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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 1 J) `6 h) G& q; S( y4 J- m

    3 {1 v' w3 W/ y) W3 B# C2 q: R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。# x. O, t8 r# X7 i
    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。1 \3 b; w! p2 G; T: K' c
    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:
    3 B# E9 _& B0 z5 }3 @4 R: Q) {) g1. 表面清洗$ i1 _5 `: l) C; [1 g3 Y2 m) ?8 n
    2. 预处理
    3 G! m4 \# l0 ^' R. g2 e3. 甩胶
    % `. P& v9 B( ]) S4. 曝光9 B9 H" O/ H1 Z$ w7 v
    5. develop(显影?)$ u* ?5 e0 H7 R
    6. 刻蚀/离子注入; ~% ~0 @0 [  J" \: t$ ~
    7. 去胶
      X* i/ C0 Q- e1 ]+ G5 L& l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:
    & g) q, ]2 c( L$ i& k  d' W) k) S( B! y$ m& t) b1 m0 G% {/ Q# @
    对于光刻机,公式演变为:6 L8 H; B2 s7 Z- m- b0 G
    6 h4 Z2 q3 y& o& O  ~5 r
    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:
    ( `2 g* s+ V# S, N4 @) }! }0 n1. 436 nm (水银灯"g-line") 1 X! y  F0 P4 s9 @" n  r1 X
    2. 405 nm (水银灯"h-line") - T1 ~9 w. m' a5 ^
    3. 365 nm (水银灯"i-line")0 {) H/ q' g+ Q2 F. |$ \+ T5 u
    4. 248 nm (KrF激光)2 L' @' Y$ J! s# P/ Q. V$ W' r, T
    5. 193 nm (ArF激光), R+ R* t. p1 w: i( y
    6. 13.5 nm (EUV激光)8 U* s) _0 M' a4 w' W2 G8 J6 M! B! s
    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。
    $ t5 u" s  f8 ^4 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:6 [1 o3 S! Z; }9 Z2 S  o* Q! S
    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。
    $ h, `3 H5 W! w* G6 O. y" ^7 y2. 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。; ^; G) N: c( m& d$ O& C" ]
    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。3 i  l# W7 H5 o) C
    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。
    % O2 U% n( n5 k; H& G: p8 R- x" s
    ( d* X4 t% O! u# X; a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
    前天 21:25
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    [LV.7]分神

    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
    9 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) Q+ {0 {$ a5 b, l- s. J
    我还以为你才30多岁。。。
    % J  t% O/ }/ z$ ^% a0 e# T1 E
    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。
    ' P4 |9 u" ~( w5 n% ~9 i7 Y6 P$ A" G0 d/ u/ d& X
    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。/ B3 O% g8 N: [# r' P8 Y
    8 ^) a0 c5 ^# ~7 `$ Y; H/ ~
    凡是公开的,都是敌人无法阻挡的。

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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
    # P9 L& j8 @  s* z0 h/ o# M
    + z; v, r* N/ J1 k! P* c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
    " P9 {' w- A0 F/ y- L% s6 l: ^( i7 e1 ~  _) K! w  \; O3 u& `
    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。* a  M. S- Y9 C- r+ w3 ~
    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7 G. V1 x7 L. P/ N$ E/ _% {

    ( |; H3 ^) L+ `" e0 v3 q! d% E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。
    " W" `& e" C2 y+ t, f- v# ]9 f那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。3 M0 E3 b* _% s' x$ k% c# M6 A% |; l. z

