JP2015216330A - ステージシステム、電力供給方法、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回生制動により得られた電力のうち、一度貯蔵した回生電力のみを使用する場合よりも有効に回生電力を再利用することが可能なステージシステムを提供する。
【解決手段】 本発明に係るステージシステム１００は、複数のステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、複数のステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうち、１つのステージの減速区間で回収した回生電力を他のステージに供給する供給源２３とを有する。供給源２３は、回生電力の供給されるステージの加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間において、貯蔵手段を介さずに回生電力を供給することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステージシステム、電力供給方法、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。

半導体の製造工場のような電力消費量の多い装置が並ぶ工場では、電力をなるべく再利用することで総消費量を低減する技術が望まれている。

先行技術文献１には、ステージの減速時に回生制動を行い、得られた電力を回転エネルギーに変換して貯蔵し、ステージの加速時に再利用する技術が開示されている。先行技術文献２には、複数のミシンを各々駆動する複数のモータのうち、あるモータの減速時に回生制動を行い平滑回路に電力を貯蔵させたあと、減速させたモータと同一又は他のモータの加速時に貯蔵した電力を再利用する技術が開示されている。

特開２００３−４５９３９ 特開平９−１４０９７９

先行技術文献１及び先行技術文献２に記載の技術は、いずれも、回生制動させた装置から得られた回生電力を前記装置又は前記装置以外の装置にとって好ましいタイミングで再利用することができる。しかしながら、回生電力の貯蔵に伴う電力を蓄える工程と蓄えた電力を再び取り出す各々の工程では電力回収率に上限があることから、回生制動により得られた電力を必ずしも効率よく使用できているとは限らない。

そこで本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、回生制動により得られた電力のうち、一度貯蔵した回生電力のみを使用する場合よりも有効に回生電力を再利用することが可能なステージシステムを提供することを目的とする。

本発明は、複数のステージと、前記複数のステージのうち、第１ステージの減速区間で回収した回生電力を第２ステージに供給する供給源とを有し、前記供給源は、前記第２ステージの加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間において、貯蔵手段を介さずに前記回生電力を供給することを特徴とする。

本発明は、回生制動により得られた電力のうち、一度貯蔵した回生電力のみを使用する場合よりも有効に回生電力を再利用することが可能となる。

１台の描画装置の構成図。 ３台の描画装置を備えたクラスタ装置の構成図。 第１の実施形態に係るステージのタイミングチャート。 コントローラによる処理内容。 第２の実施形態に係るステージのタイミングチャート。 貯蔵手段を併用したクラスタ装置の構成図。 従来のステージのタイミングチャート。

［第１の実施形態］
（装置構成）
第１の実施形態に係るステージシステム１００について、基板にパターンを描画する３台の電子線描画装置（以下、描画装置と称す）１Ａ、１Ｂ、１Ｃを有するクラスタ装置（リソグラフィ装置）１１０（図２に図示）を例に説明する。

図１に描画装置１Ａの構成を示す。描画装置１Ａは、ステージ２Ａ及び該ステージ２Ａ上にレジスト（不図示）の塗布された基板３を送り込むハンド４Ａを有する。後述のコントローラ２５（図２（ｂ）に図示）からの指示に基づいて、ドライバー５Ａがステージ２ＡをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動させる。

電子源６が電子線を射出し、射出された電子線は、電子レンズ（不図示）や偏向器（不図示）、及び描画デバイス（不図示）を有している電子光学系７を介してステージ２Ａ上に載置されている基板３上に結像される。描画デバイスは、該描画デバイスに入射した電子線を複数の電子線に分割し、それぞれの電子線を、基板上に照射する電子線あるいは非照射にする電子線として選択する。これらの構成は真空チャンバ８内に配置され、真空チャンバ８内は真空ポンプ（不図示）によって１０^−６〜１０^−４Ｐａ程度の真空雰囲気に保たれている。

図２（ａ）はクラスタ装置１１０の構成図である。クラスタ装置１１０は、前述の描画装置１Ａの他、描画装置１Ａと同様の構成を有する描画装置１Ｂ、１Ｃを備えていることによりスループットを向上させている。ステージ２Ａはドライバー５Ａに、ステージ２Ｂはドライバー５Ｂに、ステージ２Ｃはドライバー５Ｃに、接続されている。

