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过去五年，全球半导体制造几乎等同于一场光刻机的地缘政治。ASML 的 EUV 光刻系统成为先进制程的唯一通行证，任何想进入 5nm 以下节点的公司，都必须经由这台价值超过 3 亿美元、由 45 万个零件组成的巨兽。

从苹果到台积电，从三星到英特尔，整个行业的创新速度被 EUV 产能和供应节奏间接锁定。

而另一边，非 EUV 领域——电子束直写（E-Beam Lithography）、纳米压印（NIL）、掩模直写（ML2）——曾多次被寄予 " 平替 " 希望，却始终未能进入量产体系。它们像漂浮在摩尔定律边缘的 " 幽灵技术 "，时而被提起，又悄然沉寂。

然而，AI 的爆发正悄然改变这一切。一台 EUV 光刻机，不可能为每一家 AI 公司开启一条产线。在先进封装、异构集成、Chiplet、SiP 等多工艺、多材料混合的环境中，光学光刻难以覆盖全部需求层级。在这种需求转折点上，制造业开始寻找新的可能。那些曾被遗忘的 " 非 EUV 技术 " 正在以新的形式回归。

6.5 万束电子光束光刻，瞄准 AI 芯片

SecureFoundry 成立于 2016 年，总部位于沃斯堡，是一家兼顾国家安全与商业需求的半导体制造商，专注于特种半导体及增材制造产品。首席执行官 Lex Keen 曾任美国海军陆战队网络司令部技术总监。

该公司近日宣布推出的 Hyper-Beam Array 超光束阵列（HBA）光刻系统，采用了 6.5 万条独立控制的电子光束，允许 AI 芯片设计师在一片晶圆上同时测试多种设计变体，并能快速获得性能反馈，称其正在 " 重新定义芯片制造 "。

不同于传统需要昂贵光掩膜且周期漫长的光刻方式，SecureFoundry 的 HBA 光刻系统采用 65,000 条并行电子束直接在晶圆上成像，能够精确制造 100 毫米至 300 毫米晶圆。这些并行的每条光束均可独立控制，晶圆分两次扫描，可自动补偿遗漏图案。据他们称，一片 100mm 晶圆可在 15 分钟内完成图案化。

HBA 工具支持晶圆级集成、先进扇出封装，以及单次运行内多设计变体测试。与传统方法不同，HBA 支持灵活的批量生产，使其成为小批量原型、传统芯片和先进设计的理想选择，且成本显著降低。

SecureFoundry 表示，其 HBA 光刻系统专为科研院所、防务承包商与商业伙伴提供 " 灵活的本土化解决方案 "，填补芯片设计、研发与量产之间的链条空白，助力高度定制化芯片的生产。

该系统优化适用于 22nm 至 65nm 工艺节点，可在 100mm 至 300mm 基板上打印硅或化合物半导体材料。其软件定义的图案化架构提供极高的设计灵活性，内建的芯粒级追溯与数字溯源功能 满足日益严格的可信供应链与器件认证要求。

电子束直写光刻：曾经昙花一现

电子束技术在半导体产业中可大致分为两类应用—光掩模写入与直接光刻。

前者是我们熟悉的领域，如当前用于 EUV 与 DUV 光刻机的掩模制作环节，依然依赖单束电子束系统在掩模上精确刻写图案。电子束在掩模写入领域至今仍是核心工艺之一，并保持稳定发展。

而另一类电子束直写光刻（E-beam lithography），也称为无掩模光刻（Maskless Lithography），则是另一条路线。顾名思义，直写系统无需使用光掩模，电子束直接在晶圆表面刻写电路图案。

直写技术最早可追溯至 20 世纪 80 年代，由 IBM 率先提出。当时研究者看中了其 " 无需昂贵掩模即可实现极高分辨率 " 的潜力。但问题很快浮现——单束电子束的吞吐量极低，写完一片晶圆需要数小时甚至更久。对于批量生产而言，这种速度意味着无法承受的成本。

因此，业界开始探索多光束并行直写的可能，希望通过阵列化的电子束系统提升产能。多束电子束的构想曾吸引包括台积电在内的多家厂商投资。

台积电也曾一度大力支持多光束光刻技术，并投资了该技术。但由于多种原因，该技术的商业化时间比预期要长。首先，多光束光刻技术难度较大，因为很难控制单个光束。系统中的光束往往会相互抵消。其次，这项技术缺乏资金。而且除了台积电之外，业界由于技术问题对直写技术并不感兴趣。包括台积电在内的大多数公司一直在投资并寻求用于芯片生产的极紫外（EUV）光刻技术。

KLA 曾在早期打造过多束直写原型机，但由于未能获得下游晶圆厂的长期订单和资金支持，最终在 2014 年正式终止了该项目。

真正将多束直写推进到工程样机阶段的是荷兰公司 Mapper Lithography。2016 年，Mapper 推出了名为 FLX-1200 的多束直写系统。该设备采用 5 kV 加速电压，通过阻断模块将直径约 3 厘米的主束分割成上千个独立子束，由 MEMS 组件进行动态控制。Mapper 曾与法国 Leti 研究所合作开发这一技术，最初目标是将其应用于特种芯片及安全电子领域。当时该系统中的 MEMS 组件在俄罗斯莫斯科的合资工厂生产，合作方包括俄罗斯投资机构 Rusnano。

