CN117890382A - 基于同步光源的euv掩模缺陷检测和分析一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，包括光束线传输系统、狭缝系统、照明系统、掩模运动系统和实验平台，实验平台包括检测系统和成像分析系统，掩模运动系统用于承载待测的EUV掩模版并能够进行扫描调节；掩模运动系统、检测系统和成像分析系统均与定位系统连接；检测系统直接采集反射信号，通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置；成像分析系统采用离轴波带片将光投射到成像分析探测器上进行成像，对可疑缺陷位置进行成像扫描。本发明一体化系统可对标准EUV掩模版的可疑缺陷进行快速定位和精确获取缺陷的类型、形貌、大小和位置等信息。实现对掩模版中缺陷进行精确的修正处理，满足光刻母版的需要。

Description

基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域新技术开发领域，更具体地涉及一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其适用于EUV光刻所需掩模版缺陷测量系统的研发，功能实现对EUV掩模缺陷的快速检测和高分辨分析获取缺陷的精准信息，进行缺陷修复，从而满足光刻母版的性能要求。

背景技术

众所周知，掩模是芯片的设计版图，即是芯片每一层的制造图纸，是IC芯片制备全流程中的核心环节之一。EUV（Extreme Ultraviolet，极紫外）光刻是7nm以下节点高端芯片关键层制备的主流技术，是集成电路战略制高点。随着芯片节点从7nm到3nm，采用EUV光刻的芯片数量急剧增加。EUV光刻已成为芯片节点缩小至1nm及以下、延续摩尔定律的主要技术手段。

EUV掩模是EUV光刻的主要材料之一。掩模价格高昂，一套7nm节点掩模成本约1000-1500万美元。在如今的半导体生态链中，掩模也最受业界关注。全球掩模市场稳步上升，2021年在SEMI约为77亿美元。掩模的合格与否直接影响到光刻工艺的良率，对于实现7nm工艺节点下，对空白掩模的缺陷要求是：不存在50nm以上的缺陷，15nm到50nm之间的缺陷不超过3个。由于现有工艺水平无法实现无缺陷掩模的制造，因此，必须通过高灵敏度的缺陷检测和修复技术来避免因掩模缺陷导致器件失效的情况发生。

EUV掩模基底材料的热膨胀系数、面形、表面粗糙度、洁净度和反射性能对于掩模的性能均有影响。基底上MoSi多层膜的反射谱和缺陷、吸收层缺陷等都是EUV掩模必须要考虑的问题。基底和多层膜组成了掩模白板（Blank），其合格与否直接影响到光刻工艺的良率，因此掩模白板的缺陷检测和后续的图形缺陷检测是掩模缺陷检测的主要内容。EUV掩模上的缺陷主要有两个来源：一是从掩模基底残留的传递到多层膜的相位缺陷；二是多层膜沉积过程中引入的缺陷。如果在镀膜初期就被污染，产生的缺陷是相位缺陷。在镀膜即将结束或者已经结束时产生的缺陷是振幅缺陷。掩模空间像是入射到掩模上的反射光通透透镜等光学元件成的像，即掩模上被光照射的区域。振幅缺陷影响掩模空间像的光强分布，并可能被复制到硅片上。而相位缺陷影响了掩模衍射谱的相位，导致缺陷对成像的影响更为复杂。

EUV掩模的振幅缺陷可以采用传统的非13.5nm工作波长的缺陷分析方法进行分析，包括193nm掩模缺陷检测设备、原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和俄歇电子显微镜（AES）等手段。

但是对于相位缺陷，由于Mo/Si多层膜在紫外到可见光波段都是不透明的，因此传统的分析技术无法复现光刻曝光的真实工艺状况。如果未被分析到，这些相位缺陷会打印并破坏所有印有该部分掩模的芯片，会导致上万个器件的损坏，造成巨大的经济损失。因此，亟需研究一种能够真实快速检测光刻条件下的掩模缺陷的方法。

目前，国际上公认采用与光刻工艺相同波长的光进行掩模缺陷测量是最真实有效的掩模缺陷分析手段。全球市场主要掩模缺陷测量设备供应商包括德国Carl Zeiss、日本Lasertec及美国KLA-Tencor等。上述设备均代表着EUV掩模检测领域的国际领先水平。

国际上目前主流的EUV掩模缺陷测量采用的是DPP光源和施瓦兹测量系统，以日本Lasertec公司的ABICS E120系统为例。采用DPP光源产生EUV光，通过照明系统传输到掩模上，经掩模反射后，通过一套施瓦兹测量系统成像到CCD上。通过一对可移入/移出光路的反射聚焦镜，可切换检测模式和分析模式。当反射聚焦镜移出光路时，系统是检测模式，施瓦兹镜的放大倍数是26倍，在CCD上对掩模进行低分辨成像，通过测量缺陷导致局部反射率的损失来判断有/无缺陷，实现检测功能，测量一个6英寸的晶圆需要约45分钟。当反射聚焦镜移入光路时，系统是分析模式，总放大倍数是1200倍，在CCD上对掩模进行高分辨成像，实现分析功能，一个视场的成像时间是5分钟。该型号产品能满足7nm节点的检测需求，集成了掩模的检测和分析功能，已进入台积电和三星的产线。但该产品采用的DPP光源属于非洁净光源，在产生EUV光的过程中会残留各种电极和靶材碎屑、金属离子等污染，造成关键元件的损坏，而且会伴随大量的光学碎屑，严重地损坏了光学收集系统，直接污染掩模，成为缺陷的来源。

由于波长稳定、洁净无污染，同步辐射光源在历史上便是最佳的EUV光刻研究型光源和测量光源。自上世纪80年代末，从提出EUV光刻概念到技术攻关，几乎所有EUV光刻技术的验证，均是通过同步辐射光源完成。同步辐射光源至今仍在EUV光刻产业界发挥重要的研究作用。国外多个同步辐射装置均建立了EUV掩模缺陷分析系统，包括美国ALS光源的SHARP系统、日本New SUBARU光源的BL10光束线、瑞士SLS光源的X09LB光束线等。

由于国内商用大功率激光等离子体EUV光源技术发展不够成熟，基于同步辐射光源提供的高纯度和高亮度EUV光进行工作波长检测需求是国际上一种被验证的成熟方法。同步光源具有非常好的可拓展性，可以连接多个实验装置，为不同的科研和工业应用提供优质的EUV光。当前我国在同步辐射光源领域具有世界先进的技术水平，基于同步光源发展EUV光刻技术具有良好的基础。鉴于国内EUV掩模测量从实验方法到产业应用还处于空白阶段，发展高效的EUV掩模测量技术是十分必要的。

对于7nm工艺节点，传统光学测量的分辨率已无法达到查找特定缺陷的要求，发展工作波长测量技术是实现高质量EUV掩模制备的前提条件。

国际上成熟的商业化EUV掩模成像分析设备通常采用施瓦兹镜系统，但是高精度的施瓦兹镜国内自主研制高质量施瓦兹镜尚需一定的时间。波带片是另一种常用于同步光源的聚焦和成像光学元件，其制备工艺国内有一定的技术积累，其主要技术参数能够替换施瓦兹镜实现高分辨成像。

鉴于国内掩模检测从实验方法到产业应用还处于空白阶段，研制一套EUV掩模测量装置，发展高效的EUV掩模测量技术是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，以高效且精确地获取缺陷信息。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，包括沿光路的走向依次排布的光束线传输系统、狭缝系统、照明系统、掩模运动系统和实验平台，所述实验平台包括彼此可切换的检测系统和成像分析系统，所述掩模运动系统用于承载待测的EUV掩模版并能够进行扫描调节；

所述掩模运动系统、检测系统和成像分析系统均与一个定位系统连接；

所述检测系统设置为在切换到缺陷快速检测模式时，通过检测系统探测器直接采集EUV掩模版的反射信号，根据所述反射信号通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置；

所述成像分析系统设置为在切换到高分辨成像分析模式时，采用离轴波带片把EUV掩模版的反射光放大后投射到成像分析探测器上进行成像，对可疑缺陷位置进行成像扫描，得到高分辨成像结果；

