受人工智能和超連接性普及的推動，預計半導體行業(yè)規(guī)模將在未來十年內(nèi)翻一番。然而，盡管微芯片（從智能手機到救命醫(yī)療設備等一切產(chǎn)品的基礎）的需求量空前高漲，但它們也面臨著迫在眉睫的技術困境。

高數(shù)值孔徑 EUV 光刻中的微型化挑戰(zhàn)

晶體管不斷小型化，縮小至 3 納米及以下，這需要完美的執(zhí)行和制造。在整個 21 世紀，這種令人難以置信的縮小趨勢（從 90 納米到 7 納米及更小）開創(chuàng)了技術進步的新時代。

在過去十年中，我們見證了將500 億個晶體管安裝到單個芯片上的驚人壯舉。這一成就得益于極紫外 （EUV） 光刻技術，這是一種使用 EUV 光的尖端工藝。EUV 光刻技術可以打印比以前更精細的集成電路 （IC） 圖案，因為它的波長 （13.5 nm） 比傳統(tǒng)深紫外 （DUV） 光刻技術 （193 nm） 中使用的波長短得多。

半導體制造業(yè)的領導者們正爭相將這些系統(tǒng)部署到大批量生產(chǎn)中，第一批高數(shù)值孔徑 （High-NA） EUV 工具已經(jīng)安裝完畢。這些復雜的機器有望進一步縮小特征尺寸，同時提高生產(chǎn)效率。然而，盡管取得了進展，但在 EUV 光刻過程中實現(xiàn)零缺陷的關鍵挑戰(zhàn)仍然存在。

圖中顯示的是用于 EUV 光刻的 Canatu 碳納米管 EUV 薄膜和光掩模的示例。

EUV 芯片制造中的缺陷困境

缺陷繼續(xù)對當今生產(chǎn)的芯片的性能和可靠性產(chǎn)生負面影響。在芯片制造過程的每個步驟中，盡量減少錯誤非常重要。EUV 掩模是一種高精度模板，用于半導體制造過程中在硅片上創(chuàng)建復雜的圖案。它充當模板，阻擋晶圓的某些區(qū)域暴露在 EUV 光下，從而將所需的圖案蝕刻到硅片上。

在初始階段，在 EUV 掩模進入掃描儀之前，可能會出現(xiàn)三種常見類型的缺陷：表面缺陷（構成許多觀察到的缺陷）是由分層過程中暴露的底層材料引起的。其次，層內(nèi)捕獲的微小顆粒可能來自初始材料或構造過程中的處理。最后，分層過程可能會無意中在掩模表面產(chǎn)生缺陷，這些缺陷要么被完全覆蓋，要么被部分覆蓋。

下一階段，光掩模也可能出現(xiàn)缺陷，因為 EUV 掃描儀本身可能就是缺陷的來源。掃描儀內(nèi)的極端條件（如高溫和高功率）可能會在曝光過程中將缺陷引入掩模。

在高功率 EUV 光刻過程中，溫度會升至接近1，000°C，傳統(tǒng)的 EUV 防護膜可以提供保護，但它們在加工過程中的劣化可能會通過熱變形或污染物釋放等機制損害掩模版和掃描儀。最重要的是，如果由傳統(tǒng)金屬硅化物制成的防護膜破裂，它們會像玻璃一樣碎裂，造成不必要的、代價高昂的停機。

碳納米管（CNT） 膜擅長過濾污染物以保護光掩模，但它們的功能遠不止這一主要功能，Canatu對此也非常了解。雖然為 EUV 薄膜設計的超薄 CNT 網(wǎng)絡可以最大限度地提高 EUV 透射率，同時保持出色的顆粒過濾效果，但更厚、更堅固的 Canatu CNT 膜也可用作光化掩模檢查的碎片過濾器。這種特殊技術用于在 EUV 掩模進入掃描儀之前檢查光掩模。

即使如今半導體制造技術取得了諸多進步，防止光掩模上的有害顆粒造成缺陷仍然是一項制造挑戰(zhàn)。理想情況下，通過控制和減少雜質(zhì)的存在，晶圓廠可以提高產(chǎn)量，從而實現(xiàn)更一致的芯片性能。然而，這一領域的性能仍然頑固地停滯不前。

碳納米管在 EUV 光刻效率中的作用

近年來，CNT 在 EUV 光刻過程中保護光掩模免受缺陷影響的潛力才逐漸受到關注。事實上，CNT 光刻膠是提高 EUV 光刻產(chǎn)量和性能的關鍵因素：CNT 光刻膠由于其更高的透射率，估計可將生產(chǎn)率提高 7% 至 15%，從而使半導體性能更上一層樓。

Canatu 為 EUV 薄膜開發(fā)了先進的 CNT 膜（圖 2），具有獨特的性能組合。未涂層的 Canatu CNT 膜在 EUV 下具有高透射率（》 97%T）、最小眩光（《 0.2%）和真空下高熱穩(wěn)定性（》 1，500°C）。

Canatu CNT 可用于 EUV 薄膜、X 射線窗口和其他 EUV 應用。

高透射率意味著更多的 EUV 光穿過薄膜到達晶圓，從而提高產(chǎn)量。低光斑（散射）確保即使是最微小的特征也可以高精度地打印在晶圓上，而不會造成圖案失真。高耐熱性、化學惰性和高壓差耐受性確保基于 CNT 膜的 EUV 薄膜能夠承受下一代高功率掃描儀環(huán)境的強烈抽真空和通風循環(huán)，同時保持其光學特性。

ASML 稱，最先進的高數(shù)值孔徑 EUV 掃描儀將引入超過 500 W 的高功率水平，提高光學系統(tǒng)的聚焦和收集光線的能力（即數(shù)值孔徑 ［NA］ 從 0.33 到 0.55），提供更高分辨率的成像能力。功率水平的提高直接有助于提高每小時晶圓產(chǎn)量 （WPH）。例如，400 W 光源每小時可打印 160 片晶圓，而 500 W 光源每小時可打印超過185 片晶圓。

然而，較高的功率水平和掩模版（光罩）應力將產(chǎn)生傳統(tǒng)材料無法承受的高熱負荷，從而導致薄膜變形，或者在其他情況下導致薄膜像玻璃一樣破碎。

與 ASML 在 2023 年 SPIE 大會上的最新評論相呼應，碳納米管（圖 3）正在成為高功率掃描儀 EUV 薄膜最有前途的材料。繼續(xù)研究和開發(fā)基于 CNT 膜的 EUV 薄膜技術對于充分發(fā)揮其潛力至關重要，但它對芯片制造未來的前景是不可否認的。

Canatu CNT 具有許多特性，包括：比紙張薄 100，000 倍、強度比鋼高 100 倍、厚度為 1 至 2 納米。

CNT 薄膜：精密芯片的純度

隨著 EUV 光刻技術徹底改變了半導體制造業(yè)，CNT 膜成為保護光掩模在掩模檢查和 EUV 光刻工藝中免受污染的理想選擇，同時確保芯片生產(chǎn)更清潔、更精確。CNT 的卓越性能使其成為 EUV 光刻技術的多功能和面向未來的材料，可減少缺陷、提高成品率，并最終實現(xiàn)生產(chǎn)更小、更快、更可靠的芯片——這是我們不斷發(fā)展的技術格局的基石。