CN110782418A - 一种带电粒子束设备的扫描规划方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种带电粒子束设备的扫描规划方法、装置及设备，该方法包括：获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值；在联通域的内部及周边填充点阵，点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸；对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域；确定有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息。本发明实施例通过形态学腐蚀运算得到有效扫描区域，并将中心点位于有效扫描区域内的全部束斑的中心点位置确定为扫描点，从而避免了计算束斑的面积，简化了确定扫描位置的算法，同时保证了高覆盖率。

Description

一种带电粒子束设备的扫描规划方法、装置及设备

技术领域

本发明实施例涉及带电粒子束设备扫描技术，尤其涉及一种带电粒子束设备的扫描规划方法、装置及设备。

背景技术

随着纳米科技的发展，利用带电粒子束设备对材料进行刻蚀和淀积等纳米尺度的加工，以及对微观纳米结构进行成像检测的技术发展迅速。常见的带电粒子束设备包括聚焦带电粒子束(Focused Ion Beam，FIB)设备、扫描电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope，SEM)以及电子束光刻机(Electron Beam Lithography，EBL)等。以FIB设备为例，FIB设备广泛应用于半导体或超大规模集成电路的制造和工艺检测，例如，利用FIB高速镓(Ga)带电粒子的动能，轰击半导体晶圆表面进行刻铣，以及利用FIB带电粒子在半导体晶圆上刻铣掉不需要的或错误的电路，再辅以特定的化学成份的气体或材料，沉积出新的集成电路等，这些功能在前沿的半导体超大规模集成电路制造工艺研发、材料学科研究、生命科学研究领域有着极为重要和不可替代的作用，且均涉及利用带电粒子束进行扫描。因此，合理规划扫描方法显得尤为重要。

不同的FIB系统不完全相同，但扫描的工作原理基本相同，具体为：FIB系统中的处理器对用户输入的用于刻铣、修改或成像的待扫描区域图形进行解析，并控制电子线路模块提供扫描所需的驱动电压，使带电粒子束“扫描”该待扫描区域，从而实现刻铣、修复和成像等功能。其中，带电粒子束的“扫描”是指带电粒子束在该待扫描区域内访问(轰击)一些点并停留一定时间，通过带电粒子束的能量作用到样品上来实现上述功能。带电粒子束的能量服从高斯分布，假定其能量有效覆盖范围位于半径为r的束斑范围内，那么，为保证带电粒子束的能量完全覆盖该待扫描区域，提升加工和成像的精度，需要预先设计一个由具有相同半径r的束斑构成的点阵，并使该点阵最大限度的填充上述待扫描区域，从而通过控制带电粒子束轰击该点阵中各个束斑的位置，实现带电粒子束的能量完全覆盖该待扫描区域的目的。

由于待扫描区域的形状可能很不规则，特别是其边界不能用解析函数表示时，处理不当就会造成很大误差。而现有技术在每次填充点阵后要计算每个束斑在待扫描区域内的面积，判断是否将其作为扫描点，这种计算方式较为困难，不够简便。

发明内容

本发明实施例提供一种带电粒子束设备的扫描规划方法、装置及设备，以在保证高覆盖率的同时，简化扫描点阵的位置确定算法。

第一方面，本发明实施例提供了一种带电粒子束设备的扫描规划方法，该方法包括：

获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值，其中，不同联通域的标签值不同；

在联通域的内部及周边填充点阵，点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸；

对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域；

确定有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息。

进一步地，在对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域之后，还包括：

按照预定步长平移点阵，并统计位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量，再确定位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量最多时的目标平移信息；

根据目标平移信息，将点阵平移至与目标平移信息相对应的位置。

进一步地，点阵包括矩形点阵，矩形点阵的边界包围联通域的外接矩形，且矩形点阵的边界与外接矩形的边界之间的距离大于或等于d，其中，d为相邻两个束斑的中心点之间的间距。