所述定位系统设置为确定EUV掩模版的姿态，以实时调整EUV掩模版的姿态，同时使得成像分析系统能够将EUV掩模版定位至检测系统确定的缺陷可疑位置。

所述光束线传输系统和狭缝系统与一高频自动反馈系统连接；所述高频自动反馈系统设置为实时读取狭缝系统的刀片电流信号，根据刀片电流信号的变化量的处理和判断结果来调节光束线传输系统的调光元件的姿态，以保证入射到照明系统上的光斑恒定不变。

所述光束线传输系统的调光元件包括光源、单色器的反射镜和光栅、以及光束线聚焦镜；所述狭缝系统包括间隔开的两个四刀狭缝装置，以控制入射到照明系统上的光斑中心位置、尺寸大小、相干性；所述光束线传输系统的下游设有电离室。

所述检测系统探测器的工作频率高于50Hz，所述高频自动反馈系统的闭环反馈响应频率高于1MHz。

所述照明系统还包括沿光路依次排布的第一反射镜、折叠平面镜和照明椭球镜，以构成三镜系统；所述第一反射镜在光路中的位置能够切换为第一光斑诊断系统和第一通量测量系统，所述第一光斑诊断系统、第一通量测量系统和光束线传输系统与所述高频自动反馈系统连接；所述高频自动反馈系统读取光斑的信息以确保光斑恒定不变；所述EUV掩模版的安装位置附近安装有第二光斑诊断系统和第二通量测量系统，用于对照明系统的椭球聚焦镜的光斑焦点和焦点后光斑进行诊断和测量。

所述掩模运动系统具有六维度电动调节功能，掩模运动系统包括放置于地面的减震系统、放置于减震系统上的支撑台和其上的掩模安装系统，所述掩模安装系统用于安装EUV掩模版，且所述EUV掩模版的安装位置与照明系统后的光斑焦点重合；所述照明系统、掩模运动系统的掩模安装系统和实验平台的光路元件均位于真空度优于10^-7torr的真空腔体中，所述掩模安装系统还与真空进样装置连接。

所述检测系统配置有锥形遮光罩和针孔光阑来进行遮挡；检测系统配置挡光板来阻挡EUV掩模版的反射信号中的直透光，以提高对反射信号中的缺陷弱散射信号的采集；所述成像分析系统配置有锥形遮光罩加以屏蔽；离轴波带片具有相对于EUV掩膜版独立的运动系统；所述成像分析探测器设置为能够利用一维移动台调节其到离轴波带片的距离。

所述单色器的光栅是可彼此切换的高线密度光栅和低线密度光栅，所述光束线聚焦镜包括彼此可切换的大尺寸聚焦镜和小尺寸聚焦镜，所述第一反射镜包括可彼此切换的平面反射镜和振镜。

所述的光束线传输系统、狭缝系统、照明系统、掩模运动系统、检测系统和成像分析系统均与一个中央控制系统连接；所述的中央控制系统包括所述的高频自动反馈系统、数据存储模块和数据处理模块。

另一方面，本发明提供一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的使用方法，包括：

S0：提供上文所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统；

S1：根据缺陷快速检测模式的要求，选择光束线传输系统的单色器、光束线聚焦镜、以及第一反射镜，且将离轴波带片移出光路，将检测系统移入光路；

S2：利用高频自动反馈系统实时读取狭缝系统的刀片电流信号，根据刀片电流信号的变化量的处理和判断结果来调节光束线传输系统的调光元件的姿态，以保证入射到照明系统上的光斑恒定不变且满足实验平台的具体需求；

S3：将第一光斑诊断系统移入至光束线传输系统的光斑焦点进行光斑诊断，以优化光束线传输系统的调光元件的姿态；

S4：把照明系统的第一反射镜移入光路，然后采用第二光斑诊断系统对照明系统的椭球聚焦镜的光斑焦点和焦点后光斑进行光斑诊断，以优化照明系统；

S5：把EUV掩模版装载到掩模运动系统上；

S6：利用第二通量测量系统对EUV掩模版的反射光强进行光强测量，以研究和考察不同入射角和不同镀层的掩模反射性能；

S7：采用定位系统对EUV掩模版进行定位，用于对EUV掩模版的姿态进行调节；

S8：利用检测系统，通过检测系统探测器直接采集EUV掩模版的反射信号，根据所述反射信号通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置；

S9：根据高分辨成像分析模式的要求，选择所述单色器、光束线聚焦镜、第一反射镜，狭缝系统的开口选择方型开口，移出检测系统，且将成像分析系统移入光路；重复步骤S1-S6，以完成光路优化；随后，利用成像分析系统对步骤S8确定的可疑缺陷位置进行成像扫描，得到高分辨成像结果。

在所述步骤S8中，暗场关联谱技术的具体内容包括：对各位置的散射图像信号的关联值Cor(t)进行计算，根据阈值原则筛选出关联值异常的位置并记录保存到控制电脑中。

本发明采用检测与分析功能兼备的明场与暗场光学系统一体化设计，利用暗场空间关联谱技术进行超高灵敏度检测，利用傅里叶合成照明离轴波带片进行高分辨成像分析，设计了一种基于同步辐射光源的EUV掩模版缺陷快速检测和高分辨成像分析的系统平台。缺陷分析极限分辨能力优于25nm（半节距）。本发明将为新型EUV检测设备的研发、验证以及性能提升提供一个优化整合的可行性方案。本发明设计的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统将对于国内EUV光刻技术的发展有重要的推动作用，能够为国内EUV光刻技术的突破和大规模生产提供前期研究和技术储备。

附图说明

图1是本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的组成结构示意图。

图2是本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的整体光路示意图。

附图标记：

100：光束线传输系统；200：狭缝系统；300：照明系统；400：掩模运动系统；500：实验平台；510：检测系统；520：成像分析系统；700：高频自动反馈系统；800：第一光斑诊断系统；900：第一通量测量系统；1000：定位系统；1100：中央控制系统；

G：单色器；EC：电离室；SL1：第一四刀狭缝装置；SL2：第二四刀狭缝装置；M1：光束线聚焦镜；SH：快门装置；M2：第一反射镜，即可彼此切换的平面反射镜和MEMS振镜；M3：折叠平面镜；M4：照明椭球镜；MS：EUV掩模版； D2：第二光斑诊断系统和第二通量测量系统；D3：SCMOS探测器；D4：CCD探测器；FZP：离轴波带片；H1：配套D3的锥形遮光罩；H2：配套D4的锥形遮光罩；BS为挡光板。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1和图2所示，本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，包括：沿光路的走向依次排布的光束线传输系统100、狭缝系统200、照明系统300、掩模运动系统400和实验平台500，实验平台500包括彼此可切换的检测系统510和成像分析系统520，所述掩模运动系统400用于安装待测的EUV掩模版MS并能够进行扫描调节。所述光束线传输系统100和狭缝系统200与一个高频自动反馈系统700连接。所述照明系统300至少包括设于光束线传输系统100的光斑焦点处的第一反射镜M2，所述第一反射镜M2在光路中的位置能够切换为第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900，所述第一光斑诊断系统800、第一通量测量系统900和光束线传输系统100与所述高频自动反馈系统700连接。所述掩模运动系统400、检测系统510和成像分析系统520均与一个定位系统1000连接。所述的光束线传输系统100、狭缝系统200、照明系统300、掩模运动系统400、检测系统510和成像分析系统520均与一个中央控制系统1100连接。

本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统采用检测与分析功能兼备的明场与暗场光学系统一体化设计，利用暗场空间关联谱技术进行超高灵敏度检测，并利用傅里叶合成照明离轴波带片进行高分辨成像分析，可实现对待测的EUV掩模版的可疑位置缺陷进行快速定位和精确获取缺陷的类型、形貌、大小和位置等信息（即高分辨成像分析），缺陷分析极限分辨能力优于25nm（半节距）。

本发明将为新型EUV检测设备的研发、验证以及性能提升提供一个优化整合的可行性方案。本发明设计的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统将对于国内EUV光刻技术的发展有重要的推动作用，能够为国内EUV光刻技术的突破和大规模生产提供前期研究和技术储备。

所述光束线传输系统100设置为提供所需的不同带宽的高通量的EUV光。光束线传输系统100包括光源（图未示）、光束线聚焦镜M1、单色器G（包括单色器G的反射镜和光栅）。