ロードロック室９内とハンド４Ａ、４Ｂ、４Ｃとの間を行き来する１台の搬送機１０は、ハンド４Ａ、４Ｂ、４Ｃに対して基板３を供給する。ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃはいずれも、リニアモーター等の電磁力を利用する発電機により駆動され、減速時に回生ブレーキが用いられるステージである。

次にドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃとドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃに電力を供給する電源部２０との関係について説明する。電源部２０は、コントローラ２１と、コントローラ２１からの指示に基づいて所定のタイミングでドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃに電力を供給する、供給源２２及び供給源２３を有している。供給源２２は電力供給源であり、供給源２２がステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃや後述のコントローラ２５に供給した総電力が総消費電力となる。

ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの減速時に行う回生制動によって、運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃで回収した回生電力は、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと接続されている電力線３０（第１電力線）によって供給源２３に送られる。さらに供給源２３は、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと電力線（第２電力線）３１によって接続可能な構成となっている。電力線３１によって、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのいずれかのステージから得た回生電力をその他のステージに供給する。供給源２３が有するスイッチ２４の接続先をステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのいずれかに切り替えることにより、供給源２３は回生電力の供給先を変更する。なお、供給源２３とステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが接続可能であるとは、送電が可能な状態であることを意味しており、ドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃのような貯蔵手段以外の他の部材を介したとしても構わない。

ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動させる指令系統に関して図２（ｂ）を用いて説明する。ドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃは共通のコントローラ（調整部）２５と接続されている。コントローラ２５はＣＰＵ（不図示）とメモリ（不図示）を有しており、ＣＰＵが作成した後述のタイミングチャートに基づいてドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃに駆動指示をする。

描画開始前〜描画中に、本実施形態のステージシステム１００が実行する電力の供給方法を図３に示す。まず、コントローラ２５は、外部から受信した描画データ（例えば、ＣＡＤデータをビットマップ形式に変換した状態のデータ）に基づいてステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの各々のステージに対応する駆動プロファイルを作成する（Ｓ１００）。駆動プロファイルとは、ステージの速さと時刻の関係を示すデータやステージの速度と時刻の関係を示すデータ等の、ステージに対する駆動指令を示すデータであり、一般的に周期性を有するデータとなる。

次に、作成した駆動プロファイルを用いてタイミングチャートを作成する（Ｓ１０１）。タイミングチャートとは、同時刻における複数のステージの駆動プロファイルの関係性を示すデータであり、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃがお互いに好ましいタイミングで同期して駆動するように設定されたデータである。タイミングチャートの作成に際して、コントローラ２５はあるステージの駆動プロファイルの時間軸のシフトや単位時間に対する速さの変化量（加速度）の変更など、駆動プロファイルを調整する。

コントローラ２５はＣＰＵで作成したタイミングチャートをメモリに記憶し、かつタイミングチャートを電源部２０のコントローラ２１に送信する（Ｓ１０２）。電源部２０が電力を供給してステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが駆動を開始する（Ｓ１０３）。ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの駆動開始後は、コントローラ２５は作成したタイミングチャートに従って各々のステージが駆動するようにドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃに駆動指示をする（Ｓ１０４）。

一方、コントローラ２１は、タイミングチャートに基づいて、あるステージの回生制動により得られた回生電力が他のステージに供給されるように、供給源２３を制御する（Ｓ１０５）。

（ステージの駆動方法）
図７は、本発明を実施しない場合のステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのタイミングチャートである。タイミングチャートは、横軸が時刻、縦軸が速さを示している。

ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの駆動プロファイルは、加速開始後から定速駆動に至るまでの時刻区間（以下、加速区間と称す）と、定速駆動中の時刻区間（以下、定速区間と称す）と、減速開始後から再加速に至るまでの時刻区間（以下、減速区間と称す）とを有する。

本発明を実施しない場合、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを同じタイミングで同じ動きをするように同期しながら繰り返し駆動していた。あるいは、このような異なるステージ間の駆動プロファイルを同期させることなく、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの各々をランダムに駆動させていた。いずれの場合も、ステージの回生制動によって得られる電力を蓄電し、他のステージやステージ以外の別の装置に対する補助電源として使用していた。

本実施形態におけるステージシステム１００のタイミングチャートを図４に示す。図４はコントローラ２５が描画前に予め設定したタイミングチャートである。ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの駆動プロファイルは同じである。しかしながら、ステージ２Ａとステージ２Ｂのステージの駆動開始時刻を意図的にずらして三つのステージ間で駆動プロファイルの時間軸をシフトさせることで、ステージ２Ｃの減速区間がステージ２Ｂの加速区間に重なるように設定している。同様にして、ステージ２Ｂの減速区間がステージ２Ａの加速区間に、ステージ２Ａの減速区間がステージ２Ｃの加速区間に重なるように設定している。

