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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 % z+ l' P! d! n0 @6 H8 d$ b$ v

    1 Z5 ~7 r* }! N: B4 ~% S; [! G4 Z6 `7 _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。
      D+ I7 _' k9 {) V7 F$ C- 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。
    2 N& E$ R3 J8 E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:9 A, i; z5 i* k4 `" ?
    1. 表面清洗
    ; b! i  i1 H1 z8 g! f2. 预处理
    8 t# X/ h/ G" ?6 r! v, ~3. 甩胶
    4 @! I9 w; L/ G( Q+ r5 S/ h4. 曝光
    & K3 s/ x' p1 x/ o" R" {* f5. develop(显影?)
    4 u! w# @" n: }! j0 z. Y6. 刻蚀/离子注入
    9 @" x' J& Q' s* W$ d$ W. l7. 去胶* ^/ I3 |) U, r$ 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:
    1 ~7 |* l2 x) u2 f9 m  z- R0 ]
    : I% Q4 V+ G8 U  F, e& I; P对于光刻机,公式演变为:
      _: R- T: e, q9 ~* V  D2 C/ y/ v, w( z1 L
    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:9 n( `$ @3 Z( u( [$ W% o; c
    1. 436 nm (水银灯"g-line") % }1 H+ @: |! O$ F  s6 {
    2. 405 nm (水银灯"h-line") 5 `$ \, o2 q, F* [! k0 f1 |- v
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    2 X% m5 O( G: B5 {* m8 d. c4. 248 nm (KrF激光)- V: k; T. g7 p8 W$ x4 q7 B
    5. 193 nm (ArF激光)0 U1 Y1 s2 u& W
    6. 13.5 nm (EUV激光)3 w9 D/ a2 R) J% ~8 q% l
    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。" r$ Q7 B* H; ?+ O$ Y
    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:
    ' s2 d7 W& c  I0 w1. 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。1 c  [! ^* T& z4 J0 ^* }
    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。
    8 Y5 i* [/ X1 \+ ]* L/ i3. 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。
      F  k, c/ Y7 f" R% F. N- s* K1 a4. 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。- D" m9 d" W. N8 @
    & y9 m5 }. z4 G- b) x
    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 23:35
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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
    2025-10-6 22:20
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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
    4 m; k% W$ m% a8 h我还以为你才30多岁。。。
    ( s) o7 ~9 ^' N! v" G) ]5 h
    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。5 l: B# v5 S% [; \

    - N% t9 n! H/ L& W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。8 H5 d: F, t3 m# |

    / }* Y6 u& c. D" V/ D; m8 Z4 z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
    % F1 N$ A5 r  B1 B3 M+ N
    " f1 d( {! `* ~+ m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
    ( j9 V9 b% V' B; t& J9 m* q% e' w9 k: o( |
    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。1 m( T9 U* u$ d) s
    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. {: e/ _0 \2 ?8 H' M

    # h/ M2 T7 ?5 G& y. 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。
    " S% L$ C9 C9 Q! {0 [那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    6 O9 X4 d" q+ ]1 e2 G$ {7 X
    ( t' t& j$ f7 m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.html9 e- C6 s7 W9 H, P
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:: m$ {7 X' g! W6 |2 [4 o$ R  ^
    2.1集成电路生产装备
    % c/ b* t$ @- l9 O; ]  m# N' V2.1.1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
    % r' Y; f  L4 k. R2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    0 R7 l" |6 Y1 o6 w2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm- w& m: }( F9 [
    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
    # |$ i" t" f) s+ R2 G. \, U2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    7 `! W4 e+ s4 H2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm; z7 a' E6 j3 h; [4 G* r, w
    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%5 L) X% o, u( @* c4 u5 Y7 o
    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: \3 k7 v- u: B+ R. l
    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
    7 l$ m7 ]4 M) y; 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°3 X, X& C2 S1 P8 P
    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
    8 c7 m5 K3 {3 E2 f( }- I  Q; W2.1.12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
    * g( I0 r# A6 _* P2.1.13化学机械抛光机
    " c2 @9 v  m/ 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- u0 T1 ?6 e, I  v0 T
        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
    ' n0 m% o7 y, z" y; 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( b- P: P1 m! Q5 Q" m* j' V% U
        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
    ( {- {8 E! {( U8 t2 T- o) X, R2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm8 ^0 b0 {  v5 c2 C
    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- u3 J: ]% w/ {

    5 U; p' ]( N/ u. g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 u$ _, ?5 i2 E: p8 M% ~

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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
    6 }$ R/ D3 X& M4 B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 ...
    : w) U# y7 w# O5 _3 ]
    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/ l+ s* K' _7 }: H感谢感谢& [0 C" R8 {0 f8 E/ R2 F

    7 q* y* `- ^( k1 c' [1 s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≤ ...

    / ]  G; E; y6 l; s6 `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( D5 J; h( E% t: Y: W' b

    - Y2 B/ E. t/ n6 y+ E  e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。
    ) }( C2 f# w0 C$ \! w' ^) p5 ^
    % a4 O6 j  ?" X/ n) }8 j# r1、内行人一看就知道,还在65nm
    : k$ h7 ^7 }, ?- C$ I3 L4 u; ^& L. U2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    / m) i) n+ e% F8 }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" l% F& B% ]: m
    , g  P; P! X6 V$ g7 s9 T
    然后就要等EUV了。
    $ f/ ^1 E" L' e9 B. P. I$ ]+ e( m, c5 T8 B  U
    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?
    + v2 T9 f0 ^- U( y) d; H
    3 D8 O. d2 u4 S! y) k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 14:003 W5 q0 C- I, G2 d$ U, o% 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!
    % i5 X# p3 g' q0 D3 b3 c. b
    ' X( C* d4 `6 e( u9 f; k- \" b) n个人感觉:相比于前一阵 ...

    5 ?3 O5 M6 T/ d! W+ w/ [7 V不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    - _% O: F  W0 }% }
    / m( U7 w/ y6 I9 i2 Q- G+ l" s$ w4 w. j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。3 G8 m; D+ N* W

    / L& E  D, U  C; {% M% S. O' q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。+ O7 q% S$ {' ^1 ?

    ) ?, j  F) C- ^# D% c8 X" L; U
      d4 q1 S1 }! @3 C  Z  zSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    8 Z5 M' c1 c# C+ Q$ X5 V' d9 g9 O: R) L8 w3 u9 C/ V
    9 ~  I- _: V2 l; }
    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 X0 M' h/ a* q" G6 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。 ...

    6 u0 b( P6 n* v% a0 _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' g  a5 }* F- i0 e, |" ^
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。" Y9 m& X6 @( r# a0 J: h6 U

    9 x. [- k. i+ y3 Y' X* k  Z- E从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    ' @& T" h7 I. R0 t0 X& v; Q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
    " v! @% D2 E+ x也就是说,EUV用浸水没有用?

    & L, |$ Y# u) Y8 y( S9 s! [1 U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 14:381 F$ [+ C% m- 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。 ...
    : P' P+ {" k! G  j, n0 l
    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 12:395 M# e& [1 {: `/ q. q2 P/ Y/ g
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    $ Q- S) |+ ^( R( d* H( x  M0 P
    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 a0 u8 Y7 d
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。4 Y5 B$ g, t% ^9 j; ^" ~
    3 h( ?4 L. K+ p( p1 t) B
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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