进一步地，对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域的步骤，包括：

计算腐蚀尺度h，其中，腐蚀尺度h的计算公式为：

h＝cσ

式中，c表示比例系数，且由样品材料、带电粒子束能量以及带电粒子束直径决定，σ表示带电粒子束能量集中区域部分的束斑尺寸；

根据腐蚀尺度h对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域。

进一步地，扫描规划方法还包括：扫描路径规划，扫描路径规划的步骤包括：

确定所有有效扫描区域的区域扫描顺序；

获取每个有效扫描区域内的点阵中的扫描起点和扫描终点，根据扫描起点和扫描终点规划出每个有效扫描区域的第一扫描路径；

根据每个有效扫描区域的第一扫描路径以及所有有效扫描区域的区域扫描顺序，规划出多条所有有效扫描区域的第二扫描路径；

比较每一条第二扫描路径的扫描行程，将扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径。

进一步地，根据扫描起点和扫描终点规划出每个有效扫描区域的第一扫描路径的步骤，包括：

规划从扫描起点到扫描终点的逐行式扫描路径或矢量式扫描路径。

第二方面，本发明实施例还提供了一种带电粒子束设备的扫描规划装置，该装置包括：

待扫描区域确定模块，用于获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值，其中，不同联通域的标签值不同；

点阵填充模块，用于在联通域的内部及周边填充点阵，点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸；

有效扫描区域获取模块，用于对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域；

扫描位置确定模块，用于确定有效扫描区域内的束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息。

进一步地，该装置还包括：

点阵平移模块，用于在对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域之后，按照预定步长平移点阵，并统计位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量，再确定位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量最多时的目标平移信息；以及根据目标平移信息，将点阵平移至与目标平移信息相对应的位置。

进一步地，该装置还包括：扫描路径规划模块，扫描路径规划模块包括：

区域扫描顺序确定单元，用于确定所有有效扫描区域的区域扫描顺序；

第一扫描路径确定单元，用于获取每个有效扫描区域内的点阵中的扫描起点和扫描终点，根据扫描起点和扫描终点规划出每个有效扫描区域的第一扫描路径；

第二扫描路径确定单元，用于根据每个有效扫描区域的第一扫描路径以及所有有效扫描区域的区域扫描顺序，规划出多条所有有效扫描区域的第二扫描路径；

最佳扫描路径确定单元，用于比较每一条第二扫描路径的扫描行程，将扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径。

第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括：

一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现上述任一方面提供的扫描规划方法。

本发明实施例通过获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值，在联通域的内部及周边填充由多个呈阵列排布的等间距的束斑构成的点阵，再对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域，并确定有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息，本发明实施例的技术方案避免了现有技术通过计算束斑的面积判断是否将其作为扫描点的复杂算法，简化了扫描点位置的确定算法，同时保证了高覆盖率。

附图说明

图1是现有的FIB系统中带电粒子束扫描部分的核心部件组成示意图；

图2是带电粒子束能量分布的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种带电粒子束设备的扫描规划方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种由标签值标记的待扫描区域的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种点阵填充方式的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种带电粒子束扫描有效扫描区域后的结果示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种带电粒子束设备的扫描规划方法的流程图；

图8是本发明实施例提供的一种扫描路径规划方法的流程图；

图9是本发明实施例提供的一种扫描路径规化结果的示意图；

图10是本发明实施例提供的每个有效扫描区域的第一扫描路径的示意图；

图11是本发明实施例提供的一种带电粒子束设备的扫描规划装置的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种带电粒子束设备的扫描规划装置的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是现有的FIB系统中带电粒子束扫描部分的核心部件组成示意图。如图1所示，带电粒子束扫描部分的核心组成部件01包括带电粒子源001，压制电压部件002，吸引电压部件003，第一透镜004和第二透镜009，限束光阑005，用于关闭带电粒子束的束闸开关007和限束孔008，探测接收部件011用于采集二次电子/带电粒子等，消像散器006用于修正带电粒子束的散光度，偏转器组件010用于改变带电粒子束运动方向以对待扫描样品02进行扫描。另外FIB系统还包括计上位机和显示器，用于用户输入实现刻铣、修改或成像所需的待扫描区域，以及规划扫描路径等，此外，还包括下位机和电子线路模块，用于提供扫描所需的驱动电压以及图像信号采集电路等。FIB系统的构成可以包括本领域技术人员可知的任意结构，在此不再赘述。通过控制带电粒子束的扫描位置，可以实现对待扫描样品02预先设定的待扫描区域的扫描。

