调整为生成包括多个带电粒子脉冲的初级带电粒子束的连续束或脉冲束。在本公开的上下文中以及在SEM中，初级带电粒子可以包括电子，并且因此初级带电粒子束可以包括电子束。在一些实施例中，控制信号325的特性可以被调整以改变从带电粒子源组件340生成的带电粒子束的特性，诸如定时、频率、能量、加速度等。在一些实施例中，控制器350可以被配置为通过同时调整电信号323和控制信号325来同步初级电子束300B1和光束322。在一些实施例中，初级电子束300B1和光束322的同步可以包括调整激发脉冲321或脉冲电子束的相位、频率、脉冲宽度、重复率等。

现在参考图4A，其图示了根据本公开的实施例的带电粒子束装置中的控制器450、光源420和信号电子检测系统406的示例性配置的示意图。控制器450和光源420可以与控制器350和光源320基本类似并且可以执行与控制器350和光源320基本类似的功能。信号电子检测系统406可以包括一个或多个信号电子检测器，诸如图3的信号电子检测器306A、306B或313。应当理解，与控制器450通信的信号电子检测系统406可以包括一个或多个信号电子检测器。在采用多个信号电子检测器的情况下，信号电子检测器可以被并联连接，使得每个信号电子检测器同时接收由控制器450施加的信号。

光源420可以被配置为生成激发脉冲421，激发脉冲421类似于图3的激发脉冲321。多个激发脉冲421可以形成脉冲光束，诸如图3的脉冲光束322。激发脉冲421可以以一定频率脉动，并且每个激发脉冲可以具有脉冲持续时间。在本公开的上下文中，激发脉冲波形的脉冲宽度被称为脉冲持续时间。脉冲光束可以包括脉冲持续时间在100fs到1ps范围内的激发脉冲421。在一些优选实施例中，激发脉冲421的脉冲持续时间<500fs。在VLSI(超大规模集成)电路中，电子电路和部件的时间常数处于子皮秒到微秒的数量级。使用具有超短脉冲持续时间(诸如<500fs)的脉冲激光源以检测VLSI电路和部件中的瞬态缺陷可能是可取的。脉冲频率，也称为脉冲重复率，是每秒发射的脉冲数。在一些实施例中，脉冲重复率可以在1MHz到1GHz的范围内，并且脉冲持续时间可以在0.05ps到1纳秒(ns)的范围内。

类似于图3的控制器350，控制器450可以被配置为将电信号(在本文中被称为检测脉冲424)施加到信号电子检测器406。如图4B所示，检测脉冲424可以具有矩形或方形波形，表示两电平电压输出信号。电压电平V1可以表示高电压或ON电压，而电压电平V2可以表示波形的低电压或OFF电压。保持电压电平V1的持续时间被称为脉冲持续时间或脉冲宽度。在本公开的上下文中，检测脉冲424的脉冲持续时间可以是“检测窗口”，“检测窗口”指代信号电子检测系统406可以被激活以获取和检测从样本生成的信号电子的时间。电子检测系统406可以包括诸如读出电路的电子电路，其被配置为读取由检测窗口时间帧内的一个或多个信号电子检测器收集的电荷。在一些实施例中，环形振荡器(未图示)可以被配置为生成多个检测脉冲424。

返回参考图4A，控制器450可以被配置为向信号电子检测系统406施加检测脉冲424。在一些实施例中，虽然检测脉冲424的频率可以类似于或基本上类似于激发脉冲421的频率，但是控制器450可以调整检测脉冲424，使得激发脉冲421和检测脉冲424彼此异相。在本公开的上下文中，如果在两个信号波形之间存在相位差，则两个信号可以是“异相的”。如本文所使用的，相位指定重复波形的波周期内的点的位置。移动经过固定位置的相同频率的两个波形或波信号之间的相位差是两个波的波周期内的相同位置之间的时间差，表示为一个波周期的一部分。例如，如果相同频率的两个波中的一个波相对于另一个波偏移半个周期，则这两个波被称为“异相”。一般来说，两个波之间的相位差是它们的起始点的差。

相对于激发脉冲421调整检测脉冲424的相位可以允许设置样本(例如，图3的样本315)的激发或充电与检测窗口之间的时间延迟。如图4A所示，Δt指示激发脉冲421和检测脉冲424之间的时间延迟。控制器450可以被配置为调整时间延迟，以同步样本充电和信号检测。对样本充电以生成自由带电粒子(例如，光电子)和检测信号电子的定时可以被调整以检测具有在亚皮秒或几飞秒范围内的时间常数的瞬态缺陷。图4A还图示了示出以根据本公开的实施例的方式被探测的振荡器电路的时间响应的图。控制器450可以被配置为基于包括但不限于响应信号的振幅、斜率或衰减速率等因素来调整样本充电与电子检测之间的时间延迟Δt。时间延迟Δt可以被调整以调整检测缺陷的灵敏度。

现在参考图5，其图示了根据本公开的实施例的带电粒子束装置500的侧视图。如图所示，装置500包括与图1的电子束工具40基本类似并执行与电子束工具40类似功能的电子束工具510、光源520、待检查的样本515。样本515可以被设置在均未图示的台或样本保持器上。电子束工具510可以被配置为将初级电子束500B1发射到样本515上的感兴趣区域上，并且收集从样本表面发出的次级电子，以在样本515上形成感兴趣区域的图像。光源520可以包括脉冲激光源，脉冲激光源以小角度θ定位并且被配置为将光束522(例如，激光束)发射到样本515上的区域上并且在样本表面上形成光束522的束斑540。当初级电子束500B1辐射样本515上可能部分或基本上与束斑540重合的感兴趣区域时，由于大的电子束电流，电荷可以被累积。从光源520发射的光束522可以被配置为调节由于光电导性或光电效应，或者光电导性和光电效应的组合而累积的电荷。在一些实施例中，束斑540可以包括利用光束522的一部分照射的样本表面的矩形、圆形、椭圆形、三角形或多边形部分。在一些实施例中，束斑540的尺寸和截面可以基于光束522相对于样本表面的入射角而变化。

光源520可以相对于样本515的入射表面的平面以入射角θ定位。入射角θ可以小于30°，优选地小于15°，以便在不会着屏在电子束工具510的装置列部件上或被其阻挡的情况下，将光束522投影到样本515的一部分上。在一些实施例中，入射角θ可以基于样本与物镜之间的距离来确定，使得光束522可以在不被物镜阻挡的情况下，辐射样本。在一些实施例中，入射角θ是可配置的并且根据带电粒子束装置500中的部件的配置，可以小于10°或者小于9°，或者小于8°，或者小于7°，或者小于5°。在一些实施例中，例如，入射角θ可以是光源520的定位角度并且可以是可调的，以调整束斑540的尺寸和截面。

光源520可以与图3的光源320基本相似或者可以执行与图3的光源320基本相似的功能。作为一个示例，光源520可以包括激光源，激光源被配置为发射UV域中的光子，光子具有345nm的波长和～3.59eV的对应光子能量。由辐射样本的光束522的脉冲生成的光电子的数目可以基于包括但不限于光子的波长、脉冲持续时间、脉冲能量、光子吸收系数、入射角、数值孔径、激光功率、样本厚度、样本类型等因素来近似。例如，具有400fs的脉冲持续时间、～1μJ的脉冲能量、～25W的激光功率、～10

电缺陷可以被表征为引起可测量电特性(诸如电容或电阻等)的有限变化的缺陷。在一些情况下，物理缺陷(诸如触点金属上的掩埋电介质膜的未蚀刻层)可以表现为电缺陷，因为其可以导致触点金属的电阻增加。因为层被掩埋，所以使用常规电子束扫描来检测缺陷可能具有挑战性。检测这种器件中的掩埋或表面上的电缺陷的若干方法之一是在SEM中使用电压对比法。在该方法中，样本的材料、结构或区域中的电导率差异导致其SEM图像中的对比度差异。在缺陷检测的上下文中，样本表面下的电缺陷可以在样本表面上生成电荷变化，因此电缺陷可以通过样本表面的SEM图像中的对比度来检测。为了增强电压对比度，可以采用预充电或泛射，其中在使用小射束电流进行检查之前，样本的感兴趣区域可以暴露于大射束电流。

在SEM中通过电压对比技术进行的缺陷检查可以包括：使用泛射束对样本进行预充电，检测来自样本的信号电子，以及基于由电子检测器检测到的信号电子的数目和类型，形成感兴趣区域的图像。在当前存在的检查系统中，对样本进行预充电和基于所检测的信号获取图像之间的时间段在几毫秒到几微秒的量级。在一些情况下，使用线扫描平均值和点对点比较来减少预充电和检测之间的时间段对于检测具有快速衰减速率的瞬态缺陷可能是有益的。尽管预充电和检测之间的较短时间段可能导致能够检测与电路电阻或电容的小变化相关联的缺陷，但是这样做可能负面影响检测信噪比。

诸如ASIC(专用集成电路)芯片的IC芯片可以包括电路系统部件，电路系统部件包括晶体管、电容器、二极管、SRAM和/或DRAM存储器单元、振荡器等。R-C(电阻器-电容器)电路的时间常数被称为通过电阻器，将电容器从为0的初始充电电压充电到所施加电压的63.2％所需的时间，或者将电容器放电至其初始充电电压的约36.8％所需的时间。在ASIC芯片中，基于应用，RC电路的时间常数可以是几飞秒。即使在RC电路中存在高电阻缺陷，导致电容器放电较慢并将时间常数增加到几皮秒，现有技术也可能无法检测到该缺陷。此外，如果缺陷仅引起表面充电效应的瞬态变化，则由于低信噪比，次级电子信号的变化可能是不可检测的。因此，对于电压对比缺陷检测，可能期望在与器件中存在的瞬态缺陷的检测有关的时间帧中增强电压对比信号，以改进缺陷灵敏度，同时保持检查生产量。

现在参考图6，其图示了示例性6T SRAM(静态随机存取存储器)单元600的示意图。如图6所示，SRAM单元600可以包括六个场效应晶体管(6T)。在典型的SRAM单元中，每个位被存储在形成两个交叉耦合反相器的四个晶体管(M1-M4)上，并且两个附加的存取晶体管M5和M6用于在读取和写入操作期间控制对存储单元的存取。位线在执行写入操作时充当输入。待写入存储器单元的值借助位线提供。然而，位线在读取操作期间充当输出。信息被存储在SRAM存储器单元中，直到供电。为了发起读取操作，字线被激活并且位线被预充电。在读取模式中，SRAM单元中0或1的存储值被提取。字线被激活，其启动存取晶体管M5和M6。BL中的电压降由读出放大器感测。在写入模式中，新的值通过在Q处施加0或1而被存储在SRAM单元中。在待机模式中，字线WL被禁用，这进而使得存取晶体管M5和M6去激活，从而保存SRAM单元中存储的值。如图所示，VSS源极触点可以被连接到接地电压或参考电压，并且VDD漏极触点可以被配置为向晶体管M2和M4施加正电压。应理解，SRAM器件可以基于应用或最终用途，包括例如四个、六个、八个或十个或任何数目的晶体管。

现在参考图7，其图示了根据本公开的实施例的在带电粒子束装置中使用增强的电压对比信号的缺陷检测方法。如图所示，与图3的激发脉冲321类似的激发脉冲721可以入射到样本上，使得激发脉冲321与利用激发脉冲721的光子辐射的样本表面的相互作用可以生成带电粒子，诸如光电子。所生成的带电粒子的数目可能与多种因素相关，包括但不限于入射光子能量、入射光子吸收系数、入射光子波长、相互作用体积、样本类型、样本组成等。类似于检测脉冲324，检测脉冲724可以包括施加到信号电子检测系统的电信号，信号电子检测系统被配置为检测从样本生成并在与光电子相互作用之后的次级电子。尽管图示了四个检测脉冲724_1、724_2、724_3和724_4，但是应当理解，实际上可以存在任何数目的检测脉冲。

如前面参考图4所述，Δt可以是激发脉冲721和检测脉冲724之间的时间延迟。控制器(诸如图4的控制器450)可以被配置为调整时间延迟Δt来调整缺陷检测的灵敏度。如图所示，Δt1可以是激发脉冲721和检测脉冲724_1之间的时间延迟，Δt2可以是激发脉冲721和检测脉冲724_2之间的时间延迟，Δt3可以是激发脉冲721和检测脉冲724_3之间的时间延迟，并且Δt4可以是激发脉冲721和检测脉冲724_4之间的时间延迟。尽管仅示出了四个检测脉冲，但是应当理解，可以存在任意数目的脉冲。

如图7所示，图像730是SRAM单元(例如，图6的SRAM单元600)的一部分的高分辨率图像，SRAM单元包括到单元部件的触点740，单元部件包括晶体管等。在一些实施例中，电触点740可以包括由材料制成的导电触点焊盘或端子，材料包括但不限于金属、合金、半导体或任何合适的导电材料。图像730表示在与光束522相互作用之前，SRAM单元的一部分的SEM图像，其中亮圆形焊盘指示金属触点。电触点750可以包括连接到接地或参考电压的触点，本文中也被称为VSS触点。

作为示例，图像730_1是由控制器(例如，图2的控制器50)的图像获取系统基于由信号电子检测系统(例如，图4的信号电子检测系统406)在检测窗口内在时间延迟Δt1处检测到的信号电子而形成的图像。图像730_2、730_3和730_4可以分别表示由图像获取系统基于由信号电子检测系统在时间延迟Δt2、Δt3和Δt4处检测到的信号电子而形成的图像。在一些实施例中，图像730_1-730_4可以是高分辨率光学图像、高分辨率背散射电子图像、高分辨率SEM图像或者用于缺陷检测的任何合适的图像。应当理解，虽然图像730_1中的触点740和750被示出为具有基本上相似的对比度(黑圆圈)，然而实际上，不同的电压可以被施加到不同的电触点740，导致对比度变化较大。

图像730_1图示了SRAM单元的一部分在与激发脉冲721相互作用后立即的高分辨率SEM图像。与图像730相比，在图像730_1中，电触点740_1和VSS触点750_1看起来具有较暗的对比度。这是因为利用脉冲光束(诸如脉冲激光)的激发引起电子从样本表面上的金属原子的喷射。电子从样本的喷射创建了相对于样本主体的正表面电势。正表面电势减少了来自入射到样本上的初级电子束(例如，图3的初级电子束300B1)的初级电子的数目，生成更少的待检测的信号电子，并且因此与电触点740相比显得更暗。在一些实施例中，电子可以基于金属的功函数、入射光子波长、入射光子能量或光束322的功率等从样本(例如，图3的样本315)的金属原子中喷射。

如前所述，VSS触点750可以被连接到接地，使得在对表面充电之后，表面电势可以在放电时间常数(R-C时间常数或R-L-C时间常数)内恢复。对于典型的SRAM单元，针对VSS触点的RC时间常数可以是200fs到500fs的量级。然而，如果存在阻止电荷从源(接地)流向触点的高电阻缺陷，则可能花费比电荷耗散的时间常数更长的时间，导致可由信号电子检测系统检测的次级电子的数目减少。高电阻缺陷可以具有在几皮秒范围内的瞬态缺陷时间常数Δtc。本公开的一些实施例提供了通过使用超短脉冲激光激发在相关时间尺度上增强电压对比信号以检测高电阻缺陷的系统和方法。

图像730_2对应于由图像获取系统在时间延迟Δt2处形成的图像。与图像730_1相比，有缺陷的VSS触点750_2(类似于VSS触点750_1)的表面电势例如在特征时间常数内未完全恢复。由于增加的电阻，阻止了从接地到VSS触点的电荷流动。表面电势的延迟恢复可以在图像730_2中观察到，图像730_2示出VSS触点750_2与诸如740_2的无缺陷电触点相比具有较暗的对比度。图像730_3对应于由图像获取系统在时间延迟Δt3处形成的图像。与图像730_1和730_2相比，电触点750_3(类似于VSS触点750_1)的表面电势被完全恢复或基本上恢复，并且对比度基本上类似于无缺陷电触点的对比度。在这种情况下，瞬态缺陷时间常数Δtc可以基于图像730_1-730_4的比较，或者基于激发脉冲721和检测脉冲724_3之间的时间延迟Δt3来确定。

现在参考图8，其图示了根据本公开的实施例的在带电粒子束装置中使用增强的电压对比信号来表征电路部件的特性的方法。在一些实施例中，电路部件的特性可以包括但不限于频率响应、电荷泄漏、充电和放电时间、RC时间常数等。

在一些实施例中，包括激发脉冲821的超短脉冲激光束可以被引导到IC芯片上的特定位置，以表征电路或电路部件。特定位置可以包括诸如环形振荡器的电路，或者诸如晶体管、二极管、电容器、电感器等的电路部件。在一些实施例中，在调整激发脉冲821与检测脉冲824之间的时间延迟Δt的同时，对来自特定位置(诸如电路或电路部件)的所检测信号的电测量可以被重复。时间延迟Δt的调整可以包括在从相同或基本相同的位置重复检测信号电子的同时，增加或减小激发脉冲821与后续检测脉冲824之间的时间延迟。在一些实施例中，激发脉冲821的脉冲频率或脉冲重复率可以不同于检测脉冲824的脉冲频率。在一些实施例中，激发脉冲821的脉冲频率可以大于检测脉冲824的脉冲频率。

如图8所示，方法可以被用于表征电路的全时间响应，诸如环形振荡器的频率响应。如图所示，数据曲线805表示环形振荡器的示例性时间响应，在Y轴上示出了作为时间的函数的测量量，时间在X轴上示出。数据曲线805上的区域805_T1表示在时间805_T1处检测到的信号，并且可以对应于在第一激发脉冲821和第一检测脉冲824之间的时间延迟Δt1之后并且在第一检测脉冲824的检测窗口内测量到的信号。为了获得时间响应，后续测量可以在时间延迟Δt2和Δt3之后在样本上的相同位置处进行。在时间805_T2和805_T3处检测的信号可以对应于在时间延迟Δt2和Δt3之后测量的信号。尽管在图8中仅图示了具有增加的时间延迟的三个重复，但是应当理解，可以使用任何数目的重复来表征电路或电路部件的全时间响应。在一些实施例中，时间延迟Δt1、Δt2和Δt3可以不同，使得Δt3>Δt2>Δt1或Δt3<Δt2<Δt1，或其他组合。在一些实施例中，两个或更多个时间延迟的绝对值可以不同。

在一些实施例中，表征电路或电路部件的响应的方法可以包括以与检测脉冲率相比偏移的脉冲重复率来操作脉冲光束(例如，图5的光束522)。这样做，可以在激发和检测窗口之间创建从脉冲到脉冲的可变延迟。在一些实施例中，这样的方法可以被用于以激发脉冲重复率与检测脉冲重复率之间的偏移来探测样本(例如，图5的样本515)上的大的器件阵列。电路的时间响应可以被映射到器件阵列的空间扫描中，从而允许表征(多个)电路阵列的速度。

