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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# M3 n+ S! s+ O3 @0 K, |3 `0 ~: q5 c: C4 ~8 e( S; A9 W. P" [
    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。9 P1 L( r- E' ]
    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。
    1 O9 X* u/ g; r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:
    ) M' o+ r0 m% |5 G* R" ?2 p7 G1. 表面清洗/ a5 j, o' N6 t: j
    2. 预处理
    % j% U& }7 w3 q3. 甩胶
    : o. l% \8 o( T4. 曝光
    6 |8 ]  D0 j; ?" |6 Q9 S5. develop(显影?): k$ j& w9 [4 q6 l. M
    6. 刻蚀/离子注入
    ! [6 o9 M* c6 ?2 f4 j7. 去胶
    1 M( I( M; j* V6 E. c! \4 W: l1 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:
    - A7 P, C  z" V% [8 E( i
    / q* _4 R0 M/ Q  m, I对于光刻机,公式演变为:
    0 X& S  Q' g3 C! \. w' p/ i
    % f: j9 |$ Z1 Z4 Y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:. h5 W& O1 t* U# z
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    1 _1 t8 K$ S2 H; b/ \! A/ F" [1 _: G2. 405 nm (水银灯"h-line")
    + B2 ?- t- v* j3. 365 nm (水银灯"i-line"). S: e$ ]+ z# }% M  j6 t
    4. 248 nm (KrF激光)$ b7 W9 D* l7 o* ]' A
    5. 193 nm (ArF激光)% i0 ^" c6 t& N3 g! ?% _9 `  }
    6. 13.5 nm (EUV激光)  e$ n6 g4 K' ?  e! E
    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。, h% r; f- F0 Q4 T5 K" N- @8 `
    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:
    0 Q  a# r  g+ R. d% T7 v, _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。
      L, h7 v3 X/ C) T, w, A$ B7 |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。
    2 X2 X& Y( T) c6 ]5 T" A" T3. 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。
    5 U2 r( N( c( R) i4. 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。
    5 t4 e8 ^6 S, G6 O4 A# p
    , e0 n, C- x2 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
    昨天 01:55
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    [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
    18 小时前
  • 签到天数: 3551 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
    2 O' j4 A- E' m* S' ]/ ?3 v我还以为你才30多岁。。。

    0 R' v. K- ]6 M! ~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。. F, q, H: j6 J4 S/ ]' k

    2 e/ m% z' f/ ^. x( b! s" p6 U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。
    % z; `* D6 x5 c- X  g/ t# J! ?6 l1 S6 B/ p, i* g, a8 Q5 z# y
    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$ [6 J+ I% J3 H0 L! Z: Z2 R

    ' d9 u' u1 `9 l. r4 c( G9 B8 F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& `6 G7 x: f5 b3 C2 Y+ u, W

    1 v3 ^; W- ~# y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。
    : B) A0 m+ v. k' v& C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- h4 p/ r7 B  s

    * d+ F; U' H4 Z" u; X* z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。
    0 N5 P8 j5 g3 L+ f- ?那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。9 S$ G" f, h9 ~" ?

    2 M5 e' [6 l0 f( }( o: Z8 H. }' w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, H' y; A! x$ h- W( k
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
      |0 q9 u! `) J2.1集成电路生产装备$ G# @0 ?; i( ^: P
    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8 w: {, D  w! a; a1 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
    : d% j& B0 J- T5 v2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    , V" @8 Z3 q: B* {5 H0 k; g; Y2.1.4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
    7 m* i1 q& U& q! \4 Z8 }9 h) X+ g) k2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm3 w2 }8 {% `- f* _  }9 s. L  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≤8nm& {3 o- W; C3 C% h) V  L2 B
    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%
    " ^: N1 G" W. ~0 K! R; p2.1.8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
    : x6 w$ ]) u2 m( r$ n0 i: W2.1.9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
    , v, i) h; a- o8 R4 P+ b6 Q9 R2.1.10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°
      ^5 j/ g, |1 U. M; @) G' P- J1 O* O2.1.11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 W9 V% k% N* h' W% Y6 v
    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+ M9 w) v% Q3 C6 y' P% g
    2.1.13化学机械抛光机 , X) j, i) S% h! e) \
        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 p( Y3 g7 T$ _0 |1 D+ z4 [$ ~    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; p0 c. s) c+ r8 h" j. i
        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; R# [. {1 t; `% ]1 q( D
        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
    # F9 k, c9 g$ E. M* ^8 _4 _2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    9 k# e  O% }: G6 h/ ]3 a2.1.15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@>30nm9 l  W7 C* m& M2 b1 W

    7 G3 o" I$ W, r% _3 o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。' s( h  z* s- 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
    . ]" I% R: X& E9 q. N/ o4 K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 H# _8 h6 g& J0 Y  z( p3 T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( W9 ^- e5 ?: j" P7 k
    感谢感谢
    . y, |% h1 U# g. n8 J4 a' `  d7 h3 E- O1 g
    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≤ ...

    7 s8 S0 l6 N2 e0 F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!/ O, u* q5 h, Q  p
    " l5 Y% G2 ]1 }5 W& Y9 `1 q9 n
    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。
    7 z, U" H5 m- T% V" B: s3 w0 a# w  y4 ]6 t
    1、内行人一看就知道,还在65nm7 J0 g8 C  g; R: G
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    2 c9 \' m& ?$ j, d& 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% s2 n. {1 s* i$ o  u! [/ s
    : a( X+ U' V+ \) G( j
    然后就要等EUV了。6 _6 N9 {/ N/ z  [/ H0 R$ ~: k
    # g5 G# x( m/ z5 x7 X/ s
    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?
    ' ]- @# _) _- ^0 I+ X4 z
    # x. j1 G* C" T; i- z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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    [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
    7 }9 {" n8 h& M  ?) K5 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!
    / m& m1 P5 A* i' K$ h0 h. Q2 A  o. G+ Q6 U( N" z+ d/ v4 C
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    ( n% i. M% v6 W7 F9 H& f) w- D# X
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    " I. m& g! m% n( O/ H# M' T6 \6 _% q! r: g
    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。
    8 ~) ]" @. L8 W" a9 z7 D& t9 ^  M6 C8 O' @3 f! j
    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。& h+ n% }; |! n4 |
    : }7 `1 G* `0 {/ x+ Z
    1 G* l/ d3 D' b$ o5 w
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    9 N2 m$ x; X0 y: P- ^
    ' I7 g& Q5 W; F3 K
    : [3 y6 ?+ M1 |" A# u/ x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 07:422 a1 F' \- _5 s/ u9 D4 p/ j
    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。 ...

    % C* r$ u. l  |9 _8 }$ Z" w) U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
    $ j) `" n; X" @1 I* O4 E7 ^2 J不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。5 k9 t& j& q7 c4 v* X3 _& Y( u7 q& ~

    % D% d7 B) ~- @' O从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    : f7 I3 {6 {" Y1 Z3 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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     楼主| 发表于 2024-9-17 04:38:44 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 11:214 h  Y3 B, }; c4 [1 E# i
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    3 _, X; s3 a" D* d# M) J8 O
    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
    / W8 I" [* n' Y0 ]( N" a4 L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。 ...

    ; ~! w9 p2 r$ ?$ _( A  r  V: u- R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
    5 }" y) j4 Z- f* B+ g: f是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    . m, U' z" n& R* b3 a0 |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。' z/ V1 C) U' f' d# n9 b' F
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    ) F" w2 a+ ]  f* p* r" `. i
    : X) m1 D4 Y9 N8 p" e9 N# G9 R* T$ Dhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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