前面提到，带电粒子束的能量服从高斯分布，数学中也称正态分布。图2是带电粒子束能量分布的示意图，从中可以看出带电粒子束的有效能量覆盖在半径为r的束斑内，其中，束斑半径r正比于带电粒子束能量集中区域部分的束斑尺寸σ。由正态分布可知，半径为σ的束斑范围内的带电粒子束能量约占总能量的68％，半径为r的束斑范围内的带电粒子束的能量约占总能量的95％～99％。因此，可以设计半径为r的束斑，并将其排布为阵列填充于用户输入的待扫描区域内，通过控制电路控制带电粒子束依次轰击待扫描区域内的各个束斑中心点的位置，即可实现带电粒子束对该待扫描区域的“扫描”。

下面，由半径为r的束斑组成的阵列填充待扫描区域为例，阐述本发明实施例的扫描规划方法的具体步骤，以在保证高覆盖率的同时，简化扫描点阵的位置确定算法。

图3是本发明实施例提供的一种带电粒子束设备的扫描规划方法的流程图，该方法可用于预先规划带电粒子束的扫描位置，可由带电粒子束设备的扫描规划装置执行。如图3所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值，其中，不同联通域的标签值不同。

其中，待扫描区域图形可以是规则的几何图形，如直线、曲线、矩形、多边形、圆、椭圆，也可以是通过二值化图像表达的任意复杂图形，本发明实施例对此不做限定。当用户输入的是几何图形时，需要先将几何图形转化为二值化图像。由二值化图像表达的待扫描区域具有相同的像素值，例如均为255，而待扫描区域边界以外的像素值则为0。其具体转化方式可以是本领域技术人员所知的任意算法，本发明实施例对此不做限定。

接下来，为了电路模块能够识别二值化图像所表达的待扫描区域信息，需要探测二值化图像的联通域，并为联通域标记标签值，将待扫描区域转化为和待扫描区域对应的像素点阵。可以理解的，当用户输入多个待扫描区域时，不同的待扫描区域需要赋予不同的标签值，以示区分。如此，就可以将标记有标签值的至少一个联通域确定为待扫描区域。示例性的，可以通过漫满水填充算法获得二值化图像的联通域，相关算法非常成熟。具体原理为，算法从某一个像素点开始向四周搜寻，有标记就赋新值，例如，遇到像素为255的点则标记标签值，并继续向其四周的像素点进行搜，最终为不同的联通域标记不同的标签值。图4是本发明实施例提供的一种由标签值标记的待扫描区域的示意图。如图4所示，用户同时输入第一待扫描区域图形031、第二待扫描区域图形032以及第三待扫描区域图形033，将上述待扫描区域图形转化为二值化图像，并探测各个待扫描图形的联通域后，即可得到如图4右侧所示的第一待扫描区域041、第二待扫描区域042以及第三待扫描区域043，三者分别由带有标记值的像素点阵构成。

步骤120、在联通域的内部及周边填充点阵，点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸。

图5是本发明实施例提供的一种点阵填充方式的示意图。图5以联通域的边界为椭圆为例进行说明，如图5所示，联通域06的内部及周边填充了由半径为r、中心点间距为d的束斑05构成的点阵。如上文所述，带电粒子束的有效能量可覆盖在该半径为r的束斑内。需要说明的是，由于带电粒子束的能量有效覆盖范围略小于实际的能量覆盖范围，所以束斑直径2r略小于中心点间距d。

