過去五年，全球半導體制造幾乎等同於一場光刻機的地緣政治。ASML的EUV光刻系統成為先進製程的唯一通行證，任何想進入 5nm 以下節點的公司，都必須經由這臺價值超過 3 億美元、由 45 萬個零件組成的巨獸。

從蘋果到臺積電，從三星到英特爾，整個行業的創新速度被EUV產能和供應節奏間接鎖定。

而另一邊，非EUV領域——電子束直寫（E-Beam Lithography）、納米壓印（NIL）、掩模直寫（ML2）——曾多次被寄予「平替」希望，卻始終未能進入量產體系。它們像漂浮在摩爾定律邊緣的「幽靈技術」，時而被提起，又悄然沉寂。

然而，AI的爆發正悄然改變這一切。一臺EUV光刻機，不可能為每一家AI公司開啓一條產線。在先進封裝、異構集成、Chiplet、SiP等多工藝、多材料混合的環境中，光學光刻難以覆蓋全部需求層級。在這種需求轉折點上，製造業開始尋找新的可能。那些曾被遺忘的「非EUV技術」正在以新的形式迴歸。

6.5 萬束電子光束光刻，瞄準AI芯片

SecureFoundry成立於2016年，總部位於沃斯堡，是一家兼顧國家安全與商業需求的半導體製造商，專注於特種半導體及增材製造產品。首席執行官 Lex Keen曾任美國海軍陸戰隊網絡司令部技術總監。

該公司近日宣佈推出的Hyper-Beam Array超光束陣列（HBA）光刻系統，採用了6.5萬條獨立控制的電子光束，允許 AI 芯片設計師在一片晶圓上同時測試多種設計變體，並能快速獲得性能反饋，稱其正在「重新定義芯片製造」。

不同於傳統需要昂貴光掩膜且週期漫長的光刻方式，SecureFoundry 的HBA 光刻系統採用65,000 條並行電子束直接在晶圓上成像，能夠精確製造100毫米至300毫米晶圓。這些並行的每條光束均可獨立控制，晶圓分兩次掃描，可自動補償遺漏圖案。據他們稱，一片100mm晶圓可在15 分鐘內完成圖案化。

HBA工具支持晶圓級集成、先進扇出封裝，以及單次運行內多設計變體測試。與傳統方法不同，HBA 支持靈活的批量生產，使其成為小批量原型、傳統芯片和先進設計的理想選擇，且成本顯著降低。

SecureFoundry表示，其 HBA 光刻系統專為科研院所、防務承包商與商業夥伴提供「靈活的本土化解決方案」，填補芯片設計、研發與量產之間的鏈條空白，助力高度定製化芯片的生產。

該系統優化適用於 22nm 至 65nm 工藝節點，可在 100mm 至 300mm 基板上打印硅或化合物半導體材料。其軟件定義的圖案化架構提供極高的設計靈活性，內建的芯粒級追溯與數字溯源功能 滿足日益嚴格的可信供應鏈與器件認證要求。

電子束直寫光刻：曾經曇花一現

電子束技術在半導體產業中可大致分為兩類應用—光掩模寫入與直接光刻。

前者是我們熟悉的領域，如當前用於EUV與DUV光刻機的掩模製作環節，依然依賴單束電子束系統在掩模上精確刻寫圖案。電子束在掩模寫入領域至今仍是核心工藝之一，並保持穩定發展。

而另一類電子束直寫光刻（E-beam lithography），也稱為無掩模光刻（Maskless Lithography），則是另一條路線。顧名思義，直寫系統無需使用光掩模，電子束直接在晶圓表面刻寫電路圖案。

直寫技術最早可追溯至20世紀80年代，由IBM率先提出。當時研究者看中了其「無需昂貴掩模即可實現極高分辨率」的潛力。但問題很快浮現——單束電子束的吞吐量極低，寫完一片晶圓需要數小時甚至更久。對於批量生產而言，這種速度意味着無法承受的成本。

因此，業界開始探索多光束並行直寫的可能，希望通過陣列化的電子束系統提升產能。多束電子束的構想曾吸引包括臺積電在內的多家廠商投資。

臺積電也曾一度大力支持多光束光刻技術，並投資了該技術。但由於多種原因，該技術的商業化時間比預期要長。首先，多光束光刻技術難度較大，因為很難控制單個光束。系統中的光束往往會相互抵消。其次，這項技術缺乏資金。而且除了臺積電之外，業界由於技術問題對直寫技術並不感興趣。包括臺積電在內的大多數公司一直在投資並尋求用於芯片生產的極紫外（EUV）光刻技術。

KLA曾在早期打造過多束直寫原型機，但由於未能獲得下游晶圓廠的長期訂單和資金支持，最終在 2014年正式終止了該項目。

真正將多束直寫推進到工程樣機階段的是荷蘭公司Mapper Lithography。2016年，Mapper推出了名為 FLX-1200 的多束直寫系統。該設備採用 5 kV加速電壓，通過阻斷模塊將直徑約3釐米的主束分割成上千個獨立子束，由MEMS組件進行動態控制。Mapper曾與法國Leti研究所合作開發這一技術，最初目標是將其應用於特種芯片及安全電子領域。當時該系統中的MEMS組件在俄羅斯莫斯科的合資工廠生產，合作方包括俄羅斯投資機構 Rusnano。

