写在2024年东莞电镜年会前夜，国产电镜“五胡十六国”即将迎来多路生力军豪杰尽显风流

编者寄语：

上期发布了关于电镜特别是关于国产电镜发展历程、现状和未来方向的十九问，这无疑是首先发给国产电镜厂家的问卷，同时也是发给想在国内售卖的进口电镜厂家的问卷，更是发给国产电镜的广大受众即用户和市场的问卷；

正值国产电镜扎堆发布的2024年电镜年会前夕，下面我们先剧透下即将要登上国产电镜“五胡十六国”战场的各路豪杰和他们的镇山法宝；国产电镜事业风起云涌，时代会铭记这些砥砺前行的弄潮儿。

正文：

一年一度的电镜年会即将召开，终于，这不再只是进口产品大肆宣传售卖的场地，这已经是一个国产电镜竞相亮相的舞台，一台国产电镜同仁自我犒赏的盛会，一场国产电镜和电镜配套厂家带给全世界用户和市场的盛宴；

国产电镜已经不再止步于钨灯丝和场发射的扫描电镜，国产双束电镜已经量产，国产透射电镜也已经整装待发；不止于此，处于通用科研仪器上维的电子束曝光及直刻产品EBL，也迎来了它如火如荼的国产化发展进程；

据工作室统计，目前已经渐入佳境的国产电子束曝光直刻开发团队已达六家之多；其中包括由电工所领衔的国家队，由北大院士带头的金竟科技团队，由浙大院士带领的**科技公司团队，由聚束科技后人继续奋斗的团队，由海外德国归国团队带来的百及纳米科技团队，和由台式电镜团队泽攸科技推出的最新产品；对了，泽攸更喜欢叫EBL电子束光刻机，而不是常叫的电子束曝光机；

泽攸科技ZEL304G型号的电子束光刻机（EBL）采用场发射电子枪，配合一体化的高速图形发生系统实现对半导体晶圆的高速、高分辨光刻。

该系统标配高精度激光干涉样品台，允许用户实现大行程高精度拼接和套刻需求，可在新材料、前沿物理研究、半导体、微电子、光子、量子研究领域发挥重要作用。

此款产品整合了激光干涉样品台，行程≥105 mm，满足了大行程高精度拼接和套刻需求；高分辨场发射电子枪，最小束斑尺寸≤2nm，束流密度> 7000A/cm2，电子束流≥100nA，为光刻质量提供了重要保障；高性能FPGA图形发生器，最大扫描速度50MHz；D/A分辨率20位；支持的写场大小 50um~500um；束闸支持 5V TTL，可以在保证超高速扫描的同时实现超高分辨率图案绘制；

电子束闸上升沿<100ns；写视场≥500×500 um；最小单次曝光线宽＜15nm（同时取决于工艺条件）；扫描速度≥20MHz；扫描方式包括顺序扫描（Z型）、循环扫描（S型）、螺旋型扫描等多种矢量扫描模式；曝光模式包括支持场校准、场拼接，支持套刻，支持多图层自动曝光；外接通道支持包括支持电子束扫描、工件台移动、束闸通断、二次电子检测；停留时间最小增量10ns；图形文件格式兼容GDSII、DXF、BMP等；提供法拉第杯束流测量；提供临近效应校正；配套UPS不间断电源，配套主动减震台，可抗震最低自然频率2Hz；

套刻精度测试

场拼接精度测试

PMMA胶测试

厚胶测试

电子束曝光EBL的研发，制造和使用始于上世纪六十年代，是在电子光学和精密机械的基础上发展起来的，用于集成微电路研究和制造的光刻技术，是半导体微电子制造的关键设备和基础设备；应用场景主要用于制作DUV及EUV光刻掩模版Photomask、纳米压印光刻的压印板NIL Stamp、硅片直写、和其它纳米科技的研究。

国产自主研发设备的EBL整机性能，一直以来都与国外顶尖设备有着相当大的差距。国产高斯束EBL面临的挑战众多，主要出现在五块技术攻关上：热场发射电子源Schottk Field Emitter、加速高压电源Exitation High Tension、高速扫描信号发生器High speed scan generator、应用激光干涉仪的高精度运动平台High precision motion stage定位、以及高精度的电子束偏转Beam Deflector补偿系统，等；

