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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 0 f$ Q6 l7 G8 a, t9 P8 G* w

    6 I6 F. O2 ?0 O, U' _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。% d! @5 c) i3 u3 V
    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) u/ f( [$ x% ]" [
    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:, `1 X) P+ `6 z1 j1 Y. A
    1. 表面清洗- ]+ T' O+ s7 C$ B4 B7 O8 f
    2. 预处理
    * s8 ^* ~2 B, D; |3. 甩胶
    ( h& }$ A% X$ }* b* c4. 曝光
    6 _: U, t3 N% Q- K: E5. develop(显影?)! _* R5 {; E8 [7 v9 v
    6. 刻蚀/离子注入2 s* L8 \( }- A2 H+ b$ t5 a) M$ y
    7. 去胶7 ~; @' T0 ^2 E
    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:' X) g* T4 R8 u8 ?# B

    % \% p8 E# P$ ]( q2 G# q; U对于光刻机,公式演变为:! x  I" ]# z5 @
    1 l5 [7 R' ~! Y( S7 ~
    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 x5 q) p7 v) R1. 436 nm (水银灯"g-line") 4 \8 N( P9 L6 Y& a$ _8 A2 a
    2. 405 nm (水银灯"h-line")
    6 M+ ^" `+ x- i) _# p7 E3. 365 nm (水银灯"i-line")7 D" ?  p; R: b
    4. 248 nm (KrF激光)
    1 f& w! x* @  N3 V6 F4 b5. 193 nm (ArF激光)
    ' Z, X" }7 D6 D' T6. 13.5 nm (EUV激光)8 }7 A' f) M+ C% ]( ]0 o# N2 k5 B1 x
    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。" W9 j9 z7 ]6 q* A0 O
    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:
      x7 Q2 V5 W, g& o& }; V2 g9 h+ K! ^# w1. 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。
    3 \: e/ N$ S9 [1 S0 K! [  Q- n2. 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。
    + M# o, d$ o. j8 I5 K3 K3 \/ O3. 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 F7 Q9 G. X+ n7 t9 j* N4. 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。& I3 d: |; B$ U' w3 ]
    % o1 q1 u2 Q: V9 q; ^$ [
    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
    10 小时前
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    [LV.8]合体

    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
    11 小时前
  • 签到天数: 3498 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
    $ H" S0 W( V) g+ A; B我还以为你才30多岁。。。
    " U. J2 Q' b% ^& }# p6 T$ P
    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。0 [' A5 b1 i# F* Y. }

    % Y% f1 d3 h& j6 a/ h7 y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。% I# W* C. r3 n4 Z- V

    / H! X0 a8 t3 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' g; q7 u! G+ E7 y
    % I* W2 [6 Z4 ^0 p9 |1 _
    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
    $ t% A( q' y! l% V1 R7 m# G; G. ~' a  q/ N
    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。( F2 ]. R. N' t4 W$ X6 @8 a. `
    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
      A; I# s( o( {7 T, D9 M) ?- a
    7 y0 w% z( O8 b, ^) a4 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。" w, @! z" v5 ?# c: k- d/ p0 m% Y, |
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。' A7 L6 B$ R. W+ n6 q$ G

    6 J  j8 m) O7 f2 L# o2 l; M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
    $ ^! n% {- h+ o和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:6 k) ^( I+ `/ \' T4 |# o. k
    2.1集成电路生产装备
    ; U& }; A! O& q9 C( c2.1.1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
    ( A0 a: Y* G+ ?# E& x# V2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    $ O2 u- o' x! L# \; t2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    7 {+ j2 L7 U% `. Y2.1.4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) t0 A* ?, b2 k! a& v2 D/ C
    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! s1 G/ x: m' a+ b9 s, r
    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
    * w$ I( ^3 D; h/ K1 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%
    8 U1 O# J# |) v. T3 X! v2.1.8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
    ( g/ G# O& D/ ^+ v! a2.1.9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2 k4 K2 @% K4 Q
    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°
    2 Z' B- Y. A* Z3 O+ D2.1.11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
    5 l* m- @& o0 H8 I+ {" ~' c+ q0 k2.1.12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1 p$ |. a7 V4 l
    2.1.13化学机械抛光机 3 ?9 A! X9 Q  S
        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' N( i0 s6 I6 C- L' {3 H1 W
        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) o: s& c+ t! L9 M) j) N" w* k% v$ q
        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
    ; s( w, A; Y0 ]4 w; z    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- V# Q. H! q6 Q5 r
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    6 c4 e8 E$ z4 x) J3 _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& l, b0 j; A6 t! G

    * k3 c" Q6 A" o+ C" G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。
    / m) S, Y+ N5 y, u3 h% f; G

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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
    0 y6 A6 a6 P# h' {9 \" z" `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 ...
    , Y  o" a3 X1 E' P0 g6 |; T
    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 21:199 `8 x" [5 Z, d4 m, M: q
    感谢感谢
      S' \9 L: i- p
    & t/ H8 P8 `9 X; R8 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≤ ...
    8 }/ |- p- ?+ Q) g% v. H) O
    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!
    , d" t+ O+ b* Y# y2 Z' K" {" w
    ' P8 a9 n8 l9 m  t7 ?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。
    1 u' h+ @% K% a3 G0 k
    # ?) n# z( H4 `/ y1、内行人一看就知道,还在65nm2 h- {- C% Q/ x/ `1 H" k7 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
    4 f$ b& K) t/ m4 s& s3、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
    0 Z, o0 D4 t7 ~( D9 Z* k  Q3 |/ K+ b: m4 x7 F' s
    然后就要等EUV了。
    # h9 s  K& R7 \- _  [
    4 r+ m1 V# F- }# h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 B+ `5 I4 V; t
    8 v4 k5 D6 i9 v% w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- V! {! k1 G+ O! W- r9 r4 ?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 d; v7 Z& Q  `# X4 J) l

    ; d9 ?6 g: B" r8 G' {  a& y个人感觉:相比于前一阵 ...
    % m+ M5 ?6 H  r' p2 Y: w# T
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。  D: `7 v: \; V* Z* _0 F5 R' f6 g: ?
    - G7 D7 B9 |1 A9 G! D# Y
    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。
    ! V2 }1 i. L% r( g" ?
      A& w) o8 H  d0 V" a4 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。3 a# u) f" B! d$ p* B
    % ~! d+ A) i9 g) ^( K

    3 l6 V2 Q8 }* y7 U* PSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。6 e2 \6 z; {+ V/ w0 D
    ) u8 z' f* h5 f9 a2 v- o
    : m- }5 _- }  c
    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
    / p% G( f; T# aEUV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 @5 s# S5 d/ u$ F
    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 12:465 Y1 G' g' d& v8 w$ Z/ p
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    / @, ~8 t% K, _! ]; Q' i' Y/ ]7 Z$ u9 `3 U
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    . \+ H8 M; i: x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& ^5 ]5 G) p" c
    也就是说,EUV用浸水没有用?
    / [! e' U" b0 y9 O# T
    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 14:383 q$ x: l* m& V4 e4 Y+ k- J! o
    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 E0 h' B7 V6 I6 ~% h- a. E) o
    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 12:390 Y1 q6 l" F4 O3 g4 k# w: O
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    / R' R0 @1 Z* v& q) 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。
    * f7 V: I/ _) o! _& l* J我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    - g, H8 n) Z8 T7 H3 g! U9 e
    * X: Q4 f  U1 E8 j. w/ ghttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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