然而，受限於資金與市場遲滯，Mapper始終未能跨越商業化門檻。2018年底，公司資金鍊斷裂並宣佈破產，次年其核心資產被 ASML 收購。

但是據ASML公司稱，該公司將不再繼續開發Mapper的多光束光刻技術。如同ASML的高管在當時收購時所述：「ASML對Mapper的獨特專利、專有技術和其他知識產權及其高技能員工非常感興趣。Mapper的知識產權組合和員工可能在未來電子束檢測系統的發展中發揮重要作用。」事實也印證了這一戰略轉向。ASML隨後將電子束技術全面整合入其檢測、量測與缺陷檢驗（inspection & metrology）產品線，構建了光刻機臺、計算光刻與電子束檢測的全景光刻系統架構，電子束檢測成為「鐵三角」之一。

ASML的電子束計量與檢測產品

（圖源：截取自ASML官網）

在經歷了近四十年的反覆嘗試後，電子束直寫技術幾乎淡出了主流光刻敘事。EUV光刻的成功，使全球製造重心徹底轉向「極限分辨率」路線，而多束直寫則被視為「高成本科研工具」，只在少數實驗室與掩模廠的角落裏繼續存活。

電子束直寫的夢想，就此暫時沉寂。

又在AI時代，煥發新生

但技術的命運往往取決於時代的需求，而非物理極限。

近年來，隨着 AI芯片、先進封裝與異構集成需求的持續上升，市場對靈活、快速且可定製的光刻路徑呼聲日益強烈，使得無掩模多束電子束技術再次回到聚光燈下。

除了前文提到的 SecureFoundry，美國公司 Multibeam 同樣是這一領域的重要探索者。

2024年6月，Multibeam宣佈業內首款面向批量生產的 多列電子束光刻系統（Multi-Column E-Beam Lithography，MEBL）。他們聲稱，這款MB平臺的吞吐量比傳統 EBL 系統高出 100 倍以上，成為市場上生產率最高的高分辨率無掩模光刻系統，並提供 150 毫米、200 毫米和 300 毫米三種配置。使用 MEBL平臺，設計寫入只需數小時。與此同時，SkyWater Technology已訂購首套 MEBL 系統，用於快速生產高混合集成電路 (IC) 和微型設備。

Synopsys 等EDA/工具廠商也開始與這類系統聯動（例如在版圖分割、數據準備、寫入校驗方面）以適配並行電子束寫入流程。Multibeam表示，Multibeam 的數據準備系統利用Synopsys CATS 軟件，Synopsys CATS 針對 Multibeam 進行了定製修改，並完全集成到 Multibeam 系統軟件中。

2025年7月29日，Multibeam 宣佈完成 3100萬美元B輪孖展。領投方包括 Onto Innovation（先進節點與封裝工藝控制解決方案領導者）及Lam Capital（泛林集團旗下風險投資機構）；參投方包括聯華電子資本（UMC Capital）與聯發科技資本（MediaTek Capital），多家機構參與超額認購。

Multibea表示，將利用孖展資金加速其下一代多列電子束光刻（MEBL）平臺的開發，該平臺面向 300mm晶圓與面板級無掩模光刻應用。資金還將用於拓展新應用，支持半導體產業在人工智能（AI）時代對更低能耗、更高性能芯片的需求，尤其是先進封裝、異構集成與新型芯片快速開發和量產領域。

Multibeam表示，自去年交付首臺電子束光刻量產系統以來，全球半導體製造商對基於高生產率電子束圖案化技術的新興應用興趣迅速升溫。這類技術能與傳統光學光刻互補，滿足AI、先進封裝與異構集成的特殊需求。

Onto Innovation首席執行官 Michael Plisinski在投資中表示：「過去十年，封裝技術的進步推動了半導體產業的多次變革。從銅柱（Cu Pillar）與扇出封裝（Fan-Out）引領的移動時代，到Chiplet架構驅動的AI時代，未來的創新關鍵仍將是先進封裝。對於1微米以下互連的封裝，我們看到Multibeam的電子束直寫光刻技術具有巨大潛力，可在成本可控的情況下實現更高密度的芯片互連。Multibeam已將一種新穎的光刻理念從概念驗證推進至量產階段，滿足了大尺寸基板上先進集成的需求。」

Lam Research企業戰略與先進封裝高級副總裁、Lam Capital總裁 Audrey Charles 表示：「異構芯片互連（Heterogeneous chip-to-chip integration）對於實現更低功耗、更高性能的AI芯片至關重要。Multibeam所開發的電子束光刻系統，能在晶圓乃至面板級範圍內，為新興Chiplet應用提供前所未有的圖案化靈活性。」

UMC Capital總裁Kris Peng表示：「Multibeam開發的光刻工具具備極高的靈活性，可在整片晶圓上刻寫精細特徵。這種新型直接晶圓寫入系統兼具高分辨率、大景深和晶圓級視場，拓展了半導體設計與製造的可能性。」

MediaTek Capital合夥人 Brian Hsu 表示：「Multibeam的系統能顯著縮短從原型到量產的時間，為多樣化的新型應用提供了更敏捷的開發路徑。」

寫在最後

可以看出，無論是資本市場、供應鏈龍頭，還是AI產業本身的需求增長，都在重新點燃無掩模電子束直寫技術的產業化熱度。某種意義上，這項技術不是光刻的挑戰者，而是光刻體系的「緩衝器」，它讓被EUV排除在外的那部分創新，有了落地的通道。