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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
    , H$ K. `& @" `, B$ L, B
    & a4 r$ D; y$ u. @7 `/ G1 g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。3 I- `0 v  r4 o; ]. x9 i' r4 |3 ~
    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。0 Z  t! v6 A5 ^, Q, _
    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:
    ; G' F9 h9 u  X- r$ J4 e1. 表面清洗
    4 g% U6 S% a3 z! O+ U: j2. 预处理
    % D9 l2 A4 C" m$ D2 B0 x0 m3. 甩胶
    7 D5 _; g+ D8 \( m4. 曝光2 q2 ]: M* s/ c/ R
    5. develop(显影?)* Y" }- z0 C' p" N( @
    6. 刻蚀/离子注入% ~+ Z7 @, m, ~; F" @0 q, {
    7. 去胶
    9 W4 |- y2 m& D' ]5 X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:
    ( g) T3 t1 i6 w/ E* r
    3 W0 x  K; Y. f2 W1 U对于光刻机,公式演变为:
    5 H0 N* R6 x  U8 ^6 o
    % ?( S+ _2 m& `  v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:  c' K3 X- S( M1 T4 x7 D
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    # ]7 S; d3 Z- Z2. 405 nm (水银灯"h-line")
    3 D( |, `& y6 S. f( k3. 365 nm (水银灯"i-line")% ]( q0 O* z( |* H5 Y9 G/ n4 s
    4. 248 nm (KrF激光)
    . R: X+ m6 O* y. p0 ?& Z/ @7 q' d* M5. 193 nm (ArF激光)$ k* ~% [' c) F* ~4 {1 b0 ], l
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    , u+ n; y7 j' 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。7 P4 d( N/ |1 s# b5 j: `8 H- H
    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:" W& u, l% T3 h+ m/ b" E& ?
    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。9 Q2 L1 A8 u- A" l# K: _
    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。8 q* Z; d$ C5 P4 z% P. l
    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, s4 j# |- I9 }
    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。
    " _: Z8 U0 T5 K" D2 H. I( S9 p6 R0 ?0 e7 N" 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
    前天 21:25
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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
    3 小时前
  • 签到天数: 3262 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* t7 x- u8 C+ l0 _0 e5 [
    我还以为你才30多岁。。。

    ; Z* ~+ u# I: Y2 }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。
    % w: E9 C0 l, _6 X  U' ^4 e# d# |4 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。
    $ M0 i4 m# P+ u+ k8 u  ?" u0 J
    9 b% J# f( U& j. Q5 u$ u% ~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
    ' f8 D$ o# [  _' [, Y; u# h
    / a5 q& z3 O/ T: Y* ?. o" T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
    ! \! A2 t7 v4 z
    ; A* \' w) J1 U& C7 L+ c2 S6 g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。
    7 k, s5 q& p! O8 g& ?0 O5 k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6 q4 h' T6 p. R1 ]" z# |7 t

    " u+ H/ b. @# t3 _- 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。$ i- e6 k- T: l6 @0 ^) H
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    ( }# H3 o+ U. V8 m- |8 e% h3 C3 }: G0 }
    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
    0 o" }$ I6 g! z% d和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    # ]3 o+ O/ m/ V% e2.1集成电路生产装备- H- q+ b+ s5 i5 q" f/ F
    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6 C! m$ f5 K) T8 A' J: Q& r
    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3 d) y- d; W( [
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm# _4 Z6 m2 q# I( g, `: G2 @
    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
    , A$ u& `4 E0 k" {0 U6 b2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    9 O: q' \/ x! n# m. R2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm& q, p5 v* P* S* h; [
    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%6 n- n& {7 H# F
    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
    % z, b+ ?1 G2 K2.1.9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6 L# j" e2 p! z5 m1 {2 I* h3 e
    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°
    3 ~3 i7 U! o7 D5 Q! m, Q2.1.11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: x, [5 I- |/ u# J3 @( k6 r) }- K/ K
    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9 \8 B3 V  y* B. p9 j$ U" X
    2.1.13化学机械抛光机 2 f1 X7 Q. j0 [+ g5 S3 s
        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! t: T; p; m) \9 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/min; U, m9 P) q3 @$ C' W, ?
        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/min1 F. z) s) h8 j0 o
        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
    - P; n  z2 ]7 @: p5 c5 G, a  M2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    6 _7 e% o" \; P8 ?2 V2.1.15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
    " v+ _# `5 ?' v8 X
    , I2 u0 U, ~5 O$ h1 ~) \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。
    5 Y( ~. ^" v1 ~

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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
    5 |/ V. s% [) u* Y* a) a/ e" ?. w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 ...
    6 z: K, m. |) X! X% z+ k
    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 21:19
    # w9 a9 y; p( S3 x感谢感谢/ I, A1 y0 U! Q! B* B: I& Z
    2 G6 q2 m% F5 d& {+ D" x+ 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≤ ...
    1 p% v/ J+ m8 h% N1 i
    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" j7 g+ m' h$ E8 ]/ m# Q$ @& _- [

    ' Y4 c$ m; J8 K. K1 R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。- F" J2 p9 v3 P; A
    & U% b4 _0 o+ N0 M
    1、内行人一看就知道,还在65nm
    ; N- n4 X1 {' t2 f& b% x( v6 u1 I% N2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    3 J' j! ~- |1 q; ?+ J/ m! d3、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
    - N0 C: G2 t) {0 i9 q+ m# e$ V( g3 d$ [  Z
    然后就要等EUV了。, a  k4 d5 i6 _- @8 i, k" f' Y0 |

    $ [* T% S* `+ _' f, z0 R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?! A  O* Y* ^( c+ H7 \: k) N' D' l

    . a3 P* o# a; |" ~- g0 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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    [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 14:006 X3 q! U$ k6 ^% M4 B5 ?# b2 a8 X. C
    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!
    2 \4 G, n- r$ s0 T1 C& ]  c# {* ^$ `2 d
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    # i; F6 l( a2 F/ v- f
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。8 y" ]" d) X6 G& S; ^, T0 E
    $ Y2 J8 G6 `& W
    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。
    & D! Z: s4 @# F) b$ ?) g9 o" I' Y- r# g5 A8 j! g
    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。
    ) C% d4 o* y4 K1 c% @  ^/ T# H- d
    0 }( w; L6 \8 O* o( ]3 O" Q' V6 u* o( C6 [- L5 B7 @3 }
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    ! X" {: C+ I# g  G- L" `2 X7 N' x& T$ j* E

    * `! B3 h0 M2 k$ }3 a0 h* u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
    0 |& I4 b8 ?) k8 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。 ...
    6 U( r" `. O  Z/ M6 s
    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) P' I6 w2 J! M7 x3 Z6 {' \: v
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。* s$ Z) d! z' c7 F& I  n

    5 H) S! ?4 ^) z" Y) G' H& ~" _从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    ' s; X# E/ q( D1 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  g# W4 S2 E' j8 ]# j' ~
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    , o# K9 |9 y9 E7 s$ [- 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 14:389 C9 Q! A2 E6 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。 ...
    6 V0 j3 g: K; u  a4 d4 U
    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
    ( J2 ?: V4 T% L" p0 E" t是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    5 V4 j+ F; f7 P0 \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。
    " c3 Q+ r& z( o$ H8 s我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    $ i1 H! q0 Y1 R1 a& l/ e
    ) r2 |  L/ [2 ~4 }; }; f; ^, Lhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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