电子束实验仪结构原理

目前光刻技术存在被美国“卡脖子”，不只是工业用的，包括科研用的电子束曝光机也只能购买到落后国外两三代的产品。而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，是半导体微电子制造及纳米科技的关键设备、基础设备。3D纳米结构高速直写机的技术起源光刻技术严重制约着我国半导体工业及科研领域的发展。近年来，一种基于热扫描探针光刻技术的产品3D纳米结构高速直写机有望替代电子束曝光机。3D纳米结构高速直写机（NanoFrazor）的主要技术起源于上世纪九十年代，由诺贝尔奖获得者Binnig教授在IBM Zurich实验室所主导的千足虫计划。该计划原本的目标是用类似原子力显微镜探针的热探针达到1Gb/s的高速数据存储读写。图1为千足虫计划中，制备的热探针的扫描电子显微图像。[1]图1. 千足虫计划所制备的热探针的扫描电子显微图像。[1]2010年后，研究团队逐渐把研究热点从数据的高速读写逐渐转向了扫描热探针用于高精度灰度光刻技术（t-SPL）。随着t-SPL技术的逐渐成熟，2014年推出了首款商业化高精度3D纳米结构高速直写机，NanoFrazor Explore 图2b)。为满足市场的不同需求，2017年推出台式系统NanoFrazor Scholar，图2a)。[2]图2 不同型号的NanoFrazor。a)为台式NanoFrazor Scholar系统，b)为旗舰型NanoFrazor Explore。[2]随后，于2019年无掩模激光直写系统被成功地整合到了旗舰型NanoFrazor Explore系统中，实现了在NanoFrazor中从微米加工到纳米加工的无缝衔接。有望替代电子束光刻技术目前NanoFrazor的技术主要用于科研院所的高端纳米器件制备，已有集成激光直写的系统以加快大尺寸大面积微纳米结构的刻写。由10根探针组成的探针阵列已经在Beta客户端测试中。在和IBM苏黎世的合作项目中已经开始了用于工业批量生产的全自动系统的原型设计。。NanoFrazor的优势体现在以下几个方面。首先，NanoFrazor是首款实现3D纳米结构直写的光刻设备，其垂直分辨率可高达1nm。因此，此设备不仅可以制备在2D方向上高分辨率复杂图案的无掩模刻写，还可以制备3D复杂纳米结构，例如复杂的光学傅里叶表面结构，图3所示。[3]图3，用NanoFrazor制备的光学傅里叶表面结构。[3]第二，由于NanoFrazor的光刻原理是通过热探针直接在热敏胶上进行刻写，与热探针接触的胶体部分被直接分解，与电子束曝光（EBL）技术相比所制备的图案不会被临近场效应所影响。因此使用t-SPL技术制备的器件，光刻胶可以被去除的非常干净，从而改善半导体材料和金属电极的接触情况，提高电子器件的性能。图4为NanoFrazor工艺中所用的热敏胶和EBL工艺中所用的光敏胶在去胶工艺后的光刻胶表面残留情况。[4]图4 采用t-SPL技术和EBL技术去胶后光刻胶表面残留对比，图中比例尺为500nm。[4]第三， 由于NanoFrazor所采用的的t-SPL光刻技术，避免了电子注入对材料的损伤，特别适合电子敏感类材料相关器件的制备。与此同时NanoFrazor针尖虽然温度很高，但是和样品的接触面积只有纳米尺度，所以样品表面不会受到高温影响，样品表面温度升高小于50度。第四，传统光刻技术中，需要通过显影才能观察到光刻图案。而使用t-SPL技术进行光刻时，热敏胶直接被热探针分解，然后再通过同步成像系统可以立即得到刻蚀图案的形貌。同时使用闭环控制刻写深度，保证纵向1nm的刻写精度。在实际使用中，可以对样品表面已有的微结构成像，实时设计套刻图案进行刻写，非常适合科学科研和新品研发。此外，相比于传统的电子束刻蚀等技术产品，NanoFrazor可以在常温常压环境中使用，维护简单费用低。其主要耗材为热探针，耗材费用将低于目前通用的电子束刻蚀系统的耗材维护费用。科研领域的得力干将目前情况来看，国内和国外的主要用户都集中在科研院所。这一特点在推广尚属早期的国内市场尤为突出。QD中国正在尽全力把NanoFrazor和相关技术介绍给中国区的用户。NanoFrazor在国内的高精度3D光刻领域暂无竞争对手，在2D光刻领域与EBL存在着某些重叠。