在當今的半導體制造業中，最先進的芯片是在7納米及以下工藝中生產的，容錯空間極小。盡管在這個微觀世界中存在著困難和持續的壓力，工程師和科學家們仍然堅定不移地追求尖端工藝、技術和材料，以推動摩爾定律的邊界。通過在納米尺度上進行無休止的實驗，設計師和研究人員試圖發現微小的改進，這些改進有可能轉化為芯片制造商數百萬甚至數十億美元的收入。

　　碳納米管(CNTs)作為一種有吸引力的替代材料出現，以解決極紫外(EUV)光刻中的低效率問題，有可能成為這些創新之一。然而，當代生產方法產生的CNTs未能達到預期。要實現CNTs的全部潛力，需要一種新的生產方法，顯著提高其質量。只有這樣，它們才能幫助半導體行業滿足對先進芯片的無盡需求。

　　EUV光刻與芯片制造

　　在探索制造CNTs的方法之前，首先必須了解為什么它們在半導體行業中如此關鍵。

　　這一切始于EUV光刻，這是芯片制造過程中的一個步驟，其中EUV光從包含芯片電路圖案的模板(稱為光掩模)上將芯片圖案打印到硅晶圓上。在使用前，這些掩模在EUV掩模檢測機中進行缺陷檢查，碎片過濾器保持掩模檢測工具的光學清潔，確保無誤檢測。掩模制作并放入EUV掃描儀后，會在掩模上安裝一個超薄膜(稱為EUV膜)，以防止顆粒落在掩模上。而且，事實證明，由不同材料組成的膜將不同地執行這一重要任務。嘗試使用不同材料以提高其保護能力的實驗正是CNT膜發揮作用的地方。

　　然而，即使在最嚴格的環境中，生產7納米以下芯片時也可能發生錯誤。在EUV過程中，如果灰塵顆粒在壓印過程中落在光掩模上，印在晶圓上的圖案將是有缺陷的，導致昂貴且代價高昂的芯片失敗。為了保護光掩模在壓印過程中不受可能污染其圖案的顆粒的影響，芯片制造商將薄膜固定在光掩模上，以過濾掉納米顆粒污染物的存在并防止缺陷。這些薄膜，即EUV膜，不僅具有關鍵的保護特性，而且還能夠實現EUV光所需的高透射率以進行壓印。

　　正是EUV膜在防止昂貴芯片失敗中發揮的巨大作用——這是每個芯片制造商、制造廠和鑄造廠的關注點——使得構成它們的底層材料成為一個重大問題。

　　納米碳革命

　　自20世紀90年代發現以來，CNTs從實驗室走向了許多應用的引人注目的高級材料。但作為半導體制造中的納米材料，它們的潛在應用尚未得到充分理解和實施。基于碳——宇宙中最通用的材料——CNT是一種卷成圓柱形的石墨烯，展現出增強電學、機械、光學、化學和熱學特性的巨大物理特性。

　　在芯片制造商從光學光刻遷移到EUV光刻后，膜在芯片制造中的作用發生了顯著變化。在新EUV過程中，芯片制造商在保護光掩模時面臨挑戰。作為回應，芯片制造商創建了伴隨的EUV專用膜來解決這些問題。直到由多晶硅制成的EUV膜表現不佳，行業才開始嘗試新的替代材料，如CNTs，作為更好的替代材料。

　　改進方法

　　盡管由這種有前途的新納米材料組成的EUV膜是對先前材料的改進，但如果行業想要實現CNTs的全部潛力，就需要重新審視其生產CNTs的方法。傳統的CNT制造過程通常使用液體分散和超聲處理等苛刻技術，這些技術可能損害CNTs的精細結構，阻礙其卓越的透射率、均勻性和強度的全部潛力。事實上，這種稱為濕分散的現有生產方法通過直接捆綁、污染和縮短單個CNTs的長度，損害了CNT的強度和性能。將CNT分散到液體中會損害它們，導致顯著降低的透射率和降低的拉伸強度。使用由這些低質量CNT組成的EUV膜的芯片制造商在EUV光刻的強度和熱量中面臨表現不佳的風險。

　　作為回應，納米材料專家創造了替代生產方法，這些方法保留并不阻礙CNT的特性。克服這些挑戰的一種方法是干法沉積，這是由Canatu發明和專利的方法。新型干法沉積繞過了傳統的CNT濕分散——這威脅或損害了CNT的整體完整性——以生產出更長、更純凈的CNT。

　　干法沉積技術超越了更苛刻和過度復雜的需要，即成本高昂的多步驟生產。結果是更長、更清潔、幾乎無缺陷的CNT，具有卓越的均勻性、透射率和單個管的拉伸強度(比鋼強10倍以上)，這得益于它們增加的長度和純度。最重要的是，這些CNT保持了高EUV光透射率，使它們成為提高EUV光刻性能的完美候選材料。

　　芯片成功

　　回到制造廠，干法沉積制造的下游影響是明確的。在EUV光刻中使用通過干法沉積生產的CNT組成的EUV膜將更好地保護光掩模免受缺陷的影響，同時提高精度和縮短處理時間。簡單地說，光掩模上污染顆粒的減少減少了缺陷的數量，隨之減少了(昂貴的)芯片失敗率。結果是與用于半導體應用的傳統EUV膜相比，生產率提高了15%(以每小時晶圓數衡量)(并且由于減少了昂貴的ASML光刻機的需求，還節省了額外成本)。此外，它們的增強韌性使它們成為下一代高功率掃描儀中使用的EUV膜最有希望的材料。

　　為了滿足短期到中期對AI和未來下一代芯片的需求，我們預計芯片制造商將繼續在可能的情況下尋求生產輸出和成本降低的收益。同時，他們將為支持未來更強大芯片的技術和先進材料奠定基礎。

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