长久以来，国内研发出来的EBL设备，加速电压仍然停留在30千伏以下，图像发生器输出驱动电子束偏转系统的扫描速度普遍不超过10 MHz，与电子束形成的最终束斑尺寸相关的拼接套刻精度，均在亚微米量级；

泽攸科技作为国内率先推出电子束曝光机的厂家，在这些指标上都有所突破，可喜可贺；

有说法称EBL是基于扫描电镜SEM发展而来的技术；这点不敢苟同；毕竟，SEM和EBL虽然同属于电子光学的同宗派系的工具，但其对各项关键技术开发的比重和程度，都因其终端应用场景的不同有很大的区别；简单的说，SEM属于实验室仪器的范畴，而EBL是产业领域的设备，两者的表现级别不同，价格也相差至少数个量级。

纵观电子束光刻EBL技术和设备的发展历程，是与电子束等效束斑数量的不断增长息息相关的；自上世纪60年代EBL现世以来，随着光刻图形越来越复杂，精细程度越来越高，业界对图形的写入速度、写入精度、以及自动化程度的需求也越来越高；

目前，活跃在科研和产业界的电子束曝光设备，主要有“高斯束”、“变形束”、和“多束”三种电子束曝光技术和系统；其中出现和应用最早，也是应用最广的高斯束EBL设备，由于其相对研制技术门槛较低，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，即变形束EBL、和多束EBL设备，则主要服务于半导体产业界的掩模版制做中。

跟扫描电镜SEM同宗一脉的高斯束电子束曝光EBL设备，是最早出现和使用的电子束光刻设备种类，发展多年后相应技术趋向稳定，相关零部件供应链、和技术研发机构，已经可以由相应的设备厂商全面承担。

为了进一步降低这种EBL设备的使用门槛，厂家也推出了使用扫描电镜SEM改装Converted而来的低端电子束曝光设备；或者，EBL厂家直接针对市场上常用的热场发射扫描电镜，推出包括图形发生器软硬件，加上静电束闸硬件的EBL功能加装的套装；经过简单的改装，用户现有的SEM，也就拥有基本的电子束曝光的附加功能了。

近年来，各EBL代表性厂家虽无突出的研发突破，在经过之前多代产品迭代后，已经都向着大视场、高电压、小束斑、高精度、智能化的产品更新方向靠拢。高斯束EBL设备无需遵循特定的图案切割规律，可以实现任意图形的曝光，可以用极小束斑实现极小的线宽；这些优点，对于微纳加工结构形状日益多样化和极端精度的需要，对于基础科学研究、和小规模的定制化加工，都有着重要的实战意义。

依托垄断性专利技术，百及纳米推出国际领先的超高精度大面积写场电子束光刻机P21系列。

百及纳米首次开发了新一代电子束光刻机的电子束闭环控制新原理。百及超高精度电子束光刻机P21是第一款新一代电子束光刻机的代表，不仅完整地保留了原电子束光刻机的整体功能，且集多项国际领先的关键指标于一身，例如：国际上首次开发的新颖电子束闭环控制系统，能够实现电子束的原位检测与校正; 国际领先的写场拼接精度 ≤ 5 nm; 电子束光刻的长期稳定性。精确校正电子束的空间漂移，将其位置稳定性提高到≤15 nm/h；有利于通过提高电子束光刻时间实现大尺寸图形的曝光需求。

设备可以完成高分辨电子束曝光和成像；电子枪为肖特基热场发射枪；加速电压在20 V – 30 kV；束电流范围在5 pA – 20 nA；电子束束斑≤ 1.7 nm；束流漂移≤ 0.5%/hour；图形发生器扫描频率为6 MHz（可选20 MHz）；曝光写场尺寸≤ 1000 um；晶圆样品尺寸为2英寸，4英寸可选；最小验收线宽≤ 10 nm；写场横向拼接精度≤ 5 nm （点拼接）；电子束稳定工作模式为闭环控制电子束空间漂移；电子束空间稳定性（根据光刻胶）≤ 15 nm/h；工作台移动范围在50mm×50mm×25mm (100mm×100mm×25mm可选)；

国内电子束曝光EBL设备的研发的黄金时段，主要集中在上世纪70年代到21世纪初，后曾一度并长期搁置，直至在《瓦森纳协定》后，EBL设备的研发才被重新提上桌面；这个时段与国内电子显微镜的研发进程基本重合，可见作为两者共享的“通用”模组和关键部件，电子枪和电子光学镜筒一直是应用在不同领域，但却是“绕不过去”的核心技术和痛点。

