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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 : |( k9 ]' W  @% s8 o' [( H7 ^7 D

    2 ^# R/ b$ s2 _- 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。+ a' S. f  N, J
    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 A. a- U8 \! w8 s( k, p$ }1 ?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:" v' z: l0 L! J- _
    1. 表面清洗& I1 Y" X5 A' ^# m: e
    2. 预处理
    . a2 R1 e( Q; y! I* d, v3. 甩胶
    ) v# ^$ ]# c7 ]4 v, J  c' Y! S9 K: j4. 曝光2 M- Y5 X4 b8 t* ~& E
    5. develop(显影?)
    " J) S/ x4 a2 H6. 刻蚀/离子注入
    : X8 G4 p, z( n0 p; v1 p: k- Q2 q7. 去胶. w$ a2 z$ G# g! t. B* l. f
    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:; [$ `3 {3 T1 {( Z9 I# L. O  o

    + @: [( ^  \- x4 [对于光刻机,公式演变为:& G( |( u5 x  S

    ; V: }$ c* S* M- K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:/ J. i* H' O: [% u: x+ P: `- J2 ~2 [
    1. 436 nm (水银灯"g-line")   l6 v( Q+ @8 L! Y% z5 h. d
    2. 405 nm (水银灯"h-line")
    2 ^8 G$ ^5 Z- `3. 365 nm (水银灯"i-line"): k! q5 R# ^1 d& I: b, |- }1 r
    4. 248 nm (KrF激光)9 U, k) v& Y0 \* A5 _3 K# y$ Z
    5. 193 nm (ArF激光)- |3 d' H) u7 e( c' o+ Y
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    7 C% G& O* O9 ^7 \' _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。
    ) o# S; K0 X8 d& G% d& 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:
    : S) h' M& U: f" v, x  c  t8 L9 Z1. 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。
    + z1 e( w" y: G2 w2. 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。
    $ K& v5 \, h7 b  w5 m" _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。5 m: S. x% P2 T" J) w" ?
    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。* r6 w6 y7 [1 p3 z  D' Y

    ; Z+ D% b% w  Q0 `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
  • 签到天数: 3641 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
  • 签到天数: 1811 天

    [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
    * |- p6 e8 {9 u+ _% i( I我还以为你才30多岁。。。
    * O* B* ?& @2 I" J9 H( n- ~
    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。) O( e: V% Q3 f% I) C# L+ P7 f9 w
    5 q8 ^) v6 V0 s2 G( T  m8 S0 E
    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。
    , X& d2 P0 ?5 l0 B4 k# R  L9 N. G7 Z7 V
    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
    9 y( @4 F3 w: r1 }( `: p) }1 o! \' 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
    7 P- c( G2 p: i5 g* o/ G
    ! G  ~: M9 y  s$ X& F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。
    / q3 c; o4 v8 E% R, P. `5 L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; K4 o+ X5 x( s

    : d' Z* A& M+ m0 |( F# F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。( z2 |1 O+ t4 x6 E+ B- @
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    - k8 x+ m. E$ V' R( {- C$ x
    9 c: q, _( ~) w: p# l4 ?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.html0 C- ?) J+ H8 N1 e* G( f- l
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    - z; A( O( A, M1 H$ Z2.1集成电路生产装备
    : J1 f/ y" F7 F+ \2 V1 V2 Z2.1.1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. [0 t7 S, g: \
    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0 c8 k! C8 M- A$ S
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    3 c8 m* k' p0 f) u, x8 z2.1.4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
    . E5 z7 j. x# A2 V2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm* B, m2 u: ]# M- ~& n" }6 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 t2 f% C8 v+ d3 c
    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%. d2 D% G  X- n' K
    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:0.5~30mA6 w) @- P* M* Q5 n) K, t* p
    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
    : B+ g# X, w/ R: N2.1.10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°
    6 o( X5 K- h; v7 ?7 a! F2.1.11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1 h& l  u3 d4 Y
    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9 j  ]- s. X, C/ G1 A5 w  Z& _
    2.1.13化学机械抛光机
    + S' X# O4 A% b& x, f$ `4 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
    7 ~4 F, j) i* ?7 r7 f3 O  t7 R    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/min3 ]0 r$ u& ~3 x* m3 @
        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" F0 @' a- D% b' R6 |, |) 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
    1 n4 _& W+ l* X: b! W2 Z, {2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm) i; F! ^; q. E& g! A9 G# i. B3 Y# Y
    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
    ( Y. ]7 _( ~) W2 W7 b: D- m/ C. |+ D- {# {% A' c6 |. o1 N5 k, x
    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。5 h6 F, c* K2 B$ |8 K+ [

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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* s0 L5 @* |" D% x7 o9 u4 |! u( Y
    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 ...
    ) i  u7 w& v1 U
    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 21:193 l8 s  i7 `1 c" n, l
    感谢感谢
    ! k( h2 U* K( {  O, ^' ]; A5 X6 j+ U  a7 D7 t; u
    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≤ ...
    / Z" r2 M- {- n( C/ H) i
    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!; F) y( r! c8 O; E$ X* {+ o# D
    - b" I- ~" U8 F- O
    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。4 q. B( ^$ i* A; `. V  u) ], z- ]
    # ^/ H8 P3 D5 c; \3 e, F8 ^
    1、内行人一看就知道,还在65nm7 S9 v; K& e. K" r* D+ f! l; y4 I$ c
    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 \9 h  C7 E& W8 U2 y3、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( e4 n  G( t# v% O3 U3 P
    $ M% g' o' \: [
    然后就要等EUV了。+ x( l, `; H) x

    + M  w% r( d$ z( x  s* _. _6 L  o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?
    ) ^, W& ~  D/ D! i4 ~% ^  `* K. \* o/ t" {$ [1 B+ 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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    开心
    2023-2-8 04:51
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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 14:007 j" K' \, \' i% p: V3 J
    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!
    ! `! H- j. R* D- T: i# a; H7 }( u& W9 f8 y) E# b4 A: ^2 h7 ]: E
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    $ O% A# a0 W5 C9 v不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。4 K/ S* H1 M. W+ m0 r

    % L9 [& \1 [3 H5 d! e# f  Y0 K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。5 w( h, Z% W. E5 S1 T0 B
    ) |7 T' O3 x6 b. M
    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。7 n  `2 D6 H# s" \

    2 _+ f% r3 s! s6 t6 s, y% J2 I) T8 J8 U
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    . e4 r2 t, c$ t* W% l" _8 z+ |3 l, h* y

    ' Y' A4 q7 D- w( r) D( c6 ^3 o* Z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, C3 L; e' u3 k9 {  x
    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 Y( k  m5 G* C( N8 q4 n* A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
    % M3 G. I( v: |7 O8 e不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    0 b+ Y# Q' ]$ l0 g. q
    * ]" e# q7 H1 b  P从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    ; n+ I* u7 l/ o; u) \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' t4 D: T; d4 X9 r) C* Y2 {( N; @
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    . A0 u. _0 y* ^8 Q
    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% y/ q0 l& u: U* ~, `7 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。 ...

    & m1 p2 t! e8 q% W2 z' ^" i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
    2 W6 x* g7 c2 A% h- @是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    + l- z7 y& o2 u( L$ I+ \- T
    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。
      Y5 L. Q$ k. }" _" C+ A; }; P我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    ( L  j9 [6 L& }* H
    % K7 A2 L1 c! X! A* xhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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