碳纳米管（CNT）薄膜被广泛视为主流极紫外（EUV）光刻防护膜的最有前途选择，但其最大挑战一直在于如何在耐久性和透光率之间取得平衡。琳得科（LINTEC）公司宣布成功开发出新技术，标志着在解决这一问题上取得了重大进展。通过与产业技术综合研究所（AIST）半导体前沿研究中心的联合研究，该公司成功在保持90%高透光率的同时，大幅提高了CNT薄膜的耐久性。随后，琳得科在AIST筑波中心设立了量产系统，以充分利用这一成果。在新成立的筑波创新创造中心框架下，琳得科计划于2026年底前正式开始下一代EUV防护膜的量产。
● 解决CNT防护膜相关最大难题的重要一步
EUV光刻技术对于尖端半导体制造不可或缺。随着电路微细化达到物理极限，下一代EUV光刻设备正在开发中，其光源功率更高，以提高生产效率和分辨率。然而，EUV光刻防护膜的性能仍然是一个关键挑战。
防护膜是一种薄薄的保护膜，用于防止异物颗粒附着在作为电路图案母版的光掩模（掩模版）上。由于光掩模安装在距掩模版数毫米的位置，任何落在防护膜表面的颗粒在EUV光下都会处于焦外状态，因此不会投影到晶圆上。这一机制可以有效防止图案缺陷。目前使用的防护膜以多晶硅为核心材料。然而，由于透光率有限，并且在EUV光刻的高温环境下缺乏耐久性，预计未来防护膜将逐渐被碳纳米管（CNT）防护膜所取代，成为主流选择。
另一方面，CNT防护膜在应用中的一大障碍在于耐久性与透光率之间的权衡关系。通过与产业技术综合研究所（AIST）半导体前沿研究中心的联合研究，琳得科（LINTEC）成功开发出一种CNT防护膜，在维持约90%透光率的同时，显著提升了耐久性。这标志着在解决这一权衡难题上迈出了重要一步，而该难题堪称CNT防护膜所面临的最大挑战。
● EUV防护膜的要求与传统防护膜不同
从根本上说，防护膜必须同时兼具透光性和高耐久性。这对于EUV光刻设备尤其如此，因为EUV光的波长极短，容易被物质吸收，而且光线多次穿过防护膜会进一步降低透光率。正如琳得科株式会社先进材料事业部兼新事业企划室课长田村和之（Kazuyuki Tamura）所解释的那样：“EUV防护膜要求透光率达到90%以上，而近期需求已接近95%。”
另一个关键要求是耐热性（耐久性）。EUV光刻系统中光源输出功率的提高会导致发热增加，从而使防护膜所承受的温度升高。虽然目前温度已经从300°C升至400°C再到500°C，但预计在未来几年内将达到800°C至1,000°C。在如此高的温度下，现有以多晶硅为基础的防护膜很难在耐热性与其他物理特性之间取得平衡。这就解释了当前对CNT防护膜的兴趣所在。
● CNT防护膜中的权衡关系
如前所述，CNT防护膜的问题在于耐久性与透光率之间的权衡关系。虽然EUV光刻是在真空中进行的，但为了防止异物颗粒附着在反射镜上，设备中会引入氢气。这一过程产生的大量氢等离子体会蚀刻CNT防护膜，导致其性能下降。防止这种蚀刻的一种方法是在CNT防护膜上涂覆（包覆）一层薄金属膜；但这种涂层随后会降低透光率。CNT防护膜商业化面临的最大障碍，就是找到解决这一权衡问题的方法。
● 新型涂层技术使耐久性提升10倍以上
LINTEC多年来一直从事CNT的研发工作。包括CNT在内的纳米材料研究主要在其位于美国德克萨斯州的基地进行，该基地于2013年成立。通过将CNT排列成网状结构、控制内部空隙并优化CNT密度，琳得科成功制造出兼具高透光率和耐久性的CNT防护膜。
