電子束光刻機加工絕緣襯底或者表面絕緣層樣品時，極易產(chǎn)生襯底充電效應，造成圖形變形、線條偏移、邊緣模糊，是微納工藝中高頻遇到的工藝難題。電子束持續(xù)轟擊樣品表面，電子不斷在絕緣層表面積累，無法快速導出，形成局部靜電場，這個電場會偏轉(zhuǎn)后續(xù)入射電子束，改變電子落點位置，造成曝光圖形失真。

充電效應分為正充電與負充電。入射電子沉積在樣品表面，當電子注入速率大于泄放速率，表面積累負電荷，形成負充電；部分高能電子會激發(fā)樣品產(chǎn)生二次電子，二次電子逸出樣品后，表面失去電子，就會形成正充電。充電產(chǎn)生的電場會改變電子束的運動軌跡，使束斑發(fā)生偏移、散焦，圖形出現(xiàn)拉伸、扭曲，孔洞位置偏移，線條邊緣粗糙。充電效應強弱和襯底導電能力、加速電壓、束流大小、曝光區(qū)域面積強相關。絕緣性越強的襯底，電荷越難釋放，充電現(xiàn)象越顯著；高加速電壓搭配大束流，會加劇電荷累積速度。

在實際工藝中，充電帶來的故障現(xiàn)象很有辨識度。圖形整體朝著固定方向偏移，局部線條出現(xiàn)不規(guī)則扭曲，圖形邊緣模糊發(fā)虛，顯影后出現(xiàn)大面積不規(guī)則畸變；同一版圖，在不同曝光順序下，畸變形態(tài)不一樣，這是因為電荷會隨曝光過程不斷累積。嚴重充電時，還會出現(xiàn)圖形局部完全無法顯影，或是出現(xiàn)大面積無規(guī)則曝光噪點。

改善襯底充電效應，常用手段是在樣品表面鍍一層極薄導電層，給積累的電荷提供泄放通道，降低表面電勢。也可以調(diào)整工藝參數(shù)，選用較低加速電壓，減小電子在絕緣層內(nèi)部的電荷沉積；采用小束流、分次曝光，降低單位面積電荷注入量。工藝軟件層面，可采用電荷中和方案，利用低能電子補償表面電荷，平衡樣品表面電勢。版圖排布上，可增加外圍接地邊框，幫助導出表面電荷，減小有效曝光區(qū)域的電勢累積。

不同品牌型號設備的電荷中和模塊、電子光學系統(tǒng)參數(shù)性能不同，針對絕緣襯底的充電抑制效果存在區(qū)別，一套成熟工藝參數(shù)不能直接移植到其他設備。正式加工前，需要制作對照測試樣片，評估充電帶來的畸變程度，迭代優(yōu)化加速電壓、束流、曝光順序等參數(shù)。在版圖設計時預留工藝余量，降低充電畸變對器件關鍵尺寸的影響。