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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
    2 P# e" Q/ O9 m& ~7 e6 F% U+ ^2 _  ^1 H( ^" i; `. _# u; p1 Z1 Z
    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。0 f+ \# h$ H: F+ M, O! I2 [& r2 S# i( E
    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。
    ; X( G  ]  A. p6 R2 C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:
    5 \7 T7 A$ ^: p1 w1. 表面清洗
    $ l, D1 m6 f% @" K' s  r$ t2. 预处理4 z$ v) S: N) C0 C( e+ u$ V; Q5 X
    3. 甩胶
    & @$ A/ U) V9 n6 _( Y2 G4. 曝光
    : x8 ~: U7 n' x# N$ m' T  u5. develop(显影?)
    ! r( [0 ~: T' k, F7 X* K( T( r# b- i6. 刻蚀/离子注入6 @/ \6 K* o0 C
    7. 去胶8 |( ?2 Z- f# `6 }: X; f
    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:
    . [+ Z0 T' ~7 t4 r3 o$ v( `% F
    & P4 E% o, J% [! Z$ Y+ V8 R) u1 e对于光刻机,公式演变为:
    ) k: I0 {, ?' l, ^6 S3 V1 P3 ~/ o: J5 a6 S3 w) L4 K( A
    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:' k+ W2 m4 R- L5 _, H& }
    1. 436 nm (水银灯"g-line")   F$ [2 B6 z; ?$ Q8 o
    2. 405 nm (水银灯"h-line") " S, s5 A* c! X
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    - L# J3 f6 x9 x* O1 x9 T4. 248 nm (KrF激光)
    5 m& q; Z3 v' ^7 w1 w6 z& F4 ^! l5. 193 nm (ArF激光)
    ! D9 p9 d4 i+ b- |& d6. 13.5 nm (EUV激光)% ?, t, j/ `* j& 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。* S' d' z7 `6 U: s
    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:
    & e, z9 V" l& ^0 x* z+ b* q2 _+ 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。
    ( J9 [9 ~, O2 P! G- |; ]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。% y" ]5 v0 a# R- K4 }# y
    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。& ~6 D( r/ W4 ?: 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。
    * f6 q4 U, y5 `3 B! ?
    ! h- U; w  t/ ]# v. 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
    15 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
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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
    ! C. p7 \7 B: m我还以为你才30多岁。。。
    5 }+ h( Z" d0 j' K) 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。
    5 Y& D. f1 x, Z& L9 l4 H
    6 \0 c6 B: _* R7 w2 t! 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。6 j$ D* p+ E, K
    - K% D3 {+ w4 {7 H. D. T
    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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  • 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7 ^7 N0 y4 V8 A
    0 u# v- z! l; ?6 N
    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≤8nm5 ]( O, D9 O( U
    % @8 t* O- j& K! s2 x% C
    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。
    % G* w% {% s0 s; i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
    4 d) j* L. t. H0 |* }0 j; m: L7 f! k8 R0 v0 N! 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。
    ; ?- E) Y; \1 F( v2 r* k那如果突破了“浸水”,就可以做到65nm/1.44=45nm了。
    - E& @  @$ q! `" j
      ]) R, ~6 ~! V8 p# }" K* h: l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
    , y5 {1 N7 e- i和芯片相关的远不只这一个光刻机,还有很多项:: g0 D- P1 Q2 s! d! Q; X1 k7 p
    2.1集成电路生产装备
    6 I) x9 J& |4 g- l7 z+ O- Y' 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
    0 e. D5 M" P* [5 Q2.1.2湿法清洗机 晶圆直径:300mm;工艺节点优于28nm;用于关键层清洗
    ! G( l5 k: _% G/ |+ Y1 w3 ?+ v2.1.3氧化炉 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm; G. a# u; Q, I( T9 i
    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- W/ O1 o* ^# D  y2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径:300mm;照明波长:248nm;分辨率≤110nm;套刻≤25nm9 D( ~' R6 u$ y" V
    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" F7 V% D% o% p3 z2 ]# y8 O' f: c0 _
    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%
    ( R# b( f, Y- i9 x; L/ C, t3 j2.1.8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& J$ U) A( k& l9 ~1 P" K7 n# p5 Y
    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 _& ~$ D5 g8 c! @
    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°/ \5 M2 N7 Y2 g. ]
    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
    5 o( S! i! n. G/ B. a2.1.12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' c+ i. g$ |3 I
    2.1.13化学机械抛光机 . C2 J" }: U# F; P7 Y: V2 G: E$ L
        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
    : ^. e7 D9 q1 N  G2 x    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
    5 h2 ~4 K5 A) f7 Z* \    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
    $ i6 R& R  t; s' g% t6 c/ 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" v) @3 k6 B4 H% C' F7 O9 C& p
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径:300mm;工艺节点等于或优于28nm% ^" l+ V# x% ^" s/ |5 B
    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
    ( g/ M! u) _- @9 U5 T& J7 M4 E: l9 g$ B1 n& ~/ P; f( n  W
    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* n5 g& J3 y9 f4 w

