两家美国电子束光刻设备商的对话 —— 不做替代者，只做补充者：电子束技术的产业角色

两家美国初创公司——Multibeam与SecureFoundry，正打造全球首款无需掩模即可将芯片设计直接写入硅晶圆的电子束光刻设备。

不过，阿斯麦（ASML）无需担心会失去其在光刻领域的龙头地位。这两家初创电子束设备制造商表示，他们的设备将对目前仅阿斯麦能生产的极紫外（EUV）和深紫外（DUV）设备起到补充作用，而非替代。

近日，Multibeam总裁Ken MacWilliams、SecureFoundry首席执行官Lex Keen以及D2S公司CEO Aki Fujimura 接受《EE Times》的采访时，畅谈了电子束光刻技术的发展前景。

Ken MacWilliams (Multibeam) 和 Lex Keen (SecureFoundry)

新型电子束设备能实现前所未有的芯片定制化生产。使用掩模时，所印制的每颗芯片都是完全相同的。而这两家电子束设备制造商称，他们的无掩模解决方案非常适合快速原型制作和小批量芯片生产。

“通过提供一定程度的定制能力，企业能将定制芯片无缝嵌入其系统解决方案中，”MacWilliams表示，“这正是我们能提供帮助的地方。如果能让芯片与芯片之间的互连性能媲美芯片内部的互连，那将会带来颠覆性的改变。”

MacWilliams指出，即便是像英伟达这样专注于5纳米或2纳米节点设计的公司，其顶层互连的间距也约为80纳米。

“我们的设备能够在这一层级进行图形制作。但我们不会涉足最前沿领域，去用电子束设备制作EUV设备所能实现的最小特征尺寸。”

MacWilliams称，Multibeam的设备接收设计方案后，当天就能开始在晶圆上进行图形制作。通常情况下，芯片设计公司要等长达6个月才能拿到掩模，而掩模成本最高可达5亿美元。尽管电子束技术的无掩模特性具备成本优势，但其吞吐量远不及主流的有掩模DUV和EUV设备。

初创企业概况

电子束设备制造商SecureFoundry的创始人兼首席执行官Lex Keen，将欧洲Mapper公司的技术实现了商业化。该技术曾归ASML所有。

“当意识到ASML放弃了这项技术时，我开始收购散落在欧洲各地的所有相关硬件，”曾在美国海军陆战队服役的技术专家Lex Keen说道。

“Mapper当时专注于高产量，”基恩表示，“我们对这项技术进行了重新调整，使其更侧重于灵活的产量、200毫米及以下晶圆、国防应用、快速原型制作，并建立了美国本土供应链来支持这些业务。”

目前，SecureFoundry的首批设备已在马里兰州Northrup Grumman公司的晶圆厂投入使用。

“当条件成熟时，我们将分拆出一家全资子公司负责设备销售，并建造一座工厂，”Lex Keen说，“这一切都取决于市场需求何时出现，以及联邦政府和州政府（无论具体是哪个州）何时介入。”

SecureFoundry公司背景

SecureFoundry的诞生源于Lex Keen为美国国防部开展的项目，旨在将美国顶尖大学的研究成果商业化。

“2016年从现役军队退役后，我开始与各大学合作，接触不同的知识产权组合。我花了大约一年时间熟悉情况，将这些技术带回国防部，并获得资金支持，着手将这些一直闲置在研究机构和大学的先进技术商业化。”

Lex Keen表示，公司与拥有晶圆厂的主要国防承包商建立了合作关系，如Northrup Grumman公司。

“我们通过签订合同和协议，得以利用他们的基础设施和专业知识，这样当设备进入美国时，我们就有地方安置了。”

Northrup Grumman公司为SecureFoundry提供了晶圆厂、洁净室空间和专业知识，助力其起步。

“这真的让我们有机会将筹集到的资金尽可能多地投入到最终产品上，而不是花大量资金在行政成本、一般管理费用以及洁净服等方面，”基恩说，“我们获得了他们的晶圆厂服务，而他们也能在未来的项目中使用我们的技术能力。”

