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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 3 ^% |* P6 @" h& t/ a

    9 M2 ]1 ^4 V0 j, P9 f# Y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 ~1 Y) l3 Y4 E7 k  q$ D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。; n0 e; z5 M* D5 R% y$ c) _3 g- V% D
    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:0 z8 L2 f; Q3 `2 p5 T( h' ]# b; X
    1. 表面清洗
    ! i. ?0 `4 U, V0 ^% \2. 预处理. t0 w( [# n( Y! L! M0 \
    3. 甩胶9 M; G$ O: l: J3 y
    4. 曝光
    - g; G* C* ]$ c2 H- U6 S5. develop(显影?)
    5 T8 ~, K6 `4 k. U3 s6. 刻蚀/离子注入. J8 ]( ]2 [$ \8 Q0 s/ F' l6 v
    7. 去胶9 B- g" R  N* L
    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:: X; K4 t% ~" z/ D6 p& K9 p' U2 y2 e' b
    9 }- K1 v* K9 C8 Z/ C7 u/ M- O2 m
    对于光刻机,公式演变为:4 ?# G7 `) m/ q8 d# W. `6 \) P
    & }) q- u6 N, W/ J$ W
    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:' j# d+ V6 q% G' u
    1. 436 nm (水银灯"g-line") 5 W" ?3 i4 A$ B
    2. 405 nm (水银灯"h-line") 7 V1 M, ^9 G; w9 p7 r4 ~5 }
    3. 365 nm (水银灯"i-line")! L* g& n1 j4 Q2 G4 r! ?( p( M
    4. 248 nm (KrF激光)
    / U, y" [. w2 q6 V; y) I" `9 E2 R5. 193 nm (ArF激光)
    9 E# e% B( w0 M4 D& I7 s! s6. 13.5 nm (EUV激光)
    : M' P% L% E) ]/ k: [/ H$ H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。8 c# i0 G1 F- R) [4 B5 y3 M
    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:9 G3 f* _: z+ v0 ^$ ?9 z
    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。0 f  P+ V; @# L. x
    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。
    5 J8 `" \8 U' Z3. 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。
    6 {* w$ {% u( [+ \, h4. 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。1 F  d8 L! m2 t# Y5 B0 }
    9 c4 a; |  W% m5 i
    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
  • 签到天数: 638 天

    [LV.9]渡劫

    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
    15 小时前
  • 签到天数: 3805 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 04:184 F+ `' x7 x: @  A% S
    我还以为你才30多岁。。。

    6 N' ~$ w/ z% Y6 m, r# J; D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。
    0 ?- c" }7 ]$ x8 M9 k& E2 V0 P9 L7 e. u( {$ m
    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。
    ; N4 v) k- w( M  `( N4 |+ M2 ]
    : T3 k7 J/ K. Z* c; g( ~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 I) ^4 K5 I! W, S/ y  p/ @9 _
    + s$ ]' r3 g4 p" g' l. D
    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
    ( R! m! S# F/ K9 @, J; o8 P5 ~2 h8 f8 M6 l1 E. @7 c! X' u9 f4 X
    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 v# m. B, T% s" {7 k* X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
    ' ~! o/ q# s0 u4 W$ A- Y! a1 y" \, @- ^# O; p0 r
    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。
    6 `& q; e2 a; \2 ]$ V那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    9 r# r  Y# q0 A  Q! x& w" }" W" g
      h0 T  f. X1 ]! ]' `: _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
    + A- Y- P' e+ s0 k+ r和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    + k2 m/ J, Z" O# z2 N- d2.1集成电路生产装备
    6 p0 c2 g% c& x- O. N& q2.1.1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  z8 H' [; j  a+ d2 h2 l& @
    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
    6 A, S0 l/ ?* J% V* i8 A% Z9 G2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    5 [. V2 V$ m2 W% ?' V2.1.4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/ L6 k1 ~5 W& @. c4 U& R
    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
    - l0 E9 ]! R6 C7 S2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm6 b8 a3 f6 [. A3 s
    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%
    2 ]: l6 P. u. s. r2.1.8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
    ) Q! U% T( _9 i4 Y4 \) W" 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
    2 ?/ t5 f5 S7 T% L5 A2.1.10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°
    / \" w( i. ^/ p( @7 }: z4 n- u2.1.11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
    % a5 O4 u3 k/ h  _& S2.1.12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 C: K0 F( D9 t2.1.13化学机械抛光机 % u8 A: a6 y# `% D- n
        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
    , L, x6 s1 b. a2 U    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$ a2 ~% k8 ]$ X1 @1 M1 {$ ^
        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
    1 _5 @( u& D' [7 y8 A    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
    9 V# B) |4 j2 C5 K+ P6 X2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm& v! e9 W; G% ~5 O
    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
    ' r, Z5 p+ N, u  k( D1 S$ ?& u
    $ a$ `1 ?) ]- Z( Z7 p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。
    2 M0 m) M! s5 [

