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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
    ( H5 {  ^1 Y+ r# p1 E3 s% A5 o* i. N' B2 Z& I2 {( 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。
    - U7 Z+ F; z& l1 r7 i! M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 m& |$ X- S: G+ Y$ p' d# `" 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:
    . n7 W4 E9 `$ A8 m3 ~4 R4 m5 @1. 表面清洗9 W% H& D- P0 r$ s
    2. 预处理6 V- w/ T4 ?) }' B
    3. 甩胶
    1 K1 M3 ^* N+ Y" r' L. }4. 曝光9 }1 Q& g2 a5 K: m- T+ ?. W4 S
    5. develop(显影?)8 i( C6 J" P, j3 m( Y' u9 v8 |3 Y( J
    6. 刻蚀/离子注入
    + N/ L, G& M' a, i7. 去胶
    # z6 w' b! I1 B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:
    0 D% h5 g4 |# k3 c' L. l4 m& H( M( p
    , `5 j7 u5 X7 e6 {& E: T& c对于光刻机,公式演变为:  T( f9 ], p  M; m
    7 F7 U5 t& W+ ?8 A1 H
    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:  d9 v" d* B0 P& |+ B: T
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    1 L6 D2 R. b1 Q: {& T2. 405 nm (水银灯"h-line") 4 z) p5 O! E$ I
    3. 365 nm (水银灯"i-line")4 S* S  R7 q, d5 |7 e* x$ S9 `, @
    4. 248 nm (KrF激光)
    3 F6 l0 s4 h% z1 D" [5. 193 nm (ArF激光). ]5 V, y' v# M1 I# T
    6. 13.5 nm (EUV激光)# {- a# F0 i& J; r3 U
    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。3 i2 n+ @. S. |( j# i, l  c( I
    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:
    $ E- `% H! d5 x, p( C8 X1. 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。( A3 ~" l* J  c* Z& Y
    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。% H! H% h3 o1 b$ G* T) X) O% n0 q
    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。' h9 B, ?$ x+ R1 y- ?
    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。% s6 M8 m* N' [
    2 @/ Z6 D. m$ S$ W. t) |
    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 01:47
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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
    5 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 04:18( W5 B. \; W0 S: _
    我还以为你才30多岁。。。

    5 ]7 c9 S" h: m; J9 c: b% R& O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。
    ) G8 @9 _: ~9 {) I* j1 e  u; @$ p) R. O7 O% M+ J; o! ]- d8 n( `
    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。  ?1 l8 i! R/ X6 T3 E6 n
    9 d: S$ \/ [, R) n: f
    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
    : h5 ^/ g/ E, l) D/ c; Y2 r0 q+ @1 c2 T% L! D+ A: u4 v+ ?
    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 K: t/ i' R1 h9 B" S  }- @0 h4 U( R
    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。9 O' I. X- M0 h9 O+ J
    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6 Y1 T5 @+ V7 o1 O; G( `- Y

    0 k. D8 s( f1 U4 h$ J0 o5 F4 `4 n% v; O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。
    % D5 Y5 M3 `0 L- u那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。: o- s! R3 T7 T  r  L  \8 c
    , |' L% a0 K0 U9 U7 a3 V" ]
    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
    ! e9 ~9 q2 X/ C1 y4 u和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:% h5 E7 _$ L  J# x5 E4 g! j
    2.1集成电路生产装备
    % `2 c& S5 o0 k% H# S2.1.1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
    ' P& ^2 M" N- [1 ~" M0 R1 ]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' ]5 V3 r8 ]( G+ H1 v/ U
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm0 R: i$ |2 @" s- P- c: d
    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9 c- r  ]+ a: [
    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! V  Z: l4 B. R/ m/ o2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm
    : y7 e2 @  }! I  j6 P2.1.7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%0 R" s  w8 z% ~/ i1 U5 v4 w2 u
    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:0.5~30mA
    7 o) G" ^1 }) v' o6 M# m4 n2.1.9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: R+ M) G' x2 P: A2 @
    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°
    0 M$ ^5 p: I8 r4 V& B2.1.11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 [  Y, D- L7 h0 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5 ?/ D6 ]( @% `( F5 ^+ [
    2.1.13化学机械抛光机
    4 W3 U& n6 _/ q) k% x3 z! M# P8 J    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; `- d1 P1 c% z$ y& S' B
        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
    ( |7 `1 B% H9 f; }: w    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
    , L1 J1 q; w- p; P; w9 u3 l# _0 Q    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" p/ U" F7 U2 w8 Y- `" l9 R
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    6 s/ D7 I1 G5 H- m' a, c) U9 H2.1.15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
    $ Q! f9 |; M6 u  p$ {! D8 T6 T# w/ n( S5 q0 a/ p5 @
    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。0 g* q$ @4 _' V; G7 i

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    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
    3 l2 n( Y* F8 _" 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 ...

    8 X2 Z" o% p5 {! }6 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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  • 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 21:190 T+ H9 K& w/ j
    感谢感谢
    $ z: U- }2 o. c/ q( U+ m# N
    ( q5 e7 S/ l* v/ R) }* l: 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≤ ...

      h$ q  l6 o' |% V( y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!
    : s- R/ @$ x7 u3 o: ?7 y  ]: ^- }6 S) Y8 i, G: T2 p+ N; t1 |6 R
    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。# T5 ]7 V; `; P7 L& H3 v2 P. E
    ; b5 v: D) b) W* D; n& h
    1、内行人一看就知道,还在65nm( s/ X* D. B/ _. Y. [
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    9 t0 z2 K2 o) P3、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
    2 Y  i) x" Q5 n! [) ]
    ( }) u2 K# Q6 v: r# ~然后就要等EUV了。
    2 s( _! ~0 p5 D
    # `) H) T: {1 X4 P8 ^! Q, x2 J) x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?  B) k6 q3 N1 P& c4 b, U

    3 f: d+ W  {, L) y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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    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 14:001 L8 O0 A8 `$ Q) o
    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!
    " |9 ?% r3 R# x# ^$ ?* {3 M' G& r& l. y# @! d  c
    个人感觉:相比于前一阵 ...
    7 {9 i) j+ [4 M* q6 S, \
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    : e% e" S1 R/ ?3 s' Q1 ^. t* [, k7 E+ f/ ?% L; c% l
    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。
      W. `2 D; B0 \+ A' y  f
    ( K* J" A  a9 }" B  W0 M9 i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。
    3 y5 V: P4 H3 I$ O: ]& A( ?+ w, |% b$ V* w1 M" v! U

    * e, A# R" J. eSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    2 K5 b- |- Y- N: J9 d' ~- ?$ X' ^8 U' e2 ]

    : i, r  i) ~+ \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
    . e. M% Y! }: B' t5 h: b! fEUV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。 ...
    & L0 v# h' ?) k. M8 o4 ?6 [
    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
    0 i7 [; j" `8 h不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。; P+ U$ c2 ~7 c, b8 A

    ! O/ [: X6 D$ o+ v+ [: S% f7 W1 ]从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    / @3 C* E5 q) r+ k
    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
    - r# C1 a$ h, A. ^- b也就是说,EUV用浸水没有用?
    ; A3 Y( p+ l& r3 V; 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" e$ V6 f3 C& v- L- c$ z4 T8 Z/ f
    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。 ...
    $ k8 ?# W: ]- k' i; m& H. o& _
    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
    / n0 g: N5 A4 w  R& I; y* z是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    0 W# d# |* n& v" I  ~9 G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。- y: J' r( H# y2 o9 p
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。+ ?! B6 |7 i9 y9 O; y5 W

    : O% @) h" v$ x% ~https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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