在一些实施例中，与用于对样本充电的超短脉冲光束相关联的噪声可以通过使用包括但不限于零差、外差、锁定放大技术或其组合的技术从信号中滤除噪声来降低。对与诸如脉冲光束的激发源相关联的噪声进行滤波可以改进信噪比，从而提高使用电压对比检测技术检测到的缺陷的灵敏度和捕获率。

现在参考图9，其图示了根据本公开的实施例的表示使用诸如装置500的带电粒子束装置来观察样本的示例性方法900的过程流程图。方法900的一些功能可以由控制器(例如，如图1中所示的EBI系统100的控制器50或者图3的控制器350或者图4的控制器450)执行。控制器可以被编程来执行方法900的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号来激活带电粒子源、激活光源并执行其它功能。

在步骤910中，带电粒子源组件(例如，图3的带电粒子源组件340)可以被激活，以生成带电粒子束(例如，图2的初级电子束204)。在一些实施例中，带电粒子可以包括电子，并且带电粒子源组件可以包括电子源。电子源可以由控制器激活。例如，电子源可以被控制来发射初级电子，以沿着初级光轴(例如，图2的初级光轴201)形成电子束。电子源可以被远程激活，例如通过使用软件、应用程序或用于控制器的处理器的指令集以通过控制电路系统为电子源供电。初级电子束可以被引导穿过电子束工具，以入射到样本(例如，图3的样本315)的表面上，从而形成探测点。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子等。

在步骤920中，光源(例如，图3的光源320)可以被激活，以生成光束(例如，图3的光束322)。光源可以被配置为生成包括多个激发脉冲(例如，图3的激发脉冲321)的光束。在一些实施例中，光束可以是包括多个激发脉冲的脉冲光束。激发脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率的脉冲波形表示。光源可以包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。在一些实施例中，光源可以包括飞秒激光源，其被配置为生成具有小于1皮秒(<10

在与样本相互作用时，激发脉冲可以将能量赋予或“激发”样本的一部分(例如，图5的束斑540)。束斑可以是利用光束照射的样本表面的矩形、圆形、椭圆形、三角形或多边形部分。在一些实施例中，束斑的尺寸和截面可以基于光束相对于样本表面的入射角。在一些实施例中，束斑的尺寸可以大于由初级电子束形成的探测点。例如，束斑可以是100μm×200μm的矩形面积，而探测点可以小于1μm。在一些实施例中，束斑的一部分可以与探测点基本上重叠。

样本的激发是指光电离-电磁辐射与物质的物理相互作用，导致该物质解离成带电粒子，诸如电子。由光束和目标表面的原子的相互作用生成的电子被称为光电子。电离的概率可以与多种因素相关，这些因素包括但不限于光束波长、光束能量、在特定时间间隔处存在的光子数以及样本体积内的位置等。由光束与样本相互作用生成的光电子可以增加样本表面上带电粒子的总数，从而将样本“预充电”或“泛射”来增强缺陷检测的电压对比度。

在步骤930中，控制器可以被配置为将检测信号施加到带电粒子检测器(例如，图4的信号电子检测系统406)。检测信号可以包括多个检测脉冲(例如，图4的检测脉冲424)。检测脉冲可以具有矩形或方形波形，例如，表示两电平电压输出信号。电压电平V1可以表示高电压或ON电压，而电压电平V2可以表示波形的低电压或OFF电压。保持电压电平V1的持续时间被称为检测脉冲的脉冲持续时间或脉冲宽度。检测脉冲的脉冲持续时间可以是“检测窗口”，“检测窗口”是指信号电子检测系统可以被激活来获取和检测从样本生成的信号电子的时间。

在一些实施例中，虽然检测脉冲的频率可以类似于或基本上类似于激发脉冲的频率，但是控制器可以调整检测脉冲，使得激发脉冲和检测脉冲彼此异相。相对于激发脉冲调整检测脉冲的相位可以允许设置样本的激发或充电与检测窗口之间的时间延迟。如前所述，Δt指示激发脉冲和检测脉冲之间的时间延迟。控制器可以被配置为调整时间延迟来同步样本充电和信号检测。对样本充电以生成自由带电粒子(例如，光电子)和检测信号电子的定时可以被调整，以检测在亚皮秒或几飞秒范围内具有时间常数的瞬态缺陷。控制器可以被配置为基于包括但不限于响应信号的振幅、斜率或衰减速率等因素来调整样本充电与电子检测之间的时间延迟Δt。时间延迟Δt可以被调整以调整检测缺陷的灵敏度。

在步骤940中，带电粒子检测器可以被配置为检测信号电子，信号电子包括从样本生成并通过与光电子的相互作用而被修改的次级电子。带电粒子检测器可以包括一个或多个信号电子检测器，诸如图3的信号电子检测器306A、306B或313。在采用多个信号电子检测器的情况下，信号电子检测器可以被并联连接，使得每个信号电子检测器同时接收由控制器施加的信号。

在步骤950中，图像可以基于带电粒子检测器检测到的信号而形成。控制器可以包括图像处理系统，图像处理系统包括图像获取器和存储装置。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器可以借助诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等介质或其组合通信地耦合到信号电子检测器。图像获取器可以从信号电子检测器接收信号并且可以构造图像。图像获取器因此可以获取样本区域的图像。图像获取器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。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度的调整等。在一些实施例中，存储装置可以是存储介质，诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等。存储装置可以与图像获取器耦合并且可以用于将经扫描的原始图像数据保存为原始图像和后处理图像。

现在参考图10，其图示了根据本公开的实施例的表示使用诸如装置500的带电粒子束装置来观察样本的示例性方法1000的过程流程图。方法1000的一些功能可以由控制器(例如，如图1中所示的EBI系统100的控制器50或者图3的控制器350或者图4的控制器450)来执行。控制器可以被编程以执行方法1000的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号以激活带电粒子源、激活光源并执行其它功能。

在步骤1010中，带电粒子源可以被激活以生成带电粒子束(例如，图2的初级电子束204)。在一些实施例中，带电粒子可以包括电子并且带电粒子源可以包括电子源。电子源可以由控制器激活。例如，电子源可以被控制以发射初级电子，以沿着初级光轴(例如，图2的初级光轴201)形成电子束。电子源可以被远程激活，例如，通过使用软件、应用程序或用于控制器的处理器的指令集以通过控制电路系统为电子源供电。初级电子束可以被引导穿过电子束工具，以入射到样本(例如，图3的样本315)的表面上，从而形成探测点。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子等。

在步骤1020中，光源(例如，图3的光源320)可以被激活以生成光束(例如，图3的光束322)。光源可以被配置为生成包括多个激发脉冲(例如，图3的激发脉冲321)的光束。在一些实施例中，光束可以是包括多个激发脉冲的脉冲光束。激发脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率的脉冲波形表示。光源可以包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。在一些实施例中，光源可以包括飞秒激光源，其被配置为生成具有小于1皮秒(<10

在步骤1030中，控制器可以被配置为将检测信号施加到带电粒子检测器(例如，图4的信号电子检测系统406)。检测信号可以包括多个检测脉冲(例如，图4的检测脉冲424)。检测脉冲可以具有矩形或方形波形，例如，表示两电平电压输出信号。电压电平V1可以表示高电压或ON电压，而电压电平V2可以表示波形的低电压或OFF电压。保持电压电平V1的持续时间被称为检测脉冲的脉冲持续时间或脉冲宽度。检测脉冲的脉冲持续时间可以是“检测窗口”，“检测窗口”被称为信号电子检测系统可以被激活以获取并检测从样本生成的信号电子的时间。

在步骤1040中，控制器可以被配置为调整激发脉冲和后续检测脉冲之间的时间延迟。在调整激发脉冲和检测脉冲之间的时间延迟Δt的同时，可以重复对来自诸如电路或电路部件的特定位置的检测信号的电测量。时间延迟Δt的调整可以包括当从相同或基本相同的位置重复检测信号电子的同时，增加激发脉冲和后续检测脉冲之间的时间延迟。在一些实施例中，激发脉冲的脉冲频率或脉冲重复率可能不同于检测脉冲的脉冲频率。在一些实施例中，激发脉冲的脉冲频率可以大于检测脉冲的脉冲频率。在一些实施例中，该方法可以被用于表征电路的全时间响应，诸如环形振荡器的频率响应。

在步骤1050中，图像可以基于带电粒子检测器所检测的信号而形成。控制器可以包括图像处理系统，图像处理系统包括图像获取器和存储装置。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器可以借助诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等介质或其组合而被通信地耦合到信号电子检测器。图像获取器可以从信号电子检测器接收信号并且可以构造图像。因此，图像获取器可以获取样本区域的图像。图像获取器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。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度的调整。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储装置可以与图像获取器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和后处理图像。

现在参考图11，其图示了根据本公开的实施例的示例性节点1100。如本文所公开的，节点(例如，节点1100)是包括电连接在一起的结构集的电节点，结构诸如但不限于金属线、接触焊盘、通孔、栅极、源极、漏极、互连或衬底。作为一个示例，节点1100可以包括金属线1102、1104和1106；通孔1103、1105和1107；将金属线1106连接到晶体管1125的源极1110的接触焊盘1109；半导体衬底1120；或者互连1160。通孔(例如，通孔1103、1105或1107)可以被用于连接位于相同节点内不同深度(Z轴)处的结构或位于相同节点内不同位置(X-Y轴)处的结构。例如，通孔1105可以连接金属线1104和1106，并且通孔1107可以将金属线1106连接到互连1160。应理解，诸如漏极1130、栅极1140及部件1150的结构在正操作模式中并未电连接，并且因此并非节点1100的一部分。部件1150可以是和与节点1100电隔离的相邻或邻近节点相关联的结构。

在一些实施例中，节点1100可以包括基于操作模式或电荷流配置的电连接结构。例如，如图11所示，在电子束检查的正模式或提取模式中，源(例如，源1110)到衬底(例如，半导体衬底1120)的结(P+/N-阱结)被正向偏置，允许电子在源1110和衬底1120之间传导。在这样的配置中，包括(但不限于)金属线1102、1104和1106；通孔1103、1105和1107；接触焊盘1109；源极1110；N阱1120和互连1160等结构的结构可以形成电节点。

在一些实施例中，一个或多个结构可以与节点(例如，节点1100)相关联。结构可以整体构成节点，使得结构是节点。作为一个示例，如俯视图中所见，与金属线1102相对应的结构1102T可以被称为节点。在这样的情况下，结构1102T可以表示节点，并且与节点相关联的结构可以包括如图11的截面图所见的下层电连接结构。应当理解，诸如但不限于源极(例如，源极1110)、金属线(例如，金属线1102、1104或1106)、通孔(例如，通孔1103、1105或1107)的其他结构也可以形成整个节点。

在一些实施例中，与节点1100相关联的结构可以包括节点1100的部件。作为一个示例，可以对节点1100的瞬态行为进行调制的通孔1103可以是相关联的结构。在本公开的上下文中，并且在电子器件的上下文中，瞬态行为是指系统的电行为，电行为在时间上不是恒定的，也不以受控的和所期望的方式周期性地发生。瞬态响应可以包括系统对从平衡或稳定状态变化的响应，诸如阻尼振荡信号、充电和放电期间的电容器电压等。

在一些实施例中，与节点1100相关联的结构的特性可以包括但不限于几何尺寸和物理尺寸、诸如电阻或电容的电特性、材料、组成、原子排列、缺陷等。结构的一个或多个特性可以影响节点1100的瞬态行为。作为一个示例，通孔的几何和物理特性可以包括通孔在通孔和金属线之间的结处的锥角、高度、长度、宽度或临界尺寸(例如，通孔1103在通孔1103和金属线1104之间的结处的宽度)。作为另一示例，结构的电特性可以包括但不限于接触电阻、电介质电容、寄生电容。例如，诸如界面层或空隙的不期望缺陷的存在可能影响电特性。作为另一示例，结构中的材料、组成、化学计量配置或材料的结晶度可能影响节点的瞬态行为。作为另一示例，电介质层的厚度、电介质层的材料的电介质强度或者节点或邻近节点的结构之间的电介质材料可能影响节点的瞬态行为。

在一些实施例中，缺陷1112可以是空隙或间隙缺陷。在本公开的上下文中，空隙指代结构、层或薄膜内缺失材料的体积。器件结构中空隙的存在可以改变物理、机械或电性质等性质并且在一些情况下可能导致器件故障。因此，可能期望在器件制造期间频繁地检测缺陷，以最小化器件故障并改进生产量。然而，在具有复杂三维(3D)架构的一些半导体器件中，使用物理或光学检测技术(诸如，光学成像或电子束检查)以检测高纵横比结构(诸如，接触焊盘1109)中的空隙(例如，缺陷1112)可能具有挑战性。

在一些实施例中，缺陷1112可以是诸如空隙或污染颗粒的物理缺陷，物理缺陷可以例如通过测量包括缺陷1112的接触焊盘1109的电特性或包括接触焊盘1109的节点1100的电特性的变化来检测。测量高纵横比结构的电特性和检测这种结构中的缺陷的若干方法之一是通过在SEM中使用电压对比(VC)方法。在该方法中，在与电子束相互作用时，样本的材料、结构或区域中的电导率差引起其SEM图像中的对比度差异。在缺陷检测的上下文中，样本表面下的电缺陷可以在样本表面上产生电荷变化，因此电缺陷可以通过样本表面的SEM图像中的对比度来检测。为了增强电压对比度，可以采用预充电或泛射(flooding)，其中在使用小射束电流执行检查之前，样本的感兴趣区域可以暴露于大射束电流。然而，随着半导体技术节点变得更小，器件几何形状正在变得越来越复杂和多维，使得使用现有电压对比方法检测缺陷变得不充分。作为一个示例，包括接触焊盘中掩埋的空隙的一些缺陷类型可能导致器件中的部分开路或部分短路。正常接触焊盘和包含空隙的有缺陷的接触焊盘之间的对比度差异可能不足以识别缺陷。此外，目前存在的电压对比缺陷检测方法不能提供样本的临界尺寸(CD)测量和组成或化学计量测量。

现在参考图12，其图示了根据本公开的实施例的示例性电子束检查装置1200。电子束检查装置1200(也被称为装置1200)可以大体上类似于EBI装置100。装置1200可以包括电子束工具1240、控制器1250、包括图像获取机构1270的图像处理系统1260、图像处理器1280和存储机构1290。

控制器1250可以被电连接到电子束工具1240，并且也可以被电连接到其它部件。控制器1250可以包括被配置为执行电子束检查装置1200的各种控制的计算机。控制器1250还可以包括被配置为执行各种信号和图像处理功能或者激活电子源或者激活电子检测器以检测从样本生成的次级电子等功能的处理电路系统。虽然控制器1250在图12中被示出为在包括电子束工具1240和图像处理系统1260的结构的外部，但是应当理解，控制器1250也可以是该结构的一部分。此外，虽然图像处理系统1260被示出为与电子束工具1240和控制器1250外部连接的独立单元，但是应当理解，图像处理系统1260可以是控制器1250的一部分。

在一些实施例中，图像处理系统1260可以包括图像获取机构1270，其被配置为基于由电子检测器检测到的信号电子(诸如，次级电子、背散射电子、俄歇电子等)来捕获样本的一个或多个图像。在一些实施例中，图像获取机构1270可以从电子检测器(例如，图2的电子检测器244)接收信号，并且可以构造一个图像或多个图像。图像获取机构1270可以基于应用和所需用途来获取样本(例如，图2的样本250)上的感兴趣区域的图像。图像获取机构1270可以通过诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等的通信介质或其组合而被通信地耦合到装置40的电子检测器244。在一些实施例中，图像获取机构1270可以被配置为顺序地获取多个图像并且调整连续获取的图像之间的时间延迟。

图像处理系统1260还可以包括图像处理器1280。例如，图像处理器1280可以是计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机或任何种类的移动计算设备等，其被配置为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、提取和确定结构的灰度级、将图像特征与经训练的图像特征进行比较、识别特征等。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为从机器学习网络(未示出)接收与经训练的图像相关联的数据或经训练的图像。机器学习网络可以被训练为基于灰度级来识别图像的特征。例如，在SRAM单元的光学或SEM图像中，不同的结构可以基于它们的电特性而具有不同的灰度级。机器学习网络可以例如通过深度学习、人工智能、神经处理等技术来训练，以识别SRAM单元的结构。应当理解，灰度级、灰度标度级、灰度级值、或灰度标度或灰度标度强度在本文中可以互换使用。

在一些实施例中，从所获取的图像中识别结构可以基于所获取的图像与包括具有参考灰度级的结构的参考图像之间的比较。参考图像可以包括SEM图像，或者使用机器学习网络形成的经训练的图像。在经优化的获取条件下获取的SEM参考图像中，结构可以基于包括但不限于工艺、材料、工具、设施、结构的维度等因素而具有参考灰度级。例如，使用等离子沉积工艺制造的50：1纵横比钨(W)接触焊盘的参考图像中的结构灰度级可以不同于在相同腔中使用等离子沉积工艺制造的50：1纵横比钴(Co)接触焊盘的参考图像灰度级。

在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为提取所获取的图像的特征的灰度级。在8位灰度图像中，可以存在256个离散的灰度级标度，并且可以为每个像素分配“0”和“255”之间的灰度级值，其中灰度级0指示黑色像素并且灰度级255指示白色像素。图像处理器1280可以使用诸如Matlab、Simulink等的软件或可执行应用程序来执行提取算法，以确定表示特征的像素或像素组的灰度级。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为执行图像处理功能，包括但不限于图像滤波或图像变形。

在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为识别所获取的图像中的特征或结构，诸如例如接触插塞(Vdd)。图像处理器1280还可以被配置为识别所获取的图像中具有灰度值或灰度值范围的特征的所有出现。例如，如果所获取的图像中的接触插塞的像素值为220，则图像处理器1280可以将具有值220的基本上所有像素识别为接触插塞。在一些情况下，可能期望进一步的图像滤波或图像处理以增强准确度并将识别误差最小化。

在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为确定特征的灰度级变化或者使用图像获取机构1270捕获的图像中的特征的灰度级变化率。作为一个示例，图像处理器1280可以确定相对于图像数目或图像获取持续时间的灰度级变化梯度。灰度级变化率，也被称为灰度级变化的程度，可以基于特征的两个或更多个图像之间的特征灰度级差异来确定。灰度级变化率可以展示出线性趋势或非线性趋势，诸如多项式衰减或指数衰减。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为基于样本的区域内的多个特征的灰度级变化梯度来确定区域中的灰度级变化的平均梯度。

