電子束曝光機概述 電子束曝光（EBL，也稱之為電子束光刻）始于上世紀60年代，是在電子顯微鏡的基礎上發(fā)展起來的用于微電路研究和制造的曝光技術，是半導體微電子制造及納米科技的關鍵設備、基礎設備。
電子束曝光是由高能量電子束和光刻膠相互作用，使膠由長（短）鏈變成斷（長）鏈，實現(xiàn)曝光，相比于光刻機具有更高的分辨率，主要用于制作光刻掩模版、硅片直寫和納米科學技術研究。 目前，活躍在科研和產業(yè)界的電子束光刻設備主要是高斯束、變形束和多束電子束，其中高斯束設備相對門檻較低，能夠靈活曝光任意圖形，被廣泛應用于基礎科學研究中，而后兩者則主要服務于工業(yè)界的掩模制備中。電子束光刻的主要優(yōu)點是可以繪制低于10nm分辨率的定制圖案（直接寫入）。
這種形式的無掩模光刻技術具有高分辨率和低產量的特點，將其用途限制在光掩模制造，半導體器件的小批量生產以及研究和開發(fā)中。 我國電子束曝光技術是六十年代后期開始發(fā)展起來的,到七十年代,近十家從事電子束曝光技術研究的單位,在北京、上海、南京分別以大會戰(zhàn)的方式組織了較強力量的工廠、研究所和高等院校研制。當時由于國內缺乏基礎,而電子束曝光本身又是一種多學科的綜合性技術,幾年之后,許多單位因任務改變而結束了此項工作。在2000年后電子束光刻設備研發(fā)熱度逐漸降低甚至一度擱置。
在《瓦森納協(xié)定》禁止向中國提供高性能電子束光刻設備后，國內電子束光刻設備研發(fā)才重新被提起。在此之前，國內從事和引導電子束光刻設備研發(fā)的單位主要有中國科學院電工研究所、中國電子科技集團有限公司第四十八研究所、哈爾濱工業(yè)大學和山東大學等。
目前性能最優(yōu)的國產化電子束光刻設備包括中國電子科技集團有限公司第四十八研究所在2005年通過驗收的DB-8型號電子束曝光設備，對應0.13μm的半導體制程；中國科學院電工研究所2000年完成的DY-7 0.1μm電子束曝光系統(tǒng)可加工80 nm的間隙，在2005年交付的基于掃描電鏡改裝的新型納米級電子束曝光系統(tǒng)，其系統(tǒng)分辨率可達30 nm，束斑直徑6 nm。
國內電子束光刻研究主要類型為高斯束，上述提及的設備均為高斯束類型，而在變形束方面主要有電工所DJ-2 μm級可變矩形電子束曝光機的研究成果，可實現(xiàn)最小1 μm的線寬，束斑尺寸0.5~12.5 μm區(qū)間內可調。
而在多束方面在過去并無相關研究，僅有電工所開展了多束的前身技術——投影電子束曝光的研究，設備代號為EPLDI。在中國科學院電工研究所和中國電子科技集團有限公司第四十八研究所的牽頭下，研發(fā)過程中將整機拆分為多個關鍵零部件和技術進行階段性攻關，包括精密工件臺、真空系統(tǒng)、圖形發(fā)生器、偏轉和束閘等。
國內研發(fā)設備的加速電壓停留在30 kV以下，掃描速度普遍不超過10 MHz，相應的拼接套刻精度均在亞微米量級，而電子束束斑在整機自主化研發(fā)設備中由于熱發(fā)射鎢電子槍和LaB6的限制停留在幾十納米量級，整體設備性能與國外頂尖設備有較大的差距。
市場概況
根據(jù)QYResearch研究團隊調研統(tǒng)計，2022年全球電子束光刻系統(tǒng)(EBL)市場銷售額達到了13億元，預計2029年將達到22億元，年復合增長率（CAGR）為6.9%（2023-2029）。
電子束曝光（electron beam lithography）指使用電子束在表面上制造圖樣的工藝，是光刻技術的延伸應用。電子束光刻系統(tǒng)(EBL)即用于實現(xiàn)電子束曝光的系統(tǒng)。
全球電子束光刻系統(tǒng)（Electron Beam Lithography System (EBL)）的主要參與者包括Raith、Vistec、JEOL、Elionix和Crestec。全球前三大制造商的份額超過70%。
日本是最大的市場，占有率約為48%，其次是歐洲和北美，占有率分別約為34%和12%。就產品而言，高斯光束EBL系統(tǒng)是最大的細分市場，占有率超過70%。在應用方面，應用最多的是工業(yè)領域，其次是學術領域。
國外主流企業(yè)及進展
Raith
Raith是納米制造、電子束光刻、FIB SEM納米制造、納米工程和逆向工程應用的先進精密技術制造商?？蛻舭▍⑴c納米技術研究和材料科學各個領域的大學和其他組織，以及將納米技術用于特定產品應用或生產復合半導體的工業(yè)和中型企業(yè)。
Raith成立于1980年，總部位于德國多特蒙德，擁有超過250名員工。公司通過在荷蘭、美國和亞洲的子公司，以及廣泛的合作伙伴和服務網絡，與全球重要市場的客戶密切合作。
