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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
    7 p- v" A# L  v  ]2 N
    * Z# H$ c' R1 U  I9 [$ e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。
      \3 O7 d) g7 j" Q' ?) q- t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。
    ( S+ g- j, D! A. X2 h. s1 N+ {$ ^) p# k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:
    . \7 A1 |. z5 P7 v- \1 t+ r$ P) t1. 表面清洗8 v5 n# ]& |  ?+ f9 P9 L
    2. 预处理
    # m/ |; E1 x- [: @! w3 q3. 甩胶
    * M* f. I0 D- [1 F# w5 w6 i" j4. 曝光3 H* G* D) g, G" d& k. m
    5. develop(显影?). q+ e# `& A/ s
    6. 刻蚀/离子注入* n; h8 l1 \; X$ D' z0 Y4 f
    7. 去胶6 l( V# s1 O* ^; c- C5 N! d4 D  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:% p  Y& w8 q* R7 V* A
    7 E& w8 R; ?' J
    对于光刻机,公式演变为:! d7 s, w0 u9 Y5 z7 R" S
    ) P: Z% C) U- ]- ~
    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:
    ' P* }1 J; W6 X1 @1. 436 nm (水银灯"g-line")
    5 U5 j/ D+ g1 s/ l9 u% m2. 405 nm (水银灯"h-line") / p4 m7 \* e& o4 o! n, V
    3. 365 nm (水银灯"i-line")0 O2 f% F% Q  J) v) x$ I% O  s. Y$ A
    4. 248 nm (KrF激光)+ `: k) T2 Z5 v: }8 m, A. _" u
    5. 193 nm (ArF激光)
    " n! }. I" Q6 a6 C6. 13.5 nm (EUV激光)
    8 a/ O2 |$ J. p: E2 K1 p5 }4 n4 T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。
    $ Q- _& y2 ?* F+ J8 O1 ~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:
    ) {9 K5 T0 ]; _+ ]9 X1. 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。
    ' F* }) ?9 R! I6 Q$ \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。: x+ s7 |0 J. N9 W: G3 p/ }! g) r
    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。
    5 i5 i& I2 G9 @9 Z8 U4. 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。/ ?4 {- ~; Y  p7 Y4 x) g+ W3 w7 r# l
    # Q% V6 d6 ~5 P
    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
    1 小时前
  • 签到天数: 627 天

    [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
    5 小时前
  • 签到天数: 3792 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
  • 签到天数: 1811 天

    [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 04:182 k, V+ ^0 Z! \) f, i
    我还以为你才30多岁。。。

    ; Q& s* s& t  A: S( \- G& H$ W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
  • 签到天数: 17 天

    [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。
      A1 a0 e- m! l* k% Z5 J
    7 |  S2 q% H  l2 t, K. p6 ^! p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。
    ) O# t  A! \' C! @
    5 o0 s9 v7 M# O2 m0 ^, K. j/ N8 U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 k' T) |0 W# b9 r

