准分子激光与极紫外光刻气体：先进半导体制造的核心要素
发布时间：
2025-10-21
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在半导体制造领域，器件的持续微缩化直接驱动了对先进光刻技术的依赖。随着制程节点向更小尺度演进，所需的图案化步骤显著增加，从而导致准分子激光气体的消耗量同步上升。极紫外光刻作为下一代光刻技术，其发展旨在进一步突破物理限制，该技术间接涉及二氧化碳与氢气的应用，并与现有的深紫外光刻技术形成互补关系，而非在可预见的未来内将其取代。
一、准分子激光气体：DUV光刻的基石
准分子激光器的工作机理基于激发态复合分子（即“准分子”）的受激辐射。特定的稀有气体（如氩气、氪气、氙气）与卤素气体（如氟气、氯气）的混合物，在受到电激励时能形成短暂存在的准分子态。当其衰变至基态时，会发射出特定波长的深紫外激光。
核心气体混合物：在半导体光刻中，最常见的两种混合物是：
1、ArF（氩氟）混合气：产生193纳米波长激光，是当前先进DUV光刻（如浸没式光刻）的主力光源。
2、KrF（氪氟）混合气：产生248纳米波长激光，广泛应用于国内现工艺节点。
气体组成与功能：在这些混合物中，稀有气体（氖气）作为缓冲气体占据绝大部分体积（约96%-97.5%），其主要作用是优化放电特性、促进能量转移并确保激光输出的稳定性。占比极小的卤素气体（如氟气）则是生成准分子、决定输出波长的关键反应物。
二、极紫外光刻技术：原理与气体应用
EUV光刻采用波长仅为13.5纳米的极紫外光，能够大幅减少复杂集成电路所需的图案化层数。
光源产生机制：EUV光通过一种高功率CO₂激光脉冲轰击液态锡靶材产生的等离子体辐射来获得。此过程对气体的应用体现在两个环节：
1、CO₂激光器：产生轰击锡滴的主激光，其工作介质为高纯度的二氧化碳、氮气和氦气的混合气体。
2、腔室清洁：锡靶材产生的碎屑会污染EUV光学系统，需持续通入氢气进行原位清洁，以维持光源的强度和稳定性。
三、关键气体的供应链挑战
稀有气体（氖、氪、氙等）在空气中含量极低（ppm至ppb级别），其提取与纯化是技术密集型过程。
• 空分提纯：这些气体通常作为大型空气分离装置的副产品获得。例如，氖、氦因其沸点低于主成分氮、氧，在低压塔顶部富集；而氪、氙沸点较高，则在液氧馏分中浓缩，再经过多级纯化才能达到半导体行业所需的高纯度（通常≥99.999%）。
• 卤素气体处理：氟气等卤素气体具有强反应性和腐蚀性，需要特殊的材料和处理技术进行安全的生产、纯化与运输。
四、市场驱动力与展望
全球半导体产能的持续扩张（年均复合增长率稳定）以及先进节点下多重图案化技术的广泛应用，是推动激光气体市场需求增长的核心因素。确保这些关键气体供应的稳定性和质量，对于维护全球半导体产业链的安全至关重要。
领先的特种气体供应商通过其先进的纯化技术、精准的混合工艺以及全球供应链能力，为半导体制造业的持续创新提供着基础性材料支撑。
关键的技术门槛：
1、准分子激光气体通过特定的稀有气体和卤素气体混合，其混配精确度决定产品的稳定性；
2、稀有气体的提取难度较大，需要大规模空分装置提取才具备经济效应；
3、凯美特的激光混配气原料全原料自给生产；
4、凯美特的混配技术与分析能力处于全球市场先进地位；
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