Raith主要有五款EBL產品，EBPG Plus、Voyager、RAITH150 Two、eLINE Plus和PIONEER Two。 EBPG Plus是一種超高性能電子束光刻系統(tǒng)。100kv寫入模式和5 nm以下的高分辨率光刻，涵蓋了各種納米制造設備中直接寫入納米光刻、工業(yè)研發(fā)和批量生產的廣泛前沿應用。新系統(tǒng)集穩(wěn)定性，保真度和精度于一體，確保最佳的高分辨率光刻結果的所有性能參數(shù)之間的完美交互。
Raith VOYAGER 光刻系統(tǒng)使用場發(fā)射電子源，具有可變的 10-50 keV 加速電位，50 兆赫茲偏轉系統(tǒng)具有實時動態(tài)校正和單級靜電偏轉功能，可在小至 8 nm 的光刻膠中定義單線圖案。激光控制平臺能夠加載<1厘米見方的化合物半導體芯片，最大直徑為200毫米（8英寸）的硅襯底。
Raith150-two是可以應用于晶片級電子曝光同時擁有極高分辨率的電子束光刻設備。并是納米技術研究中心理想的電子束直寫工具。并可設定為自動光刻流程并具有mix&match曝光功能。
Raith150-two應用在半導體工業(yè)的新器件生產和新流程工藝中。作為專業(yè)的光刻系統(tǒng)，Raith150-two包括了所有例如高度感應和晶片高度測量等相應功能。
強大的晶片自動化曝光管理功能可以使所有必要的校準和曝光方案互相配合 廣泛使用的eLINE Plus系統(tǒng)是大學和研究中心尋求通過單一多功能電子束光刻(EBL)系統(tǒng)訪問納米制造應用寬帶的最佳系統(tǒng)。
eLINE Plus的先進光刻基礎設施支持超高分辨率電子束光刻和大面積納米加工。此外，eLINE Plus的多功能性結合了電子束光刻，納米工程，超高分辨率和大面積SEM成像的世界，包括用于計量和過程控制的專用功能。
PIONEER TWO 集成了電子束曝光及成像分析雙功能，是高校和科研人員的理想選擇。
從理念上，PIONEER Two是一個全新的獨特的設備，真正意義上實現(xiàn)了電子束曝光和成像的EBL/SEM結合。
PIONEER Two將專業(yè)電子束曝光設備和電子成像系統(tǒng)所有的功能融合成一套獨立的成套系統(tǒng)。多功能性、穩(wěn)定性、用戶友好性操作，使PIONEER Two系統(tǒng)適合于不僅追求納米結構的制作及再觀察功能，且需要材料及生命科學領域中對化學成分及結構進行分析的所有用戶。
NBL（Nanobeam）
NanoBeam是一家英國公司，成立于2002年，主要生產高性能和高性價比的電子束光刻工具。據(jù)媒體報道，2016年，徐州博康收購了NBL落戶徐州經濟技術開發(fā)區(qū)，并將在園區(qū)內主要生產電子束光刻機、掃描電鏡、高壓電源以及電子束槍、無磁電機等高科技產品。
NBL的電子束光刻機線寬小于8nm的工藝，相關產品已銷往因英、美、德、法、瑞典、韓國等國家，中國的中科院微電子所、13所、55所、北京大學等單位已引進15臺。
Nanobeam 推出的NB5型電子束光刻機依靠特有雙偏轉系統(tǒng)和共軛關閘，實現(xiàn)在8英寸晶圓（兼容更小尺寸，任意形狀樣品）的樣品單次曝光制備5nm圖形結構。電子束加速電壓20-100kV連續(xù)可調，束流0.2-120nA，寫場拼接精度≤10nm，套刻精度≤10nm。3nm束斑直徑時，束流可達到2nA。
JEOL
日本電子株式會社（JEOL Ltd., 董事長：栗原 權右衛(wèi)門） 是世界頂級科學儀器制造商，成立于1949 年，總部設在日本東京都昭島市武藏野3丁目1番2號，其事業(yè)范圍主要有電子光學儀器、分析儀器、測試檢查儀器、半導體設備、工業(yè)設備、醫(yī)療儀器等制造、銷售和研發(fā)。JEOL集團的業(yè)務包括三個部分：科學/計量儀器、工業(yè)設備以及醫(yī)療器械。 JEOL的電子束曝光機產品主要有電子束光刻系統(tǒng)(可變矩形束電子束光刻)、電子束光刻系統(tǒng)(圓形電子束光刻)等 。
1967年，JEOL完成JBX-2A 電子束光刻系統(tǒng)；1998年，JBX-9000MV 電子束光刻系統(tǒng)完成；2002年，JBX-3030 系列電子束光刻系統(tǒng)完成；2017年，與IMS共同發(fā)布世界首臺量產化電子束光刻機并投入市場。
目前，JEOL的電子束曝光機產品主要包括JBX-8100FS 圓形電子束光刻系統(tǒng)、JBX-3050MV 電子束光刻系統(tǒng)、JBX-3200MV電子束光刻系統(tǒng)、JBX-9500FS電子束光刻系統(tǒng)和JBX-6300FS電子束光刻系統(tǒng)。 JBX-8100FS 圓形電子束光刻系統(tǒng) JBX-8100FS圓形電子束光刻系統(tǒng)，具備高分辨率和高速兩種刻寫模式，非常適用于超微細加工以及批量生產。
