光刻技術，新裏程碑
在Multibeam看來，今天可以稱得上是全球半導體行業的一個裏程碑，因爲他們今天推出了 MB Platform，——全球首創的多柱電子束光刻 (MEBL：Multicolumn E-Beam Lithography )，可以使芯片工廠變得更好。
據介紹，其新光刻系統（在芯片上印刷圖案必不可少）是專爲大規模生產而打造的系統。全自動精密圖案化技術將用於快速成型、先進封裝、高混合生產、芯片 ID、復合半導體和其他應用。Multibeam表示，公司剛發布的平台將以新的生產力優勢徹底改變了電子束光刻 (EBL)，同時實現了高分辨率、精細特徵、寬視野和大景深。
但其實，Multibeam的這個技術，似乎已經被行業放棄？讓我們來看一下他們又想翻起怎樣的浪花。
做芯片的第三個選擇
縱觀當前的芯片生產，主要有三個流派選擇，分別是現在被廣泛應用的ASML的EUV類型設備、納米壓印和多光束直寫。
其中，EUV類光刻技術我們在之前已經有很廣泛的介紹，就不對其進行深入科普。但我們需要明白的是，隨着芯片工藝的微縮，給光刻機的开發、生產成本，甚至光罩和光刻膠也會成爲光刻技術繼續前進的攔路虎，但在過去幾十年的研發和推進下，這成爲主流的生產方式。
納米壓印（nanoimprint lithography：NIL）則是一種在設備上創建微小特徵的先進壓印工藝。
自 1990 年代以來，NIL 一直處於類似於衝壓工藝的研發階段。最初，電子束系統根據預定義的設計在模板上形成圖案。然後，在單獨的基板上塗上抗蝕劑。將圖案化的模板壓在基板上，在基板上形成圖案，特徵尺寸低至 5nm 甚至更小。在應用上，NIL 分爲兩大陣營：內存和其他。其中，佳能在過去的一段時間以來一直在开發專爲生產 NAND 閃存和其他類型內存而設計的 NIL 系統。
但對NIL而言，其面臨着overlay,、缺陷率和良率等挑战，這阻礙了 NIL 成爲主流技術。“壓印光刻是一種接觸式圖案化方法。壓印光刻用於對缺陷有容忍度的應用。”分析人士強調。
多光束直寫則是另一個選擇。和納米壓印一樣，這其實也並不是什么新技術。
早在20 世紀 80 年代，IBM就开發出了這種直寫光刻技術。從原理上看，多光束直寫利用加速電子束在塗有電子束敏感光刻膠的基板上刻畫出小於 10 納米的特徵。暴露在電子束下會改變光刻膠的溶解度，從而能夠通過將光刻膠浸入顯影劑中來選擇性地去除光刻膠的暴露或未暴露區域。
因爲不需要昂貴的光掩模，直寫技術很有吸引力。但單光束電子束光刻的吞吐量太慢，對於批量 IC 生產來說成本太高。分析人士也直言，直寫真正的問題是吞吐量。直接寫入光刻技術，即使有數十萬甚至一百萬個光束，但對於晶圓光刻來說也太慢了。
因此，單光束直寫工具只能用於復合半導體和光子學等小衆應用。包括KLA，Mapper在內的早期參與者，退出的退出，被收購的被收購。
但Multibeam依然信心滿滿。他們希望憑借MEBL技術，復興這項已有幾十年歷史的技術。Multibeam 的創始人表示，這就像擁有印刷機或 3D 打印機的速度，但又具有鉛筆的定制靈活性和適應性。
Multibeam 首席執行官兼董事長 David K. Lam 在接受採訪時表示，Multibeam 可以使芯片制造的某些部分的生產效率比現有系統高出 100 倍。
一款改變遊戲規則設備
在Multibeam 看來，這是一款改變了遊戲規則的設備。據介紹，爲了解決生產過程中的吞吐量問題，Multibeam 採用了多個微型柱，這些柱可以單獨和並行運行，並配有先進的控制系統。
據介紹，公司團隊從一开始就設計了該平台以實現批量生產，並且有 40 多項專利保護着這些創新。除了可提高生產力、准確性和速度的多列矢量寫入架構之外，該平台還提供從晶圓盒到系統中的曝光過程的自動晶圓裝載和對准。
此外，自動真空恢復系統以及快速柱更換過程和校准技術可優化正常運行時間。先進的自動化功能可降低操作員要求，並進一步提高系統擁有成本優勢。
