在当今的半导体制造业中，最先进的芯片是在7纳米及以下工艺中生产的，容错空间极小。尽管在这个微观世界中存在着困难和持续的压力，工程师和科学家们仍然坚定不移地追求尖端工艺、技术和材料，以推动摩尔定律的边界。通过在纳米尺度上进行无休止的实验，设计师和研究人员试图发现微小的改进，这些改进有可能转化为芯片制造商数百万甚至数十亿美元的收入。

　　碳纳米管(CNTs)作为一种有吸引力的替代材料出现，以解决极紫外(EUV)光刻中的低效率问题，有可能成为这些创新之一。然而，当代生产方法产生的CNTs未能达到预期。要实现CNTs的全部潜力，需要一种新的生产方法，显著提高其质量。只有这样，它们才能帮助半导体行业满足对先进芯片的无尽需求。

　　EUV光刻与芯片制造

　　在探索制造CNTs的方法之前，首先必须了解为什么它们在半导体行业中如此关键。

　　这一切始于EUV光刻，这是芯片制造过程中的一个步骤，其中EUV光从包含芯片电路图案的模板(称为光掩模)上将芯片图案打印到硅晶圆上。在使用前，这些掩模在EUV掩模检测机中进行缺陷检查，碎片过滤器保持掩模检测工具的光学清洁，确保无误检测。掩模制作并放入EUV扫描仪后，会在掩模上安装一个超薄膜(称为EUV膜)，以防止颗粒落在掩模上。而且，事实证明，由不同材料组成的膜将不同地执行这一重要任务。尝试使用不同材料以提高其保护能力的实验正是CNT膜发挥作用的地方。

　　然而，即使在最严格的环境中，生产7纳米以下芯片时也可能发生错误。在EUV过程中，如果灰尘颗粒在压印过程中落在光掩模上，印在晶圆上的图案将是有缺陷的，导致昂贵且代价高昂的芯片失败。为了保护光掩模在压印过程中不受可能污染其图案的颗粒的影响，芯片制造商将薄膜固定在光掩模上，以过滤掉纳米颗粒污染物的存在并防止缺陷。这些薄膜，即EUV膜，不仅具有关键的保护特性，而且还能够实现EUV光所需的高透射率以进行压印。

　　正是EUV膜在防止昂贵芯片失败中发挥的巨大作用——这是每个芯片制造商、制造厂和铸造厂的关注点——使得构成它们的底层材料成为一个重大问题。

　　纳米碳革命

　　自20世纪90年代发现以来，CNTs从实验室走向了许多应用的引人注目的高级材料。但作为半导体制造中的纳米材料，它们的潜在应用尚未得到充分理解和实施。基于碳——宇宙中最通用的材料——CNT是一种卷成圆柱形的石墨烯，展现出增强电学、机械、光学、化学和热学特性的巨大物理特性。

　　在芯片制造商从光学光刻迁移到EUV光刻后，膜在芯片制造中的作用发生了显著变化。在新EUV过程中，芯片制造商在保护光掩模时面临挑战。作为回应，芯片制造商创建了伴随的EUV专用膜来解决这些问题。直到由多晶硅制成的EUV膜表现不佳，行业才开始尝试新的替代材料，如CNTs，作为更好的替代材料。

　　改进方法

　　尽管由这种有前途的新纳米材料组成的EUV膜是对先前材料的改进，但如果行业想要实现CNTs的全部潜力，就需要重新审视其生产CNTs的方法。传统的CNT制造过程通常使用液体分散和超声处理等苛刻技术，这些技术可能损害CNTs的精细结构，阻碍其卓越的透射率、均匀性和强度的全部潜力。事实上，这种称为湿分散的现有生产方法通过直接捆绑、污染和缩短单个CNTs的长度，损害了CNT的强度和性能。将CNT分散到液体中会损害它们，导致显著降低的透射率和降低的拉伸强度。使用由这些低质量CNT组成的EUV膜的芯片制造商在EUV光刻的强度和热量中面临表现不佳的风险。

　　作为回应，纳米材料专家创造了替代生产方法，这些方法保留并不阻碍CNT的特性。克服这些挑战的一种方法是干法沉积，这是由Canatu发明和专利的方法。新型干法沉积绕过了传统的CNT湿分散——这威胁或损害了CNT的整体完整性——以生产出更长、更纯净的CNT。

　　干法沉积技术超越了更苛刻和过度复杂的需要，即成本高昂的多步骤生产。结果是更长、更清洁、几乎无缺陷的CNT，具有卓越的均匀性、透射率和单个管的拉伸强度(比钢强10倍以上)，这得益于它们增加的长度和纯度。最重要的是，这些CNT保持了高EUV光透射率，使它们成为提高EUV光刻性能的完美候选材料。

　　芯片成功

　　回到制造厂，干法沉积制造的下游影响是明确的。在EUV光刻中使用通过干法沉积生产的CNT组成的EUV膜将更好地保护光掩模免受缺陷的影响，同时提高精度和缩短处理时间。简单地说，光掩模上污染颗粒的减少减少了缺陷的数量，随之减少了(昂贵的)芯片失败率。结果是与用于半导体应用的传统EUV膜相比，生产率提高了15%(以每小时晶圆数衡量)(并且由于减少了昂贵的ASML光刻机的需求，还节省了额外成本)。此外，它们的增强韧性使它们成为下一代高功率扫描仪中使用的EUV膜最有希望的材料。

　　为了满足短期到中期对AI和未来下一代芯片的需求，我们预计芯片制造商将继续在可能的情况下寻求生产输出和成本降低的收益。同时，他们将为支持未来更强大芯片的技术和先进材料奠定基础。

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