新开发的产品是一种包覆型CNT防护膜，专为当前中低功率EUV光刻（光源输出功率为250至500 W）设计。具体而言，琳得科开发了一种新型无机涂层材料配方，以防止CNT防护膜受到氢等离子体的蚀刻。将该涂层应用于CNT防护膜并进行评估后，该技术被证实可提供比未包覆CNT防护膜高出10倍以上的耐久性。
虽然包覆技术本身并非新技术，但琳得科方案的优势在于其使用的涂层材料和工艺方法（涂布配方）。田村解释说：“包覆时，关键是要均匀地涂覆CNT纤维束的表面。涂层不均匀会导致CNT从该特定区域开始劣化。我们开发了材料和工艺技术，以平滑纤维束表面并实现均匀涂覆。”虽然涂层与透光率之间存在权衡关系，但琳得科通过优化材料和工艺方法成功实现了两者的平衡，从而在保持90%透光率的同时显著提高了耐久性。
琳得科取得的另一项重要成就是，能够使用自主设计的氢等离子体蚀刻设备，在与实际光刻系统高度相似的环境中对防护膜进行评估。利用该设备，公司验证了在中低功率范围内（防护膜表面温度达到300°C至400°C）耐久性的提升。换言之，在几乎等同于当前EUV光刻系统的条件下，耐久性已提高十倍以上。
● 外围厚度更大的双密度结构
对于光源功率为600 W及以上的高功率EUV光刻设备，琳得科开发了一种双密度型防护膜，其外围厚度增加，并建立了量产体系。
未来，EUV光源预计将达到600至1,000 W的高功率水平。在此类高功率EUV光刻设备中，CNT防护膜的表面温度预计将大幅上升。
早期的研究表明，CNT防护膜的蚀刻速率会随着表面温度的升高而加快。然而，琳得科的分析结果与此认知相反。
在激光加热条件下，CNT防护膜的蚀刻速率在300°C至400°C之间达到峰值。而这一温度范围恰好是当前EUV光刻设备的工作温度范围。在目前的运行条件下，CNT防护膜最容易受到蚀刻。
近藤解释说，在高温范围内蚀刻会急剧减少，实验表明蚀刻速率在800°C以上迅速下降，而在900°C以上时，蚀刻几乎不再进行。
然而，这种减少仅发生在激光直接照射的区域；防护膜的外围边缘仍然会持续发生蚀刻。为了解决这一问题，琳得科开发了一种双密度结构防护膜，通过增加外围的CNT厚度和密度来增强耐久性。该公司还为这种设计建立了量产体系。
LINTEC在不同条件下对EUV防护膜进行了评估，包括有无包覆以及有无双密度结构，并在氢等离子体环境中观察到耐久性有如下提升。所有情况下的比较基准均为未包覆、单密度（非双密度）的CNT防护膜。
室温下：包覆＋单密度结构使耐久性提高24倍。
防护膜表面温度400°C时：包覆＋单密度结构使耐久性提高38倍。
防护膜表面温度965°C时：包覆＋双密度结构使耐久性提高66倍。
双密度结构所应用的区域（即CNT膜加厚的区域）会根据客户各自的EUV光刻工艺而有所不同。“我们计划根据客户要求提供定制化解决方案。我们将灵活组合包覆技术和双密度结构，以匹配具体EUV光刻设备的运行条件，同时提出综合考虑下一代及未来EUV光刻技术的整体解决方案，”近藤表示。
● 以零颗粒为目标
琳得科正积极致力于减少异物颗粒的工艺。该公司成功将尺寸为10 μm及以上的颗粒数量降低到每张全尺寸防护膜仅数个颗粒的水平。这一成果是通过提高设备内部的洁净度等级以及优化防护膜制造工艺实现的。琳得科预计将进一步改进这些方面，并在客户样品评估阶段实现颗粒目标。在对于防护膜量产至关重要的颗粒管理方面，该技术正迅速接近实际应用水平。