NanoFrazor产于中立国瑞士，受国际政治影响较小。热敏胶由德国AllResist公司生产销售，热探针目前仍然由IBM苏黎世供应，计划明年由德国IMS公司生产提供，不存在卡脖子问题。凭借强大的性能，NanoFrazor帮助科研人员在多领域中取得了一系列优秀成果。在光学方面，苏黎世联邦理工的Nolan Lassaline等人使用NanoFrazor制备了周期性和非周期性的光学表面结构。[3] 制备的多元线性光栅允许利用傅里叶光谱工程精确调控光信号。实验表面，使用NanoFrazor制备的任意3D表面的方法，将为光学设备（生物传感器，激光器，超表面和调制器）以及光子学的新兴区域（拓扑结构，转换光学器件和半导体谷电子学）带来新的机遇。该论文已于2020年经发表于Nature。在电子学方面，纽约城市大学的Xiaorui Zheng等人利用NanoFrazor制备了基于MoS2的场效应管。[4] 他们的研究结果表明，使用t-SPL技术制备的器件很好地解决了困扰EBL工艺的非欧姆接触和高肖脱基势垒等问题。器件的综合电子学性能也远优于传统工艺所制备的器件。该论文于2019年发表于Nature Electronics。在3D微纳加工方面，IBM使用NanoFrazor制备的纳米微流控系统控制纳米颗粒的输运方向，并成功分离不同大小尺寸的纳米颗粒，直径相差1nm的纳米颗粒可以用此方法进行分离[6]。该方法可以用于分离样品中的病毒等纳米物体。该论文于2018年发表于Science。IBM苏黎世研究院的Pires等人利用NanoFrazor的3D加工工艺，成功地制备出了高度仅为25nm的瑞士最高峰马特宏峰，如图5所示。[5] 后经吉尼斯世界纪录认证为世界上最小的马特宏峰。优于新颖的加工工艺和优异的3D加工精度，该论文与2010年发表于Science。图5 利用NanoFrazor制备的高度仅有25nm的世界最小马特宏峰。[5]在二维材料研究方面，NanoFrazor的热探针可以直接用于二维材料的掺杂[7]，切割[8]和应力调制[9]，开创了二维材料器件制备的新方法。论文于2020年发表于Nature Communications, Advanced Materials和NanoLetters等期刊上。目前国内用户对NanoFrazor在实验上的表现十分满意，已有国内用户在Advanced Materials等顶级期刊发表文章。关于QUANTUM量子科学仪器QUANTUM量子科学仪器贸易（北京）有限公司（以下简称QDC）是世界知名的科学仪器制造商——美国 Quantum Design International 公司（以下简称QD Inc.）在全世界设立的诸多子公司之一。QD Inc.生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为世界公认的顶级测量平台，广泛的分布于世界上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域尖端的实验室。同时QD Inc.还利用自己遍布世界的专业营销和售后队伍打造一个代理分销网络，与世界其他领先的设备制造商合作，为其提供遍布全球的专业产品销售和售后服务网络，2007 年QD Inc.并购了欧洲最大的仪器分销商德国 LOT 公司，使得QD Inc.全球代理分销和售后网络变得更加完整和强大。由于在华业务的不断发展，QD Inc.于2004年在中国注册成立了全资中国子公司QDC。经过10多年的耕耘发展，目前QDC拥有一支高素质的科学技术服务队伍，其中技术销售及售后技术支持团队全部由硕士学历以上人才组成（其中近70%为博士学历），多年来为中国的顶级实验室和科研机构提供专业科学仪器设备、技术支持、以及科技咨询服务。这些优秀的雇员都曾被派往美国总部及欧美日等尖端科研仪器厂家进行专业系统的培训，经过公司十多年的培养，成为具有丰富的科学实验仪器应用经验的专家。他们为中国的研究机构带来了最尖端的产品和最新的科技动态，为中国科研人员的研究工作提供了强有力的支持。QDC作为引进先进技术设备进入中国的桥梁，靠着过硬的尖端产品、坚实的技术实力、一流的服务质量赢得了中国广大科研客户的赞誉。Quantum Design中国子公司还积极致力于发展与中国本地科学家的合作，并将先进的实验室技术通过技术转移进行商业化。