所述光源可以选择不同的光源设备，如插入件光源（即波荡器）、弯铁光源或者wiggler光源。考虑到光源具有高的通量，优先选择插入件光源。如果考虑入射光为非相干光，可选择弯铁光源。

在本实施例中，为了提高下游实验站处光通量，所述光束线传输系统100的前端选择短磁铁周期的插入件光源（即波荡器）为光源。

其中，本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统在缺陷快速检测模式和高分辨成像分析模式之间可切换。高分辨成像分析模式使用波带片成像，要求入射到其上的光斑具有指定的大小和发散角，因此，单色器G的光栅需要高线密度光栅；而缺陷快速检测模式使用暗场的散射信号，可以放宽EUV光的单色性和光斑大小。具体来说，高分辨成像分析模式需要EUV光高于5000的能量分辨率，EUV掩模版处光斑大约为30μm×30μm方型光斑（近似圆形）；而缺陷快速检测模式所采用的暗场关联成像技术只需要EUV光小于1000的低能量分辨率，EUV掩模版处光斑大约为30μm×400μm长条形光斑。

因此，在本实施例中，单色器G优选为光栅单色器，且光栅单色器的光栅是可彼此切换的高线密度光栅和低线密度光栅至少两块，如线密度为500l/mm和200l/mm，分别用于提供高分辨成像分析模式所需的准单色光和缺陷快速检测模式所需的宽带光。此外，光束线聚焦镜M1的数量为两套，包括彼此可切换的大尺寸聚焦镜和小尺寸聚焦镜，以实现入射到掩膜上的光斑具有不同的尺寸，以满足检测和分析需求的光斑大小不同的要求。在本实施例中，光束线聚焦镜M1的设置使得下游的第一反射镜M2处的光斑差别较大，缺陷快速检测模式时第一反射镜M2处的光斑为300μm×4000μm；高分辨成像分析模式时第一反射镜M2处的光斑为300μm×300μm。

此外，所述光束线传输系统100的下游设有电离室EC，其用于对所述光束线传输系统100的提供的EUV光进行诊断，得到入射到EUV掩模版前的EUV光的带宽（也叫单色性，能量分辨率），以及中心波长大小。由此，可以检测所需的宽带光和准单色光，得到EUV光的中心波长大小和能量分辨率，例如，将光束线传输系统100下游的EUV光标定为13.5nm的EUV。电离室通过在测试时通入合适的气体测试其吸收峰进行能量标定和能量分辨率测试，电离室在测试完成后抽气以保持高真空并断电。

所述狭缝系统200是位于光束线传输系统100和照明系统300之间。所述狭缝系统200包括间隔开的两个四刀狭缝装置（即第一四刀狭缝装置SL1和第二四刀狭缝装置SL2），用于调节EUV光的相干性、光斑尺寸，同时阻挡上游高次谐波照射到掩膜上，导致探测器采集信号的信噪比下降。为了有效地消除第一四刀狭缝装置SL1产生的伴生衍射信号，第一四刀狭缝装置SL1和第二四刀狭缝装置SL2两者之间距离通常超过1m。工作时第一四刀狭缝装置SL1通过调节开口大小控制EUV光的中心位置和尺寸大小，第二四刀狭缝装置SL2通过调节其中心和相应的开口大小消除第一四刀狭缝装置SL1刀口产生的伴生衍射光，以保证入射到照明系统300的第一反射镜M2上的光斑为无任何旁瓣的圆形或者矩形光斑。第一四刀狭缝装置SL1和第二四刀狭缝装置SL2的调光参数包括所述狭缝系统200的开口中心坐标和开口尺寸。

由于所述狭缝系统200的四刀狭缝装置具有刀片，因此所述狭缝系统200的四刀狭缝装置的刀片电流信号能够引出便于精确定位光斑中心。

所述光束线传输系统100和狭缝系统200中的调光元件包括单色器G、光束线聚焦镜M1、第一四刀狭缝装置SL1和第二四刀狭缝装置SL2。为了保证在不同光栅线密度的单色器G和光束线聚焦镜M1彼此切换时下游的聚焦光斑位置固定不变，光束线传输系统100和狭缝系统200上的所有的调光元件都配置有带有位置检测装置的高精度运动调节机构，位置检测装置可以是编码器或光栅尺，高精度运动调节机构包括压电运动机构和步进电机等，且高精度运动调节机构至少具有五维调节功能，以便于远程控制实现反复调整的高精度定位。光束线传输系统的布局和建设关键是光学追迹模拟计算、调光元件的加工精度以及运动机构的精度等限制，关键的核心部件需要配置多维度反馈进行修正。

在本实施例中，第一四刀狭缝装置SL1和第二四刀狭缝装置SL2所采用的高精度运动调节机构是压电运动机构。

在本发明中，所述光束线传输系统100和狭缝系统200与一个高频自动反馈系统700连接，其中，所述狭缝系统200的四刀狭缝装置的刀片电流信号通过皮安计连接所述高频自动反馈系统700，所述高频自动反馈系统700设置为通过实时读取四刀狭缝装置的刀片电流信号，根据刀片电流信号的变化量的处理和判断结果来调节光束线传输系统100的调光元件如镜子的姿态，（尤其可以对调节后的刀片电流信号进行再次处理和判断），以保证入射到照明系统300上的光斑恒定不变，对偏离中心时的光斑自动反馈修正，避免光斑中心抖动或偏离。

高频自动反馈系统700的工作方式具体可以参照公开号为P1E231129C的发明专利文件。其中，根据四刀狭缝装置的刀片电流信号处理得到出射狭缝系统的电流重心相对于出射狭缝系统的开口中心的电流偏差，其包括左右电流偏差和上下电流偏差，并在判断得到电流偏差超过阈值时，根据电流偏差来调节光束线传输系统100的调光元件的姿态。

其中，左右电流偏差SRL和上下电流偏差SUD分别是：

SRL = (SR-SL) / (SR+SL)，

SUD = (SU-SD) / (SU+SD)，

其中，SR为右刀口的光电流信号，SL为左刀口的光电流信号，SU为上刀口的光电流信号，SD为下刀口的光电流信号。

考虑到实际应用过程中加速器电流注入的波动、光束线镜组电机绝对位置一定范围内震荡导致下游光束中心位置和通量有较大扰动，需要对第一四刀狭缝装置SL1和第二四刀狭缝装置SL2的刀片电流信号的变化关系分别进行逻辑判断，以提高自动反馈工作时的精度。具体来说，正常情况下，第一四刀狭缝装置SL1的水平左右两个刀口的刀片电流信号的信号值一样，如果EUV光往一个方向偏了，导致两者之差的绝对值会变大，在电流偏差超过高频自动反馈系统700设定的阈值时，高频自动反馈系统700会调节上游镜子的角度往反方向压，实现第一四刀狭缝装置SL1处水平左右刀片电流信号一致。第二四刀狭缝装置SL2同理。

由于入射到照明系统300的第一反射镜M2上的光斑信息受上游众多因素的综合耦合影响，故高频自动反馈系统700优选为在工作时具有机器学习功能，以通过大数据分析寻找到众多因素耦合后导致照明系统300的第一反射镜M2处光斑随所有调光元件不同姿态而变化的规律，以提高高频自动反馈系统700的工作效率和质量。

高频自动反馈系统700的具体获取和工作流程如下：首先利用genuine理论计算、光线追迹等软件模拟的光束线传输系统100的调光元件的姿态（如角度）对下游光斑中心位置、形貌、大小等影响形成数据文件，作为高频自动反馈系统700的理论数据；其次，通过实验时调节不同调光元件的姿态验证理论数据的真实性和可靠性，并进行记录保存以作为高频自动反馈系统700的实验数据；再次，通过在高频自动反馈系统700中嵌入机器学习模块，利用机器学习模块对理论数据和实验数据进行分析、处理和学习，摸索中所有调光元件姿态耦合后对下游光斑的影响规律；最后，利用高频自动反馈系统700中经过训练的机器学习模块，根据当前的四刀狭缝装置的刀片电流信号来调节光束线传输系统100的调光元件的姿态。