この場合、最初にステージ２Ｃが動き始め、加速区間を経て定速区間となる。描画装置１Ｃはこの定速区間において基板３に描画を行う。最初の定速区間が終了後に、ステージ２Ｃの駆動指令は減速区間となる。この減速区間において回収された回生電力は供給源２３まで伝達される。

コントローラ２１は、図３に示すタイミングチャートに基づいて（駆動プロファイルの調整結果に基づいて）、供給源２３に対してスイッチ２４をドライバー５Ｂと接続するように指示をする。これにより、スイッチ２４がドライバー５Ｂに接続され、ステージ２Ｃから回収した回生電力が電力貯蔵されることなく直接ステージ２Ｂに供給される。電力を一度貯蔵しないとはいえ、回生電力は回生制動に伴って生じる運動エネルギーの全てを電気エネルギーに変換することはできない。そのため、ステージ２Ｂは供給源２２からの電力供給を受けながら駆動する。

同様にして、タイミングを遅らせて、ステージ２Ｂの回生制動により得られる回生電力をステージ２Ａの加速に必要な電力の一部として供給する。このように、タイミングチャートとスイッチ２４の切り替えを同期させることで、回生電力を蓄電可能（貯蔵可能）な貯蔵手段を介さずに、回生電力を直接ステージの加速動力として供給する。

本実施形態によれば、コントローラ２５が事前にタイミングチャートを作成してステージ間の駆動を調整しておくことで、コンデンサのような電力貯蔵手段を介さずにステージの減速時の回生電力を他のステージの加速電力として使用することができる。これにより減速時に得られる電気エネルギーを効率良く使用することができるため、供給源２２から供給する総電力量を消費することができる。

［第２の実施形態］
次に第２の実施形態について説明する。装置構成は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。本実施形態の描画装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、描画装置１Ａと描画装置１Ｃとで基板に同一のパターンを描画し、描画装置１Ｂが他の２台とは異なるパターンを描画する場合である。

このような場合、ステージ２Ａとステージ２Ｃは同一の駆動プロファイルに基づいて駆動し、ステージ２Ｂはステージ２Ａとステージ２Ｃとは別の駆動プロファイルに基づいて駆動する。描画装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃが定速区間のみで描画する場合は、コントローラ２５が駆動プロファイルを調整してタイミングチャートを作成する前において、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの加速度は共通であり、かつパターンの複雑さに応じて定速区間のみが異なる。

コントローラ２５が描画開始前に作成した、ステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの駆動に関するタイミングチャートを図５に示す。ステージ２Ｂの定速駆動の時間がステージ２Ａ及びステージ２Ｃよりも短いのは、描画予定のパターンの違いに起因する。タイミングチャートの作成に際し、コントローラ２５はステージ２Ａ及びステージ２Ｂの駆動開始時刻をシフトさせる。さらに、ステージ２Ｂの加速区間の時間がステージ２Ａ及びステージ２Ｃの加速区間よりも長くなるように時間を調整する。

このように、本来共通であった加速区間の長さを、ステージ２Ｂの加速区間の時間が長くなるように駆動プロファイルを変更すると、ステージ２Ｃの減速区間がステージ２Ｂの加速区間に重なる。同様に、ステージ２Ｂの減速区間がステージ２Ａの加速区間に、ステージ２Ａの減速区間がステージ２Ｃの加速区間に重なる。なお、あるステージの減速区間が他のステージの加速区間に重なる、とは、両区間が同じ長さの時間となることを意味するのではなく前記加速区間が示す時刻区間のうちに前記減速区間の少なくとも一部が含まれていることを意味する。

そしてコントローラ２５は、作成したタイミングチャートに従ってステージ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを駆動するように、ドライバー５Ａ、５Ｂ、５Ｃに指示する。ステージ２Ｃの減速駆動中に回生電力が得られ、得られた回生電力はスイッチ２４を切り替えることでステージ２Ｂの加速駆動中に供給される。本実施形態も第１の実施形態と同様に、回生電力だけでは加速駆動に必要な電力の全てを供給できないため供給源２２を併用している。