目前Quantum Design中国子公司正立足于公司本部产品，积极致力于材料物理、纳米表征和测量技术、生物及生命科学技术领域的新业务。Quantum Design中国子公司已逐渐成为中国与世界进行先进技术、先进仪器交流的一个重要桥头堡。引用文献1. Eleftheriou, E., et al., Millipede-a MEMS-based scanning-probe data-storage system. IEEE transactions on magnetics, 2003. 39(2): p. 938-945.2. https://heidelberg-instruments.com/product/nanofrazor-explore/ .3. Lassaline, N., et al., Optical fourier surfaces. Nature, 2020. 582(7813): p. 506-510.4. Zheng, X., et al., Patterning metal contacts on monolayer MoS 2 with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography. Nature Electronics, 2019. 2(1): p. 17-25.5. Pires, D., et al., Nanoscale three-dimensional patterning of molecular resists by scanning probes. Science, 2010. 328(5979): p. 732-735.6. Skaug et al., Nanofluidic rocking Brownian motors. Science, 2018. 359: p. 1505-1508.7. Zheng, X, et al., Spatial defects nanoengineering for bipolar conductivity in MoS2. Nature Communications, 2020. 11:3463.8. Liu, et al., Thermomechanical Nanocutting of 2D Materials. Advanced Materials.9. Liu, et al., Thermomechanical Nanostraining of Two-Dimensional Materials. NanoLetters.关注Quantum Design中国官方微信公众号，了解更多前沿资讯！（Quantum Design 中国 供稿）

生物体从宏观到微观，再到纳米尺度的多级复合结构，使其具有诸多独特的优异性能。人们很早就开始模仿生物的特殊功能，来发明和应用新技术。例如人们根据苍蝇特殊的“复眼”结构，仿照制成了“蝇眼透镜”，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片；还有仿照水母耳朵的结构和功能，人们设计了水母耳风暴预测仪；根据蛙眼的视觉原理，研制成功了一种电子蛙眼，能准确无误地识别出特定形状的物体！图：苍蝇特殊的“复眼”结构（图片来源于网络）这就是早期的仿生学应用，但随着科技的进步和纳米技术的迅速发展，人们开始将仿生学应用到纳米尺度，研究者通过模仿生物的纳米结构仿生制造出类似的超微结构，以此来探究和获取生物的特殊功能。在纳米微结构加工领域，常用的微纳光刻技术有纳米压印、紫外光刻、X射线曝光等技术。而在最近的一项研究中，昆士兰科技大学的研究团队首次将电子束曝光（EBL）技术应用于生物纳米结构的仿生制造，并取得了重要研究成果。目前，该项研究论文已被Journal of Materials Chemistry（IF=4.776）录用，论文题目为Multi-biofunctional properties of three species of cicada wings and biomimetic fabrication ofnanopatterned titanium pillars。