在本实施例中，光束线传输系统100的调光元件包括光源、光束线中的单色器G的反射镜和光栅、以及光束线聚焦镜M1，分别为下游实验平台开展检测和程序分析所需要的不同能量分辨率、光斑大小、光斑形貌和光通量的照明EUV光提供了高效传输和自动切换。所述光束线传输系统的调光参数包括光源的入射光能量值，平面镜和聚焦镜的xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度，以及单色器光栅的线密度，cff值，xyz三维坐标和子午和弧矢方向的角度；高速自动反馈系统对所有调光元件具有完全的控制权限，可以配合下游的四刀狭缝系统形成闭合的自动反馈功能。

在本实施例中，通过狭缝系统200的调光参数可以调节下游照明光的光斑大小、相干性、通量、形貌。狭缝系统200的调光参数包括狭缝系统的开口中心坐标和开口尺寸，其参数调节方式可以参见公开号为CN116482867A的发明专利文件。同时刀片电流信号可以引出接入到中央控制系统1100的高频自动反馈系统中。

在本实施例中，刀片电流信号的读取频率高至1MHz，光束线传输系统100的调光元件的高精度运动调节机构响应速度快于1MHz。

在本实施例中，所述皮安计和所述高频自动反馈系统700之间连接电流转电压装置，以就近把电流信号转化为电压信号，便于信号的远距离传输，使得高频自动反馈系统700能够实时读取相关信号。

为了对入射到第一反射镜M2上的光斑进行诊断，需要配置相应的光斑诊断系统，即第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900。所述高频自动反馈系统700还需要连接第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900来读取第一反射镜M2上光斑的信息，以确保实际工作时入射到照明系统的第一反射镜M2上光斑的恒定不变。

其中，第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900与所述第一反射镜M2的位置可彼此切换。由于第一反射镜M2必须精确地放置于光束线传输系统100的聚焦光斑的焦点处，因此需要设置第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900，来诊断光束线传输系统100通过单色化、聚焦、狭缝调节等传输到第一反射镜M2的焦点处的EUV光斑信息，包括光斑的大小、发散角、相干性及通量大小。

第一光斑诊断系统800用于光束线传输系统100的光斑大小和发散角的诊断，包括第一YAG晶体和第一CCD探测器，其通过把第一YAG晶体移动到第一反射镜M2在光路中时的位置来将EUV光转化为可见光，通过第一CCD探测器成像得到第一反射镜M2的位置处的光斑大小。光学镜头选用合适的放大倍数，如长焦距的10倍放大率；配合1024×1024像素阵列，像素大小为5um的第一CCD探测器，则第一光斑诊断系统800的理论分辨率可达500nm。为了使第一YAG晶体处于光束线最后聚焦的光斑焦点处，第一YAG晶体需要放置在照明系统300的第一反射镜M2的移动调节机构上，最终使得第一YAG晶体和第一反射镜M2在光路时的位置处于同一平面。

第一光斑诊断系统800还可以包括可移出光路的不同尺寸孔径的针孔，针孔与第一YAG晶体在同一面上，不能同时在光路中；从而使用下文的SCMOS探测器D3来采集衍射花样，通过衍射花样的不同级次衍射环带确定光斑焦点处的光斑相干性。由此，光斑的相干性，则通过具体实验，结合此处的第一光斑诊断系统800的针孔和下文的SCMOS探测器对EUV掩模版上条纹的衍射花样采集成像、计算分析得出。

第一通量测量系统900用于光束线传输系统100的光斑的通量的诊断，包括第一光电二极管，其通过把第一光电二极管移动到第一反射镜M2在光路中时的位置，实现对EUV光的测量，把EUV光信号转化为电流信号，根据数值大小判断EUV光的强弱。第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900可切换地使用，以避免相互遮挡。

由此，本发明通过对光束线传输系统100的调光元件、狭缝系统200、第一光斑诊断系统800和第二通量测量系统900的有关数据相互标定，从而实现高频闭环自动反馈，实现光斑信息的恒定不变。

考虑到本发明的一体化系统在对待测的EUV掩模版的快速检测时，检测系统510的检测系统探测器（如SCMOS探测器D3）的工作频率高于50Hz，同时消除储存环电子束震荡、电机震荡等不利因素的影响，因此，所述高频自动反馈系统700的闭环反馈响应频率应高于1kHz。并且，光束线上所有镜组（即光学元件）使用的调节机构，包括狭缝系统需配置高精度、高灵敏反馈的压电电机，从而实现所述高频自动反馈系统700的闭环反馈响应频率高于1kHz，甚至可达1MHz；压电电机响应速度超过1kHz，可以对信号读取1kHz的速度匹配响应；如果电机响应慢，其它再快也不能起作用。这样可有效地消除上游光束通量密度变化所导致的快速检测时检测系统510的检测系统探测器获取的中心区外围的弱光信号的变化，进而消除弱光信号的变化所导致的对EUV掩模版MS上的缺陷误判。

在照明系统300之前布置有快门装置SH，以满足系统平台进行快速检测和成像分析时探测器对光信号的采集曝光。平台探测器工作时可以发出信号控制快门装置SH的闭合，从而控制入射光是否入射到EUV掩模版上。

如上文所述，所述照明系统300包括第一反射镜M2。此外，照明系统采用商业化的三镜系统，除了包括第一反射镜M2，还包括自第一反射镜M2沿光路依次排布的折叠平面镜M3和用于反射聚焦的照明椭球镜M4，以构成三镜系统。

第一反射镜M2用于反射光束线传输系统输出的EUV光至一个合适的方向；折叠平面镜M3用于反射光束方向减少空间；照明椭球镜M4根据实际的需求设计不同的参数可以实现对第一反射镜M2上的光斑进行放缩，且在第一反射镜M2做角度扫描合成大数值孔径角度时，照射到掩模上的光斑位置始终不动。

由此，照明系统300选择三镜系统的椭球镜实现入射光斑尺寸的放缩，具体需要通过椭球镜以聚焦实现对入射光斑的放缩，具体放缩比根据掩模的测量需要进行设置，以仿真EUV光刻机工作环境，且根据同步光源产生的EUV光斑具有较小发散角和高功率密度的特点。具体放缩比根据掩模的测量需要进行设置。在本实施例中，照明系统300把第一反射镜M2处光斑放缩十倍，即EUV掩模版上的光斑为第一反射镜M2处的十分之一。

其中，第一反射镜M2包括可彼此切换的平面反射镜和MEMS振镜，优选地，平面反射镜和MEMS振镜均安装于同一个电机滑台上，以通过电机滑台水平切换。缺陷快速检测模式时光斑较大，需要大尺寸的平面反射镜，平面镜理论上调节好后不转动；高分辨成像分析模式时光斑较小且要求光斑具有扫描功能，故使用MEMS振镜，实现MEMS振镜工作时以一定频率震动。缺陷快速检测模式和高分辨成像分析模式两种模式时水平切换，要求镜子中心位置固定不变，否则掩模上光斑位置会有偏移变化。

由此，本发明涉及到缺陷快速检测模式所需的大尺寸光斑和高分辨成像分析模式所需的小尺寸光斑，故照明系统300需要设置适用于大尺寸光斑的平面反射镜和适用于小尺寸光斑的MEMS振镜，同时保证平面反射镜与MEMS振镜均能够切换以精确放置在光束线传输系统100聚焦的光斑焦点处。

在本实施例中，平面反射镜和MEMS振镜均安装于同一个电机滑台上，该电机滑台优选为三维线性平动和二维倾角台的运动机构，便于第一反射镜M2精确放置在光束线传输系统100的焦点处。照明椭球镜M4安置在三维线性平动的运动机构和具有一定频率振动的二维倾角台上（谐振频率通常高于1000Hz），同时需要配置柔性铰链和线性促动器用来对照明椭球镜M4进行姿态的调节，以减少震动和提高照明系统光斑的均匀性，这个震动范围只有50μrad，大约是0.00006°左右，震动频率200Hz，只在成像时有震动以提高掩模上光斑照射的区域，对成像分辨率无影响。

第一反射镜M2配置的MEMS振镜满足高分辨成像分析模式所需的小光斑；配置的平面反射镜用于满足缺陷快速检测模式所需的大光斑。

所述照明系统300是基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的核心设备。考虑到入射到掩模上的光斑大小、发散角，以及成像所需的傅里叶合成照明模式，通常选择照明系统300所覆盖的角度范围对应于在EUV掩模版上的入射光为1°~19°。

