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光刻机需要通入哪些气体?

光刻机需要通入哪些气体? Tom聊芯片智造
2025-11-18
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导读:某些光刻机使用的光源主要是准分子激光器(Excimer Laser),即通过惰性气体 + 卤素气体放电形成的受
某些光刻机使用的光源主要是准分子激光器(Excimer Laser),即通过惰性气体 + 卤素气体放电形成的受激发光。
需要通入哪些气体?
不同波长的光源对应不同的气体混合体系:
激光器类型
波长
工作气体组成
说明
KrF 激光器
248 nm
0.3% F₂ + 15% Kr + 84.7% He
深紫外(DUV)光刻主力机型
ArF 激光器
193 nm
0.4% F₂ + 20% Ar + 79.6% He
先进制程主流机型
F₂ 激光器
(极紫外过渡方案)
157 nm
1% F₂ + 99% Ne
仅实验用途,EUV时代已被替代
为什么光刻机激光器要通入这些气体?
1,形成“准分子”激光的必要条件

准分子激光器的核心在于“Excimer”,比如:

Ar + F₂ → ArF*

Kr + F₂ → KrF*

这些“准分子”在放电激发下形成短暂的束缚态(寿命约几纳秒),返回基态时释放出特定波长的紫外光:

ArF* → 193 nm

KrF* → 248 nm

因此,必须同时存在:

惰性气体(Ar、Kr)→ 提供能级;

卤素气体(F₂)→ 形成激光活性分子;

缓冲气体(He 或 Ne)→ 稳定放电、传热与延长气体寿命。

2,控制放电均匀性与激光能量

不同气体的比例直接决定:

放电电场强度;

激光输出功率;

光束均匀性与光斑尺寸。

例如:
         ArF 激光器工作电场极高(约 1×10⁶ V/m),对气体浓度和压力极为敏感,必须精确调节。

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