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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
    6 A: R; T0 z: c6 n- f$ D3 E& W
    * C; O2 u, U3 h2 ^! }; b$ {$ l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。
    / E. T! N) f" k& ~0 U" t+ C5 `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。9 u8 X1 ]& |9 S' g" Q2 E& ?
    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 Z' {' s- M! X9 g1 }+ @1 M3 S
    1. 表面清洗
    " [9 T' N6 k& m1 r# @2. 预处理
    7 p5 ^; x3 _! R! E3. 甩胶3 {( }6 a3 t- a1 x8 k* Q5 B
    4. 曝光
    ' Q/ U8 y) S3 B2 P8 C8 o5. develop(显影?)
    ! |% L8 l) N$ x, t* b4 R6. 刻蚀/离子注入' `9 g8 L3 U1 Q
    7. 去胶
    7 {3 v/ @9 |& 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:% t( Y7 h; ?  m4 \

    ; z* o  ^2 l  a. V; v对于光刻机,公式演变为:9 h9 D/ i, c9 r$ a" R! l' `; r
    5 Q7 Q! m+ G* a, E
    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:
    * X3 c6 W" L4 T% H- `; D& P8 _1. 436 nm (水银灯"g-line")
    - C( K: e" D2 v  T8 n2 ~5 m( s2. 405 nm (水银灯"h-line")
    4 z" K3 A- n- n. z! v) Y% P' k6 U3. 365 nm (水银灯"i-line")! W; i4 M4 }4 d5 g* f3 N1 ~) y
    4. 248 nm (KrF激光)1 B( A: N6 J6 ]9 {
    5. 193 nm (ArF激光)
    " C6 p" d1 A; j6. 13.5 nm (EUV激光)6 ]. r4 a! q" J; L; C- V3 O4 L# K: J
    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。% f1 I  Y. s4 H! r8 H7 |
    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:
    ) B, {( V9 ]; A3 i, E1. 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。2 C! P: a/ Q. _  ^7 a
    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。
    ' m/ E% f/ y3 u6 G4 R# y3. 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。
    2 R$ c7 V+ _) l( z6 ]4. 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。
    $ M; T; l7 B& u( r1 m; O4 g4 ?: y4 @" [: _0 v0 O
    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
    昨天 03:15
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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
    2025-9-20 00:03
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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. B7 Y# `' d. q: k
    我还以为你才30多岁。。。

    3 W6 }  Y6 ^0 q+ G5 _2 a8 J0 |! Z8 J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。
    2 i- h7 `1 T6 k3 |0 H9 u- Z9 m/ C; V9 n! X+ p; Y
    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。) `% `3 T' e' U* j

    9 Y$ u# s4 t2 Q; r9 @- ^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 x; D$ W  o% t/ @; U
    & ^" W! p. w# I& h5 t% c
    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
    / Y" E$ Z2 a2 d2 O6 p# ]1 A+ z& y7 t6 f% 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。
      V) V- l8 m3 H; N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
    9 x- q5 T+ ?+ R( |& e, D& z: V& l  F+ ]; \3 {8 g
    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。
    & w% _- O5 @+ a那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    ( ]+ V! j7 C( e9 ^9 N9 e2 q
      r, O, u# A' |+ O0 a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
    9 L3 a5 D5 M6 w) u9 L7 m和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:! y5 [" e+ p2 i5 {4 x0 t
    2.1集成电路生产装备: ?4 e) j/ E$ ]& H
    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
    ( t& n, }/ Z* J) ?+ G) w* \  i/ m- Y8 f2.1.2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 P6 I: Z* N5 [2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm$ R! j4 T5 l0 D2 T: R+ ~) K
    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
    3 X: m! A: S+ ]" O0 m* m2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm. Q0 p' }5 T  Q- W- ~
    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
    ( I: R5 c* t: ?; W2.1.7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%  x. [' s7 G; T) t, S: p/ w
    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
    0 W/ K- o% a( p; `4 ]+ g2.1.9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
    ' {" k9 U5 t' {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°4 f- p% z& P8 n+ v, X
    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
    6 O+ K/ T6 [1 g2.1.12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
    9 v$ w2 G2 B1 |% [+ ]& C$ h* \2.1.13化学机械抛光机 " f) G# S0 M  z' a4 ^
        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/min1 j( a) `  u) O( c. c: r0 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
    4 s' G2 o% T1 f8 P1 f6 R2 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
    ( }; `% o  ]0 S    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) S# q3 c" z0 g
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    ! H8 v2 T/ i5 Q0 E$ h2.1.15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
    , W: w$ N' m" s( ~- `5 K4 a3 h; j' Y* `
    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。. J- T. O) g; J

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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 09:461 a. L" r0 p- a# ]
    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 ...

    / n; i, P6 N+ n3 Z  p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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    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* d3 h7 s$ z/ X, D) E$ _
    感谢感谢
    8 C" q7 S* B; o, E6 s7 s
    ' G& ?* r! K( f% t: ?; B% A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≤ ...
    * W! {# A, |! K. _% ~, Y/ b4 ]9 u
    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 ]3 }( Y1 F( [* F) Q- }& r3 g2 `& P( N3 e, k+ `( m
    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。
    * O. A6 b/ I" a! k( R7 E
    9 d/ L7 U% U7 c1、内行人一看就知道,还在65nm
      _% |) S: n$ {1 O) D2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    / [" Z# m) ]1 Q9 O/ j' G0 n' n8 u3、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
    ; Z  o- U# f2 r- s. x* {, D8 Q: z; o: H7 u1 c
    然后就要等EUV了。5 t: Y6 S5 d& D/ N) q+ e
    & F) e: ?  q( W
    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?2 i2 x2 ]4 _: t% z: [# A. R& W

    8 h' P) g+ I- W( a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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    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
    9 l# r' c+ X: I$ F, e" ~, ^2 |4 u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!. L- {4 g9 G2 X8 g1 Z1 D' R9 X( z
    * T- W% z7 |5 A; p
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    1 K0 V! T7 s1 `" o$ A+ l$ M* x
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    # P4 d& H: ?1 z( t7 q5 B# e" ]
    , Z- \- t) v( J/ s' @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。
    6 ~# f- {( U2 F! i( f' |- ]9 Q, [+ }4 d6 z/ @# \
    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。9 p3 C3 K, C; a) i
    % |; A& N( R4 Y" G9 |& j

    - O4 r3 R& q" g; j! cSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    " Q& ~. _: A# Q! D+ R# g* g- u) e: C" E+ {3 }

    0 q* f2 i3 X. _9 w1 i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
    5 L, |/ y9 P& x/ I3 J$ c+ Y7 [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。 ...
    1 T6 n& x3 Q* P- l! i" R8 F% E# l
    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+ X# b( O; ~, |- S6 p' D1 E! I1 e
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。: x: ?4 D# d& [
    8 ?0 C' O" j5 V; \1 ^# j  R
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    ; k5 f1 H1 x: l# V- 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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    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
    7 j$ m, G9 }3 L也就是说,EUV用浸水没有用?
    9 D4 B  p. @* y% Y
    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
    5 u1 v' [7 Y1 s: K+ F8 C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。 ...
    0 w, ]1 G. W3 ?* K0 K
    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) [% c* G. M2 U7 i
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    2 c+ ?7 f9 ]) `) Q7 v3 @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。. ~; A( j. D9 R) w
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    3 ]8 a: ]  B7 O& G" L2 l6 ?4 P9 b8 J1 S% n+ R3 K5 z
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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