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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 - X# `% c1 M# D' n' I

    + s6 E9 L8 N' ?, \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。! R0 V2 p, t" Z. |& H4 H  V( n# w4 o
    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。
    " B: {, Q/ h; b3 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:
    ; V4 r, }8 W6 F1. 表面清洗' F) M2 u! M' |. S6 r* Y5 d
    2. 预处理2 v! ^8 U# G3 q3 h) j7 |
    3. 甩胶
    1 K, r9 J0 z2 [: b+ I4. 曝光
    ! o/ Y: Z- Y0 x% N5. develop(显影?)
    6 V) e! m, @& X, g6 t9 U6. 刻蚀/离子注入: ?6 O% x: H& D4 g
    7. 去胶7 b% o* c0 N- x: r  }4 i
    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:
    : W4 [/ H% n. L3 R5 [# E" h" k
    . d$ x7 a8 ^" e) Q对于光刻机,公式演变为:
    ' x" p8 o+ R  }) e% }
    & @9 N# g5 m4 [; h  W- x& Q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:% o$ ^* B9 g8 n) |, t
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    : b" t" F+ T- z4 g2. 405 nm (水银灯"h-line")
    / Q  p; z& a: {' y" }, @4 W3. 365 nm (水银灯"i-line")
    + i: e$ q8 G9 ?. h6 o4. 248 nm (KrF激光)
    ) A( S' S, ^) ]1 \5. 193 nm (ArF激光)
    ! s, A) |" O9 Q4 ?' J( S  q6. 13.5 nm (EUV激光)* ?3 X5 Q+ {/ H! y6 V4 e6 _# D
    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。2 p0 z( d1 Y( P0 G9 }4 c0 N' d9 E
    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:
    ' a0 r0 V; N: o1. 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。0 }$ d0 J8 z% U' B. j- _2 p) d! A9 g7 ~
    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。
    ; y  ]2 o' U% {* E0 ^# W+ ?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。1 s! `# B' T* v, A
    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。
    9 W2 C( ?4 z/ c
    ! g. ^2 H8 T8 P( m  G( [  Z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
    1 小时前
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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
    6 小时前
  • 签到天数: 3877 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 04:184 ^( J$ \1 {! y8 j
    我还以为你才30多岁。。。

      d+ z: U0 u! u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
    3 天前
  • 签到天数: 24 天

    [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。
    ( p6 G4 N3 u6 I. C& B0 b0 R8 L$ U1 h5 y- w5 h2 ]! H
    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。
      a3 E. j& J7 m( x" r: b% h
    - L( {, O% i2 V4 Y% u1 O) |3 e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& v2 d6 p* N; |

    $ c0 [, l* E& V* s9 Q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
    / [. \2 h; Y* L" C: D; s& k" a5 K! V7 ~+ J" d+ a
    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。
    + W% N" T% X& R8 z0 J0 m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: ~! f2 j/ b# Z3 N2 n

    - O* I& b7 r3 \6 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。- y/ V- u7 M+ B/ P
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。4 z7 C, L. ?7 W4 n5 j
    , j  E6 G* f1 _6 g7 u* I7 y) u9 I$ E
    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
    7 z6 _  ^6 @* }: r2 [- U  L& p" |和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    4 i$ e% Z5 U! [: D( S/ `5 A2.1集成电路生产装备2 h  A" T% F: h, ?# t2 G) o) T
    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) `( R% i0 N! |, o* H9 U* r
    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" ?3 @6 {6 ]  K2 j
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm# _' ~7 N6 {; @' o  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2 ^* a  E, V4 h/ V
    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
    " X+ ?# o! o: {- P/ S* M2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm8 w, x3 [% c: c2 A
    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%9 c1 {: c& G! T' ~5 `
    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
    / y" V& ^) ~+ Q2.1.9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; i- F6 k; E* E+ `, x; T& E
    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°! J+ t" x4 j1 p: o6 Q  r) Q
    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. `* Y9 t# Q& e' n2 P0 a# 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
    ) M/ J) a7 H% F$ y6 g2.1.13化学机械抛光机 + g7 _% H) K' h( u. H5 z6 F  a
        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
    + e6 O( s! [* h3 k' F2 p9 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/min' f) p: ~; a, Z3 h
        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( D3 o% q( x8 Y9 h; D0 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
    # u! O/ I& ]  O0 L9 H: Z2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm- N5 K5 C1 X) p# E- ~+ f! w
    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, g' e) O% X5 y
    1 F# N( I0 p& O$ j
    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。
    7 z1 O5 }/ _; K+ G0 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
    # y) F. ]( b4 O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 ...

    7 v9 `: i9 a* _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* y( q, [- S6 p( L1 G' a1 w9 ^
    感谢感谢
    9 F0 I# m2 }( D8 ^$ t7 b3 t3 b& a- N& ]5 Y# o; b- K5 d' a& i
    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≤ ...
    + y6 I+ w- T0 x) s% ^
    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!
    . T! A* o+ }+ \4 J( e5 G6 h
      P/ `, f* o5 q9 ^1 f8 M: J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。0 W/ _' X) S5 h. O4 H+ \

    ( V4 L6 v# ?; x9 `+ s7 e1、内行人一看就知道,还在65nm
    ( W1 U3 l9 u: h3 H3 G5 s2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm. ^1 o& u3 j- w( I! ?
    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! v- _$ Y8 G& k: D5 w
    7 n! J) {8 [2 o/ B. w
    然后就要等EUV了。0 a: a) ^. @. j, |6 ^. N( x) x4 h
    7 H0 m! Q% o/ t; f3 P1 `4 Y
    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?+ c- H; ^! g( c$ V9 P

    " L" V/ N4 ?# C2 L9 A3 F7 u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 14:002 {" x* g/ c3 e( e' k
    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!
    . p  W: Q6 o! F$ u; M: t, ?1 [$ h" V( A4 j7 O1 x6 o
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    % S: h6 \8 T. l$ }不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。3 e+ [0 D1 @( G6 X1 f# o% [, K+ v
    : F& Z. G/ E  u, _
    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。
    , B! [% h  _3 f4 \' O- N$ I* _6 Q' {: 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。
    ! ~5 D$ y' n! d( G
    # Q* z" J% Z+ q( s. K3 B+ B0 N6 K$ Q8 n
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。' [% p: k$ n# K, K
    3 b/ [9 m/ P: ?2 Z
    : r5 j1 X8 |; y3 N' y7 a
    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; x# a% N' o2 ?6 j: g1 g
    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。 ...

    6 P% v: g) w4 ^9 s2 r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 12:462 n* r2 Q6 P. d( b; z, d$ g2 ~5 q7 B
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    6 I0 X8 ~* Q5 t. u+ g; v% k/ U& S9 j2 }: B- Q- [( ~
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    5 o( `  l$ B1 ~( 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& \& Z; V. T/ _, J: ?/ g
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    . a$ G6 D5 d4 C8 u" G1 ^
    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 14:382 A3 h9 P# i, m# X
    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。 ...

    * J5 V$ h2 `) M1 L5 B! }% T& N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. B8 }* W; ^# ]1 w" Q. m
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
      @3 N& M4 ?: u9 R
    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。
    ! E9 W  P7 y* T7 [1 E我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。8 A" c- n% _- C$ G8 U, N

    3 e" S5 F8 N, C% n& n4 [, t- _https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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