国产进入新一轮研发潮：电子束曝光机市场与企业盘点

　　电子束曝光（EBL，也称之为电子束光刻）始于上世纪60年代，是在电子显微镜的基础上发展起来的用于微电路研究和制造的曝光技术，是半导体微电子制造及纳米科技的关键设备、基础设备。电子束曝光是由高能量电子束和光刻胶相互作用，使胶由长（短）链变成断（长）链，实现曝光，相比于光刻机具有更高的分辨率，主要用于制作光刻掩模版、硅片直写和纳米科学技术研究。

　　目前，活跃在科研和产业界的电子束光刻设备主要是高斯束、变形束和多束电子束，其中高斯束设备相对门槛较低，能够灵活曝光任意图形，被广泛应用于基础科学研究中，而后两者则主要服务于工业界的掩模制备中。电子束光刻的主要优点是可以绘制低于10nm分辨率的定制图案（直接写入）。这种形式的无掩模光刻技术具有高分辨率和低产量的特点，将其用途限制在光掩模制造，半导体器件的小批量生产以及研究和开发中。

　　我国电子束曝光技术是六十年代后期开始发展起来的,到七十年代,近十家从事电子束曝光技术研究的单位,在北京、上海、南京分别以大会战的方式组织了较强力量的工厂、研究所和高等院校研制。当时由于国内缺乏基础,而电子束曝光本身又是一种多学科的综合性技术,几年之后,许多单位因任务改变而结束了此项工作。在2000年后电子束光刻设备研发热度逐渐降低甚至一度搁置。

　　在《瓦森纳协定》禁止向中国提供高性能电子束光刻设备后，国内电子束光刻设备研发才重新被提起。在此之前，国内从事和引导电子束光刻设备研发的单位主要有中国科学院电工研究所、中国电子科技集团有限公司第四十八研究所、哈尔滨工业大学和山东大学等。

　　目前性能最优的国产化电子束光刻设备包括中国电子科技集团有限公司第四十八研究所在2005年通过验收的DB-8型号电子束曝光设备，对应0.13μm的半导体制程；中国科学院电工研究所2000年完成的DY-7 0.1μm电子束曝光系统可加工80 nm的间隙，在2005年交付的基于扫描电镜改装的新型纳米级电子束曝光系统，其系统分辨率可达30 nm，束斑直径6 nm。国内电子束光刻研究主要类型为高斯束，上述提及的设备均为高斯束类型，而在变形束方面主要有电工所DJ-2 μm级可变矩形电子束曝光机的研究成果，可实现最小1 μm的线 μm区间内可调。而在多束方面在过去并无相关研究，仅有电工所开展了多束的前身技术——投影电子束曝光的研究，设备代号为EPLDI。在中国科学院电工研究所和中国电子科技集团有限公司第四十八研究所的牵头下，研发过程中将整机拆分为多个关键零部件和技术进行阶段性攻关，包括精密工件台、真空系统、图形发生器、偏转和束闸等。国内研发设备的加速电压停留在30 kV以下，扫描速度普遍不超过10 MHz，相应的拼接套刻精度均在亚微米量级，而电子束束斑在整机自主化研发设备中由于热发射钨电子枪和LaB6的限制停留在几十纳米量级，整体设备性能与国外顶尖设备有较大的差距。

　　根据QYResearch研究团队调研统计，2022年全球电子束光刻系统(EBL)市场销售额达到了13亿元，预计2029年将达到22亿元，年复合增长率（CAGR）为6.9%（2023-2029）。

　　电子束曝光（electron beam lithography）指使用电子束在表面上制造图样的工艺，是光刻技术的延伸应用。电子束光刻系统(EBL)即用于实现电子束曝光的系统。

　　全球电子束光刻系统（Electron Beam Lithography System (EBL)）的主要参与者包括Raith、Vistec、JEOL、Elionix和Crestec。全球前三大制造商的份额超过70%。日本是最大的市场，占有率约为48%，其次是欧洲和北美，占有率分别约为34%和12%。就产品而言，高斯光束EBL系统是最大的细分市场，占有率超过70%。在应用方面，应用最多的是工业领域，其次是学术领域。

　　RaithRaith是纳米制造、电子束光刻、FIB SEM纳米制造、纳米工程和逆向工程应用的先进精密技术制造商。客户包括参与纳米技术研究和材料科学各个领域的大学和其他组织，以及将纳米技术用于特定产品应用或生产复合半导体的工业和中型企业。Raith成立于1980年，总部位于德国多特蒙德，拥有超过250名员工。公司通过在荷兰、美国和亚洲的子公司，以及广泛的合作伙伴和服务网络，与全球重要市场的客户密切合作。Raith主要有五款EBL产品，EBPG Plus、Voyager、RAITH150 Two、eLINE Plus和PIONEER Two。

　　EBPG Plus是一种超高性能电子束光刻系统。100kv写入模式和5 nm以下的高分辨率光刻，涵盖了各种纳米制造设备中直接写入纳米光刻、工业研发和批量生产的广泛前沿应用。新系统集稳定性，保真度和精度于一体，确保最佳的高分辨率光刻结果的所有性能参数之间的完美交互。

　　Raith VOYAGER 光刻系统使用场发射电子源，具有可变的 10-50 keV 加速电位，50 兆赫兹偏转系统具有实时动态校正和单级静电偏转功能，可在小至 8 nm 的光刻胶中定义单线图案。激光控制平台能够加载

　　广泛使用的eLINE Plus系统是大学和研究中心寻求通过单一多功能电子束光刻(EBL)系统访问纳米制造应用宽带的最佳系统。eLINE Plus的先进光刻基础设施支持超高分辨率电子束光刻和大面积纳米加工。此外，eLINE Plus的多功能性结合了电子束光刻，纳米工程，超高分辨率和大面积SEM成像的世界，包括用于计量和过程控制的专用功能。

