电子特气 | EUV&DUV光刻胶产气分析解决方案

产业背景

当前7nm、5nm、3nm及以下先进逻辑芯片大规模采用13.5 nm极紫外(EUV)光刻作为核心图形化工艺，DRAM存储芯片的关键层也逐步导入EUV光刻；248 nm KrF、193 nm ArF及浸没式深紫外(DUV)光刻仍是成熟制程与特色工艺的主力技术。无论EUV还是DUV化学放大光刻胶，在曝光过程中均会发生光解与酸催化脱保护反应，并释放气态产物，行业称之为光刻胶产气(Outgassing)，两类光刻胶产气引发的工艺风险存在明显差异。

EUV光刻机内部为10⁻⁶ Pa量级超高真空环境，产气小分子可自由扩散，极易吸附沉积在多层膜反射镜等核心光学元件表面，诱发镜面碳污染，造成反射效率衰减，进而导致晶圆临界尺寸(CD)均匀性劣化、成像品质下降，大大抬高设备运维成本，造成产线停机损失。DUV设备虽不处于EUV级别的超高真空工况，但产气同样会带来工艺危害：浸没式DUV场景下，挥发物进入浸没流体会诱发气泡缺陷，造成成像畸变、良率受损；干式DUV工况中，镜片、光罩也会遭受挥发物持续污染，出现光学透过率衰减、CD偏移等问题，增加设备维护频次与生产成本。

因此，单位面积累计产气量、瞬时产气速率、全曝光周期产气动力学演化规律，既是EUV光刻胶分子配方迭代、TOP表层保护层工艺验证、产品分级及出厂品质管控的关键指标，也是国产KrF/ArF DUV光刻胶研发、晶圆厂国产化准入验证的重要考核依据。针对光刻胶产气开展组分定性溯源+超微量精准定量检测，已经成为EUV/DUV光刻材料研发与晶圆工艺验证环节的标准化必备手段。

现阶段行业主流检测方案仍存在明显短板：EUV光刻胶的定量测试高度依赖稀缺的同步辐射大科学装置；DUV光刻胶领域尚缺少标准化原位动态产气检测平台；多数设备仅支持组分定性，无法实现超微量精准定量；微量传感设备检出限偏高、信噪比不足；市场缺少一体化商用标准化集成检测平台，难以同时满足EUV、DUV光刻胶企业高通量、常态化批量样品筛选需求。

针对以上行业痛点，云必科技推出MUST OPGP光刻胶产气定量分析系统，搭配在线质谱联用设备，搭建起“定性溯源识别 + 原位动态精准定量”的一体化完整检测方案。整套设备搭载标准化光路适配腔体、高灵敏QCM动态传感单元、基线自动校正与气源智能分类算法，可无缝对接客户自有各类EUV/DUV外部曝光光源，为EUV/DUV光刻胶产气全维度性能评估提供标准化落地平台。

传统方案四大核心技术瓶颈

· EUV 测试依赖同步辐射大科学装置；DUV 缺少标准化定量平台

传统EUV光刻胶真空压强法(压强升高法)定量测试，大多依托同步辐射光束线站，配套专用超高真空机组、高精度离子真空规完成标定。整套装置体积庞大，建设及运维成本高昂，测试预约排期紧张，准入门槛严苛，国内仅有少数科研院所与大科学平台具备该测试条件，无法支撑光刻胶企业开展日常高通量配方对比、梯度变量筛选实验。而DUV(KrF/ArF)光刻胶产气评估大多采用离线捕集 质谱分析手段，缺少可复现产线光照激励条件的原位动态定量硬件平台：仅能获取固定条件下离线总挥发物数据，无法采集曝光过程瞬时产气速率与完整产气动力学曲线；行业尚未形成统一测试基准，不同实验室间测试数据离散度大，不利于DUV光刻胶配方迭代优化以及晶圆厂入厂性能验证。