在国内电镜核心技术突破的此时此地之前，国内从事和引导电子束曝光及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48研究所、哈尔滨工业大学和山东大学等；

国内电子束曝光研究曾长期停滞，性能最优的国产电子束光刻设备型号还是DB-8、DY-70等，其中后者是曝光精度在1微米的系统，也均为高斯束类型；在变形束EBL方面，国内有DJ-2型号，也是微米级精度的可变矩形电子束曝光机；而在多束EBL方面，在过去并无相关研究，目前仅有电工所开展了多束EBL的前身技术——投影电子束曝光的研究，设备代号为EPLDI。

电子束曝光EBL设备，是涵盖了光机电、真空、软算一体化的系统集大成者，相比我们熟悉的扫描电镜SEM，为了成功地完成光刻作业，EBL集中资源重点加强了样品定位Navigation、环境稳定性控制、电子束扫描偏转驱动信号Deflection driver及图形发生器Pattern generator、激光焦距定位Laser guided height control、和具有实时振动补偿Vibration compensation功能的样品平台Stage的性能改善和投入；

其中，电子光学镜筒及其驱动信号发生器、和搭载了精密激光部件如干涉仪Laser interferometer的样品平台，是保障电子束直刻作业成功的最关键的两个硬件模组和部件。

电子光学镜筒Electron optics column的主要作用是，通过控制束斑Spot size大小、束流Probe I强度、加速电压EHT高低，得到最小的线宽和写场尺寸，并提升扫描频率，缩短单像素的有效驻留时长Dwell time，来实现束斑小、亮度高、速度快、高通量的曝光作业。

从我们熟知的SEM的使用经验可以看出，这些参数的控制往往是相互矛盾和制约的，很多情况下，鱼与熊掌不能兼得。

图形发生器Pattern generator，主要用于解决复杂图形控制难题：通过将复杂的原始图形切割成基本图形Primitives，就能用简单的参数来最终实现复杂图形的控制。从上面的多束EBL的描述我们知道了，为保证控制精度，图形发生器也从单束控制发展到了多束控制；

同样，作为电子光学镜筒部件，如电子束偏转器Deflector和消隐器Blanker的驱动信号发生装置，图形发生器也必须做到高速度，这样才能与镜筒光机硬件一起，以更快的速度和更高的精度完成曝光作业。

激光制导的样品平台，引入了平面镜激光干涉仪，用来作为整个系统的测量基准；这项技术的引进是那么地有效，无论是在光栅扫描Raster scan或矢量扫描Vector scan哪种相对位移的方式下，承载样品的运动平台的主要性能指标：加工精度、拼接精度和套刻精度，都得到了“划时代”的提升。

经常操作扫描电镜SEM，我们知道电镜成像最头疼的问题就是电子束和样品之间的相对位移-振动Vibration，总是不能不能有效地消除；我们花费金钱和精力，在各个阶段和级别投入了被动式Passive，加上主动式Active的隔振Damper和消振装置Anti-vibration device，效果总是很差，或是事与愿违，反而加剧了这个相对位移；激光干涉仪的引入，将是彻底解决这一难题的唯一法门。

以透射电镜TEM设备为上级技术储备载体的单色器、相差矫正器等百千伏电子发射源和电子光学镜筒子技术群，还有以电子束曝光EBL设备为上级技术储备载体的、能实现10纳秒级别的单像素有效驻留时间的、高速高精度全静电式电子束消隐和偏转系统子技术群，加上以高测量精度的激光干涉仪为主要辅助工具的，以实时交互补偿为解决方案的电子束与样品间不可控相对位移的高稳定性的保证系统子技术群，已经成为现一代电子束成像和微纳加工设备的主要技术补给源头；

随着材料知识、技术壁垒、及其载体-行业人才的良性开发和运用，国产电子束曝光技术和设备已经迎来了它的继建国后那次技术群集体突破的第二个春天。

宁波伯锐锶给我们带来的是RAVIIS-300快速自动微颗粒成像分析系统，这是一款快速智能、全自动化、且拥有完全自主知识产权的50KV扫描透射电子显微镜（STEM），可以满足病毒形态观察、疫苗细胞库安全性检测及疫苗研发制造、临床病理组织切片研究、生物科研脑神经连接组学等领域的应用需求。

