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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 % A4 X; D" Y  w9 l# c# d, j* ^. P

    : q# {5 [! w0 `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。
    9 p$ A0 L2 b6 k9 Z6 r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。
    5 ~0 o' F; A# M4 q! r5 P9 [0 U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:
      L) ]5 [8 Q* h% q1. 表面清洗) y) E% Q: H' L/ s
    2. 预处理
    ) l  _6 N) O) i) A; c0 t9 q. m5 W3. 甩胶
    % M+ f+ \) K. G/ `4. 曝光
    0 n" z- ^* I6 J; y5. develop(显影?)* _9 U; a5 G9 h# e/ X+ G: N$ P' k
    6. 刻蚀/离子注入* n8 f5 i0 J  X; Y
    7. 去胶- W% L4 r% S! i1 V; M: C
    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:. h7 E5 @% ?  `8 F2 o0 y3 O
    0 {3 J0 T) K, [/ g  C. ]
    对于光刻机,公式演变为:
      q% O" B( u# z3 T9 l; N9 \! Z9 L' V  L; I& 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:- @! L4 U6 l& K/ c4 T
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    $ Z" b; g5 Z, V( l- k! F2. 405 nm (水银灯"h-line")
    / G; b' ]/ s: U, r! _6 Q9 z- b$ D3. 365 nm (水银灯"i-line")
    % B3 ~& f; O3 g; f* W8 E4. 248 nm (KrF激光)+ x2 B( G; k" m! ?: E3 |
    5. 193 nm (ArF激光)
    ( ~. P- r+ i: m; w# v/ a& C6. 13.5 nm (EUV激光)0 ^2 A( U) P4 ]; F& f% a9 T- A
    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 S3 l$ G" f' E9 E
    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:
    ) x/ N  {" Q9 t9 ]( d1. 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。! Q0 ?, E1 j* [# p. m
    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。
    - _. @8 Y9 A; m# n/ |3 n& R3. 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。9 o1 m2 O; ~3 F, k- H7 M: A4 U; V
    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。
    # E  Y+ a3 r: O3 e6 z
    9 p. J) A+ ]( ~' [$ f: W( L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
    11 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
    15 小时前
  • 签到天数: 3407 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
    * W0 D; Q1 b$ ~2 y* F我还以为你才30多岁。。。
    ! J9 o) {# M& e  B4 P) F/ B" n: s. h
    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。
    - P! q( L0 z5 @% ?9 F
    4 V! q9 b9 U5 [6 V' H5 _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。8 s' z5 l# X5 Y4 {

    ( A+ d  ^& f# n# v% ~) o1 J) s- p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, Y: W$ r* A% H# A
    7 s) T+ S& G' @- n& r7 M
    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≤8nm2 V( D2 z! K- a( \
    , `3 ?5 ?5 y1 o( 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。0 n3 }! ^9 S& 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
    1 \4 ]- V; K6 g. d. w, Q0 Y! v( b5 t+ m( v# 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。
    1 h- i- k  ~; N: f: V1 \3 `那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。: g6 ^/ Q3 X$ ?( k; U7 b
    ' t# C' d7 C& ~+ a3 c; y) k) M" 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' r  M3 U/ U& c9 F& O& b: n
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:1 q5 @7 O6 X7 B) C
    2.1集成电路生产装备
    4 x" o9 P) z, f9 _2 @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. H8 p2 z+ x9 L6 {; n1 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
    5 X3 N0 p, M4 i& n& S2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm* }! k# m" B6 a' @! K# w, V
    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
    ( n. J6 C0 ]" ]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
    " D: V* r/ I) C: M0 B$ q! s2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:193nm;分辨率≤65nm;套刻≤8nm& W  ~) c7 i! X; e1 M9 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%
    8 G, P; ~. F; Q5 S2.1.8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
    9 R# R% r" h5 ]0 _6 g. V2.1.9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 e* v5 t, {* X  j3 s/ b, h% _% 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°$ \& K9 N3 i, ^  C3 b  H' J8 N$ F
    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
    . W5 J$ J: ^  I2.1.12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
    7 x5 M2 v2 g: r" z2.1.13化学机械抛光机   c  E9 a& t1 K4 `
        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) p# V5 O+ h9 ?! z7 B& U
        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  D0 \6 {( V/ A, z5 j6 V/ K0 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/min
    9 h/ i  D0 Y7 v7 a3 L' ]    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
    & \! Y0 y+ R6 e, _  W6 x2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm4 I0 |3 t0 e6 k" g) H
    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
      W# K8 p# f7 \; _2 E9 s: V! D  K) X0 T4 W1 _+ E( c; @
    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。2 e9 |! p2 V# W; U* [

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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
      Z0 O3 a/ j5 H) A/ {# v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 ...

    " t) n# c% ^# ?# D6 _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
    : d" Y: R+ m5 c感谢感谢9 `3 D( O* D1 u% T$ t( ~% `

    , W0 O: i' {7 O8 M& J1 x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≤ ...
    . l- Z1 V' i8 i# S# B- 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!: k5 x  x+ p" a$ S( c
    ) E, T+ |+ i0 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。0 O9 F! h; g+ x3 `7 m% _/ W0 J2 D

    + @; ^7 t0 L. o' ^) }& V1 D. Z- L3 R1、内行人一看就知道,还在65nm
    2 Q4 O  O) m: ~1 Q8 F2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm. E: s$ K! c' |7 c
    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: ?. b, ?7 B" P
    2 u' \+ h3 X# x6 F
    然后就要等EUV了。
    ! ?( V. n! v: @4 x5 A
    ( m7 T9 q9 \8 |/ ~- l' T2 m1 e" w' Y0 e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?
    % S& x. G, U3 S4 R! v' a1 C. l' S0 X6 a% s& t/ W# H
    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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    开心
    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 14:001 P2 N. E9 U4 d% p( 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!0 r6 [) `; l3 |) H9 a
    / ~, P8 r; X% V/ [6 Y
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    , W8 u6 g+ `* }0 g2 ~% n不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    3 b7 P4 z: }. V/ N6 G# n; E: ^0 H
    - y0 w7 S- F2 |; s/ g3 W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。
    2 @3 a) z9 D6 {* l2 ]# Z) [
    : ], }7 O3 A1 M1 t$ `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。
    8 M: `' Y' Z( O' |# p
    0 m# {5 Q/ y0 R1 o* t7 L0 ~+ u6 Q6 n  `6 k$ P
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。8 X2 z" N* a0 ~8 k5 R) @, b
    0 p& n4 B9 ?8 E* Z# W

      a# c' C" x6 h2 i! i, 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 07:426 {9 H& h6 U5 |) i" `  U
    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。 ...

    . Z# I1 ], ~2 T5 ~9 R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
    . P1 c* `- ]2 U, t; V不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    5 j: \" Q( b' J* g- Z( ^" P$ A- |$ u- U4 z( G
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    ) @# W9 p4 S! p# o* V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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  • TA的每日心情
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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
    8 V% _7 b1 J; B! }也就是说,EUV用浸水没有用?
    & G; Y, B6 T$ @' 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 14:38
    0 T7 u7 W4 l/ H. W# l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。 ...

    0 m- X/ u0 l  h7 d$ ^( {7 R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
    0 F# V* n; m6 \是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    3 Q( F; z: [) w1 L: Y- u
    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 x- g! _( L7 a: w/ X我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。) f7 l7 A1 V9 V9 F; T  M
    ' Z# G" N' @4 g: t9 k+ ~; ~
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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