該設備減少了刻寫過程中的無謂耗時，并將掃描頻率提升至業(yè)界高水準的125MHz (以往機型的1.25～2.5倍)，使其具備更高的生產能力。 JBX-9500FS是一款100kV圓形束電子束光刻系統(tǒng)，兼具高水平的產出量和定位精度，最大能容納300mmφ的晶圓片和6英寸的掩模版，適合納米壓印、光子器件、通信設備等多個領域的研發(fā)及生產。
JBX-6300FS的電子光學系統(tǒng)在100kV的加速電壓下能自動調整直徑為（計算值）2.1nm的電子束，簡便地描畫出線寬在8nm以下（實際可達5nm）的圖形。 此外，該光刻系統(tǒng)還實現(xiàn)了9nm以下的場拼接精度和套刻精度，性能比優(yōu)越。利用最細電子束束斑（實測值直徑≦2.9nm）可以描畫8nm以下(實際可達5nm)極為精細的圖形。
JBX-3200MV是用于制作28nm～22/20nm節(jié)點的掩模版/中間掩模版（mask/reticle）的可變矩形電子束光刻系統(tǒng)。是基于加速電壓50 kV的可變矩形電子束和步進重復式的光刻系統(tǒng)?利用步進重復式曝光的優(yōu)點，結合曝光劑量調整功能及重疊曝光等功能，能支持下一代掩模版/中間掩模版（mask/reticle）圖形制作所需要的多種補償。JBX-3050MV 是用于制作45nm～32nm 節(jié)點的掩模版/中間掩模版（mask/reticle）的可變矩形電子束光刻系統(tǒng)。
Hitachi
日立（HITACHI）是來自日本的全球500強綜合跨國集團，1979年便在北京成立了第一家日資企業(yè)的事務所。日立在中國已經發(fā)展成為擁有約150家公司的企業(yè)集團。 為更好地解決鄰近效應和 高加速壓電子對器件的損傷問題，低能微陣列平行電子束直寫系統(tǒng)將有希望成為納米光刻的最好選擇。開展這方面研發(fā)有代表性的是美國 ETEC 公司和日本的日立公司。日立推出的50 kV 電子束 （EB） 寫入系統(tǒng)HL-800M，為 0.25 - 0.18 微米設計規(guī)則掩模制造而開發(fā)，并得到了廣泛的應用。
HL-800M 1999年12月，日立公司宣布推出HL-900M系列電子束光掩模寫入系統(tǒng)，該系統(tǒng)是為滿足用戶對高精度掩模的需求而開發(fā)的。該系統(tǒng)基于HL-800M系列，引入了新的電子光學、低失真級和并行處理功能，用于處理大量數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更高的精度和更高的吞吐量。書寫系統(tǒng)并不是實現(xiàn)高級掩模的唯一因素；制造工藝也很重要，并且在掩模制造工藝中使用化學放大抗蝕劑方面正在取得進展。
HL-900M系列以150納米或更高分辨率的高精度標線片制造為目標。該系統(tǒng)基于HL-800M，為了提高精度，引入了（1）高精度電子光學，（2）低失真載物臺，（3）高精度溫度控制系統(tǒng)，以及（4）用于處理大體積圖案數(shù)據(jù)的并行處理功能。
Elionix
ELIONIX成立于1975年，是一家從事納米級加工與檢測的中小企業(yè)。ELIONIX擁有資本金2億7000萬日元，目前共有員工100名。成立40余年，ELIONIX專注于電子束光刻、電子束硬盤刻蝕、超微材料分析等技術的研發(fā)，獲獎無數(shù)，并成為以上技術市場中的隱形冠軍。2004年以后，ELIONIX積極進軍海外市場，目前客戶遍布于美國，歐洲，中國等知名大學（哈佛、麻省理工學院，清華、北大等）和公共研究所。
ELIONIX的電子光刻裝置能夠穩(wěn)定且精準地控制電子束，同時將震動和磁場等外部干擾因素降到最低，電子束最細可達5納米。ELIONIX的電子光刻裝置擁有著世界頂級水平，目前占有50%以上的世界市場份額。
ELS-F125是Elionix推出的世界上首臺加速電壓達125KV的電子束曝光系統(tǒng)，其可加工線寬下限為5nm的精細圖形。 ELIONIX的電子束光刻ELS系列可應用于光集成電路、SAW元器件以及其他各種傳感器上。
除了電子束，ELIONIX還有離子束光刻裝置。2023年，ELIONIX發(fā)布了電子束光刻系統(tǒng)“ELS-HAYATE”。這是最新型號，具有業(yè)界最快的 400MHz 掃描頻率和業(yè)界最大的 5mm 視場尺寸。
ADVANTEST
Advantest（ADVANTEST CORPORATION）是一家日本半導體設備公司，專門提供廣泛的半導體設備測試解決方案。該公司成立于1954年，現(xiàn)已成為半導體行業(yè)的領先企業(yè)之一。 愛德萬測試（ADVANTEST）的F7000 電子束光刻系統(tǒng)具有高通量和卓越的分辨率，并能夠在1X-nm技術節(jié)點的晶圓上創(chuàng)建非常精確和平滑的納米圖案。
