簡介： 

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

圖形發生器及PC機（中科院電工所 DY-2000A）

       電子束曝光的設備實現電子束曝光技術有專門的儀器—電子束曝光機。也可以利用掃描電子顯微鏡作為平臺，配置圖形發生器軟/ 硬件和工作站，按照提前設計好的圖形，通過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作。

       日本電子（JEOL）JSM系列熱場發射掃描電鏡在EBL技術應用中的優勢： 

       1.浸沒式肖特基場發射電子槍，壽命長，Z大束流可達500nA。 

       2.束流穩定度高。 

       3.ACL（Z優角孔徑控制鏡），可在大束流下已經保持小電子束斑直徑。 這三者結合，在保證刻蝕精度和刻蝕尺度的情況下，實現了GX率。

自1965年第 一臺商品掃描電鏡問世以來，經過50多年的不斷改進，掃描電鏡的分辨率已經大大提高，而且大多數掃描電鏡都能與X射線能譜儀等附件或探測器組合，成為一種多功能的電子顯微儀器。在材料領域中，掃描電鏡發揮著極其重要的作用，可廣泛應用于各種材料的形態結構、界面狀況、損傷機制及材料性能預測等方面的研究，如圖1所示的納克微束FE-1050系列場發射掃描電鏡。

圖1 納克微束FE-1050系列場發射掃描電鏡

場發射掃描電鏡組成結構可分為鏡體和電源電路系統兩部分，鏡體部分由電子光學系統、信號收集和顯示系統以及真空系統組成，電源電路系統為單一結構組成。

1.1 電子光學系統

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

1.2 信號收集

檢測樣品在入射電子作用下產生的物理信號，然后經視頻放大作為顯像系統的調制信號。1.3 真空系統

真空系統的作用是為保證電子光學系統正常工作，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

電源系統由穩壓，穩流及相應的安全保護電路所組成，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：由電子槍發出的電子束在加速電壓（通常200V～30kV）的作用下，經過兩三個電磁透鏡組成的電子光學系統，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鏡筒中的掃描線圈控制電子束，在試樣表面的微小區域內進行逐點逐行掃描。由于高能電子束與試樣相互作用，從試樣中發射出各種信號（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

這些信號被相應的探測器接收，經過放大器、調制解調器處理后，在顯示器相應位置顯示不同的亮度，形成符合人類觀察習慣的二維形貌圖像或者其他可以理解的反差機制圖像。

由于圖像顯示器的像素尺寸遠大于電子束斑尺寸，且顯示器的像素尺寸小于等于人類肉眼通常的分辨率，顯示器上的圖像相當于把試樣上相應的微小區域進行了放大，而顯示圖像有效放大倍數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，用單反相機直接逐點記錄在膠片上，然后沖洗相片。隨著電子技術和計算機技術的發展，如今掃描電鏡的成像實現了數字化圖像，模擬圖像電鏡已經被數字電鏡取代。

掃描電鏡是科技領域應用最多的微觀組織和表面形貌觀察設備，了解掃描電鏡的工作原理及其應用方法，有助于在科學研究中利用好掃描電鏡這個工具，對樣品進行全面細致的研究。

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