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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 5 [& R: r7 m/ l
    7 _5 ^; e) G% y2 _/ `2 H
    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。
    ; s  [/ x5 e; F0 }" |- ?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。
    * _4 B5 ?6 s- c* _+ ]! y! i) 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:
    . T( D8 M1 z9 v1 |: O( I1. 表面清洗
    ) N4 m* U% ], A2. 预处理) ~' _! ~- k" B) m" O# G2 {
    3. 甩胶
    - h% {8 y4 q1 O% ~8 ~4. 曝光# r$ F  p1 T6 m$ U7 R2 }
    5. develop(显影?)
    & f+ S! I" e0 }3 I" I6 q, X5 `6. 刻蚀/离子注入9 {9 {( u8 l, f& X. S8 i
    7. 去胶% A$ A% G% U6 C
    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:
    ( L( }8 K! s  G' ]4 d: W& ?1 v' O+ ~$ H$ X4 k& g8 z. m! }0 c: N
    对于光刻机,公式演变为:  Q& G  [( d0 B/ k9 B" T( }1 L* o

    # H# u6 F! ^& X: Q/ K% f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:% o8 L0 ?9 d4 B8 @1 t
    1. 436 nm (水银灯"g-line") * C" A' x1 H% i3 x$ k8 ?' M5 G# l  ^
    2. 405 nm (水银灯"h-line")
    ( Y  c: _6 n7 g1 Q. x! ^3. 365 nm (水银灯"i-line")9 y4 d( F6 K* J  @
    4. 248 nm (KrF激光)
    % Q- X" y4 J1 S2 B* {9 x; Z5. 193 nm (ArF激光)
    - G, P. k5 s! I+ z5 z5 P. N6. 13.5 nm (EUV激光)
    ' M. d' f9 {' a1 _2 a- F+ ~) X' Y5 r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。3 b, Z1 h$ ~6 X5 ^/ R
    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:
    $ }/ E9 H0 J* t1. 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/ R, M) G0 `5 Y  i. X2. 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。7 q+ v$ h4 e. b( S0 R
    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。0 G9 d" a4 N/ |
    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。
    ) F. ^- t6 ?0 g) }# W
    ! O% E% ?# j$ S/ {" A1 v9 C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
    14 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
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    [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 04:182 t% w! h; |4 Y9 l2 i( {
    我还以为你才30多岁。。。
    " e5 e7 e0 P& s
    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。
    5 C, m' l7 t9 e$ f+ ~5 M2 W  R) `9 `+ p9 B2 e* f
    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。+ s& J3 U1 ~" ~
    4 ^5 w. f2 a* b7 C7 h9 V
    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1 v) \! D6 q8 f/ l6 s* M$ V

    1 s* q  G% K+ ~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" ?) l! t7 R) w% `/ j

    8 M1 L+ j9 K; `4 Z# I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" A$ @9 O  |" ?# i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 u8 R+ [& I. ?3 R- C& X' F
    6 U4 S" L8 \$ {9 O2 J, ~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; j: s" I( V8 E; N
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。9 O0 C, ^6 h5 A4 Y8 A* `# c7 t' X2 F
    + O& H) ]/ i! Y- a/ @- b
    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.html1 G, f3 G; B; m  z/ _, i
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:8 r2 g  |, m8 e) L$ q
    2.1集成电路生产装备
    + ~+ y6 I9 L9 `8 g2.1.1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
    / F- M' S/ r' }" j4 L. y# H2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗( _1 ?$ k$ D! u# Y( j1 A
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    - k# T+ N4 v# W  @2 Z8 w* S. L" i2.1.4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# T" z/ E$ k' ^
    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- Y, T4 j: L1 V6 K& M7 M! l! {
    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! G1 T; r5 x% N7 F; w
    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%
    / r! c8 h: ^8 E$ c) t& l! D2.1.8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 t- v) [7 ]' w+ h$ P
    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
    5 K' ]. e% G* y/ P. f2.1.10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°
    0 b- S5 M: f8 [/ h( D2.1.11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0 ]4 J" Q' ~# ]+ o1 c( g( d* w
    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" W! ]7 i* k6 {( l9 o2 B' Q" K# u6 r& D
    2.1.13化学机械抛光机
    * C- e: n) r7 r( u9 V    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
    * x8 j" c$ Q4 H/ p/ h    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
    : E( d. S' y% g" t- {) n. `- X    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
    7 [8 U+ U% \- M& h    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
    ; I* w$ R: G  F8 I  B4 T2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    + ?- P2 |  n- [; v2 }% d$ M2.1.15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@>30nm5 i+ T& Q. ~  c% o- u* L
    + v. I, J  A) N" u
    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。+ E$ F3 M8 J9 O! a$ P

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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 Z. g( W$ \8 P0 q2 A6 ?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 ...
    4 f/ D& k8 M$ c# \1 O
    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
      N/ e6 n0 N, V! G# A6 G/ }- W感谢感谢  S0 V, E# b5 \) Q9 s& X' v
    6 L' ^' p6 j& X' \* G# O
    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≤ ...

    ! T+ i' V$ j" R% W( y( A! q) |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!
    & l. y* ^  g6 _% R5 M& b; P
    * T; F- R& e4 |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。: X0 ~8 {' z6 F3 @' o
    ! p9 J* ^7 f$ ?( U& \7 Q
    1、内行人一看就知道,还在65nm
    ( X8 X" ]& j% e1 R" Q1 |2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    / m* q( k: J$ h: 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% a8 t5 ^3 a8 A! {1 @
    % b2 H0 g  _' O# D/ _, e
    然后就要等EUV了。6 x6 I2 e$ l. p) B
    4 Z( q! V' |1 |% u
    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?$ z% [4 j, q8 e# L
    " Z, L9 i: R& M+ H; y4 B. 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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    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# y$ L* E  v( S
    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!, w( f( [* R+ R0 v* D9 F. t

    ( t' k% C" [3 r9 k0 \% C. B/ N个人感觉:相比于前一阵 ...

    + n$ x, s* G) p5 G& T' `3 `不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    2 A7 r- K  u# U1 \
    ( v, d, f& D; {4 b5 w0 n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+ E3 K( }1 D7 m! {

    9 \; h5 {5 q2 i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。
    8 H3 S' L3 r. Z' E" M! l' [
    # {1 b4 F# r2 h. A6 u( l. w& V! ~0 w
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。0 |9 ^( P! R) A
    3 q0 F' s. h; m% c1 O3 [2 ~

    0 a; L4 F8 D# M" C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
    ) b# K7 e: S2 i! M0 iEUV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。 ...

    5 n& z0 O: M) m/ K* M( x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, p5 ~; w& `# X' u  G5 |  f
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。, Q6 ]+ G- I( ^: e. k9 K) @

    $ `/ b% e+ G0 |4 U  n; ^. @6 A从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    # |1 }' K1 Z+ _, Y- o& s. V  i
    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( s( ]5 {9 _: E8 \6 r1 @- q
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    8 U5 j8 X" T2 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( A. I/ z& [& A8 f9 M
    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。 ...
    ; q) u5 Z& G$ S7 u( L: F1 H1 B
    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 12:398 P8 p) F6 z# j' k; _4 U
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    " i0 W# m: @0 D  j5 h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。9 ?# o. `1 [. M' F$ P3 ?
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。4 {* @6 O( ]3 B* U$ d; t

    ! [2 r4 V* E+ M4 C# F6 T: V% O2 P$ chttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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