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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 j# x2 _4 t. m( {% K1 A3 J7 h/ {* p% u
    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。
    - \- a9 Y1 a+ q- P- q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。: ?+ Q2 L3 Y7 ]: O# r
    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:
    " b- Q; k6 b* X4 J( f7 q9 r/ r1. 表面清洗" n' A- g; @& k. \1 W
    2. 预处理
    4 t) Z3 w# R" |3. 甩胶
    . E8 _! b) O7 A" L4. 曝光( C) P3 S8 E( |
    5. develop(显影?)
    : H* ~9 x) p, @# V6 d6 s, v6. 刻蚀/离子注入
    ( M  d9 t- |3 `- \- L9 J7. 去胶- A  _- w3 Z) k0 p3 h# a  k
    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:$ C& T3 x' w  D# e

    / y4 U" P: N5 V/ F) Z$ D3 S对于光刻机,公式演变为:
    3 S, J% P) s' P9 A% c4 A6 y0 N5 _/ J3 \& r# G' V2 A! k
    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 i# Z% Q8 j( x0 r  l; X
    1. 436 nm (水银灯"g-line")   T6 r3 P8 F+ P2 d) e
    2. 405 nm (水银灯"h-line") 7 }8 g8 S+ E7 f
    3. 365 nm (水银灯"i-line")8 Z( F$ N* f; H+ R
    4. 248 nm (KrF激光)
    : G$ W: K4 \) S5. 193 nm (ArF激光)! B, z0 v8 a: o& V8 u6 U% J9 N/ c
    6. 13.5 nm (EUV激光)
      D/ H- M5 Q  u; j- j, K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。
    " ]. f: _' `! D4 I: I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:
    7 Q6 d9 E' m/ A1. 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。* K! o$ o$ u6 H, t* H: D
    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。6 k: |/ C, w) I  ]/ b! z6 v, v
    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。
    * B8 j- ^; T; b  w1 e! w! q& {# s0 J4. 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。' @9 z  ?% e& d+ V% s0 {

    + z; K7 z8 d: e7 Q5 e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
    15 小时前
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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
    20 小时前
  • 签到天数: 3464 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
    . M3 G% D3 X) S我还以为你才30多岁。。。
    % Q1 w1 I$ g; h2 C; e
    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。
    . _" W0 \, w: |! p) `) F- B
    9 o+ o% B2 v  L9 w* t/ D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。. ]4 A9 I; e2 j  ?- I0 ?

    % \3 P+ C" e) Y8 [) E" 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
  • 签到天数: 1811 天

    [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
    0 Q3 V  V6 Z/ L# F: n* t
      J) q+ b# ^1 u% L8 u' K2 i; 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≤65nm;套刻≤8nm4 L$ C4 P) S2 f

    - }8 \; {2 B8 q+ }9 Z1 |$ 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。! D3 C- D9 h1 @, Z' K: p
    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
    ! U6 I! C. h. T* s' ]0 b  H! R
    . o4 t& ?/ q) }4 n; o% l% q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。# Z; y, A; c4 s6 S/ W
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。, W1 E* k2 y& L5 \3 Y
    1 B9 A! V: F9 t
    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% [+ _/ F; b0 P5 v  ~
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    0 A, h3 @: u8 N. r, U3 b2.1集成电路生产装备
    $ l5 U% z3 E6 u* L5 ?% A2.1.1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. R9 O5 ]( R5 W
    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
    - I& a6 w# n8 e% u; g; S" Z5 ]2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm  d* O8 U% s1 J1 e
    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
    ! ~" O$ m' H' s8 K1 a2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    ) R- K* E7 W6 x2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm0 P3 P( k2 i0 ^6 f* }
    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%
    " @& x' d! O4 b9 Y4 M, ]* z+ x( a2.1.8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
    ! E5 ?  o5 B, z/ x2.1.9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
    ; D  k/ j: t  A# T1 i, v$ `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°' o8 J% b9 C2 d1 w
    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
    # N* ~, ^) O) m2.1.12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# f$ Z  {2 w* D# q
    2.1.13化学机械抛光机 ! J+ S9 l+ T0 Y( k- \( \
        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 N3 H0 W7 f) n" \" G) [
        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/min7 D4 J3 a: C9 K2 U" |
        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
    % Q7 b" Z3 V" `9 U7 Y- }    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  n  H( b, y5 }) |  E1 K+ a
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm2 [! v/ h  P4 ?6 _$ y
    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( C8 F$ I' y. h' i' o

    $ B: B6 e1 o' J! i: S: r; D; 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。) V# x6 k0 w* R

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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/ b. p0 O" Y3 [5 V0 M
    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 t3 A& l& O* Z6 K: s! e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 21:19
    8 k; d7 J" b% l* Y! q8 l感谢感谢3 j" @$ N5 L, n- j% w3 b+ \
    " C0 C( ]1 z" m; h
    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≤ ...

    ) p2 y; f: \- V  l4 d8 `3 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!8 X& A; t; N- |

    , u. F4 `" b! S' v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。
    7 c  i$ N4 d, Q' ]) Y4 J4 v) D6 ?0 T! V( v3 c- J
    1、内行人一看就知道,还在65nm6 g1 H8 n, x5 {( |7 L6 X, C8 p
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    * i# V' s4 H& y/ E" m% H3、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/ \4 [- c6 ~! \' {, ~+ O

      B/ s2 b1 r& v# `1 P4 W, H然后就要等EUV了。
    : F9 B/ X; K6 O3 p8 e! X2 }3 H6 ~7 q) x/ p% 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?
    8 l2 o1 t+ s6 E" o( K4 i/ E: ?( y1 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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    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
    7 a  S7 ~9 \" O1 R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!4 n, k) b, e% J0 @

    , m4 `1 L) S5 D! \8 S9 |" u个人感觉:相比于前一阵 ...

    & C0 S3 e- j5 l  I8 z+ ]7 j不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。- Z3 r3 J( C& i6 X6 ~8 o

    ( }& W9 O1 H' e  y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。; `1 G0 x& `- ^' D0 h& _. Y( v
    . q! e9 n; h" [6 q$ u- ]" l. _
    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。
    % ^' u$ N2 N2 W" y. \$ n& I5 M$ V9 ~' u9 k! I
    * ^- k" v; t' h7 p8 b% }% V% j" O$ a
    + j+ g1 @. \9 V  _1 }/ r* Y+ S; ySAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。# S& j& t$ l$ ^/ [4 i7 X5 i

    ( N/ A9 z7 z. W4 b( p! a! k. I0 {. E3 E# k* J
    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
    7 v/ V5 `- G7 n" |) ?1 REUV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。 ...

    * _3 }$ y5 Y; _7 h# 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
    " m& t( B9 n; z. t不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    : G: ~) I+ j7 F
    , f/ w4 F* g' S; c% F8 s9 O! x从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    0 ?( w) C0 y7 p$ g/ Z9 |; 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 11:21" d: U/ r2 ?! Z8 N  h
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    ' W- C5 G/ s; _% ~; v, w  q9 S5 q
    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
    . n% l+ ?; j# Y2 S: u9 v- r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。 ...

    1 H+ J" y8 h1 I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
    4 i% x0 H% F- W0 ]' P' K: @7 H是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    7 e  O4 A- D7 z# d$ z# a% }- l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。
    # L/ o' p& @7 a/ j; ?我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    ) {4 Z: r) C& A# P
    0 d+ ]3 P$ U  ]* ^https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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