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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 ! `( ^; f; c6 I/ }6 t1 k3 q

    ' x/ U1 r- p9 U3 ?1 s5 T' R* Q1 ^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。
    : `- a! j5 ]; \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。' w5 n/ A( ~: f5 p- @* e9 ?1 {
    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:; L4 K( M: c) `6 A% D
    1. 表面清洗
      Y& T4 G( t, v. J5 b3 z8 Y2. 预处理- p& Z& k6 T% @: r. T- `. B+ `! M
    3. 甩胶; \% q: @8 ^& S) v& U  x
    4. 曝光  B: j* Z9 k6 z" c0 a$ X
    5. develop(显影?)0 g( k" ]8 M9 p, a
    6. 刻蚀/离子注入
    " O0 f7 ]& j; w' x/ Z; m1 o6 o7. 去胶
    6 d7 ]' l: b, i( g- L, d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:
    7 x5 b1 ^9 m, t0 L" {8 |8 W$ i. R5 |, S7 N
    对于光刻机,公式演变为:. e' T  V2 a& R6 `( m
    * O: D( n& C7 J5 R
    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:
    9 n6 I: `" |9 y! l$ P0 Y7 o1. 436 nm (水银灯"g-line")
    ( Z; \) x: `5 B# S. s2. 405 nm (水银灯"h-line") . f0 P, G1 r4 ^- Y$ T* Y
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    % J  P+ @$ y. v& ?: E6 A  H! p4. 248 nm (KrF激光)& d: ^. ~5 i; x0 i" b) D6 [2 m
    5. 193 nm (ArF激光)2 ~0 g" N/ Y6 H+ M( L: L
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    , {; ]  n7 W' u2 [: s5 Z+ D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。. Y6 p" V  [! X4 h, |$ E
    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:
    . U0 I$ M5 n( L- z1. 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。7 A1 S6 M. i% d" G! G9 j0 W$ a7 F5 P
    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。0 j% P* c( W, z8 T' T5 n. X# m
    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- E% S. j3 y/ F7 Y, ]5 t
    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。
    ! k: @# \3 M  A! [) A+ W
    5 O" V) C# ]" r: G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 05:23
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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
    20 小时前
  • 签到天数: 3277 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
    ; y* ?2 F/ w8 w& e* L1 A6 e/ Y我还以为你才30多岁。。。
    ' k2 f, `! `7 X% b- h7 A
    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。
    / A1 @) u+ T) P% }3 O
    8 p7 m+ Z, `) [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。  i# x, E: J: m0 p5 K

    ; q6 r9 Y& B8 r6 D% }% [凡是公开的,都是敌人无法阻挡的。

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      发表于 6 天前
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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 @! S& B# A8 F/ S7 c
    1 K' h( e/ t, ?; F2 ?
    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
    0 `' f$ u1 h. G% ]9 U" D2 y. T3 r8 z1 b. h8 \* s
    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 Z) B8 {) \" E0 @$ R: q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4 u* O) ?2 {- }! m% a% r
    1 c  _1 D+ ]4 q$ Q' }) k# }7 F) e
    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。
    . e6 t) l' b6 f: N5 @$ @- i) M1 w那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    3 p6 D. z, D: s8 l9 b7 p
    6 u8 \/ m. a, Y2 t8 e6 p9 P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 X  Z+ @; l* b5 ]2 B1 r7 X  k
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:2 v! H* T" h/ H( n4 `2 i
    2.1集成电路生产装备
    & g6 A# C2 V( W. U0 J, I2.1.1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2 Z6 B9 ]& }5 n$ m( T- b
    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2 \4 R% l/ \  v" G! Z
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    $ p: d: u( F2 o9 i" v; [" G2.1.4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* S. Q# M3 n2 s. ], x" ?0 _
    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
    : p+ y$ Y9 _( x( y2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm: q+ P: ]! c5 l* p$ L1 m1 t$ 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%1 @1 A$ o0 J  U' K- @/ r
    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:0.5~30mA4 K  T1 A8 a+ E6 S( V: C& y0 a
    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
    " O- |( }, ?0 V2.1.10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°( X$ \  X9 c" z" v, H
    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& y# z9 F. I! S: ]
    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* l- K( I( M" z" E1 @4 |
    2.1.13化学机械抛光机 ) b2 s9 I3 A+ }, z& u" ?2 t" c# P6 F
        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 n0 C( S% v: }; |6 q+ 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- Y0 K6 N0 O7 s/ n1 U+ 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/min
    7 ^4 S1 S$ r" s" ^+ r    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* Y7 ?5 }0 s" _0 |! [2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    / A0 g8 z% m. f% S4 L! Z2.1.15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! o/ R' D# l* c0 r$ G% Q2 B
    + L. h$ G& ^. s* O# H8 k$ c9 \) H
    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。
    3 [7 o0 i6 y- U1 H/ b' 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% Q! A  R; A, E9 q5 a9 n, I8 P
    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 ...

