碳納米管在EUV光刻效率中的作用

受人工智能和超連接性普及的推動(dòng)，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體行業(yè)規(guī)模將在未來(lái)十年內(nèi)翻一番。然而，盡管微芯片（從智能手機(jī)到救命醫(yī)療設(shè)備等一切產(chǎn)品的基礎(chǔ)）的需求量空前高漲，但它們也面臨著迫在眉睫的技術(shù)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(gè) 21 世紀(jì)，這種令人難以置信的縮小趨勢(shì)（從 90 納米到 7 納米及更小）開創(chuàng)了技術(shù)進(jìn)步的新時(shí)代。

在過(guò)去十年中，我們見證了將500 億個(gè)晶體管安裝到單個(gè)芯片上的驚人壯舉。這一成就得益于極紫外 （EUV） 光刻技術(shù)，這是一種使用 EUV 光的尖端工藝。EUV 光刻技術(shù)可以打印比以前更精細(xì)的集成電路 （IC） 圖案，因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng) （13.5 nm） 比傳統(tǒng)深紫外 （DUV） 光刻技術(shù) （193 nm） 中使用的波長(zhǎng)短得多。

半導(dǎo)體制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者們正爭(zhēng)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(fù)雜的機(jī)器有望進(jìn)一步縮小特征尺寸，同時(shí)提高生產(chǎn)效率。然而，盡管取得了進(jìn)展，但在 EUV 光刻過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零缺陷的關(guān)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(duì)當(dāng)今生產(chǎn)的芯片的性能和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。在芯片制造過(guò)程的每個(gè)步驟中，盡量減少錯(cuò)誤非常重要。EUV 掩模是一種高精度模板，用于半導(dǎo)體制造過(guò)程中在硅片上創(chuàng)建復(fù)雜的圖案。它充當(dāng)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(jìn)入掃描儀之前，可能會(huì)出現(xiàn)三種常見類型的缺陷：表面缺陷（構(gòu)成許多觀察到的缺陷）是由分層過(guò)程中暴露的底層材料引起的。其次，層內(nèi)捕獲的微小顆?？赡軄?lái)自初始材料或構(gòu)造過(guò)程中的處理。最后，分層過(guò)程可能會(huì)無(wú)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?yàn)?EUV 掃描儀本身可能就是缺陷的來(lái)源。掃描儀內(nèi)的極端條件（如高溫和高功率）可能會(huì)在曝光過(guò)程中將缺陷引入掩模。

在高功率 EUV 光刻過(guò)程中，溫度會(huì)升至接近1，000°C，傳統(tǒng)的 EUV 防護(hù)膜可以提供保護(hù)，但它們?cè)诩庸み^(guò)程中的劣化可能會(huì)通過(guò)熱變形或污染物釋放等機(jī)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(hù)膜破裂，它們會(huì)像玻璃一樣碎裂，造成不必要的、代價(jià)高昂的停機(jī)。

碳納米管（CNT） 膜擅長(zhǎng)過(guò)濾污染物以保護(hù)光掩模，但它們的功能遠(yuǎn)不止這一主要功能，Canatu對(duì)此也非常了解。雖然為 EUV 薄膜設(shè)計(jì)的超薄 CNT 網(wǎng)絡(luò)可以最大限度地提高 EUV 透射率，同時(shí)保持出色的顆粒過(guò)濾效果，但更厚、更堅(jiān)固的 Canatu CNT 膜也可用作光化掩模檢查的碎片過(guò)濾器。這種特殊技術(shù)用于在 EUV 掩模進(jìn)入掃描儀之前檢查光掩模。

即使如今半導(dǎo)體制造技術(shù)取得了諸多進(jìn)步，防止光掩模上的有害顆粒造成缺陷仍然是一項(xiàng)制造挑戰(zhàn)。理想情況下，通過(guò)控制和減少雜質(zhì)的存在，晶圓廠可以提高產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)更一致的芯片性能。然而，這一領(lǐng)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(lái)，CNT 在 EUV 光刻過(guò)程中保護(hù)光掩模免受缺陷影響的潛力才逐漸受到關(guān)注。事實(shí)上，CNT 光刻膠是提高 EUV 光刻產(chǎn)量和性能的關(guān)鍵因素：CNT 光刻膠由于其更高的透射率，估計(jì)可將生產(chǎn)率提高 7% 至 15%，從而使半導(dǎo)體性能更上一層樓。

Canatu 為 EUV 薄膜開發(fā)了先進(jìn)的 CNT 膜（圖 2），具有獨(dú)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(yīng)用。

高透射率意味著更多的 EUV 光穿過(guò)薄膜到達(dá)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(huì)造成圖案失真。高耐熱性、化學(xué)惰性和高壓差耐受性確?；?CNT 膜的 EUV 薄膜能夠承受下一代高功率掃描儀環(huán)境的強(qiáng)烈抽真空和通風(fēng)循環(huán)，同時(shí)保持其光學(xué)特性。

ASML 稱，最先進(jìn)的高數(shù)值孔徑 EUV 掃描儀將引入超過(guò) 500 W 的高功率水平，提高光學(xué)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(shí)晶圓產(chǎn)量 （WPH）。例如，400 W 光源每小時(shí)可打印 160 片晶圓，而 500 W 光源每小時(shí)可打印超過(guò)185 片晶圓。

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

與 ASML 在 2023 年 SPIE 大會(huì)上的最新評(píng)論相呼應(yīng)，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(shù)對(duì)于充分發(fā)揮其潛力至關(guān)重要，但它對(duì)芯片制造未來(lái)的前景是不可否認(rèn)的。

Canatu CNT 具有許多特性，包括：比紙張薄 100，000 倍、強(qiáng)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(shù)徹底改變了半導(dǎo)體制造業(yè)，CNT 膜成為保護(hù)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(shí)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(shù)的多功能和面向未來(lái)的材料，可減少缺陷、提高成品率，并最終實(shí)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(shù)格局的基石。