在半導(dǎo)體制造與微納加工領(lǐng)域，“納米級(jí)分辨率” 是衡量技術(shù)先進(jìn)性的核心指標(biāo) —— 它決定了芯片上晶體管的密度、量子器件的精度，甚至影響未來光子晶體、二維材料等前沿領(lǐng)域的突破。作為當(dāng)前能實(shí)現(xiàn) “從 0 到 1” 納米制造的關(guān)鍵技術(shù)，電子束光刻（EBL）憑借其突破光學(xué)衍射極限的能力，成為全球科研與工業(yè)界的 “必爭(zhēng)之地”。
電子束光刻（EBL）是讓我們能夠創(chuàng)建納米級(jí)圖案的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。EBL 的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，與光刻非常相似：聚焦電子束在覆蓋有電子敏感材料（抗蝕劑）的基板上掃描，該材料根據(jù)電子束沉積的能量改變其溶解度特性。根據(jù)抗蝕劑的色調(diào)，曝光或未曝光的區(qū)域通過顯影去除。電子束光刻 (EBL) 是在各種材料上寫入微米和納米結(jié)構(gòu)的工具之一。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)代 EBL 機(jī)器能夠在高達(dá) mm2 的區(qū)域上寫入納米尺寸的結(jié)構(gòu)。
電子束光刻技術(shù)的主要工藝過程為涂膠、前烘、電子束曝光、顯影和堅(jiān)膜。首先在基板表面均勻涂覆一層對(duì)電子敏感的抗蝕劑材料，隨后通過前烘使抗蝕劑中的溶劑揮發(fā)，增強(qiáng)其與基板的粘附力。接著，利用電子束按照預(yù)設(shè)圖案對(duì)涂覆抗蝕劑的基板進(jìn)行掃描曝光，電子與抗蝕劑分子相互作用，使曝光區(qū)域的抗蝕劑發(fā)生化學(xué)性質(zhì)改變。之后通過顯影過程去除曝光或未曝光（取決于抗蝕劑類型）的抗蝕劑部分，從而在基板上形成所需的圖案。最后，進(jìn)行堅(jiān)膜處理，提高抗蝕劑圖案的穩(wěn)定性和耐后續(xù)工藝處理的能力。
與傳統(tǒng)光刻技術(shù)相比，電子束光刻具有顯著優(yōu)勢(shì)。突出的就是其高分辨率，能夠突破光學(xué)衍射極限，實(shí)現(xiàn)納米甚至亞納米級(jí)別的圖案制備，這對(duì)于制造超精細(xì)的集成電路、量子器件等至關(guān)重要。電子束光刻還具備高度的靈活性，可在計(jì)算機(jī)控制下直接產(chǎn)生復(fù)雜多樣的圖案，無需像傳統(tǒng)光刻那樣制作昂貴的掩模版，尤其適用于小批量、高復(fù)雜度圖案的制備以及科研創(chuàng)新中的原型開發(fā)。
在科研領(lǐng)域，電子束光刻廣泛應(yīng)用于新型材料和器件的研究。在二維材料器件制備中，利用其高精度可精確構(gòu)建納米級(jí)的電極和電路結(jié)構(gòu)，助力探索二維材料獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì) 。在量子計(jì)算芯片研發(fā)方面，電子束光刻能夠制備出尺寸小、精度高的量子比特和量子線路，為實(shí)現(xiàn)高性能量子計(jì)算提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。在工業(yè)領(lǐng)域，電子束光刻為微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、光刻掩膜制造等提供高精度加工方案 。在 MEMS 制造中，可制造出微小且精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳感器元件；在光刻掩膜制造中，能制作出具有高分辨率圖案的掩膜版，用于后續(xù)大規(guī)模集成電路制造中的光刻工藝。
盡管電子束光刻技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，但也面臨一些挑戰(zhàn)。電子束在光刻膠中會(huì)發(fā)生前向散射（束斑擴(kuò)展）與背向散射（二次作用），導(dǎo)致相鄰區(qū)域曝光重疊，形成 “鄰近效應(yīng)”，直接降低分辨率。樣品的定位誤差會(huì)直接導(dǎo)致圖案畸變。此外，電子束光刻設(shè)備昂貴，運(yùn)行和維護(hù)成本高，且加工速度相對(duì)較慢，在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。