为了获取高的光束线传输效率，对于大型同步辐射光源装置的光束线，光束线传输系统100和照明系统300的所有镜子（包括光束线聚焦镜M1、第一反射镜M2、折叠平面镜M3和反射聚焦的照明椭球镜M4）的掠入射角尽可能小；镜子的掠入射角由具体入射光的波长对应的反射率决定，与镜子的表明镀层有关，一般情况小1°。但是对于紧凑型加速器光源，考虑到工业应用对空间要求的限制，鉴于EUV光波段的特殊性，光束线传输系统100和照明系统300的所有镜子（包括光束线聚焦镜M1、第一反射镜M2、折叠平面镜M3和照明椭球镜M4）都可以采用Mo/Si多层膜提高光束线的传输效率，具体来说，通过调节Mo/Si多层膜的层间厚度来增强布拉格衍射，提高反射效率。

所述掩模运动系统400是承载标准EUV掩模版的系统平台。掩模运动系统400具有六维度电动调节功能，包括三维平移，两维度倾角调节和一维旋转调节。掩模运动系统400包括放置于地面的减震系统、放置于减震系统上的支撑台和其上的掩模安装系统（包括掩膜调节机构），所述掩模安装系统用于安装EUV掩模版MS，且所述EUV掩模版MS的安装位置与照明系统300后的光斑焦点重合。

为了保证电机移动发热等因素对支撑台形变的影响，支撑台选择一定厚度的因瓦钢板。

由于所述照明系统300、掩模运动系统400的掩模安装系统和实验平台500的光路元件均位于真空度优于10^-7torr的真空腔体中，真空腔体与真空泵组连接。因此，所述掩模安装系统还与真空进样装置（即loadlock进样系统）连接，使得真空进样装置能够进行真空环境解封和进样，从真空外把EUV掩模版MS传送到掩模调节机构上。

支撑台的抖动对EUV掩模版MS的检测和成像分析具有重要的影响。因此，掩模运动系统400需要配置减震系统（包括主动减震系统和被动减震系统）来抑制和消除地面、真空泵组等对核心平台的振动。当然，对于地面环境的震动大小也需要特殊处理。

所述EUV掩模版MS的四周安装有多路第一激光干涉仪，并且EUV掩模版MS的正上方安装有可见光显微镜，第一激光干涉仪和可见光显微镜是定位系统1000的一部分。多路第一激光干涉仪用来测试和标定掩模的摆放是否水平，移动过程中是否精确到位等。第一激光干涉仪包括激光发生器、光纤、干涉仪反射镜、激光探测器和信号处理装置。干涉仪反射镜粘贴在EUV掩模版MS的四周，光纤的端部安装在掩模运动系统400的真空腔体处的内壁上。由此，激光干涉仪通过入射到EUV掩模版MS侧面的反射镜上光路光程差变化进行位置定位，激光发生器的光通过光纤入射到干涉仪反射镜，干涉仪反射镜出射的反射光被激光探测器探测并移入到信号处理装置内，通过几路激光信号的变化可以计算出MS掩模的姿态和移动位置坐标。可见光显微镜的镜头对准标准EUV掩模版MS上的标定刻度。复杂的可见光显微镜具有明场成像和暗场成像两种模式，明场是强反射光进行的成像，暗场成像是弱散射光进行的成像，暗场可以识别更小的细节部分；可见光显微镜类似图2中SCMOS探测器D3，即如果可见光显微镜直接采集未被挡光板BS遮挡的强光得到的像即为明场；如果只采集周围的弱散射信号也可以成像，由于数值孔径大，可以识别更小的细节。

所述定位系统1000设置为确定EUV掩模版的姿态，以实时调整EUV掩模版的姿态，同时使得成像分析系统520能够将EUV掩模版定位至检测系统510确定的缺陷可疑位置。

所述定位系统1000包括安装于所述掩模运动系统400上的可见光显微镜、第一激光干涉仪以及与所述可见光显微镜和掩模运动系统400的掩膜调节机构连接的坐标引导和定位模块。所述定位系统1000检测得到的数据包括可见光显微镜测量的坐标位置、第一激光干涉仪测量的反射光关联值等，如（x=100，y=150，z=10，cor=0.1）。坐标引导和定位模块用于根据EUV掩模版MS和掩膜调节机构上的标定刻度对待检测的EUV掩模版MS进行坐标引导和定位，布置有明暗场成像功能的可见光显微镜可对标准EUV掩模版上的标定刻度进行成像和定位。此外，如果待检测的EUV掩模版MS通过其它检测技术已采用扫描电镜或原子力显微镜等已标注处掩模上的缺陷位置坐标，移入到本发明的定位系统中进行成像分析时，在相应的坐标关系要和本发明的EUV掩模版MS的坐标进行匹配，定位系统的设置便于待检测EUV掩模版的坐标位置与已有的其它检测技术的结果相互匹配和标定。

为了诊断照明系统300的最后一块反射镜的光斑的大小、发散角、光斑扫描合成的衍射花样（即相干性）和通量，EUV掩模版MS的安装位置附近安装有类似于上文的第一光斑诊断系统800和第一通量测量系统900的第二光斑诊断系统和第二通量测量系统D2，其优选为固定安装在所述掩模安装系统上，便于对照明系统300的椭球聚焦镜的光斑焦点（即EUV掩模上光斑）和远离EUV掩模一定距离的焦点后光斑进行诊断和测量。但是由于此处诊断与检测和分析时不能同步进行，故诊断结果不进入高频自动反馈系统。

其中，第二光斑诊断系统包括第二YAG晶体和第二工业相机探测器（需要说明的是，YAG和工业相机集成在一起才可以观测光斑形貌和大小），所述第二YAG晶体通过第二光斑诊断系统的运动平台安装在所述掩模安装系统上，第二YAG晶体可以通过运动平台升降调节以使得所述第二YAG晶体能够移动到照明系统300后的光斑焦点并能够移动到照明系统300后的光斑焦点后方，以获取EUV掩模MS上的光斑和远离一定距离的焦点后光斑。焦点后光斑与EUV掩模MS的距离在3~5mm。

所述第二光斑诊断系统还可以包括可移出光路的不同尺寸孔径的针孔，从而使用SCMOS探测器D3来采集衍射花样，通过对衍射花样的不同级次衍射环带进行确定光斑焦点处的光斑相干性。

所述第二通量测量系统包括位于EUV掩膜版的一侧安装位置的第二光电二极管，用于测量入射到掩模之前的光通量；以及对掩模反射光信号的探测的第三光电二极管和/或一个光电倍增管（图中未画出），其位于EUV掩膜版的右上方，配合第二光电二极管的测量用于考察入射到掩模之前和掩模反射后光强的测量，以测量EUV掩模版MS上的光斑的通量。其中，EUV掩膜版右侧上方的第三光电二极管是测量整体的光通量变化，第二光电倍增管上安装有可拆卸的小孔光阑，可以对EUV掩模版反射的弱的暗场信号进行探测，进而可以研究EUV掩模版不同区域的反射效率。EUV掩模版右侧上方的第三光电二极管和光电倍增管安装在单独的二维运动机构上，便于移入和移出光路。EUV掩模版侧面的第二光电二极管可集成到第二光斑诊断系统的运动平台上，通过第二光电二极管和第二光斑诊断系统在第二光斑诊断系统的运动平台上相互切换可以移入和移出光路。

检测系统510设置为在切换到缺陷快速检测模式时，通过检测系统探测器（如SCMOS探测器D3）直接采集EUV掩模版的反射信号，根据所述反射信号通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置。由此，实现了缺陷快速检测。

暗场关联谱技术的具体内容包括：判断前后两个位置处光强差值超过一定的阈值，则确定为可疑缺陷位置；或者，对各位置的散射图像信号的关联值Cor(t)进行计算，根据阈值原则筛选出关联值异常的位置并记录保存到控制电脑中。

关联值Cor(t)的具体计算公式如下：

其中，为EUV掩模版的无缺陷位置的散射图像信号，/>为EUV掩模版的各位置的散射图像信号，u、v为检测系统探测器的坐标系的坐标，t为采集散射图像信号的时间，用于映射EUV掩模版的位置，<>为在SCMOS相机的预设区域对u、v遍历。

如上文所述，切换到缺陷快速检测模式需要单色器G的光栅切换到相应的线密度，光束线聚焦镜M1切换到相应的角度，第一反射镜M2切换为大尺寸平面镜，离轴波带片FZP移出光路。

