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[科普知识] 国产光刻机猜测

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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
  • 签到天数: 1811 天

    [LV.Master]无

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    楼主
     楼主| 发表于 2024-9-15 15:36:07 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 moletronic 于 2024-9-14 23:39 编辑 . T2 Y4 N. p5 L# w
    - ~/ ~! X" l) ]- d
    被老财迷点名了,又看到“28nm光刻机”这种让俺不爽的说法,俺就来稍微说几句。4 J( y6 k+ A+ d! R2 v8 ~
    光刻机是个很复杂的体系。大约30年前吧,俺第一次看到光刻机,那时洋名叫Aligner,后来又有Stepper,Scanner。但这些是根据样品台的运动模式命名的,俺个人以为也不算是很好的命名方式。2 d% g, i- G6 T6 x
    还是回到光刻机本身吧。顾名思义,光刻机就是在半导体生产中进行光刻的机器。现代的半导体工艺非常复杂,往往包含几十个跟光刻相关的子工序。每个子工序一般又会有以下几个步骤:
    " ~/ h) l5 Q  b9 m0 z1. 表面清洗: g% G: T' ]) f2 j: p
    2. 预处理9 ?3 q# P' X0 ]; A0 @& l
    3. 甩胶
    0 g4 R3 C4 c0 S- i4. 曝光4 T7 \  b) `0 @9 e! @' Q% w7 D" c+ r
    5. develop(显影?)
    8 d7 Y4 \0 ]3 B4 p% j0 H8 A( o6. 刻蚀/离子注入
    ; O7 i3 O2 s3 ?/ p* B7. 去胶
    3 ?! Z1 d; U- }. U; ^1 T1 A( R光刻机就是进行第四步的。半导体工业有XXnm节点,这个XXnm,在早期基本就是光刻机的分辨率决定的。光刻机是光学系统,而Ernst Abbe在1873年就给出了公式:/ j. L1 n$ P& Q$ R
    - l8 D( l/ k$ x' y, |5 `( w# N0 c; b
    对于光刻机,公式演变为:
    2 F! S) I. s) t) P# {* p  I$ y0 P2 l7 P5 J  w9 s: }/ x6 N- F, D9 m$ S
    这里面CD是最小尺寸,lamda是光波长,NA是数值孔径,K1是整个光刻系统的系数。如果想降低d,要么减小波长,K1,要么增大数值孔径。下面是用过的波长:1 Q4 y1 D$ P; k5 o4 G' g+ }
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    5 X6 I" C# u& K( n# W. J0 p6 R& I2. 405 nm (水银灯"h-line") 6 F0 l+ H% i: [% T4 N5 h  |' d9 C) k( H- y9 J
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    ) a. p% C) t6 A' F! v" ?4. 248 nm (KrF激光)
    + m# F& l& a" a% `5. 193 nm (ArF激光): ]7 b+ t* v0 u0 n. W
    6. 13.5 nm (EUV激光)% Q$ k7 l: b$ Z- ?; J9 E
    工信部说的那两台机器应该就是用的248nm和193nm。早几年浦东拿出来吹牛的“90nm光刻机”就是用的193nm,现在变成65nm,估计是K1和NA优化了。在俺看来这个“90nm光刻机”和“65nm光刻机”是一个东西,区别估计是Camry LE和SE的区别吧。193nm可以一直用到7nm节点,台积当初就做到了。三星水平差一些,有两层上了EUV。牙膏厂的10nm(对应台积7nm)就是不想用EUV所以卡了6年搞不出来。4 M+ l( }. m' \$ i7 [) V
    按照公式193nm对应的极限是90nm,但还能继续是因为有一些别的技术:
    8 ]& g7 }! F* q9 B1. 林本坚提出的浸水。就是在物镜和硅片间加水。这样折射率从空气的1变成水的1.44,相当于数值孔径变大1.44倍。4 A4 t  ?( R9 a6 t6 X+ Y; V% i
    2. 光学临近矫正(OPC)。早年的光刻遵循的是几何光学,不考虑衍射,掩膜上的形状和印出来的是一样的。OPC会考虑衍射效果,掩膜上形状和最终印出来的不一样,这样可以做出更小尺寸。  ~% u3 U! H5 K% `5 n
    3. Double-Patterning。这个翻译为双重曝光其实不好。以前有double-exposure,那个是把前面工序变成1,2,3,4,4,5,6,7. 现在这个double-patterning要更复杂,简单说是1-7,1-7要做两次。这两次之间硅片会动,要回到原位,就有误差,就是那个套刻精度。
    & A/ H  R# W7 V! b4. FinFet/GAA,这个其实并没有实际减小尺寸,只是让有效尺寸变小了,所以节点数字变小。; a! _" A: ~, ~
    ( _  c! @# y9 t; C1 A
    网上谣言说国内的浸水还在测试,希望能尽快成功吧。

