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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 $ ]; @4 I6 T0 ?7 ?: c

    2 A# z) l( O& Z( Y* |$ 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。/ r  V$ X, q3 n* A1 B
    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。
    " ^. i6 c2 M2 j( y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:
    # [( a% A0 }( ?* ~5 l8 I1. 表面清洗2 c0 u: b* l( b9 J0 {1 a! E! ]7 j
    2. 预处理, o. j5 h2 ]: J) T" y4 e! f
    3. 甩胶8 v1 g# W4 }2 i. x: m
    4. 曝光
    8 e# ^2 ^7 l/ V! N! G5. develop(显影?)7 R, O1 z' N$ d) J
    6. 刻蚀/离子注入# h9 {; j+ w/ Z9 y5 C- ?
    7. 去胶$ P, h  \1 t1 x. D( o! k0 E6 ]* n
    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:, {# n6 @& h8 {/ I) r, b6 t
    - Y2 j& G, n8 H3 Y' L7 M  f! q9 A
    对于光刻机,公式演变为:
    ) S2 h; ^# J* C
    , O6 T) c+ l" @1 j1 y, a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 u/ F: k, }# Z; n. J1. 436 nm (水银灯"g-line") & G8 P$ J8 y$ p% |
    2. 405 nm (水银灯"h-line")
    . y0 u% M$ s7 ~8 r7 s3 z3. 365 nm (水银灯"i-line")) I/ x- A. _( U3 j: i
    4. 248 nm (KrF激光)
    1 |6 y4 {; U- ^2 L/ I5 s" f5. 193 nm (ArF激光)
    9 a* w. N' F( N. U5 |6. 13.5 nm (EUV激光)
    0 b' U  H+ h. L- s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。
    & i5 f) ^3 y; A* F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:
    0 z9 W' j( E7 i, \! a7 y3 t5 K1. 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。" M- u9 x0 d& W1 ~  E  A- E! [
    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。
    % K/ b4 Z) C& d/ U0 I  ^6 B. u7 Z2 \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。
    9 u0 ?2 q* o! z, P8 }8 I# g. C' z1 T4. 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。# _8 I5 B- F9 r& Z6 C5 d
    # V" ^) w+ X  d) P5 Y5 P3 z
    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
    11 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
    14 小时前
  • 签到天数: 3408 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+ U: ?( M+ A. U9 c6 ^/ f' p  U
    我还以为你才30多岁。。。
    - J) U; Q7 G0 Z! p
    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。
    2 }+ ~) h4 A& ?. A( b
    " D8 G+ {% r# e3 J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。
    : z% A; J' K+ y7 ?  Y" f! {9 c8 U4 E8 R1 X  H1 l" n6 I
    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
    9 l* V% R" a" u5 `4 L# `" [. y5 E: y) i- I: {
    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( J' g) e6 V0 U% k  ^/ k
    5 v8 ]# N2 a7 T/ l, D, 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。
    4 T# s- ^; w3 ], R% q) u. C% G6 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
    ' |. S% ], m. x, Q" Y. R: y% _8 C/ D, v5 D
    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。
    + s* `. E6 b. C* G% v* w% ~% N那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。4 L3 A) `. f8 |0 v/ u( i( e
      J: x2 k* @3 t% d, ~5 l' h& ~
    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
    / B9 P. ^/ \6 O2 }! ]; q3 {和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:6 N$ f% `9 o+ _6 l2 s
    2.1集成电路生产装备. J. Q, s% W' {4 z! T8 W  u# M
    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
    4 ?% z  J% r5 R5 y0 C7 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% O  L: a: `: _$ U! s' L: b
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm+ R  x) x$ \, c+ n
    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
    4 k: C  @8 |1 S' 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
    2 ^8 U: I0 I$ o% d, @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 ^4 K. D0 Z% `/ \* A4 c
    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  P% ~" m/ R- ~7 e: s; ^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) E" e% R, n; k2 g
    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- M% U- F. y0 J% f5 \
    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°7 r" h+ w& M0 @) o: k
    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
    : }( {( i: T3 T3 m+ i$ 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 A4 U3 e0 V0 v; J0 Q1 [- [
    2.1.13化学机械抛光机
    ) Y$ E5 k' f# S: Y  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- r6 k1 Z9 F6 r9 k* \
        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% y& c' a. f+ e; O4 H
        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/min6 g& J; d# 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- e. V& ?* ]3 O/ r3 ?; Q! p
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    * u  L" \2 K1 a2.1.15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
    1 X1 U) p8 w0 f5 w) f- f, [2 f6 i, B% e1 ^2 ]1 a
    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。0 Z8 k, K. X! v3 @$ D

