文 | 半导体产业纵横
谈及EUV，大部分人首先想到的是光刻机。但实际上在量检测领域，也开始逐渐引入EUV了。光刻波长从193 nm到13.5 nm剧烈变化，使得EUV光刻工艺需要全新的元器件和材料，这意味着需要在工作波长（即13.5 nm）下重新开展元器件检测和材料相互作用研究。
为什么需要EUV量检测？
半导体生产的每一道工艺都需要定量测量，确保关键物理参数达标，其中光学检测设备占据了市场主流。但随着芯片制程持续推进，器件物理尺度持续微缩，同时晶体管从 FinFET 向环绕栅极（GAA）等三维结构演进，检测需求从二维平面延伸至三维立体，掩埋界面识别、纳米级缺陷检出的难度陡增，传统光学检测的灵敏度已无法满足精度要求。
电子束检测虽然精度更高，但存在扫描速度慢、吞吐量低的短板，还可能对晶圆材料造成损伤。相比之下，基于 EUV 光源的检测技术兼具高分辨率、高检测速度，且属于非接触无损检测。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 13.5nm 可大幅提升纳米级缺陷的检出灵敏度，在套刻量测等场景中优势尤为显著。
当前，非破坏性测量已是半导体量检测的主流发展方向，但高端 EUV 光源长期被海外厂商垄断。
EUV光源有哪些？
无论是光刻还是量检测，都需要先解决EUV光源的问题。目前极紫外光源主要有三类技术路线。
第一种是传统等离子体光源（光刻主流），包括激光等离子体光源（LPP）和放电等离子体光源（DPP）。LPP光源一般用高功率激光（通常是CO₂激光，波长10.6 μm）轰击熔融锡滴，将其加热至上百万摄氏度形成等离子体，高价锡离子跃迁辐射出13.5 nm EUV光。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室正在研发一种拍瓦级（petawatt-class）铥激光器（thulium laser），据说其效率比 EUV 工具中使用的二氧化碳激光器高 10 倍，并且可以在未来许多年内取代光刻系统中的二氧化碳激光器。DPP光源通过高压放电激发Sn等离子体产生EUV辐射，具有体积紧凑、成本可控的优势，可实现高速、高稳定性在线表征。但在表征多层膜内部缺陷时DPP光源会产生一系列特定问题，且其不可调谐的波长无法适应下一代6.7 nm BEUV（beyond EUV）光刻，因此长远科研能力略有不足。虽然这两种路线功率高，但系统复杂、污染控制困难、造价昂贵。
第二种是加速器光源，包括自由电子激光（FEL）、同步辐射（SR）和稳态微聚束光源（SSMB）等。自由电子激光的原理是将电子束加速至接近光速后导入周期性磁场（波荡器），电子受迫摆动释放相干EUV光。同步辐射是基于电子储存环，电子在偏转磁场中辐射出连续光谱。稳态微聚束光源结合同步辐射与自由电子激光特性，在电子储存环中形成微聚束以产生高功率相干辐射，由清华大学团队主导研究，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。
第三种是高次谐波产生（HHG）光源。HHG技术通过飞秒激光与稀有气体的相互作用，在非线性响应中产生高次谐波，从而输出10–50纳米波段的极紫外光。这种光源有几个显著特点：首先，体积小、造价低。整个系统可实现桌面化部署，远小于传统EUV光源；其次，相干性高、波长可调。光束相干度高，可覆盖多波段，且具有准连续超宽光谱输出；然后，工程化可行性强。不需要复杂的 EUV 多层膜镜或金属靶污染控制，系统稳定、维护成本低。缺点就是功率较低，目前主要用于掩模版缺陷检测、阿秒物理、超快光谱等科研和量测领域。目前，国际上如ASML、Intel、Samsung、TSMC等公司都已经开始在量测与检测环节使用HHG技术，验证其产业化潜力。美国NIST（国家标准与技术研究院）也将HHG定义为“宽带-超快-相干三位一体的最优路线”，而IRDS 2024国际半导体技术路线图更是明确指出，HHG是下一代EUV量测的核心技术。
EUV量检测用在哪里？
