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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 ) n! O) i- _- ~+ m8 N+ u
    ' |* o$ |8 j/ x
    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。
    2 g4 J1 Y; K# e! Y0 h. d4 f9 q2 t2 e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。: q- N5 s( l/ n1 ~2 ]: x
    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:8 U+ f, m$ H& ]3 u8 |% A9 u
    1. 表面清洗: ?& h) O% z8 {7 b, N0 z
    2. 预处理$ w/ D# C3 ^5 f3 a! S. O6 b' L
    3. 甩胶. b* ], f; H( r4 i9 N
    4. 曝光) G- q$ L, g1 N: A  N: |
    5. develop(显影?)4 h6 z2 H' W3 e; V5 J
    6. 刻蚀/离子注入
    + _4 V3 Y; ?7 u4 h8 y7. 去胶
    $ A0 p& b" C5 k9 X4 d( s: f* e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:
    8 ?3 w0 m/ g( N; V6 n
    * s% R, v+ a: x1 P! ~对于光刻机,公式演变为:8 k5 V( E# ?4 a3 y

    ! U6 W6 r" U7 m) ~# D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 F5 ?# u" M. L8 z1. 436 nm (水银灯"g-line") # W) Q' U5 m; ]
    2. 405 nm (水银灯"h-line")
    ) t) W( x7 o; e& Q0 I' }3. 365 nm (水银灯"i-line")' i; ?9 g4 b! q& D
    4. 248 nm (KrF激光)
    ) D: b2 w7 c; z+ T$ |- a, {5. 193 nm (ArF激光)
    # X% |5 Y/ U0 B- g* t6. 13.5 nm (EUV激光)0 e: c" B+ _( C
    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。
    % H4 A+ Y" \& B5 T( P1 }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:
    - Z3 O# [/ _" Y9 E1. 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。0 U* ?- C7 _5 h9 \' l8 N& s
    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# m/ G! M" |/ ?8 X5 }
    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。
    # r) c$ h. T; n0 }! O4. 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。
    , S! e& j9 l+ {2 T% q" y/ ^
    5 G3 I9 Q# l9 M" A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 21:53
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    [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
    16 小时前
  • 签到天数: 3567 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$ k& M6 |' M, i$ P) t
    我还以为你才30多岁。。。
    % J9 O# G6 ~1 M5 q) p' m% B5 Z
    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。
    ! `; b$ O) S+ Z: [' l
    1 S4 G" L8 H, E8 M; z6 v( X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。3 H* x0 v: E0 R0 ?

    + |& R8 P$ p) H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
    8 I/ D. D5 F) u& K6 p/ q0 u5 y
    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
    5 h( c6 A" p9 N7 k) x/ W! U& c: G: U  c( G+ j
    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。' Z* u, T" R' A% C: L1 F7 R
    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  D8 {4 q6 e- N1 N
    & [, i4 m+ u8 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。2 G3 w: U/ g+ [3 }: J/ i  q5 \& M
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。6 q' l9 d2 y2 h8 W5 P( K0 h2 z8 x  N
    ' P8 x$ _* h$ {: a+ v  v
    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.html2 s( K* L6 Q" E0 [5 ?
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    ; X* ?$ k& t8 |- w/ f( b" C2.1集成电路生产装备3 J' O& k$ _5 Y  w
    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
    7 Y% X( z- R) p6 h' W5 ]  T2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    # ~6 Z. S( [( R, \/ m6 A, W& a: W2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm0 |6 M+ m8 w5 L
    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
    - C) W$ a6 `/ [% e+ S  S1 t$ d7 }9 o2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm1 c; i7 v5 Y8 B- r3 E
    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& Y- h" o$ M! }! _) t5 K3 p
    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%
      ~& F& N& x  }4 z( b2 j2.1.8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
    7 ^% w  A, a% w% w  i! A# c2.1.9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
    5 v1 L; v* \+ j) ~8 L$ v. J2.1.10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°
    - P) C% k1 s2 D1 O7 ~: F2.1.11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1 F0 j( @6 s8 {3 l: G; _0 T6 e
    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; \# M4 [/ F0 r2 c3 O: o! D7 x
    2.1.13化学机械抛光机 $ S3 u) U9 P* i& {: p8 b0 ], w
        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
    7 o9 f  n; m7 B, y' L& Y  t    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+ h& J1 ?2 k; X' b* \' y+ h; d
        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# B* N+ c- ~7 C; q+ M" C0 X  U
        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
    - g7 r' e8 D" D1 w2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    * y& q$ T% a% H- T8 S2 P- R1 Y2.1.15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
    - l4 D7 \$ l% J8 S# O9 c" C& |# q1 ]5 ~: N& q2 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。
    / f  `2 R% Q, R0 `

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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/ ?6 q6 F9 P- b! n2 C
    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 ...
    - \. ~! h: a0 V) h+ i  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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  • 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( B) p- Z4 I: T! W- t
    感谢感谢4 f5 [" }, |) `9 Y& U1 F* S
    & T! r* `4 ^5 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≤ ...
    ) @8 `/ V/ `6 M2 ]+ ]
    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!. D$ p, Y  v- l+ L5 s4 _5 E

    0 `4 [2 I# S' s6 N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。
    ' x) t2 m& P# N& r% I9 B! k
    6 z1 B) K) E( j: n3 K5 E, ?1、内行人一看就知道,还在65nm9 c. ~; {( c  Z: U4 j# @, n
    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% W, k, O9 u/ M3、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  C$ O3 {1 F0 A& C4 i* p
    $ j# g$ K! V4 X8 @" k) t
    然后就要等EUV了。( |8 S6 e' C" J) Z& d
    " w: f$ `4 n9 s8 ?  f$ `
    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 w+ h8 U( o8 v) y! r4 A( @

    2 a  h9 _. m# }3 u2 J1 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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    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: l6 h- a& ~; j6 }" 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 a: K) ?( r  A8 d6 K7 N! t
    : V* y, Q4 n; T/ k5 ?6 K. z/ j
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    : H- @% `' n5 |( ]: V! l" ~3 n8 x! t% R不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    2 P! P) C8 j. S
    0 |. Q) x/ l# E2 v9 m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 c- G+ S: x" L; h' Z5 w6 p7 P1 g, M+ `2 d
    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。* T! U4 S+ F1 W) G
    : |7 u/ A" D& r5 r, ]: {6 z
    9 m$ L3 w! X, C7 X( @
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    - x% j! I" ]9 r0 r+ T9 k, p7 j/ q; z9 A, @" V# c3 T3 e- i

    3 r2 l8 V! j( g' r% F+ i9 r+ {0 n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* [  J9 [& q% t
    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。 ...
    $ o; k* V1 j# K% U
    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+ t9 E5 W! Y' M  m
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。$ i9 @+ T& ?2 n' ~8 ?

    ( g6 @1 `, H3 F* \0 x7 b从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    ! y+ b! |! n% e- c+ S8 u
    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) A* @& C5 F, C( q6 y/ x6 B; b
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    8 L/ Q9 u  ^) T. o! n# h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
    8 i3 Q9 O& Q. M+ i* [0 k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 p/ q1 K& R/ E2 J1 F$ E$ _# e; `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 12:393 e& w0 y! K  H$ l
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    . l5 _' G% E$ z* \% M4 F" S- e! L- c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。3 k* j2 v% p  ~  }9 B7 y( ]9 V
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。; W& B+ L' A1 c/ ?
    ) a, c' F6 X1 z$ A4 W
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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