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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
    0 F' g2 L+ h# `* q9 Y. H/ z
    * G$ }% e2 S" ^( z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。( i4 S- [7 O. c
    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。$ o6 @$ |: N7 ]/ 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 A7 U! C( L) f1. 表面清洗
    / R2 {4 s: e( U/ Z# N' g2. 预处理
    ( d7 x1 q' {* n3. 甩胶
    5 R( o1 u* r1 N+ E+ [4. 曝光) j; q- m# A6 N4 E3 l( T# l8 p/ U
    5. develop(显影?)2 o/ U' W  Q/ D5 }$ ?! l
    6. 刻蚀/离子注入; c" P5 M% Z2 i6 U# X
    7. 去胶
    ( }- ]. W' l' f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: Y: t, N; o5 e
    3 D1 w8 m4 E) B4 k
    对于光刻机,公式演变为:
    % O3 h: [- Y) W5 J4 N) v" ]$ k* y0 A: J9 R1 `7 ^2 k( T! 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:8 g& o( F: p* y+ ~! y* ]7 O/ v* P
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    . ~$ i6 m: o* \) u5 G/ g& d2. 405 nm (水银灯"h-line")
    8 K( K4 z. m" y8 w  l3. 365 nm (水银灯"i-line"), Z2 v$ @7 A$ j  \$ w. m1 v/ Y1 r
    4. 248 nm (KrF激光)1 e/ m% ?0 ^7 c( x6 N% I
    5. 193 nm (ArF激光)5 z6 O9 N7 s& }! Q
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    3 _8 T  }) _+ F  S4 U5 ]4 n$ @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 r: {7 g5 d: T/ s) s  D3 L
    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:
    $ x1 j3 d7 f- W. ~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。
    + {" ?. {2 G1 A& S; i, f2. 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。
    2 J. [9 O/ T& B* b3. 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。
    * S4 m' s$ T; n1 S9 \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。
      Z, f: W8 \7 m! e5 [5 E" ^$ A! E
      X0 l- f6 E, O9 I0 @% h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 00:56
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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
    半小时前
  • 签到天数: 3428 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  R5 P, L0 y1 f
    我还以为你才30多岁。。。
    % U3 R8 z" Z. C& J* N8 B2 x( 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。
    / K3 \# W' n4 v& F8 i
    $ D! s2 Q) `: b/ S# `  l  t1 ~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% L/ @1 F" E& S
    ( _4 v3 D+ Y/ C) \& R/ U4 J
    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; e3 r. V$ g$ N5 [0 l( R

    9 g4 b7 `* _( J7 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
    6 _; S+ ?! V/ D* \3 m1 ^: a6 }. ], Z+ o& [! I4 \
    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, @4 m# ^; v" {4 T; [
    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 ~4 A: u5 R( M8 p" m5 ~5 Y  E; p* C9 ~" S4 g* Z9 l0 o) 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。9 l6 A3 \# r: P- Y* m6 L
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。+ A6 |/ U& U, R7 B3 Z1 W
    9 H: i8 w3 Q  I; }8 d& f' 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
    9 Y% f/ m3 \5 \和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:0 l  i. x/ z+ l4 [0 g  n' p( U
    2.1集成电路生产装备
    2 S7 |9 H1 \+ g3 k% w2.1.1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( f1 f/ w; f; C. {( G0 C8 a+ @8 }
    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
    ! V3 ], h. T9 c1 \: t% l2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm- L( m- e; m  p
    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
    ( \! {5 E" x7 \2 S4 }' m; N( g2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    ; |3 j$ ~: A; i$ z" Q2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    9 E5 d; T7 w. ]4 w) k' Y2.1.7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%2 ^% ^" g+ B3 l
    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
    $ x' |, M# ?: n1 ]! P* ^$ 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* ]; L3 U8 L( S! {& x
    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°  r+ K, o+ y' x! C' Q
    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! v8 K3 L& Z/ s5 T9 [' z
    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4 T: \6 q+ E0 Q. N
    2.1.13化学机械抛光机 0 s/ D6 w  i/ K' S
        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/min7 `5 a4 s, c, w" G6 z
        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
    2 A- i4 V' ?6 L4 A, t" C" t    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" y( d) F& y3 C/ W2 K& N% R& a
        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
    . x3 q& v8 k6 {3 l2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm; P" M  r+ U1 s: o7 _: R& W
    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@>30nm6 C' \3 ~3 p2 h% C* |, ^

    0 R% }% m6 X* T! Y& O$ U8 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。
    ' F, g  N( Y$ ^: t8 Y" Z

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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: U" m! |# D) e! ~$ T, v
    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 `$ x9 ~9 W# |) X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 21:196 v" y3 I* P  F0 O. ^4 v
    感谢感谢
    : M7 ]9 f  R$ o. e* s/ J1 ~  e9 N- d. 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≤ ...
    " v& x  b  G& e" ?8 n* P
    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, A- X# j. {" ?1 X

    " I; X7 I: L1 x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 _# O( u: v+ g# q5 H9 B
    7 l( C& ?% e. f, C8 i
    1、内行人一看就知道,还在65nm0 S. r  a* G, Q; r7 i. n- Z9 ]
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    : T$ k6 q+ B4 Z, O" {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
    3 g; U/ y" z6 N* e. r& m* w& D. |! N! U- U- K- Q/ t
    然后就要等EUV了。
    / k. V+ U: _1 g2 F) m0 E7 L9 a4 c* [3 Q7 B% a: ?6 M
    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?% m. I0 _; E2 j2 }) l

    ) x9 {% O+ h3 l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
    0 y5 ?9 h: N' L, P% B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 |% B* q0 W6 _, q9 ^3 |  K
    9 L6 Z7 I% @: Y# M5 }0 o个人感觉:相比于前一阵 ...
    6 ]/ g; i: o+ o  ]! i1 ]9 J6 V
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    + w/ f( \9 |0 C# m
    4 ^2 ?. Q8 X/ q3 V$ d) O4 X5 o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。
    * o( z; ]+ _$ j+ C- L: J9 f# p' g3 T+ I6 P' W- e. \
    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。7 }9 d2 Z4 P0 z9 f
    7 [, Q4 \( @# k- T4 A0 e/ m

    4 ^- N8 |- [" gSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    ' w$ R& V; u7 b( ?  m/ b  ]8 R
    0 p8 V8 Q# {! r% X9 ^; D/ ?
    / u) g1 @! c! f- a! n7 a- z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) u2 G7 p6 v/ q) h  Z( `
    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。 ...

    : e) U/ W3 K* h2 V& m) h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$ J% i7 t( `& R+ F
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。# [1 B: o: Z9 E3 G; `

    ! X# l/ e/ r6 @( N从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    # p0 O$ r2 c# \( o: g0 K, Z4 X
    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
    0 c. i* c4 `% e9 v8 K也就是说,EUV用浸水没有用?

    7 A2 B& P0 c! w+ z8 S5 |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" E/ t, Z. _# z0 B8 j
    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。 ...

    # \8 F3 z% L4 B8 r+ [; J. 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. {# f& F! s/ r; N7 i
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    8 B. e* f3 x7 f) t# T1 V
    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。8 V2 x! B, ]1 v$ U
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    + e: E, F0 i* q' B# ~3 }1 A  B# ~' o7 ^9 f0 w* `
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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