研究中涉及的大量仿生制备工作由TESCAN 的EBL完成，并使用了TESCAN MIRA3场发射扫描电子显微镜表征细胞间相互作用。图：研究论文已被Journal of Materials Chemistry（IF=4.776）录用由于蝉翼具有多功能生物特性，如超疏水性，自清洁和杀菌作用等，人们对其在生物医学上的应用产生了浓厚兴趣。昆士兰科技大学Prasad KDV Yarlagadda及其研究团队对蝉翼的杀菌和细胞相容特性进行了系统研究，并首次使用电子束曝光技术（EBL）进行蝉翼结构的仿生制造，加工出类似的纳米锥阵列结构，经研究发现，其同样具有杀菌和生物相容性。首先，研究人员使用了SEM，AFM，TEM等多种微观分析技术对三种不同种类的澳大利亚蝉翅膀表面的纳米结构进行了表征。研究人员观察到，三种蝉翼表面均具有独特的形貌结构，虽然凸起的高度、直径、间距和密度并不完全相同，但都呈现出锥状的纳米柱阵列。图：不同物种的蝉翅具有不同高度、间距、直径和密度的纳米柱结构研究人员分别采用了在蝉翼上附着铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌细胞和人成骨细胞的方法来探究昆虫翅膀的杀菌活性和生物相容性。实验证明，三种蝉翼均具有很好的杀菌活性，且附着人成骨细胞的蝉翅细胞形态在24小时后仍然保持完整，表明它们仍然具有生物相容性。在该项研究中，研究人员尝试进行蝉翼结构的仿生制造。由于是纳米尺度的阵列结构，一般的刻蚀、沉积方法均无法实现。而常规的电子束曝光（EBL）技术也无法实现如此规模的锥体制造。昆士兰科技大学的研究团队巧妙地利用电子束在光刻胶中的散射，通过控制电子束能量，制作出椎体的“模子”，然后利用沉积生长出需要的椎体，最后腐蚀掉所有光刻胶，得到了完美的纳米锥阵列。图：仿生纳米锥阵列的制作过程示意图最终制备的仿生Ti纳米锥的高度为116 ~282nm，锥形柱的顶端直径最小达13.3nm，底部直径93.6nm左右。并且，进一步实验发现，其同样具有杀菌性和生物相容性。昆士兰科技大学的这项研究成果对于纳米仿生学的应用具有重大意义。 图：通过EBL技术制备的仿蝉翼结构的Ti纳米锥陈列图：（E）在制备出的仿生Ti纳米锥阵列上附着铜绿假单胞菌细胞；（F）对照Ti柱和仿生纳米Ti柱上附着的人成骨细胞的活性；（G）在仿生Ti纳米锥阵列上附着扩散良好的成骨细胞；电子束曝光（EBL）技术是一种电子束直写技术，是利用电子束在涂有对电子敏感的高分子聚合物（光刻胶）的基底上直接描画出图形，通过刻蚀实现微小结构的加工。电子束曝光（EBL）技术避免了传统方法中对模板加工和使用的复杂过程，其高分辨、高度灵活性、高灵敏度的特点也受到研究人员关注，且EBL制备方法更加简单，更容易制备出小尺寸的各种花样的周期性结构。在上述工作中，昆士兰科技大学研究团队使用了TESCAN MIRA3高分辨场发射扫描电子显微镜搭配TESCAN自主研发的电子束曝光（EBL）技术出色完成了相关工作。不久前，昆士兰科技大学新采购了一台TESCAN最新的S8000X Xe Plasma FIB-SEM，这是一款功能强大的氙等离子源FIB，配置了TESCAN最新一代的多项专利技术，期待昆士兰科技大学未来取得更多的研究成果！图：昆士兰科技大学最新采购的TESCAN S8000X Xe等离子源FIB-SEM 注释：该项研究由昆士兰科技大学研究团队完成，相关论文目前已通过了英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）评审，论文稿件已被录用，将于不久后在网上公开发布。

电子束曝光机概述电子束曝光（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的线宽，束斑尺寸0.5~12.5 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。市场概况根据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。国外主流企业及进展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的电子束光刻机线宽小于8nm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。