然而，受限于资金与市场迟滞，Mapper 始终未能跨越商业化门槛。2018 年底，公司资金链断裂并宣布破产，次年其核心资产被 ASML 收购。

但是据 ASML 公司称，该公司将不再继续开发 Mapper 的多光束光刻技术。如同 ASML 的高管在当时收购时所述："ASML 对 Mapper 的独特专利、专有技术和其他知识产权及其高技能员工非常感兴趣。Mapper 的知识产权组合和员工可能在未来电子束检测系统的发展中发挥重要作用。" 事实也印证了这一战略转向。ASML 随后将电子束技术全面整合入其检测、量测与缺陷检验（inspection & metrology）产品线，构建了光刻机台、计算光刻与电子束检测的全景光刻系统架构，电子束检测成为 " 铁三角 " 之一。

ASML 的电子束计量与检测产品

（图源：截取自 ASML 官网）

在经历了近四十年的反复尝试后，电子束直写技术几乎淡出了主流光刻叙事。EUV 光刻的成功，使全球制造重心彻底转向 " 极限分辨率 " 路线，而多束直写则被视为 " 高成本科研工具 "，只在少数实验室与掩模厂的角落里继续存活。

电子束直写的梦想，就此暂时沉寂。

又在 AI 时代，焕发新生

但技术的命运往往取决于时代的需求，而非物理极限。

近年来，随着 AI 芯片、先进封装与异构集成需求的持续上升，市场对灵活、快速且可定制的光刻路径呼声日益强烈，使得无掩模多束电子束技术再次回到聚光灯下。

除了前文提到的 SecureFoundry，美国公司 Multibeam 同样是这一领域的重要探索者。

2024 年 6 月，Multibeam 宣布业内首款面向批量生产的 多列电子束光刻系统（Multi-Column E-Beam Lithography，MEBL）。他们声称，这款 MB 平台的吞吐量比传统 EBL 系统高出 100 倍以上，成为市场上生产率最高的高分辨率无掩模光刻系统，并提供 150 毫米、200 毫米和 300 毫米三种配置。使用 MEBL 平台，设计写入只需数小时。与此同时，SkyWater Technology 已订购首套 MEBL 系统，用于快速生产高混合集成电路 ( IC ) 和微型设备。

Multibeam 的 MEBL 系统

（图源：Multibeam）

Synopsys 等 EDA/ 工具厂商也开始与这类系统联动（例如在版图分割、数据准备、写入校验方面）以适配并行电子束写入流程。Multibeam 表示，Multibeam 的数据准备系统利用 Synopsys CATS 软件，Synopsys CATS 针对 Multibeam 进行了定制修改，并完全集成到 Multibeam 系统软件中。

2025 年 7 月 29 日，Multibeam 宣布完成 3100 万美元 B 轮融资。领投方包括 Onto Innovation（先进节点与封装工艺控制解决方案领导者）及 Lam Capital（泛林集团旗下风险投资机构）；参投方包括联华电子资本（UMC Capital）与联发科技资本（MediaTek Capital），多家机构参与超额认购。

Multibea 表示，将利用融资资金加速其下一代多列电子束光刻（MEBL）平台的开发，该平台面向 300mm 晶圆与面板级无掩模光刻应用。资金还将用于拓展新应用，支持半导体产业在人工智能（AI）时代对更低能耗、更高性能芯片的需求，尤其是先进封装、异构集成与新型芯片快速开发和量产领域。

Multibeam 表示，自去年交付首台电子束光刻量产系统以来，全球半导体制造商对基于高生产率电子束图案化技术的新兴应用兴趣迅速升温。这类技术能与传统光学光刻互补，满足 AI、先进封装与异构集成的特殊需求。

Onto Innovation 首席执行官 Michael Plisinski 在投资中表示：" 过去十年，封装技术的进步推动了半导体产业的多次变革。从铜柱（Cu Pillar）与扇出封装（Fan-Out）引领的移动时代，到 Chiplet 架构驱动的 AI 时代，未来的创新关键仍将是先进封装。对于 1 微米以下互连的封装，我们看到 Multibeam 的电子束直写光刻技术具有巨大潜力，可在成本可控的情况下实现更高密度的芯片互连。Multibeam 已将一种新颖的光刻理念从概念验证推进至量产阶段，满足了大尺寸基板上先进集成的需求。"

Lam Research 企业战略与先进封装高级副总裁、Lam Capital 总裁 Audrey Charles 表示：" 异构芯片互连（Heterogeneous chip-to-chip integration）对于实现更低功耗、更高性能的 AI 芯片至关重要。Multibeam 所开发的电子束光刻系统，能在晶圆乃至面板级范围内，为新兴 Chiplet 应用提供前所未有的图案化灵活性。"

UMC Capital 总裁 Kris Peng 表示："Multibeam 开发的光刻工具具备极高的灵活性，可在整片晶圆上刻写精细特征。这种新型直接晶圆写入系统兼具高分辨率、大景深和晶圆级视场，拓展了半导体设计与制造的可能性。"

MediaTek Capital 合伙人 Brian Hsu 表示："Multibeam 的系统能显著缩短从原型到量产的时间，为多样化的新型应用提供了更敏捷的开发路径。"

写在最后

可以看出，无论是资本市场、供应链龙头，还是 AI 产业本身的需求增长，都在重新点燃无掩模电子束直写技术的产业化热度。某种意义上，这项技术不是光刻的挑战者，而是光刻体系的 " 缓冲器 "，它让被 EUV 排除在外的那部分创新，有了落地的通道。

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