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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
    . ]" q# T( V' |
    ' g  G) x4 C/ A' s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。$ z+ q4 l  p+ W  n  M8 ~
    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。
    9 g. J( ]9 q' S# s% I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:
    8 j% h  w  I+ d7 w* d1. 表面清洗- X  O: K6 o6 {9 A" c1 W
    2. 预处理' d. X! D6 @* o; p) O  u6 M# c
    3. 甩胶0 p& n9 F6 o  I
    4. 曝光5 \. B+ n6 C. j9 z/ G* ?( B9 o
    5. develop(显影?)
    + I. T$ C) R; q, G, m& H9 Q6. 刻蚀/离子注入/ `. ?( |8 z) P; Y5 w
    7. 去胶
    : m- m; a- Y/ s  g' @9 J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:
    + `* [5 r) O' P, B; k( r1 D% P6 m8 }9 D4 r( ]; s0 W, G1 h
    对于光刻机,公式演变为:
    . ~* b; B8 T; t, N
    ) T) [6 S* O5 z# E' Z+ w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:" p: q$ H+ R; K5 S* v; }, `% o" }
    1. 436 nm (水银灯"g-line") ' [. c5 {( @8 I$ I& l% m* @) y* w
    2. 405 nm (水银灯"h-line") 1 p+ N2 G1 ^) m! D! t" W6 f5 X4 Q) c
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    7 Y  x% g* f# m0 s4. 248 nm (KrF激光)
    6 f- J# I5 v2 o1 ~5. 193 nm (ArF激光)5 ~9 o7 `5 E9 \( E" z7 ?
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    8 E& L+ B3 q1 J$ z8 a8 o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。- H8 I4 m! j  i: S+ g8 A( x
    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:
    ; e0 \6 U9 l9 v2 ]# J  k$ V  @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。
    7 c" v) Q1 w1 o* q" Q2. 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。) f6 M$ o( j, w; ^3 @, m4 r
    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。
    / I7 [3 @- I0 J4 u/ r1 T/ J7 j4. 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。
    ! t2 K- ~! l6 D+ a
    1 f: s/ v5 _$ S" @" w' 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
    7 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
    13 小时前
  • 签到天数: 3431 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
    ' `# k& W6 n# A# w+ q我还以为你才30多岁。。。

    & x2 \- u( I, Q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。
    - S5 F. S7 e0 C8 o* j' o* B
    1 ^7 I( I- D$ }- X, G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。
    ) F  A& A- O' O0 x2 s; }: m9 X8 n$ j* ]9 ~( k
    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/ O( u: m* t0 ^: o+ W9 Z

    7 D# M; {  }" C: S% l$ S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! E5 f; J" I: L( B: M4 K
    . C7 n7 a8 @+ i/ X0 v" ^
    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。
    / X! d9 y7 N0 h* o7 C! E0 ?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) S+ T9 Q6 k! |! b6 o

    5 h# Y' \4 |# A+ N+ c% e2 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。
    . m: e+ U7 [+ V' i5 N; j* d% @那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    ! ^; x7 ?- T0 y# S' v* B! D7 o' E& ~6 c) e2 }0 L+ D, i: C
    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% z5 e* I3 J( ^# Q! B2 Z0 H
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    5 W9 [3 q9 f# K5 u2.1集成电路生产装备. R" l+ v: Y* I) 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& I, ~0 C* k+ P1 ?3 A7 @- y
    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
    9 e- i% c) s) R, U, m- y8 g( h6 k2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm- W  X1 N4 Z% p* T
    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
    8 I' o8 g& P( x, m2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm
    7 h3 T* l" T7 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≤8nm# E6 b0 C% i9 x6 W8 e
    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%
    ' I9 |# g/ m: \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  L: y# S4 S' o8 B' x
    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1 @8 d; M4 R/ {6 {- h
    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°6 |% V% O5 |9 _7 }" k4 c
    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
    6 I% o8 B1 M4 d9 Y2 j: o7 C* }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
      n( O& B6 `, m/ W: F3 a2.1.13化学机械抛光机
    * @" K" e) L9 X1 E: |9 d: T* F    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/min7 w7 |0 z! n+ ~/ V) 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
    ) a4 i3 e: N7 l. ^3 m( e    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
    ' Z' t+ A$ L% [5 A    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
    ( g! ]' d* S. Z; Z$ y8 W2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    5 }+ u$ ]* {" 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' Q! d; |# ~+ n
    & {. t) k' q0 z
    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。
    $ x% r0 A, a7 K, G& O% q

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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 E$ ^9 N; T; k+ \* s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 O! g3 Z5 z3 R" \  t' 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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    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
    ) a+ E/ T, v- o7 N. r感谢感谢' f% ?) O% K* F) P, X( F9 d. ^" v

    ! s8 V% A4 e* h  V) w+ x( G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≤ ...
    * \' z0 t: \% z
    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!
    6 u( G) K6 B; c1 R! e: k
    8 Y( C+ l- |( l5 B5 l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。# A# m' [8 w! e/ z  L

    4 ^* j' j+ [; x, y1 j& I5 q- `1、内行人一看就知道,还在65nm& p- I  d# ~3 i9 k* }7 K1 x  ]
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm) ~8 Q9 f$ z$ H) V9 r
    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9 N5 ^1 b! y# E, J. \3 D8 T
    4 i) w3 }/ ?4 H8 F6 _8 g! {
    然后就要等EUV了。
    ( q8 z7 ~3 g+ t: K# M* J0 m4 e
    * Z5 E' }( N/ B# G0 P& @0 X! X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?
    ; n( L' t8 Y) Q! S% }. f2 \) P# g4 r
    & P& u7 X- G3 f) b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
  • 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 14:009 T3 z& d; [* V: l$ Y6 q
    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!
    % v) Z, T/ @9 w. Z' \
    / @2 A$ o/ l4 C7 X( o个人感觉:相比于前一阵 ...
    8 ^: h) ?1 n0 Z5 h  ~5 f, W5 ]
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。8 e9 G' j+ O; W  f& ~
    3 T+ z3 ]2 O$ e: [/ K
    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 W7 g* I2 W' P
    " v$ G  u1 X% ~" ?9 _( 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。
    1 O3 \0 t) R4 {, Q' X5 l2 A6 y  K4 I# q- S) b
    / ?8 d: I0 r( L4 t* J0 u
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。4 R: Q) ?8 K- y) \/ p5 ?1 B$ N

    , U9 H) @# Q' ]2 e
    , o8 Z. `; j/ U  d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
    & u7 u$ A  R8 s9 j& a( gEUV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。 ...

    - v7 q$ L. @, @% v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, y) l9 `  W0 u7 T5 Y  W
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。. `/ p2 d- ^# k' u* w
    5 c3 z% m5 ]* V4 V- Y! p6 Q9 S
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    6 C: p0 D2 A5 u* J+ i
    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
    2 u% f6 |* O- P6 V也就是说,EUV用浸水没有用?
    7 h0 h+ b4 `, |, 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  ]; z" `8 e. ?( n, n) 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。 ...

    3 Z+ N/ T& J( ?* ?& }6 p+ Q4 a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
    / ?! x- |2 K- N/ y+ o是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    4 S( R( d+ _3 I6 G! I$ m+ S
    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。
    4 f, Y9 Z! R3 c/ w+ i我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    - Z8 B/ R% c" c1 L
    8 X& Y* L8 h4 H5 \8 w$ p7 Khttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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