电子束曝光技术是掩模版制作和纳米器件研究的主要手段。它具有很高的分辨率,最细线宽可达5 纳米。对于大学和普通实验室来说,一种基于SEM 的纳米级电子束曝光机,因其价格便宜、操作灵活受到欢迎,具有很好的应用前景。但这类机器,偏转场一般只有100 微米左右,生产率较低。加大扫描场、采用高亮度阴极、高速度工件台和高灵敏度感光胶是提高生产率的主要方法,其中,加大扫描场具有很大潜力。但单纯加大扫描场往往使系统分辨率严重下降。针对上述要求和问题,本文就具有低像差、大扫描场的纳米级聚焦偏转系统展开研究。论文主要有两个部分: (1) 基于JSM-35CF 扫描电镜的纳米级偏转系统优化设计和相关研究。借助目前最先进的商用电子光学软件,用二阶有限元法计算得到高精度的空间场分布,以五级像差和电子束上靶角为目标,采用最小阻尼二乘法优化系统光学元件的位置、相对转角和相对激励强度等因素,将可应用于纳米曝光的扫描场增加到了250 微米。比较实验结果,基于JSM-35CF新线圈在频带和曝光性能上大大优于原线圈。在优化三级像差的基础上,探讨了五级像差的影响,分析了几种消除五级像差(指消除四极像差)的偏转器的像差性能和灵敏度;对偏转器的结构参数进行分析,为工程实现提供了良好依据。设计了一组长度不等的偏转器,当优化得到的相对强度为-1 时,系统具有最高的灵敏度,进而可以提高扫描速度。磁偏转系统的涡流效应很大程度上影响着系统速度和位置精度,基于涡流的产生机理,文章定量分析了涡流带来的误差,并提出了双层的、间隔均匀、相互交叠的屏蔽结构,该结构有效抑止了涡流、提高了偏转灵敏度,而且像差性能基本没有变差。(2)具有电子束垂直入射特性的、大扫描场纳米级聚焦偏转系统的探讨。通过对前部分的分析研究,提出了两个新的纳米级聚焦偏转系统。第一种是基于VAL(Variable Axis Lens)原理和优化设计方法的三偏转器聚焦偏转系统,该系统在1.0 毫米偏转场,1.8 毫弧度电子束孔径角时,包括三