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  • TA的每日心情
    开心
    6 分钟前
  • 签到天数: 493 天

    [LV.9]渡劫

    沙发
    发表于 2024-9-15 20:14:31 | 只看该作者
    下笔千言,文眼就一句:“ 在俺看来这个“90nm光刻机”和“65nm光刻机”是一个东西,区别估计是Camry LE和SE的区别吧。”90nm至少10多年前就推出了,现在你说LE变SE,进步就等于没进步嘛。
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  • TA的每日心情
    开心
    1 小时前
  • 签到天数: 3640 天

    [LV.Master]无

    板凳
    发表于 2024-9-15 20:18:14 | 只看该作者
    我还以为你才30多岁。。。
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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
  • 签到天数: 1811 天

    [LV.Master]无

    地板
     楼主| 发表于 2024-9-15 21:56:18 | 只看该作者
    马鹿 发表于 2024-9-15 04:18. ?/ Y6 ~$ e! Z$ F
    我还以为你才30多岁。。。

    ! c& D7 `% U. N) U+ j( X西西河一开俺就去了,那都快20年了
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  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
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    [LV.4]金丹

    5#
    发表于 2024-9-16 01:17:10 | 只看该作者
    凭借目前公布的硬件参数,是可以轻松实现65nm的,20年前就已经实现的。但是加上现在软件的进步,也就是OPC,提升到45nm就没有问题。如果在加上偏轴式曝光或者移相光罩,突破到28nm问题不大。
    8 R" H+ ^3 e" H3 `; E- M! O; t; J" N7 s! w6 D
    国内目前的所有半导体的前沿突破,都不在公开的生产线上,因为敌人可以拆解你的光刻机,制裁你的供应商,从而摧毁你的供应链。
    . s" f4 w( ^" ?+ b  ?2 J( V* ^; s6 W% A) v
    凡是公开的,都是敌人无法阻挡的。

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      发表于 2024-11-15 12:02
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      发表于 2024-9-21 17:38

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    6#
    发表于 2024-9-16 06:24:01 | 只看该作者
    在国外搞过光刻机外围元件的过来支持一下。
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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
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    [LV.Master]无

    7#
     楼主| 发表于 2024-9-16 09:46:29 | 只看该作者
    公布的参数只能确定的说解决了65nm的有无问题,对于代工厂来说要不要用还有几个关键参数没说。比如生产速度(wafer/hr),连续生产时长,透镜预热时长等等。

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      发表于 2024-9-16 11:21

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  • TA的每日心情
    慵懒
    2022-8-27 22:14
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    [LV.8]合体

