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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
    9 o6 q' c  I2 X/ [  g* M& g$ I! o$ Z4 C
    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! R  E! N! ^0 _+ 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。
    # d1 s0 t4 f$ f8 b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:# Y; Z- P* a& [5 Z7 i6 ?% g' T
    1. 表面清洗9 Z& p" x! h  |% _5 K0 V
    2. 预处理  W' }. n$ ^- M/ o  b% K6 \) @
    3. 甩胶- V/ o9 v4 o7 |
    4. 曝光
    # [* \/ M1 r# Q0 j2 [5. develop(显影?)
    5 n8 `: _; ~! S; v3 g' {6. 刻蚀/离子注入
    . G) b. v7 j: c4 j4 X7. 去胶
    1 i& L5 c6 Q; A/ f0 ]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:1 E* I3 E  X2 @6 S
    ' {$ a5 e) I- U9 b6 _8 f
    对于光刻机,公式演变为:8 _, f( ^, U3 d- O$ N# P$ h
    6 x2 H3 ?/ u* Z& _2 i4 `
    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:
    2 c5 q0 V! o8 z2 J, \" T' t, H! ^1. 436 nm (水银灯"g-line")
    * X/ ]2 g; ?/ o8 e2. 405 nm (水银灯"h-line")
    5 a, s  |4 H% M$ \, X% w3. 365 nm (水银灯"i-line")% ^/ u  y% N& o; N# x, }$ L
    4. 248 nm (KrF激光)$ y& x. x9 m# Z! E) p0 {
    5. 193 nm (ArF激光)
    3 U* X) s8 a; h; W, t6. 13.5 nm (EUV激光)( M) X* s- Y1 T4 J8 g
    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。: r( C' m. T0 x& L8 Q$ c
    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:
    + ?# v1 w2 `  m. w1 @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。
    # _) F& z. b& B6 Z( @! H$ z2. 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。$ |# N2 N+ y. e. r/ S# x! E
    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。7 D% r  D$ y6 X8 ^: a9 z
    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。2 l. V* ]/ T. ~- r# o% [4 m

    - n0 E# U0 l2 J' H% e7 B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 22:56
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    [LV.7]分神

    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
    8 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; J1 d8 O; C1 N5 I0 n
    我还以为你才30多岁。。。

    9 o3 r7 w1 }8 T3 x* L. s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 m7 B) p$ g5 e0 k( i
    3 W: t: A- R  j$ \' W" n- c- H
    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。
    7 E$ ]* V" R7 v, ]% @0 r, O
    * h" Y9 _' |5 j9 p: I凡是公开的,都是敌人无法阻挡的。

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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
    ' e  X( L  o+ f3 F6 s
    + F; R) `8 ]+ x0 _" I! w- W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 }3 R$ w; J& e( w8 \( \! A$ v! }1 Z* a* T- r1 K8 Y
    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。
    , b& v3 D, Z2 \6 @: X5 H8 D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
    ( a, h- Q0 \1 _9 X9 H8 l7 m/ s$ P2 R, h) j( j! {" n2 s" E
    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。2 N$ _1 p$ O% E3 R0 d/ }+ G  K3 k
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。8 F/ E/ H- p8 [- V$ T! x* e