图像处理系统1260还可以包括存储机构1290。在一些实施例中，存储机构1290可以包括数据存储介质，诸如硬盘、闪存驱动装置、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。存储机构1290可以与图像获取机构1270耦合并且可以被用于将经扫描的原始图像数据保存为原始图像以及后处理图像。在一些实施例中，存储机构1290可以被配置为临时或永久地存储从机器学习网络接收的经训练的图像。虽然存储机构1290被示出为图像处理系统1260的一部分，但是应当理解，存储机构1290可以是与图像处理系统1260或控制器1250通信的远程存储机构。

现在参考图13，其图示了根据本公开的实施例的用于使用电子束检查装置1200来确定晶片上的结构的特性的示例性方法1300的过程流程图。方法1300的一些功能可以由控制器(例如，图12的控制器1250)执行。控制器可以被编程来执行方法1300的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号来激活电子源，或者使用电子检测器以发起次级电子的检测并执行其它功能。一些功能可以由与控制器通信的处理器来执行。处理器可以是控制器的一部分或者是与控制器通信的独立处理设备。可以理解，电子束检查装置1200可以在电压对比检查模式中操作以执行方法1300的一个或多个功能。在VC检查操作模式中，可以采用预充电或泛射，其中在使用小射束电流执行检查之前，样本的感兴趣区域可以暴露于大射束电流。

在步骤1310中，用于获取期望区域的一个图像或多个图像的条件或参数可以被调整。调整图像获取的条件可以包括调整初级电子束(例如，图3的初级电子束300B1)的射束电流、初级电子束的入射电子的着屏能量或者与样本相关联的电场等。在一些实施例中，控制器1250可以包括被配置为控制初级射束特性或电子束工具参数的电路系统。

在一些实施例中，调整图像获取条件可以包括调整用于电压对比检查的特征件的充电参数，包括但不限于沉积在特征件上的电荷量、特征件的充电速率、充电频率等参数。沉积在特征件上的电荷量和充电速率可以取决于传入的初级电子束的射束电流等。例如，如果射束电流为高，则大量电荷可能在短时间段内沉积。尽管由于所生成的更多的次级电子，高射束电流可能导致更好的图像质量，然而其也可能使得半导体节点充电过快或对结构造成损坏。可能期望调整初级电子束的射束电流来获得高质量图像，同时保持低充电速率以及较小的损坏。

在一些实施例中，调整图像获取条件可以还包括调整入射电子的着屏能量。在低着屏能量(小于1keV)处，入射电子和样本之间的相互作用体积可以很小，探测样本的顶表面或接近顶的表面层。这样生成的次级电子可以提供高分辨率的表面信息，但是可能缺少组成信息。在更高的着屏能量处，相互作用体积更大，因此提供更多的组成和更少的形貌信息。因此，入射电子的着屏能量可以被调整以获得高分辨率或高质量的图像。

在一些实施例中，调整图像获取条件可以包括调整靠近样本或与样本相关联的电场。基于影响样本的电场的幅度和方向，在初级电子与样本表面相互作用时生成的次级电子可以从样本中加速或减速。作为一个示例，相对于样本带正电的电极可以为次级电子提供加速电场，而靠近样本的带负电的电极可以为所生成的次级电子提供减速电场。电极电势可以被调整以修改影响次级电子的能量和速度的电场，从而调整所获取的图像的分辨率和质量。

在一些实施例中，图像获取条件可以基于所获取的图像的期望特性来调整，所获取的图像的期望特性包括但不限于亮度、对比度、视场、放大率等。在一些实施例中，所获取的图像的期望特性可以基于由图像处理器1280用于识别特征件的图像特性来确定。例如，如果图像处理器1280被配置为识别图像中具有亮度和对比度水平或亮度和对比度水平范围的特征件，则所获取的图像的期望亮度和对比度电平可以被相应地调整。

在步骤1320中，感兴趣区域的多个图像可以使用在步骤1310中确定的图像获取条件来获取。如本文所使用的，感兴趣区域是指包括半导体节点或半导体节点结构的样本区域。在一些实施例中，多个图像可以以连续图像之间的时间延迟来顺序地捕获。本文所使用的时间延迟是指两个连续图像的获取之间的时间间隔或时间差。例如，如果在时刻t1获取第一图像并且在时刻t2获取第二图像，则时间延迟或时间间隔是(t2-t1)秒。在一些实施例中，时间延迟可以在从1毫秒(ms)到1纳秒(ns)的范围内调整。

在一些实施例中，图像获取机构1270可以被配置为顺序地捕获如图13所示的8个图像1320_1-1320_8并且还可以被配置为引起连续图像的获取之间的时间延迟。尽管图13图示了8个图像的获取，但是应当理解，任意数目的图像可以基于应用、分析、材料等来获取。连续图像(例如，图像1320_1和1320_2)之间的时间延迟可以基于结构的充电或放电速率等来确定。在一些实施例中，连续图像之间的时间延迟可以是均匀的。例如，第一图像1320_1和第二图像1320_2之间的时间延迟可以是2ns，并且第二图像1320_2和第三图像1320_3之间的时间延迟可以是2ns。在一些实施例中，连续图像之间的时间延迟是可配置的并且可以是不均匀的。例如，第一图像1320_1和第二图像1320_2之间的时间延迟可以是2ns，而第二图像1320_2和第三图像1320_3之间的时间延迟可以是4ns。由于两个图像之间的时间间隔较短，与1ms的时间延迟相比，两个图像之间的1ns的时间延迟可能导致高充电速率或电荷累积。在一些实施例中，图像之间的时间延迟可以基于期望的应用或目标分析来调整。

在步骤1330中，图案、结构或半导体节点可以从所获取的包括半导体节点的图像中识别。图13示出了SRAM区域的示例性所获取的图像1335。所获取的图像1335可以包括高分辨率SEM图像、光学图像或低分辨率SEM图像，其使用基于如下的图像获取条件来获取：期望的图像特征、结构的充电速率、初级电子束的射束电流等。

图像处理器1280可以被配置为接收与所获取的图像1335相关联的信息并且重建图像。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为基于描绘结构的像素的灰度级来识别结构，例如，接触插塞Vdd。图像1335可以包括具有代表性像素灰度级值的多个Vdd结构、Vss结构或半导体节点的其它结构。在一些实施例中，图像处理器1280可以通过使用诸如Prewitt内核、Sobel内核等的3×3内核，在X方向和Y方向上进一步执行图像滤波或特征提取算法来识别结构。可以理解，也可以使用其它图像滤波或特征提取算法。

在一些实施例中，机器学习网络可以被训练以识别图像的结构或特征，或者基于经训练的图像，从所获取的图像中提取特征信息。例如，经训练的图像可以包括由图像获取机构1270或其它机构在与所获取的图像1335基本相似的获取条件下获取的特征的参考图像。使用机器学习网络的经训练的图像的获取和经训练的特征的提取可以离线地执行，使得这些步骤不会不利地影响整体检查生产量。

机器学习网络可以包括例如人工智能系统、神经网络或深度学习技术、软件实现的算法等。机器学习网络的特征提取架构可以包括例如卷积神经网络。在一些实施例中，可以采用深度学习架构的线性分类器网络作为起点来训练和构建机器学习网络的特征提取架构。

在一些实施例中，机器学习网络可以包括多个层。例如，卷积神经网络的架构可以包括输入层、第一卷积层、第一池化层、第二卷积层、第二池化层、一个或多个隐藏层、激活层和输出层。基于特征的性质和复杂性，架构的每个层可以具有所生成的不同数目的子样本。在第一卷积操作之后，可以在第一池中生成少于10个子样本。而在第二卷积操作之后，第二层可以具有在第二池中生成的多于10个子样本。在一些实施例中，层之间的变化可以由布局中几何特征的复杂性引入。具有更多几何信息的特征可以具有更高的概率来生成更多的子样本。例如，复杂特征可以表现出可以被分解和分析为单独属性的各种子形状。

在一些实施例中，诸如深度学习、神经网络处理等的机器学习技术可以被用于基于从所获取的SEM图像获得的信息来提取和分析与节点1100或与节点1100相关联的结构的电阻和电容参数有关的信息。作为一个示例，机器学习网络可以被训练为基于来自所获取的结构图像的数据库的信息而形成结构的参考图像。机器学习网络可以进一步被训练为将所获取的图像与对应的参考图像进行比较，并且基于结构的灰度级强度比较来识别所获取的图像中的结构。在一些实施例中，机器学习网络可以进一步被训练来确定多个图像之间的所识别的结构的灰度级变化，确定结构的灰度级变化的趋势，并且基于所确定的趋势，计算结构的灰度级变化梯度。在一些实施例中，机器学习网络可以进一步被训练为从数据库获得与结构的几何形状、尺寸或在线过程和测量数据相关联的信息，并且提取与基于模拟模型预测的结构的电阻或电容相关联的信息。

在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为在识别结构时定位图像1335中的多个相同结构。作为一个示例，图像处理器1280可以被配置为基于表示插塞的像素的灰度级强度来识别并定位图像1335中的基本上所有接触插塞Vdd。作为一个示例，图像1335包括以矩形12×5矩阵布置的60个接触插塞Vdd。接触插塞的数目可以基于视场、放大率、感兴趣区域等而变化。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为基于像素灰度级强度来识别并定位图像1335中的多个不同结构，诸如接触插塞Vss、栅极接触插塞、位线、字线以及其它结构。

在步骤1340中，样本区域中的结构的灰度级值的梯度被确定。在SEM中，“充电”是指当样本被初级电子辐射时，在样本表面处或其附近正或负电势的累积。尽管充电可能导致许多不期望的结果，但其可有利地用于例如绝缘或样本中的电压对比检查模式和电子束诱导电导率(EBIC)。带电表面在SEM图像中显得更亮并且当电荷由于泄漏、传导或其它机制而耗散时，表面显得更暗。亮度的变化表现为SEM图像中像素的灰度级强度变化。灰度级强度或像素强度是指像素的强度或亮度。在0-255的亮度标度上，较小的数字(接近0)表示黑色，而较大的数字(接近255)表示白色像素。0和255之间的数字表示灰色阴影。

在一些实施例中，当在一个或多个图像1320_1-1320_8中识别诸如接触插塞Vdd的结构时，图像处理器1280可以存储所识别的接触插塞的位置信息和灰度级强度。接触插塞的位置信息和它们对应的灰度级强度信息可以被存储在存储机构1290中。在一些实施例中，8个图像(1320_1-1320_8)中的每一个图像的位置信息和对应的灰度级强度信息可以被记录并存储。在其它实施例中，两个或更多个图像的位置信息和对应的灰度级强度信息可以被记录并存储。存储机构1290可以包括存储介质，诸如硬盘、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、数据库、网络、计算机、服务器或其它类型的计算机可读存储器。

图像处理器1280还可以被配置为确定所识别的接触插塞相对于时间或图像帧编号(例如，图像1320_1、1320_2、1320_3、1320_4、1320_5、1320_6、1320_7及1320_8)的灰度级变化。参考顺序成像或顺序图像捕获，图像帧编号可以表示多个图像的图像编号和图像捕获的顺序。例如，图像帧编号1320_3表示所捕获的多个图像中的第三图像，并且在第二帧1320_2之后和第四帧1320_4之前被捕获。可以理解，可以使用帧编号的任何识别或标记方法。如图13中所示，图像1345示出了描绘八个帧(例如，1320_1-1320_8)(标记为帧编号0到7)中的60个接触插塞的灰度级的图。

在一些实施例中，图像处理器1280还可以被配置为基于灰度级强度信息，确定每个接触插塞相对于图像帧编号的灰度级变化的梯度。在一些实施例中，与图像帧编号相关联的信息可以基于与图像捕获时间和连续图像之间的时间延迟相关联的信息而被转译为时间。例如，如果针对第一帧(帧#0)的捕获时间t0是参考时间t0＝0，并且连续图像之间的时间延迟是2ns，则图像捕获时间t1＝2ns，t2＝4ns，t3＝6ns，t4＝8ns，t5＝10ns，t6＝12ns并且t7＝14ns。在一些实施例中，图像处理器1280还可以被配置为确定样本区域的结构(例如，接触插塞Vdd)的灰度级变化的平均梯度。图像处理器1280还可以被配置为确定结构的灰度级变化的平均梯度的绝对值。

在一些实施例中，灰度级变化的梯度或斜率可以使用数据拟合技术(诸如线性拟合、多项式拟合、曲线拟合等)来确定。图像处理器1280可以被配置为执行数据拟合来基于结构的灰度级变化，提取包括但不限于梯度、衰减常数的参数或其它参数。

在一些实施例中，灰度级变化或灰度级变化的速率(梯度)可以被用于确定电特性，诸如电节点的电阻或电容，或者几何特性，诸如临界尺寸、重叠等。如本文中所使用的，“临界尺寸”是指影响器件的电特性的电节点的特征或结构的尺寸。场效应晶体管的每个部件的尺寸是临界尺寸。这些尺寸均可能影响器件的电性能，因为它们会贡献寄生电容和电阻。例如，场效应晶体管的沟道具有长度和宽度，电极具有特定的几何形状，栅极可以具有与沟道不同的尺寸，并且可以不跨越沟道的整个宽度。

在步骤1350中，图像处理器1280还可以基于所确定的样本区域的灰度级变化的平均梯度的绝对值和对应区域的位置信息，被配置为生成包括跨越样本的多个区域的结构的灰度级变化的平均梯度的图案。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为确定样本上的预定位置处的预定数目的区域的灰度级变化的平均梯度。例如，图像处理器1280可以被配置为确定结构在五个位置处的灰度级变化的平均梯度，五个位置包括晶片的中心管芯、左管芯、右管芯、顶部管芯和底部管芯。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为基于如图13的图像1355中所示的预定五个位置的平均梯度来内插样本的灰度级变化的平均梯度。在一些实施例中，图像处理器1280还可以被配置为基于灰度级变化数据，确定针对每个电节点或半导体节点的灰度级信号衰减时间常数、初始灰度级和最终灰度级。

在步骤1360中，半导体节点的电特性可以基于与在步骤1350中确定的灰度级变化的平均梯度相关联的信息，通过模拟来预测。模型1365(稍后参考图14讨论)可以被用于模拟电特性，包括但不限于半导体节点或与半导体节点相关联的结构的电阻、电介质电容或RC时间常数。在一些实施例中，模型1365可以由图像处理器1280、控制器1250、图像处理系统1260或被配置为执行软件实现的算法的任何处理器来执行。

在步骤1370中，半导体节点或与节点相关联的结构的物理特性可以基于电特性来预测。物理特性可以包括临界尺寸、底部临界尺寸、重叠等。在一些实施例中，组成信息或化学计量信息可以基于节点的电特性来预测。

现在参考图14，其图示了根据本公开的实施例的用于基于样本的灰度级变化来模拟样本的电特性的模型的示例性配置1400。类似于图13的模型1365，模型1465可以被配置为基于灰度级变化信息来模拟与电节点相关联的结构的电阻、电容、RC时间常数或其它电特性。配置1400包括被配置为接收输入数据1410的模型1465。模拟过程可以使用模型1465来执行，以预测样本上的结构的电特性并生成包括与所预测的电特性相关联的信息的输出数据1480。输出数据1480还可以被用于预测样本的物理特性或者可以被存储在存储机构(例如，图12的存储机构1290)中。在一些实施例中，模型1465可以包括电路模型，电路模型包括与节点相关联的一个或多个结构。电路模型或模型1465可以包括与节点相关联的结构，诸如如布置在样本中或感兴趣区域中的电阻器、电容器、电感器、接触插塞、晶体管、金属互连、电源等。

在电压对比检查期间曝光于电子束的结构的充电和放电行为可以基于结构的特性而变化，特性包括但不限于几何形状、组成、器件内的位置、电阻、电容或处理历史等。因此，可能期望对充电和放电行为进行分析来提取与影响充电和放电行为的一个或多个特性相关联的信息。例如，在图14中，针对插塞1和2的灰度级变化可以基于它们的尺寸、电阻或组成而变化。对于给定的组成，插塞1和插塞2与基础特征的接触电阻的差可以与尺寸或几何形状的差异有关，包括临界尺寸、底部CD、缺陷(诸如空隙或界面层)的存在、或者化学计量和原子排列。因此，灰度电平变化与电阻或临界尺寸的变化之间的相关性对于缺陷检查等是可取的。

输入数据1410可以包括与结构的灰度级变化、结构的几何形状、结构的组成、结构的处理历史等相关联的信息。在一些实施例中，模型1465可以基于FAB中的结构的处理历史，在过程步骤处模拟接触插塞的电特性。例如，电压对比检查可以在钨化学机械抛光(WCMP)工艺步骤中执行来确定接触插塞中的缺陷。在这种情况下，模型1465可以利用与沉积工艺、蚀刻工艺、厚度测量、工具历史、样本历史等相关联的信息来基于灰度级变化模拟结构的电特性。

输出数据1480可以包括与结构的电特性(诸如电阻或电容)以及结构的物理特性(诸如，底部CD、重叠等)相关联的信息。使用模型1465的模拟过程可以被执行，以基于输入数据1410来模拟样本的电和物理特性。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为使用模型1465和结构的位置信息，基于所预测的电特性以生成结构的模拟电特性或物理特性的图案。在一些实施例中，图像处理器1280可以被配置为将包括结构(例如，图13的图像1355)的灰度级变化的平均梯度的图案与结构的模拟电特性或物理特性的图案相关。在一些实施例中，在训练之后，模型1465可以被配置为基于包括结构的灰度级变化的平均梯度的图案来预测结构的电特性或物理特性。

现在参考图15，其图示了根据本公开的实施例的表示确定结构的特性的示例性方法1500的过程流程图。方法1500的一些功能可以由控制器(例如，如图12中所示的EBI装置1200的控制器1250)来执行。控制器可以被编程来执行方法1500的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号来激活电子源或执行其它功能。

在步骤1510中，电子源可以被激活以生成初级电子束(例如，图2的初级电子束204)。电子源可以由控制器激活。例如，电子源可以被控制来发射初级电子，以形成沿初级光轴的电子束。电子源可以被远程激活，例如，通过使用软件、应用程序或用于控制器的处理器的指令集，以通过控制电路系统为电子源供电。初级电子束可以被引导通过电子束工具(例如，图12的电子束工具1240)，以入射到样本(例如，图3的样本315)的表面上，形成探测点。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子等。

EBI装置(例如，图12的电子束检查装置1200)可以提供用于支持多个操作模式的机构。例如，电子束工具可以被配置为在泛射模式中操作，以通过利用带电粒子(例如，电子)将样本的表面泛射来突出显示电压对比缺陷，并且在检查模式中操作，以使用高分辨率成像方法来分析在泛射模式期间突出显示的缺陷。电子束工具可以被配置为在操作模式之间切换。例如，电压对比缺陷检测和分析的完整扫描可以包括使得样本的表面泛射预定的持续时间，随后对通过泛射识别的任何缺陷进行高分辨率检查。