    8#
    发表于 2024-9-16 11:19:37 | 只看该作者
    感谢感谢
    4 C, X) g; B2 @# x8 l. _& x, ~$ Q* c: n4 h' P" q% _! E, L
    工信部公布的是:2.1.6 氟化氩光刻机  晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    + ^# x  f% e' w" d  c8 g, ^4 ?: B; B9 A7 P: B, g" D8 m  X
    按照老兄的科普,我理解,现在有一台氟化氩光刻机,使用波长为193nm的ArF激光(氟化氩激光),300mm的晶圆,加上套刻精度≤8nm,以及其它技术手段,能生产65nm的芯片了。就是俗称的65nm光刻机。
    ' Q- f9 y: Q: f# ^4 P9 y; z确实还属于比较“菜”的 当然,工信部把它放在《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录》公布出来,应该是全国产了,这是我们自己的
    7 P2 H; [' N' I; \4 c* x7 K
    + D1 w) F6 m! l1 [$ @9 W, [延伸一下老兄的科普,“按照公式193nm对应的极限是90nm”,假设“国内的浸水还在测试”为真,则从90nm做到65nm没有通过“浸水”,而是通过别的技术,可能是【2. 光学临近矫正(OPC)、3. Double-Patterning、4. FinFet/GAA】中的一种或多种。- S" f8 U- V2 a$ t  |
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    # v. k! ]: n6 b; Z  o" j" X3 q. w9 e1 ^
    & {' ]# Y4 {0 B7 d: x另外,在工信部的《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录》中,https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcw ... 7d635932a464ee.html
    / Z2 N& c4 g1 e! W  z和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    5 Y, K  i: r, S2.1集成电路生产装备, o: c7 G0 v& B. a+ W
    2.1.1硅外延炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;应用材料:硅、锗硅0 K$ @" Z  b" l" J; X
    2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗: _7 @4 T( Z/ R2 y. y6 |
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    1 Y" ^& s: u  v- @% L; \" f2.1.4涂胶显影机 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层涂胶显影& F9 n# _/ F8 Q1 D: O  K' M' z
    2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    ( ~! Y9 X) v+ _2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    - A) ^  }6 N$ K9 j  O  |2.1.7高能离子注入机 晶圆直径:300mm;注入均匀性≤0.5%;能量范围≥1MeV;能量纯度:99.9%
    0 |- Q8 [, b( F$ m% r+ q% @; Y2.1.8低能离子注入机 晶圆直径:300mm;能量范围:200eV~50KeV;注入剂量:5×10^13~5×10^16 ions/cm²;束流大小:0.5~30mA: y9 ^9 m: M, [7 @% `& t
    2.1.9等离子干法刻蚀机 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层刻蚀
    & T) X- d& w8 B2 Z0 s2.1.10特种金属膜层刻蚀机刻蚀 晶圆规格:12英寸;CD1σ均匀性(片内、片间、批间)≤3%;MTJ特征CD:25~80nm;MTJ侧壁损伤≤2nm;MTJ侧壁陡直度≥80°
    0 r$ p/ a) W8 n$ j# n2.1.11化学气相沉积装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层沉积
    $ [" F. O; H. W& ]8 a4 l2.1.12物理气相沉积装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层沉积
    5 [1 {+ ~/ O( v2.1.13化学机械抛光机
    8 K+ ^1 S3 e+ U6 |* ?    铜抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于14nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率>5000Å/min9 [; F- W$ N! {: N
        钨抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于14nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率≥2000Å/min
    ! K1 ]) l- ^' e4 r/ z' o    铝抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率≥2500Å/min
    / L# y% P+ ?+ ^, b7 R2 V    介质抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率≥1000Å/min
    - e: N# o" z: c0 }/ O2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    . C2 j+ H4 R3 \8 m3 l- G" e. E+ r2.1.15光学线宽量测装备 动态重复性:宽度≤0.1nm,高度≤0.15nm,角度≤0.08°;准确性:线性度≥0.9,斜率:within1±0.1;表面颗粒增加≤4颗@>30nm
    # r8 a6 d5 W) Z/ ?: R. `9 s4 d3 j8 L4 v8 e) y( Y$ Z
    很有几项明确说了“工艺节点等于或优于28nm”,甚至有“工艺节点等于或优于14nm”的。
    1 X% |- F- |9 X) u

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  • TA的每日心情
    慵懒
    2022-8-27 22:14
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    [LV.8]合体

    9#
    发表于 2024-9-16 11:26:23 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 09:463 o3 r/ S7 |, _  n+ n
    公布的参数只能确定的说解决了65nm的有无问题,对于代工厂来说要不要用还有几个关键参数没说。比如生产速度 ...

