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电子束光刻机加工绝缘衬底或者表面绝缘层样品时，极易产生衬底充电效应，造成图形变形、线条偏移、边缘模糊，是微纳工艺中高频遇到的工艺难题。电子束持续轰击样品表面，电子不断在绝缘层表面积累，无法快速导出，形成局部静电场，这个电场会偏转后续入射电子束，改变电子落点位置，造成曝光图形失真。

充电效应分为正充电与负充电。入射电子沉积在样品表面，当电子注入速率大于泄放速率，表面积累负电荷，形成负充电；部分高能电子会激发样品产生二次电子，二次电子逸出样品后，表面失去电子，就会形成正充电。充电产生的电场会改变电子束的运动轨迹，使束斑发生偏移、散焦，图形出现拉伸、扭曲，孔洞位置偏移，线条边缘粗糙。充电效应强弱和衬底导电能力、加速电压、束流大小、曝光区域面积强相关。绝缘性越强的衬底，电荷越难释放，充电现象越显著；高加速电压搭配大束流，会加剧电荷累积速度。

在实际工艺中，充电带来的故障现象很有辨识度。图形整体朝着固定方向偏移，局部线条出现不规则扭曲，图形边缘模糊发虚，显影后出现大面积不规则畸变；同一版图，在不同曝光顺序下，畸变形态不一样，这是因为电荷会随曝光过程不断累积。严重充电时，还会出现图形局部完全无法显影，或是出现大面积无规则曝光噪点。

改善衬底充电效应，常用手段是在样品表面镀一层极薄导电层，给积累的电荷提供泄放通道，降低表面电势。也可以调整工艺参数，选用较低加速电压，减小电子在绝缘层内部的电荷沉积；采用小束流、分次曝光，降低单位面积电荷注入量。工艺软件层面，可采用电荷中和方案，利用低能电子补偿表面电荷，平衡样品表面电势。版图排布上，可增加外围接地边框，帮助导出表面电荷，减小有效曝光区域的电势累积。

不同品牌型号设备的电荷中和模块、电子光学系统参数性能不同，针对绝缘衬底的充电抑制效果存在区别，一套成熟工艺参数不能直接移植到其他设备。正式加工前，需要制作对照测试样片，评估充电带来的畸变程度，迭代优化加速电压、束流、曝光顺序等参数。在版图设计时预留工艺余量，降低充电畸变对器件关键尺寸的影响。