步骤130、对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域。

其中，有效扫描区域为带电粒子束的实际扫描区域。参见图5，有效扫描区域07略小于待扫描区域06。获得待扫描区域06的联通域后，可按照图像处理领域的形态学腐蚀运算对其联通域进行形态学腐蚀，以得到有效扫描区域07。通过获取有效扫描区07，可以简化扫描位置的确定算法，具体见下述步骤140。

可选的，步骤130可以包括：计算腐蚀尺度h；根据腐蚀尺度h对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域。其中，腐蚀尺度h的计算公式为：

h＝cσ

式中，c表示比例系数，且由样品材料、带电粒子束能量以及带电粒子束直径决定，σ表示带电粒子束能量集中区域部分的束斑尺寸。

需要说明的是，经过大量实验验证，比例系数c的取值接近于1，因此，腐蚀尺度h接近于σ。还需要说明的是，上述腐蚀尺度h的计算方式仅为本发明实施例提供的一种示例，并非限定。

步骤140、确定有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息。

图6是本发明实施例提供的一种带电粒子束扫描有效扫描区域后的结果示意图，图6以具有填充图案的束斑表示带电粒子束扫描过的位置。参见图6，获取有效扫描区域07后，只需要判断束斑05的中心点是否位于有效扫描区域07之内，若是，则将该束斑的中心点确定为扫描点，并确定该中心点的坐标信息，遍历全部束斑后可获得中心点位于有效扫描区域07之内的全部束斑的中心点的坐标信息，从而获得有效扫描区域07的各扫描点位置信息。由此，后续可使控制电路根据坐标信息控制带电粒子束向有效扫描区域07内的相应扫描点位置进行扫描。特殊的，当束斑05的中心点在有效扫描区域07的边界上时，该中心点同样作为扫描点。

可以理解的，由于腐蚀尺度h接近于σ，而σ﹤r，因此，腐蚀尺度h小于带电离子束半径r，从而可以保证将位于待扫描区域内的面积较大的束斑的中心点包含在有效扫描区域之内，从而保证了较高的覆盖率。

本方案的工作原理：现有技术在确定扫描点时，通常需要计算束斑处于待扫描区域内的面积，由此判断是否将该束斑的中心点作为扫描点。示例性的，可以定义某个参考值，例如80％，若束斑处于待扫描区域内的面积超过其总面积的80％，则将其作为扫描点，否则不作为扫描点。但是，待扫描区域的图形可能非常不规则，另外束斑与待扫描图形的边界难免存在交叉，这些都会加大面积计算的难度，使得确定扫描点位置的算法十分困难。本发明实施例的技术方案，通过对待扫描区域进行形态学腐蚀运算得到有效待扫描区域，只需要判断束斑的中心点是否位于有效扫描区域之内，即可判断是否将其作为扫描点，避免了复杂的面积计算，保证高覆盖率的同时，极大地简化了算法。

本发明实施例通过获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值，在联通域的内部及周边填充由多个呈阵列排布的等间距的束斑构成的点阵，再对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域，并确定有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息，避免了现有技术通过计算束斑的面积判断是否将其作为扫描点的复杂算法，简化了扫描位置确定的算法，同时保证了高覆盖率。

图7是本发明实施例提供的另一种带电粒子束设备的扫描规划方法的流程图，对上述图3所示方法进行了优化。如图7所示，在上述实施例的基础上，可选的，在步骤230(同步骤130)对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域之后，还包括：

步骤240、按照预定步长平移点阵，并统计位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量，再确定位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量最多时的目标平移信息。

其中，步长是指点阵在x和y方向上的单位平移距离。通过将点阵按照步长在二维方向的一定范围内平移，可以获得每次平移后有效扫描区域内束斑的中心点个数，当中心点个数最多时，束斑的覆盖率最高。记下中心点个数最多时的目标平移信息，即可根据该目标平移信息将矩形点阵平移到与该目标平移信息相对应的位置，详见步骤250。