    & E. g; h4 n$ e$ c/ O% M- A  `& l; D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 21:197 F. S& |: f9 z/ e3 n  G: V0 r
    感谢感谢6 q4 }% t2 ]* n& \# Y9 L/ c

    * }' j- g8 T8 W* 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≤ ...
      d2 i1 j# e  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!
    5 d& ^0 \8 {1 L7 M1 |' p9 `. t. w) g/ @6 ?
    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。
    3 V( f8 c% ?% I' ~. O/ ~. k: d
    ; J: j: F; c% m4 _- M8 E3 z& T# }1、内行人一看就知道,还在65nm. u& p  p# K' d% D. k, i
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    ) ?! f- }: Y1 q' J. X; f* c3、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
    4 N9 y9 n# I* t# c7 h8 {+ N% V, D) i) V6 r" f
    然后就要等EUV了。
      Q3 P2 Z# b/ v- i$ ^4 ^7 x: }# 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?
    % R3 N$ ~6 k$ `" Z4 [; |
    $ ]+ Z* I4 b8 G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
    2 o, i3 @4 ]2 B" s$ Z7 w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!
    - J! @# `; A2 r$ E4 O5 L% W
    $ f: ~7 P/ u1 W0 N5 q  A- r4 E个人感觉:相比于前一阵 ...

    : [6 N3 G6 R9 y5 @5 P, h" f不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    + t# f1 e- A+ K$ C* q
    . K; O# x, i) p0 j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。
    & Z) R0 K5 ~& R. f- t0 L9 H6 T* k/ D6 o6 Z: m
    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 H: `& R' v1 h) V
    : ?& T% C9 o% ]$ d9 K8 ^+ t1 ^
    5 D5 t, z& v% v! T7 y; u! @- o5 G* {SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    6 V. y+ w* y3 J& }# M# R- E2 |" S: w- i6 P3 h/ L& E

    " D5 `. p& v! N& ?, s5 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
    . }' q+ D+ k4 E3 J5 M7 U& @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。 ...
    4 l+ _7 n: {' j8 e. F
    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/ E# A- A* u! b
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。# T9 S1 @3 i/ K  N

    ' {0 |: f! S4 d. o( Y从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    , V  ~9 ]: f/ [2 A0 o
    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 11:210 m; P' `  g: u( L3 k* O
    也就是说,EUV用浸水没有用?
      m. E! [, ~* W0 W
    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
    & R% D3 p  K3 x6 O$ R# Z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。 ...
    ) A" j1 T+ U9 r" t& j& F
    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$ o1 d8 P2 T2 F是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    8 U  E: L6 _. H8 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。
    % K8 a! x7 X4 p" s, q/ s0 I' K5 k我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。5 u$ G# |3 G5 ^* H$ B
    9 t3 N" \' G& l# I5 J! p
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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