在步骤1520中，电子检测器(例如，图3的带电粒子检测器306A和306B)可以被配置为检测包括从样本生成的次级电子的信号电子。电子检测器可以包括一个或多个检测器。图像可以基于由电子检测器检测的信号而形成。EBI装置可以包括图像处理系统(例如，图12的图像处理系统1260)，图像处理系统包括图像获取机构(例如，图12的图像获取机构1270)、图像处理器(例如，图12的图像处理器1280)和存储机构(例如，图12的存储机构1290)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器可以借助诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等介质或其组合而被通信地耦合到信号电子检测器。图像获取器可以从信号电子检测器接收信号并且可以构造图像。图像获取器因此可以获取样本区域的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如图像滤波、确定灰度级、生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度的调整。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)的存储介质或者其它类型的计算机可读存储器等。存储装置可以与图像获取器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和后处理图像。

在步骤1530中，诸如结构、半导体节点或电节点的感兴趣区域的多个图像可以使用经优化的图像获取条件来获取。多个图像可以以连续图像之间的时间延迟顺序地捕获。例如，如果在时间t1获取第一图像并且在时间t2获取第二图像，则时间延迟或时间间隔是(t2-t1)秒。在一些实施例中，时间延迟可以在从1毫秒(ms)到1纳秒(ns)的范围内调整。

在一些实施例中，图像获取器可以被配置为顺序地捕获8个图像(例如，图13的图像1320_1-1320_8)，并且还可以被配置为引起连续图像的获取之间的时间延迟。连续图像之间的时间延迟可以基于结构的充电或放电速率等来调整。在一些实施例中，连续图像之间的时间延迟可以是均匀的。例如，第一图像1320_1和第二图像1320_2之间的时间延迟可以是2ns，并且第二图像1320_2和第三图像1320_3之间的时间延迟可以是2ns。在一些实施例中，连续图像之间的时间延迟可以是不均匀的。例如，第一图像1320_1和第二图像1320_2之间的时间延迟可以是2ns，而第二图像1320_2和第三图像1320_3之间的时间延迟可以是4ns。

在步骤1540中，与节点相关联的结构的特性可以基于节点的多个图像的灰度级变化率来确定。灰度级变化或灰度级变化率(梯度)可以被用于确定电特性，诸如电节点的电阻或电容；或者物理特性，诸如临界尺寸、重叠等。确定结构或半导体节点的电特性或物理特性可以包括但不限于调整图像获取条件；获取感兴趣区域的多个图像；基于表示结构的像素的灰度级，从所获取的图像中识别结构；基于来自代表性像素的灰度级的识别来定位图像中的所有结构；确定多个图像中的结构的灰度级变化；确定多个图像中的每个图像中的多个结构的灰度级变化；确定相对于图像帧编号或时间的灰度级变化率；确定初始和最终灰度级值；基于所确定的灰度级变化的梯度，使用模型来预测结构的电特性；以及基于所预测的电特性来预测样本的物理特性。

可以提供存储指令的非暂态计算机可读介质，指令用于控制器(例如，图1的控制器50)的处理器以执行图像检查、图像获取、图像处理以确定多个图像之间的灰度级和灰度级梯度；激活带电粒子源；激活光源；将信号施加到带电粒子检测器；调整由控制器施加的激发信号和检测信号；台运动控制；分束器激发；将扫描偏转电压施加到射束偏转器；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；调整控制电极电势；调整施加到电子源、提取器电极和样本的电压等。控制器还可以执行以下功能，包括：将信号施加到诸如激光器的光学粒子源；扫描激光功率密度；确定特征的图像的灰度级；将信号施加到带电粒子检测器；存储施加到粒子源和检测器的信号的时间信息；将信号施加到电子源以生成脉冲电子束；调整泵浦信号和探测信号之间的时间延迟；存储由光学检测器接收的信号的时间信息等。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，具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)以及可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH-EPROM或任何其他闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、高速缓存、寄存器、任何其他存储器芯片或盒式存储器以及其联网版本。

现在参考图16A，其图示了根据本公开的实施例的N型金属氧化物半导体(NMOS)器件1612和P型金属氧化物半导体(PMOS)器件1614中的示例性金属触点。在电子束检查时，包括p+/n阱结的PMOS器件1614可以被正向偏置，从而允许电子从p掺杂半导体区域流入金属触点1620。包括n+/p阱结的NMOS器件1612可以被反向偏置，从而阻挡电子从n掺杂半导体区域流入金属触点1620。NMOS器件1612和PMOS器件1614的扫描电子显微镜图像1616和1618分别图示了金属触点1620的图像中的电压对比度的比较。例如，在PMOS器件1614中，与掺杂半导体区域完全接触的金属触点1620比具有缺陷1622的高电阻金属触点显得更亮，缺陷1622诸如但不限于与半导体接合的电介质层。“开路”的金属触点看起来是最暗的，因为电子进入金属触点的通道的完全阻塞导致正电荷的累积，从而减少了可以被检测到的次级电子信号。

作为一个示例，在图16B中所图示的NMOS器件1612中，缺陷1622可以阻碍或基本上阻挡金属触点1620与掺杂半导体区域之间的电荷流动。应理解，在反向偏置的NMOS器件(诸如NMOS器件1612)中，具有或不具有缺陷的金属触点1620的SEM图像中的电压对比度不高。如前所述，克服这个问题的若干方法之一可以包括生成大量电荷载流子，诸如但不限于电子-空穴对，以中和在电子束检查期间生成的电荷。电子-空穴对例如可以通过利用光子能量高于半导体能隙的光照射半导体样本来生成。如图16B所示，光电流1640可以通过利用光子能量高于半导体能隙的激光源照射n+/p阱结来生成。应当理解，电子-空穴对也可以使用其它光源和采用备选光源的其它方法来生成。

虽然诸如但不限于激光器的光源可以在电子束检查期间被用来改进NMOS器件1612中的正常触点(例如，图16A的金属触点1620)与有缺陷触点(例如，图16B的具有缺陷1622的金属触点1620)之间的对比度差异，但是区分正常触点与泄漏触点可能具有挑战性，因为在具有边缘对比度差异的情况下，两者可能看起来都是明亮的。此外，区分具有在100MΩ-1000MΩ范围内的电阻的高电阻触点和开路触点也可能是有挑战性的，因为在对应的SEM图像中具有边缘对比度差异的情况下，它们可能看起来都是暗的，。应理解，尽管图16A和图16B图示了当电子束着屏能量导致金属触点1620正充电时，反向偏置NMOS器件1612阻挡电流流动，但是PMOS器件1614中的电缺陷(诸如泄漏)可以通过调整电子束着屏能量，使得金属触点可以带负电来检测。

现在参考图17，其图示了根据本公开的实施例的表示作为激光功率密度的函数绘制的金属触点的灰度级值的数值数据的数据图1700。如前所述，在8位灰度标度图像中，可以存在256个离散的灰度标度级，并且每个像素可以被分配“0”和“255”之间的灰度标度值，其中灰度级0表示黑色像素，灰度级255表示白色像素。如本文所使用的，激光功率密度是指穿过截面积(cm

如图17所示，数据集1710表示示例性缺陷(例如，开路)的灰度级值(例如，在0到255的标度上)随着以kW/m

数据集1720表示具有高电阻缺陷(通常为100MΩ或更高)的触点的灰度级值随着以kW/m

在当前现有的用于电路的电测试的激光辅助电压对比SEM(VC-SEM)技术中，减轻与正常触点和有缺陷触点之间的较差对比度相关联的挑战的几种方式中的一种可以包括利用较高的激光功率密度(通常为100kW/m

在一些实施例中，带电粒子束装置(例如，图3的带电粒子束装置300)可以包括被配置为生成光束(例如，图3的光束322)的光源(例如，图3的光源320)。所生成的光束可以是连续光束或者包括一个或多个激发脉冲(例如，图3的激发脉冲321)的脉冲光束。如前面参考图3所述，光源可以包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。在一些实施例中，所生成的光束可以是具有特征光子波长(nm)、光子频率(Hz)、功率(W)、功率密度(kW/m

在一些实施例中，在初级带电粒子与样本区域相互作用时生成的次级带电粒子的检测可以基于样本区域的表面电势。如本文中所使用，样本区域可以指代电路、电路部件、管芯的一部分、管芯、划线、器件、接触焊盘或者制造或设置在样本上的任何特征件。区域的表面电势可以基于区域中的中和电荷的可用性、缺陷的存在、触点质量、器件处理条件等以及其他因素。例如，在使用来自SEM的电子源的电子辐射包括反向偏置NMOS器件(例如，图16A的NMOS器件1612)中的p-n结的样本表面时，可以阻碍电子流穿过p-n结，从而使得正电荷累积。正电荷的累积可以降低表面电势并且可以限制次级电子从表面逃逸出。这可能导致次级电子检测器检测到的信号较差，并且因此导致所检测的信号的对比度较差。为了克服该挑战，诸如激光器的光源可以被用来照射样本的区域或将其泛射，使得可以在该区域中生成诸如电子-空穴对的大量电荷载流子。所生成的带电载流子可以中和区域中所累积的电荷，从而增加表面电势，并最终增强图像中的对比度。

在一些实施例中，光束(例如，图3的光束322)的特性可以被调整为引起所生成的次级带电粒子的特性的变化。光束的特性可以包括但不限于能量密度、功率密度、频率、波长、总功率或总能量。在一些实施例中，调整光束的特性可以包括根据需要，将激光功率密度适当地从0扫频到400kW/m

在一些实施例中，调整光束的特性可以包括递增地调整激光功率密度。激光功率密度的增量调整可以包括以规则间隔阶跃函数、不规则间隔阶跃函数、连续函数以及扫频激光功率密度的其它函数分布来增加入射光束的功率密度。在一些实施例中，激光功率密度可以在一个方向上递增地扫频。例如，在阶跃函数中，激光功率密度可以高于所施加的激光功率密度的任何先前值。在一些实施例中，所生成的次级带电粒子的特性可以包括但不限于轨迹、能量、强度或次级带电粒子的数目。样本表面上累积电荷的存在可能影响次级带电粒子的一个或多个特性，从而影响由检测器检测到的信号带电粒子。

作为一个示例，图17图示了当光束的功率密度从0kW/m

现在参考图18，其图示了根据本公开的实施例的表示识别样本中的缺陷的示例性方法1800的过程流程图。方法1800的一些功能可以由控制器(例如，如图12中所示的EBI装置1200的控制器1250)来执行。控制器可以被编程以执行方法1800的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号以激活电子源或激活光源以生成光束，或者执行其它功能。

在步骤1810中，电子源可以被激活以生成初级电子束(例如，图2的初级电子束204)。电子源可以由控制器激活。例如，电子源可以被控制以发射初级电子，以沿着初级光轴形成电子束。电子源可以被远程激活，例如，通过使用软件、应用程序或用于控制器的处理器的指令集以通过控制电路系统来为电子源供电。初级电子束可以被引导通过电子束工具(例如，图12的电子束工具1240)，以入射到样本(例如，图3的样本315)的表面上，从而形成探测点。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子，以及其它带电粒子。

EBI装置(例如，图12的电子束检查装置1200)可以提供用于支持多个操作模式的机构。例如，电子束工具可以被配置为在泛射模式中操作，以通过利用电子或光子将样本的表面泛射来突出显示电压对比缺陷，以及在检查模式中操作，以使用高分辨率成像方法来分析在泛射模式期间突出显示的缺陷。电子束工具可被配置为在操作模式之间切换。例如，电压对比缺陷检测和分析的完整扫描可以包括将样本的表面泛射预定的持续时间，随后对通过泛射所识别的任何缺陷进行高分辨率检查。

在步骤1820中，光源(例如，图3的光源320)可以被激活以生成光束(例如，图3的光束322)。光源可以被配置为生成包括多个激发脉冲(例如，图3的激发脉冲321)的光束。在一些实施例中，光束可以是包括多个激发脉冲的脉冲光束或连续光束。激发脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率的脉冲波形来表示。光源可以包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。在一些实施例中，光源可以包括飞秒激光源，其被配置为生成具有小于1皮秒(<10

光束可以照射样本的第二区域，样本的第二区域与样本的第一区域不同。在一些实施例中，由光束照射的样本的第二区域可以包括由初级电子束照射的样本的第一区域的一部分或第一区域的整体。在一些实施例中，样本的第一区域可以包括样本的一部分，该部分包括半导体器件、半导体器件的特征件、包括多个半导体器件(诸如晶体管、二极管、电容器、电阻器)的电路系统等。在一些实施例中，样本的第二区域可以包括邻近第一区域、围绕第一区域、与第一区域部分重叠或者距第一区域一定距离的样本部分。

由光源生成的光束可以被配置为基于光束的特性，在样本的第二区域中生成电荷载流子，诸如电子-空穴对。例如，如果光束的功率密度较高，则与具有较低功率密度的光束相比，可以产生大量的电子-空穴对。

在步骤1830中，电子检测器(例如，图3的带电粒子检测器306A和306B)可以被配置为检测包括从样本生成的次级电子的信号电子。电子检测器可以包括一个或多个检测器。图像可以基于由电子检测器检测的信号而形成。EBI装置可包含图像处理系统(例如，图12的图像处理系统1260)，图像处理系统包括图像获取机构(例如，图12的图像获取机构1270)、图像处理器(例如，图12的图像处理器1280)和存储机构(例如，图12的存储机构1290)。图像获取器可以包括一个或多个处理器。例如，图像获取器可以包括计算机、服务器、大型主机、终端、个人计算机、任何类型的移动计算设备等或其组合。图像获取器可以借助诸如电导体、光纤电缆、便携式存储介质、IR、蓝牙、互联网、无线网络、无线电等介质或其组合而被通信地耦合到信号电子检测器。图像获取器可以从信号电子检测器接收信号并且可以构造图像。图像获取器因此可以获取样本区域的图像。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如图像滤波、确定灰度级值、生成轮廓、在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度的调整。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储装置可以与图像获取器耦合，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和后处理图像。

调整光束的功率密度可以引起从样本的第一区域生成的次级带电粒子的特性的变化，包括它们的轨迹、能量或强度的变化。

在步骤1840中，感兴趣区域(诸如，结构、半导体器件的特征件、半导体器件、电路或电路部件)的多个图像可以使用图像获取系统来获取。多个图像可以在连续图像之间具有或不具有时间延迟的情况下顺序地捕获。例如，如果在时间t1获取第一图像并且在时间t2获取第二图像，则时间延迟或时间间隔是(t2-t1)秒。在一些实施例中，时间延迟可以在从1毫秒(ms)到1纳秒(ns)的范围内调整。

在步骤1850中，结构的特性可以基于样本的第一区域的多个图像或者第一区域中的特征件的多个图像的灰度级变化来确定。灰度级值及其变化可以被用于确定诸如电阻或电容的电特性，或者确定并识别样本中的缺陷。缺陷可以是引起电特性变化的物理缺陷或电缺陷。

现在参考图19，图19是根据本公开的实施例的用于使用电压对比(VC)技术来进行缺陷检测的示例性装置1900的示意图。装置1900可以包括：被配置为生成粒子束1912的粒子源1910；与测试结构1930相关联的电源1920；带电粒子束装置1940；以及控制器1950。虽然未图示，但是装置1900可以根据需要包括更少或更多的部件。

在一些实施例中，粒子源1910可以包括光源、带电粒子源或不带电粒子源。在一些实施例中，粒子源1910可以是与图3的光源320基本上类似的光源(例如，激光器)，并且可以执行基本上类似的功能。在一些实施例中，粒子源1910可以是被配置为生成包括多个脉冲的脉冲光束的光源，多个脉冲中的每个脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率等特性的脉冲波形来表示。光束的光子可以具有特征波长、特征频率或特征能量。在一些实施例中，光源可以是飞秒激光源，其被配置为生成具有小于1皮秒的脉冲宽度的超短光脉冲。应当理解，光源也可以被配置为生成连续光束。

在一些实施例中，粒子源1910可以包括与图2的电子源基本上类似的带电粒子源(例如，电子源)并且可以执行基本上类似的功能。电子源可以被配置为生成脉冲电子束或连续电子束。脉冲电子束可以包括多个超短电子脉冲(～脉冲持续时间100飞秒)，多个超短电子脉冲通过利用飞秒激光脉冲照射光电阴极而生成或者通过使用诸如微波腔的快速消隐器和孔径来切断连续电子束而生成。在一些实施例中，粒子源1910可以包括与带电粒子束装置1940的初级电子源分离的电子源。

装置1900可以包括与测试结构1930相关联并被配置为从粒子源1910接收能量的电源1920。在一些实施例中，电源1920可以包括电容器，电容器在从粒子源1910接收能量时，可以存储电荷并根据需要向测试结构1930供电。

在一些实施例中，测试结构1930可以包括具有串联连接的多个反相器1932的环形振荡器或闭环环形振荡器，以形成具有正反馈的闭合环路。测试结构1930可以包括奇数个反相器1932并且最后一个反相器的输出可以被反馈到第一反相器，形成闭合环路。应理解，环形振荡器电路是示例性测试结构并且也可以使用其它电测试结构。如图19所示，测试结构1930包括输入到输出连接的多个反相器1932。例如，反相器1932包括与正电源Vdd线1936连接的P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)以及与接地Vss线1938连接的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)。PMOSFET和NMOSFET彼此栅极-栅极和漏极-漏极地连接。漏极-漏极连接是反相器的输出，并且栅极-栅极连接是反相器的输入。应理解，尽管测试结构1930包括被配置为基于振荡频率检测缺陷的环形振荡器，但其它测试结构也可以包括其它电路系统或电器件以测量例如使用电容器的存储器器件的放电时间、金属互连的延迟、用于检测电缺陷的瞬态电压对比度等。

在一些实施例中，电力可以经由电源1920的电容器提供给Vdd线1936。电容器输出端可以被连接到测试结构1930的反相器1932的输入端。在一些实施例中，电力可以直接从粒子源1910(例如，激光源或电子源)提供给Vdd线1936，以激发电子并激活环形振荡器。图19图示了没有故障的环形振荡器，因此当高电压信号(1)被施加到第一反相器的栅极时，第一反相器输出低电压信号(0)。电路中的下一个反相器输出高电压信号(1)，并且每个后续的反相器输出交流电压信号电平(例如，0，1，0，1…)。闭环环形振荡器包括奇数个反相器，使得在两个连续周期中到第一反相器的输入信号是不同的。例如，在三反相器环形振荡器中，如果第一反相器的输入信号在第一周期中是高电压信号(1)，则第三反相器的输出是低电压信号(0)，其作为输入信号反馈到第一反相器中。因此，第三反相器的输出在每个周期中改变，导致振荡。振荡发生的频率可以确定环形振荡器或者与管芯中的电路系统相关联的测试结构的整体性能。