其字符投影、直接寫入技術使其非常適合作為研發(fā)和原型設計的設計工具，以及生產小批量多類型設備的 LSI 生產線的解決方案。F7000 支持各種材料、尺寸和形狀的基板，包括納米壓印模板和晶圓，并針對各種應用進行了優(yōu)化，例如高級 LSIs、光子學、MEMS 和其他納米工藝。此外，用戶還可以選擇最適合其需求的配置，無論是獨立配置還是在線配置，使 F7000 能夠支持從研發(fā)到批量生產的各種應用。
IMS Nanofabrication
IMS成立于1985年，位于奧地利維也納，在2009年獲得了英特爾的投資，并在2015年最終被英特爾收購。自從被英特爾收購以后，IMS在 2016 年發(fā)布了第一款商用多束掩模寫入器MBMW-101，該產品比 EUV光刻工具精度更高，但速度非常慢，這是它們僅用于制造掩模版的一個重要原因。 IMS Nanofabrication是NuFlare（東芝）的競爭對手，但東芝的工具不太精確，而且速度較慢。此外，NuFlare的多束掩模寫入器在IMS Nanofabrication研發(fā)多年后才開始進入市場。超過90%的生產EUV掩模是使用IMS Nanofabrication 的多光束掩模寫入器制造的。如果沒有IMS Nanofabrication的掩模寫入器，所有EUV工藝技術都將陷入停頓。
EUV工藝技術被用于7nm以來的所有臺積電、英特爾的工藝節(jié)點。 2023年，英特爾公司宣布出售其旗下子公司IMS Nanofabrication 20%的股權，交易金額為8.6億美元。此次交易將使英特爾公司減少對該公司的控制權，但仍將繼續(xù)與IMS Nanofabrication保持合作關系。臺積電在9月12日的臨時董事會上宣布，擬不超4.328億美元收購英特爾手中IMS Nanofabrication約10%股權。
MBMW-101 完全開發(fā)的多束掩模寫入器（MBMW）為28至5nm的掩模技術節(jié)點提供精度和極高的生產率。2014年2月，世界上第一臺用于6英寸光掩模的多束掩模寫入器 MBMW Alpha工具問世。2016年，MBMW的數(shù)據(jù)速率提高了10倍，達到120 Gbit/s。截至2016 年，IMS 一直為掩模行業(yè)提供MBMW-101掩模寫入器生產工具，用于 7 納米技術節(jié)點。
CRESTEC
株式會社CRESTEC于1995年在東京成立以來一直專注于EBL技術。作為世界上為數(shù)不多的EBL設備專業(yè)制造商之一，在世界范圍內EBL光刻機的銷售實績已經超過100臺。其制造的電子束光刻機以其獨特的專業(yè)技術，超高的電子束穩(wěn)定性，電子束定位精度以及拼接套刻精度贏得了世界上著名科研機構以及半導體公司的青睞。其中 CABL 系列更是世界上僅有的產品之一。
通過日本豐港株式會社在東亞及北美地區(qū)國家開展業(yè)務，實現(xiàn)產品知名度提升也會用戶解決了實際需求。 CRESTEC CABL 系列采用專業(yè)的恒溫控制系統(tǒng)，使得整個主系統(tǒng)的溫度保持恒定，再加上主系統(tǒng)內部精密傳感裝置，使得電子束電流穩(wěn)定性，電子束定位穩(wěn)定性，電子束電流分布均一性都得到了極大的提高，其性能指標遠遠高于其它廠家的同類產品，在長達5小時的時間內，電子束電流和電子束定位非常穩(wěn)定，電子束電流分布也非常均一。
由于EBL刻寫精度很高，因此寫滿整個 Wafer 需要比較長的時間，因此電子束電流，電子束定位， 電子束電流分布均一性在長時間內的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，這對大范圍內的圖形制備非常關鍵。CRESTEC CABL 系列采用其獨有的技術使其具有極高的電子束穩(wěn)定性以及電子束定位精度，在大范圍內可以實現(xiàn)圖形的高精度拼接和套刻。
Vistec
Vistec Electron Beam集團是設計、生產電子束光刻系統(tǒng)的國際頂級企業(yè)，為前沿電子束光刻領域提供尖端技術解決方案。Vistec集團在德國和美國擁有生產基地，在美國、歐洲、中國、日本、臺灣和韓國設有技術服務中心。集團包括兩部分，德國耶拿的Vistec電子束有限公司主要生產成形電子束光刻系統(tǒng)。美國紐約密執(zhí)安的Vistec光刻公司主要生產高斯圓形束電子束光刻系統(tǒng)。 Vistec的光刻系統(tǒng)是以可變形狀光束（VSB）原理為主，其中使用強度均勻分布的可變形狀和尺寸的電子束在基材上光刻光阻圖案（也稱為曝光或寫入）。
