極紫外(EUV)技術正從光刻環節向量檢測領域滲透。隨著晶片製程持續微縮,電晶體從FinFET向GAA等三維結構演進,傳統光學檢測的靈敏度已難以滿足奈米級缺陷的檢出要求,而電子束檢測又存在速度慢、可能損傷晶圓的短板。基於EUV光源的檢測技術兼具高解析度、高速度與無損特性,正成為半導體量檢測的新方向。國內多家初創企業與高校團隊已在這一賽道展開佈局,試圖打破海外對高階EUV光源的壟斷。
EUV量檢測的必要性源於光刻波長的劇烈變化。光刻波長從193奈米縮短至13.5奈米,使得EUV光刻需要全新的元器件和材料,也意味著必須在工作波長下重新開展檢測研究。根據散射訊號經驗公式,訊號強度正比於顆粒尺寸的六次方、反比於照明光波長的四次方,波長縮短至13.5奈米可大幅提升奈米級缺陷的檢出靈敏度,在套刻量測等場景優勢尤為顯著。當前,非破壞性測量已是主流方向,但高階EUV光源長期被海外廠商壟斷。
EUV光源主要有三類技術路線。第一類是傳統等離子體光源,包括雷射等離子體光源(LPP)和放電等離子體光源(DPP),前者用高功率雷射轟擊熔融錫滴產生EUV光,後者通過高壓放電激發錫等離子體,兩者功率高但系統複雜、造價昂貴。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室正在研發一種拍瓦級銩雷射器,據稱效率比現有二氧化碳雷射器高10倍,未來可能取代光刻系統中的二氧化碳雷射器。第二類是加速器光源,包括自由電子雷射(FEL)、同步輻射(SR)和穩態微聚束光源(SSMB),其中SSMB由清華大學團隊主導,2021年原理已獲實驗驗證,被視為大功率EUV光源的潛在新路徑。第三類是高次諧波產生(HHG)光源,通過飛秒雷射與稀有氣體相互作用產生極紫外光,具有體積小、造價低、相干性高、波長可調等優點,但功率較低,目前主要用於掩模版缺陷檢測、阿秒物理等科研和量測領域。國際上的ASML、Intel、Samsung、TSMC等公司已開始在量測與檢測環節使用HHG技術,美國NIST將其定義為“寬頻-超快-相干三位一體的最優路線”,IRDS 2024國際半導體技術路線圖更明確指出HHG是下一代EUV量測的核心技術。
EUV量檢測主要覆蓋掩模缺陷檢測、晶圓量檢測、材料分析等場景。在掩模檢測方面,EUV光刻採用反射式光路,掩模由基底、Mo/Si多層膜與吸收層構成,微小缺陷會導致晶圓關鍵尺寸大幅偏差。傳統DUV光源和電子束難以穿透多層膜檢測相位缺陷,而相干衍射成像(CDI)等無透鏡技術可解決這一問題。瑞士PSI開發的RESCAN工具目標是在7小時內完成EUV掩模版全檢,檢出小於10奈米的缺陷;日本Hyogo與RIKEN合作的HHG-CSM系統將線缺陷檢測極限從同步輻射源的10奈米提升至2奈米。三星基於HHG-EUV光源開發了EMDRS系統,用於驗證掩模修復效果。在晶圓量檢測方面,散射量測是常用技術,ASML和Intel的研究人員利用10-20奈米波長的HHG-EUV寬頻光源開展散射量測,適用於3D輪廓測量和套刻應用,穿透深度可達400奈米,支援GAA等複雜三維結構。在材料分析方面,EUV反射計可無損測量光刻膠曝光後的光學常數變化,EUV瞬態光柵技術則能研究奈米級熱輸運效應,對先進製程熱管理具有重要意義。
國產EUV量檢測佈局已初步形成矩陣。華芯極光成立於2025年8月,創始人林楠教授師從2023年諾貝爾物理學獎得主Anne l'Huillier,曾在ASML研究部工作多年,擁有120餘項國際專利,其產業化落地由與全築股份合資的華芯全築完成。朗道科技成立於2024年,核心業務聚焦LPP-EUV光源研發,創始人王豪博士團隊基於清華大學氣體放電等離子體實驗室成果,提供整合化檢測/光刻級別EUV光源系統。雲棲極耀成立於2025年2月,從事緊湊型等離子體光源研發,2026年2月完成天使輪融資,由中芯聚源、君瀾資本等五家機構聯合投資。華日雷射是華中科技大學陸培祥團隊的技術轉化載體,推動EUV相干光源產業化,其專案曾入圍湖北省“雙創戰略團隊”。皓宇芯光成立於2023年11月,技術路線為HHG EUV光源,團隊覆蓋從軟X射線到真空紫外的整個光譜區間。
儘管佈局初顯,挑戰依然嚴峻。一是光源效能瓶頸尚未突破,LPP光源對液滴錫靶生成精度要求極高,功率、壽命與穩定性待提升;DPP光源的碎屑控制問題未完全解決;HHG光源功率仍處於毫瓦至瓦級,需提升重複頻率與平均功率才能適配大規模產線。二是產業化週期漫長,當前國內相關主體多為初創企業或高校轉化團隊,從實驗室樣機到量產落地仍需大量資金與長期工藝迭代。三是產業鏈協同要求高,量檢測裝置的效能驗證需與光刻機、光刻膠、晶圓製造工藝全鏈路深度適配。隨著高亮度相干EUV光源技術持續進步,以及CDI、散射量測、瞬態光柵等技術深度融合,國產EUV量檢測工具有望在掩模缺陷檢測、晶圓三維量測、光刻膠表徵等關鍵環節實現突破。