在一些实施例中，如果环形振荡器中的反相器中的一个反相器发生故障，则输出电压信号可以不从0改变到1(或在备选情况下从1改变到0)。例如，如果三反相器环形振荡器中的第二反相器发生故障，并且如果低电压信号(0)直接从粒子源1910或者经由电源1920的电容器施加到第一反相器，则第一反相器可以输出高电压信号(1)，并且第二反相器也可以输出高电压信号(1)。由于第一和第二反相器的输出相同，因此故障可以通过检测在由以电压对比模式操作的带电粒子束装置(诸如SEM)生成的图像中紧邻的两个亮光斑来容易地检测和隔离。

装置1900还可以包括被配置为在电压对比设置中可操作的带电粒子束装置1940。在一些实施例中，带电粒子束装置1940可以包括与图2的电子束工具40基本上类似的电子束检查工具并且可以执行基本上类似的功能。带电粒子束装置1940可以被配置为生成连续电子束以探测包括测试结构1930的样本(例如，图2的样本250)区域或者用于缺陷检测的感兴趣区域。在一些实施例中，虽然未在图19中图示，但是带电粒子束装置1940可以被配置为生成脉冲电子束。

在一些实施例中，带电粒子束装置1940的带电粒子检测器可以包括与图2的电子检测器244或图3的电子检测器306A基本上类似的次级电子检测器并且可以执行基本上类似的功能。在一些实施例中，带电粒子束装置1940的次级电子检测器可以具有1GHz或更低，或900MHz或更低，或800MHz或更低的读出频率。在一些实施例中，次级电子检测器的读出频率可以基本上等于或高于测试结构1930(例如，环形振荡器)的振荡频率。在800MHz(8×108帧/秒)的读出频率下，次级电子图像的像素驻留时间是1.25纳秒(ns)，并且因此，多个帧可以被捕获来增强信噪比。

装置1940还可以包括控制器1950，控制器1950被配置为至少与粒子源1910和带电粒子束装置1940的次级电子检测器通信。在一些实施例中，控制器1950可以是带电粒子束装置1940的组成部分。在一些实施例中，控制器1950可以基本上类似于图2的控制器50，并且除了执行与粒子源1910和带电粒子束装置1940的次级电子检测器的通信之外，还可以执行基本上类似的功能。

测量半导体晶片上的管芯的电性能特性的当前现有技术可能是不准确的，部分是因为它们可能未被设计为测试管芯的代表性部分。例如，划线中的测试结构位于远离管芯上的器件结构的位置。晶片制造中的几个挑战之一是横跨晶片的工艺条件的不均匀性，这可能导致不一致的器件特性。因此，器件的性能特性可以基于器件在晶片上的位置或者器件在管芯内的位置而变化。此外，在现有技术中，测试可能执行得太少，或者测试可能在生产结束时执行，或者物理接触器件焊盘的探针焊盘可能损坏接触焊盘的表面以及其他问题。因此，可能期望使用无接触探测来基于管芯内的测试结构测量电器件特性，并且更频繁地执行这些测试，同时保持产率和总生产量。所提出的方法和系统可以使得能够在第一金属化步骤之前，在制造工艺早期无接触地探测电测试结构以确定器件特性等。

如图19所示，示例性管芯内测试结构可以包括具有输出到输入串联连接的奇数个反相器的环形振荡器。环形振荡器可以使用由粒子源1910生成的脉冲粒子束1912来驱动或激活。脉冲粒子束1912可以包括脉冲光束(例如，图3的光束322)或脉冲电子束。在一些实施例中，脉冲光束可以是包括辐射样本区域的多个脉冲的脉冲激光束。

在一些实施例中，入射到样本上或在样本上制造的环形振荡器上的脉冲光束可以生成光电子，并且由此生成用于电激活环形振荡器、使得其以振荡频率振荡的驱动电压。带电粒子束装置1940的带电粒子源(例如，电子源)可以被配置为生成具有低探测电流的连续初级电子束。初级电子束可以入射到包括测试结构1930的样本区域上，以从其生成次级电子。所生成的次级电子的一个或多个特性(诸如但不限于次级电子的数目、轨迹、方向、或次级电子的能量)可以基于振荡栅极电压而变化。初级电子束的探测电流可以是低的，使得环形振荡器的反相器中的晶体管的栅极电压基本上不受影响。

控制器1950可以被配置为向粒子源1910施加信号，以使得粒子源1910生成具有脉冲频率、脉冲持续时间、脉冲宽度和脉冲强度的脉冲束。在一些实施例中，控制器1950还可以被配置为调整粒子束脉冲的定时并调整粒子束连续脉冲之间的延迟。控制器1950还可以被配置为存储与施加到粒子源1910的信号、脉冲的定时以及粒子束的脉冲之间的延迟相关联的信息。在一些实施例中，控制器1950可以被配置为存储与施加到粒子源1910的信号以及与环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

在一些实施例中，控制器1950可以被配置为将信号施加到带电粒子束装置1940的带电粒子检测器，以使得带电粒子检测器检测由初级电子束和样本的相互作用生成的次级电子。施加到带电粒子检测器的信号可以基于与施加到粒子源1910的信号和环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

如前所述，由于短的像素驻留时间，多个帧可以被捕获并被平均以增强VC-SEM图像的信噪比。在一些实施例中，控制器1950可以向带电粒子检测器施加信号，使得带电粒子检测器的操作与粒子束脉冲的定时同步。例如，在测试无故障环形振荡器的第一周期(C1)中，如果输入电压信号(V1)在时间(t1)被施加到第一反相器(I1)的栅极，则在时间(t3)施加到第三反相器(I3)的输入信号(V3)可类似于输入电压信号(V1)，在时间(t5)施加到第五反相器的输入信号(V5)可以类似于输入电压信号(V1)，依此类推。在包括奇数个反相器的环形振荡器中，反相器I(2n+1)的输入电压可以是相似的(全高或全低)，而反相器I2n的输入电压可以是相似的交流电压电平(全低或全高)。为了避免平均出与来自多个反相器的高和低输入或输出信号相关联的灰度级值，可能期望基于I(2n+1)和I(2n)反相器的时间信息来确定它们的灰度级值。时间信息可以至少包括与脉冲之间的定时、持续时间、延迟等相关联的信息。

在一些实施例中，控制器1950可以被配置为基于与施加到粒子源1910的信号相关联的时间信息来调整施加到次级电子检测器的信号，使得检测器可以与环形振荡器的振荡频率同步地被触发。在一些实施例中，调整施加到带电粒子束装置1940的次级电子检测器的信号可以包括调整次级电子检测器对次级电子的检测或发起检测的定时，以与粒子束1912的脉冲的定时或环形振荡器的振荡同步或者与两者同步。

在一些实施例中，控制器1950还可以被配置为使得带电粒子束装置1940基于与测试结构1930(例如，闭环环形振荡器)的振荡相关联的时间信息来获取样本区域的多个图像，并且确定样本区域的多个图像的平均灰度级。带电粒子束装置1940的图像获取系统可以被配置为捕获测试结构或测试结构的部件(诸如晶体管的接触焊盘)的图像。在一些实施例中，次级电子检测器的读出频率可以确定帧的数目，以获得用于缺陷识别的期望信噪比(SNR)。例如，如果次级电子检测器的读出频率是500MHz，则像素驻留时间可以是2ns，与具有较高读出频率和较短驻留时间的次级电子检测器相比，累积高SNR的帧数可以更少。然而，在某些应用中可能期望具有较高读出频率的次级电子检测器来测量复杂半导体器件的高频振荡和高电路速度。

现在参考图20，其是根据本公开的实施例的使用电压对比(VC)技术来进行缺陷检测的示例性装置2000的示意图。装置2000可以包括：被配置为生成粒子束2012的粒子源2010；与测试结构2030相关联的电源2020；被配置为生成初级带电粒子束2042的带电粒子束装置2040；以及控制器2050。

在一些实施例中，测试结构(例如，测试结构2030)的振荡频率可以高于次级电子检测器的读出频率。在这种情况下，次级电子检测器的读出频率或最大操作频率可能限制从样本生成的次级电子的可检测性。克服这个问题的几种方法之一可以包括使用VC-SEM的泵浦-探测技术。泵浦-探测技术可以包括：使用诸如脉冲激光束的脉冲粒子束将能量经由电源2020或直接“泵浦”到测试结构2030中，从而激活测试结构(例如，闭环环形振荡器)；以及使用脉冲式初级带电粒子束2042来“探测”结构，使得脉冲带电粒子束2042的脉冲(例如，脉冲电子束)的脉冲宽度比次级电子检测器的最大操作频率更短。

在一些实施例中，泵浦-探测技术还可以包括使用脉冲电子束，在脉冲激光束的定时与脉冲电子束的定时之间的时间间隔t1和时间延迟td1处捕获环形振荡器的电压状态。在一些实施例中，捕获环形振荡器的电压状态可以包括获取被检查的样本区域中的环形振荡器的反相器的一个或多个图像，并且基于所捕获的图像的灰度级来确定环形振荡器的电压状态。在无故障环形振荡器中，因为反相器的电压状态被设计为在连续周期中在高电平和低电平之间振荡，所以与脉冲激光束相关联的时间信息可以被用于确定脉冲电子束的脉冲的定时。例如，在第一周期C1中，第一反相器可以在时间t1被施加高输入电压信号(1)，而在第二周期C2中，第一反相器可以在时间t2被施加交流低输入电压信号(0)，在t1和t2之间具有时间延迟td1(td1＝t2-t1)，并且在第三周期C3中，第一反相器可以在时间t3再次被施加高输入电压信号(1)。在一些实施例中，控制器2050可以被配置为调整到带电粒子源的信号，使得当反相器处于相同的电压状态时，脉冲电子束的定时与定时t1和t3同步。在通过捕获多个图像可以获得足够的信号以识别反相器的电压状态之后，脉冲激光束和脉冲电子束之间的时间延迟可以被调整以捕获相邻或下一反相器的电压状态。基于与脉冲激光束和脉冲电子束相关联的时间信息的该同步性可以使得能够测量比次级电子检测器的最大操作频率更高的振荡频率。

在一些实施例中，泵浦-探测技术还可以使得能够使用“慢速”检测器(最大操作频率～800MHz)来测量测试结构(例如，测试结构2030)的高振荡频率。这可以实现，因为探测束(通常是SEM中的电子束)可以基于与用于激活测试结构的脉冲光束相关联的时间信息来调整，同时次级电子检测器被保持在激活(准备检测)或检测状态，以在检查期间将次级电子信号连续地积分。

在一些实施例中，为了测量极快的振荡频率和高电路速度，泵浦-探测技术可以包括如图21所示的脉冲泵浦束和连续探测束，图21是根据本公开的实施例的用于使用电压对比(VC)技术来进行缺陷检测的示例性装置2000的示意图。装置2100可以包括：被配置为生成粒子束2112的粒子源2110；与测试结构2130相关联的电源2120；包括偏转器2145的带电粒子束装置2140；以及控制器2150。脉冲泵浦束可以包括脉冲光束(例如，脉冲激光束)或脉冲电子束，并且连续探测束可以包括连续初级电子束(例如，SEM的初级电子束)。

在一些实施例中，带电粒子束装置2140可以包括偏转器2145，偏转器2145被配置为在被次级电子检测器检测之前，修改由连续初级电子束与包括测试结构2130的一部分的样本区域之间的相互作用生成的次级电子的特性。在一些实施例中，修改特性可以包括生成次级电子束的多个脉冲。在一些实施例中，控制器2150可以被配置为将偏转器2145与脉冲光束(例如，脉冲粒子束2112)同步。偏转器2145还可以被配置为使传入的次级电子束在孔径2147上划线，使得次级电子的多个脉冲被生成。在一些实施例中，偏转器2145可以包括具有3GHz的谐振频率的微波腔。应当理解，也可以根据需要使用其它偏转器结构。

在一些实施例中，次级电子检测器可以被配置为检测次级电子的多个脉冲中的一个或多个脉冲。在一些实施例中，基于与脉冲光束或测试结构2150(例如，闭环环形振荡器)的振荡相关联的时间信息，控制器2150可以调整偏转器2145的偏转定时和速度。在一些实施例中，次级电子检测器可以包括像素化检测器。在一些实施例中，检测分辨率可以基于孔径2147和次级电子检测器之间的距离、孔径的尺寸等而变化。在一些实施例中，孔径2147可以包括尺寸不同的多个孔径。孔径2147可以被设置在偏转器2145和次级电子检测器之间。在一些实施例中，偏转器2145、孔径2147和次级电子检测器可以沿着次级光轴对准。

在一些实施例中，测试结构(例如，分别为图19、图20和图21的测试结构1930、2030或2130)中的缺陷或测试结构的故障行为可以通过调整施加到测试结构的电压信号来识别。例如，调整施加到测试结构的电力线Vdd(例如，图19的电力Vdd线1936)的电压信号可以在晶体管切换速度中产生不平衡，从而导致环形振荡器电路故障。在一些实施例中，施加到测试结构的电压信号可以通过例如调整粒子源(例如，光源或电子源)来调整，粒子源被配置为对电源(例如，图19的电源1920)的电容器(例如，图19的电容器1922)充电。在一些实施例中，施加到测试结构的可变电压信号可以与参考图19、图20和图21所图示和描述的频率测量方案中的一个或多个方案组合使用，以基于所测量的测试结构的频率和次级电子图像中的相关联灰度级来识别缺陷。

现在参考图22，其图示了根据本公开的实施例的识别样本中的缺陷的示例性方法2200的过程流程图。方法2200的一些功能可以由控制器(例如，如图19所示的装置1900的控制器1950)来执行。控制器可以被编程以执行方法2200的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号来激活粒子源、带电粒子检测器或执行其它功能。

在步骤2210中，粒子源(例如，图19的粒子源1910)可以生成包括多个脉冲的粒子束(例如，图19的粒子束1912)，多个脉冲中的每个脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率等特性的脉冲波形表示。在一些实施例中，粒子源可以是与图3的光源320基本上类似的光源(例如，激光器)并且可以执行基本上类似的功能。光束的光子可以具有特征波长、特征频率或特征能量。在一些实施例中，光源可以是生成脉冲宽度小于1皮秒的超短光脉冲的飞秒激光源。脉冲粒子束可以被配置为通过电源(例如，图19的电源1920)向测试结构(例如，图19的测试结构1930)供应能量。电源可以包括电容器，电容器在从粒子源接收能量时，可以存储电荷并根据需要向测试结构提供电力。

在步骤2220中，诸如电子源的带电粒子源可以被激活以生成连续初级电子束(例如，图2的初级电子束204)。例如，电子源可以被控制以发射初级电子，以形成沿初级光轴的电子束。电子源可以被远程激活，例如，通过使用软件、应用程序或用于控制器的处理器的指令集以通过控制电路系统为电子源供电。初级电子束可以被引导通过电子束工具(例如，图12的电子束工具1240)，以入射到样本(例如，图3的样本315)的表面上，从而形成探测点。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子等其它带电粒子。初级电子束可以入射到包括测试结构的样本区域上。

在步骤2230中，电子检测器(例如，图3的带电粒子检测器306A和306B)可以检测包括从样本生成的次级电子的信号电子。电子检测器可以包括一个或多个检测器。图像可以基于由电子检测器检测的信号形成。EBI装置可以包括图像处理系统(例如，图12的图像处理系统1260)，图像处理系统包括图像获取机构(例如，图12的图像获取机构1270)、图像处理器(例如，图12的图像处理器1280)和存储机构(例如，图12的存储机构1290)。图像获取器还可以执行各种后处理功能，诸如图像滤波、确定灰度级值、生成轮廓，在所获取的图像上叠加指示符等。图像获取器可以被配置为执行所获取的图像的亮度和对比度的调整。在一些实施例中，存储装置可以是诸如硬盘、闪存驱动装置、云存储装置、随机存取存储器(RAM)、其它类型的计算机可读存储器等的存储介质。存储装置可以与图像获取器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和后处理图像。

在步骤2240中，具有电路系统的控制器(例如，图19的控制器1950)可以向粒子源施加信号以生成脉冲束。信号可以包括与多个脉冲的定时、脉冲宽度、脉冲之间的延迟以及其他时间信息相关联的信息。在一些实施例中，控制器可以调整粒子束脉冲的定时并调整连续的粒子束脉冲之间的延迟，存储与施加到粒子源的信号相关的信息，例如但不限于脉冲的定时和粒子束脉冲之间的延迟。在一些实施例中，控制器可以存储与施加到粒子源的信号相关联的时间信息。

在步骤2250中，控制器可以基于与施加到粒子源的信号相关联的时间信息，将信号施加到次级电子检测器。由于在以800MHz操作的次级电子检测器中，像素驻留时间短，因此多个帧可以被捕获并被平均以增强VC-SEM图像的信噪比。为了避免平均出与来自多个反相器的高和低输入或输出信号相关联的灰度级值，可能期望基于它们的时间信息来确定环形振荡器中奇数位置处的反相器I(2n+1)(其中n＝0，1，2，3，…)和偶数位置处的反相器I(2n)(其中n＝1，2，3，…)的灰度级值。时间信息可以至少包括与脉冲之间的定时、持续时间、延迟等相关联的信息。在一些实施例中，控制器可以向带电粒子检测器施加信号，使得带电粒子检测器的操作与粒子束脉冲的定时同步。在缺陷检查的上下文中，使用具有电压对比度设置的电子束，0可以在图像中具有浅阴影，而1可以在图像中具有深阴影。基于灰度级值的位置和时间信息，缺陷可以被隔离。在一些实施例中，弱缺陷或掩埋缺陷也可以被检测。

现在参考图23，其图示了根据本公开的实施例的表示识别样本中的缺陷的示例性方法2300的过程流程图。方法2300的一些功能可以由控制器(例如，如图20所示的装置2000的控制器2050)来执行。控制器可以被编程以执行方法2300的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号以激活粒子源、带电粒子检测器或执行其它功能。

在步骤2310中，粒子源(例如，图20的粒子源2010)可以生成包括多个脉冲的粒子束(例如，图20的粒子束2012)，多个脉冲中的每个脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率等特性的脉冲波形来表示。在一些实施例中，粒子源可以是与图3的光源320基本上类似的光源(例如，激光器)并且可以执行基本上类似的功能。脉冲粒子束可以被配置为通过电源(例如，图20的电源2020)向测试结构(例如，图20的测试结构2030)供应能量。电源可以包括电容器，电容器在从粒子源接收能量时，可以存储电荷并根据需要向测试结构供电。