示例性的，步长可以通过将束斑半径r按照一定的比例均分预先获得，可以理解的，比例越大，单位移动距离则越短，获得的数据量越多，束斑覆盖率最高时的点阵的位置更精确。本发明实施例对步长大小不作限定。

示例性的，在x和y方向上的平移范围可以是[-d/2，d/2]，在此范围内进行平移，可以涵盖有效扫描区域内中心点数量的所有可能性，即此范围是最小的平移范围。当然，也可以进行更大范围内的平移，本发明实施例对此不做限定，需要说明的是，当平移范围扩大时，点阵的填充面积也要适应性的增大。

步骤250、根据目标平移信息，将点阵平移至与目标平移信息相对应的位置。

将点阵平移至与目标平移信息相对应的位置后，有效扫描区域内的束斑中心点数量最多，将点阵平移至有效扫描区域内中心点数量最多时的位置后，即可执行步骤260(同步骤140)：确定有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息。

至此，可得到点阵在最佳填充状态下的各扫描点的坐标信息，从而进一步提高了扫描的覆盖率。

参见图5，可选的，点阵可以包括矩形点阵，矩形点阵的边界包围联通域的外接矩形，且矩形点阵的边界与外接矩形的边界之间的距离大于或等于d，其中，d为相邻两个束斑的中心点之间的间距。

其中，点阵的形状可以为矩形，也可以是其他形状，例如与待扫描区域形状一致的形状，本发明实施例对此不做限定。矩形点阵的填充相对简单，因此，本发明实施例以矩形点阵为例进行说明。使矩形点阵的边界与外接矩形的边界之间的距离大于或等于d，即大于两个束斑的中心点之间的间距，是为了上述寻找最佳填充时需要平移矩形点阵做准备，避免平移矩形点阵时，出现点阵面积过小导致不能完全填充待扫描区域06的情况发生。

控制电路在控制带电粒子束进行扫描时是对有效扫描区域内的扫描点进行逐一扫描，而且待扫描区域的数量可能为多个，因此，扫描路径的规划十分重要，合理的扫描路径可以有效缩短扫描行程，避免空走，从而大幅度提升扫描效率。因此，在上述实施例的基础上，可选的，扫描规划方法还包括：扫描路径规划。图8是本发明实施例提供的一种扫描路径规划方法的流程图，如图8所示，扫描路径规划具体包括如下步骤：

步骤310、确定所有有效扫描区域的区域扫描顺序。

其中，区域扫描顺序是指各个有效扫描区域的扫描先后排序。可以理解的，当存在多个有效扫描区域时，若每个有效扫描区域的扫描先后排序不一致时，扫描路径长短也必然不一致，因此需要确定所有有效扫描区域的区域扫描顺序。

图9是本发明实施例提供的一种扫描路径规化结果的示意图，示例性的，参见图9，对于图中所示3个有效扫描区域，其区域扫描顺序共有3！＝6种可能性，即A-B-C、A-C-B、B-A-C、B-C-A、C-A-B和C-B-A。

步骤320、获取每个有效扫描区域内的点阵中的扫描起点和扫描终点，根据扫描起点和扫描终点规划出每个有效扫描区域的第一扫描路径。

继续参见图9，图中共有3个有效扫描区域，分别为A、B和C，每个区域均选定了两个扫描点分别作为扫描起点扫描终点。需要说明的是，每个有效扫描区域的扫描起点和扫描终点的扫描点位置不作限定，另外，扫描起点和扫描终点可以互换。以有效扫描区域A为例，首先在区域A中确定两个扫描点，即第一扫描点A1和第二扫描点A2，当第一扫描点A1作为扫描起点，第二扫描点A2作为扫描终点时，第一扫描路径为A1-A2；反之，当第二扫描点A2作为扫描起点，第一扫描点A1作为扫描终点时，第一扫描路径为A2-A1。其他有效扫描区域的第一扫描路径确定方式与此相同，不再赘述。可以理解的，不同的第一扫描路径会导致最终的扫描行程不同。

