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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
    : p" B. |0 C: l- q  [  Y  _4 i/ z" p: T) c/ R' J; D, B7 X
    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。2 M: e! y. B; J
    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。
    # R" V! E5 Z) i! X  a+ Y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:
    + c/ o2 m1 \0 x6 C3 u1. 表面清洗) V( q$ G- D) y1 |/ N
    2. 预处理0 L! Q  U5 ]% G- Z* h: ^: t: u/ r. z6 C
    3. 甩胶
    8 Q( R6 }: T8 D4. 曝光
    0 \1 U# s- x/ @% j, v3 I% y! Z& n5. develop(显影?)- ]& y, |2 `2 j% b
    6. 刻蚀/离子注入
    - h+ u& T3 l8 {) [6 [. ~7. 去胶# k& l3 N/ H2 s3 {$ R7 u4 ]
    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:
    * k+ l6 n3 K, D. Y, a" r8 B# o- c4 g( D* R8 J" r, w) ^% \( l. N
    对于光刻机,公式演变为:7 U3 i* R- i. i4 a1 X4 m( C
    9 s) O4 h! I/ x( g- x
    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:5 R4 R/ f5 W+ N9 M$ ~9 k9 L& t
    1. 436 nm (水银灯"g-line") : a$ M$ r4 B7 ]) G, r
    2. 405 nm (水银灯"h-line")   q4 H& p, u8 h# w
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    * j' U' G# |, A4. 248 nm (KrF激光)& y. [6 N% i/ P1 b1 z
    5. 193 nm (ArF激光)
    * N- `  a' w1 ^$ p6. 13.5 nm (EUV激光)1 F8 z: c) j0 f( N
    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。* O0 a( b$ ~6 B
    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:) a# r8 x8 b& B8 R
    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。; r2 o2 g' D2 [7 M% p: Y4 t* @4 c
    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。( r0 |* v% S0 J4 @4 {% W6 s
    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。) P% J0 f8 }. P# _) i) A
    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。# h2 P1 o4 B& u$ d+ p0 d

    6 J: U+ P7 T  x/ k3 H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
    昨天 03:27
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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
    8 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 G% \! F0 X" b- e4 Z
    我还以为你才30多岁。。。
    7 [; J& g# c* c, ?0 _
    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。: x4 Y5 [6 _: [4 v/ z) _; U4 D. T
    ' @* U" t5 ~# C0 H$ H5 m' c
    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。. L  d  N1 B' I+ p" k( h
    ) r. j* H$ J1 e) G: G4 P
    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! g# ]4 J4 w, N* C3 n. F% G
    4 x" p: t/ ~: q( p
    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( i! b& F1 j+ E0 [0 z
    ' m) E* U  o# ^# f4 h
    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。
    & H- ^1 g/ Z% P$ F$ G% R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
    $ a* Q+ \, r  s( d* e( E2 Q( r% _. |' `9 R' C
    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。
    2 T3 a- M2 @/ t/ k; l2 E  |* S那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。: ^- ?" d4 {! d$ X2 |6 U% L8 {" p
    6 |6 o3 r; n0 M6 C$ U: ^2 D6 R
    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
    / m( K# R+ O8 n和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:) E2 A; S* S; y8 m
    2.1集成电路生产装备
    , }, w% H' f  Q/ O9 [. B/ E$ 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
    / t+ t7 J  {* ^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. X5 P" d" \. ]" R  p# n
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm6 J. b5 e6 C& ~+ H# P: [- u1 ~' x
    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
    1 {; n# Q- q5 `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≤25nm7 t+ m3 _# J1 z* X. k
    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≤8nm9 e9 r$ d6 W, x0 n: Y6 H& C
    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%
    $ G8 i/ S. |2 G2 T/ j2.1.8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
    ) j! P9 m: ^, C9 D& E& i2.1.9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4 E- d9 E" [2 e) z( j8 z& P+ }
    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°8 i+ w: o2 v, F# y
    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
    : i. v( W0 H; h, T0 }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: M- i6 C) Q3 W% p3 _# v
    2.1.13化学机械抛光机 % v" R! [; D4 t' I" i
        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
    , l1 `6 a  T/ I3 t- \4 r    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- E1 C& H7 M+ }
        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/ Q! g" K* {$ u& [0 w, |& ]
        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
    0 L% W# u0 A8 q; L! A, ]2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    . F. I( _# ~6 K/ ~1 M1 g2.1.15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, x$ e# w0 c; L3 s7 w; |/ l/ Z* u
    1 b; ]8 B1 b0 l; ~& Z' z
    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 T, q- l( L, [$ U8 C6 L- G  C$ O

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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
    + ?! _+ m6 W5 L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 f9 _% D6 X" o# H
    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
    3 }5 p" k' n5 L/ D2 c感谢感谢
    * _. F, G" n; d0 o4 l$ i. Q) E6 M% d% e+ [, 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≤ ...

    ' e+ C# N: R4 Z- Z0 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!
    6 L, w" L+ Z$ X
    . L! i8 l. C7 O' H& W( j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。2 c( y" r/ D; b$ f# }6 K

    . _3 }. s, C% ~, G1 j1 n1、内行人一看就知道,还在65nm7 D2 l0 \0 t4 o$ s' e
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm6 P4 K* F* G( }7 K2 P  ^
    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  Z  t. K, D- Q- C7 A
    5 ]# @2 V" n. `4 u
    然后就要等EUV了。
    # e6 d2 v% H. M8 f# V! a' S
    3 R! d" _$ T0 \6 j/ N( f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?
    $ q/ `$ \+ Y" j5 ]3 O" g8 e6 f9 w  N) J  o6 H$ |8 W
    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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    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
    5 _4 u5 n! y. M, r, _7 {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!
    ) y% r1 M5 l3 z# o3 V
    4 r5 e( i$ i# V0 {. E& F4 d5 u0 Z个人感觉:相比于前一阵 ...

    $ N' V' r# M8 A1 ~$ K不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    9 [& h) Y; l" N" E' u3 W0 a
    7 o' v) Z, }, ?) |1 A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。
    ' q( e: `1 t1 e! h0 w! j; d) @2 a5 S' |, A- ]! l8 }* R) J( l
    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* A, G# M- B; c9 |$ Z* C9 f' P) d$ j7 Z
    * R1 T! U8 L8 d4 t' }  ~9 r
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    7 i, `, @* `. ]- W  H( T7 m: A2 f) l6 p
    6 W. s) }1 t& o: T/ M
    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) M: R; s1 c, {2 ^0 e2 T' }# V9 e
    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。 ...

    & d$ d% A/ h7 p' Z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
    ' c7 }6 ^% }7 r! @  @, L不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。& n, Q) n7 u0 ^6 K% s: Z/ P
    ; r& V3 R$ R) v: H% W5 Q; f% t
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    2 ?3 r. S1 Q. i# @, N3 p5 P1 V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
    % y( F+ Q# d( _3 ^# V也就是说,EUV用浸水没有用?

    8 _6 ^, B- Y4 W/ z4 Z0 h( c1 e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
    4 Z' f  A: m9 l& S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。 ...

    7 |6 n) X# N/ k3 d0 l3 j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
    ! r5 q1 d, g* O% Z. _是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    - I# T/ P" U* `$ o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。
    - W+ U" z1 I+ x# v$ b我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。9 E1 ^, v. n* c3 b
    5 Y1 \3 J) y" _/ H* n
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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