此外可使用更復雜的電子束形狀即客制固定形狀進行曝光，特別是使用這些技術能加快電子束的寫入速度?；诳勺儺愋喂馐╒SB）的原理，這些系統(tǒng)可用于各種直接結構化，例如在硅和化合物半導體晶圓上直接生成結構，用于光掩模的生產以及集成光學和光子學的應用?？勺冃螤罟馐饪滔到y(tǒng)主要用于應用研究、掩模和玻璃基板市場以及半導體行業(yè)。 Vistec的電子束光刻系統(tǒng)在半導體制造中被廣泛應用，用于芯片的制備和加工，包括先進的邏輯芯片、存儲芯片、傳感器芯片等。目前主要型號包括VISTEC SB3050-2和SB254。Vistec SB3050-2 是一款基于可變形狀光束的高分辨率電子束光刻系統(tǒng)，可實現(xiàn) 300 mm 晶圓和 9 英寸掩模的完全曝光。Vistec SB254是一款通用的 VSB 電子束光刻系統(tǒng)，可完全曝光最大200 mm晶圓和 7”掩模。
Nuflare
NuFlare(中文：株式會社紐富來科技)在2002年8月成立，是從東芝機械剝離出來的企業(yè)，2018年， 他們的銷售額為587億日元，員工人數(shù)為626人。NuFlare位于日本的神奈川線，主要的產品是半導體生產設備。其中掩膜光刻設備(40-45億日元/臺)占銷售額的90%。 1976年12月，以電子束掩膜光刻設備為中心的半導體制造設備業(yè)務的技術從株式會社東芝移交給東芝機械株式會社。1984年6月，公司與株式會社東芝綜合研究所聯(lián)合完成Variable Shaped Beam（可變形電子光束）型首臺機——電子束掩膜光刻設備“EBM-130V”。1998年，通過與株式會社東芝的聯(lián)合項目，開發(fā)Variable Shaped Beam（可變形電子光束）型電子束掩膜光刻設備EBM-3000，并進行產品化，成為了首臺商用機，對應電路線寬為180 nm-150nm。開發(fā)并投產能夠應對90nm制程的電子束掩膜光刻設備EBM-4000，并進行產品化（至此為東芝機械株式會社半導體設備事業(yè)部）。2002年，株式會社紐富來科技全面繼承東芝機械株式會社半導體設備事業(yè)部的業(yè)務，并開始開展業(yè)務。2004年，NuFlare開發(fā)應對電路線寬65nm的“EBM-5000”，并進行產品化。2008年，開發(fā)并投產EBM-7000（應對32nmhp制程）。
2011年，開發(fā)并投產EBM-8000（應對14nmTN/22nmhp制程）。2013年，開發(fā)并投產EBM-9000（應對10nmTN制程）。2019年，開發(fā)并投產EBM-9500PLUS（應對TN5nm/7nm+制程），并開發(fā)EBM-8000P（應對14/16nm、22-45nmhp制程）。2022年，開發(fā)并投產MBM?-2000（應對3nmTN制程）。 NuFlare主要是由東芝機械與東芝合資成立的半導體先進制程設備，主要產品線是光罩微顯影及缺陷檢測。Nuflare原本是于1997年作為生產和銷售印刷設備、造紙設備的東芝機械沖壓工程設備公司成立，2002年從東芝機械繼承了半導體生產設備業(yè)務，并開始了事業(yè)。與東芝集團的資本關系始于2002年東芝收購Nuflare的普通股份，后來慢慢提高出資比例，到2012年成為東芝的關聯(lián)子公司。
早前，東芝宣布要將NuFlare全盤拿下，但卻半路殺出了個程咬金HOYA。HOYA在半導體制程中所使用的光罩基板擁有 7 成以上市占，另外該公司也有提供光罩解決方案。若HOYA能取得NuFlare Technology的經營權，將為該公司帶來強大助力。因此自 2017 年之后，HOYA 就曾經多次向NuFlare Technology敲門，希望獲得合作機會。 為此在東芝于2019 年 11 月 13 日時宣布，要以每股 1.19 萬日圓的價格來公開收購子公司 NuFlare Technology 的股票，但HOYA 在股票收購價格的設定上，硬是比東芝所開出的條件高出了 1 千日圓。這就給東芝的收購帶來阻礙。在經過了幾個月的拉鋸戰(zhàn)之后，東芝終于將這家制造企業(yè)收歸囊中。
Multibeam
Multibeam Corporation總部位于加利福尼亞州圣克拉拉，是領先的Multicolumn電子束光刻技術（MEBL）開發(fā)商。Multibeam開發(fā)了微型全靜電柱，用于電子束光刻。電子束柱陣列同時并行工作，可以提高晶圓加工速度。 Multibeam在緊湊的模塊中以陣列的形式排列其微型柱。陣列中的每一個小列產生一束電子束，控制其形狀和軌跡，并將其聚焦到晶圓上以寫入電路圖案。陣列中的所有列都獨立并行寫入，以在生產環(huán)境中實現(xiàn)前所未有的電子束寫入速度。 MEBL的快速，可擴展的直寫是由一個專有的數(shù)據(jù)準備系統(tǒng)。
