當(dāng)我們使用電子束光刻做pattern時，有時候會發(fā)現(xiàn)在一些特殊情況下，無法獲得完美的圖形（圖形變形、斷線等），這種情況極有可能是因為電子束光刻的充電效應(yīng)（荷電效應(yīng)）導(dǎo)致的，下面我們將分為幾個部分介紹一下基礎(chǔ)知識，充電效應(yīng)的形成，怎樣來避免充電效應(yīng)？

充電效應(yīng)機理

1.電子束與固體材料的相互作用

a.前散射：電子穿過光阻，部分電子發(fā)生小角度散射，光阻越薄、電子加速電壓越大，前散射越小。

b.背散射：穿過光阻的電子到達襯底，并發(fā)生大角度的散射，背散射電子參與曝光，并使曝光區(qū)域展寬。

c.二次電子：失去能量的電子減速產(chǎn)生一連串的低能電子叫做二次電子，參與曝光，但影響區(qū)域很?。ü庾柚杏绊憛^(qū)域幾納米）。

圖1 電子束與固體材料相互作用 

2.電子作用范圍

a.光阻厚度：光阻厚度越小，前散射的作用區(qū)域越小。

b.電子加速電壓：電子加速電壓越大，前散射越小，背散射影響區(qū)域越大。

c.襯底材料：材料的原子序數(shù)越大，背散射影響區(qū)域越小。

圖2. 電子在不同材料中的散射軌跡                        

充電效應(yīng)產(chǎn)生的原因和現(xiàn)象

1.產(chǎn)生的原因

a.絕緣襯底：穿過光阻的電子到達襯底上不能被及時導(dǎo)走富集在曝光區(qū)域形成不均勻電場，從而對后續(xù)曝光中的電子束產(chǎn)生排斥力，從而導(dǎo)致很難實現(xiàn)納米尺度圖形制作。常見的絕緣襯底有：半導(dǎo)體工藝材料（SiO2、Si3N4）、光電子材料（GaN、藍寶石、石英玻璃等）。

b.低能厚膠：導(dǎo)體或者半導(dǎo)體材料通常不會產(chǎn)生充電效應(yīng)，但是對于厚的光阻（光阻一般不導(dǎo)電），或者低能電子束曝光（電子穿透深度有限）的情況下同樣會存在充電效應(yīng)。

圖3. 充電效應(yīng)示意圖 

2.充電效應(yīng)現(xiàn)象

充電效應(yīng)產(chǎn)生的現(xiàn)象常常有：圖形變形、斷線、線條不直、很難獲得高分辨率圖形等

 圖4. 絕緣襯底上電子束曝光應(yīng)用（B引入導(dǎo)電層）    

 圖5. 充電效應(yīng)導(dǎo)致圖形變形（B引入導(dǎo)電層）