    5 m2 G' w- X, e& T# 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≤65nm;套刻≤8nm% h, G. c, t9 h& z
    " z  E6 B: e+ J! x9 j: x
    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 n3 }7 b, z: H( u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
    4 p2 L' o, ~1 f2 o2 F# Y- q/ n
    & W7 t- k1 z  Q0 N7 P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。  @, ~3 m' q% a; I# P( t
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    + W5 ~, M4 _, `* `  Z! D% u9 h) F8 M$ ^' j; }8 S8 W$ v, o  Y7 c
    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
    - M/ ]; f7 @" s! W! U# R2 Z和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    4 c+ U! s7 J) ]" |) q* k$ b  G& A2.1集成电路生产装备
    2 f. ]- ^: O; {% `/ [1 T* ^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
    / n0 e% x; r6 k+ }3 a3 G2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    ( j4 S# z, {4 \( m4 u* H/ g+ q2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    , q5 d% v; @& U6 E7 Q2.1.4涂胶显影机 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层涂胶显影
    3 s) q4 l; k) e8 ]4 I" X2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    : }  h& V& O8 I/ ?% B- T2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm7 ~. [- J5 u( E
    2.1.7高能离子注入机 晶圆直径:300mm;注入均匀性≤0.5%;能量范围≥1MeV;能量纯度:99.9%( J  V) Q( p, i% W1 t' X. u4 q, P4 j
    2.1.8低能离子注入机 晶圆直径:300mm;能量范围:200eV~50KeV;注入剂量:5×10^13~5×10^16 ions/cm²;束流大小:0.5~30mA- {+ d1 i  w0 z5 ~7 H! o! E
    2.1.9等离子干法刻蚀机 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层刻蚀
    7 t( T* k" |3 J8 @$ @* k' ^2.1.10特种金属膜层刻蚀机刻蚀 晶圆规格:12英寸;CD1σ均匀性(片内、片间、批间)≤3%;MTJ特征CD:25~80nm;MTJ侧壁损伤≤2nm;MTJ侧壁陡直度≥80°
    , A# l8 I4 _! f( ^, k2.1.11化学气相沉积装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层沉积, }* P8 R7 p" e3 E' N! y
    2.1.12物理气相沉积装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层沉积
    1 w. o6 j5 m+ b: g& d. z/ E  e% Q2.1.13化学机械抛光机 ( r" y( }6 `" s, m! U
        铜抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于14nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率>5000Å/min
    3 n, J8 P$ \) A    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/min8 H/ q) [% \% B: L6 n
        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
      q0 b" f  }; t$ h6 q# \6 s' v    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/min1 I3 g% p6 a) d: \
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm4 G: }5 i& @: H
    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! J# `  B( e# V1 R( h8 S" ~

    ( C! y5 m6 _$ }' ^: O2 t# 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。8 l4 b& V6 w# l6 v7 G4 P  C- A

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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" @) p% B9 a( `6 m0 O
    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 ...

    2 w$ |1 B# G6 g( N* |  f# r& u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 J5 W. l) Q# W# D* n7 h
    感谢感谢
    . A' F: C; A! C2 v; V' a; d. c7 N# s, V- ^. m/ h8 T& K
    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≤ ...
    ) \: A; A* ]9 i4 D: v* o
    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!" h) [0 a1 y, D- o* Q3 ?/ j

      N& I- U, Q: [8 u; 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。
    # Q# P4 c  M! T/ ~
    % z! s/ ?, l& H: \9 D  {1、内行人一看就知道,还在65nm! F6 _7 e) A5 {' x! \- G5 v
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm: H9 R7 S% s: l/ P5 }( c
    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
    ! `9 a) [- ~, M) A5 F5 ^6 R7 Y( p8 q
    然后就要等EUV了。
    6 d# m, F, q1 O. {# A9 v! S0 A; q6 v' E  M8 v
    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?
    . K/ R  h7 ?* P" [
    % g$ m8 t& z+ V& `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 14:009 `9 [- d  W. B* `( z) 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!
    7 B0 }! R; M/ X; a/ C' z2 H2 G" n8 d) I  T# }; M
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    + f% L3 u  C3 K  J" e2 R0 @' [- ]
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    ( S; I4 x' ]" c, Y! r. V# k/ w+ e% Y+ y1 P
    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。
    5 Q0 m" _, G- j, T7 ^; c. I) a0 Y: a# Q
    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+ D( D( ~0 T2 t9 B- B) h
    8 U' G# H( k8 ^
    9 W- G4 F( Y' b$ u+ Q2 v# [! G8 _
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。  n$ n+ t3 X) h* U. Y$ T

    2 \; P9 m% c/ M
    : k, G* a9 I, D4 e! C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& i, E1 _- C8 c' Y7 H
    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。 ...
    . f! P8 G/ p" t3 J5 R  ?. K
    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
    % z! k. _) \* J% D' ~9 x不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    5 f' o9 {2 m( i! U( r, b
    + {7 C: E: G- |$ G从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    2 E% X3 f3 u# j2 c  j& |
    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* Y/ g# T6 L5 s, l. |% D
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    0 N) @* u$ _& D6 ~2 S; m8 w. 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。

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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, u& [* Q9 o" h* g+ B
    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。 ...
    " V' M. T. ]% F7 P  N
    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
    % ]2 m, |/ r8 `  T2 J6 c+ P2 l/ e是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    6 C! K1 ?$ b8 i2 i; }( s8 S
    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。) c) @2 N% A& [! {0 T5 D
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    % P) F) b/ w" {/ j8 g: u' Q) P5 D# U" H5 R- f, G6 S. k
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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