补充科普：同步辐射光源在传统产气测试中的核心作用

同步辐射光源具备连续宽光谱，理论上可分光输出多波段紫外光；面向EUV光刻胶产气标准化定量测试的光束线站经过专项硬件定制，配备全反射式多层膜光路、10⁻⁶-10⁻⁷ Pa超高真空密闭测试腔体，可精准复刻量产EUV光刻机的真实真空工况。

同步辐射用于EUV光刻胶产气标定的核心价值分为两点：

1、输出标准13.5 nm单色极紫外光，精准匹配商用EUV光刻机光子能量，完整复现EUV光刻胶光解、酸催化脱保护产气反应，保证测试反应机理与晶圆产线工况保持一致；

2、配套专属超高真空密闭腔体与高精度离子真空压强检测系统，依靠密闭腔体内压力变化实现产气量绝对定量，其测试结果是行业认可度较高的产气量对标基准之一。

同步辐射站点资源稀缺、预约周期漫长、单次测试成本高昂，且光束线极少配置DUV适配工况，并不适合大批量开展KrF、ArF光刻胶产气评价。无论是EUV光刻胶高通量梯度配方筛选，还是DUV光刻胶常态化性能评估，都亟需云必MUST OPGP通用产气检测平台补齐行业能力短板。

· 定性与定量割裂，检测精度不足

常规单四极杆质谱(RGA)多用于组分定性识别，若要实现定量，需要借助标准漏孔完成校准，很难直接输出单位面积产气量、产气通量等量化指标；传统QCM检测设备检出限偏高，针对10¹³ molecules/cm²量级的超微量产气样品信噪比不足，难以精准评估TOP涂层、树脂取代基团的产气抑制效果，无法为分子结构优化提供可靠的数据支撑。同时，单一质谱设备仅可检测有机挥发物或离子组分其中一类，无法同步覆盖光刻胶全部产气产物类型。

· 仅支持离线静态检测，缺失原位动态过程数据

传统离线吸附捕集手段，仅能够采集单一固定曝光剂量下的总产气量单点数值，无法实时记录完整辐照周期内产气速率的连续变化曲线，难以验证行业公认反应规律：薄膜表层分子优先发生光解，曝光初期产气速率快速上升至峰值，曝光中后期产气速率持续衰减。缺少完整动力学变化曲线，研发人员无法量化分子结构、表层涂层对产气反应速率的调控作用，机理研究缺少完整过程数据作为支撑。

· 腔体设计存在固有缺陷，人工对照工作量大、测试数据离散

通用挥发物检测池无定向气相捕集结构，光刻胶释放的气体易向侧向扩散逃逸，造成检测结果偏低、数据失真；普通橡胶密封件接触光刻胶有机溶剂后容易溶胀老化，持续释放增塑剂、硅氧烷等挥发性杂质，引发不可控基线漂移。传统设备仅依靠人工设置空白对照组扣除背景干扰，缺少自动化基线采集、差分运算、组分溯源配套软硬件；每一组待测样品都需要额外开展空白对照实验，实验工作量直接翻倍。人工图谱处理过程中，基线扣除尺度难以统一，组分来源不能自动标记，人为引入误差大，平行样品测试离散度偏高，RSD无法满足半导体材料检测规范要求。

解决方案：在线质谱系统定性+MUST OPGP 定量

整套方案分为定性、定量两大独立配套模块；硬件腔体预留标准化EUV/DUV透光窗口，可对接客户自有外部EUV/DUV曝光设备。两大模块数据互通、交叉校验，兼顾基础机理研究与企业常态化品质管控需求。

1、定性模块：在线双质谱联用

该模块采用双设备分工检测逻辑：GC MS负责各类挥发性有机化合物的定性分析，IC MS用于分析光产酸剂(PAG)光解产生的可溶性离子型产物(如酸根)；搭配自动基线采集、图谱差分算法以及光刻胶专用组分数据库，解决单一质谱设备组分覆盖不全、人工对照工作量大两大行业痛点。

