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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
    % A$ @9 p, b% H4 M
    / d+ p- D7 q4 g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。; P4 U2 B& j' C/ u; g, J: l2 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。
    0 p$ d8 p  P: @% j; E3 g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:
    + a/ a3 o9 `" \* m1. 表面清洗
    ) u6 O: o3 O# X2. 预处理
    % l7 [4 t0 `4 N8 t5 {3. 甩胶4 l/ I/ N8 p3 i0 {7 F
    4. 曝光4 y+ O9 |- |+ y: A0 g1 J
    5. develop(显影?)- Q8 j$ F$ s  W! d# m) u6 Z% b7 O
    6. 刻蚀/离子注入' L0 \7 W5 N( D# C7 `  [1 F
    7. 去胶$ p7 Y4 t, J) S# J; Z- H
    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:4 K; U; ~* ?" k  c7 e

    5 Y: B1 D! [; V+ n7 {对于光刻机,公式演变为:
    / d" U$ d% _. ~0 o% |
    1 A4 O. y( z* n) e$ Y7 N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:
    ) v9 o! X3 M) q8 |. t5 R& Q1. 436 nm (水银灯"g-line") + @$ N2 r7 O! Y2 X  P: g
    2. 405 nm (水银灯"h-line") 9 f& F+ s! p+ Q( `3 X' ^# I+ P# g+ v- Q
    3. 365 nm (水银灯"i-line")2 @% @; ]/ g8 @8 {4 w
    4. 248 nm (KrF激光)
    2 f. [$ y4 @. m1 b; [) M5. 193 nm (ArF激光)
    1 G/ P0 c0 z' D6. 13.5 nm (EUV激光)  ~1 @- Q2 Y, C/ ]: B( r6 ?- g
    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。- Y7 R/ c* P# y% w2 _) J% s; ?( L
    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:
    / y: \7 a- W/ M7 _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。
    ; ~/ Y& y( M8 K( o; F) X2. 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。5 d  P1 o5 [. z( f
    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。
    1 c- j1 y1 G' j/ W6 K1 d4. 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 C( k* u$ X" k/ c& l8 l/ B& w

    - @% e% ~" q% i3 J8 z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
    昨天 03:27
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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
    9 小时前
  • 签到天数: 3409 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
    ' Q  ]2 g2 `4 f0 N4 `! R我还以为你才30多岁。。。
    4 I! G0 O+ q& y; j& L. i$ r
    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。
    ) }( M2 P  c/ U* O3 w9 ]3 k; f
      d; b, w7 F: J0 ~" I; u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。
    2 x/ L# V9 U6 n" O6 }+ W, |. Z( w! V2 l* U) @
    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
    8 P% g# h' s/ A" h  k. C3 c; k: d" n$ J- J; C' I; a) y: y- w
    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) b# n; d3 [4 z
    # q6 ]' T/ k) u9 d+ i$ ^
    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。4 ?) U* h) k" t& b' r
    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
    2 E' u: Z* M* q# ?* p0 t$ _. `5 p  u; j: s" O) b6 g0 C% a% D# {
    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。
    & y) L& ?3 H# w% d那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    & C3 {# I: P% B6 `( P' \! q% n' I" B
    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  `; L4 `- v+ \, |- Y
    和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    9 H. j/ \; D- J) m2.1集成电路生产装备  P, V; S, v. m0 q2 h. I9 v
    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
    . W  b' `2 N+ O6 G. Z. o; t' y2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    # B  o" {% ?9 K2 ~2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm4 e: v. b  v% H% ?3 C$ {4 o0 u
    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1 y8 H4 K3 u7 }6 H1 ]# j7 G* l
    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. v3 w6 H" M( |% h1 G: k) _
    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
    1 Y9 x7 p; ^& v, ~  b. k2.1.7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%; Y2 t/ ^, y% E
    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
    # H7 p7 J8 H! K* c3 H2.1.9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5 q$ E, Y& ]) T4 q: J  Y! 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°1 P& |! Z% I  p* W4 c  b
    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
    ) r, }2 G; ?3 z2.1.12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2 ]) d: f% {0 J. h. y
    2.1.13化学机械抛光机
    . W' @0 g$ H0 D; k2 w    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
    4 O6 }' z' U* k    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& U& F' D) }* u# T% l
        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! A( g2 A+ U0 N
        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
    * z2 H. t, E/ U9 o' i4 Z6 U2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm+ n; o& a. f& z+ V& W% l. M
    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
    ( ^6 g( _2 f# m7 g1 |" k0 Q5 O; Z: Q8 W0 ~3 |  ?$ P( u
    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。+ u  _2 v& Z! z; I1 r5 i" _4 f

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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
    3 _' j# y- p" _. A% S; @( `, C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 ...
    1 I  ~2 O# T& _' I
    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 21:190 c# G9 l2 |5 C' d$ x- s7 E
    感谢感谢6 c! L# y  Q) ~
    5 k) y% Z; G1 q5 j
    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≤ ...
      t9 W+ G% Z( u7 a- f
    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!
    & q+ Q. Z2 v& f: T" T4 ?
    ) ?# \8 Z) P3 X$ l2 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。
    : d8 b3 X. ~- M3 `0 j4 [2 ?( w0 f. A* O- E( w- ]! Z
    1、内行人一看就知道,还在65nm( }/ p, v4 f( p5 |& `. s
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm2 ~6 i, f; x8 |
    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
    , A: A) I! m- s0 ]$ H
    - T9 B/ t, z; g# X$ m1 s1 S( }6 I2 g0 R然后就要等EUV了。
    / t2 v+ F  b5 L6 {8 d1 g0 s* ]) X7 S, P) P( S) t$ A+ Z
    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?
    0 {) Y) B6 `7 L6 ^2 [4 ~; {8 _. y
    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" G  a! f% ?/ N! A- R) N
    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 X4 ^  d* v" K" Y0 Y8 F3 l
    1 G1 d/ y( O: X7 {" q个人感觉:相比于前一阵 ...
    6 e% ]1 h/ L# l: F* j
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。) B. C2 ]2 z' I5 d" ~

    & x( A  D# O  V$ N9 ~! b* t4 _2 b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。3 s! q5 y- t* d- R4 Y3 q

    $ \1 m5 D9 n& M( K6 Y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。: K; s# p( ^$ T! u

    ( }( z$ I6 E! b
    - S9 F% g8 I; [! x9 pSAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    . H7 z# l* a! j$ K" [* p) w
    , @% M; c9 U' d( }6 p: Y. }4 e- v- s4 ]
    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
    9 }4 H6 x/ J. u9 g' |9 BEUV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 d! J) m" k6 H8 l9 A, ?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
    1 N' F: @. c7 W  [不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。' Y) q. I# c3 m% f

    8 p# L' I( \- e+ V" x从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    & j9 z, J' 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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    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
      d5 ?' l  J0 K1 X7 \也就是说,EUV用浸水没有用?

    9 c1 P, l! 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。

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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
    4 B0 b# b- U' H+ Z  G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。 ...

    * @* t+ t- z/ y0 v4 u8 d# q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% c* u3 q3 k5 I: B
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

      T) Q4 }4 N5 L* N% i+ 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。4 _0 c/ c1 u. F! |  d. X. L& N- m
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。( Z3 _# v, [9 b- ~& E

    ! o. z( w, e( Q8 u0 Ohttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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