到目前为止，SecureFoundry的电子束设备还没有外部客户。

“可能有少数几家公司在试探情况，或者他们正在向美国政府提交采购申请，”Lex Keen说，但拒绝透露更多细节。“其中有大家都听说过的大学、研究中心和大型商业公司。我更希望拥有美国客户群。如果我向海外发货，联邦调查局和出口管制部门一周内就会出现在我的办公室。”

Lex Keen表示，与此同时，SecureFoundry正在Northrup Grumman的工厂进行图形制作，并为美国国防部进行小批量生产。

Multibeam

2024年，美国芯片代工厂SkyWater成为首家且迄今为止唯一一家购买Multibeam电子束设备的公司。

“我们已接到未来两到三笔订单，”MacWilliams表示。其中一个重要的市场 niche 是200毫米晶圆厂。他称，目前没有适用于200毫米晶圆的EUV设备。

技术参数对比

在电子束数量方面，SecureFoundry的设备性能远超Multibeam，前者约有65,000束，而后者约为20束。但Multibeam的MacWilliams称，竞争对手SecureFoundry的设备产生的是“哑束（dumb beams）”。

“更多的电子束确实有帮助，但如果拥有更智能的电子束，或许一束智能电子束就能胜过甚至1000束只能开关的哑束，”MacWilliams指出。

他补充道，Multibeam设备的每一束电子束都有独立的数据路径，使其成为“智能束smart beam”。每一束电子束都能像扫描电子显微镜一样，实时显示其写入位置。

Multibeam与电子设计自动化（EDA）工具提供商新思科技（Synopsys）建立了合作关系，而SecureFoundry则计划利用人工智能设计自己的EDA工具。行业资深人士Aki Fujimura认为，与新思科技这样成熟的EDA工具供应商合作是一项优势。

“引入新的EDA模式难度很大，因为设计师已经习惯了使用现有的工具，”Aki Fujimura说。

19年前，Aki Fujimura创立了D2S公司，该公司是从Cadence公司分拆出来的，旨在涉足晶圆无掩模写入领域。如今，D2S从事用于掩模的电子束写入业务，而非晶圆。但现在，他看到了电子束技术在晶圆写入方面的潜力。

“在晶圆写入方面，潜力绝对是存在的，”Aki Fujimura表示，“其唯一的商业应用是用于特殊任务，如安全、定制化或个性化领域。作为高产量生产工具，它仍然面临困难，因为速度太慢了，可能比所需速度慢两个数量级。随着这些技术的进一步应用，我认为人们会找到更多不同的使用方式。”

Lex Keen称，电子束技术的“最佳应用点”是16纳米至22纳米节点。

“我们专注于22纳米至90纳米节点，”他说，“90纳米以上的节点，购买掩模会更便宜。”

资金支持者

7月29日，Multibeam宣布完成3100万美元的B轮融资，投资方包括Onto Innovation和泛林资本（Lam Capital）——芯片设备制造商泛林集团（Lam Research）的投资部门。其他参与者还包括台湾芯片代工厂联电（UMC）和芯片设计公司联发科（MediaTek）的风险投资部门。

SecureFoundry有大约20位种子轮投资者。

“我称之为种子轮投资者，他们算不上是A轮投资者（A轮融资通常在2000万美元左右），但也不是天使投资者，”Lex Keen说，“他们是高净值人士，全部来自家族办公室，没有机构资金，也没有政府资金。目前，资金全部来自家族办公室以及利润再投资。”

小批量、快速生产

Aki Fujimura和MacWilliams表示，电子束光刻技术非常适合像日本初创公司Rapidus这样的多品种、小批量代工厂。

Lex Keen称，许多外国政府都对SecureFoundry表现出兴趣。“他们不需要建造像台积电那样的高产量晶圆厂，只需要能满足其国防需求的设备。他们正试图摆脱中国或俄罗斯制造的产品。”

“我们与很多外国政府有过多次接触，他们希望获得灵活的产量——小批量、中批量均可，具备相当高的灵活性，以便能够自主掌控本国的国防工业。”