JEOL日本电子株式会社（JEOL Ltd., 董事长：栗原 权右卫门） 是世界顶级科学仪器制造商，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-8100FS 圆形电子束光刻系统JBX-8100FS圆形电子束光刻系统，具备高分辨率和高速两种刻写模式，非常适用于超微细加工以及批量生产。该设备减少了刻写过程中的无谓耗时，并将扫描频率提升至业界高水准的125MHz (以往机型的1.25～2.5倍)，使其具备更高的生产能力。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，简便地描画出线宽在8nm以下（实际可达5nm）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。 HL-800M1999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）低失真载物台，（3）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余年，ELIONIX专注于电子束光刻、电子束硬盘刻蚀、超微材料分析等技术的研发，获奖无数，并成为以上技术市场中的隐形冠军。2004年以后，ELIONIX积极进军海外市场，目前客户遍布于美国，欧洲，中国等知名大学（哈佛、麻省理工学院，清华、北大等）和公共研究所。ELIONIX的电子光刻装置能够稳定且精准地控制电子束，同时将震动和磁场等外部干扰因素降到最低，电子束最细可达5纳米。ELIONIX的电子光刻装置拥有着世界顶级水平，目前占有50%以上的世界市场份额。ELS-F125是Elionix推出的世界上首台加速电压达125KV的电子束曝光系统，其可加工线宽下限为5nm的精细图形。ELIONIX的电子束光刻ELS系列可应用于光集成电路、SAW元器件以及其他各种传感器上。除了电子束，ELIONIX还有离子束光刻装置。2023年，ELIONIX发布了电子束光刻系统“ELS-HAYATE”。这是最新型号，具有业界最快的 400MHz 扫描频率和业界最大的 5mm 视场尺寸。ADVANTESTAdvantest（ADVANTEST CORPORATION）是一家日本半导体设备公司，专门提供广泛的半导体设备测试解决方案。该公司成立于1954年，现已成为半导体行业的领先企业之一。爱德万测试（ADVANTEST）的F7000 电子束光刻系统具有高通量和卓越的分辨率，并能够在1X-nm技术节点的晶圆上创建非常精确和平滑的纳米图案。其字符投影、直接写入技术使其非常适合作为研发和原型设计的设计工具，以及生产小批量多类型设备的 LSI 生产线的解决方案。F7000 支持各种材料、尺寸和形状的基板，包括纳米压印模板和晶圆，并针对各种应用进行了优化，例如高级 LSIs、光子学、MEMS 和其他纳米工艺。此外，用户还可以选择最适合其需求的配置，无论是独立配置还是在线配置，使 F7000 能够支持从研发到批量生产的各种应用。IMS NanofabricationIMS成立于1985年，位于奥地利维也纳，在2009年获得了英特尔的投资，并在2015年最终被英特尔收购。自从被英特尔收购以后，IMS在 2016 年发布了第一款商用多束掩模写入器MBMW-101，该产品比 EUV光刻工具精度更高，但速度非常慢，这是它们仅用于制造掩模版的一个重要原因。IMS Nanofabrication是NuFlare（东芝）的竞争对手，但东芝的工具不太精确，而且速度较慢。此外，NuFlare的多束掩模写入器在IMS Nanofabrication研发多年后才开始进入市场。超过90%的生产EUV掩模是使用IMS Nanofabrication 的多光束掩模写入器制造的。如果没有IMS Nanofabrication的掩模写入器，所有EUV工艺技术都将陷入停顿。EUV工艺技术被用于7nm以来的所有台积电、英特尔的工艺节点。2023年，英特尔公司宣布出售其旗下子公司IMS Nanofabrication 20%的股权，交易金额为8.6亿美元。