RLE20激光尺增强了Raith公司最新电子束光刻机的性能
Raith公司的VB300电子束光刻机是在其VB6系列的基础上研制开发的，后者于1993年上市后曾大获成功。在设计新的机器时，Raith发现，如果能够减少由噪音引起的定位误差，光刻机的性能将显著提升。通过提高设备的机械刚性，同时集成基于雷尼绍RLE20差分干涉仪的激光尺系统，这些误差现在可低至 <3 nm。
Leica Microsystems Lithography公司（总部位于英国剑桥）于1993年推出了其首款矢量光束光刻机。自上市后，该款光刻机的各种型号广泛应用于纳米技术、微机电、微光学元件、NGL掩膜制造、硅晶圆直接写入技术和电信等诸多应用领域。
VB300光刻机既能装载和曝光小至5 mm的元件，也能装载和曝光直径可达300 mm且具有相应尺寸掩膜板基板的完整晶圆。
该光刻机通过50 MHz图形发生器实现快速曝光，分辨率达20位，工作轴长为330 mm x 330 mm，最大平台速度为50 mm/sec，能够生成小于10 nm的光刻图案，总体3 sigma精度为10 nm。
为达到规定的技术指标，VB300光刻机包含以下多个方面的重要性能改进：
- 电子束柱与样品之间的高度稳定性，
- 柱状电子元件，
- 以及整个系统的扭摆和滚摆性能。
减少由噪音引起的误差
除了上述改进之外，Raith还希望减少由噪音引起的误差，特别是消除由干涉仪配置和安装方式引起的~175 Hz附近的峰值模式误差。为了解决这一问题，Raith决定将干涉仪配置从标准的双光程干涉仪改为差分干涉仪，这样便可直接测量电子束柱末级透镜和平台测量/工件定位板之间的差分位置。
由于在之前涉及RGH光栅的产品研发项目中与雷尼绍有过成功合作，Raith选择在VB300光刻机内部集成基于RLE20光纤传导激光尺的光栅系统。
研发经理John Tingay说：“我们对雷尼绍RGH光栅产品的性能极为满意，并且对RLE10激光尺系统也有所了解，虽然后者并不是很适合真空应用。出于机械性能和热稳定性的考虑，如果要将激光尺系统集成到我们当前的任何机器中，该系统必须能够在真空环境下工作。”
克服真空问题
“在技术讨论过程中，雷尼绍为我们提供了有关其差分干涉激光尺开发项目的信息，该激光尺不仅具有与RLE10相同的诸多优点，还可安装在真空室壁上，从而克服了RLE10无法用于真空环境的缺陷。借助差分干涉激光尺配置，安装系统的任何机械扰动（即共模误差）都可同时被参考光束和测量光束观察到，然后系统便可自动进行补偿。剩下的唯一问题就是参考镜的稳定性了，而参考镜本身具有较高的固有刚性，相应地也具有较高的振动模态。这种设计策略有助于消除在以往系统中常见的由噪音引起的误差。”
“我们的确考察过其他供应商的激光尺，但最终选择了雷尼绍系统，因为雷尼绍激光尺的安装复杂性明显降低，且安装时间大大缩短，同时系统具备光纤激光传导功能和内置光路准直系统。此外，我们还可将激光尺安装在真空室外，同时保证不会降低系统性能。幸运的是，雷尼绍还不断告知我们项目开发的各项进展，这使得我们能够参与到最终设计中，确保系统符合我们的要求。”
VB300光刻机采用雷尼绍RLE20激光尺系统，该系统包含三路差分干涉仪；两个位于X轴和Y轴上，用于测量（电子束柱和晶圆平台之间的）相对位置，第三个用于测量扭摆。Tingay说：“由于我们已通过重新设计机器结构、精选材料及改进加工技术等方法显著提高了平台的精度，因此我们认为实际上无需测量扭摆；该功能目前仅用于监控目的，未来如有必要，也可将其用于扭摆校正。”
皮米级分辨率
RLE激光尺系统可产生1 Vpp的正弦和余弦信号，每360°周期代表158 nm。为了提供VB300光刻机要求的高分辨率，这些信号通过雷尼绍RPI20并行接口进行电子细分，以提供77.2皮米的最低有效位 (LSB) 分辨率。
除了RLE系统及其光纤激光传导功能所提供的优势外，Raith还需要一个符合VME总线形状和电气标准的接口。RPI20可通过一个简单的连接器与定制电子设备集成，而这些定制电子设备提供的硬件和软件接口可有效地“克隆”Raith的现有系统，这样采集到的位置数据便可用于电子束误差反馈和位置控制。
减少导致误差的因素
相较于以往系统，对VB300的初步测试结果表明，在降低与噪音相关的误差方面，Raith取得了显著进步。为了量化自引进RLE20后误差的降低程度，Raith使用了“边缘电子束”测量法，也就是让电子束停留在金属标记的边缘，然后测量背散射电子的强度变化。之所以采用这种方法，是因为它能够测量系统内机械和电气的总体噪音，既包括电子束中的噪音，也包括监控背散射电子的视频系统中的噪音。
将VB300能谱与从VB6光刻机采集的能谱进行比较，可以看出VB300在175 Hz处没有出现峰值，而这一峰值正是Raith想要移除的一个特征。此外，240 Hz处的峰值也已消除，同时150 Hz处的特征已减弱。
Tingay说：“VB300的噪音测量结果非常好，未发现任何机械振动，我预计总体噪音大约为2 nm – 3 nm，而且没有观测到参考镜或激光尺系统对噪音的贡献。”