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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 ( E$ [( m" G" @- z2 s4 J8 Q
    ; }7 N- k" I1 k) L/ ]  p% N- K
    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。
    4 N: U# P. ~4 R$ e0 |0 `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 a; o6 N- ]  m! ?( }0 a3 |
    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:
    : j) p7 O# {9 V1. 表面清洗
    9 W% @8 c* K8 j. j6 F2. 预处理
    9 o/ J9 R; g+ O- `0 R3. 甩胶
    % E: s3 C* h6 w# W; j+ t4. 曝光" m% N/ r+ R9 s1 ]+ ]
    5. develop(显影?)/ T& q' ?1 p1 k* n; L9 c- q
    6. 刻蚀/离子注入
    : p0 W8 w. o% n+ p3 f! A7. 去胶' x; ?# u: w* l$ t
    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:5 ], p# z/ m: D5 `8 X
    5 T! r7 F% k4 C
    对于光刻机,公式演变为:/ @" u7 `2 K; K  I

    & C; _2 D* o$ O9 N. U6 b& |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:
    * y3 y; |+ D' @6 |/ D+ e+ W. t1. 436 nm (水银灯"g-line")
    % C' k2 |8 u" V6 V* i2. 405 nm (水银灯"h-line")
    1 B/ O0 H, {4 s. ]3 l6 |3. 365 nm (水银灯"i-line")/ {& R; `* p1 D' w) M
    4. 248 nm (KrF激光)+ x( @; R+ @/ _$ @5 u6 U; z
    5. 193 nm (ArF激光)
    ! s2 b% w. c0 T. W6. 13.5 nm (EUV激光)
    : f0 w2 u0 L" F  S7 i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。
      e* k8 B' n% K# z2 a% w7 T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:
    2 h  `) a7 T$ D" b* Z3 t$ l1. 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。
    / G' ?, O. h5 j2. 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。& x1 j" d. c5 N/ J: [
    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。
    8 V3 {; x  _* S* x4. 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。4 y- Q. b1 v0 L, E

    1 L) T6 q" j. h7 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
    昨天 06:05
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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
    23 分钟前
  • 签到天数: 3432 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
    - y; s+ F; N& B% J我还以为你才30多岁。。。
    2 c! n  x' n# O5 T
    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。1 k: c8 ~9 S* i/ O4 y  ], o

    : f# I, d9 ?# Z( G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。
    % q  p8 s% q/ P2 l4 q! ]. v, h. c1 `1 q3 [5 c1 D6 c/ Q" ]' g0 H/ J
    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. J/ K. `5 H8 T( j  o
    4 T$ L" j" k# f7 J! `. 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  ]% Y0 o, r) S0 k* o( [

    + `" r. ^" a3 X( l3 O" T6 ~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。$ V5 g+ Q' l3 q+ O; L$ a, q8 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
    - R& c- ^0 W+ y
    ) A$ c4 Z9 N3 o6 g  s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。9 b9 q( G  n1 T( z
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。: N: D* M; u) E  u4 N/ e3 K* B

    1 v: N9 B8 V9 s7 V' n. Z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. X7 l- g6 d8 _2 W) }! G2 Z
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:$ |" g" g  p4 r5 h6 J: u
    2.1集成电路生产装备
    5 f" j& n% Y6 {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
    # \( {! T! h/ t2 D9 S2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    / X& y# z8 P1 R: @4 W: G0 ]! @2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm6 _0 ^6 d9 }3 C& I/ m, B- S
    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  J; M* [  j( l5 Q$ I
    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
    % c' ]7 w* F' d& U$ T/ ^. e( O, t2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    ( e1 I$ |/ x9 d) Y2.1.7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$ ^6 n- }/ X. e3 b, s. 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:0.5~30mA
    9 E, a- q: Z6 n1 F. g# b2.1.9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/ G. L2 m: h; B. N4 t% |& T
    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°  k& i& p% X/ b! ?' q7 @
    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: K1 F5 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. r. r2 _1 k! O
    2.1.13化学机械抛光机
    ! _  k- j! [6 \1 p! \    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/min3 v5 Z! q. L: p% w0 S
        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
    + u7 {6 O6 ^. P6 ]8 V    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; L3 H4 P" {/ Q$ I: U/ 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
    6 E1 x- e* J4 p4 w6 ^+ n% O2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    5 Q" R8 `/ a: `) q# J: i" v4 M! 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- R$ t5 D! k4 z% O

    9 W  p2 D, K! ?) N% w# K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。) q# H! ^, }$ @) \' K5 q

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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
    2 ]7 |. ~3 G, `6 M3 F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 ...

    ; D, B, |" u9 E; x& e* g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
    . ]6 d7 w( Y0 o感谢感谢- a! `9 h: T& Z' H4 f

    2 U0 s- j8 r  D! J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≤ ...
    2 a5 n; A) V" M
    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!# N3 [# q2 k$ M' _) q' b
    ! G: N% {: ?; M4 {
    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。5 }( F8 E# `: U2 j0 O* y
      o/ s% M- P; _
    1、内行人一看就知道,还在65nm8 w1 b. w, n! t: F& K' Z
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    & w% N6 d; G/ t% S3、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 x+ Z; \2 y/ V, `1 f
    + f/ p' K/ j9 W" y然后就要等EUV了。: {+ i( j4 {6 {7 U3 B5 S7 Y' w! D
    , O" E! d, v0 V
    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?
    8 M5 m4 {' a' y- {- L. i4 _" x9 d) P& _6 f( 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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    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( U' S% l- J9 s. K
    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!+ u. s8 C9 ]- E' e  R( J2 V
    8 x9 U2 u% U/ y$ t9 q3 f. ]
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    - x0 C0 v5 T. B) W7 F/ E( w/ B
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    $ }" G7 z+ V0 k/ r
    8 Y3 X. Q: g9 D; |$ j: O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。
    4 W2 v" d: i+ D5 _( e+ Y+ [. o9 @! }  ^) w
    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。9 F- ~, o6 {) T
      I' R; T% k% R8 C
    , m: d) I5 l+ R6 q6 L) U4 B1 a
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。9 d2 `* m% N9 ?2 `! a4 V) e" \

    $ L& u+ x! E, l: n" p- \5 {# j3 T  L1 [/ o' y2 K8 C9 n6 w* p- i/ ?6 _
    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) t( Z+ D8 ?; i" s
    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。 ...
    2 P. W: Q$ W* o% g% Q; k
    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! H1 S8 u3 z0 ]
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。. [+ e! k+ W8 h' Z4 [+ w% ?
    9 d3 J/ ^% @0 }
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    ( V1 Y, K# D; u6 b
    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! k1 J( Z/ m% D) B
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    ! z- q7 n' G3 i1 g. C) ~+ Y5 W0 d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 14:386 \! }; c( @- M) q7 t0 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。 ...

    ! N3 C& J5 |, r% L. d3 M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  n. S: g7 U: [( o: C9 K
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    3 @2 |/ ?% ~0 u2 N
    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。
    7 q5 ~" y4 j" q1 F6 d$ s2 C0 [) o我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。" e, p: z4 z' y5 b3 x4 J
    7 i6 T( h3 E% C
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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