· 双设备分工解析，实现产气全组分溯源

GC MS依托气相色谱，依据沸点(挥发性)与极性差异分离有机小分子，结合质谱碎片图谱解析，精准识别异丁烯、金刚烷衍生物、苯系物等典型有机产气组分，可区分Boc、Ad两类保护基团对应的特征分解产物；IC MS通过离子色谱分离富集捕集液内无机、有机离子，可分析PAG光解生成的酸根等可溶性离子产物(该类组分大多留存于光刻胶薄膜或表面，需要溶液捕集洗脱后开展离线分析)，实现有机产气与可溶性离子产物的互补解析。

· 自动化基线扣除，智能区分两类气源干扰

系统支持一键采集空白基线：在无光刻胶样品、其余工况完全一致条件下，分别采集腔体密封件、管路耗材释放的有机杂质与离子杂质图谱；样品检测结束后，软件自动执行基线差分运算，一键剔除腔体带来的背景信号。设备内置光刻胶产气、耗材杂质两套特征数据库，可自动标记各组分来源，直观区分腔体密封杂质和光刻胶本征产气，无需人工手动处理图谱，大幅降低数据分析工作量。

· 配套离线富集捕集腔体，兼容全类型薄膜样品

配备带专用EUV/DUV密封透光窗的石英富集腔体，可在不破坏密闭捕集真空环境前提下接入外部光源；曝光后生成的挥发物可低温吸附富集，可溶性离子产物通过溶液捕集、表面洗脱方式回收，再分别送入GC MS、IC MS完成离线定性分析。兼容单层光刻胶薄膜、15/30 nm TOP 复合保护层薄膜、多层叠膜等行业主流样品类型。

2、定量模块：云必MUST OPGP原位动态分析系统

本模块硬件聚焦超微量产气原位动态监测，搭载高灵敏QCM传感单元、定向气相捕集腔体、一体化智能测控平台；设备标配1次/秒高速采样频率，数据换算逻辑与同步辐射真空压强法保持一致，检测结果具备行业横向可比性。

· 高精度定量分析仪主机单元

搭载双模式高灵敏石英传感组件，可稳定捕捉超微量产气信号，清晰区分不同树脂体系、不同TOP涂层带来的产气数量级差异；内置实时温度补偿模块，消除环境温度漂移对微量质量检测信号的干扰。腔体主体采用定制石英玻璃，搭配抗溶胀专用氟橡胶密封件，从源头抑制密封件二次释气引发的基线漂移；腔体侧面集成标准化EUV/DUV透光窗口，外部光源可均匀辐照样品，且不破坏内部密闭捕集环境。设备以1 Hz频率连续高速采样，在全曝光周期不间断采集质量变化信号，输出高时间分辨率产气动力学曲线；内置标准化换算算法，测试数据可直接和同步辐射基准数据交叉比对。

· 定制化定向气相捕集石英腔体

腔体采用微米级微间隙定向导流结构，样品基底与QCM传感晶片上下对位排布；光刻胶受辐照产生的可冷凝、可吸附组分垂直向上沉积至传感晶片表面，减少气体侧向扩散造成的质量损耗。针对CO₂、异丁烯等常温高挥发性组分，同步结合在线质谱或真空规完成定量，实现全组分产气量测算。腔体规格可依据晶圆尺寸、薄膜厚度、外部光源光路进行定制，适配各类EUV分子玻璃光刻胶、DUV(KrF/ArF)化学放大光刻胶以及TOP保护层复合薄膜。

· 智能集成测控平台

搭载工业级工控主机以及全自动时序联动模块，可同步联动外部EUV/DUV曝光光源启停时序，统一管控腔体温度、腔体内压力、高速数据采集全流程；支持多种工业通信协议，可无缝对接实验室信息管理系统(LIMS)，自动归档原始动力学曲线与标准化测试报告。内置专属产气动力学计算引擎，基于1秒高频采样原始数据自动积分运算，输出单位面积累计产气量、峰值瞬时产气速率等行业通用核心评价指标。

核心优势

· 台式集成部署，摆脱对同步辐射装置的依赖

系统集成标准化EUV/DUV光路适配腔体，可无缝对接客户自有同步辐射EUV光束线、台式EUV/DUV曝光设备；台式整机可直接部署于研发实验室、晶圆工艺及品质管控实验室，无需依托大型真空线站，支撑大批量梯度配方快速筛选，有效缩短EUV/DUV光刻胶新材料研发迭代周期。