      O% o& i& P9 q: \% F3 o- N- D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
    / a0 H; f! u2 {1 _1 e和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:' x! v6 Y+ C2 ]% v2 _5 W) ]
    2.1集成电路生产装备4 c9 b0 x9 `5 U
    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3 ?( W+ x8 L  c% e) G6 U, z
    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, P- k3 d8 Q( d! h% W; M7 j7 n
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    , F* B1 P. i8 l# w1 m- l8 C# T2.1.4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: |* _5 }! c3 d9 }, S; B3 w4 F
    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) \! r* Z. K, X' z. M; X, i5 M
    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* Y& T, \9 O7 y, ?
    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%# V7 `2 |6 F* G3 x" `/ q
    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:0.5~30mA2 L# R6 [: n" b- U
    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3 M. j0 p. i% u& Z8 N( e2 s
    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°
    & C: o% B7 M$ N+ R9 Z9 ~" _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& |2 D5 Z/ S6 b5 U- |/ S
    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$ H! p% D+ S4 P1 w. O/ \
    2.1.13化学机械抛光机
    4 J" G  g2 S, C3 J( A- M$ _3 G$ D2 D    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/min2 X+ i+ Y+ l7 ], Q6 z/ 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
    8 N+ N8 A; Z+ k" j    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% l% q# G% E  C
        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/min3 @% f* B5 ^2 b3 o& g; J5 o3 c
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm& n5 \" @& N) W( j
    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
    5 e6 o7 G6 ?! x0 A. l+ ^3 L0 Y6 a6 r+ ?5 k$ q6 T% d6 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。
    + A. i: \5 l. B7 Z% n

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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
    1 W* x: s$ k0 A) a: L: T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 ...
    . j( P9 }5 F5 L
    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 21:19. w8 J1 d. C$ J0 s
    感谢感谢) ]$ C: U, e- A! b7 P9 R, v
    3 n& F" D9 q1 q5 a% H  o
    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≤ ...

    & K! ?# |! i( T# ?1 R, v& 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!, s7 R2 P/ C$ z9 O) d
    . [1 C. y4 ?8 j& ~0 B2 Q# u( G  {, @3 c. _
    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 d0 J+ N4 O" H% y4 ]) y3 p# q9 [

      B6 g% \! V% h6 J& j# c1、内行人一看就知道,还在65nm
    . `; _& ?/ v# C5 g* u, n9 {  m2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    + P4 Y1 e8 u0 }& M5 f0 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
    - C! b& _, a& n9 a2 V9 j5 F" L% f  i4 ]3 c+ p  t4 a: u; Z
    然后就要等EUV了。5 z9 ?- _8 {; X' W

    4 J* ?1 Y* W+ b4 E  z# K- D# D' \; t0 F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?: M3 ~! X9 u0 ^* w1 s7 {, I

    & N0 K  ]& J: P1 U% j- g  T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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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
  • 签到天数: 1811 天

    [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
    5 _7 W9 v6 S3 q( K+ X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' K  [, P" X8 n" b7 O6 s/ q4 m6 I

    8 a+ x# b7 Y7 X( D* ]个人感觉:相比于前一阵 ...
    - E- X& p, E- L3 z7 \7 q( e
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。% ^+ a: E# T3 z! Q
    ! t7 z6 [4 r* M$ q
    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。  ]( V, ~1 ^- g+ f" J2 c$ `6 {! l

    , }. N- v$ ?4 j1 w8 ?' n' E- j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。4 _" p% f( c& f# p. J" G

    % Q/ _' X4 C; `- D
    ! u& R' Y9 W; j2 bSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。" S: Z- |0 ]& X6 t: d9 Q2 c3 P

    2 ?, I: J- v: N! k) y5 y/ Y. O/ [: T8 X/ E% W
    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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    发表于 2024-9-17 03:21:19 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 07:42* V& _* e+ t7 k3 k* G. g0 w
    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。 ...

    8 A. q/ P2 l- z4 N  B) T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 12:460 e7 ]" {1 H/ |$ y+ z3 i  @
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。& Y: I: [7 Z4 l1 ~
    ! J" N. k3 Q. l5 j4 Q2 a6 A
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    ' S% Q" q# c9 Y' }+ U# e: l4 ?! f. L0 R
    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
    " R9 c- m- B# I; i! N也就是说,EUV用浸水没有用?

    / f* {: |! T8 l4 M& \! p( `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( T/ }* _; Y! }: P) q% ?  R
    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。 ...

    6 P8 K7 X2 F  r  \4 m8 B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
    " A$ C& @- u" t4 V是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    ) z5 P2 S9 j; J' w9 F5 Z# C
    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。
      p/ L9 ?, h; j6 T4 h, X2 q) X我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。+ m7 W. f; n% \2 [, D# f) V1 i

    7 O3 R/ E/ ?" K! `: V* W; n- dhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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