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，原理主要包括相干衍射成像（CDI）、散射量测（CSM）、瞬态光栅（TG）等。
首先是EUV掩模检测。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，即使微小缺陷也会导致晶圆关键尺寸大幅偏差，因此无缺陷掩模是量产的核心前提。EUV掩模缺陷可分为振幅缺陷与相位缺陷，传统 DUV 光源和电子束检测难以穿透 Mo/Si 多层膜，难以检测到多层膜中的相位缺陷，且成像结果与实际光刻曝光的空间像差异大，无法验证曝光结果的可靠性。
CDI是一种无透镜成像技术，通过在傅里叶域（倒空间）采集样品的衍射图案，利用相位恢复算法重建样品结构，避免了短波长下光学元件像差的苛刻要求。叠层衍射成像则结合扫描技术与CDI，在样品上逐点扫描并采集相邻重叠区域的衍射图案，利用冗余信息稳健重建样品的振幅和相位。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10nm×10nm的缺陷；华中科技大学提出的EMCI跨尺度检测策略，结合反射式飞扫散射检测与CDI，可实现光化缺陷快速筛查与高分辨复检；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10nm提升至2nm。
基于HHG-EUV光源的相干散射显微镜（HHG-CSM），可直接使用CCD记录掩模图案的衍射，无需复杂成像系统。三星公司基于此开发了EMDRS（EUV掩模缺陷复检系统），用于验证掩模修复和缺陷规避（MDA）效果。
其次是晶圆量检测。晶圆量检测一般分为量测和检测。检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷。随着 FinFET 向纳米线、GAA 结构演进，3D 测量难度持续提升；多重图案工艺的叠加，也让套刻精度、周期结构表征的复杂度陡增，同时特征尺寸缩小带来了信噪比下降的问题。
散射量测是半导体领域常用的快速、精确、低成本的量检测技术。ASML和Intel的研究人员利用10–20nm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（Overlay）应用。相比传统可见光，短波长可提供更高分辨率；EUV波段散射以单次散射为主，参数间相关性低，便于物理解释；且穿透深度可达400nm，支持GAA等复杂三维结构的量测。
最后是材料分析，主要应用是光刻胶曝光性能的原位表征。在EUV光刻工艺中，光刻胶的性能直接影响所制造结构的质量和关键尺寸。在EUV曝光期间，光刻胶曝光区域的分子结构和材料成分会发生一定变化，而PEB过程中聚合物的分解可通过光学常数的变化捕捉。EUV反射计作为一种无损计量技术，能够测量样品在EUV光谱范围内的宽带反射率，并在掠入射角条件下结合周期性纳米结构的高灵敏度以及对材料成分的高敏感性，从而实现对周期性结构潜像的表征。此外，对比曝光与未曝光光刻胶的反射率测量结果，可揭示光刻胶在曝光及烘烤处理后的光学常数变化和厚度收缩情况，进而提取包括潜像轮廓和表面形貌在内的结构参数信息。此外，EUV散射量测在纳米图形/线条的粗糙度表征中也具有重要应用。
而EUV瞬态光栅利用两束EUV光在样品上干涉形成空间周期性光栅，激发样品的声子或热响应，再用第三束探测光进行时间分辨测量。该技术可直接测量纳米级热源向周围环境的准弹道热输运效应，研究SiC、Si₃N₄等薄膜的声子动力学和热弹性性质，测量弹性模量随温度的变化。这对于先进制程节点的热管理、理解纳米尺度热传输动力学具有重要意义。
国产EUV量检测布局
目前国产厂商已经在应用于量检测的EUV光源方面多方布局，初创企业与高校成果转化团队共同构建了国产化初步矩阵。
华芯极光是一家2025年8月成立于上海的科技企业，主要做极紫外（EUV）光源技术和半导体设备研发。华芯极光创始人林楠教授为国家级领军人才、博士生导师，欧盟玛丽居里学者。他师从2023诺贝尔物理学奖得主Anne l'Huillier院士，在荷兰ASML研究部工作多年，长期从事先进光源研发，累计公开及授权国际专利120余项。不过华芯极光主要面向市场对先进光源的需求，聚焦商用化创新型极紫外光源解决方案，产业化落地主要由华芯全筑完成。华芯全筑是全筑股份与华芯极光合资成立，致力于EUV光源核心精密测量设备的研发与制造。