· 在线双质谱协同检测，实现产气全组分覆盖

搭配GC MS检测挥发性有机化合物、IC MS检测可溶性离子型产物，一套方案同时覆盖光刻胶曝光产生的有机产气与可溶性离子产物分析，弥补单一质谱设备检测范围受限的短板，为分子结构设计、PAG选型、TOP涂层优化提供完整的组分溯源数据支撑。

· 低释气硬件+自动化基线处理，降低人工对照成本

硬件层面采用全PTFE测量池与抗溶胀氟橡胶密封，从源头降低密封件二次释气带来的干扰；软件实现一键空白基线采集、自动差分扣除、双组分数据库智能溯源完整自动化流程，无需人工逐一设置空白对照组、手动修正图谱，显著降低人为操作误差。平行样品测试重复性满足半导体材料检测规范，输出数据可直接用于材料横向性能对标以及产品合规申报。

· 高灵敏QCM传感，实现全周期动力学监测

石英传感组件适配超微量产气检测区间，结合1 Hz连续采样功能，完整记录EUV/DUV曝光全过程产气速率变化曲线，同步输出峰值产气速率、产气衰减规律、累计总产气量全套动力学数据，便于研发人员解析分子基团、TOP涂层对产气反应的调控效果及其内在机理。

· 兼容全品类光刻胶样品，覆盖多元化实验场景

适配无保护层单层光刻胶、15/30 nm TOP涂层复合膜；兼容Boc/Ad基团体系EUV分子玻璃光刻胶、KrF/ArF DUV化学放大光刻胶；可精准量化涂层厚度、树脂取代基团、PAG种类对总产气量的抑制效果，完整覆 EUV/DUV光刻胶研发各类变量对比实验场景。

设备核心应用场景

· EUV/DUV光刻胶材料企业

新材料配方研发、成品出厂品质管控，可对接台式EUV/DUV曝光机或同步辐射光束线；

· 先进制程晶圆厂光刻工艺实验室

EUV/DUV光刻胶量产产气性能验证、工艺适配评估；

· 大科学平台、高校科研实验室

EUV/DUV光刻胶光解产气微观机理基础研究。

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当前先进芯片制程持续向2 nm及以下节点迭代，无论是EUV先进制程，还是KrF/ArF成熟特色制程，光刻胶产气管控都直接关系设备运维成本、晶圆量产良率以及光学元件使用寿命，是光刻材料国产化进程中需要重点解决的关键环节。传统同步辐射标定方式资源门槛高、测试通量尤低；市面常规检测设备普遍存在组分覆盖不全、气相捕集效率差、人工基线处理繁琐、采样时间分辨率不足等痛点，难以支撑低产气EUV光刻胶以及抑产气型TOP涂层、国产DUV光刻胶的高效迭代开发。

云必MUST OPGP一体化产气分析平台针对性破解行业现存检测短板，依托定向气相捕集腔体、高灵敏1 Hz采样QCM传感、GC MS/IC MS双质谱联合定性、自动化基线识别软硬件体系，可稳定对接客户自有各类EUV/DUV外部辐照设备，同步完成挥发物定向富集与微量产气动态定量，实现有机产气与可溶性离子产物同步溯源；依靠标准化基线算法精准区分腔体密封杂质与光刻胶本征产气，输出可对标同步辐射的高可靠量化数据。

面向未来更低制程节点、更高真空洁净度要求的光刻工艺，低产气光刻材料将成为产业刚需。云必科技将持续迭代传感精度、腔体密封工艺与智能分析算法，不断完善EUV/DUV光刻胶产气全流程标准化检测方案，为光刻胶企业、晶圆制造工厂、科研院所提供稳定性好、重复性高、高通量的产气性能量化检测工具，助力国内先进光刻材料自主化研发与产业化落地。如需获取方案详细资料或专项技术支持，欢迎致电专属客服热线：021 34686537。