由于MEBL是無掩模的，DPS將行業(yè)標準GDSII或Oasis格式的數(shù)據(jù)庫（其中存儲了每層和所有層的IC布局數(shù)據(jù)）連接到所有MEBL列控制器。每一個MEBL列控制器分別指導其電子束在晶圓上書寫圖案，所有這些都是同時進行的。 每個模塊包括多列陣列、精密晶圓臺和高精度反饋控制，這些高精度反饋控制與高精度光刻所需的其他傳感器和子系統(tǒng)無縫集成。小型MEBL設備模組占地面積（約2英尺×2.5英尺）約為等離子蝕刻設備模組的大小，使其與商用晶圓處理大型機臺兼容，并簡化了多個模組的集。
JC Nabity
自上世紀八十年代成立以來，美國JC Nabity Lithography Systems公司一直致力于基于商品SEM、STEM或FIB的電子束光刻裝置的研制，其研發(fā)的納米圖形發(fā)生器系統(tǒng)（Nanometer Pattern Generation System納米圖形發(fā)生系統(tǒng)，簡稱NPGS，又稱電子束微影系統(tǒng)）技術在全球同類系統(tǒng)中屬于翹楚之作，世界各地越來越多的用戶包括大學、科研機構及政府實驗室在使用NPGS進行EBL研究工作. 為滿足納米級電子束曝光要求，JC Nabity出品的NPGS系統(tǒng)設計了一個納米圖形發(fā)生器和數(shù)模轉換電路，并采用電腦控制。
電腦通過圖形發(fā)生器和數(shù)模轉換電路驅動SEM等儀器的掃描線圈，從而使電子束偏轉并控制束閘的開關。通過NPGS可以對標準樣片進行圖像采集及掃描場的校正。配合精密定位的工件臺，還可以實現(xiàn)曝光場的拼接和套刻。利用配套軟件也可以新建或導入多種通用格式的曝光圖形。 NPGS技術以電子顯微鏡為基礎，提供了一個功能強大且操作簡便的電子束曝光系統(tǒng)。事實上，NPGS可以應用到任何SEM, STEM或FIB以實現(xiàn)電子束光刻技術作為基礎研究及技術開發(fā)。市場上還沒有其他掃描電鏡電子束曝光系統(tǒng)可以像NPGS一樣提供既快速且高精度的電子束光刻技術，并且使用成本有了很大程度的降低。
Mapper
2019年1月28日，荷蘭光刻機制造商ASML官方宣布，收購其競爭對手荷蘭代爾夫特的光刻機制造商Mapper的知識產權資產。同時，ASML的官方聲明中還寫到，將為Mapper在研發(fā)和產品裝配方面的高技能員工提供合適的職位。 作為ASML的競爭對手，Mapper在2018年12月份被證實正式宣布破產，公司擁有270名員工和眾多電子束光刻機相關的IP。Mapper曾經以為自己找到了半導體制造行業(yè)的痛點，無奈研發(fā)能力跟不上，最終錯過了好時機。 Mapper為了降低芯片制造商在掩模上的高昂費用，以及讓光刻突破光波長的限制，選擇使用電子束替代光源。電子束具有很高的分辨率、較大的焦深與靈活性。
Mapper設備通過使用電子束書寫而不再需要掩模，讓芯片成本有望實現(xiàn)明顯下降。但是，電子束也有自身的缺陷，就是速度比光源光刻要慢很多，Mapper通過大量增加電子束的數(shù)量來解決這個難題。 但隨著ASML在EUV光刻技術上的成功，以及Mapper電子束光刻的研發(fā)遇到了困境，ASML拿到了高端光刻機市場的絕大部分份額。Mapper一蹶不振以至于破產被收購資產。
IBM
20世紀70年代，單點高斯束電子束光刻系統(tǒng)開始逐漸替代緩慢的光機械圖形發(fā)生器，成為半導體工業(yè)掩模制備的首選技術。同一時期，IBM公司開創(chuàng)了形狀束的概念，后續(xù)進一步提出并實現(xiàn)了目前廣泛應用于產業(yè)界的變形束電子束光刻技術，使得電子束光刻的加工效率得到極大的提高。但是由于電子之間的庫倫相互作用使得電子束束斑模糊，限制了電子束束流和加工效率的進一步提高。因此為了減少庫倫相互作用，后續(xù)20世紀90年代IBM與尼康合作提出了基于掩模的多束平行電子束投影曝光方案：PREVAIL（具有可變軸浸沒透鏡的電子束縮小成像技術）。
該技術由IBM的Hans Pfeiffer領導的電子束研究團隊最早研究開發(fā)，與尼康的合作旨在用這項技術研制高分辨率與高生產率統(tǒng)一的電子束步進機。在PREVAIL樣機上，電子轟擊鉭單晶形成電子束，在中間掩模上形成1mm2子場，經電子透鏡產生4∶1縮小圖像；在片子上形成250μm2圖形，電子束經曲線可變軸電子透鏡（CVAL）在掩模平面上可偏移±10mm，在片子上則為±2.5mm，而掩模和片子同時連續(xù)移動，形成整個電路圖形的曝光。在PREVAIL樣機上用75 KV加速電壓，用700nm厚的光膠，做80nm間隔線條，束偏移±2.5mm，曝光結果證實：偏移束和不偏移束形成的圖像很少有差異，進一步證明了這種原理的可行性。Nikon的Kazuya Okamoto指出：現(xiàn)在光膠和掩模已不是主要問題，當前在致力于大的發(fā)射源、均勻的掩模照明和具有大子場、大偏移、對掩模熱負荷小的低畸變透鏡，這種電子束步進機將用于100nm曝光，并可延伸到50nm，產量>20片/時（300mm片）。 2003年，尼康向Selete交付了第一臺基于PREVAIL技術的NCR-EB1A電子束步進器。它在單次拍攝中曝光了包含 1000 萬像素的圖案片段，并代表了大規(guī)模并行像素投影的首次成功演示。