此次交易将使英特尔公司减少对该公司的控制权，但仍将继续与IMS Nanofabrication保持合作关系。台积电在9月12日的临时董事会上宣布，拟不超4.328亿美元收购英特尔手中IMS Nanofabrication约10%股权。MBMW-101完全开发的多束掩模写入器（MBMW）为28至5nm的掩模技术节点提供精度和极高的生产率。2014年2月，世界上第一台用于6英寸光掩模的多束掩模写入器 MBMW Alpha工具问世。2016年，MBMW的数据速率提高了10倍，达到120 Gbit/s。截至2016 年，IMS 一直为掩模行业提供MBMW-101掩模写入器生产工具，用于 7 纳米技术节点。CRESTEC株式会社CRESTEC于1995年在东京成立以来一直专注于EBL技术。作为世界上为数不多的EBL设备专业制造商之一，在世界范围内EBL光刻机的销售实绩已经超过100台。其制造的电子束光刻机以其独特的专业技术，超高的电子束稳定性，电子束定位精度以及拼接套刻精度赢得了世界上著名科研机构以及半导体公司的青睐。其中 CABL 系列更是世界上仅有的产品之一。通过日本丰港株式会社在东亚及北美地区国家开展业务，实现产品知名度提升也会用户解决了实际需求。CRESTEC CABL 系列采用专业的恒温控制系统，使得整个主系统的温度保持恒定，再加上主系统内部精密传感装置，使得电子束电流稳定性，电子束定位稳定性，电子束电流分布均一性都得到了极大的提高，其性能指标远远高于其它厂家的同类产品，在长达5小时的时间内，电子束电流和电子束定位非常稳定，电子束电流分布也非常均一。由于EBL刻写精度很高，因此写满整个 Wafer 需要比较长的时间，因此电子束电流，电子束定位， 电子束电流分布均一性在长时间内的稳定性就显得尤为重要，这对大范围内的图形制备非常关键。CRESTEC CABL 系列采用其独有的技术使其具有极高的电子束稳定性以及电子束定位精度，在大范围内可以实现图形的高精度拼接和套刻。VistecVistec Electron Beam集团是设计、生产电子束光刻系统的国际顶级企业，为前沿电子束光刻领域提供尖端技术解决方案。Vistec集团在德国和美国拥有生产基地，在美国、欧洲、中国、日本、台湾和韩国设有技术服务中心。集团包括两部分，德国耶拿的Vistec电子束有限公司主要生产成形电子束光刻系统。美国纽约密执安的Vistec光刻公司主要生产高斯圆形束电子束光刻系统。Vistec的光刻系统是以可变形状光束（VSB）原理为主，其中使用强度均匀分布的可变形状和尺寸的电子束在基材上光刻光阻图案（也称为曝光或写入）。此外可使用更复杂的电子束形状即客制固定形状进行曝光，特别是使用这些技术能加快电子束的写入速度。基于可变异形光束（VSB）的原理，这些系统可用于各种直接结构化，例如在硅和化合物半导体晶圆上直接生成结构，用于光掩模的生产以及集成光学和光子学的应用。可变形状光束光刻系统主要用于应用研究、掩模和玻璃基板市场以及半导体行业。Vistec的电子束光刻系统在半导体制造中被广泛应用，用于芯片的制备和加工，包括先进的逻辑芯片、存储芯片、传感器芯片等。目前主要型号包括VISTEC SB3050-2和SB254。Vistec SB3050-2 是一款基于可变形状光束的高分辨率电子束光刻系统，可实现 300 mm 晶圆和 9 英寸掩模的完全曝光。Vistec SB254是一款通用的 VSB 电子束光刻系统，可完全曝光最大200 mm晶圆和 7”掩模。NuflareNuFlare(中文：株式会社紐富来科技)在2002年8月成立，是从东芝机械剥离出来的企业，2018年， 他们的销售额为587亿日元，员工人数为626人。NuFlare位于日本的神奈川线，主要的产品是半导体生产设备。其中掩膜光刻设备(40-45亿日元/台)占销售额的90%。1976年12月，以电子束掩膜光刻设备为中心的半导体制造设备业务的技术从株式会社东芝移交给东芝机械株式会社。1984年6月，公司与株式会社东芝综合研究所联合完成Variable Shaped Beam（可变形电子光束）型首台机——电子束掩膜光刻设备“EBM-130V”。