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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
    ( \- D7 W  z8 F4 R$ i5 N# N  t3 Y+ w0 H  t; i+ l) K
    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。
    9 f# l: @! }8 Q9 o- b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。( G! B& G3 V) U& u+ `
    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:& @6 ~3 d' x6 X7 ^6 K' f
    1. 表面清洗
    ' Y& k7 V) t+ A) g2 G4 y! y2. 预处理- c! U/ I+ c) _' ]! H
    3. 甩胶
    6 M" p' O( G# ^2 J5 a- _4. 曝光/ X6 q2 k+ X- e( P9 M. N5 L  t  d
    5. develop(显影?)- ~; t3 Q4 a  L9 K. l, x
    6. 刻蚀/离子注入( a! U% n9 @! d  }- o( Z3 Y
    7. 去胶
    8 e/ H! }7 ]; F0 I3 w# o7 @- G9 G6 B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:
    " g9 Y1 F! Q! H% b' @8 m0 g- z8 e( v1 T. T) l3 D% U5 k
    对于光刻机,公式演变为:0 _- q& [8 O$ s1 Q

    " \9 U0 d; z" l/ R3 y5 r3 ~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:
    . Q% _# |# O- ?) E  M1. 436 nm (水银灯"g-line")
    7 N" L' q# P. Z- D$ P/ C2. 405 nm (水银灯"h-line")
    - Z  B& s, |4 ]* W- |3. 365 nm (水银灯"i-line")
    7 ~) J# U! c' l4. 248 nm (KrF激光)1 F4 d, Q! w& ]* @- M) L' p
    5. 193 nm (ArF激光)  n$ a) E7 x: R
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    * e& Y6 \0 a4 Y& k: v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。6 C) Q$ _: {: I4 B: w
    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:2 W* @: X/ f+ {% [
    1. 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。
    . Y& p2 z& i6 S, l' ^9 J% \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。
    ' l: K! g2 M0 Z- h3. 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。
    ' b  d7 p$ ?2 P4. 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。7 ?8 F9 Y5 g& N8 S

    ! c) O) t$ p% h( Z7 q- K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
    半小时前
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    [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
    2 小时前
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    [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
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    [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 04:188 P" a. e: C/ Q
    我还以为你才30多岁。。。
    2 l, s+ u# Y3 [
    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。/ Z' f% ^- |8 p# w$ ~) ]

    - O$ U9 o& E* u8 A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。9 W6 v! f9 @2 Q- b/ F! h
    9 P! v, K( G3 \- K
    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: u6 L/ m/ O2 p, |- X6 b
    7 p6 ^0 w# \) f. P  n: D
    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
    8 y/ q* g3 B4 Y4 o
    , r9 B3 B* [. S$ V& J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。7 [( o# z; g2 z9 Q9 f" ^  t; r  F
    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
    : z- _: B- Q7 N5 d) L& ?# K* J2 ~7 Z
    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。
    . v& o& e; I( A' p, U  {3 v3 O那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。, _- T  _4 n$ x1 W- H! O* i
    - F' i' i( u6 v! f( n& G
    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
    0 m4 F- E8 y2 O6 E和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    - x; P0 `1 ]" b2 s) [' c2.1集成电路生产装备
    6 s. G- Q% T, ]5 i+ C- n# |/ L" l2.1.1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
    " i9 h; F" t. d) w6 h% S2.1.2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 {$ J/ t2 l, d" L9 {0 T; X2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    & ?' M# u+ S# Q: s; M8 k" C7 B( J2.1.4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
    ! d4 z9 |8 s% V/ N2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    3 r1 A2 n. D, H. q+ h2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    2 H/ N- Q" p2 ^1 w/ g- q2.1.7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%
    8 g+ {) ~+ {* T2.1.8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
    ) e, H8 T- F  t3 \" J: R1 {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9 c5 S( k+ b4 k' u3 I7 ]$ J$ k
    2.1.10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°
    + m, _9 x' ], f7 Q2.1.11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/ K" ~  _( c: t7 a2 K" L
    2.1.12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
    1 o. J& S$ {0 T. ~: H/ V6 j) N2.1.13化学机械抛光机 ' ]& S; C, Z' l8 _0 u' c7 H# n
        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/min# }: y1 {) W% K& |7 w
        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/ W$ j: l( H. q7 L$ d; i  H
        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. x) T( Q2 V' d( X
        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" @4 s9 |# Z1 }* B) J7 d
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    + B1 E* A. ?( A5 ]0 Z2.1.15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: r; G3 e% T) i
    1 e( t! C5 X. G$ g1 f, _
    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。2 h. R+ w( D9 |- ]6 E4 |

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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 09:46
    . \3 n: m6 i# \9 m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 ...

    6 [. \) v0 B# k1 A/ `* D0 H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+ J  k- Z( l  W0 Y) V* w+ k4 m
    感谢感谢5 X+ Z* v' k' L, N2 _% }) C9 p
    2 {) n* A6 n) }6 b9 C- T, h
    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≤ ...

    9 ~" X3 u% _& D# q: e& x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!
    2 ]( V+ {+ k1 z1 h- i) M- l/ J5 g
    $ Q7 [( Y0 _  U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。
    ; y/ P0 ~) S3 G: l# A: ^
    5 I3 ?1 F/ _0 H+ F# g1、内行人一看就知道,还在65nm: P& q, K0 b* u4 z& O
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    * o" `5 l$ n, q2 j3、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
    9 M2 n: j7 P& I3 s2 o
    % U. D; `6 G  }# ?/ B然后就要等EUV了。# I8 f# b- |! T( m4 w
    1 V3 a% `) Z$ o6 C" p* n$ K( n
    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, {+ v7 ~! K8 \- T. j5 t# S3 U8 ?0 h8 r+ ?
    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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    [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 14:000 ?8 F6 F: P$ 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!
    ( m+ i/ x2 Y4 V  Z! S6 }# r. n
    9 g% v3 U; H% Z个人感觉:相比于前一阵 ...
    8 r& X: e' y3 }( v
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。$ G0 t' U- w% N+ m& g

    ) s2 Z& B" K' N/ p& E& F7 x3 D" H; |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。
    ( ?, P) V* H! W- m: ^- [& |5 z3 U
    * E  v8 I  C4 t) z, M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。
    ! F; v% t( d$ c9 K
    , x7 p. n7 H  i1 ~4 m% @" F5 ^
    . L$ @  P7 n0 e! N% KSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    & I/ P# j9 @5 b* c
    / c8 i/ s2 O, R
    % n" o$ s# A" \2 e5 r& v3 r4 T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; f) ]2 o7 |/ K5 E  ^1 `: r! t
    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。 ...
    % V. j, S: N+ T( T3 F' ]' @
    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
    7 b9 \9 q8 J: x9 ?. x6 W( B不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。; ~7 S) C0 x* a. z$ U/ t
    5 b5 _" Y, x% l1 x% o7 X3 j9 @- v6 f
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

      z8 N# F2 o8 Y2 W8 |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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    17#
     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
    4 H5 v$ [8 k& x1 o- F) i2 i也就是说,EUV用浸水没有用?

    6 p4 g# o7 ^3 i" {- d% [2 [; A% L; Z: M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 14:385 H; j2 J, |/ f
    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。 ...
    $ m/ b4 {4 ^) K/ ?( g
    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
    8 `" `! {1 R# v! J2 V. e8 g, V是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    $ t9 M' s2 x  e6 q. ]
    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。0 N6 |  B  q  G0 }$ d9 g7 e
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    9 i+ z. w, _# R$ Z0 l; r
    , h) J, D5 j! zhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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