步骤330、根据每个有效扫描区域的第一扫描路径以及所有有效扫描区域的区域扫描顺序，规划出多条所有有效扫描区域的第二扫描路径。

其中，第二扫描路径是指对于所有有效扫描区域的全部扫描路径。根据每个有效扫描区域的第一扫描路径以及所有有效扫描区域的区域扫描顺序，可以穷举出全部的扫描路径。第二扫描路径的数量N的计算公式为：

N＝2ⁿ×n！

式中，n表示有效扫描区域的数量。下面以n＝3为例解释上述公式，以对第二扫描路径进行举例。

参见图9，当用户需要扫描A、B和C三个有效扫描区域时，按照上述公式，其第二扫描路径有48种选择。上文提到，A、B和C三个有效扫描区域的区域扫描顺序共有3！＝6种可能，即A-B-C、A-C-B、B-A-C、B-C-A、C-A-B和C-B-A，而每一个有效扫描区域具有2种第一扫描路径，因此，以区域扫描顺序为A-B-C为例，该区域扫描顺序对应的第二扫描路径共有以下几种选择：A1-A2-B1-B2-C1-C2、A1-A2-B1-B2-C2-C1、A1-A2-B2-B1-C1-C2、A1-A2-B2-B1-C2-C1、A2-A1-B1-B2-C1-C2、A2-A1-B1-B2-C2-C1、A2-A1-B2-B1-C1-C2和A2-A1-B2-B1-C2-C1，共有2³＝8种第二扫描路径，同理，其他5种区域扫描顺序各自对应8种第二扫描路径，因此，当n＝3时，第二扫描路径的数量N＝2³×3！＝48种。

需要说明的是，该穷举法尽管没有算法上的优化，但对现在的普通的处理器来说耗时都是毫秒级的，而且可以不需要复杂的公式，相对较为简单，而且能够得出全部的第二扫描路径。

步骤340、比较每一条第二扫描路径的扫描行程，将扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径。

通过将扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径，按照该最佳扫描路径进行扫描，可以有效减少扫描行程，提升扫描效率。

至此，通过规划有效扫描区域内点阵的最佳填充位置以及规划对所有有效扫描区域的最佳扫描路径，控制带电粒子束按照最佳扫描路径，依次扫描有效扫描区域内各个束斑的中心点位置，可实现高覆盖率、高效率且算法简单的扫描规划。

可选的，根据扫描起点和扫描终点规划出每个有效扫描区域的第一扫描路径的步骤，包括：

规划从扫描起点到扫描终点的逐行式扫描路径或矢量式扫描路径。

其中，第一扫描路径除了与扫描起点和扫描终点的位置有关，还与从扫描起点到扫描终点的方式有关。示例性的，图10是本发明实施例提供的每个有效扫描区域的第一扫描路径的示意图，左侧为逐行式扫描的示意图，右侧为矢量式扫描的示意图。对于单个有效扫描区域而言，可以选择任意一种扫描路径，示例性的，圆形扫描区域可优选矢量式扫描路径。而当有效扫描区域数量较多时，优选逐行式扫描，以减少空走距离，提高扫描效率。

需要说明的是，逐行式扫描路径和矢量式扫描路径仅为本发明实施例提供的示例性第一扫描路径，本领域技术人员还可以选择其他可知的第一扫描路径，本发明实施例对此不做限定。

图11是本发明实施例提供的一种带电粒子束设备的扫描规划装置的结构示意图，用于执行上述任意实施例提供的扫描规划方法，如图11所示，该装置包括：

待扫描区域确定模块410，用于获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测二值化图像的联通域并为联通域标记标签值，其中，不同联通域的标签值不同。

点阵填充模块420，用于在联通域的内部及周边填充点阵，点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸。

