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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 % ]7 v/ K3 _' u9 V( v

    8 D' ~. D* a2 T3 E( G+ j4 e3 W5 ?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。
    $ L  U- h2 v) X! Q& B0 C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。$ ?- |! F  K7 J* W/ k: v
    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:
    : E8 _$ c. o% D2 s1. 表面清洗
    1 q8 W9 G% @/ F4 U7 Q% Y6 x2. 预处理
    " K& O* A7 q0 r1 R9 ]3. 甩胶
    8 J+ V0 e6 {! ~+ i4. 曝光% K2 d0 F- |# e( ]9 A
    5. develop(显影?)
    $ @+ t( e: [0 v( Q( J6. 刻蚀/离子注入1 [; c5 O7 I) @9 J3 J/ h
    7. 去胶
    ; W: l% S) O4 S- q% L8 }' y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& c7 z4 w1 T- g- M: O3 C3 P
    : p& i$ @- ?' w$ M
    对于光刻机,公式演变为:1 d+ X& ~! D9 m, _0 b

      D8 a, ~$ \2 D9 M3 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:& n# M) Y0 `" o0 Y5 g$ p. s
    1. 436 nm (水银灯"g-line") 3 i8 {" `6 l0 l# d9 J
    2. 405 nm (水银灯"h-line") + ]" S+ H  ~8 _  \
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    3 r* w( J" C- U3 L  ^4. 248 nm (KrF激光)9 o- \  }. I; K$ `& k* ?/ o  ]
    5. 193 nm (ArF激光)
    " x  C3 v' o% c9 s/ j, [  _6 g5 |$ G6. 13.5 nm (EUV激光)
    ( M, Z0 H( z& Y9 g# D, p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。
    : a/ R! M" p& t4 H1 l3 y. s7 U; g3 F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:& @3 `6 M* r* B& o/ L5 ^
    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。, p! Z$ \8 e' S( `7 ?
    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。/ Q* ^% a' ^( D  }; m& k7 [) ?
    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。
    - M) {# W0 i7 z" \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。
    6 c6 k6 I% v- K, Q5 R
    0 L" `, ^5 l9 N2 u% W1 t/ u+ X1 J, R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 04:18
    % K+ \# v* `2 ^* g我还以为你才30多岁。。。

    5 J1 w: H1 `( 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。
    " t1 G0 _: J4 o- m# {  H
    9 y5 G# E. j+ p; G5 E; r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。; d+ d! L$ T. `3 r  R! f& L
    9 u3 |! U0 J3 M4 K
    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* @$ _, d; f1 r6 d2 \2 F5 k

    + T! H" f' d, Y4 c/ o6 ]6 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
    + q0 Z* y2 t6 X, r7 ~# N
    : d! W) W7 H1 j5 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。
    # H6 d* ^) `1 K( E8 |: U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 w$ N  p/ P* G* _0 Q) e% f" k9 i3 h$ {- i- O4 U) l
    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。
    : G! z' P# `$ g那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    * R- a) a9 ~' T& a% `! j# L
    # |! [5 ^# `9 Q- [$ U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.html5 I* y1 @2 z% R/ c1 G2 U
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    3 `4 ~9 J7 F1 @* Y- t2.1集成电路生产装备5 E3 K# r6 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
    . t& Y5 ~; p. Z" I: Y  Q. [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
    - A0 V. T6 C7 Z2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm' C  \8 Z+ Q% P
    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0 h. \; R4 k, A7 i9 }
    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; s, p; l- a; l% u# ^  U
    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
    + g* W5 a7 k# f" M. T# g0 \8 x2.1.7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%8 g, p& z1 g  B: C9 E" t5 L& i% s
    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
    4 V/ n$ j0 {/ V& N$ @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
    # u( s4 J" E9 g0 [) k% c2.1.10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 n& o6 S5 V/ b+ q& Z: S- _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
    3 \) \0 O1 X/ Z: Q  ^" p2 M2.1.12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
    $ K6 d4 c; w0 y7 O; _2.1.13化学机械抛光机
    4 f1 G, }7 ?7 O! w, q% u    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/min0 I7 W/ J' A, ~- w
        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: M8 `4 R9 u3 P8 q  Z
        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
    # |% o3 d( _/ A' C6 [& F9 ~5 F% s+ [    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% b  @) G7 }# q# 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
    9 i, ^- y2 t3 p  ]0 K! w2.1.15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@>30nm4 E- i3 x+ ~4 ]/ H+ A' w& b. q8 e+ }
    $ ~; ]" Y3 E2 |3 Z, l
    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: {( k6 E2 g% a: s

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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) _* ^, F$ L8 y7 t! G0 C* L+ e: a
    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, H5 Y. x, c2 S. F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
    # r3 v; Q3 V) M感谢感谢
    0 f- P" T4 k7 G0 J
    % D% n' u$ F9 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≤ ...
    2 U7 X+ Z0 o/ x" h; F  t
    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!
    $ e) j8 x: d) G" a1 t* i) q* t2 U# k9 A+ j+ z
    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。
    " @( J* B5 o7 `& s! z- A7 M+ k5 Y# K$ {1 G9 ^
    1、内行人一看就知道,还在65nm
    : ~$ F4 [! ?' Q2 w4 J2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm- m7 O& s. m. v
    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: b" l1 _6 [/ V
    ) q7 N% {  e) ]! h8 m3 g9 d) E
    然后就要等EUV了。
    ( u! p2 J" Z( \- O
    , o! [& v! D2 t' {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 S; P+ H% M; t+ ]$ U3 o( T9 I

    6 ]' R( D9 s0 r3 V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
    ; T7 q( V# d7 x3 A* `9 p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!
    ! x- u0 |9 I6 ]
    # d+ l# Z! F( T个人感觉:相比于前一阵 ...

    3 u: X. }' b: D! D! ?( `不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    ' f' b$ k* O8 H* Y
    $ u: [' w$ t6 n6 u) a) D7 t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。
    ( z) H6 R3 s7 ]; P6 f& d- c! ~% [) m  e  q- K. v
    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。
    6 A! V+ {& @. L0 f" C3 c
    4 f: ?: q* n3 l2 E% S/ h
    9 L2 R: Y' q* s, Z2 W& {) [SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    ) }1 d. t7 j3 w/ b& a
    7 |* t0 b9 Q% n$ Z1 w! N% U9 S. n/ F! K" h# r1 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
    5 U$ w0 `; ~- a. z, }# M$ {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。 ...
    * D1 f. g* L: w
    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
      h. L- r+ W5 c, E3 m2 W1 p" \" Z, C不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。! O0 r8 n6 B  k2 a/ J

    6 g: o3 y4 g2 u, _( \+ n7 G7 C$ Q从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    ' M/ \. }+ F- e0 K  R7 t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
    5 ~2 b  L& Y; G0 _: T4 ^5 z也就是说,EUV用浸水没有用?
    & ?: F- U1 a( `% j5 E- N
    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
    2 z6 J9 p- R) B  o5 F3 d8 n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。 ...
    ) E- e4 b1 ^1 F* Z/ m( p3 c8 m( W
    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! e: Z  C( F( v% ?+ ^, F
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    ) h$ \! Z( I7 @. P$ X/ 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。* w& c; B5 u" A; a  X- a
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    6 u7 Y. }7 B7 ~  P2 a; J1 q7 C1 q5 a* A: E' W7 ]8 G
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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