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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
    " w# D) C  q/ E4 A& k& u5 g- l: E) Q; W; r: y9 H" i
    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。/ A, _  P( J5 s) n/ }/ @3 N- \1 W
    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。
    % t+ J' e) u7 n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:
    1 Q6 Z6 h- K5 b& u1. 表面清洗
    & p7 X) W4 b3 u. \8 N" w, U2. 预处理. {& p! ~. t8 ]9 V
    3. 甩胶  U6 B) _& q+ F' ]) P% x
    4. 曝光
    : t5 S, U% ^# A( t- r5. develop(显影?)
    + s  u2 k. k$ \2 c6. 刻蚀/离子注入
    . b8 s) s2 D/ i& S- K( K7. 去胶
    ' Y9 w7 ?' f5 s6 G& h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:! q$ Y1 C# y. G$ }+ \, F/ n1 F  K

    ; [+ o& h+ w$ j7 f3 v7 @8 g对于光刻机,公式演变为:  {9 b" s& F% S4 G( h

    3 W% O9 \; F, |; s$ V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 ^# c% T' W9 E( r1. 436 nm (水银灯"g-line") : K* W$ ~, `& e& q: s
    2. 405 nm (水银灯"h-line") 6 ^  H5 _0 K! M" @0 E
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    3 n' O: M# p" h2 X- Q/ T* e9 n8 N4. 248 nm (KrF激光); y+ |8 o2 d+ Q2 y3 A
    5. 193 nm (ArF激光)
    6 V* F. [+ N  L9 v. ~- y, J6. 13.5 nm (EUV激光)
    ; {$ ~5 @& T, T  |$ e5 _" s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。( C; m: _' ~" B  I& o
    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:( c: g7 i$ a# {9 e5 {9 l0 x; _2 Q
    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。
    $ ~% _- E) }* Z4 }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。
    " M1 V" N9 V! [' W3. 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。
    + q6 e2 x+ ?$ f4 b  M+ w4. 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。
    ( D& ^& e# {. B1 k. n
    3 T5 E9 G( w; l2 A& f# C" [. m- X3 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
    昨天 06:45
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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
    17 小时前
  • 签到天数: 3405 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
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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
    0 G1 T* b  Q& x3 E$ E- K我还以为你才30多岁。。。

    3 O& T7 F/ S, u. i) 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。5 `; U/ y  ^+ D4 W1 M! |& u0 {/ W
    ' ~. o+ g  z# R5 q
    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。  m( _# Y4 q0 y. j' L) a4 U

    $ Z( o/ |- z5 v' Q( M2 G+ S" ]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6 o4 k- C& R1 E

    . O- h3 o# Y( {( X) ~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
    * c* O- D: B- [
    , @3 a" Q( i8 z; [& |* q6 C2 f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。4 s$ v. H  T6 A* y$ X
    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, i# `3 [% {" x) z4 p$ H
    $ e2 M3 E1 y5 F. {# f' e- {. f
    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。
      p8 @% c; f) i" }( N那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    2 Y. s: B8 k2 y" w8 O- n6 E- \# }) d9 M5 q
    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
    " q) ~- g. p9 B和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:' s( w8 M, Q  V+ Q1 ^& @* b
    2.1集成电路生产装备: |3 z" v' }' R) B( m4 P1 y
    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 Q' Q4 j( ^4 W9 x* a) o& O# I
    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/ H& ?) M# N" ?% I6 q
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    3 [& R# p8 x4 j3 `/ B( o7 t2.1.4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
    - ]  R  X" f' G# {& I2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm% b# ?2 v2 i' f2 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
    9 ?1 Z, L  C2 f- o0 _8 K6 H2.1.7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%6 F+ i! Q! a. F; C
    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:0.5~30mA7 L& c9 M* y, m8 z# R7 b  y1 |& f
    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7 l' D7 W5 [1 F/ {( g7 Q
    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°
    ; o6 p+ k$ k# j& }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  \0 q0 T  j* ~, P
    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/ L5 p7 z4 y. y0 ~% G- ^
    2.1.13化学机械抛光机 : `) R4 H9 O) R- K6 s& z$ ]( `
        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# M/ J* ]" e* r& l
        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/min0 e. H: S, Y" @5 x7 x6 E
        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
      F: W, R) L) M. O    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/min6 e& b, o$ _/ h. f1 V4 h* |
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm+ ^& r8 d$ f/ a# w: l% l3 P6 O! ~
    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@>30nm2 u3 _  Q0 E$ I( C3 r7 N, Q
    * x. G$ L1 C% T3 w/ v0 \* J( x( s+ M
    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。
    $ g2 J6 }1 Q$ Q9 p

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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, {. c4 ^8 R3 C  v6 Z; L/ F9 Y+ j$ h/ 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 ...

    9 n7 ~4 {/ z+ ?0 ?# j: L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 21:196 A- W4 C4 N9 ~2 a2 K& g
    感谢感谢0 v1 X) S' p( Y3 H

    + [. T( f( L9 V( ?4 ^0 b- U6 k2 Y% c5 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≤ ...

    + h( {/ _  x8 v7 Q' N. D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!# C3 T6 c% A# k: C
    * C/ o6 U) D1 O* k% A0 N3 D$ }
    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。: u) e3 o7 l" |
    ) V1 p. E7 a7 ]4 m* o
    1、内行人一看就知道,还在65nm
    6 H- W8 V7 i  R; i% g* e: I9 A2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    % @, B6 G; e, y7 A5 P, x3、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8 S3 U- N2 g" Z6 B+ E5 h" J; h
    , j& u+ G, j7 t. q4 B2 q# j
    然后就要等EUV了。# V2 i" E  P8 i( c! @4 L

    ( D, Y8 w1 O) o- E) k" I( X) c5 h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?7 m" j: q/ ^+ n
    1 ~9 Y* g0 }1 B) S0 n. Q( U
    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
    8 Z1 H  t1 u/ u. B1 O9 o; }- Q0 h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!
    6 S' [9 w0 Y# a5 r( R4 K% `8 j: ~5 g. v' u
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    " p- p% B8 S6 O3 T1 i不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    # k" {, `, u' H& M, ]9 p
    ' L, D2 E9 [% `: A' }: W  N" L" W. }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。
    + ?& g7 l8 [, ~1 k/ z7 J2 a2 O
    7 }1 U" i. P4 G5 s& \) s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。
    ) G. P) b+ a2 P5 M/ U5 O) o3 ?5 {% }
    % C1 i1 e; G3 k& d4 F5 M
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。0 N# t7 a, O% Z4 g6 v2 k3 G9 w/ \

    9 @  {# I' s# k, b+ p) {7 n) H; S
    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
    : c) X6 v5 v2 w' h9 oEUV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。 ...
    0 q  v$ L+ G0 y9 j5 G' i, G. M# z
    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  a* N, {1 X6 s7 q) E% P8 n
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。. Z# Q% z- {, o' s1 m; M

    4 w5 t$ U$ ]1 ^; J) t1 S从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    - `# n% \) ^$ S- x* h% n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 11:213 N& ]) C: x  Y
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    % F4 x& A& `* x5 v$ L: d9 w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% ^: v& l0 |( H, l
    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。 ...

    / |* u7 j( K/ S是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
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     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$ s+ x, H$ I  ^! r& w' ]
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    ! g" G9 J) u& D  n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. I, n& w: n9 f& C( ^, v3 G我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
      M- J0 Y5 _5 q
    0 Z8 J- M% ?1 r% {9 Rhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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