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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
    # a  f% ?, v* g9 E, a5 q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 ...
    ) Y; n8 Y/ Q2 R1 v/ `5 Y$ n
    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
    & Q+ I7 w3 \8 I& x1 e0 [- d& M感谢感谢1 e* s9 m1 q3 I; n6 J4 p+ h

    6 u( W4 U, Z  O5 b% \) L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≤ ...
    3 e) J7 f3 r. N/ L5 z+ \8 w% p( n
    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!
    * l8 }3 _! [$ x# y( }
    * b5 }* w) r7 F+ ~- M) k1 |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。
    8 A& l6 p  j9 [6 P" n, L
    : y6 t! A3 S6 c8 I1、内行人一看就知道,还在65nm! ]1 g3 S2 m# ]+ F
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm' ^( R' O; u5 ^# L5 o; A
    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
    0 }) D% e; w& ?$ {/ v' k) U9 O+ a
    然后就要等EUV了。$ t3 ?+ k& }1 i' A/ m, ^

    : _$ i  y, j4 e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?  R6 j+ h$ u9 i* _' Q1 J# a

    . C- r+ R# r8 v3 i; O# `8 I0 X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
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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
    2 T+ `2 s3 s* {9 A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& m5 f6 X, {$ Y
    % L3 P0 u) a, x: @' ]- ^# H% ?
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    ' H$ l$ o; ]0 h6 Q' L
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    ( p7 d- P/ w, O% ]
    $ v- B2 n6 h3 E; ~( E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。; q0 v# N* _3 s  f, X' B; r
    6 v, K& Z) R# \& N* O2 b
    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。
    6 [; P! s6 C0 U/ [8 k8 r* L
    5 n" T* P2 l& J. f0 d. y3 y6 A3 Z/ s! A6 I/ s
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    1 Z: T+ N+ ?/ b' {
    0 v( D- ]4 ], _8 _% L/ U7 o: d: ^9 Y: K& @# h
    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
    6 G# E4 ~; H0 R' Y/ d, }! OEUV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。 ...
    9 O5 C4 L. r2 p3 ?6 Y& `
    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
    5 F" ?# N8 g; E: z- _不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。$ ?$ @0 |7 Y1 e5 R) z' L, z
    : k( Y/ C+ ]2 y* s
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    & U  {/ j- ?3 `" m3 S3 a
    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
    7 B9 `$ H9 b4 ~* K/ @3 g% D# t# a也就是说,EUV用浸水没有用?
    ) N+ k+ p' q# K/ C
    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
    9 P' b' V0 u* m$ }, e: Y/ K5 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。 ...
    $ y9 d1 o4 t$ R# D; L1 L, V( e
    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 12:396 O8 E. `  z- E5 ~2 M$ c
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    . S2 s- E' O+ d4 b! u/ b. ]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。' X2 t9 g1 x6 ?, e8 P. Q
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。! {( `$ c% `) f4 d( H

    9 a4 N( r% o( @- Shttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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