EUV薄膜，迎来新突破！

碳纳米管（CNT）作为极紫外（EUV）光刻中使用的薄膜材料而备受关注。尽管CNT具有许多优点，但将其应用于EUV薄膜时，其生产方法是一个问题。芬兰的 Canatu 正在致力于开发碳纳米管的新制造方法。

在当今的半导体制造业中，最先进的芯片是在 7nm 及以下代工艺中制造的，几乎没有误差余地。尽管这个微观世界面临着挑战和持续的压力，工程师和科学家仍在继续追求突破摩尔定律极限的尖端工艺、技术和材料。通过纳米级的无休止的实验，设计者和研究人员努力寻找可以为芯片制造商带来数百万甚至数十亿美元收入的微小改进。

碳纳米管（CNT）作为一种潜在的替代材料而出现，可以解决极紫外（EUV）光刻效率低下的问题，它可能就是这样的一项创新。然而，目前的制造方法无法生产出符合预期的碳纳米管。为了充分发挥碳纳米管的潜力，需要新的制造方法来显着提高碳纳米管的质量。只有这样，半导体行业才能满足对先进芯片永无休止的需求。

在考虑如何制造碳纳米管之前，我们首先需要了解为什么它们在半导体行业如此重要。

为此，您必须首先了解EUV光刻。EUV光刻是一种半导体制造工艺，使用EUV光通过光掩模在硅晶圆上形成电路图案。EUV掩模检测设备在使用前检查掩模是否存在缺陷，碎片过滤器保持掩模检查工具光学器件清洁，以确保无差错检查。掩模制作完成并放置在EUV扫描仪中后，薄膜（一种超薄膜）会附着在掩模上，以防止颗粒粘附在掩模上。膜由不同的材料组成，其完成这一重要任务的精度也各不相同。在尝试使用不同材料来改善保护后，发现碳纳米管膜是最合适的。

然而，即使在最受控制的环境中，制造小于7nm的芯片时也可能会出现错误。在EUV工艺中，转移过程中粘附在光掩模上的灰尘颗粒可能会导致转移到晶圆上的图案出现缺陷，从而导致芯片故障并增加成本。为了保护光掩模免受转移过程中可能污染图案的颗粒的影响，芯片制造商在光掩模上应用薄膜以过滤纳米颗粒污染物并防止缺陷。

这种薄膜被称为EUV薄膜，不仅具有重要的保护性能，而且还提供传输所需的EUV光的高透射率。

EUV 曝光的工作原理 资料来源：Canatu

EUV 薄膜在防止半导体芯片缺陷方面发挥着至关重要的作用，这种缺陷成本极高，也是所有半导体制造商和代工厂所关注的问题。

碳纳米管 (CNT) 于 20 世纪 90 年代被发现，并从实验室中脱颖而出，成为许多应用领域极具吸引力的高性能材料。然而，它作为纳米材料在半导体制造中的潜在用途仍然没有得到很好的理解或实施。碳纳米管具有由碳基石墨烯制成的圆柱形结构，这是宇宙中最通用的材料，可以具有增强的电学、机械、光学、化学和热学性能，具有非常好的物理性能。

自从在半导体制造中引入 EUV 光刻以来，薄膜的作用发生了显着变化。半导体制造商在新 EUV 工艺中保护光掩模方面面临着各种挑战，并且已经创建了 EUV 专用薄膜来解决这些挑战。当由多晶硅制成的 EUV 薄膜的性能未达到预期时，业界开始测试新的、更好的替代材料，例如碳纳米管。

与以前的材料相比，由这种有前途的新型纳米材料制成的 EUV 薄膜具有更高的性能，但为了释放碳纳米管的全部潜力，需要重新考虑生产方法。现有的碳纳米管制造工艺通常采用液体分散和超声波处理等苛刻技术，这会损坏碳纳米管的精细结构并降低其卓越的透射率、均匀性和坚固性，因为它会阻碍您发挥最大潜力。

事实上，分散等湿法会导致碳纳米管聚集成束、受到污染，并缩短单个碳纳米管，从而损害其强度和性能。分散CNT会损坏CNT，导致透光率和拉伸强度显着降低。通过使用由这些低质量碳纳米管制成的 EUV 薄膜，半导体制造商面临着降低 EUV 光刻的强度、热和其他性能的风险。

作为回应，纳米材料专家开发了一种替代制造方法，可以保护碳纳米管免受其性能的干扰。Canatu 开发并获得专利的干法沉积可以克服这些问题。这种新的干法沉淀方法可以生产具有足够长度的原始碳纳米管，绕过了威胁或损害碳纳米管整体完整性的现有湿法分散方法。

干沉积技术所取得的成果超出了高成本、多步骤制造的高度复杂和苛刻的要求。这使得生产更长、更清洁、无缺陷的 CNT 成为可能，并且具有优异的单管均匀性、渗透性和拉伸强度（比钢强 10 倍以上）。最重要的是，这些碳纳米管保持高 EUV 光透射率，使其成为提高 EUV 光刻性能的理想候选者。

此外，在工厂中，干沉积方法显然会对下游工艺产生影响。在 EUV 光刻中，使用由干沉积碳纳米管制成的 EUV 薄膜可以保护光掩模免受缺陷、提高精度并缩短处理时间。简而言之，光掩模上较少的污染物颗粒可以减少缺陷数量，从而降低半导体芯片的（成本高昂的）故障率。与半导体应用中使用的现有欧盟薄膜相比，生产率提高了 15%（以每小时处理的晶圆计算）。由于减少了对昂贵的 ASML 光刻设备的需求，因此可以进一步节省成本。此外，强度的增加使其成为下一代高性能扫描仪中使用的 EUV 薄膜最有前途的材料。

使用比利时imec开发的CNT的EUV薄膜。Canatu是imec的CNT供应商

来源：imec

预计半导体制造商将继续尽可能地追求生产率的提高和成本的降低，以满足未来人工智能/下一代芯片的中短期需求。同时，它将为支持更强大的未来半导体芯片的技术/高性能材料奠定基础。