其中，检测系统510配置有锥形遮光罩H1和针孔光阑来进行遮挡，以消除检测系统510中背底杂散光对反射信号中的缺陷弱散射信号探测的影响；其中，在离轴波带片FZP的支架上安装有一定尺寸的针孔光阑来配合锥形遮光罩H1使用，由于EUV掩模版反射的直透光尺寸相对于锥形遮光罩H1的开口尺寸（几毫米）较小，这样做可以尽可能减小杂散光进入锥形遮光罩H1内。针孔光阑的直径为大约几百微米。为了避免照射到保证锥形遮光罩H1内部的杂散光来回反射，锥形遮光罩H1内壁贴上黑色的低反射率的真空碳胶带，或者镀黑色的吸光材料。为了保证锥形遮光罩H1和检测系统探测器接触的密封性，两者直接放置橡胶垫并用螺丝进行固定。其外接触部分采用黑色胶带进行密封处理。

检测系统510配置挡光板BS来阻挡EUV掩模版的反射信号中的直透光，以提高对反射信号中的缺陷弱散射信号的采集，避免长曝光时间且掩模反射的中心光束太强所导致的SCMOS探测器D3曝光中心饱和损坏。挡光板BS固定在二维的压电电机滑台上，需要配置编码器和光栅尺以保证二维移动的精度。为了消除二维电机运动时产生的红外线对探测器的影响，锥形遮光罩H1设计时需要留出一定的孔洞便于挡光板BS的深入。罩子的外面设计有合适的位置安装挡光板BS的二维电机滑台。

对于真实的光刻机所用EUV掩模版，其EUV中心入射角通常为6度。真实检测时SCMOS探测器D3和遮光罩的坐标与照明系统300非常靠近。考虑到后续成像分析的需要，检测系统510需要配置三维电动调节机构，便于检测系统510移入和移出光路。

成像分析系统520包括依次设置的离轴波带片FZP和成像系统探测器（如CCD探测器D4），其设置为采用离轴波带片FZP把EUV掩模版MS的反射光放大后投射到成像分析探测器（如CCD探测器D4）上进行成像。由此，通过波带片全场成像技术进行高分辨成像。

由此，本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统首先利用检测系统510在快速检测模式下快速确定可疑缺陷位置并进行标定；下一步切换为成像分析系统520，利用成像分析系统520在高分辨成像模式下对可疑缺陷位置进行成像扫描，得到高分辨成像结果。通过高分辨成像结果可以直观判断出是否有缺陷，以及缺陷的大小、形貌、深度等信息。由此，判断了缺陷的真伪，以及获取缺陷的形貌、大小、位置等一系列信息。

为了消除真空腔体内背底杂散光对CCD信号的影响，成像分析系统520配置有锥形遮光罩加以屏蔽。

离轴波带片FZP是大数值孔径的离轴波带片，以便于自动分离出离轴波带片FZP的一级聚焦光，同时省掉了级选光阑减小了对空间的要求，从而匹配照明系统采用傅里叶合成照明模式增大成像的数值孔径，提高成像分辨率。具体来说，第一反射镜M2在采用MEMS振镜时通过角度扫描合成大光斑，使反射光完全覆盖图2中的离轴波带片，从而实现了傅里叶合成照明模式，增大了数值孔径。为了获取成像的分辨率，如半节距分辨率优于25nm，根据公式R=1.22λ/4NA，需要离轴波带片FZP的数值孔径NA大于NA>0.165。考虑到离轴波带片FZP的全场成像分辨率受其放大倍数的限制，通常是600-1200。因此，离轴波带片FZP的焦距不宜过大（焦距过大会导致D4探测器与MS距离太远，导致整个实验平台过大），离轴波带片FZP的焦距优选为250 微米~1000微米，但同时需要保证大数值孔径，因此对其制备工艺提出了较高的要求。

由于成像分析系统520的放大倍数与离轴波带片FZP的物距、像距有关，因此，成像分析探测器（如CCD探测器D4）到离轴波带片FZP的距离设计为电动可调节。为了消除真空腔体内的背底杂散光对CCD探测器D4的信号的影响，CCD探测器D4的前端安装有锥形遮光罩加以屏蔽。为了防止杂散光在锥形遮光罩内多次反射，其内部需要涂上强吸收的黑色材质。为了保证反射光通过锥形遮光罩的开口，以及反射光照射到CCD探测器D4的芯片中心，CCD探测器D4需要再配置水平二维移动的电动调节机构。

由于EUV掩模版MS和离轴波带片FZP之间的相互抖动对成像分辨率有着严重影响。如CCD像素为15um，全场成像系统放大倍数为1000，对应掩模上理论分辨率为15nm。考虑到掩模和离轴波带片之间相互抖动最大不能跨过一个CCD像素，故最大抖动误差小于半个像素，即小于7.5nm。因此需要离轴波带片FZP具有相对于EUV掩膜版MS独立的运动系统，包括具有三维线性平移和二维倾角调节功能的离轴波带片FZP的电机。离轴波带片FZP的电机配有编码器和光栅尺，同时配置有第二激光干涉仪来相对于EUV掩模版MS做高频反馈以修正其位置，通过高频反馈实现对两者的位置进行精确定位。

CCD探测器设置为能够利用一维移动台调节其到离轴波带片FZP的距离，进而通过调节成像系统的放大率来调节和保证成像的分辨率。

所述的中央控制系统1100具有对光束线传输系统100、狭缝系统200、照明系统300、掩模运动系统400和实验平台500中的所有涉及到的运动调节机构的调节权限、数据读取、更改和保存功能，其包括上文所述的高频自动反馈系统、数据存储模块和数据处理模块。

数据存储模块设置为保存、更新和读取如下参数：1）所述光束线系统100的调光参数，其包括平面镜和聚焦镜的坐标参数，单色器光栅的线密度、cff值和姿态调节机构参数；2）所述狭缝系统200的调光参数，其包括出射狭缝系统的开口中心坐标、开口尺寸和刀口电流信号；3）所述的照明系统300的各个镜子的坐标参数；4）所述第一和第二光斑诊断系统的坐标参数和光斑信息参数；5）所述掩模运动系统400的坐标参数；6）所述定位系统的修正坐标参数；7）所述通量测量系统的光斑信息参数；8）所述检测系统510的检测系统探测器、挡光板、针孔光阑的坐标位置参数、缺陷位置参数；9）所述成像分析系统520的成像系统探测器、离轴波带片、缺陷成像的有关参数等。

成像分析系统520通常只有数据的采集功能，对于大量数据需要进行分析处理以获取想要的缺陷信息，因此，需要另外设置数据处理模块。数据处理模块设置为根据成像分析系统的高分辨成像结果进行分析处理，得到掩模缺陷位置和形貌等详细信息。由此，能够在之后根据缺陷的精确信息实现对缺陷进行后期修正，以满足光刻所需的完美掩模母版的需求。

中央控制系统具有对其它系统读取信号、控制调节的权限、还集成数据采集、显示、处理等功能。一体化测量平台还包括重要控制模块，其用于根据不同的工作模式（即缺陷快速检测模式和高分辨成像分析模式）匹配合适的工作条件。

由此，本发明的一体化系统是先开展暗场关联成像对EUV掩模版进行快速检测发现可疑缺陷位置；然后切换为傅里叶合成照明的波带片全场成像技术进行高分辨成像，对可疑缺陷位置进行高分辨分析。

本发明基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的使用方法如下：一体化系统需要先切换到缺陷快速检测模式对整块EUV掩模版进行快速检测，发现缺陷的可疑位置并记录，直到整块EUV掩模版被检测完成。然后切换到成像模式对记录的缺陷可疑位置进行高分辨成像，确认缺陷是否存在，对于存在的缺陷获取其类型、形貌、大小和位置等精确信息。

本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的使用方法包括：

步骤S0：提供上文所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统；

步骤S1：根据缺陷快速检测模式的要求，选择所述单色器G、光束线聚焦镜M1、第一反射镜M2，且将离轴波带片FZP移出光路，将检测系统510移入光路；

其中，缺陷快速检测模式所采用的暗场关联成像技术需要大尺寸、高通量的宽带宽光（能量分辨率低于1000），如1%带宽光，因此，光束线传输系统100中，单色器G选择低线密度光栅（100l/mm）移入光路中，光束线聚焦镜M1选择大尺寸聚焦镜，从而满足长条形光斑聚焦；第一反射镜M2选择平面反射镜。