    # g* x& ], @% u2 _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
    , J# u+ z3 y" \& F+ d/ D( \( m( l和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:% j  J" b. b: p8 i! |
    2.1集成电路生产装备
    4 ^# I7 E3 A1 W! X/ J2.1.1硅外延炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;应用材料:硅、锗硅
    8 Q4 d2 @( t* b7 J2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗7 ~* Z) d6 U4 O5 M
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm0 {& P. p7 q6 B8 N7 a
    2.1.4涂胶显影机 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层涂胶显影  G5 A5 B3 `( j: ~) X
    2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm( M; e) ~# ~* T/ l5 V
    2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm0 u3 Y9 E6 c* o
    2.1.7高能离子注入机 晶圆直径:300mm;注入均匀性≤0.5%;能量范围≥1MeV;能量纯度:99.9%' D" N! L$ n) J5 v8 f3 z) p' R
    2.1.8低能离子注入机 晶圆直径:300mm;能量范围:200eV~50KeV;注入剂量:5×10^13~5×10^16 ions/cm²;束流大小:0.5~30mA. }3 U; {& x0 Y1 C
    2.1.9等离子干法刻蚀机 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层刻蚀
    - ?4 Q4 D( g- B& V2 s* {# M- ]# y3 J2 G2.1.10特种金属膜层刻蚀机刻蚀 晶圆规格:12英寸;CD1σ均匀性(片内、片间、批间)≤3%;MTJ特征CD:25~80nm;MTJ侧壁损伤≤2nm;MTJ侧壁陡直度≥80°7 Q! e8 H7 Y/ F; J: h. W0 T+ [5 c) B
    2.1.11化学气相沉积装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层沉积
    ' k/ E, f! b( j$ Q  p2.1.12物理气相沉积装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;用于关键层沉积
    ) X/ h2 T9 p2 s" \7 `2.1.13化学机械抛光机 9 o8 V( G9 Q: {) y
        铜抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于14nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率>5000Å/min
    # J7 a: X$ s/ L) q- [$ z    钨抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于14nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率≥2000Å/min
    ! [8 G" U8 R4 h6 l/ f; L    铝抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率≥2500Å/min
    3 H9 k& G5 z! j9 G1 f    介质抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率≥1000Å/min# q! ^4 ?5 N: E/ r! M2 f2 Q8 B
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm4 |: v- p0 ~) \) o5 T( k
    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( f# i! `& n1 C3 M  }8 O8 M8 A8 v
    9 R5 h! _$ Z6 [, {. Z" R
    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。
    ) \! @7 N% x: J2 J! ]2 @/ F6 L! b' 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
    ( ]. {. Z- W3 ?3 W+ ]7 {+ |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 ...
    , p! X( _9 Y' C
    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 21:193 m5 [' y& V( n8 U
    感谢感谢
    ) \4 R( F+ ]$ W7 ~) }
    : ?- f4 j2 I9 u# s, }- B/ A. b% y# n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≤ ...
    ; y9 I4 M0 C* }  j8 i. j$ 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!  I% o) D* Z9 c( z3 n, `
    ) v8 {" j5 F# c9 L' Q& r5 S
    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。
    : A3 e8 u; c; u: S  f/ U) e" F  w2 ]2 A/ E* V' w: i
    1、内行人一看就知道,还在65nm  v3 b. y: a, F) G
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    ! [( j- S- P6 _. u! x0 ]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. R& ?3 {# q- a+ N: [8 y! ^. c: m+ `
    : ]% a. r& T" F3 K6 W3 r$ {: {
    然后就要等EUV了。
    + J; ~5 j8 }: n( ^2 z- Z6 j$ I5 R2 Y' Z" G" Z
    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?
    $ Q: y/ w( r, \) i. B# Z- j5 ^# J$ I: f3 G
    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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    [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
    % V, W3 n5 ^  o- M* y9 e$ ^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!
    ' _- s# x' d& P1 \5 ?# m7 I  D) E2 ^( g5 [3 Y6 @4 i( k
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    ; E/ ?( ?5 A: S5 ]+ X" Q不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    . Q5 J( h) {& o* ?
    8 c1 A3 {9 J1 z* U2 l0 N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。
    ( q( Y* |1 H4 I5 P, \0 \8 u: e6 I. K1 y, x" A! F8 a& a
    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。
    / B+ T, b8 H. E; T8 q2 [  q+ N6 x$ Y5 ]2 P3 }' i

    1 i. {/ m/ e- a; J3 N9 uSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。- m. Y. Z7 P1 |) o4 z# }. r9 x

    $ V# j' Y2 S$ z8 D$ c0 m0 u5 P8 q
    , o8 P& w9 q2 l& q" W6 P% ?, v" C+ Y* p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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    油菜: 5.0 给力: 5.0
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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: l$ Z" y& }" {
    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; g- t' j3 e, h' q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
    ! D# F' M4 }, x. {% u8 S不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    1 m' x" g* p8 ~9 l6 l
    4 M/ R% M6 f% d% N- |0 ]8 I# U从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    0 ]. j9 A' a3 W$ E$ c3 ~! Z) O$ P8 N/ p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, _/ m% B1 U  ^) Y+ u
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    * Y: s3 j* U7 m# 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。

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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 14:387 v' F$ ~9 n/ e" m$ e; S
    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。 ...

    9 W- l! i3 D" D" Q, D3 Q4 G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
      b2 }' G/ ?% l1 o+ @是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    ; d. M3 L+ `: e) 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。4 l" m; w) P7 H8 O. I
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。4 A. z+ k* E1 X1 w2 |
    $ V1 P* }- K% R( m: G# ^; `
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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