    8 O: Q& S# {: [6 O! l' q个人猜测,在这正式公布之前,国内(大陆)自己的代工厂商,肯定已经有使用的了。以目前的政治、技术氛围,各大代工厂必然要背负相关的任务,这关系到大基金的投入、将来的单子。
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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
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    [LV.Master]无

    10#
     楼主| 发表于 2024-9-16 11:34:56 | 只看该作者
    既然公布了,肯定是用过的,具体效果估计比几年前的“90nm”强吧。那个有谣言说就送出一台去某武汉厂(估计是YMTC)验收完了就放一边落灰了。。。

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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
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    [LV.Master]无

    11#
     楼主| 发表于 2024-9-16 13:52:53 | 只看该作者
    另外阿斯麦能做到的:NA=1.35,K1=0.25,对应线宽是36nm。台积7nm的实际线宽是22nm。

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      发表于 2024-9-17 08:01

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    12#
    发表于 2024-9-16 14:00:59 | 只看该作者
    老财迷 发表于 2024-9-15 21:19
    8 d; Y* e1 E6 ^  d. y' b& P4 l感谢感谢
    ! D8 X7 s3 x6 i8 K' x
    1 E) X; t5 o0 A% z. \工信部公布的是:2.1.6 氟化氩光刻机  晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤ ...
    + q9 @" s  ]8 z& [* ?. u% |2 z
    也就是说,即使28nm现在还有光刻机瓶颈,其他也都就绪、只欠东风了。这是好事!5 K& A& N- ^; [6 h+ q/ w

    " O. u) `" _+ j  x8 S" s7 _个人感觉:相比于前一阵的绝对保密,现在放出这消息肯定是有用意的。4 U: V. s$ G2 l; F6 E* E+ P6 w

    / y3 ^# O7 |* j, D4 G$ j& Z1、内行人一看就知道,还在65nm* h( j% z' {/ C! Y2 w7 I$ w
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    / w) x+ @. w; C* {- l3 g8 n9 d5 z3、一旦这一关过去,下一关应该是28nm光刻机(咳咳,我知道这说法要被内行人狂扁,你知道我的意思,暂且手下留情吧),但说中国还有15年的落后可能误导,追赶总是更快,尤其是这在现在根本不是最领先水平# T& l: g- X$ |5 H
    : [# z7 T9 {( P% p/ q6 q! Y
    然后就要等EUV了。5 `5 p9 u+ p" B, B6 q, S& k
    0 j* @3 {& Z7 M1 P' C' [3 J
    会不会中国人首先解决光源,索性一步到位EUV,但干式先行?不是说俄罗斯EU V光源给力吗?
    ! j, @. R+ v2 s' A. k, B1 \
    - a0 b& e* m4 {% V3 ]8 r0 H在一段时间里,一旦中国28nm全国产化,芯片爆产能就有工装保障了。这就要西方好好领教什么叫产能过剩了。

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      发表于 2024-9-17 08:03

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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
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    [LV.Master]无

    13#
     楼主| 发表于 2024-9-16 21:42:27 | 只看该作者
    EUV没有透镜,只有反射镜,整个光学系统完全不同。目前看不会再搞浸水了。

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    14#
    发表于 2024-9-17 02:46:07 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 14:00
    * {3 a% T  v+ Q5 D, l8 H* w也就是说,即使28nm现在还有光刻机瓶颈,其他也都就绪、只欠东风了。这是好事!3 X$ E# U$ r0 D

    % V. }0 C$ _6 @. x个人感觉:相比于前一阵 ...