宁波伯锐锶这款极具特色的STEM整机具备超高分辨率的全新光学系统设计，其指标可圈可点：分辨率1.0nm@50kV（1nA），可获得兼具高分辨率和大视野（畸变小于1‰）的图像；超高速成像，高速STEM探测器 ，图像采集速度100M/S；全自动样品载入与导航，配备全自动样品载入系统（5个样品同时载入），全新的样品加载方案、便捷的样品信息查询功能，实现了样品管理自动化；稳定可靠，可以7*24小时自动连续图像采集；

宁波伯锐锶电子束科技有限公司是Borries在宁波设立的国内分公司。Borries Pte Ltd 成立于 2021 年的疫情中的新加坡，是一家前瞻性医疗技术公司，推出了世界上最具创新性的、快速、全自动的操作的“智能型”电子束病毒成像及分析系统，用于抵御未来病毒相关疾病的再次爆发和大流行；

宁波伯锐锶的创始人是著名华人电子光学专家、前汉民微测科技和前聚束科技创始人陈仲玮博士；现今国产电镜“五胡十六国”中众多中坚力量，都有着汉民微测HMI、聚束科技、和陈仲玮培养留下的“子弟兵”的身影，陈仲玮博士在如今的高龄，仍在励精进取，创立新的高科技电镜公司，让人心生敬佩；

此次宁波伯锐锶的展台上，我们还会看到高通量电镜SEM Nova-1000；从外观上，我们可以清楚的看到这款电镜是久违的聚束科技 Navigator-100的延续；希望这款极具特色的电镜可以继聚束科技之后继续服务国内用户和市场；

此次电镜年会还是台式电镜扎堆发布的展台，泽攸科技自首先推出钨灯丝台式扫描电镜之后，在国内又率先推出了分辨率在2nm的场发射光源的台式电镜；

ZEM Ultra场发射台式扫描电镜秉承ZEM电镜系列快速成像、全自动操作、抗震性能优异、性能稳定的特点，可配背散射电子成像、二次电子成像、EDS、EBSD功能于一体；高亮度肖特基场发射电子源，可以轻松获得高分辨率图像。

总部在安徽合肥的国镜仪器是另一家即将发布新机的国产台式电镜厂家；国镜仪器的以独特的LaB6纳米线低维材料冷场发射为光源的新一代台式扫描电镜，具有亮度高、单色性好、体积小巧、高性价比、易维护等多项优势，并可以引领电镜光源技术的迭代和发展。

中图仪器的 CEM3000系列钨灯丝台式扫描电镜，将成为这次扎堆发布的另一家国产台式扫描电镜；中图仪器的这款电镜不仅以强大的抗振性能和高效的工业应用能力傲视群雄，还以其灵活的操作和可靠的成像质量，在现代制造业中为用户带来突破性的检测解决方案，助力工业的腾飞。

深圳市中图仪器股份有限公司成立于2005年，是国家高新技术企业，致力于全尺寸链精密测量仪器及设备的研发、生产和销售，拥有一支集光、机、电、信息技术于一体的专业技术团队，历经20年的技术积累和发展实践，研发出了基础计量仪器、常规尺寸光学测量仪器、微观尺寸光学测量仪器、大尺寸光学测量仪器、常规尺寸接触式测量仪器、微观尺寸接触式测量仪器、行业应用专业检测设备等全尺寸链精密仪器及设备，能为客户提供从纳米到百米的精密测量解决方案，具有上百项技术专利和知识产权，填补了多种国内高端尺寸测量仪器的空白。

扎堆发布也少不了进口的台式电镜，来自美国的和飞纳电镜有深厚渊源的Semplor也将在年会上推出它的配置丰富的新一代分析型台式扫描电镜NANOS；

值得一提的是在NANOS展台的对面是上海微纳团队占地庞大的展位和他们所代理的丰富且布局合理的产品线；

剧透就到这里，明天东莞会展国际酒店和2024年电镜学术年会将迎来他们热情洋溢的参展人群，令人惊喜的还有，国仪量子将真机展示他们最新的双束电镜更新型号DB550，还有慧炬TH-120型场发射透射电镜，这将是一次令人难忘的盛会。