在步骤2320中，诸如电子源的带电粒子源可以被激活以生成脉冲式初级电子束。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子等其它带电粒子。初级电子束可以入射到包括测试结构的样本区域上。所生成的电子束可以是脉冲式、低探针电流电子束。

在步骤2330中，控制器(例如，图20的控制器2050)可以调整施加到脉冲粒子束源和脉冲电子束源的信号的定时，使得在两个信号之间存在时间延迟。如果测试结构(例如，图20的测试结构2030)的振荡频率高于次级电子检测器的读出频率，则可能需要用于缺陷检测的泵浦-探测技术。泵浦-探测技术可以包括：使用诸如脉冲激光束的脉冲粒子束将能量经由电源2020(例如，图20的电源2020)或直接“泵浦”到测试结构2030中，从而激活测试结构(例如，闭环环形振荡器)；以及使用脉冲式初级电子束(例如，图20的脉冲式初级带电粒子束2042)来“探测”结构，使得脉冲电子束的脉冲的脉冲宽度比次级电子检测器的最大操作频率更短。

现在参考图24，其图示了根据本公开的实施例的表示识别样本中的缺陷的示例性方法2400的过程流程图。方法2400的一些功能可以由控制器(例如，如图21所示的设备2100的控制器2150)来执行。控制器可以被编程以执行方法2400的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号以激活粒子源、带电粒子检测器或执行其它功能。

在步骤2410中，控制器可以将信号施加到粒子源(例如，图21的粒子源2110)以生成包括多个脉冲的粒子束(例如，图21的粒子束2112)，多个脉冲中的每个脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率等特性的脉冲波形来表示。在一些实施例中，粒子源可以是与图3的光源320基本上类似的光源(例如，激光器)并且可以执行基本上类似的功能。脉冲粒子束可以被配置为通过电源(例如，图21的电源2120)向包括环形振荡器的测试结构(例如，图21的测试结构2130)供应能量。电源可以包括电容器，电容器在从粒子源接收能量时，可以存储电荷并且根据需要向测试结构供电。

在步骤2420中，控制器可以向带电粒子源(诸如电子源)施加信号以生成连续的低探针电流初级电子束。在与样本相互作用时，初级电子束可以生成多个信号电子，诸如次级电子、背散射电子或俄歇电子等其它带电粒子。初级电子束可以入射到包括测试结构的样本区域上。所生成的电子束可以是脉冲式、低探针电流电子束。

在步骤2430中，控制器可以调整施加到脉冲粒子束源和脉冲电子束源的信号的定时，使得在两个信号之间存在时间延迟。如果测试结构的振荡频率高于次级电子检测器的读出频率，则可能需要用于缺陷检测的泵浦-探测技术。泵浦-探测技术可以包括使用脉冲电子束，在脉冲激光束的定时与脉冲电子束的定时之间的时间间隔t1和时间延迟td1处捕获环形振荡器的电压状态。在一些实施例中，捕获环形振荡器的电压状态可以包括获取被检查的样本区域中的环形振荡器的反相器的一个或多个图像，并且基于所捕获的图像的灰度级来确定环形振荡器的电压状态。在无故障环形振荡器中，因为反相器的电压状态被设计为在连续周期中在高电平和低电平之间振荡，所以与脉冲激光束相关联的时间信息可以被用于确定脉冲电子束的脉冲的定时。例如，在第一周期C1中，第一反相器可以在时间t1被施加高输入电压信号(1)，而在第二周期C2中，第一反相器可以在时间t2被施加交流低输入电压信号(0)，在t1和t2之间具有时间延迟td1(td1＝t2-t1)，并且在第三周期C3中，第一反相器可以在时间t3再次被施加高输入电压信号(1)。在一些实施例中，控制器2050可以被配置为调整到带电粒子源的信号，使得当反相器处于相同的电压状态时，脉冲电子束的定时与定时t1和t3同步。在通过捕获多个图像获得足够的SNR以识别反相器的电压状态之后，脉冲激光束和脉冲电子束之间的时间延迟可以被调整以捕获相邻或下一反相器的电压状态。基于与脉冲激光束和脉冲电子束相关联的时间信息的该同步性可以使得能够测量比次级电子检测器的最大操作频率更高的振荡频率。

在步骤2440中，次级电子检测器可以检测由初级电子束的脉冲与样本上设置的测试结构的相互作用生成的次级电子。次级电子检测器可以包括偏转器(例如，图21的偏转器2145)，用于在被次级电子检测器检测之前，修改次级电子的特性。在一些实施例中，修改特性可以包括生成次级电子束的多个脉冲。控制器可以将偏转器的激活与脉冲光束同步。偏转器可以进一步使传入的次级电子束在孔径(例如，图21的孔径2147)上划线，使得次级电子的多个脉冲被生成。在一些实施例中，偏转器可以包括具有3GHz谐振频率的微波腔。应当理解，也可以根据需要使用其它偏转器结构。

随着IC芯片的密度和复杂性增加以满足性能期望，使用常规成像和电测试来测试互补金属氧化物半导体(CMOS)电路可能是不充分的和/或低效的。具体地，如可获得的，测试场效应晶体管(FET)可以涉及测试划线上的测试结构，或者在制造过程的早期，或者可能对用作接触焊盘的器件的特征件具有潜在破坏性的探针卡测试。因此，可能期望在制造过程的早期更频繁地、非侵入性地、优选非接触探测地检查测试结构。附加地，可能期望同时测试多个在线测试结构来保持生产量并将相关联的成本最小化。

在半导体和半导体器件的上下文中，“热”电子是指具有比平衡值更高的动能的电子。电子可以通过多种方式加热，包括通过电场、通过光激发或通过异质结注入。电子的动能可以通过在电场中加速或通过简单地加热半导体来增加。在CMOS电路中的晶体管切换期间，瞬态电流中涉及的热电子通常发射光子的短脉冲。这些光子可以使用具有空间和时间分辨率的光学检测器来检测，以测量高速CMOS电路中的栅极动态，观察环形振荡器中的栅极延迟，或者观察电路中的逻辑切换等。

现在参考图25，其是根据本公开的实施例的用于使用热电子荧光的光学检测来进行缺陷检测的示例性装置2500的示意图。装置2500可以包括：被配置为生成粒子束2512的粒子源2510；与测试结构2530相关联的电源2520；被配置为测量热电子荧光(光子)的短脉冲的光学检测器2540；以及控制器2550。虽然未图示，但是装置2500可以根据需要包括更少或更多的部件。在一些实施例中，装置2500可以包括电磁能检测器，电磁能检测器包括天线，天线被配置为检测以测试结构的振荡频率发射的天线辐射或电磁脉冲。

在一些实施例中，光学检测器2540可以包括硅光电二极管、电荷耦合器件(CCD)或近红外光电倍增器和成像器。光学检测器2540可以被配置为检测从热电子发射的光子。在使用电测试结构(例如，测试结构2530)的非侵入式缺陷检查的情况下，热电子荧光可以被用于确定测试结构(诸如环形振荡器)的振荡频率。当反相器中的CMOS晶体管的栅极切换其操作状态时，瞬态电流可能流动，并且晶体管对暂时处于饱和状态。瞬态电流可以包括对栅极电容进行充电或放电的一部分电荷，以及从电力线Vdd流到接地线的寄生部分。切换瞬态的持续时间可以在100皮秒(ps)的量级，与来自热电子的光子发射的脉冲持续时间一致。

在一些实施例中，光学检测器可以包括具有高空间和时间分辨率的光电倍增器，以分辨100ps或更高的光子定时。反相器中的栅极切换事件可以发射光子的亚纳秒脉冲，并且光子可以由光学检测器2540来检测。所检测的光子可以利用到达时间或检测时间戳来标记，并且与环形振荡器的振荡相关联的时间信息可以被记录。确定振荡频率还可以包括在一个时段之内对所检测的信号进行积分。时间信息还可以被用于使用时间分辨显微镜，基于所检测的光子的存在或不存在来检查各个栅极。

在一些实施例中，包括光子发射的x-y坐标的空间信息可以例如通过使用多通道分析器来确定。在一些实施例中，信号可以被积分，并且积分时间可基于(但不限于)晶体管的尺寸、晶体管的类型、供电电压、电阻或环形振荡器电路的电容而变化。

现在参考图26，其是表示根据本公开的实施例的识别样本中的缺陷的示例性方法2600的过程流程图。方法2600的一些功能可以由控制器(例如，如图25所示的装置2500的控制器2550)来执行。控制器可以被编程以执行方法2600的一个或多个步骤。例如，控制器可以施加电信号以激活粒子源、光学检测器或执行其它功能。

在步骤2610中，粒子源(例如，图25的粒子源2510)可以生成包括多个脉冲的粒子束(例如，图25的粒子束2512)，多个脉冲中的每个脉冲可以由具有脉冲宽度、脉冲频率、脉冲能量和脉冲重复率等特性的脉冲波形来表示。在一些实施例中，粒子源可以是与图3的光源320基本上类似的光源(例如，激光器)并且可以执行基本上类似的功能。光束的光子可以具有特征波长、特征频率或特征能量。在一些实施例中，光源可以是生成脉冲宽度小于1皮秒的超短光脉冲的飞秒激光源。在一些实施例中，脉冲粒子束可以是脉冲电子束。脉冲粒子束可以被配置为通过电源(例如，图25的电源2520)向测试结构(例如，图25的测试结构2530)供应能量。电源可以包括电容器，电容器在从粒子源接收能量时，可以存储电荷并根据需要向测试结构供电。

在步骤2620中，电源可以接收来自脉冲激光束或脉冲电子束的能量，并将所接收的能量提供给测试结构以激活测试结构。激活测试结构可以包括提供电压信号以切换测试结构的多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态。例如，切换环形振荡器中反相器的一个或多个晶体管的栅极。在一些实施例中，切换晶体管的栅极可以启用瞬态电荷流。瞬态电流脉冲可以包括热电子，热电子可以发射电磁能，通常是光子。光子发射可以由半导体中热电子的带内跃迁(在导带内)引起。光子可以以发射频率发射并且可以具有特征光子波长和脉冲持续时间。切换瞬态的持续时间可以在100皮秒(ps)的量级，与来自热电子的光子发射的脉冲持续时间一致。

在步骤2630中，电磁检测器可以检测由瞬态电流生成的电磁脉冲。电磁检测器可以是光学检测器，诸如具有高空间和时间分辨率以分辨100ps的光子定时的光电倍增管、光电阴极、硅光电二极管、电荷耦合器件(CCD)或近红外光电倍增器和成像器。在一些实施例中，电磁检测器可以包括天线，天线被配置为检测以测试结构的振荡频率发射的天线辐射。

作为一个示例，反相器中的栅极切换事件可以发射光子的亚纳秒脉冲，并且光子可以被光学检测器检测。所检测的光子可以利用到达时间或检测时间戳来标记，并且与环形振荡器的振荡相关联的时间信息可以被记录。确定振荡频率还可以包括在一个时段之内对所检测的信号进行积分。时间信息还可以被用于使用时间分辨显微镜，基于所检测到的光子的存在或不存在来检查各个栅极。在一些实施例中，包括光子发射的x-y坐标的空间信息可以例如通过使用多通道分析器来确定。在一些实施例中，信号可以被积分，并且积分时间可以基于(但不限于)晶体管的尺寸、晶体管的类型、供电电压、电阻或环形振荡器电路的电容而变化。测试结构(例如，环形振荡器)的振荡频率可以基于来自环形振荡器中的晶体管的栅极切换的光子的发射频率来确定。

实施例可以使用以下条款来进一步描述：

1.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子源，被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子束；

光源，被配置为生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；

带电粒子检测器，被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

施加第一信号，以使得光源生成脉冲光束；以及

向带电粒子检测器施加第二信号，以发起第二多个带电粒子的检测。

2.根据条款1所述的装置，其中第一多个带电粒子包括光电子，并且第二多个带电粒子包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。

3.根据条款1和2中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路还被配置为调整第一信号，以使得调整脉冲光束的激发脉冲的特性。

4.根据条款3所述的装置，其中激发脉冲的特性包括激发脉冲的强度、宽度、重复率或相位。

5.根据条款4所述的装置，其中激发脉冲的宽度是能够调整的并且在0.05皮秒(ps)至1纳秒(ns)的范围内。

6.根据条款4和5中任一项所述的装置，其中激发脉冲的重复率是能够调整的并且在100kHz至1GHz的范围内。

7.根据条款3-6中任一项所述的装置，其中控制器包括被配置为基于激发脉冲的特性来调整第二信号的电路系统，并且其中第二信号包括使得能够检测第二多个带电粒子的检测信号。

8.根据条款7所述的装置，其中第二信号的调整包括对检测信号的重复率、宽度或相位的调整。

9.根据条款7和8中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为调整激发脉冲与检测信号之间的时间延迟，以调整由带电粒子检测器所检测的第二多个带电粒子的灵敏度。

10.根据条款9所述的装置，其中时间延迟的调整包括对检测信号的相位的调整。

11.根据条款10所述的装置，其中检测信号的相位的调整导致检测信号与激发脉冲彼此异相。

12.根据条款1-11中任一项所述的装置，其中光源包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。

13.根据条款1-12中任一项所述的装置，其中脉冲光束包括具有在150nm至2μm范围内的光子波长的脉冲激光束。

14.根据条款1-13中任一项所述的装置，其中使用包括零差检测、外差检测、锁相放大或其组合的技术来减少与脉冲光束相关联的噪声。

15.根据条款1-14中任一项所述的装置，其中控制器包括同步数字电路、主时钟或同步驱动器电路。

16.根据条款1-15中任一项所述的装置，其中脉冲光束包括多个激发脉冲。

17.根据条款16所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统被配置为：

施加第一信号，以使得光源生成具有第一频率的多个激发脉冲；以及

将第二信号施加到带电粒子检测器，第二信号具有与第一频率基本上类似的第二频率。

18.根据条款1-17所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为向带电粒子源施加第三信号，以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲带电粒子束。

19.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子源，其被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子束；

被配置为生成脉冲光束的光源，包括：

第一激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第一部分；以及

第二激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第二部分；

带电粒子检测器，被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子由初级带电粒子束在样本表面上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的第一部分和第二部分的相互作用而被修改；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

调整脉冲光束的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟；以及

调整脉冲光束的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，

其中第二时间延迟不同于第一时间延迟。

20.根据条款19所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统被配置为：

施加激发信号，以使得光源生成具有第一频率的第一激发脉冲和第二激发脉冲；以及

将检测信号施加到带电粒子检测器，检测信号包括具有第二频率的对应的第一检测脉冲和第二检测脉冲，第二频率不同于第一频率。

21.根据条款20所述的装置，其中第一频率高于第二频率。

22.根据条款20和21中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统被配置为调整激发信号以调整脉冲光束的激发脉冲的特性。

23.根据条款22所述的装置，其中激发脉冲的特性包括激发脉冲的强度、宽度、重复率或相位。

24.根据条款23所述的装置，其中激发脉冲的宽度是能够调整的并且在0.05皮秒(ps)至1纳秒(ns)的范围内。

25.根据条款23和24中任一项所述的装置，其中激发脉冲的重复率是能够调整的并且在100kHz至1GHz的范围内。

26.根据条款20-25中任一项所述的装置，其中控制器包括被配置为基于激发信号来调整检测信号的电路系统。

27.根据条款26所述的装置，其中检测信号的调整包括对检测信号的重复率、宽度或相位中的至少一者的调整。

28.根据条款19-27中任一项所述的装置，其中第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲异相，并且第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲异相。

29.根据条款19-28中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统被配置为：

调整第一检测脉冲的第一重复率与第一激发脉冲的第一重复率之间的第一偏移；以及

调整第二检测脉冲的第二重复率与第二激发脉冲的第二重复率之间的第二偏移，

其中第一偏移和第二偏移的绝对值不同。

30.根据条款19-29中任一项所述的装置，其中光源包括固态激光器、半导体激光器、气体激光器、染料激光器、化学激光器、二极管泵浦光纤激光器、增益切换式激光器、或者与光纤放大器耦合的增益切换式激光二极管。

31.根据条款19-30中任一项所述的装置，其中脉冲光束包括具有在150nm至2μm范围内的光子波长的脉冲激光束。

32.根据条款19-31中任一项所述的装置，其中使用包括零差检测、外差检测、锁相放大或其组合的技术来减少与脉冲光束相关联的噪声。

33.根据条款19-32中任一项所述的装置，其中第一时间延迟和第二时间延迟的调整使得能够确定电路部件的特性，电路部件的特性包括电路部件的频率响应、电荷衰减率、电阻或电容。

34.根据条款19-33中任一项所述的装置，其中第一多个带电粒子包括光电子，并且第二多个带电粒子包括次级电子、背散射电子或俄歇电子。

35.根据条款19-34中任一项所述的装置，其中控制器包括同步数字电路、主时钟或同步驱动器电路。

36.根据条款19-35中任一项所述的装置，其中第二时间延迟比第一时间延迟长。

37.根据条款19-35中任一项所述的装置，其中第二时间延迟比第一时间延迟短。

38.根据条款19-37所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为向带电粒子源施加控制信号，以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲带电粒子束。

39.一种带电粒子束装置的控制器，控制器包括：

电路系统，其配置为：

施加第一信号，以使得光源生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；以及

将第二信号施加到带电粒子检测器，带电粒子检测器被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改。

40.根据条款39所述的控制器，还包括被配置为调整第一信号以调整脉冲光束的激发脉冲的特性的电路系统，激发脉冲的特性包括激发脉冲的强度、宽度、重复率或相位。

41.根据条款40所述的控制器，还包括被配置为基于激发脉冲的特性中的至少一者来调整第二信号的电路系统，第二信号包括检测信号。

42.根据条款41所述的控制器，还包括被配置为调整激发脉冲与检测信号之间的时间延迟以调整由带电粒子检测器检测的第二多个带电粒子的灵敏度的电路系统。

43.根据条款39-42中任一项所述的控制器，其中电路系统包括同步数字电路、主时钟或同步驱动器电路。

44.根据条款39-43中任一项所述的控制器，还包括被配置为以下的电路系统：

施加第一信号，以使得光源生成具有第一频率的多个激发脉冲；以及

将第二信号施加到带电粒子检测器，第二信号具有与第一频率基本上类似的第二频率。

45.根据条款39-43中任一项所述的控制器，还包括被配置为向带电粒子源施加第三信号以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲带电粒子束的电路系统。

46.一种带电粒子束装置的控制器，控制器包括：

电路系统，被配置为：

调整脉冲光束的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟；以及

调整脉冲光束的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，

其中第二时间延迟不同于第一时间延迟。

47.根据条款46所述的控制器，还包括被配置为以下的电路系统：

施加激发信号，以使得光源生成脉冲光束，脉冲光束包括：

第一激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第一部分；以及

第二激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第二部分，第一激发脉冲和第二激发脉冲具有第一频率；以及