然而，隨著浸沒式光刻的快速實施，電子投影光刻（EPL）的機會之窗已經關閉，行業(yè)的興趣已經轉移到無掩模光刻（ML2）上。
Zyvex Lab
Zyvex Corporation 由 Jim Von Ehr 于 1997 年創(chuàng)立，旨在開發(fā)和商業(yè)化原子精密制造 (APM) 技術，以制造具有原子精密度的產品。2007 年 4 月，Zyvex Corporation 重組為三個獨立的公司，以確保持續(xù)專注于產品：Zyvex Performance Materials LLC、Zyvex Instruments LLC 和 Zyvex Labs LLC。資產在三個公司之間分配，并為材料和儀器業(yè)務聘請了專門的管理人員。
Zyvex Labs 有兩個目標：1) 開發(fā) APM；2) 開發(fā)微細加工和 3D 微組裝技術。該公司的 MEMS 技術是在 Zyvex 為期 5 年、耗資 2500 萬美元的 NIST ATP 項目期間開發(fā)的，目前正用于制造微型科學儀器，例如微型掃描電子顯微鏡和微型原子力顯微鏡，以及下一代納米探測系統(tǒng)。 2022年，Zyvex Labs宣稱推出世界上最高分辨率的光刻系統(tǒng) — ZyvexLitho1，該工具使用量子物理技術來實現(xiàn)原子精度圖案化和亞納米（768 皮米——Si (100) 2 x 1 二聚體行的寬度）分辨率。ZyvexLitho1 是一款基于掃描隧道顯微鏡 (STM：Scanning Tunneling Microscopy) 儀器，Zyvex Labs 自 2007 年以來一直在改進該儀器。ZyvexLitho1 包含許多商業(yè)掃描隧道顯微鏡所不具備的自動化特性和功能。
ZyvexLitho1所采用的電子束光刻(EBL)技術核心是使用氫去鈍化光刻(HDL)從Si(100) 2×1二聚體列（dimer row）重建表面去除氫（H）原子，氫去鈍化光刻是電子束光刻（EBL）的一種形式。 該機器的用途包括為基于量子點的量子比特制作極其精確的結構，以實現(xiàn)最高的量子比特質量。該產品可用于其他非量子相關應用，例如構建用于生物醫(yī)學和其他化學分離技術的納米孔膜。不過該產品的缺點是吞吐量非常低，它可能更適合制造小批量的量子處理器芯片。
KLA-Tencor
KLA-Tencor 擁有一種他們稱之為 REBL 的技術：反射電子束光刻。該技術最初由DARPA資助。但目前在多電子束直寫領域，多個消息來源表明，KLA-Tencor正在退出該市場，專注于其核心檢測和計量工具業(yè)務。 REBL系統(tǒng)示意圖。電子源通過磁性棱鏡照亮數(shù)字模式發(fā)生器（DPG）。來自DPG的反射電子定義了要曝光的圖案，它們再次穿過磁性棱鏡，從而將它們與照明束分離。然后將DPG圖像縮小并投影到晶片上。
貝爾實驗室
上世紀90年代，除了IBM與尼康合作分別提出了PREVAIL的基于掩模的多束平行電子束投影曝光方案外，貝爾實驗室也提出了SCALPEL（具有角度限制的投影式電子束光刻技術）方案。 1999年，一群半導體器件和設備制造商宣布了一項聯(lián)合協(xié)議，旨在加速將SCALPEL技術開發(fā)為生產光刻解決方案，以構建下一代集成電路。該計劃的參與者包括ATMT和ASML的合資企業(yè)eLithTM LLC；朗訊科技公司；摩托羅拉半導體產品部門；三星電子有限公司和德州儀器（TI）。
但在兩年后，ATMT 和 ASML決定解散eLith LLC（成立14個月，旨在SCALPEL技術商業(yè)化），急劇轉向極紫外技術（EUV）作為下一代光刻解決方案。
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國內企業(yè)及進展
中國科學院電工研究所
由中國科學院電工研究所承擔的中科院知識創(chuàng)新工程重大項目——“納米級電子束曝光系統(tǒng)實用化”在2005年通過了專家驗收。
該項目瞄準國內急需的電子束曝光設備，在攻克實用化樣機關鍵技術基礎上，研制了3臺以掃描電鏡(SEM)為基礎，配備以激光定位精密工件臺、DSP為核心的多功能圖形發(fā)生器、控制用微型計算機、真空系統(tǒng)、控制軟件和自動輸片機構的新型納米級電子束曝光系統(tǒng)，供科研單位用于納米科技和半導體前沿研究，滿足我國科研機構和國防建設需要。
