光刻气配比精度直接决定光刻机光源波长的准确性,进而影响光刻分辨率——配比精度是光刻气最核心的参数,若混合气精度与要求偏差过大,会造成光线波长偏移,直接拉低光刻机的分辨率。下游先进制程(7nm及以下)对高纯气体与高精度混配的需求具有刚性,且随制程微缩持续升级,同时不同类型光刻气对应着不同的制程节点需求结构。

光刻气如何影响光刻分辨率

光刻气体是光刻机产生深紫外激光的光源,不同的光刻气能产生不同波长的光源,其波长直接决定了光刻机的分辨率。在混配过程中,需要运用重量法、分压法或动态体积法,将两种及以上气体按特定比例混合,整个过程对累计误差控制和配比精度要求极高

以 Ar/F/Ne 混合气(氩气/氟气/氖气)和 Kr/Ne 混合气(氪气/氖气)为代表的混配气体,是 DUV 光刻机产生深紫外激光的关键光源。如果配比精度失控,波长出现偏差,光刻机的图形化精度就会受损。

先进制程对气体纯度与混配的需求升级

随着芯片制程不断推进,对气体纯度的要求越来越高。进入纳米时代后,气体纯度至少需达到 5N,而先进制程对纯度的要求进一步提升至 6N 以上

气体等级纯度要求主要应用
高纯气体(5N)杂质含量 ≤ 10×10⁻⁶大规模集成电路
高纯气体(6N)杂质含量 ≤ 1×10⁻⁶超大规模集成电路
超高纯气体(>6N)杂质含量 ≤ 0.1×10⁻⁶特大规模集成电路

先进制程的扩产直接拉动了高纯度混配气体的需求——制程越先进,对气体纯度和混配精度的要求就越苛刻,这构成了光刻气需求持续升级的核心驱动力。

不同光刻气的下游需求结构差异

光刻气品类对应不同的应用机理与制程节点,需求结构呈现分化:

  • Ar/F/Ne 混合气:对应 ArF 光刻工艺,主要服务于更先进的制程节点,是深紫外光刻中精度要求最高的混配气体之一。
  • Kr/Ne 混合气:对应 KrF 光刻工艺,多用于相对成熟的制程节点,需求量稳定但精度要求略低于 ArF 体系。
  • Ar/Ne、Ar/Xe/Ne、Kr/F/Ne 混合气:分别对应不同的光源产生需求,服务于多样化的光刻场景。

整体来看,先进制程占比的提升,会推动 ArF 体系光刻气需求相对走强,而成熟制程则更多依赖 KrF 体系,两类光刻气的需求结构随晶圆厂制程布局的变化而动态调整。

常见问题

光刻气配比精度偏差会造成什么后果?

如果混合气的精度与要求相差偏大,会造成光线的波长出现偏差,从而影响光刻机的分辨率。这也是配比精度被称为光刻气最核心参数的原因。

先进制程对光刻气纯度的要求有多高?

进入纳米时代后,气体纯度至少需达到 5N,而先进制程的要求进一步提升至 6N 以上。随着制程持续微缩,对气体纯度和混配精度的要求还在不断提高。

国内光刻气供应商的竞争力如何?

国产特气市场已实现蓬勃发展,多家企业在不同单品中实现突破。以华特气体为例,其自主研发的光刻混合气已通过阿斯麦(ASML)认证,另有锗烷产品通过海力士、英飞凌认证,更多产品获得中芯国际、合肥长鑫等国内晶圆厂认证。不过,行业内通过终端客户认证的国产厂商仍属少数,大部分企业仍为国际大厂代工。