    * q; M( ~( y) _8 I不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    & x% h+ L- p. ~. f1 [* Q! Z
    ; R9 b! d1 |1 O  {4 D- t3 Q从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm (EUV激光) 的区别。只要没上EUV,那么全都是193nm,即使是台积电的7nm。在典型参数下,193nm光源能做到90nm的线宽。光刻机可以在此基础上改进,比如提高镜头的数值孔径(玩相机的晨大熟悉这个术语),在镜头与硅片之间填充高折射率浸没液体等等。所有这一切努力让单次曝光分辨率顶多能到达38nm的水平,再往下就需要靠大幅度提高工艺复杂度来实现了。主帖中提到double-patterning(更准确的应称之为multiple patterning),其中的曝光、显影、刻蚀等步骤再也不是一次过,而需要反复多遍才能获得更细的等值线宽。' Y* }  T, W! z3 R
    % b9 m  t* j5 T( [: N$ h
    以multiple patterning中的SADP/SAQP技术为例,SADP第一次产生的线条并不是最终想要的东西,它只是用作一个骨架,在上面沉积一层叫spacer的薄膜。然后骨架本身被刻蚀掉,只留下原本贴在其侧壁上的那一部分spacer。打个比方,这有一点像脱胎漆器,当然轻薄细腻了不少。如此得到的spacer再与一个相对宽松的mask合作,才得到最终的电路。
    & h" b2 L7 a6 i* U+ F
    9 G2 q# [2 k2 e6 n9 L+ e0 {
    6 [0 o1 _: m6 l7 L8 i1 w8 s2 m, o: `3 PSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    ) M$ m% n# M6 G+ S
    5 Z' {' Q* A, ?( T5 ]: U$ G* g7 f( N! k" P! m
    工艺复杂的代价不仅仅是用掉更多的时间和耗材,芯片的良率也随之下降。之所以厂家多年来不断在ArF上挖潜,是因为EUV也有很多劣势。对EUV透光的材料很难找,所以没了传统的透镜组,也不可能再有浸液方案,整个光学系统要靠一系列反射镜来实现。其结果是系统的等效数值孔径远远小于ArF光源的,这就导致EUV对上一代的胜出大幅度缩水,而并不像波长缩短所意味的十多倍那样的差距。从生产出来的实际芯片也可以看出,采用EUV后芯片各方面的指标有提升,但这种提高大致是线性的(如果用以前的速度外延的话),而非峭壁式的飞跃。

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    XXnm工艺节点  发表于 2024-9-17 08:10
    油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
    内行们就是严谨,下次我一定用XXnm节点 :)  发表于 2024-9-17 08:10

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    15#
    发表于 2024-9-17 03:21:19 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 07:42: E2 D; g" @( K+ N9 p) z4 [
    EUV没有透镜,只有反射镜,整个光学系统完全不同。目前看不会再搞浸水了。 ...

    6 J& Y& Y$ i; h2 \. m- A也就是说,EUV用浸水没有用?
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    16#
    发表于 2024-9-17 03:34:34 | 只看该作者
    沉宝 发表于 2024-9-16 12:46
    / c3 [5 q5 r8 h+ V3 D9 c不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。1 N6 z6 T  ?; h. K. ~0 y9 [
    ; b7 E! z6 J4 \* \1 u6 v5 L0 ~
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    9 t, u9 J6 t$ n% W
    不过EUV制作7nm可以轻易一次曝光,产率和良率应该提高很多?
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     楼主| 发表于 2024-9-17 04:38:44 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 11:21& \! L' y5 N+ B' n; f
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    ! u5 U& b$ p2 d3 f- O/ ^; l) Z
    理论上有用,但目前没看到在路线图上。估计是水对EUV的吸收太大,本来EUV光源的强度就小。

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    18#
    发表于 2024-9-17 04:39:36 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 14:38
    ' \& u6 k: X0 Z+ _理论上有用,但目前没看到在路线图上。估计是水对EUV的吸收太大,本来EUV光源的强度就小。 ...

    2 @% G$ f) q2 B( R/ b% }1 J. E2 e1 ~是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
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    19#
     楼主| 发表于 2024-9-17 04:43:13 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 12:39
    # T( y  }  i8 i% Z' f9 B* ~是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    3 K7 }- L. G- Z' ]' G7 \相比透镜,反射镜的光吸收太大了。整个光路系统的损耗太多,最后到达光刻胶的剂量比例很低。

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    20#
    发表于 2024-9-17 07:45:19 | 只看该作者
    在知乎看到一篇文章,应该是业内人士写的,他对目前的进度并不乐观。
    2 V/ ]; T3 P- P- H' a( P3 \我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。, M+ B; w+ D. u( l8 x# d. v) b' g+ [
    8 Y" v2 d( [; W
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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