朗道科技是一家成立于2024年的半导体制造专用设备研发企业。公司的核心业务聚焦于LPP-EUV光源的研发，创始人王豪博士及其团队以清华大学气体放电等离子体实验室的研发成果为基础，致力于为中国芯片制造行业提供高功率、高稳定性的EUV光源。朗道科技目前拥有三大核心业务板块：提供集成化检测/光刻级别EUV光源系统，为半导体厂商提供可靠的EUV光源解决方案；激光器聚焦EUV光源使用的大功率二氧化碳轴快流激光放大器，兼顾多种工业场景应用；专注于等离子体仿真软件研发与服务，开发电磁流体多物理场模拟程序、分子动力学多尺度数值模拟程序等，已成功嵌入半导体、航空航天等行业的工业场景。
云栖极耀是一家紧凑型等离子体光源研发商，成立于2025年2月7日，主要从事紧凑型等离子体光源技术研发业务。公司致力于通过技术创新，提升精密光学与微电子设备的性能与集成度，以满足高端制造领域对光源技术的需求。2026年2月9日，云栖极耀宣布完成天使轮融资，由中芯聚源、君澜资本、崎瓴企业管理、普华资本、金皆吉五家机构联合投资。云栖极耀表示，将依托新资金加速产品落地，推动等离子体光源技术在半导体、光学仪器等领域的应用。
华日激光也在布局EUV相干光源。华日激光是湖北光谷实验室与华中科技大学陆培祥团队的技术转化载体，推动EUV相干光源从实验室走向产业化。华中科技大学教授陆培祥带领团队研究极紫外相干光源技术十多年，取得了关键性的技术突破。但要把技术真正应用到产业，必须对实验室装置进一步开发，做出激光器的工业化样机，用来进一步检测其稳定性。于是，陆培祥和武汉华日精密激光股份有限公司一起进行相关技术产业化。2021年度湖北省“双创战略团队”拟立项项目名单中，华日激光“应用于集成电路制造在线缺陷检测的高亮度极紫外激光器研发和产业化项目组”入围2021年“湖北省双创科技创新战略团队”。
皓宇芯光是专注于先进激光应用及半导体量检测设备开发的高科技企业，由知名极紫外激光领域专家，国家海外高层次专家人才与多年行业经验人才联合创立，成立于2023年11月，技术路线是HHG EUV光源。团队来自于极紫外激光、阿秒物理、半导体量测等前沿领域，核心成员中既有国家级海外高层次人才，也有长期活跃在国际产业一线的工程专家。目前，技术能力已覆盖从软X射线（SXR）到极紫外（EUV）再到真空紫外（VUV）的整个光谱区间。
国产EUV量检测的机遇与挑战
随着先进制程扩产，将直接带动EUV量检测设备需求激增。同时，顶尖海外人才归国创业，清华大学、华中科技大学、中科院上海光机所等高校院所的长期技术积累，也为产业发展提供了人才与技术底座。
但挑战仍然存在。一是光源性能瓶颈尚未突破。LPP 光源对液滴锡靶的生成精度要求极高（直径标准差 < 0.5μm、位置稳定性 < 1μm），功率、寿命与稳定性仍待提升；DPP 光源的碎屑控制、放电稳定性问题未完全解决；HHG 光源功率仍处于毫瓦至瓦级，需进一步提升重复频率与平均功率才能适配大规模产线；同步辐射等加速器光源受限于体积与成本，紧凑型新型光源仍处原理验证阶段。二是产业化周期漫长。当前国内 EUV 量检测相关主体多为初创企业或高校转化团队，整体处于产业化初期，从实验室样机到量产落地，仍需大量资金投入与长期工艺迭代。三是产业链协同要求高。量检测设备的性能验证与落地，需要与光刻机、光刻胶、晶圆制造工艺全链路深度适配，依赖整个半导体产业链的协同进步。
国产企业从光源研发、设备制造到系统集成，已初步形成EUV量检测的国产化矩阵。随着高亮度相干EUV光源技术的持续进步，以及CDI、散射量测、瞬态光栅等技术的深度融合，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。
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