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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 $ N$ }* T9 ^8 x/ k8 c( k

    5 k- E# p4 w, p3 j9 n5 ^  ^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。
    # R/ J3 ^: Q) M5 S$ V$ F8 U$ @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。  T+ ^, w+ E  p3 H9 O7 w3 f
    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:: ^7 b5 w+ N# k1 n* |% _
    1. 表面清洗, s" ^1 I0 \# T- k0 q4 t1 y- @
    2. 预处理8 ~% ^) p' k7 `# q: z
    3. 甩胶
    " |$ h6 S" p% s9 @4. 曝光3 v  X9 I; Y/ \
    5. develop(显影?)# i2 w! i7 A) O8 }# l, u$ W9 N
    6. 刻蚀/离子注入
    / `/ A) y8 X! [$ ?2 K7. 去胶
    5 {1 ]+ ~% l5 E. U2 a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:
    " \' k2 e; p! z& A7 _" F6 ~' r- C
    ) J$ F# T& a; A" e4 g  [# N# Y& T对于光刻机,公式演变为:+ K' G, }5 _: K+ d/ N) t/ p

    ; F' x, C8 [6 v" F: ^  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:& c1 F9 e+ Y7 W4 r. ?
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    / s1 D! Q5 t+ I( Y4 v' m2. 405 nm (水银灯"h-line")
      |0 T5 X6 R: Q# D8 y; u3. 365 nm (水银灯"i-line")
    ( W8 s. W% W* j! |# v4. 248 nm (KrF激光)
    & M- w9 V  @+ g5. 193 nm (ArF激光): q4 ~9 D5 F. A8 D! G
    6. 13.5 nm (EUV激光)$ q0 i9 R$ \! B2 b: i2 k
    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。) `: ?$ |8 `4 z' W) b5 W
    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:
    " _  u2 Q  Q: ?* w2 e' D" b1. 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。
    4 v, O+ p7 o4 t8 y% w) c2. 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) A$ O0 b4 _4 \) N5 I, e2 d' B
    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。
    0 `- ?) |: R) k' n" u4. 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。
    ( y' L9 V) w3 R- C! Y, h
    $ Z# I$ x$ k8 y/ I7 J" a7 L) i+ [- 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 04:39
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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
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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 04:183 r( d: t: h0 J8 a+ y( U4 u
    我还以为你才30多岁。。。

    4 B) n+ k$ t' ?6 {) }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。
    4 G3 Z8 c7 f! F$ a
    , m& q9 d0 Z% ^& l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。
    7 U. Y- F* r+ N: K% ~4 W
    - Z) ]0 d" P6 c) Z) W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) \$ w* x  ?3 x3 E
    $ f! n5 E' ^/ E9 J
    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 c$ g# }( U' V9 o9 @
    " b4 `6 c3 ^( Z4 D7 T* d# j' 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。" L6 u8 r! c; m/ I) o; o. s  F
    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" r& \0 m: Q- w

    + D' l" B+ g  a# X6 W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。
    5 K7 H" k0 o: t) V那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。# ~' y) Q% Z- T- i
    0 x( D8 O, _$ i
    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# W9 ?- U) ?9 P% G
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:5 |) t' i/ A+ N" U) \. @: }
    2.1集成电路生产装备
    % @. D- H, r0 @8 W6 P4 ~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2 P/ b# Y6 g3 l/ Y8 y2 S  k6 h, K# n. i
    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6 Y$ u' [2 G+ c- z2 k
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm5 U. f( y3 L' m) Q# ~: A& ?
    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+ s8 Y0 Y4 m) f7 j& h: {# b
    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
    . ~% O- }% f2 s$ q2 C1 P2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm4 O* ?7 a* o( c$ 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%" U+ |' _) w& e) ^
    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 e0 j# i2 T- s4 C6 X* n0 P2.1.9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 W& d2 ?# x. B
    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°5 r9 @+ j1 ]% b; Y: C8 b
    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) A) X$ ~  M2 h* ]' x8 Y8 I
    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8 j1 {' v7 z. {$ T! I3 }9 F
    2.1.13化学机械抛光机
    ; l* p+ w. U: Q$ u( f2 q    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  M: |* Y! h+ s2 ~  ^; ~
        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  R" Q+ F6 z" Z/ o
        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
    : R$ {5 d4 i+ r) }    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* n7 A$ ]+ k' ]7 y! U5 I0 I' R0 _+ J
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    * l5 d6 U1 y7 B8 r- S- J- L2.1.15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
    , T) h4 ]' `) |' L
    + j1 u( o' C+ N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。
    : D7 ]) X0 [* D

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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 09:465 A, H$ u$ K9 {3 \  U
    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 ...
    3 ?  a* m. q( `' r) |2 a  P0 q
    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 21:194 @- \# G' R* z
    感谢感谢+ |- S2 y, N% {. ^, H3 r& P
      d; p6 j, @$ u8 Q; M  |# H0 Y" S+ 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≤ ...
    * x% Q( i2 z% A& 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!
    * M+ K; f# c2 ?9 U- Q0 ^  j% M6 j) ^9 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。& H& H4 C( i7 r9 o
    8 h% ?. S( R1 T/ x$ L9 G
    1、内行人一看就知道,还在65nm) a" j! K7 u' x3 j$ c$ P
    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 F* u9 x8 I& k5 @5 \- d6 G3、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
    5 x; l( x+ m; D, }
    " x' v4 y" n, G6 a( s7 E. C) P然后就要等EUV了。
    " U4 a% y; k, h  T0 D1 x% }, Z' i5 |6 F  L- E# 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?$ Z+ A, g) T8 }8 C4 K0 o) |

    + M% l& J' z* w$ E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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    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 14:00$ T- ?, O' G4 P1 m- _3 I* [% 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!% T# i" d1 V& a" b% a  t

    ' D/ o% r/ n/ Z, |个人感觉:相比于前一阵 ...
    * x8 l+ w4 ^( I4 z; j- ]6 x" w
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    - V0 _+ r9 C7 n" ?+ j; ~+ h; r, N$ F# Z) f; s# ^- i: w- M
    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。0 x" F0 e; R4 K
    8 `- [4 X! P8 n+ _# b
    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。0 Y3 P$ l4 a( e5 b

    ( A' Y  a5 [& g* F. n4 U7 f$ x* ?: Z" T& v4 s3 G
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。! U: y3 B' T! g+ j3 o7 ~

    9 J# F$ \3 n; w2 C
    * t. |% `! X4 H9 V, V9 t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
    9 I8 W( d  `$ s; m; {) B# MEUV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。 ...

    ) j2 ~' |, w1 r: y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 12:463 C# J1 F* H. H- u
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    . o" E- U7 F1 X) C1 d: V4 U/ b! N/ U7 X7 i: O5 D  o
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    6 _; f& p- J# S1 a" 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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     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: f6 a) P8 H$ K
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    , C/ y3 N0 ]) t# j/ |8 Q/ J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# K8 x" |) I" J: y0 a
    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。 ...

    # i. T8 S0 N3 M* _4 J, N' }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
    * i: a( ]2 v# y3 U' t是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    " {; G" _$ n1 z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。. s7 c8 S1 n3 r0 a0 s# U
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    % B/ p4 {, H- t  s- h" E
    ( [6 h' r! ?- Rhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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