マイクロ・ナノ加工｜電子ビームリソグラフィ原理図

電子ビームリソグラフィーは、光学的な手法で実現されるよりも小さなフィーチャーサイズで部品を製造できるという利点がある。電子ビームリソグラフィーは、光学的な手法で製造された部品よりも、より小さなサイズの部品を製造することができるのが特長です。電子ビームリソグラフィで使用される電子ビームのスポットサイズは、用途に応じて数ナノメートルから数百ナノメートルの範囲に及ぶことがあります。電子のデブローグリー波長は

ここで、Vb は加速電圧である。ほとんどの電子ビーム装置は1kV以上の電圧で動作し、電子ビームリソグラフィにおける電子の波長は、達成可能な解像度に影響を及ぼさない。

電子ビームリソグラフィシステムは、フォトリソグラフィマスクの製造、高度な原理試作、ナノスケールの科学研究開発に広く使用されています。最先端の電子ビーム露光装置では、10nm以下の極小サイズのパターンを超高解像度で転写することができます（金属剥離、エッチング、色付け技術による）。また、SiやGaAsなどの半導体、石英、アモルファスダイヤモンド、SiO2やSiNなどの絶縁体、各種金属など、さまざまな材料にパターンを加工することができる。

一般的な電子ビームリソグラフィは、電子線に敏感なレジスト表面を高集束電子ビームで決定論的に走査するものです。電子ビームリソグラフィでは、様々なポジ型、ネガ型レジストを使用することができます。高解像度リソグラフィーシステムでは、ホットフィールドエミッションソースが使用されることが多く、例えば、ZrO/Wエミッターで電子ビームが形成されます。電子ビームは、静電レンズや磁気レンズで集束され、電磁偏向コイルによって有効視野（システムや電子ビームパラメータによって異なるが、片側0.1～1mmが一般的）をスキャンしながら電子銃の中で成形されます。専用の電子ビーム露光装置は、一般に、異なる作業視野で露光中に試料を移動させるために、レーザー干渉計テーブルの助けを借りて使用されます。干渉計テーブルの移動に伴う干渉縞を計算することで、隣接するビーム書き込み範囲間のステッチング誤差やオフセット誤差を最小化することができます（20nm以下）。また、必要に応じて電子ビームを電子の光路外に偏向させるために、静電ビームシールドのセットも使用される。

偏向コイルをコンピュータで制御することで、図形描画やマスク制御が可能となり、最終的には特定の正方形開口部に入射する電子の露光量を調整することができます。面積露光の式は、簡単に書くと次のようになる。

線量×面積＝電子ビーム電流×滞留時間＝入射電子の総数

露光量、露光時間、電子ビーム電流値の増減でわかるように、電子ビームリソグラフィーの最大の欠点は、直列露光のため、エッチング時間が長くなることである。厚さ300nmの495Kポリメチルメタクリレート（PMMA）（加速電圧50kVカットオフで約1000μC/cm2）、25MHzグラフィックジェネレーター、ホールサイズ10nmを想定し、約500pAの高解像度ビーム電流で1cm2の面積（50％カバー）をエッチングするには約5.5h必要です。干渉計の移動時間と電子ビームの「滞留」時間、すなわち偏向の間にビームが安定するまでの待ち時間を加えると、広い面積を刻むのに特に時間がかかることは明らかである。

アライメントマークを使用することで、電子ビームリソグラフィーパターンを試料上の既存の特徴と一致させることができます。このマークは、塗りつぶすこともエッチングすることも可能で、一般に単純な幾何学的形状や十字形である。高コントラストで電子を後方散乱させて画像化する必要があるため、通常は金属（金など）やエッチングされた表面構造で構成されています。次にオペレーターは、基板表面の既存のマークを識別して使用し、回転、ゲイン、位置の誤差を決定して補正するジョブファイルを作成します。