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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 ~1 P9 Z% e( P% u7 ^/ x+ G3 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 ...
    ! Z1 [, V9 @0 A" C: V
    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- p" d' s- R: g7 C+ `
    感谢感谢
    4 w, S" p; m2 B9 `5 R2 J& U8 v( G1 I$ X0 c/ T3 P0 p4 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≤ ...
    2 d( \* t! P: r7 }3 A6 v" T" M
    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!9 p7 K( C7 w2 u% }9 E& Z: X3 e
    % o6 H1 d$ w/ o0 x$ i- l- 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。  N' _7 d" q1 S2 E1 S

    6 W7 V% K( y, D( U* i7 y8 p, B1、内行人一看就知道,还在65nm
    0 {! _  S2 P; o2 X7 C. d2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    6 H, V$ ]9 K1 o% y. e6 L# T* _4 Q& {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( W) I) N% Z1 f; h* K& }5 t
    # |( A0 c! H! {* Q2 S# N% y6 E
    然后就要等EUV了。
    ) o/ R: `, J& V* ^7 R6 D4 [5 A& {3 G2 D! F7 ?6 W% @" 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?8 X; R- n- A# ^1 f

    4 p% H7 o1 `7 o3 N4 v) ^% r8 X/ Q) D% J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
  • 签到天数: 1811 天

    [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
    1 z3 k1 N. w( G( g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!
    ! a. C* _3 u7 W2 l% N
    # @! f8 K/ H; x1 o' p8 C个人感觉:相比于前一阵 ...
    " H# R) B6 G9 e* L  W2 s: \( y8 ]0 E0 X+ v
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。  b  e# F- h- E+ {  f$ U
    $ ]. Z" X& k! r
    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。
    % V  A1 v: W  y8 b" R* N$ v; n" ?" p( [1 h
    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。
    ; ~( n# \" d' a6 ?9 f& j
    ( J1 F2 L4 J- f* ^7 H1 W
    1 C' X4 M' K& A5 h$ nSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。2 a9 L4 N6 D- R

    3 L& ^, z$ ]8 x: C* m7 R; n" J6 y5 Q# u% m& w" n# a7 K1 Z' ]; 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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    发表于 2024-9-17 03:21:19 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 07:42
    2 N& n/ m& W) \  E& ^0 PEUV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。 ...
    8 g! E$ n' R3 P& Y& j2 _# T+ n# l
    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; V5 ?( f2 S7 |4 i: ?/ @
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    - j3 Y1 G* ^" O7 r* H$ l4 U
    6 O* f8 W' Q5 w7 z* m% f从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    % m3 R6 v7 c) Z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) I8 p1 a0 X0 m$ ~
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    " x( t, \! Z0 G: y( |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
    ; x8 x; X% t" @$ k# L+ R0 z" Z* w# 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。 ...
    9 L! s( j* [. y' w# X
    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
    ! i* v9 }) @' C. z. o  N& Z是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    ( T: T' e8 a) W! Z$ B( Z+ V! K
    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。* @* K5 u: d0 `7 a" ?
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。5 `* Y- t4 Q8 v5 Q) F7 [' t

    ; z& Z: Z0 M0 j# ^# N+ B/ Vhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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