簡(jiǎn)介： 

       電子束曝光技術(shù)（Electron Beam Lithography）指使用電子束在表面上制造圖樣的工藝，是光刻技術(shù)的延伸應(yīng)用。 光刻技術(shù)的精度受到光子在波長(zhǎng)尺度上的散射影響。使用的光波長(zhǎng)越短，光刻能夠達(dá)到的精度越高。根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論， 電子是一種波長(zhǎng)極短的波。這樣，電子束曝光的精度可以達(dá)到納米量級(jí)，從而為制作納米線提供了很有用的工具。電子束曝光技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中被廣泛使用于研究下一代超大規(guī)模集成電路。

圖形發(fā)生器及PC機(jī)（中科院電工所 DY-2000A）

       電子束曝光的設(shè)備實(shí)現(xiàn)電子束曝光技術(shù)有專(zhuān)門(mén)的儀器—電子束曝光機(jī)。也可以利用掃描電子顯微鏡作為平臺(tái)，配置圖形發(fā)生器軟/ 硬件和工作站，按照提前設(shè)計(jì)好的圖形，通過(guò)控制掃描電子顯微鏡的掃描線圈，使電子束按照一定順序在光刻膠上完成曝光動(dòng)作。

       日本電子（JEOL）JSM系列熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡在EBL技術(shù)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)： 

       1.浸沒(méi)式肖特基場(chǎng)發(fā)射電子槍?zhuān)瑝勖L(zhǎng)，Z大束流可達(dá)500nA。 

       2.束流穩(wěn)定度高。 

       3.ACL（Z優(yōu)角孔徑控制鏡），可在大束流下已經(jīng)保持小電子束斑直徑。 這三者結(jié)合，在保證刻蝕精度和刻蝕尺度的情況下，實(shí)現(xiàn)了GX率。

自1965年第 一臺(tái)商品掃描電鏡問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)50多年的不斷改進(jìn)，掃描電鏡的分辨率已經(jīng)大大提高，而且大多數(shù)掃描電鏡都能與X射線能譜儀等附件或探測(cè)器組合，成為一種多功能的電子顯微儀器。在材料領(lǐng)域中，掃描電鏡發(fā)揮著極其重要的作用，可廣泛應(yīng)用于各種材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)、界面狀況、損傷機(jī)制及材料性能預(yù)測(cè)等方面的研究，如圖1所示的納克微束FE-1050系列場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡。

圖1 納克微束FE-1050系列場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡

場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡組成結(jié)構(gòu)可分為鏡體和電源電路系統(tǒng)兩部分，鏡體部分由電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)收集和顯示系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)組成，電源電路系統(tǒng)為單一結(jié)構(gòu)組成。

1.1 電子光學(xué)系統(tǒng)

由電子槍、電磁透鏡、掃描線圈和樣品室等部件組成。其作用是用來(lái)獲得掃描電子束，作為信號(hào)的激發(fā)源。為了獲得較高的信號(hào)強(qiáng)度和圖像分辨率，掃描電子束應(yīng)具有較高的亮度和盡可能小的束斑直徑。

1.2 信號(hào)收集

檢測(cè)樣品在入射電子作用下產(chǎn)生的物理信號(hào)，然后經(jīng)視頻放大作為顯像系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào)。1.3 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)的作用是為保證電子光學(xué)系統(tǒng)正常工作，防止樣品污染，一般情況下要求保持10-4~10-5Torr的真空度。

1.4 電源電路系統(tǒng)

電源系統(tǒng)由穩(wěn)壓，穩(wěn)流及相應(yīng)的安全保護(hù)電路所組成，其作用是提供掃描電鏡各部分所需的電源。

圖3為掃描電鏡工作原理示意圖，具體如下：由電子槍發(fā)出的電子束在加速電壓（通常200V～30kV）的作用下，經(jīng)過(guò)兩三個(gè)電磁透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束被聚成納米尺度的束斑聚焦到試樣表面。與顯示器掃描同步的電子光學(xué)鏡筒中的掃描線圈控制電子束，在試樣表面的微小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行逐點(diǎn)逐行掃描。由于高能電子束與試樣相互作用，從試樣中發(fā)射出各種信號(hào)（如二次電子、背散射電子、X射線、俄歇電子、陰極熒光、吸收電子等）。

圖3 掃描電鏡的工作原理示意圖

這些信號(hào)被相應(yīng)的探測(cè)器接收，經(jīng)過(guò)放大器、調(diào)制解調(diào)器處理后，在顯示器相應(yīng)位置顯示不同的亮度，形成符合人類(lèi)觀察習(xí)慣的二維形貌圖像或者其他可以理解的反差機(jī)制圖像。

由于圖像顯示器的像素尺寸遠(yuǎn)大于電子束斑尺寸，且顯示器的像素尺寸小于等于人類(lèi)肉眼通常的分辨率，顯示器上的圖像相當(dāng)于把試樣上相應(yīng)的微小區(qū)域進(jìn)行了放大，而顯示圖像有效放大倍數(shù)的限度取決于掃描電鏡分辨率的水平。

早期輸出模擬圖像主要采用高分辨照相管，用單反相機(jī)直接逐點(diǎn)記錄在膠片上，然后沖洗相片。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，如今掃描電鏡的成像實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化圖像，模擬圖像電鏡已經(jīng)被數(shù)字電鏡取代。

掃描電鏡是科技領(lǐng)域應(yīng)用最多的微觀組織和表面形貌觀察設(shè)備，了解掃描電鏡的工作原理及其應(yīng)用方法，有助于在科學(xué)研究中利用好掃描電鏡這個(gè)工具，對(duì)樣品進(jìn)行全面細(xì)致的研究。

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