1998年，通过与株式会社东芝的联合项目，开发Variable Shaped Beam（可变形电子光束）型电子束掩膜光刻设备EBM-3000，并进行产品化，成为了首台商用机，对应电路线宽为180 nm-150nm。开发并投产能够应对90nm制程的电子束掩膜光刻设备EBM-4000，并进行产品化（至此为东芝机械株式会社半导体设备事业部）。2002年，株式会社紐富来科技全面继承东芝机械株式会社半导体设备事业部的业务，并开始开展业务。2004年，NuFlare开发应对电路线宽65nm的“EBM-5000”，并进行产品化。2008年，开发并投产EBM-7000（应对32nmhp制程）。2011年，开发并投产EBM-8000（应对14nmTN/22nmhp制程）。2013年，开发并投产EBM-9000（应对10nmTN制程）。2019年，开发并投产EBM-9500PLUS（应对TN5nm/7nm+制程），并开发EBM-8000P（应对14/16nm、22-45nmhp制程）。2022年，开发并投产MBM™-2000（应对3nmTN制程）。NuFlare主要是由东芝机械与东芝合资成立的半导体先进制程设备，主要产品线是光罩微显影及缺陷检测。Nuflare原本是于1997年作为生产和销售印刷设备、造纸设备的东芝机械冲压工程设备公司成立，2002年从东芝机械继承了半导体生产设备业务，并开始了事业。与东芝集团的资本关系始于2002年东芝收购Nuflare的普通股份，后来慢慢提高出资比例，到2012年成为东芝的关联子公司。早前，东芝宣布要将NuFlare全盘拿下，但却半路杀出了个程咬金HOYA。HOYA在半导体制程中所使用的光罩基板拥有 7 成以上市占，另外该公司也有提供光罩解决方案。若HOYA能取得Nu装技术。该公司的 MEMS 技术是在 Zyvex 为期 5 年、耗资 2500 万美元的 NIST ATP 项目期间开发的，目前正用于制造微型科学仪器，例如微型扫描电子显微镜和微型原子力显微镜，以及下一代纳米探测系统。2022年，Zyvex Labs宣称推出世界上最高分辨率的光刻系统 — ZyvexLitho1，该工具使用量子物理技术来实现原子精度图案化和亚纳米（768 皮米——Si (100) 2 x 1 二聚体行的宽度）分辨率。ZyvexLitho1 是一款基于扫描隧道显微镜 (STM：Scanning Tunneling Microscopy) 仪器，Zyvex Labs 自 2007 年以来一直在改进该仪器。ZyvexLitho1 包含许多商业扫描隧道显微镜所不具备的自动化特性和功能。ZyvexLitho1所采用的电子束光刻(EBL)技术核心是使用氢去钝化光刻(HDL)从Si(100) 2×1二聚体列（dimer row）重建表面去除氢（H）原子，氢去钝化光刻是电子束光刻（EBL）的一种形式。该机器的用途包括为基于量子点的量子比特制作极其精确的结构，以实现最高的量子比特质量。该产品可用于其他非量子相关应用，例如构建用于生物医学和其他化学分离技术的纳米孔膜。不过该产品的缺点是吞吐量非常低，它可能更适合制造小批量的量子处理器芯片。KLA-TencorKLA-Tencor 拥有一种他们称之为 REBL 的技术：反射电子束光刻。该技术最初由DARPA资助。但目前在多电子束直写领域，多个消息来源表明，KLA-Tencor正在退出该市场，专注于其核心检测和计量工具业务。REBL系统示意图。电子源通过磁性棱镜照亮数字模式发生器（DPG）。来自DPG的反射电子定义了要曝光的图案，它们再次穿过磁性棱镜，从而将它们与照明束分离。然后将DPG图像缩小并投影到晶片上。贝尔实验室上世纪90年代，除了IBM与尼康合作分别提出了PREVAIL的基于掩模的多束平行电子束投影曝光方案外，贝尔实验室也提出了SCALPEL（具有角度限制的投影式电子束光刻技术）方案。1999年，一群半导体器件和设备制造商宣布了一项联合协议，旨在加速将SCALPEL技术开发为生产光刻解决方案，以构建下一代集成电路。该计划的参与者包括ATMT和ASML的合资企业eLithTM LLC；朗讯科技公司；摩托罗拉半导体产品部门；三星电子有限公司和德州仪器（TI）。但在两年后，ATMT 和 ASML决定解散eLith LLC（成立14个月，旨在SCALPEL技术商业化），急剧转向极紫外技术（EUV）作为下一代光刻解决方案。