将检测信号施加到带电粒子检测器，带电粒子检测器被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本表面上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的第一部分和第二部分的相互作用被修改，

其中检测信号包括具有与第一频率不同的第二频率的对应的第一检测脉冲和第二检测脉冲。

48.根据条款47所述的控制器，还包括被配置为调整激发信号以调整脉冲光束的激发脉冲的特性的电路系统。

49.根据条款47和48中任一项所述的控制器，还包括被配置为基于激发信号来调整检测信号的电路系统，其中对检测信号的调整包括对检测信号的重复率、宽度、或相位中的至少一者的调整。

50.根据条款46-49中任一项所述的控制器，还包括被配置为以下的电路系统：

调整第一检测脉冲的第一重复率与第一激发脉冲的第一重复率之间的第一偏移；以及

调整第二检测脉冲的第二重复率与第二激发脉冲的第二重复率之间的第二偏移，

其中第一偏移和第二偏移的绝对值不同。

51.根据条款46-50中任一项所述的控制器，其中电路系统包括同步数字电路、主时钟或同步驱动器电路。

52.根据条款46-51中任一项所述的控制器，包括还被配置为向带电粒子源施加控制信号以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲带电粒子束的电路系统。

53.一种使用带电粒子束装置来形成样本的图像的方法，带电粒子束装置包括带电粒子源、光源、带电粒子检测器和控制器，方法包括：

激活带电粒子源，以沿着初级光轴生成初级带电粒子束；

激活光源，以生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；

使用控制器，向带电粒子检测器施加信号以检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及

基于所检测的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

54.根据条款53所述的方法，还包括使用控制器，将电信号施加到光源以生成脉冲光束。

55.根据条款54所述的方法，还包括通过调整电信号来调整脉冲光束的激发脉冲的特性，特性包括激发脉冲的强度、宽度、重复率或相位。

56.根据条款55所述的方法，还包括将激发脉冲的宽度在0.05皮秒(ps)至1纳秒(ns)之间调整。

57.根据条款55和56中任一项所述的方法，还包括在100kHz至1GHz之间调整激发脉冲的重复率。

58.根据条款55-57中任一项所述的方法，还包括基于激发脉冲的特性中的至少一者来调整到带电粒子检测器的信号，到带电粒子检测器的信号包括检测信号。

59.根据条款58所述的方法，其中调整检测信号包括调整检测信号的重复率、宽度或相位中的至少一者。

60.根据条款58和59中任一项所述的方法，还包括使用控制器来调整激发脉冲与检测信号之间的时间延迟，以调整由带电粒子检测器检测到的第二多个带电粒子的灵敏度。

61.根据条款60所述的方法，其中调整时间延迟包括调整检测信号的相位，使得检测信号和激发脉冲彼此异相。

62.根据条款53-61中任一项所述的方法，还包括使用包括零差检测、外差检测、锁相放大或其组合的技术来降低与脉冲光束相关联的噪声。

63.根据条款58-62中任一项所述的方法，还包括：

激活光源以生成具有第一频率的多个激发脉冲；以及

使用控制器，施加具有与第一频率基本上类似的第二频率的检测信号。

64.根据条款53-63中任一项所述的方法，还包括使用控制器，向带电粒子源施加控制信号以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲式初级带电粒子束。

65.一种使用带电粒子束装置来形成样本的图像的方法，带电粒子束装置包括带电粒子源、光源、带电粒子检测器和控制器，方法包括：

激活带电粒子源，以沿着初级光轴生成初级带电粒子束；

激活光源，以生成脉冲光束，脉冲光束包括：

第一激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第一部分；以及

第二激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第二部分；

使用带电粒子检测器以检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本表面上形成的探测点生成并通过与第一多个带电粒子的第一部分和第二部分相互作用而被修改；

使用控制器来调整以下各项：

脉冲光束的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时延；以及

脉冲光束的第二激发脉冲和对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，第二时间延迟不同于第一时间延迟；以及

基于所检测的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

66.根据条款65所述的方法，还包括使用控制器来施加：

激发信号，用于激活光源以生成具有第一频率的第一激发脉冲和第二激发脉冲；以及

将检测信号施加到带电粒子检测器，检测信号包括具有与第一频率不同的第二频率的对应的第一检测脉冲和第二检测脉冲。

67.根据条款65和66中任一项所述的方法，还包括使用控制器来施加电信号，以激活光源以生成脉冲光束。

68.根据条款67所述的方法，还包括通过调整电信号来调整多个激发脉冲中的激发脉冲的特性，特性包括激发脉冲的强度、宽度、重复率或相位。

69.根据条款68所述的方法，还包括在0.05皮秒(ps)至1纳秒(ns)之间调整激发脉冲的宽度。

70.根据条款68和69中任一项所述的方法，还包括在100kHz至1GHz之间调整激发脉冲的重复率。

71.根据条款68-70中任一项所述的方法，还包括基于激发脉冲的至少一个特性来调整检测信号。

72.根据条款71所述的方法，其中调整检测信号包括调整对应的第一检测脉冲和第二检测脉冲的重复率、宽度或相位中的至少一者。

73.根据条款72所述的方法，其中调整第一时间延迟包括调整对应的第一检测脉冲的相位，使得第一检测脉冲和第一激发脉冲彼此异相。

74.根据条款72-73中任一项所述的方法，其中调整第二时间延迟包括调整对应的第二检测脉冲的相位，使得第二检测脉冲和第二激发脉冲彼此异相。

75.根据条款65-74中任一项所述的方法，其中调整第一时间延迟和第二时间延迟调整了由带电粒子检测器检测到的第二多个带电粒子的灵敏度。

76.根据条款65-75中任一项所述的方法，还包括：

调整第一检测脉冲的第一重复率与第一激发脉冲的第一重复率之间的第一偏移；以及

调整第二检测脉冲的第二重复率与第二激发脉冲的第二重复率之间的第二偏移，

其中第一偏移和第二偏移的绝对值不同。

77.根据条款65-76中任一项所述的方法，还包括使用包括零差检测、外差检测、锁相放大或其组合的技术来减少与脉冲光束相关联的噪声。

78.根据条款65-77中任一项所述的方法，其中第二时间延迟比第一时间延迟长。

79.根据条款65-77中任一项所述的方法，其中第二时间延迟比第一时间延迟短。

80.根据条款65-79中任一项所述的方法，还包括使用控制器向带电粒子源施加控制信号以生成包括多个带电粒子脉冲的脉冲带电粒子束。

81.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行观察样本的方法，方法包括：

激活带电粒子源以生成初级带电粒子束；

激活光源以生成与样本相互作用的脉冲光束，相互作用生成第一多个带电粒子；

向带电粒子检测器施加信号以检测：

第二多个带电粒子，其从由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及

基于所检测的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

82.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可以由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行观察样本的方法，方法包括：

激活带电粒子源以生成初级带电粒子束；

激活光源以生成脉冲光束，脉冲光束包括：

第一激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第一部分；以及

第二激发脉冲，在与样本表面相互作用时生成第一多个带电粒子的第二部分；

检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本表面上形成的探测点生成并且通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；

调整多个激发脉冲中的第一激发脉冲与对应的第一检测脉冲之间的第一时间延迟；

调整多个激发脉冲中的第二激发脉冲与对应的第二检测脉冲之间的第二时间延迟，其中第二时间延迟不同于第一时间延迟；以及

基于所检测的第二多个带电粒子，形成样本的图像。

83.根据条款82所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得带电粒子束装置进一步执行：

调整第一检测脉冲的第一重复率与第一激发脉冲的第一重复率之间的第一偏移；以及

调整第二检测脉冲的第二重复率与第二激发脉冲的第二重复率之间的第二偏移，

其中第一偏移和第二偏移的绝对值不同。

84.根据条款82和83中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得带电粒子束装置使用包括零差检测、外差检测、锁相放大或其组合的技术来进一步执行减少与脉冲光束相关联的噪声。

85.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子源，被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子束；

光源，被配置为生成辐射样本区域的光脉冲，其中辐射从样本区域生成第一多个带电粒子；

带电粒子检测器，被配置为检测第二多个带电粒子，第二多个带电粒子从由初级带电粒子束在样本上形成的探测点生成并通过与第一多个带电粒子的一部分相互作用而被修改；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

施加第一信号以使得光源生成光脉冲；

向带电粒子检测器施加第二信号以检测第二多个带电粒子；以及

调整第一信号和第二信号之间的时间延迟。

86.根据条款85所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

施加第二信号的第一部分以发起对第二多个带电粒子的检测；以及

施加第二信号的第二部分以终止对第二多个带电粒子的检测，

其中第一部分包括第二信号相对于参考信号的上升沿，并且第二部分包括第二信号相对于参考信号的下降沿。

87.根据条款86所述的装置，其中控制器包括电路，电路还被配置为基于由带电粒子检测器生成的输出信号来确定与样本的探测点相关联的信息，并且其中输出信号基于在第二信号的第一部分与第二部分之间经过的检测时间内检测到的第二多个带电粒子。

88.根据条款87所述的装置，其中控制器包括还被配置为基于所确定的与样本的探测点相关联的信息以检测缺陷的电路系统。

89.一种电子束检查装置，包括：

电子源，被配置为生成辐射样本区域的初级电子束，区域包括结构；

电子检测器，被配置为检测从所辐射的区域生成的多个信号电子；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

获取结构的多个图像；以及

基于结构的多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性。

90.根据条款89所述的装置，其中结构包括电节点。

91.根据条款90所述的装置，其中结构与电节点相关联。

92.根据条款89-91中任一项所述的装置，其中控制器包括还被配置为基于与结构的期望充电速率或者多个图像的期望特性相关联的信息来调整多个图像的获取参数的电路系统。

93.根据条款92所述的系统，其中获取参数包括初级电子束的射束电流、初级电子束的着屏能量或者与样本相关联的电场。

94.根据条款92和93中任一项所述的装置，其中具有电路系统的控制器还被配置为：

获取多个图像中包括结构的第一图像；以及

获取多个图像中包括结构的第二图像，其中第一图像与第二图像的获取之间的时间延迟基于结构的期望充电速率来调整。

95.根据条款94所述的装置，其中第一图像和第二图像的获取之间的时间延迟基本上是均匀的。

96.根据条款94所述的装置，其中第一图像和第二图像的获取之间的时间延迟是不均匀的。

97.根据条款94所述的装置，其中第一图像和第二图像的获取之间的时间延迟基于期望的应用而被调整。

98.根据条款94-97中任一项所述的装置，其中时间延迟在从1纳秒(ns)至1毫秒(ms)的范围内是能够调整的。

99.根据条款94-98中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

基于结构的灰度级，从第一图像中识别结构；

从第一图像中确定结构的第一灰度级并且从第二图像中确定结构的第二灰度级；

基于结构的第一灰度级和第二灰度级之间的差，确定结构的灰度级变化率；以及

基于结构的灰度级变化率来确定结构的特性。

100.根据条款99所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

从结构的第三图像确定结构的第三灰度级；

基于结构的第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级之间的差来确定结构的灰度级变化率；以及

基于结构的灰度级变化率来确定结构的特性。

101.根据条款100所述的装置，其中灰度级变化率是线性的。

102.根据条款100所述的装置，其中灰度级变化率是非线性的。

103.根据条款102所述的装置，其中结构的非线性灰度级变化率包括结构的灰度级的多项式或指数衰减。

104.根据条款99-103中任一项所述的装置，其中从第一图像中识别结构基于第一图像与参考图像之间的比较，参考图像包括具有参考灰度级的结构。

105.根据条款104所述的装置，其中参考图像包括使用机器学习网络形成的经训练的图像。

106.根据条款104所述的装置，其中参考图像包括结构的次级电子显微镜图像。

107.根据条款89-106中任一项所述的装置，其中控制器包括还被配置为基于区域的多个结构的灰度级变化率来确定样本区域的平均灰度级变化率的电路系统。

108.根据条款89-107中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

确定样本的多个区域的平均灰度级变化率；以及

基于所确定的多个区域的平均灰度级变化率来生成样本的灰度级变化的图案，其中图案包括结构的灰度级变化的空间特征。

109.根据条款89-108中任一项所述的装置，其中控制器包括还被配置为基于所确定的结构的特性，使用模型来模拟结构的物理特性的电路系统。

110.根据条款109所述的装置，其中模型包括结构的电路模型。

111.根据条款109和110中任一项所述的装置，其中结构的物理特性包括结构的临界尺寸、底部临界尺寸、重叠、材料、化学计量或组成。

112.根据条款89-111中任一项所述的装置，其中控制器包括还被配置为以下的电路系统：

基于结构的第一多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性的第一值；

基于结构的第二多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性的第二值；以及

基于结构的特性的第一值和第二值的比较，提供用于检测缺陷的信息。

113.根据条款112所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为基于结构的特性的第一值和第二值的比较来监控工艺条件或工具条件。

114.根据条款112和113中任一项所述的装置，其中第一多个图像和第二多个图像分别包括处于第一工艺级和第二工艺级的结构的图像。

115.根据条款112-114中任一项所述的装置，其中缺陷包括电阻性缺陷或电容性缺陷。

116.根据条款112-115中任一项所述的装置，其中用于检测缺陷的信息包括示出与结构的电阻或电容相关联的开路、短路、部分开路、泄漏、空隙、重叠误差、临界尺寸误差或缺陷的检测的信息。

117.根据条款89-116中任一项所述的装置，其中结构的特性包括结构的薄层电阻、接触电阻、电容或电感。

118.根据条款89-117中任一项所述的装置，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为基于装置的选定操作模式，使用初级电子束来使得装置将样本的表面泛射，其中选定操作模式包括电压对比模式。

119.一种用于确定样本上的结构的特性的方法，方法包括：

激活电子源以生成辐射样本区域的初级电子束，区域包括结构；

使用电子检测器来检测从所辐射的区域生成的多个信号电子；

获取结构的多个图像；以及

基于结构的多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性。

120.根据条款119所述的方法，其中结构包括电节点。

121.根据条款120所述的方法，其中结构与电节点相关联。

122.根据条款119-121中任一项所述的方法，还包括基于与结构的期望充电速率或多个图像的期望特性相关联的信息来调整多个图像的获取参数。

123.根据条款122所述的方法，其中获取参数包括初级电子束的射束电流、初级电子束的着屏能量或者与样本相关联的电场。

124.根据条款122和123中任一项所述的方法，还包括：

获取多个图像中包括结构的第一图像；

获取多个图像中包括结构的第二图像，其中第一图像与第二图像的获取之间的时间延迟基于结构的期望充电速率来调整。

125.根据条款124所述的方法，其中第一图像和第二图像的获取之间的时间延迟是基本上均匀的。

126.根据条款124所述的方法，其中第一图像和第二图像的获取之间的时间延迟是不均匀的。

127.根据条款124所述的装置，其中第一图像和第二图像的获取之间的时间延迟基于期望的应用被调整。

128.根据条款124-127中任一项所述的方法，其中时间延迟能够在1纳秒(ns)至1毫秒(ms)的范围内调整。

129.根据条款124-128中任一项所述的方法，还包括：

基于结构的灰度级，从第一图像中识别结构；

从第一图像中确定结构的第一灰度级并且从第二图像中确定结构的第二灰度级；

基于结构的第一灰度级与第二灰度级之间的差来确定结构的灰度级变化率；以及

基于结构的灰度级变化率来确定结构的特性。

130.根据条款129所述的方法，还包括：

从结构的第三图像中确定结构的第三灰度级；

基于结构的第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级之间的差来确定结构的灰度级变化率；以及

基于结构的灰度级变化率来确定结构的特性。

131.根据条款130所述的方法，其中灰度级变化率是线性的。

132.根据条款130所述的方法，其中灰度级变化率是非线性的。

133.根据条款132所述的方法，其中结构的非线性灰度级变化率包括结构的灰度级的多项式或指数衰减。

134.根据条款129-133中任一项所述的方法，还包括基于第一图像与参考图像之间的比较，从第一图像中识别结构，参考图像包括具有参考灰度级的结构。

135.根据条款134所述的方法，其中参考图像包括使用机器学习网络形成的经训练的图像。

136.根据条款134所述的方法，其中参考图像包括结构的次级电子显微镜图像。

137.根据条款119-136中任一项所述的方法，还包括基于区域的多个结构的灰度级变化率来确定样本区域的平均灰度级变化率。

138.根据条款119-137中任一项所述的方法，还包括：

确定样本的多个区域的平均灰度级变化率；以及

基于所确定的多个区域的平均灰度级变化率来生成结构的灰度级变化图案，其中图案包括结构的灰度级变化的空间特征。

139.根据条款119-138中任一项所述的方法，还包括使用模型，基于所确定的结构的特性来模拟结构的物理特性，其中模型包括结构的电路模型。

140.根据条款139所述的方法，其中结构的物理特性包括结构的临界尺寸、底部临界尺寸、重叠、材料、化学计量或组成。

141.根据条款119-140中任一项所述的方法，还包括：

基于结构的第一多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性的第一值；

基于结构的第二多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性的第二值；以及

基于结构特性的第一和第二值的比较，提供用于检测缺陷的信息。

142.根据条款141所述的方法，还包括基于结构的特性的第一值与第二值的比较来监控工艺条件或工具条件。

143.根据条款141和142中任一项所述的方法，其中第一和第二多个图像分别包括第一工艺级和第二工艺级的结构的图像。

144.根据条款141-143中任一项所述的方法，其中缺陷包括电阻性缺陷或电容性缺陷。

145.根据条款141-144中任一项所述的方法，其中提供用于检测缺陷的信息包括示出用于检测与结构的电阻或电容相关联的开路、短路、部分开路、泄漏、空隙、重叠误差、临界尺寸误差或缺陷的信息。

146.根据条款119-145中任一项所述的方法，其中结构的特性包括结构的薄层电阻、接触电阻、电容或电感。

147.根据条款119-146中任一项所述的方法，还包括基于装置的选定操作模式，使用初级电子束来将样本的表面泛射，其中选定操作模式包括电压对比模式。

148.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集能够由电子束装置的一个或多个处理器执行以使得电子束装置执行确定样本上的结构的特性的方法，方法包括：

激活电子源，以生成辐射样本区域的初级电子束，区域包括结构；

基于由样本区域的辐射所生成并且使用电子检测器检测到的信号电子，获取节点的多个图像；以及

基于结构的多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性。

149.根据条款148所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由电子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得电子束装置进一步执行：

获取多个图像中包括结构的第一图像；

获取多个图像中包括结构的第二图像，其中第一图像与第二图像的获取之间的时间延迟基于结构的期望充电速率来调整。

150.根据条款149所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由电子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得电子束装置进一步执行：