在一体化系统包括电离室时，所述步骤S1还包括：利用电离室对出射的EUV光（波长为13.5nm）的进行诊断，根据诊断结果优化光束线传输系统100的各个调光元件（光源、单色器的光栅和反射镜、聚焦镜等）姿态，并进行光束线传输系统100的调光元件的位置坐标和相应光信号的输出和保存。

步骤S2：利用高频自动反馈系统700实时读取狭缝系统200的刀片电流信号，根据刀片电流信号的变化量的处理和判断结果来调节光束线传输系统100的调光元件的姿态，以保证入射到照明系统300上的光斑恒定不变且满足实验平台的具体需求；

在所述步骤S2中，实验平台是检测系统510，因此实验平台的具体需求是暗场关联成像技术所需的低能量分辨率的长条形光斑；根据光斑尺寸调整狭缝系统200的第一四刀狭缝装置SL1，以满足长条形光斑通过，且狭缝系统200的第二四刀狭缝装置SL2的开口尺寸与第一四刀狭缝装置SL1的开口相匹配，以消除SL1刀口产生的伴生散射光。

其中，通过数据统计和大数据分析寻找出刀片电流信号与光束线传输系统100的调光元件的姿态之间的关系规律，以用于高频自动反馈系统的逻辑判断。

步骤S3：将第一光斑诊断系统800移入至光束线传输系统100的光斑焦点进行光斑诊断，以优化光束线传输系统100的调光元件的姿态；

具体来说，把第一光斑诊断系统800的YAG晶体移入聚焦EUV焦点处，采用第一光斑诊断系统800的CCD相机进行光斑诊断。光斑诊断过程中需要调节上游光束线光学元件（包括单色器、反射镜、聚焦镜等）的姿态，同时观测YAG晶体上光斑位置，来根据YAG晶体上光斑位置进行优化。

所述步骤S3还包括：利用第一通量测量系统对光束线传输系统100的光斑焦点进行光强测量，以优化光束线传输系统100的调光元件的姿态；

步骤S4：把照明系统的第一反射镜M2移入光路，然后采用第二光斑诊断系统对照明系统300的椭球聚焦镜的光斑焦点（即掩模上光斑）和焦点后光斑进行光斑诊断，以优化照明系统300；

在所述步骤S4中，第一反射镜M2切换为平面反射镜。

其中，光斑诊断过程中需要调节照明系统300的三个镜子的姿态，同时观测YAG晶体上光斑位置，来根据YAG晶体上光斑位置进行优化。

所述步骤S4还包括：利用第二通量测量系统对照明系统300的椭球聚焦镜的光斑焦点进行光强测量，以优化照明系统300；

步骤S5：把EUV掩模版装载到掩模运动系统400上；

其中，通过真空进样装置把EUV掩模版装载到掩模运动系统400上。传样过程中需要EUV掩模版利用真空进样装置，在真空进样装置的真空腔室内打开掩模版保护装置，通过真空进样装置的电动运动装置装载到掩模运动系统平台上。

步骤S6：利用第二通量测量系统的第三光电二极管或者光电倍增管对EUV掩模版的反射光强进行光强测量，以研究和考察不同入射角和不同镀层的掩模反射性能；

步骤S7：采用定位系统对EUV掩模版上已有标注点进行定位，用于对EUV掩模版的姿态进行调节。

其中，定位系统100包括可见光显微镜装置和第一激光干涉仪。

其中，通过对几个标注点的坐标在水平和竖直方向的坐标差值变化，通过软件精确计算出EUV掩模版的姿态，实现对整个EUV掩模版进行扫描时实时调整EUV掩模版的姿态，同时使得成像分析系统520能够将EUV掩模版定位至检测系统510确定的缺陷可疑位置。

此外，通过对EUV掩模版上标注点的坐标位置进行定位，以匹配其他检测设备对应的坐标位置关系。

步骤S8：利用检测系统510，通过检测系统探测器（如SCMOS探测器D3）直接采集EUV掩模版的反射信号，根据所述反射信号通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置。

其中，调节离轴波带片的运动机构使检测系统510的合适尺寸的针孔光阑移入光路；随后把检测系统探测器和锥形遮光罩H1移入光路中，注意SCMOS探测器D3需要移出光路，以避免阻挡CCD探测器D4的数据采集；根据反射光的中心光斑位置修正检测系统探测器的位置和挡光板BS的位置，实现对EUV掩模版反射的直透光的阻挡，从而提高检测系统探测器的曝光时间。

步骤S8开始检测前，需要对EUV掩模版上的光斑进行诊断，需要移入通量测量系统调节入射到EUV掩模版上的EUV光的入射角，如选择6°、8°或者10°等，具体需求根据EUV掩模版在光刻机中的工作条件设定。

步骤S8进一步包括：通过所述中央控制系统来控制快门装置SH的闭合、移动EUV掩模版，并在每个位置利用检测系统探测器进行采集，以实现照明系统的光斑对整块EUV掩模版进行扫描，利用暗场关联谱技术确定可疑缺陷位置。

检测系统探测器的采集结果是各位置的反射信号(由于去除直透光，也是散射图像信号)。

暗场关联谱技术的具体内容包括：判断前后两个位置处光强差值超过一定的阈值，则确定为可疑缺陷位置；或者，对各位置的散射图像信号的关联值Cor(t)进行计算，根据阈值原则筛选出关联值异常的位置并记录保存到控制电脑（即中央控制系统1100）中。

关联值Cor(t)的具体计算公式如下：

其中，为EUV掩模版的无缺陷位置的散射图像信号，/>为EUV掩模版的各位置的散射图像信号，u、v为检测系统探测器的坐标系的坐标，t为采集散射图像信号的时间，用于映射EUV掩模版的位置，<>为在检测系统探测器的预设区域对u、v遍历。

在步骤S8中，针对6英寸的标准EUV掩模版进行检测，采用照明光斑为200μm ×1mm的光斑照射，检测系统探测器的采集频率为50Hz，理论上完全检测完成6英寸的EUV掩模版所需时间小于20分钟。

步骤S9：根据高分辨成像分析模式的要求，选择所述单色器G、光束线聚焦镜M1、第一反射镜M2，狭缝系统的开口选择方型开口，移出检测系统510，且将成像分析系统520移入光路；重复步骤S1-S6，以完成光路优化；随后，利用成像分析系统520对步骤S8确定的可疑缺陷位置进行成像扫描，得到高分辨成像结果。通过高分辨成像结果可以直观判断出是否有缺陷，以及缺陷的大小、形貌、深度等信息。

此时，实验平台是成像分析系统520，因此实验平台的具体需求是傅里叶合成照明全场成像所需的小尺寸的高能量分辨率的EUV入射光。其中，单色器G切换为高线密度光栅，光束线聚焦镜M1采用小尺寸聚焦镜，第一反射镜M2选择MEMS振镜移入到光路中。因此，在步骤S4光斑诊断时，需要通过控制程序对MEMS振镜进行角度扫描，采用第二光斑诊断系统对照明系统300的椭球聚焦镜的光斑焦点（即掩模上光斑）进行光斑诊断；另外还需要对焦点后光斑进行诊断，此时是对MEMS振镜角度扫描合成的光瞳形状和大小进行诊断。由于入射到离轴波带片上不同的光瞳具有不同的相干照明条件，导致成像的分辨率和对比度不同，故需要对远离EUV掩模版一定距离的光斑角度扫描合成的光瞳形状进行诊断。为了使EUV掩模版位于照明系统椭球聚焦镜的焦点上，需要光斑诊断系统进行高度位置矫正。

在步骤S9中，根据EUV掩模版在光刻机曝光中的使用条件，需要切换不同数值孔径的离轴波带片，如4NA=0.33、0.45、0.625等。成像分析系统520的成像扫描是对快速检测发现的EUV掩模版上缺陷可疑位置进行成像，成像扫描时需要对EUV掩模版进行通焦扫描，获取不同深度的缺陷信息。

中央控制系统1100的数据处理模块需要内嵌程序对数据进行同步处理，通过数据分析判断缺陷的真伪，精确获取缺陷的类型、形貌、大小和位置等信息，成像分辨率hp优于25nm。