有效扫描区域获取模块430，用于对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域。

扫描位置确定模块440，用于确定有效扫描区域内的束斑的中心点的坐标信息，以获得有效扫描区域的扫描点位置信息。

图12是本发明实施例提供的另一种带电粒子束设备的扫描规划装置的结构示意图，该装置对上述装置进行了细化，参见图12，可选的，该装置还包括：

点阵平移模块450，用于在对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域之后，按照预定步长平移点阵，并统计位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量，再确定位于有效扫描区域内的束斑的中心点的数量最多时的目标平移信息，以及根据目标平移信息，将点阵平移至与目标平移信息相对应的位置。

可选的，点阵包括矩形点阵，矩形点阵的边界包围联通域的外接矩形，且矩形点阵的边界与外接矩形的边界之间的距离大于或等于d，其中，d为相邻两个束斑的中心点之间的间距。

可选的，有效扫描区域获取模块包括：

腐蚀尺度h计算单元，用于计算腐蚀尺度h；有效扫描区域获取单元，用于根据腐蚀尺度h对联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域。其中，其中，腐蚀尺度h的计算公式为：

h＝cσ

式中，c表示比例系数，且由样品材料、带电粒子束能量以及带电粒子束直径决定，σ表示带电粒子束能量集中区域部分的束斑尺寸。

继续参见图12，可选的，该装置还包括：扫描路径规划模块460。具体的，扫描路径规划模块460包括：

区域扫描顺序确定单元，用于确定所有有效扫描区域的区域扫描顺序；第一扫描路径确定单元，用于获取每个有效扫描区域内的点阵中的扫描起点和扫描终点，根据扫描起点和扫描终点规划出每个有效扫描区域的第一扫描路径；第二扫描路径确定单元，用于根据每个有效扫描区域的第一扫描路径以及所有有效扫描区域的区域扫描顺序，规划出多条所有有效扫描区域的第二扫描路径；最佳扫描路径确定单元，用于比较每一条第二扫描路径的扫描行程，将扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径。

可选的，第一扫描路径确定单元具体用于规划从扫描起点到扫描终点的逐行式扫描路径或矢量式扫描路径。

本发明实施例提供的扫描规划装置可执行本发明任意实施例所提供的扫描规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

图13为本发明实施例提供的一种设备的结构示意图，如图13所示，该设备包括处理器510、存储装置520、输入装置530和输出装置540；设备中处理器510的数量可以是一个或多个，图13中以一个处理器510为例；设备中的处理器510、存储装置520、输入装置530和输出装置540可以通过总线或其他方式连接，图13中以通过总线连接为例。

存储装置520作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的扫描规划方法对应的程序指令或模块(例如，扫描规划装置中的待扫描区域确定模块410、点阵填充模块420、有效扫描区域获取模块430以及扫描位置确定模块440)。处理器510通过运行存储在存储装置520中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现本发明任意实施例提供的扫描规划方法。

输入装置530可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置540可包括显示屏等显示设备，提供用户输入机制和结果显示。

需要说明的是，现有技术中处理器和存储装置往往设置在FIB系统的下位机，在算法实现方面不如上位机处理功能强大，且用户难以人工干预、修改，使用很不方便，因此，本发明实施例将其设置在上位计算机端。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种带电粒子束设备的扫描规划方法，其特征在于，包括：

获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测所述二值化图像的联通域并为所述联通域标记标签值，其中，不同联通域的标签值不同；

在所述联通域的内部及周边填充点阵，所述点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，所述束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸；

对所述联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域；

确定所述有效扫描区域内的全部束斑的中心点的坐标信息，以获得所述有效扫描区域的扫描点位置信息。

2.根据权利要求1所述的扫描规划方法，其特征在于，在对所述联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域之后，还包括：

