非光学リソグラフィ法の中で、最も一般的に用いられている。フォトンではなく電子ビームを使用してレジストを露光し、化学変化を誘発する。しかし、フォトリソグラフィとは異なり、マスクがなく、ビームは基板全体を照射しない。

電子ビームを発生させ、加速し、小さなスポットに集束させ、基板上を走査して画像を作成する。走査メカニズムは、電子ビームの傾きと基板テーブルの機械的な移動の組み合わせによって達成される。パターンは、ビームが走査されるときにオン・オフするようにビーム電流を変調することによって作成される。この装置は走査型電子顕微鏡に似ており、電子ビーム、ステアリングコイル、基板が高真空チャンバーに取り付けられている。

電子ビームシステムは通常、0.01オーダーの非常に低い開口数を持つ。これには、焦点深度が非常に深いという利点がある。低い開口数にもかかわらず、期待される分解能は1nmのオーダーであるはずだ。しかし、実際にはそうではない。電子ビームシステムのk1パラメータは、光学システムよりもはるかに大きい。前に見たように、理論的に可能なk1の最小値は0.25であり、これは10keV電子の場合、サブナノメートルの分解能につながる。しかし、現在のEBLシステムでは、k1の値は約5である。これは、磁気集束システムの球面収差と色収差が劣ることと、二次電子を放出する基板と電子ビームの相互作用によって生じるブレによるものである。その結果、EBLの実際の分解能は5nmの範囲にとどまる。

EBLの最大の利点は解像度が高いことだ。開口数が小さいため、焦点深度も大きい。このため、地形的な特徴や小さな曲率を持つ基板上のリソグラフィーに非常に寛容なシステムとなっている。現在、EBLはフォトリソグラフィ・マスクの製造に広く使用されており、特にマスクに要求される解像度がレーザー・スキャナーで達成できる範囲を超える場合に使用されている。これは、EBLの商業的用途の中で圧倒的に大きなものである。研究開発では、EBLは、マスクをバイパスしてレジスト上に直接パターンを書き込むことで、必要なフィーチャーが約500nmより小さい場合に使用される。液浸ディープUV投影は100nm以下に容易に到達できるが、そのようなツールは一般的に大規模な生産環境以外では利用できない。そのため、研究開発においては、EBLがコンタクトリソグラフィの停止時に選択されるツールとなっている。EBLの最大の欠点は、その速度の遅さである。EBLはスキャニング・システムであるため、本質的に速度が遅い。この速度は解像度に反比例し、高解像度を達成するためにビームスポットサイズが小さくなると、速度も低下する。パターンの密度や必要な線量にもよるが、1×1インチの領域を書き込むのに数時間かかることもある。もう一つの欠点は、基板が導電性でなければならないということである。走査型電子顕微鏡と同様、電子ビーム電流は、電荷の中性を維持するために基板を通して接地する必要がある。局所的な帯電の影響は、解像度を著しく低下させる。フォトマスク描画の場合、基板はガラスだが、レジスト膜を塗布する前に金属膜を蒸着し、その金属膜を電気的に接地する。シリコンは部分的に導電性であるため、シリコン基板上のレジスト膜への書き込みも可能である。その他、純粋に絶縁性のシステムの場合は、電荷の蓄積をどのように消散させるかを慎重に検討する必要がある。