　　PIONEER TWO 集成了电子束曝光及成像分析双功能，是高校和科研人员的理想选择。从理念上，PIONEER Two是一个全新的独特的设备，真正意义上实现了电子束曝光和成像的EBL/SEM结合。PIONEER Two将专业电子束曝光设备和电子成像系统所有的功能融合成一套独立的成套系统。多功能性、稳定性、用户友好性操作，使PIONEER Two系统适合于不仅追求纳米结构的制作及再观察功能，且需要材料及生命科学领域中对化学成分及结构进行分析的所有用户。

　　NBL（Nanobeam）NanoBeam是一家英国公司，成立于2002年，主要生产高性能和高性价比的电子束光刻工具。据媒体报道，2016年，徐州博康收购了NBL落户徐州经济技术开发区，并将在园区内主要生产电子束光刻机、扫描电镜、高压电源以及电子束枪、无磁电机等高科技产品。

　　NBL的电子束光刻机线nm的工艺，相关产品已销往因英、美、德、法、瑞典、韩国等国家，中国的中科院微电子所、13所、55所、北京大学等单位已引进15台。

　　Nanobeam 推出的NB5型电子束光刻机依靠特有双偏转系统和共轭关闸，实现在8英寸晶圆（兼容更小尺寸，任意形状样品）的样品单次曝光制备5nm图形结构。电子束加速电压20-100kV连续可调，束流0.2-120nA，写场拼接精度≤10nm，套刻精度≤10nm。3nm束斑直径时，束流可达到2nA。

　　日本电子株式会社（JEOL Ltd., 董事长：栗原 权右卫门） 是世界科学仪器制造商，成立于1949 年，总部设在日本东京都昭岛市武藏野3丁目1番2号，其事业范围主要有电子光学仪器、分析仪器、测试检查仪器、半导体设备、工业设备、医疗仪器等制造、销售和研发。JEOL集团的业务包括三个部分：科学/计量仪器、工业设备以及医疗器械。

　　JEOL的电子束曝光机产品主要有电子束光刻系统(可变矩形束电子束光刻)、电子束光刻系统(圆形电子束光刻)等 。1967年，JEOL完成JBX-2A 电子束光刻系统；1998年，JBX-9000MV 电子束光刻系统完成；2002年，JBX-3030 系列电子束光刻系统完成；2017年，与IMS共同发布世界首台量产化电子束光刻机并投入市场。

　　目前，JEOL的电子束曝光机产品主要包括JBX-8100FS 圆形电子束光刻系统、JBX-3050MV 电子束光刻系统、JBX-3200MV电子束光刻系统、JBX-9500FS电子束光刻系统和JBX-6300FS电子束光刻系统。

　　JBX-9500FS是一款100kV圆形束电子束光刻系统，兼具高水平的产出量和定位精度，最大能容纳300mmφ的晶圆片和6英寸的掩模版，适合纳米压印、光子器件、通信设备等多个领域的研发及生产。

　　JBX-6300FS的电子光学系统在100kV的加速电压下能自动调整直径为（计算值）2.1nm的电子束，简便地描画出线nm）的图形。 此外，该光刻系统还实现了9nm以下的场拼接精度和套刻精度，性能比优越。利用最细电子束束斑（实测值直径≦2.9nm）可以描画8nm以下(实际可达5nm)极为精细的图形。

　　JBX-3200MV是用于制作28nm～22/20nm节点的掩模版/中间掩模版（mask/reticle）的可变矩形电子束光刻系统。是基于加速电压50 kV的可变矩形电子束和步进重复式的光刻系统｡利用步进重复式曝光的优点，结合曝光剂量调整功能及重叠曝光等功能，能支持下一代掩模版/中间掩模版（mask/reticle）图形制作所需要的多种补偿。JBX-3050MV 是用于制作45nm～32nm 节点的掩模版/中间掩模版（mask/reticle）的可变矩形电子束光刻系统。

　　Hitachi日立（HITACHI）是来自日本的全球500强综合跨国集团，1979年便在北京成立了第一家日资企业的事务所。日立在中国已经发展成为拥有约150家公司的企业集团。

　　为更好地解决邻近效应和 高加速压电子对器件的损伤问题，低能微阵列平行电子束直写系统将有希望成为纳米光刻的最好选择。开展这方面研发有代表性的是美国 ETEC 公司和日本的日立公司。

　　日立推出的50 kV 电子束 （EB） 写入系统HL-800M，为 0.25 - 0.18 微米设计规则掩模制造而开发，并得到了广泛的应用。

　　1999年12月，日立公司宣布推出HL-900M系列电子束光掩模写入系统，该系统是为满足用户对高精度掩模的需求而开发的。该系统基于HL-800M系列，引入了新的电子光学、低失真级和并行处理功能，用于处理大量数据，以实现更高的精度和更高的吞吐量。书写系统并不是实现高级掩模的唯一因素；制造工艺也很重要，并且在掩模制造工艺中使用化学放大抗蚀剂方面正在取得进展。

　　HL-900M系列以150纳米或更高分辨率的高精度标线片制造为目标。该系统基于HL-800M，为了提高精度，引入了（1）高精度电子光学，（2）低失线）高精度温度控制系统，以及（4）用于处理大体积图案数据的并行处理功能。

　　ElionixELIONIX成立于1975年，是一家从事纳米级加工与检测的中小企业。ELIONIX拥有资本金2亿7000万日元，目前共有员工100名。成立40余。