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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 ) b- `$ J9 H5 r* z2 n

    * o3 q7 l+ ^7 ~, K4 J2 t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。
    ' f2 ]7 J6 A$ |7 E) s& [/ l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。
    5 S& x3 Q% U! M3 ~  r% G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:
    & _5 V: X& E, f7 B) k1 f6 K1. 表面清洗# s" w' y: V' {' v# M7 t* E
    2. 预处理( k- I! m1 @$ m! q1 [+ t
    3. 甩胶$ D$ H. F, u4 c/ P7 b
    4. 曝光0 {) v7 W7 \& R4 P  f, H# H8 G- W9 {
    5. develop(显影?)
    : U3 F1 R  K/ z) y% K  f8 s6. 刻蚀/离子注入5 Y. M0 t6 U7 F8 x0 _% k
    7. 去胶8 a) ^# Z: ]: l" \, C9 ?8 @, o7 S) M3 ~
    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:
    5 k9 S8 d3 b. D: P0 t, g( p' X. o5 y# H
    对于光刻机,公式演变为:
    ' X/ x3 r& T1 w4 B1 T, f% w! F1 G4 d  `, c+ ]
    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  h0 \$ F: a1 E  K* q4 q1. 436 nm (水银灯"g-line")
    . Z" D# U) {  s  A0 H) g2. 405 nm (水银灯"h-line")
    $ j7 m' ]; x. X- {! H' ?0 w" e3. 365 nm (水银灯"i-line")
    6 ?" K/ J4 Y5 ]$ A& x  h8 Z- w4. 248 nm (KrF激光)
    3 ]9 W% }$ l: L0 _5. 193 nm (ArF激光)$ i6 l2 B* t  j; L/ x( Z
    6. 13.5 nm (EUV激光)% K) T. u2 N! z) `
    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。& F3 a% b( D) B7 I( \
    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:: U* D& |! a4 s% H: R
    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。$ R4 P$ b& ]7 E+ C6 |) S' m% V
    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。) Z8 Z& e! S# u5 F: u
    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。
    * i! T& j4 r# b2 k: f! ]  ^4 Y4. 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。: B+ x7 e! z$ I& |! ?" E
    & E5 O% v2 `& i, H( V  m0 g
    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
    9 小时前
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    [LV.8]合体

    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
    15 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 04:18# ?/ _6 M- x7 b. J. |
    我还以为你才30多岁。。。
    * ~. i# f/ N. }5 [# F
    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。0 E1 C6 {5 ?  O% r' d

    # l" X+ x& w* M- _0 N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。
    0 Y1 v' ^2 W7 [% y5 z! D! b4 Q  l0 W; t
    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# Q/ W2 n4 ?7 W& V8 z: d

    ' N4 |# O% h* {: {1 s# |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+ L  b6 l6 A6 l* u
    6 ]& L2 r* A; E
    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。- _2 W$ ]6 {1 x( J7 E6 C
    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' i8 n5 [  E# N0 }' ~4 G' }
    # M4 P" t. c' x+ R* X4 R
    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。
    6 V! N% q5 |! k# j5 q* |那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。+ A: o. J, F# W( ~: }( v& h
    - k) k& S% E. O" N# K/ T
    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
    % H& j, x8 ^1 r+ S2 i( ]; ~和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:& t" T- S+ f2 ^5 a3 t7 r! ^
    2.1集成电路生产装备
    2 i  H& q7 Q; s. T( l+ ^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4 z5 n0 f3 s2 Q) y
    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
    2 J& M) s* I+ t9 t2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm" o/ z" J; E  [' W# U3 ^1 T
    2.1.4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
    # ^' X# R7 p) [( U& S  z8 V2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    / N5 H0 H! Q/ O) W5 K4 {) }1 w6 O2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    4 n. T$ d" q7 D: b+ ?4 ~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 e, q/ L# a# Z# F! Y& T/ W8 ^8 Q
    2.1.8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
    , u9 U/ O  Y7 j( J. {* \  h* T2.1.9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& S: D1 a: W) b3 n7 y
    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°- S3 f% F; s5 O  g' v+ d2 t
    2.1.11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
    ' u2 U. ?, A2 ^5 D9 A2.1.12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+ A9 T3 ?% J* f
    2.1.13化学机械抛光机
    / ~( g1 P. d/ A  M" X    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  k0 t7 d" o4 l4 ?' e
        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
    / J) H4 I7 ?- W2 A) e- v1 }    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
    % J+ T" B* h$ T& W    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& f8 k, x) ~3 t1 |- o: 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" o! p2 v7 S0 T+ P; I
    2.1.15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
    9 i6 H$ n, b5 o% {
    ; b0 i0 a) k8 F, H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。+ v4 }8 X. l9 p3 @

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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
    9 [* D  z$ h* 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 h6 k' e- M% t& {9 v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& B2 o. i- P- `# Y8 Q
    感谢感谢
    4 {& [& Z* t0 V& v# F# o" T, Y
    + d" B9 N6 J- ~6 @# Q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≤ ...

    1 q: A5 }5 @6 l2 z7 ^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!* a2 F& S- A# n+ A9 e9 `9 Z
    - e9 Z5 l  q) \, P0 a) t- d7 c
    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。
    6 S0 n/ C# \  F( p8 e6 ^4 T! @% b8 V8 @! x5 C3 H
    1、内行人一看就知道,还在65nm) e+ Y' g* L: V6 ^  k
    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) O, m4 a7 B+ l7 e& [3、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
    * y+ g/ A  |: _1 Q4 a
    ; j- T7 U- Z' X% J" O2 [然后就要等EUV了。
    8 F4 @" Y  T  t5 G; `9 T, F2 U& G: {$ j% Q& ?/ M& v8 B
    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?9 q6 v8 }3 ^% K% L3 R& H

    ! K0 ^3 I" K6 q( y! |+ L# P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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    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' s0 ^+ D! N+ b5 w, `8 [
    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!1 n! u7 {1 S7 z+ n6 s: M9 N
    9 a) w& E2 V7 F$ T- p8 Y* N
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    1 R0 M3 l; Z' V' f不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。# J: {6 `( G' E. [2 G
    ) C5 |1 r8 T" ^8 k5 Y
    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。7 R/ V9 P/ s7 k  Z2 w

    ; P5 Q4 l1 f6 U5 e- e, l  i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。/ F6 z0 \# Z% j  b) {/ c

    5 j' F* O) Y8 N0 u2 ~; k
    ( P/ H, Z+ A6 E! PSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    / s2 Y, M8 z7 H& f- g( T
    * y: L! B# e1 M. C& P  F- J5 i; t! R0 p; R
    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 07:424 v* W7 N0 H; m5 c
    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。 ...

    / ^( G' [8 P% D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
    $ Q  L7 c+ q8 f% v% N不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。/ n8 ^2 {( f, l1 c& q$ _1 m

    6 Q8 ]( Y- ~9 N5 u3 l* o8 @% a从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    4 g; [# G) x( `: M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( X% V) U4 Z, _也就是说,EUV用浸水没有用?

    - a4 }% Z, C4 J/ e5 O. n3 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。

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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
    2 \, u) [8 d# S" q+ ^/ l: Q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。 ...

    . F  D) F! s# r! U9 k( m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- @! v4 @6 G+ G& U1 S
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    # J7 h& k6 c6 I
    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。
    6 o& N, M- U; S+ \# |6 ]2 l9 s我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。& b+ k9 c7 K: n- A9 Z
    ) }: S" H. p( f6 T2 J) d
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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