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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 g) f" L: l- b  r. _4 }) H
    ; Q+ x4 Z/ Z$ f4 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。
    5 d1 v8 V& D0 |$ b/ G0 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。6 n, O' m/ d; `! S7 }6 H, |
    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:
    9 R( u+ W$ {: L. z8 r! h1. 表面清洗" N& e) }4 ]/ f! `( b+ w& @5 B  |6 B
    2. 预处理
    , T0 G5 h1 I/ G3. 甩胶2 V3 l6 r  X/ e; ^% r% R5 |
    4. 曝光7 r& P" b8 U/ A6 r& T0 ^* W6 w
    5. develop(显影?)
    9 E& ?! Q; O1 q! j6 W; M6. 刻蚀/离子注入9 V% u6 o9 r4 g% B! B: }, |
    7. 去胶( j5 R  Q7 Y. W2 J) 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:3 Q% \  F& P% I4 p9 E4 {1 m
    ! L' W7 k" e# b4 X: T9 R
    对于光刻机,公式演变为:% D+ ?) W5 r$ H
    7 ?* q& G, t9 F! E# m% _
    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:/ [4 a4 A+ X  ?+ x+ {6 A
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    1 U4 ]7 @  T! G. n5 w' R2. 405 nm (水银灯"h-line") : x3 A4 T6 h, i8 f
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    2 K7 r8 G5 h: l, V* V1 R4. 248 nm (KrF激光)0 K, h2 [2 \  s4 z
    5. 193 nm (ArF激光)7 ]5 _% s$ o- d& {
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    0 O* q: o* m$ N" d, K) Y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。
    1 Q& ^7 y) p" y* W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:3 Q6 }; S) m" S' N1 ?8 j- K
    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。
    3 x  X1 s, L: Z# q" L9 t0 L9 e' b2. 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。
    ( u7 N9 Z' f- z0 Q' ]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。
    2 H; U9 c1 L3 D% P3 _/ }! q" \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。6 `4 M% v' w; @

    " b% o6 }1 X  [/ 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
    3 天前
  • 签到天数: 229 天

    [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
    2 小时前
  • 签到天数: 3269 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 04:18
    : G& s3 X" M- N6 d5 i, y5 @我还以为你才30多岁。。。
      [8 k" O6 a& q# a! A' E! t
    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。
    1 W* j9 A% d$ f% {3 L4 I' n) a/ c& A
    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。
    * p& c1 b4 k# Z, L/ n. z( D; a
    + F, F6 C6 G9 [6 U; S2 s% S凡是公开的,都是敌人无法阻挡的。

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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" W3 g% c7 o; g( n
    ! L( g+ d7 p3 ]" {' ?0 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≤8nm
    ; ^2 y2 f9 p+ E# o# I0 r/ E2 `2 K) W7 s& N
    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。
    , r; E% P; F7 N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
    3 x/ q! h, A8 k1 Y! d: }( [/ P1 j
    / T& o* h0 D$ L1 H- I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。
    % H$ r* Q/ u" D那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    ( J8 Y. A+ p* V% N/ N. p8 M! y' T/ G9 ~; A5 w
    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
    ) G& s5 l( j7 A) e和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:/ k" W: P5 |) a5 h' d% S! {# B( G
    2.1集成电路生产装备4 R: @/ `) @- A* n
    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
    1 T. C2 d: [2 f/ @* O& y+ K2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗2 n5 E  B: D8 G4 X7 t
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    " Z( Q1 Y' @7 p* I0 r& i4 d8 S% B: w2.1.4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6 V3 |# w7 P6 Z6 l5 s$ W* o
    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
    9 [+ D6 J& F% F& {2 \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
    4 m' k* y0 j7 A* j7 R' N' |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%
    / Y" @, P1 \$ g2.1.8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:0.5~30mA8 @' v+ n& ]! v7 W$ [% L
    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+ l" B" t; r8 [# T7 y9 G" W! |& d
    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°2 q( R# Y- n' R
    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4 _" ]# S. X- f" u0 T
    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' X0 I1 z, ~1 m
    2.1.13化学机械抛光机
    $ j) ^. {, l; z" o8 l0 d    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
    8 O0 ?9 C3 u" h' b/ 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
      o5 i! B( n# Q9 S* n& X% p    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/min5 T' l5 V8 x9 S! L. z
        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
    % c2 A, W1 E' }2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    * h3 R3 ]) B; q" {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
    6 x  |5 `: r* O
      q" G' f" M: D; @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。
    4 x3 W3 O* Y5 U

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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
    7 l4 W% n/ D- r+ n% G( N( ~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 ...
    7 e! D% q+ o( u7 n1 x
    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
    * A4 ]# k! P& Q- t5 a  ?" }# e感谢感谢
    + ~" H8 ]+ @- V% o5 v* o1 M4 y3 l
    6 L# w4 P1 e2 y. i6 W; 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≤ ...
    ( r2 ?3 `$ T5 `! N: \, 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!
    6 A) [7 ]% n6 K" f0 v) i7 v5 D  i* x% g% K( 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。
    ) @9 w- Z2 l1 J. J; V# J/ @, [  F4 |
    + j( |/ p' A" L+ W- Y" l, B; h# H" m1、内行人一看就知道,还在65nm' U% t2 W+ Q* [0 E: P. A) k' O
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    8 e5 L" n! T6 z- A: p( t2 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
    $ w3 V) x. Z9 o% {
    & z6 Q9 m* ]2 O0 H0 K然后就要等EUV了。
    2 X, n" {' n1 G8 c
    & ^' ?$ L4 i6 e- ~2 l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?9 Y7 I: V: @, r+ B' c$ }6 x

    ! y* H- w" }. z; m, D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* V3 p0 @- o8 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!
    3 w# ]! W2 q% d$ J3 ^7 I6 F% ^8 v& o9 H, U$ Q. w$ c
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    % e1 ^  l+ v' V+ S$ l# g不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    4 h9 b8 |) o1 Y8 ]& C% G$ R- p9 z
    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。
    ( E" s5 ]( Q% W  s* f% k6 H: E0 @% @  W$ a9 @1 t
    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。4 o/ m3 e" b6 q3 M9 m

    " b9 i. f/ B- ]* P  S
    : i0 h7 {3 i$ z) A* W/ K3 w) {SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。% }7 K3 a2 [- w& Y

    * B- I% ^* Z) N' d/ Q7 N1 |+ {& S
    3 k5 g6 g8 A7 A; k+ y, e6 {; a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
    3 r1 I' p: ^$ F* @2 ~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。 ...
    0 o% ^6 x7 t4 b, j
    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
      h. `2 ^1 k8 _+ M不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。7 [7 p- \6 L& x& e5 O  C
    5 b" `- _* _6 d( X- L
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    / u$ ^. ]! C) e/ V' P% F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
    $ V6 G2 L5 h2 k) A  F8 b) N也就是说,EUV用浸水没有用?
    3 P$ D& v% v% K" i
    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
    ( B, w9 ~6 [" G7 M% ]; D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。 ...

    $ f/ G. }/ y7 j: T3 v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
    & f# E/ T) v* }" U是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    ' D7 Y3 T' r2 I/ F- J5 ?- E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。+ D) S9 y5 {4 h1 a# t" \
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。, N# J9 S1 W! f: J
    / D% n; {% s+ b$ x0 A
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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