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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
    8 e* w6 v9 M5 L2 l/ _. I% O% f$ g7 T1 r$ k& ^8 M- S0 S3 }
    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。  |8 G( b8 ], I$ F6 @7 q; D5 ]8 `
    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。
    & h, q/ x1 t2 r- `5 n5 l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:/ R2 U, d" V0 b* V; L
    1. 表面清洗2 d% z( C% Q4 p+ I1 e4 f
    2. 预处理
    : _- m- i! P6 d, F1 _" \8 }; o3. 甩胶
    $ V& E. a/ T, T% i. a2 S5 T( G4. 曝光9 h7 M! `: l3 W, \8 I; ]
    5. develop(显影?)/ `& J; ]5 R0 `2 t/ H* u. ~
    6. 刻蚀/离子注入
    3 F; q6 f0 R- [' [7. 去胶
    4 \; N; T' q: z- W. }: 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:# x5 `/ s$ o% f0 V$ D! a

    / x& l- F7 p( |: F. R% h4 `对于光刻机,公式演变为:
    % H; x4 b: J! C/ M! b
    : t1 s4 X* ?8 j' v" Z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:
    6 o- i( y% D  N$ O4 H& C1. 436 nm (水银灯"g-line")   v  h. p1 T5 }9 \. I
    2. 405 nm (水银灯"h-line")
    7 ~/ _8 }+ U( H) G( [0 f& ]3. 365 nm (水银灯"i-line")# z# x) j1 Y5 D$ u
    4. 248 nm (KrF激光)) l1 \" j( {9 w! Y
    5. 193 nm (ArF激光)
    3 u' v% C& ~; l6. 13.5 nm (EUV激光)
    , j: }0 \6 g- [8 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。7 G. Y3 w9 }& m  n5 m' U7 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:& \0 [0 G9 R6 v4 @- n9 J
    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。; @4 ~2 D1 V9 h; V8 m' j, `/ }" ]% C0 x
    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。0 d5 F$ B* E! S8 G4 H% Y- o
    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 c. B0 f5 ?( F! e/ L- W9 F
    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。8 s: U( w( y, [
    7 Q: S$ B) h' K
    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
    21 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
    22 小时前
  • 签到天数: 3578 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 04:18! A! D% `7 P( `/ Q7 l
    我还以为你才30多岁。。。

    % B% D, X1 X* @  [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。. |$ p0 |/ n" `1 S2 Q6 q  y

    6 {% N& E) O5 Z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  U  Q: _0 t+ Z
    ) I8 i- l; L6 W4 v) _- D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0 p1 b6 n- ~# D! t4 F0 v
    . P" A3 \( `5 d0 i$ o$ z4 ^
    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≤8nm4 I, k" `( e! A" V- i4 i0 p

    ; m) H0 t8 _2 e3 k2 |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。0 y  F2 ]5 S; _3 a) v
    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. ?; {1 s) T0 ^/ v* R$ w
    . w& ]9 A. U- f* a
    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。' j3 \, v. |+ d0 s  P* {
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    $ j+ h5 P  v+ i5 R% Y% E
    3 a; O- O4 W& v( O' R* H0 G! q3 |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. p, O; c3 J' j! x3 \% w) x' K
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:1 J0 z! U2 v$ {  Y
    2.1集成电路生产装备. U1 w: o, }9 J' e; X
    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0 p( z7 `3 O0 f2 u) t4 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, L, [  M; M) s% T  a! a: W
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    " e+ f- N2 {" C5 S0 O* _0 q2.1.4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
    7 o# _1 r$ n/ f+ g2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm4 F5 x3 I1 E' I! n/ E$ \2 S" A
    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
    * l5 u5 @3 L7 m9 w6 p! [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%
    2 o, s& z$ U* N9 V& T  c  }! f1 c2 |- ^1 N2.1.8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:0.5~30mA1 r. e, F1 A' B) f+ I; V. Y
    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
    , `, n$ z. K2 R2.1.10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°7 B8 }+ k5 u- {
    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% e% o& u5 E3 ?# s0 ^; g) 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
    : ]! u9 h# ]5 q/ o, T2.1.13化学机械抛光机 / W' [4 n% ^- Q3 v3 {& h: k3 X' 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) j) M& s. R7 _/ A! r3 C; Y
        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
    % y1 |2 W& G+ A( G0 @2 A    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/min8 N* `" B4 x& o3 ~& n7 k
        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
    % R: Y- [) U7 |5 J% z- J2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    - B- K& d9 n) y/ _" 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@>30nm
    ' X8 w3 [* r' Q: F0 N
    4 ]; H7 h; p! [; _# \" `9 a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。
    $ K2 m" P* i0 v2 r  `

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  • TA的每日心情
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    2022-8-27 22:14
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    9#
    发表于 2024-9-16 11:26:23 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 09:46
    # B: f& i/ Y7 P  W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 ...

    ) `) C9 V4 b* i9 ]7 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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    开心
    2023-2-8 04:51
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    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
    : U& w  y* \+ y, J感谢感谢0 @3 Q0 T; ~0 f: s' W1 p' ?

    4 i1 ~  A2 I+ R! K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≤ ...

      i/ K/ G6 r1 n: D- m* s8 ?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!9 [& e2 U, D, q# m2 k4 a( G* `
    , K" l' C2 |/ p1 n& k  a
    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, [: g4 I) l: L+ D
    5 G. x; E- }) F& N, O1、内行人一看就知道,还在65nm
      I. M9 Y; R- z4 d) W2 _2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm* \% ]9 h7 u- Z+ U
    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
    , _- p6 F& d# q1 P
    ' e+ S  o. H$ `/ t然后就要等EUV了。$ I3 w) C1 O: O
    ! B' {0 ]3 V  \  v7 E" \8 X' ^) u, |
    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?2 u, |7 Z, q$ Z: y% A) p
    9 V- K5 j* m, z
    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% c, K  [. ~- l
    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!
    1 K' E2 T5 n0 P, M3 g4 q/ [1 v
    8 H4 T: F" ?2 ?; R8 G3 u个人感觉:相比于前一阵 ...

    & Q- {- b9 G2 ]) q* P不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    0 k8 H$ K6 n; _0 v' z$ H5 c! z* Q1 {2 g8 b* M1 \0 ]
    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。  H( s& {- [; t& n

    8 {3 A; Y1 j/ L0 X. \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。
      v9 Y5 j) z1 Q$ S8 K& f/ p" P* s1 x  o' a( n) j% ^
    5 C% Z3 i8 Y: P, L" d  t, u, r7 @
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。6 e4 P! r% [& \3 c1 a- V5 E, E

    ! R1 F+ E  y5 r3 S$ X' S
      X9 ^" u: }: `" @; s+ E0 y$ r; X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/ }6 L1 y* `/ v8 X" Y
    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 z+ M* S2 u; K: 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 12:46
    " D. s) |9 ]8 S6 q' R, F不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。7 D; d- ]3 ]# _0 h  ]$ m0 S! M
    # j/ a: B% k( A' A3 ], v9 Q
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    % F3 T  f% v( D$ T, L7 Z
    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
    0 s8 x6 k1 f" y/ }也就是说,EUV用浸水没有用?
      M  e+ A0 T# B. v8 e6 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。

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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( k) r0 b/ f8 o+ l3 E
    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。 ...

    ! C/ U1 v$ u. {. k% S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
    8 b5 U# d! i2 b. }是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    * ^- z) R. s6 ?7 }% d
    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。& A5 S' F  |0 P- B
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    , h% `( l2 {, U, O) c, O5 p+ i; @
    " L! m, h8 @$ T* ]$ Mhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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