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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 $ w  y$ P* D1 I! e8 ^) W" j

    " Q& r8 ^8 L. P  ]5 ~6 X) i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。. ^# I# d4 i, f- c) k) l4 e& L
    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。% X7 \0 v* ~6 D* N
    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:9 O+ E- Z- l" F9 v% J% F$ r
    1. 表面清洗- \6 n/ x9 P* c0 w! F, H
    2. 预处理
    5 z3 n/ z' }  H# Y. x5 v3. 甩胶
    ) r0 A: K& u. L+ P: I3 H2 K4. 曝光
    5 S# M& B3 m1 r# `1 [5. develop(显影?)
    1 H# p2 M9 N) U6 l2 b6. 刻蚀/离子注入
    * _) p3 j, T* b( V( B2 [7. 去胶
    7 N2 I% U6 K% x3 V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 D7 m0 `# h, P! z7 ^) O" \- t1 p! m. Z
    对于光刻机,公式演变为:
    ; l% _0 t0 h% z
    ( C1 H/ C  k; a$ r; J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:# q9 m$ g/ B* R7 G6 V+ f( T5 Q+ j! H
    1. 436 nm (水银灯"g-line")
    & a5 m! K  l2 o8 x% S+ k2. 405 nm (水银灯"h-line")
    9 u2 `' w- V! I) u2 ~3. 365 nm (水银灯"i-line")
    ! z$ U; y# h, k1 w) v& W4. 248 nm (KrF激光)
    - K" p7 t' b6 [7 @8 x2 Z' c3 M5. 193 nm (ArF激光)
    ( I& M: @; z( `$ P. @' E6. 13.5 nm (EUV激光)
    ' y  E# }0 u+ N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。* E: a7 }5 o9 {& Q# t2 G* J
    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:" Q! U. F8 O8 u# t: M; w3 D
    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。
    $ r/ e( q' O; B- E2. 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。9 g* T: P5 K8 f. 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。
    ' D$ r  H1 s! |, p( h( T2 S& I# P4. 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。
    6 [. ~( w  ~6 |3 i- D5 i
    " m0 P: @) I" ?, a5 a7 B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 23:20
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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
    半小时前
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    [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
    - r+ d# Y' W3 o+ u1 w2 \+ h我还以为你才30多岁。。。

    + ^+ j! N: d6 b# 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。5 Q8 d- {4 w5 Z' U5 D8 g5 W
    / T6 y, B0 ^6 F% `1 P# \6 a
    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。
    7 x1 p2 V4 E7 ^2 |" _/ S7 ?0 X& b: 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4 A+ h/ D% V! G0 Z' x3 h5 b
    ( z- \4 S  p! G5 O: @' h
    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$ w7 W& ~& F8 m: Z9 W

    ( V% V/ p; }; R- d2 o' v  F% A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。" z% A: L: W, M( @6 C/ m- _0 @
    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 ~3 g0 _# ]) R$ Q8 d" I# I8 z! V: ^. F4 j, O
    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。. n. M8 V! I: X7 d6 Y7 |0 b
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。1 `8 ], q( l7 A% A, [
    8 h' {8 B. B* F9 r4 V# g
    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
    % Z* W& t$ R% R( R和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:
    3 ?& U7 g0 S2 _9 g2.1集成电路生产装备
    9 y5 ]" S1 o: E4 z2.1.1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+ G5 f: X2 `) y# |& _" z
    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" z3 Z& R$ O8 U- t! y: X
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm" A  K' n! ~) v: \; e2 D
    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# ~& D" P" P- l) Y
    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
      I" S) ~8 [3 j% N. r# G1 L, @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
    $ a; R; t4 _) j* w: \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%
    0 [, ]+ _) h, d7 d  D6 J; ^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
    + M9 u2 I) E; k7 T8 ]/ q6 }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
    ! U+ C7 R6 A" F8 u; U, a2.1.10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 A5 V8 y8 u; l5 }4 i2.1.11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& E1 k0 ?1 u5 s; X" q
    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1 {7 Y1 E6 \( h5 s
    2.1.13化学机械抛光机
    1 i# n4 v7 p% I% J" `  u6 e( V    铜抛光:晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于14nm;片内及片间非均匀性≤5%;抛光速率>5000Å/min
    8 \' K( O- \) v, j# t1 C    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( ?; g  \$ y* f! g7 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/min6 D+ k1 U5 ?% a: h! h3 E
        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+ L  B7 X; Z4 S# [, V, P# X; D. h
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm
    , b# [: m% i: o* k$ I+ v" x, ^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& u  H2 n, J1 i
    : U5 U) x( ?, L) W* w; R
    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。
    7 c  Y/ A8 \6 h1 l3 R5 T

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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
    6 Q+ K% D  u* F2 v# R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 ...

    ; a& N/ T' }7 H( P, n! e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; u% O1 h; W! d7 T; p
    感谢感谢
    + d) p! j; }5 T2 _$ W) h0 p- F. `/ {5 I
    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≤ ...
    + @& o/ t4 C- b8 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!0 U: E+ b$ v$ @

    7 a7 |, X8 C! n. T, S/ R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。
    * Y5 n9 G% l$ j  J) N% B# W
      S6 h: M% N: Z# C1 B+ t1、内行人一看就知道,还在65nm! a0 }7 E( d+ ^- W) s* _
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    - @2 d" h8 m9 ], a( P) P; T1 u. c3、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
    - G% M  y. R9 d' Q" I% O4 ^* J
    然后就要等EUV了。' g0 n9 o' [. w
    " ^6 h+ X+ \+ @6 O. 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?
    4 e3 U9 n8 l# x& f' K$ v  X9 t4 o2 Y4 C' m/ g" Q# O
    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  r6 f: _. |& n% G  X
    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!! |* |" W0 A9 K# ^3 c

    4 B7 y2 v$ B) Z% d2 C个人感觉:相比于前一阵 ...
    ! M3 A, }; d) }2 J
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。! F/ A0 w8 f6 ^3 k

    2 h* W9 |; D. ^# {/ v2 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。
    # p4 l! c: D( I8 T2 B! @7 m8 Q- X- r/ K
    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。
      s8 R9 C' P, o6 i/ _" K- G3 w+ `+ |# T, E* I; S
    2 g/ t) |# O+ u1 Q. J
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。
    ) r: u7 V: \. w* Y3 ^5 Q- e' g- t5 S# ~7 [6 b  J) v

    2 y8 z) t1 B+ b/ O3 o% j( ?! }: V9 L8 D3 S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
    % t$ k# j4 I* t. }6 REUV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。 ...

    & V! Q) R# q0 A' c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 12:469 w' ], H8 N: l7 N7 C" O9 p
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。3 c) @. N: E" S

    ; V. m+ G, \  h从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    ; ~( m  `/ L6 g& f; C- C4 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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     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
    $ P- }: D3 S0 u! z. B也就是说,EUV用浸水没有用?
    1 O3 |6 }0 F3 C0 x/ ^6 v" ]
    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! c  F, h9 T/ M9 b
    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。 ...
    7 d9 w! b( ?( ]8 _$ c! I; k. M% |
    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 12:39: R* G* e2 D5 y% @# Q
    是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    1 T9 @1 w$ L( P& w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。0 L7 r6 d7 W) m+ ?* }
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。" k% u5 q9 R1 z/ b
    - R- r' r/ V1 e
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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