基于结构的灰度级，从第一图像中识别结构；

从第一图像中确定结构的第一灰度级；

从第二图像中确定结构的第二灰度级；

从第三图像中确定结构的第三灰度级；

基于结构的第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级之间的差来确定结构的灰度级变化率；以及

基于结构的灰度级变化率来确定结构的特性，其中灰度级变化率是非线性的。

151.根据条款148-150中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由电子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得电子束装置进一步执行：

确定样本的多个区域的平均灰度级变化率；以及

基于所确定的多个区域的平均灰度级变化率以生成结构的灰度级变化图案，其中图案包括结构的灰度级变化的空间特征。

152.根据条款148-151中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由电子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得电子束装置基于所确定的结构的特性来进一步执行使用模型来模拟结构的物理特性，其中模型包括结构的电路模型。

153.根据条款148-152中任一项所述的非暂态计算机可读介质，其中能够由电子束装置的一个或多个处理器执行的指令集使得电子束装置进一步执行：

基于结构的第一多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性的第一值；

基于结构的第二多个图像的灰度级变化率来确定结构的特性的第二值；以及

基于结构特性的第一值和第二值的比较，提供用于检测缺陷的信息。

154.一种带电粒子束装置，包括：

带电粒子源，被配置为沿着初级光轴生成初级带电粒子，初级带电粒子入射到样本的第一区域上；

光源，被配置为生成与样本的第二区域相互作用的光束，光束与样本的第二区域之间的相互作用涉及基于光束的特性，在样本中生成电荷载流子；以及

带电粒子检测器，被配置为检测由初级带电粒子与样本的第一区域的相互作用生成的次级带电粒子，其中调整光束的特性引起所生成的次级带电粒子的特性的变化。

155.根据条款154所述的装置，还包括具有电路系统的控制器，被配置为：

使得设备获取样本的第一区域的多个图像；以及

确定与所生成的次级带电粒子的特性的变化相关联的样本的第一区域的多个图像的灰度级变化。

156.根据条款155所述的装置，其中控制器包括还被配置为基于所确定的样本的第一区域的多个图像的灰度级变化来识别样本中的缺陷的电路系统。

157.根据条款156所述的装置，其中缺陷包括电缺陷，电缺陷包括开路、高电阻缺陷、短路或结泄漏。

158.根据条款157所述的装置，其中电缺陷包括反向偏置金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件中的p-n结泄漏。

159.根据条款154-158中任一项所述的装置，其中光束的特性包括光束的功率密度。

160.根据条款159所述的装置，其中调整光束的特性包括将功率密度在从0kW/m

161.根据条款159所述的装置，其中调整光束的特性包括将功率密度在从0kW/m

162.根据条款159所述的装置，其中调整光束的特性包括将功率密度在从0kW/m

163.根据条款154至162中任一项所述的装置，其中所生成的次级带电粒子的特性包括次级带电粒子的轨迹、能量或强度。

164.一种用于识别样本中的缺陷的方法，方法包括：

激活带电粒子源，以生成沿着初级光轴并入射到样本的第一区域上的初级带电粒子；

激活光源，以生成具有特性并与样本的第二区域相互作用的光束；

检测由初级带电粒子与样本的第一区域的相互作用所生成的次级带电粒子，其中调整光束的特性引起所生成的次级带电粒子的特性的变化；

获取样本的第一区域的多个图像；以及

基于与所生成的次级带电粒子的特性变化相关联的样本的第一区域的多个图像的灰度级变化来识别缺陷。

165.根据条款164所述的方法，其中光束与样本的第二区域之间的相互作用基于光束的特性在样本中生成电荷载流子。

166.根据条款165所述的方法，还包括通过改变样本中生成的电荷载流子的量来调整样本的第一区域的表面电势。

167.根据条款164至166中任一项所述的方法，其中调整光束的特性包括调整入射在样本的第二区域上的光束的功率密度。

168.根据条款167所述的方法，还包括在从0至300kW/m

169.根据条款167所述的方法，还包括在从0到100kW/m

170.根据条款167所述的方法，还包括在从0到50kW/m

171.根据条款164-170中任一项所述的方法，其中缺陷包括电缺陷，电缺陷包括开路、高电阻缺陷、短路或结泄漏。

172.根据条款171所述的方法，其中电缺陷包括反向偏置金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的p-n结泄漏。

173.根据条款164至172中任一项所述的方法，其中所生成的次级带电粒子的特性包括次级带电粒子的轨迹、能量或强度。

174.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行识别样本中的缺陷的方法，方法包括：

激活带电粒子源，以生成沿着初级光轴并入射到样本的第一区域上的初级带电粒子；

激活光源，以生成具有特性并与样本的第二区域相互作用的光束；

检测由初级带电粒子与样本的第一区域的相互作用所生成的次级带电粒子，其中调整光束的特性引起所生成的次级带电粒子的特性的变化；

获取样本的第一区域的多个图像；以及

基于与所生成的次级带电粒子的特性变化相关联的样本的第一区域的多个图像的灰度级变化来识别缺陷。

175.一种系统，包括：

第一粒子源，被配置为生成脉冲粒子束，脉冲粒子束向样本区域上设置的电结构供应能量；

带电粒子束装置，包括：

第二粒子源，被配置为生成入射在样本区域上的连续初级带电粒子束；

带电粒子检测器，被配置为检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用所生成的次级带电粒子；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

将第一信号施加到第一粒子源，其中第一信号包括与脉冲粒子束的多个脉冲的定时相关联的信息；以及

向带电粒子检测器施加第二信号，第二信号被配置为基于第一信号来操作带电粒子检测器。

176.根据条款175所述的系统，还包括与电结构电耦合的电容器。

177.根据条款175-176中任一项所述的系统，其中电结构包括闭环环形振荡器。

178.根据条款177所述的系统，其中响应于从第一粒子源接收到电力，闭环环形振荡器被配置为以振荡频率振荡。

179.根据条款178所述的系统，其中闭环环形振荡器的振荡频率等于或低于带电粒子检测器的读出频率。

180.根据条款178-179中任一项所述的系统，其中带电粒子检测器还被配置为接收检测信号，检测信号包括与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

181.根据条款180所述的系统，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

基于与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息，使得带电粒子束装置获取样本区域的多个图像；以及

确定样本区域的多个图像的平均灰度级。

182.根据条款175-181中任一项所述的系统，其中施加到带电粒子检测器的第二信号与脉冲粒子束的多个脉冲的定时同步。

183.根据条款175-182中任一项所述的系统，其中带电粒子束装置被配置为以电压对比模式操作。

184.根据条款175-183中任一项所述的系统，其中第一粒子源包括脉冲光源或脉冲电子源，并且其中第二粒子源包括连续电子源。

185.一种方法，包括：

使用第一粒子源，生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；

使用第二粒子源，生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；以及

检测由初级带电粒子与样本区域之间的相互作用所生成的次级带电粒子；

将第一信号施加到第一粒子源，其中第一信号包括与脉冲粒子束的多个脉冲的定时相关联的信息；以及

将第二信号施加到带电粒子检测器，第二信号被配置为基于第一信号来操作带电粒子检测器。

186.根据条款185所述的方法，其中电结构包括闭环环形振荡器。

187.根据条款186所述的方法，其中响应于从第一粒子源接收电力，闭环环形振荡器以振荡频率振荡。

188.根据条款187所述的方法，其中闭环环形振荡器的振荡频率等于或低于带电粒子检测器的读出频率。

189.根据条款187-188中任一项所述的方法，还包括由带电粒子检测器接收检测信号，检测信号包括与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

190.根据条款189所述的方法，还包括：

基于与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息，获取样本区域的多个图像；以及

确定样本区域的多个图像的平均灰度级。

191.根据条款185-190中任一项所述的方法，还包括将到带电粒子检测器的输出信号与脉冲粒子束的多个脉冲的定时同步。

192.根据条款185-191中任一项所述的方法，其中带电粒子束装置被配置为以电压对比模式操作。

193.根据条款185-192中任一项所述的方法，其中第一粒子源包括脉冲光源或脉冲电子源并且其中第二粒子源包括连续电子源。

194.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集可由设备的一个或多个处理器执行以使得设备执行方法，方法包括：

使得第一粒子源生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；

使得第二粒子源生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；

检测由初级带电粒子与样本区域之间的相互作用所生成的次级带电粒子；

施加来自第一粒子源的第一信号，其中第一信号包括与脉冲粒子束的多个脉冲的定时相关联的信息；以及

向带电粒子检测器施加第二信号，第二信号被配置为基于第一信号来操作带电粒子检测器。

195.一种系统，包括：

第一粒子源，其被配置为生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；

带电粒子束装置，包括第二粒子源，第二粒子源被配置为生成入射在样本区域上的脉冲式初级带电粒子束；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束；

施加第二信号，以使得第二粒子源生成脉冲式初级带电粒子束；以及

调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

196.根据条款195所述的系统，还包括与电结构电耦合的电容器。

197.根据条款195-196中任一项所述的系统，其中电结构包括闭环环形振荡器。

198.根据条款197所述的系统，其中响应于从第一粒子源接收到电力，闭环环形振荡器被配置为以振荡频率振荡。

199.根据条款198所述的系统，其中带电粒子检测器还被配置为接收检测信号，检测信号包括与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

200.根据条款195-199中任一项所述的系统，其中控制器包括还被配置为调整第一信号和第二信号之间的时间延迟的电路系统。

201.根据条款199-200中任一项所述的系统，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

基于与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息，使得带电粒子束装置获取样本区域的多个图像；以及

确定样本区域的多个图像的平均灰度级。

202.根据条款195-201中任一项所述的系统，其中第一信号包括与脉冲粒子束的多个脉冲的定时相关联的信息。

203.根据条款195-202中任一项所述的系统，其中带电粒子束装置被配置为以电压对比模式操作。

204.根据条款195-203中任一项所述的系统，其中第一粒子源包括脉冲光源，并且其中第二粒子源包括脉冲电子源。

205.根据条款195-203中任一项所述的系统，其中第一粒子源和第二粒子源包括脉冲电子源。

206.一种方法，包括：

向第一粒子源施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束，所生成的脉冲束被配置为向样本区域上设置的电结构供应能量；

向第二粒子源施加第二信号，以使得第二粒子源生成入射到样本区域上的脉冲式初级带电粒子束；以及

调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在所施加的第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

207.根据条款206所述的方法，还包括调整所施加的第一信号和第二信号之间的时间延迟。

208.根据条款206和207中任一项所述的方法，其中电结构包括闭环环形振荡器，并且其中响应于从第一粒子源接收到电力，闭环环形振荡器以振荡频率振荡。

209.根据条款208所述的方法，还包括通过带电粒子检测器接收检测信号，检测信号包括与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

210.根据条款209所述的方法，还包括：

基于与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息，获取样本区域的多个图像；以及

确定样本区域的多个图像的平均灰度级。

211.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集能够由设备的一个或多个处理器执行以使得设备执行方法，方法包括：

施加第一信号以使得第一粒子源生成脉冲粒子束，从而向样本区域上设置的电结构供应能量；

施加第二信号以使得第二粒子源生成入射到样本区域上的脉冲式初级带电粒子束；以及

调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在所施加的第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

212.一种系统，包括：

第一粒子源，被配置为生成向样本区域上设置的电结构供应能量的脉冲粒子束；

带电粒子束装置，包括：

第二粒子源，被配置为生成入射在样本区域上的连续初级带电粒子束；以及

带电粒子检测器，被配置为检测由初级带电粒子与样本区域之间的相互作用所生成的次级带电粒子，其中带电粒子检测器还被配置为在检测之前修改次级带电粒子的特性；以及

具有电路系统的控制器，被配置为：

施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束；

施加第二信号，以使得第二粒子源生成连续初级带电粒子束；以及

调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

213.根据条款212所述的系统，还包括与电结构电耦合的电容器。

214.根据条款212-213中任一项所述的系统，其中电结构包括闭环环形振荡器。

215.根据条款214所述的系统，其中响应于从第一粒子源接收到电力，闭环环形振荡器被配置为以振荡频率振荡。

216.根据条款215所述的系统，其中带电粒子检测器包括像素化带电粒子检测器，像素化带电粒子检测器被配置为接收检测信号，检测信号包括与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

217.根据条款212-216中任一项所述的系统，其中修改次级带电粒子的特性包括生成脉冲式次级带电粒子束，脉冲式次级带电粒子束包括多个次级带电粒子脉冲。

218.根据条款217所述的系统，其中多个次级带电粒子脉冲中的脉冲的脉冲持续时间在100飞秒(fs)至1000fs的范围内。

219.根据条款212-218中任一项所述的系统，其中控制器包括还被配置为调整第一信号与第二信号之间的时间延迟的电路系统。

220.根据条款212-219中任一项所述的系统，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为：

使得带电粒子束装置获取样本区域的多个图像；以及

确定样本区域的多个图像的平均灰度级。

221.根据条款212-220中任一项所述的系统，其中控制器包括电路系统，电路系统还被配置为使得带电粒子检测器的偏转器的操作与从第一粒子源生成的脉冲粒子束同步。

222.根据条款212-221中任一项的系统，其中带电粒子束装置被配置为在电压对比模式中操作。

223.根据条款212-222中任一项所述的系统，其中第一粒子源包括脉冲光源或脉冲电子源，并且其中第二粒子源包括连续电子源。

224.一种方法，包括：

施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束；

施加第二信号，以使得第二粒子源生成连续初级带电粒子束；以及

调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟；以及

使用带电粒子检测器来检测由初级带电粒子和样本区域之间的相互作用所生成的次级带电粒子，其中带电粒子检测器被配置为在检测之前修改次级带电粒子的特性。

225.根据条款224所述的方法，还包括调整所施加的第一信号和第二信号之间的时间延迟。

226.根据条款224和225中任一项所述的方法，其中电结构包括闭环环形振荡器，并且其中响应于从第一粒子源接收到电力，闭环环形振荡器以振荡频率振荡。

227.根据条款226所述的方法，还包括通过带电粒子检测器，接收检测信号，检测信号包括与闭环环形振荡器的振荡相关联的时间信息。

228.根据条款227所述的方法，还包括：

基于检测信号的时间信息，获取样本区域的多个图像；以及

确定样本区域的多个图像的平均灰度级。

229.根据条款224-228中任一项所述的方法，其中带电粒子检测器包括像素化带电粒子检测器。

230.根据条款224-229中任一项所述的方法，其中修改次级带电粒子的特性包括生成脉冲式次级带电粒子束，脉冲式次级带电粒子束包括多个次级带电粒子脉冲。

231.根据条款230所述的方法，其中多个次级带电粒子脉冲中的脉冲的脉冲持续时间在从100飞秒(fs)到1000fs的范围内。

232.根据条款224-231中任一项所述的方法，还包括将带电粒子检测器的偏转器的操作与从第一粒子源生成的脉冲粒子束同步。

233.根据条款224-232中任一项所述的方法，其中第一粒子源包括脉冲光源或脉冲电子源，并且其中第二粒子源包括连续电子源。

234.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集能够由带电粒子束装置的一个或多个处理器执行以使得带电粒子束装置执行方法，方法包括：

生成脉冲粒子束，脉冲粒子束被配置为向样本区域上设置的电结构供应能量；

生成入射到样本区域上的连续初级带电粒子束；

检测由初级带电粒子与样本区域之间的相互作用所生成的次级带电粒子，其中带电粒子检测器被配置为在检测之前修改次级带电粒子的特性；

施加第一信号，以使得第一粒子源生成脉冲粒子束；

施加第二信号，以使得第二粒子源生成连续初级带电粒子束；以及

调整施加第一信号和第二信号的定时，使得在第一信号和第二信号之间存在时间延迟。

235.一种系统，包括：

第一粒子源，被配置为生成向包括多个晶体管的电结构供应能量的脉冲粒子束；

电结构，被配置为响应于接收来自脉冲粒子束的能量而切换多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态，从而启用瞬态电荷流，其中瞬态电荷流引起多个电磁脉冲的发射；以及

检测器，被配置为检测多个电磁脉冲。

236.根据条款235所述的系统，其中电结构包括闭环环形振荡器。

237.根据条款236所述的系统，还包括与闭环环形振荡器电耦合的电容器。

238.根据条款235-237中任一项所述的系统，其中多个电磁脉冲以与闭环环形振荡器的振荡频率相对应的发射频率来发射。

239.根据条款235-238中任一项所述的系统，其中多个电磁脉冲包括多个光脉冲。

240.根据条款235-239所述的系统，其中检测器包括：光电二极管、电荷耦合器件、光电倍增器、光电晶体管、近红外光电倍增器或成像器。

241.根据条款235-240中任一项所述的系统，其中瞬态电荷包括热电子，并且其中瞬态电荷流引起热电致发光。

242.根据条款235-241中任一项所述的系统，其中第一粒子源包括脉冲光源或脉冲电子源。

243.根据条款235所述的系统，其中检测器包括被配置为检测多个电磁脉冲的天线。

244.一种方法，包括：

生成脉冲粒子束，脉冲粒子束被配置为向包括多个晶体管的电结构供应能量；

响应于从脉冲粒子束接收所供应的能量而切换多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态，从而启用瞬态电荷流，其中瞬态电荷流引起以发射频率发射多个电磁脉冲；以及

检测多个电磁脉冲，以基于多个电磁脉冲的发射频率来确定电结构的振荡频率。

245.根据条款244所述的方法，其中电结构包括闭环环形振荡器。

246.根据条款244和245中任一项所述的方法，其中多个电磁脉冲包括多个光脉冲。

247.根据条款246所述的方法，还包括使用光学检测器来检测多个光脉冲，光学检测器包括：光电二极管、电荷耦合器件、光电倍增器、光电晶体管、近红外光电倍增器或成像器。

248.根据条款244-247中任一项所述的方法，其中瞬态电荷包括热电子，并且其中瞬态电荷流引起热电致发光。

249.根据条款244-248中任一项所述的方法，其中第一粒子源包括脉冲光源或脉冲电子源。

250.根据条款244所述的方法，其中检测器包括被配置为检测多个电磁脉冲的天线。

251.一种存储指令集的非暂态计算机可读介质，指令集能够由设备的一个或多个处理器执行以使得设备执行方法，方法包括：

生成脉冲粒子束，脉冲粒子束被配置为向包括多个晶体管的电结构供应能量；

响应于从脉冲粒子束接收能量而切换多个晶体管中的一个或多个晶体管的操作状态，从而启用瞬态电荷流，其中瞬态电荷流引起以发射频率发射多个电磁脉冲；以及

检测多个电磁脉冲，以基于发射频率来确定电结构的振荡频率。

应理解，本公开的实施例不限于上文已描述且在附图中图示的确切构造，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下作出各种修改和改变。已结合各种实施例描述了本公开，考虑到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本领域技术人员将是显而易见的。说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求和前述条款指示。

以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离权利要求书和前述条款的范围的情况下，可以如所描述的进行修改。