按照预定步长平移所述点阵，并统计位于所述有效扫描区域内的所述束斑的中心点的数量，再确定位于所述有效扫描区域内的所述束斑的中心点的数量最多时的目标平移信息；

根据所述目标平移信息，将所述点阵平移至与所述目标平移信息相对应的位置。

3.根据权利要求1所述的扫描规划方法，其特征在于，所述点阵包括矩形点阵，所述矩形点阵的边界包围所述联通域的外接矩形，且所述矩形点阵的边界与所述外接矩形的边界之间的距离大于或等于d，其中，d为相邻两个所述束斑的中心点之间的间距。

4.根据权利要求1所述的扫描规划方法，其特征在于，对所述联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域的步骤，包括：

计算腐蚀尺度h，其中，所述腐蚀尺度h的计算公式为：

h＝cσ

式中，c表示比例系数，且由样品材料、带电粒子束能量以及带电粒子束直径决定，σ表示带电粒子束能量集中区域部分的束斑尺寸；

根据所述腐蚀尺度h对所述联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域。

5.根据权利要求1所述的扫描规划方法，其特征在于，所述扫描规划方法还包括：扫描路径规划；

所述扫描路径规划的步骤包括：

确定所有所述有效扫描区域的区域扫描顺序；

获取每个所述有效扫描区域内的点阵中的扫描起点和扫描终点，根据所述扫描起点和所述扫描终点规划出每个所述有效扫描区域的第一扫描路径；

根据每个所述有效扫描区域的第一扫描路径以及所有所述有效扫描区域的区域扫描顺序，规划出多条所述所有所述有效扫描区域的第二扫描路径；

比较每一条所述第二扫描路径的扫描行程，将所述扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径。

6.根据权利要求5所述的扫描规划方法，其特征在于，根据所述扫描起点和所述扫描终点规划出每个所述有效扫描区域的第一扫描路径的步骤，包括：

规划从所述扫描起点到所述扫描终点的逐行式扫描路径或矢量式扫描路径。

7.一种带电粒子束设备的扫描规划装置，其特征在于，包括：

待扫描区域确定模块，用于获取待扫描区域图形并形成二值化图像，探测所述二值化图像的联通域并为所述联通域标记标签值，其中，不同联通域的标签值不同；

点阵填充模块，用于在所述联通域的内部及周边填充点阵，所述点阵包括多个呈阵列排布的等间距的束斑，所述束斑的直径设置为带电粒子束的能量有效覆盖范围的最大尺寸；

有效扫描区域获取模块，用于对所述联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域；

扫描位置确定模块，用于确定所述有效扫描区域内的所述束斑的中心点的坐标信息，以获得所述有效扫描区域的扫描点位置信息。

8.根据权利要求7所述的扫描规划装置，其特征在于，还包括：

点阵平移模块，用于在对所述联通域进行形态学腐蚀运算以得到有效扫描区域之后，按照预定步长平移所述点阵，并统计位于所述有效扫描区域内的所述束斑的中心点的数量，再确定位于所述有效扫描区域内的所述束斑的中心点的数量最多时的目标平移信息；以及

根据所述目标平移信息，将所述点阵平移至与所述目标平移信息相对应的位置。

9.根据权利要求7所述的扫描规划装置，其特征在于，还包括：扫描路径规划模块；

所述扫描路径规划模块包括：

区域扫描顺序确定单元，用于确定所有所述有效扫描区域的区域扫描顺序；

第一扫描路径确定单元，用于获取每个所述有效扫描区域内的点阵中的扫描起点和扫描终点，根据所述扫描起点和所述扫描终点规划出每个所述有效扫描区域的第一扫描路径；

第二扫描路径确定单元，用于根据每个所述有效扫描区域的第一扫描路径以及所有所述有效扫描区域的区域扫描顺序，规划出多条所述所有所述有效扫描区域的第二扫描路径；

最佳扫描路径确定单元，用于比较每一条所述第二扫描路径的扫描行程，将所述扫描行程最短时的第二扫描路径确定为最佳扫描路径。

10.一种设备，其特征在于，所述设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一所述的扫描规划方法。

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