在該項目在研究過程中，科研人員們還開發(fā)了3項具有自主知識產權的創(chuàng)新性關鍵技術。其中，開發(fā)的核心部件——以數(shù)字信號處理器(DSP)為核心，以Windows2000為操作系統(tǒng)的通用圖形發(fā)生器，在自主研制數(shù)字信號處理和軟件系統(tǒng)方面取得了重大突破。該圖形發(fā)生器可接收GDSII、CIF、DXF圖形數(shù)據(jù)，并可與SEM、掃描探針顯微鏡(SPM)、聚焦離子束(FIB)連接，實施曝光或加工，實現(xiàn)高精度圖形拼接和套刻。在完成過程中，已將納米通用圖形發(fā)生器推向了市場，為我國納米科技研究做出了重要貢獻。 此外，電工所微納加工技術與智能電氣設備研究部自行研制了國內首臺圓形電子束曝光系統(tǒng)、微米級可變矩形電子束曝光系統(tǒng)和縮小投影電子束曝光系統(tǒng)；研制的納米級實用化電子束曝光系統(tǒng)和圖形發(fā)生器在國家納米科學技術中心、清華大學、臺灣大學等三十余家科研機構得到應用。
中國科學院電工研究所還和北京中科科儀股份有限公司合作研制了小型電子束曝光機DY-2000A。
中國電子科技集團公司第四十八研究所
中國電子科技集團公司第四十八研究所（簡稱48所），成立于1964年，隸屬于中國電子科技集團有限公司。 48所的電子束曝光技術,是在1969年北京696工程會戰(zhàn)的基礎上，內遷長沙而發(fā)展起來的。建所以來，一直發(fā)展以三束(電子束、離子束、分子束)為主的微細加工技術,研制束加工技術、薄膜技術、熱工技術等設備和研究有關應用工藝。電子束曝光機，在1975年研制出第一代實用產品，1982年研制出第二代實用產品。這兩代產品都于1975年、1982年先后交給電子部13所使用，為該所制作微波器件、GaAs場效應器件及其它微細線條圖形起到了重要作用。而四十八所2005年通過驗收的DB-8型號電子束曝光設備，對應0.13μm的半導體制程，處于國內先進水平。
深圳量子科學與工程研究院
深圳量子科學與工程研究院（以下簡稱深圳量子院）前身是于 2016 年成立的南方科技大學量子科學與工程研究所，該研究所 2017 年升格為南方科技大學量子科學與工程研究院。研究院于 2018 年 1 月 19 日掛牌成立，由深圳市科創(chuàng)委專項支持、依托南方科技大學建設，院長為中國科學院院士俞大鵬教授。 據(jù)了解，圍繞核心關鍵技術研發(fā)，研究院先后承擔了多項關鍵科研裝備的研制攻關任務，五年來總計申請國內外專利超 120 項，其中 34 項已獲得授權。其中，電子束曝光機研發(fā)團隊聯(lián)合北京大學和中科科儀等單位，先后研制成功三套 30kV 電子束曝光機試驗樣機。
澤攸科技
近日，松山湖材料實驗室精密儀器聯(lián)合工程中心產業(yè)化項目研發(fā)再獲新突破：項目團隊成功研制出電子束光刻系統(tǒng)，在全自主電子束光刻機整機的開發(fā)與產業(yè)化過程中取得階段性進展，初步實現(xiàn)了電子束光刻機整機的自主可控，標志著國產電子束光刻機研發(fā)與產業(yè)化邁出關鍵一步。 為了研制具有自主知識產權的電子束光刻機整機，精密儀器研發(fā)團隊在松山湖材料實驗室完成一期項目研發(fā)并成立產業(yè)化公司后，帶資回到實驗室進入“滾動發(fā)展”模式：產業(yè)化公司東莞澤攸精密儀器有限公司與實驗室共同投資2400萬元進行第二階段研發(fā)，目標是打造集科研與產業(yè)化為一體的電子束裝備技術創(chuàng)新基地。通過深入開展電子束與新材料交叉領域的前沿技術研發(fā)，實現(xiàn)關鍵裝備和共性技術的自主可控，切實提升我國在電子束加工與制備領域的整體創(chuàng)新能力和產業(yè)競爭力。 目前，東莞澤攸精密儀器有限公司已基于自主研制的掃描電鏡主機，完成電子束光刻機工程樣機研制，并開展功能驗證工作。通過對測試樣片的曝光生產，可以繪制出高分辨率的復雜圖形。下一步，團隊及產業(yè)化公司將持續(xù)完善電子束光刻機的性能指標，使其達到批量應用及產業(yè)化的要求。 電子束曝光機是半導體制造的基礎設備，雖然市場較小，但各大半導體設備巨頭紛紛通過收購等方式布局，其重要性不言而喻。隨著最新的電子束曝光機的禁運，國產突破刻不容緩。據(jù)了解，目前國內還有多家科研院所和電鏡企業(yè)正在布局研發(fā)電子束曝光機。 整體來看，國際龍頭企業(yè)在技術和市場上都處于主導地位，甚至進入產業(yè)化階段，行業(yè)也已經經歷了多輪的整合收購，技術成熟且先進，國產替代難度大。而國內電子束曝光機技術路線比較單一，研發(fā)斷代嚴重，與產業(yè)應用差距較大，仍主要面向科研市場。 當前，最新一輪的國產電子束曝光機研發(fā)潮已經來臨，研發(fā)態(tài)勢也由過去的科研院所大會戰(zhàn)模式轉向企業(yè)聯(lián)合科研院所的市場競爭模式。但參與的企業(yè)普遍成立較晚，出貨的產品不多，大部分仍處于早期研發(fā)階段，但國產破局曙光初現(xiàn)。