作爲無掩模光刻解決方案，該平台還具有其他優勢。开發光學掩模可能需要數周時間，而使用 MB 平台只需數小時即可完成設計。這爲制造商提供了更大的 IC 設計自由度，同時降低了成本並加快了上市時間。
爲了進一步提高設計靈活性，該平台利用 EDA 領導者Synopsys的技術來生成寫入配方，讓客戶能夠實現最復雜的圖案。借助與 Synopsys 聯合开發的強大內置數據准備系統，該系統無需掩模即可將芯片布局直接寫入晶圓上。
“我們基本上重新發明了電子束光刻技術，”Lam 說道。“我們很清楚，幾十年來它一直被人們忽視。人們認爲它太慢了。如果我沒有被人嘲笑，那我就很幸運了。然而，值得稱贊的是，這個團隊確實在各個方面都付出了巨大的努力，开發出了（競爭對手的）光學技術無法實現的功能。”
Multibeam 總裁 Ken MacWilliams表示，專用硅片可幫助芯片設計師更快地將產品推向市場。通過封裝創新，Nvidia 等芯片設計公司可以將兩塊芯片放在同一個封裝內，讓它們像一塊芯片一樣協同工作。這有助於提高性能。
最後，由於佔地面積小，該系統的功耗要求較低，需要的晶圓廠空間也較少。它採用模塊化設計，可以根據新應用或更高產量的需要輕松添加模塊。此外，它完全獨立，不需要特殊環境，從而進一步降低了成本。該系統有 150 毫米、200 毫米和 300 毫米配置可供選擇。
目前，Multibeam 尚未透露其能夠實現的最高分辨率物理定義，也未透露在 MB 平台中可以獨立運行多少條光束。不過他們表示，其單個光束以 5kV 運行。該公司還聲稱，其 MB 平台比光學激光定義高出 10 倍，在焦深和視場方面比光學光刻高出 100 倍。
“我們很高興推出 MB 平台，並很自豪地將我們的首個生產系統發送給 SkyWater，”Lam 說道。“半導體行業的增長繼續受到令人興奮的新應用的推動，先進的光刻技術推動了無盡的創新。與此同時，人工智能和邊緣計算等市場正在飛速增長，這些市場的推動因素包括專用硅片和先進封裝，制造商的首要任務是快速學習周期和經濟高效、無縫過渡到生產，以加快上市時間。對於這些新興市場，MB 平台提供了互補的光刻解決方案，並擴大了 IC 領導者可用的光刻選項範圍。”Lam接着說。
先進封裝是目標？
盡管 EBL 因其圖案化能力而受到重視，但低產量限制了其將新興應用從研發轉化爲生產的能力。隨着 MB 平台的發展，新的應用不斷湧現，它們對技術、經濟和上市時間提出了要求，而這些要求可以通過非基於掩模的光刻解決方案來解決。
MacWilliams 表示：“這一動態堅定了我們的信念，即經過重新設計以提高生產率的 EBL 系統可以首次實現先進節點的應用。”“在先進封裝中，性能優勢尤其引人注目，我們的系統可以改善芯片間功率以及帶寬和延遲。這有助於推動業界开始稱之爲‘先進集成’的新技術轉折點——新的芯片間互連可以實現與片上互連相當的性能。”
MacWilliams 補充道：“我們很自豪能夠通過經過生產驗證的光刻解決方案實現這一轉變，並相信我們的系統將幫助芯片制造商抓住有利可圖的新市場機會。”他進一步指出，專用硅片可幫助芯片設計師更快地將產品推向市場。通過封裝創新，Nvidia 等芯片設計公司可以將兩塊芯片放在同一個封裝內，讓它們像一塊芯片一樣協同工作。這有助於提高性能。
“我們得承認，摩爾定律已經結束了，”Lam 說道。“ASML 的路线圖顯示，在未來 12 到 14 年內，晶體管密度最多只能提高 0.7 倍。因此，真正能獲得收益的唯一途徑就是將更多的芯片拼接在一起。因此，這給先進封裝帶來了巨大壓力。我們有一張有趣的圖表，值得稱贊的是，摩爾定律在過去 20 年內將晶體管密度提高了 500 倍。而先進封裝只提高了 15 倍。”
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