本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统采用检测与分析功能兼备的明场与暗场光学系统一体化设计，充分利用EUV同步辐射的高亮度特性，利用暗场空间关联谱技术进行对EUV掩模版的超高灵敏度检测和快速检测，并利用傅里叶合成照明离轴波带片进行高分辨成像分析，可实现对标准EUV掩模版的可疑位置缺陷进行快速定位和精确获取缺陷的类型、形貌、大小和位置等信息（即高分辨成像分析），缺陷分析极限分辨能力优于25nm（半节距）。由此，满足了EUV掩模版自主研发过程中的缺陷检测实际需求；研制该装置将为新型EUV测量设备的研发、验证以及性能提升提供一个优化整合平台。

具体来说，本发明基于同步辐射光源研发结合暗场关联成像技术和傅里叶合成照明下的离轴波带片全场成像技术实现了一体化系统平台，理论上可实现对6英寸标准EUV掩模版的快速检测时间小于20分钟，实现对EUV掩模版缺陷的成像极限分辨率优于25nm（半节距），满足对缺陷信息精确成像分析的需要。

本发明的研制可开展各类EUV方面的测量实验并直接服务于工业生产，有利于国内掩模生产工艺的进步，对掩模检测装备的研发也有借鉴作用，将为新型EUV掩模版检测设备的研发、验证以及性能提升提供一个优化整合的可行性方案。EUV掩模版检测平台建成后将对于国内EUV光刻技术的发展有重要的推动作用，能够为国内EUV光刻技术的突破和大规模生产提供前期研究和技术储备。

综上，通过本发明的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，能够对标准的EUV掩模版（如6英寸）进行快速检测发现缺陷的可疑位置，然后通过高分辨成像进行分析判断可疑位置处缺陷的真伪，获取精确的缺陷信息，这对提高空白掩模版的制备工艺具有重要的指导意义。对图案掩模版缺陷的修复提供了精确的信息指示。本发明即可应用于科学研究，也可以推广到工业应用，这对提高我国EUV半导体工业具有极大的推动作用。

以上所述的，仅为本发明的典型实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (11)

1.一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，包括沿光路的走向依次排布的光束线传输系统、狭缝系统、照明系统、掩模运动系统和实验平台，所述实验平台包括彼此可切换的检测系统和成像分析系统，所述掩模运动系统用于承载待测的EUV掩模版并能够进行扫描调节；

所述掩模运动系统、检测系统和成像分析系统均与一个定位系统连接；

所述检测系统设置为在切换到缺陷快速检测模式时，通过检测系统探测器直接采集EUV掩模版的反射信号，根据所述反射信号通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置；

所述成像分析系统设置为在切换到高分辨成像分析模式时，采用离轴波带片把EUV掩模版的反射光放大后投射到成像分析探测器上进行成像，对可疑缺陷位置进行成像扫描，得到高分辨成像结果；

所述定位系统设置为确定EUV掩模版的姿态，以实时调整EUV掩模版的姿态，同时使得成像分析系统能够将EUV掩模版定位至检测系统确定的缺陷可疑位置。

2.根据权利要求1所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述光束线传输系统和狭缝系统与一高频自动反馈系统连接；所述高频自动反馈系统设置为实时读取狭缝系统的刀片电流信号，根据刀片电流信号的变化量的处理和判断结果来调节光束线传输系统的调光元件的姿态，以保证入射到照明系统上的光斑恒定不变。

3.根据权利要求2所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述光束线传输系统的调光元件包括光源、单色器的反射镜和光栅、以及光束线聚焦镜；所述狭缝系统包括间隔开的两个四刀狭缝装置，以控制入射到照明系统上的光斑中心位置、尺寸大小、相干性；所述光束线传输系统的下游设有电离室。

4.根据权利要求2所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述检测系统探测器的工作频率高于50Hz，所述高频自动反馈系统的闭环反馈响应频率高于1MHz。

5.根据权利要求2所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述照明系统还包括沿光路依次排布的第一反射镜、折叠平面镜和照明椭球镜，以构成三镜系统；

所述第一反射镜在光路中的位置能够切换为第一光斑诊断系统和第一通量测量系统，所述第一光斑诊断系统、第一通量测量系统和光束线传输系统与所述高频自动反馈系统连接；所述高频自动反馈系统读取光斑的信息以确保光斑恒定不变；

所述EUV掩模版的安装位置附近安装有第二光斑诊断系统和第二通量测量系统，用于对照明系统的椭球聚焦镜的光斑焦点和焦点后光斑进行诊断和测量。

6.根据权利要求1所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述掩模运动系统具有六维度电动调节功能，掩模运动系统包括放置于地面的减震系统、放置于减震系统上的支撑台和其上的掩模安装系统，所述掩模安装系统用于安装EUV掩模版，且所述EUV掩模版的安装位置与照明系统后的光斑焦点重合；

所述照明系统、掩模运动系统的掩模安装系统和实验平台的光路元件均位于真空度优于10^-7torr的真空腔体中，所述掩模安装系统还与真空进样装置连接。

7.根据权利要求1所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述检测系统配置有锥形遮光罩和针孔光阑来进行遮挡；检测系统配置挡光板来阻挡EUV掩模版的反射信号中的直透光，以提高对反射信号中的缺陷弱散射信号的采集；

所述成像分析系统配置有锥形遮光罩加以屏蔽；离轴波带片具有相对于EUV掩膜版独立的运动系统；所述成像分析探测器设置为能够利用一维移动台调节其到离轴波带片的距离。

8.根据权利要求1所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述单色器的光栅是可彼此切换的高线密度光栅和低线密度光栅，所述光束线聚焦镜包括彼此可切换的大尺寸聚焦镜和小尺寸聚焦镜，所述第一反射镜包括可彼此切换的平面反射镜和振镜。

9.根据权利要求1所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统，其特征在于，所述的光束线传输系统、狭缝系统、照明系统、掩模运动系统、检测系统和成像分析系统均与一个中央控制系统连接；所述的中央控制系统包括所述的高频自动反馈系统、数据存储模块和数据处理模块。

10.一种基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的使用方法，其特征在于，包括：

步骤S0：提供权利要求5所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统；

步骤S1：根据缺陷快速检测模式的要求，选择光束线传输系统的单色器、光束线聚焦镜、以及第一反射镜，且将离轴波带片移出光路，将检测系统移入光路；

步骤S2：利用高频自动反馈系统实时读取狭缝系统的刀片电流信号，根据刀片电流信号的变化量的处理和判断结果来调节光束线传输系统的调光元件的姿态，以保证入射到照明系统上的光斑恒定不变且满足实验平台的具体需求；

步骤S3：将第一光斑诊断系统移入至光束线传输系统的光斑焦点进行光斑诊断，以优化光束线传输系统的调光元件的姿态；

步骤S4：把照明系统的第一反射镜移入光路，然后采用第二光斑诊断系统对照明系统的椭球聚焦镜的光斑焦点和焦点后光斑进行光斑诊断，以优化照明系统；

步骤S5：把EUV掩模版装载到掩模运动系统上；

步骤S6：利用第二通量测量系统对EUV掩模版的反射光强进行光强测量，以研究和考察不同入射角和不同镀层的掩模反射性能；

步骤S7：采用定位系统对EUV掩模版进行定位，用于对EUV掩模版的姿态进行调节；

步骤S8：利用检测系统，通过检测系统探测器直接采集EUV掩模版的反射信号，根据所述反射信号通过暗场关联谱技术快速确定可疑缺陷位置；

步骤S9：根据高分辨成像分析模式的要求，选择所述单色器、光束线聚焦镜、第一反射镜，狭缝系统的开口选择方型开口，移出检测系统，且将成像分析系统移入光路；重复步骤S1-S6，以完成光路优化；随后，利用成像分析系统对步骤S8确定的可疑缺陷位置进行成像扫描，得到高分辨成像结果。

11.根据权利要求10所述的基于同步光源的EUV掩模缺陷检测和分析一体化系统的使用方法，其特征在于，在所述步骤S8中，暗场关联谱技术的具体内容包括：对各位置的散射图像信号的关联值Cor(t)进行计算，根据阈值原则筛选出关联值异常的位置并记录保存到控制电脑中。