光刻气是光刻机产生深紫外激光的光源,不同混合气对应不同波长,波长直接影响光刻机分辨率,进而决定其适配的制程环节与下游晶圆厂的需求结构。常见的光刻气包括Ar/F/Ne混合气(氩气/氟气/氖气)、Kr/Ne混合气(氪气/氖气)、Ar/Ne混合气(氩气/氖气)、Ar/Xe/Ne混合气(氩气/氙气/氖气)以及Kr/F/Ne混合气(氪气/氟气/氖气)等,它们同属电子特气中混合气体的一类。

光刻气为什么按波长分类

在半导体制造中,光刻机是核心设备,而光刻气体正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,波长直接决定了光刻机的分辨率——这也是光刻气被视为光刻机核心之一的原因。正因如此,混合气的配比精度成为最核心的参数:如果混合气的精度与要求相差偏大,就会造成光线波长出现偏差,从而影响光刻机的分辨率。

各类混合气的组成与制程匹配逻辑

从气体组成看,几种主流光刻气分别由不同的稀有气体与卤素气体搭配而成:

光刻气种类对应气体
Ar/F/Ne 混合气氩气/氟气/氖气
Kr/Ne 混合气氪气/氖气
Ar/Ne 混合气氩气/氖气
Ar/Xe/Ne 混合气氩气/氙气/氖气
Kr/F/Ne 混合气氪气/氟气/氖气

这些混合气需要根据不同的需求,运用重量法、分压法以及动态体积法等,将两种或两种以上的气体按特定比例混合,整个过程对累计误差的控制、配比精度等都有非常高的要求。由于波长直接对应分辨率,晶圆厂会依据自身制程节点对分辨率的要求,选择匹配的光刻气品种,由此形成下游应用结构与需求的分层。

纯度门槛与国产替代现状

电子特气最明显的特征是纯度很高,气体纯度会直接影响芯片的技术指标和良率。随着芯片制程不断发展,对气体纯度的要求越来越高:进入纳米时代之后,气体纯度至少要达到5N,先进制程更是要求达到6N以上。

国内方面,电子特气国产化率还不到15%,仍是薄弱环节。以光刻气为例,华特气体自主研发的4种光刻混合气已通过阿斯麦认证,此外还有产品通过海力士、英飞凌以及中芯国际、合肥长鑫等国内晶圆厂的认证。终端晶圆厂或设备商对气体供应商的认证较为审慎,获得认证的国产厂商仍属少数。

常见问题

光刻气在光刻机中起什么作用?

光刻气是光刻机产生深紫外激光的光源,属于光刻机的核心之一。不同光刻气能产生不同波长的光源,波长直接影响光刻机的分辨率。

为什么光刻气的配比精度如此关键?

混合气需按特定比例精确混配,配比精度是最核心的参数。若混合气精度与要求相差偏大,会造成光线波长出现偏差,进而影响光刻机分辨率。

制程越先进,对光刻气提出什么要求?

随着芯片制程不断发展,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要达到5N,先进制程更要求达到6N以上。