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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 5 k' j# a& q4 L4 ~: ^

    5 y6 ^; j- S6 a) v9 P4 @6 S, A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 ^5 H3 q, j  |+ ~' x4 \" ~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。
    8 R2 A& X! f! S3 ?# p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:
    6 u! J& Z( i: \; A, z1 {1. 表面清洗
    . {& {+ _/ R) M/ N) C5 U! J$ O) ?. K2. 预处理  i9 {/ P; w- i/ Y  e3 C
    3. 甩胶2 T. G7 h) D& X6 i9 {8 D, n: b) [8 I
    4. 曝光
    , c1 ~/ M% R* e4 t5. develop(显影?)- w5 M8 Z/ B: h; M5 H
    6. 刻蚀/离子注入) [& Z& N, b2 D! t
    7. 去胶
    " E# N) b! y( ^7 O; c4 n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:- Z- R+ a; Y6 j: C' ~0 e  G

    8 C" Q0 a) P# i( R! s8 k; O) K0 U1 ^! e& I对于光刻机,公式演变为:: l! c% X, z2 F9 A( d( w
    5 ^3 W2 t+ t8 ^7 o! z% }% O# t7 h7 M
    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:
    8 p: C$ `8 e# Q. c/ G# G8 M2 W1. 436 nm (水银灯"g-line")
    9 u! ^! Y' Y1 E! a5 d  `& t2 v2. 405 nm (水银灯"h-line") 1 c4 n) Q4 b0 P3 N6 O1 C' ^
    3. 365 nm (水银灯"i-line")- L% k7 U& G8 b# y
    4. 248 nm (KrF激光)
      s# ?2 V- b' \: u/ t5. 193 nm (ArF激光)- m# y8 r# O/ }8 e# O
    6. 13.5 nm (EUV激光)# d4 b$ O. U/ I, z. h6 B
    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。
    / M3 r- {3 H/ m3 a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:
    $ U: l; |+ v1 D: o1. 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。& s# H% B; `. f  Q: w
    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。
      _, j% O' j) W) T9 a6 A3. 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。
    & l  \' K. r/ d' X& u6 F# V7 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。
    + l2 \. `* @8 V1 e/ T: `* g9 K3 r# L9 H8 a9 z( ?( \0 Z4 @
    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
    12 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
    16 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
    2 f) o1 v6 {# L( u+ y6 G我还以为你才30多岁。。。

    % N! w8 L! W. s: ]- M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。
    9 Y6 T4 N6 Q2 n/ F" [% s, 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。
    # o4 D7 P: B- }- j9 U  C: h+ A: o. a. A& V- `+ ~
    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 o8 ^; V9 Z* L7 H+ ]$ `- ?
    - d7 e, k5 N; w# K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; X: N1 d8 l- A$ h1 a
    - e( {: n# S. N4 r  v2 [
    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 U% r( }9 Z* q. c
    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% z( b1 F# M. {: U% x

    3 ?5 \1 P) Z' S; v- i. _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。: z3 m; _# A, S3 V
    那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。. ]" N$ r+ q3 m. E* b

    + y, q. w! Z+ A/ Q$ r: ^9 P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
    & b1 Q) i+ u  z! o; k- [  S8 q和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:, m) @  w4 |$ o# t5 g% z
    2.1集成电路生产装备
    ( k& p2 _5 S1 k& v- l( w2.1.1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# S' H+ Z2 q# F* o
    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$ R! O* Q/ o1 s; n9 I5 S9 h
    2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm/ J. F3 d2 h. a6 O
    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 I0 M5 z! x% c& f% W% 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
    0 U  P7 a* q5 C- o% e3 b$ 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
    1 W2 H  z! z/ @* N& p2.1.7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%" T+ J" C5 v* ^# d" A2 x
    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
    - C8 f; Z* O# j# }6 F; x2.1.9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, z" W$ u( B: P. j' L$ m
    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 n! Q) l! K) }- o+ r3 {# o, S
    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* J7 f7 X8 N4 A
    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! U2 l) U; G! n$ ~. ^8 c% ^: D
    2.1.13化学机械抛光机
    - u  z- ~2 K: @( U% ^+ h    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% Y) c! n; A6 M, {* Q# D! L4 z0 b
        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
    $ {* L1 k. e5 T- j6 h/ {7 G    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
    0 N3 \8 g; J7 s  E9 q% @2 U    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
    / T6 c6 {' ~% M7 R5 l# S2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm( l4 A! X0 i: N) l3 a% s
    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
    : S7 f* g4 T5 \, M( ]1 y2 o, V, Z4 p  ]* i: ^2 g7 F9 ]
    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。
    ; s2 U' ]4 B2 t" 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! }5 s% ~" z& B6 f1 }4 t, A8 _
    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 ...

    6 h4 D! b' B5 ^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& \& Y3 i( G9 }' O感谢感谢
    6 C$ g+ F+ n# U/ m. s( \. p, y* O, X2 i! t4 _' T
    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≤ ...
    : f4 ~7 {) n- t3 n8 Y- 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!
    8 W+ d1 b3 E9 U
    $ d2 U; K- Q3 i% s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。" U: D* L7 l+ H' |* Y# r

      I8 L' S7 f8 ?) |' x/ ]1、内行人一看就知道,还在65nm
    " n7 ~8 {: f7 r( i: `2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm& D$ R% I" F" u: K  `. z0 r' v: A
    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; s, N- ^: D; }
    / \- m4 k2 F' h/ {& S& Q
    然后就要等EUV了。5 `2 @/ d  P: r
    # K6 {& j& W, F; k
    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?
    : K9 Z7 f, X8 L2 u* `# R, I: D) ]8 g5 t5 M) ^) w+ K, @) q
    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 14:00
    $ a0 a& i0 O/ g& 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!' w9 k; d+ B* p" ~

    ( X+ L. S# ]. ]1 j: M# S个人感觉:相比于前一阵 ...

    - ?$ B, ?# p* ~不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。7 o6 ^) O8 N$ M# Y4 L' {
    1 H/ v6 r0 {' f! r7 u1 O" D
    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。
    ! h* F# Q. v  T/ E. \7 M; G, a) N
    $ }+ U+ v5 x' k. A0 C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。5 w; v0 L7 k% K
    ( R: W- T; q! L8 @5 o+ t  u! R
    ; u( D0 T4 G# `- y
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。- r. [$ Y9 D, K0 o7 c. \. M
    3 |  y& H0 o2 \! C
    2 u2 w7 s( }4 h  l0 p, H
    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
    & p8 |9 P( v, Q/ k$ a: v( }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。 ...

    9 e' K: O8 v( g  B! Z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
    7 i  g/ S* B9 i/ o+ ?不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。- h' J& C% i6 r

    ) r# z- b- U6 Z4 |. a6 o从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

    5 u) f5 o7 F. M7 A: \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 11:212 B2 s. {& M, h$ c5 J7 w
    也就是说,EUV用浸水没有用?

    9 l" p% N$ ?/ k1 ^! I/ K, R" z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
    , ~, p/ }' K% \9 W% }. N( n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 w3 U+ m, {& o# ^1 y
    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
    1 T6 ]6 o: I. A# I是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了

    0 R, Y$ m& ?7 h: G' V1 M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。8 ?0 q( n1 B; ?0 Z7 B/ G, m/ s
    我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。' x+ g; d( b& h( v/ ~
    7 y, ?9 r7 L- l$ \$ L8 r
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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