极紫外(EUV)技术正从光刻环节向量检测领域渗透。随着芯片制程持续微缩,晶体管从FinFET向GAA等三维结构演进,传统光学检测的灵敏度已难以满足纳米级缺陷的检出要求,而电子束检测又存在速度慢、可能损伤晶圆的短板。基于EUV光源的检测技术兼具高分辨率、高速度与无损特性,正成为半导体量检测的新方向。国内多家初创企业与高校团队已在这一赛道展开布局,试图打破海外对高端EUV光源的垄断。

EUV量检测的必要性源于光刻波长的剧烈变化。光刻波长从193纳米缩短至13.5纳米,使得EUV光刻需要全新的元器件和材料,也意味着必须在工作波长下重新开展检测研究。根据散射信号经验公式,信号强度正比于颗粒尺寸的六次方、反比于照明光波长的四次方,波长缩短至13.5纳米可大幅提升纳米级缺陷的检出灵敏度,在套刻量测等场景优势尤为显著。当前,非破坏性测量已是主流方向,但高端EUV光源长期被海外厂商垄断。

EUV光源主要有三类技术路线。第一类是传统等离子体光源,包括激光等离子体光源(LPP)和放电等离子体光源(DPP),前者用高功率激光轰击熔融锡滴产生EUV光,后者通过高压放电激发锡等离子体,两者功率高但系统复杂、造价昂贵。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室正在研发一种拍瓦级铥激光器,据称效率比现有二氧化碳激光器高10倍,未来可能取代光刻系统中的二氧化碳激光器。第二类是加速器光源,包括自由电子激光(FEL)、同步辐射(SR)和稳态微聚束光源(SSMB),其中SSMB由清华大学团队主导,2021年原理已获实验验证,被视为大功率EUV光源的潜在新路径。第三类是高次谐波产生(HHG)光源,通过飞秒激光与稀有气体相互作用产生极紫外光,具有体积小、造价低、相干性高、波长可调等优点,但功率较低,目前主要用于掩模版缺陷检测、阿秒物理等科研和量测领域。国际上的ASML、Intel、Samsung、TSMC等公司已开始在量测与检测环节使用HHG技术,美国NIST将其定义为“宽带-超快-相干三位一体的最优路线”,IRDS 2024国际半导体技术路线图更明确指出HHG是下一代EUV量测的核心技术。

EUV量检测主要覆盖掩模缺陷检测、晶圆量检测、材料分析等场景。在掩模检测方面,EUV光刻采用反射式光路,掩模由基底、Mo/Si多层膜与吸收层构成,微小缺陷会导致晶圆关键尺寸大幅偏差。传统DUV光源和电子束难以穿透多层膜检测相位缺陷,而相干衍射成像(CDI)等无透镜技术可解决这一问题。瑞士PSI开发的RESCAN工具目标是在7小时内完成EUV掩模版全检,检出小于10纳米的缺陷;日本Hyogo与RIKEN合作的HHG-CSM系统将线缺陷检测极限从同步辐射源的10纳米提升至2纳米。三星基于HHG-EUV光源开发了EMDRS系统,用于验证掩模修复效果。在晶圆量检测方面,散射量测是常用技术,ASML和Intel的研究人员利用10-20纳米波长的HHG-EUV宽带光源开展散射量测,适用于3D轮廓测量和套刻应用,穿透深度可达400纳米,支持GAA等复杂三维结构。在材料分析方面,EUV反射计可无损测量光刻胶曝光后的光学常数变化,EUV瞬态光栅技术则能研究纳米级热输运效应,对先进制程热管理具有重要意义。

国产EUV量检测布局已初步形成矩阵。华芯极光成立于2025年8月,创始人林楠教授师从2023年诺贝尔物理学奖得主Anne l'Huillier,曾在ASML研究部工作多年,拥有120余项国际专利,其产业化落地由与全筑股份合资的华芯全筑完成。朗道科技成立于2024年,核心业务聚焦LPP-EUV光源研发,创始人王豪博士团队基于清华大学气体放电等离子体实验室成果,提供集成化检测/光刻级别EUV光源系统。云栖极耀成立于2025年2月,从事紧凑型等离子体光源研发,2026年2月完成天使轮融资,由中芯聚源、君澜资本等五家机构联合投资。华日激光是华中科技大学陆培祥团队的技术转化载体,推动EUV相干光源产业化,其项目曾入围湖北省“双创战略团队”。皓宇芯光成立于2023年11月,技术路线为HHG EUV光源,团队覆盖从软X射线到真空紫外的整个光谱区间。

尽管布局初显,挑战依然严峻。一是光源性能瓶颈尚未突破,LPP光源对液滴锡靶生成精度要求极高,功率、寿命与稳定性待提升;DPP光源的碎屑控制问题未完全解决;HHG光源功率仍处于毫瓦至瓦级,需提升重复频率与平均功率才能适配大规模产线。二是产业化周期漫长,当前国内相关主体多为初创企业或高校转化团队,从实验室样机到量产落地仍需大量资金与长期工艺迭代。三是产业链协同要求高,量检测设备的性能验证需与光刻机、光刻胶、晶圆制造工艺全链路深度适配。随着高亮度相干EUV光源技术持续进步,以及CDI、散射量测、瞬态光栅等技术深度融合,国产EUV量检测工具有望在掩模缺陷检测、晶圆三维量测、光刻胶表征等关键环节实现突破。