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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# [: I% M! S# I0 V% i; g( v" B
    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 ...
    - R0 o9 H$ b) d2 p' k8 h
    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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    12#
    发表于 2024-9-16 14:00:59 | 只看该作者
    老财迷 发表于 2024-9-15 21:197 _0 U" N# ~4 y" e) q
    感谢感谢
    : K5 |2 @" ^$ U3 [. J/ E% |9 c  g5 w2 w( R# e
    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≤ ...

    2 Z1 E3 V1 k8 \4 k* i. `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 Q6 }, ~7 R- }1 [1 v
      p0 j$ M% e# `  H7 ]
    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。
    % d! n) C9 k* W9 }+ v4 j# J7 l8 s. s& _, f
    1、内行人一看就知道,还在65nm1 z! |/ P% ?5 q9 J
    2、没说的就不知道到了哪一步,而中国肯定不会满足于65nm
    ' _& F5 q5 u/ z! O8 Q3、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2 w4 h) D& _7 H8 f8 X% @; r6 M
    $ h+ g% b% S, c6 u
    然后就要等EUV了。
    - y) W5 K% B, }" N2 d( E* \- D% A( O
    : P8 F- P3 h5 A; L$ Y9 G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?7 r* H& {0 u) y$ \

    - Z1 V  b7 q$ R! p1 `1 M  j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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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
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    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
    $ D& t1 ^- k4 f& `1 _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 }: H6 _9 {9 T$ y0 e  z0 \- x0 [6 z  S0 y
    个人感觉:相比于前一阵 ...

    7 G6 m, J; g4 x! o不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。% H/ G3 e1 E2 K& W( q

    ( b2 @! E  [7 `5 c  G; X7 x. G3 c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。# R5 S" u+ `# |, z* w# y$ Y9 x7 a; @

    7 q' h8 @$ N( e8 \" L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。
    * e2 K2 i  P  w4 H9 O3 }/ P- }2 q
    4 n& y& v/ M- k- C/ Y% a  o7 n2 J% {: m: m5 N" a/ E' |+ m
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍,以期获得精密度的倍增。% I& }- E7 C" A( T/ M8 x, J
    ; K' Z! \# V' U6 W; R( q
    , ?2 q1 T) J8 c) \" [8 w
    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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    15#
    发表于 2024-9-17 03:21:19 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 07:42/ D7 [( C) L+ b6 X1 O. }$ o" 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。 ...
    1 f1 x4 T2 b$ 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/ n* Z' N0 \$ \2 R* ^7 n- @
    不存在28nm光刻机,只有28nm工艺节点。
    4 M0 ~8 l& l. i, Z$ f2 k* v4 B: s; E. A# a
    从光刻机所用的光源上来说,只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
      c6 R7 T' }, V, b0 X& h
    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" G  X- C5 R/ k) X5 X7 x: b5 i0 y0 G) ]7 k
    也就是说,EUV用浸水没有用?

      ~4 a" I; K4 h4 w& O; T$ C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
    ' v! Z) f' W  A+ @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。 ...

    * Q/ \+ Z/ v- |5 |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
    2 F) l8 y3 m+ r1 C" k是哦,连透镜都不能用,水可能更加不行了
    3 H+ o' w( Q, l% a3 ~4 r1 m, U0 \
    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。
    : p+ J3 X8 A% d6 D0 W: F我不懂这方面的技术,看起来说的还是有理有据,供参考。
    - d; j% }) p! K% f  [
    ' @9 N) N, U- h5 i* D( `9 ahttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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