本実施形態では、ステージ毎に描画するパターンが異なる場合であっても、ステージの元の駆動プロファイルの時間軸をシフトし、かつ元の駆動プロファイルの加速度を変更してタイミングチャートを作成することで、回生電力を貯蔵手段を介さずに利用できる。これにより、回生電力を効率良く使用することができ、必ず貯蔵手段を用いて回生電力を使用する場合に比べて総消費電力を低減させながら描画することが可能となる。

なるべく前述の方法で回生電力を消費することが好ましいが、描画するパターンやステージの数によっては、必ずしも１つのステージの減速区間が他のステージの加速区間に重なるように設定することができない場合がある。その場合は、回生電力を図６に示すような貯蔵手段２６（第２供給源）に一度蓄電し、複数のステージのうちのいずれかのステージの加速駆動に使用する手法を併用しても良い。貯蔵手段２６を使用する場合は、コントローラ２１の指示に基づき回生電力が供給源２３又は貯蔵手段２６に送られる。このようにして、回生電力を少しでも再利用することで、総消費電力を減らすことが可能となる。

前述の貯蔵手段とは、回収した電力を所定時間後に供給するような素子であれば、コンデンサのように電気エネルギーのまま回生電力を貯蔵するものであっても、バッテリのように他のエネルギーに変換しておくものであっても良い。

［その他の実施形態］
タイミングチャートを作成するのはコントローラ２５でなくても、その他ＣＰＵを有する素子でも良い。この場合、作成されたタイミングチャートはコントローラ２１、コントローラ２５の各々に送信する必要がある。また、スイッチの構成を変えて、１台のステージから得られた回生電力を複数台のステージに対して直接供給可能なステージシステムを構成しても構わない。

また、タイミングチャートを作成する際は必ずしも駆動プロファイルにおける駆動の開始時刻を変更する必要はない。コントローラ２５は、速度変更による定速区間の長さ調整や、加速度変更による加速区間又は減速区間の長さ調整等をすることにより、あるステージの減速区間が他のステージの加速区間及び定速区間の少なくも一区間と重なるように調整すれば良い。

ステージは加速区間において最も電力を消費することから、貯蔵手段を介さずに供給する回生電力の供給は、あるステージの加速区間に供給することが好ましい。これにより電源部２２に要求される最大供給電力を下げることが可能となる。しかしながら、コントローラ２５は、あるステージの減速区間が他のステージの定速区間に重なるようにタイミングチャートを作成して、供給源２３が他のステージの定速区間中に回生電力を供給しても構わない。すなわち加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間において貯蔵手段を介さずに回生電力を供給すれば、総消費電力を低減させながら描画することができる。

本発明に係るリソグラフィ装置は、複数のステージを有するのであれば１台の真空チャンバ内に複数のステージ装置がある場合にも適用可能である。また、本発明に係るステージシステムはステージの台数が多いほうがタイミングチャートの作成は容易となるが、２台以上のステージを有するのであれば適用可能である。２台の場合は、供給源２３は両ステージのうち一方から回収した回生電力を他方のステージの加速区間や定速区間に供給する。時刻に応じて、供給先のステージとを切り替えることができる。

また、本発明は電子線を用いた描画装置に限らず、ＫｒＦレーザー光やＥＵＶ光等の光線、イオンビームやレーザビームを照射してパターンを形成するリソグラフィ装置や、インプリント法を用いてパターンを形成するリソグラフィ装置にも適用できる。さらに、基板を保持して移動するステージ装置を有する、その他の処理装置にも適用できる。

［物品の製造方法］
本発明の物品（半導体集積回路素子、液晶表示素子、撮像素子、磁気ヘッド、ＣＤ−ＲＷ、光学素子、フォトマスク等）の製造方法は、前述の実施形態のステージ装置を用いて基板（ウエハやガラス板等）上にパターンを露光する工程と、露光された基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程とを含む。さらに、他の周知の処理工程（現像、酸化、成膜、蒸着、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含んでも良い。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 描画装置
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ ステージ
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ ドライバー
２３ 供給源
２５ コントローラ
１００ ステージシステム
１１０ クラスタ装置

Claims (11)

1. 複数のステージと、
   前記複数のステージのうち、第１ステージの減速区間で回収した回生電力を第２ステージに供給する供給源とを有し、
   前記供給源は、前記第２ステージの加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間において、貯蔵手段を介さずに前記回生電力を供給することを特徴とするステージシステム。
2. 複数のステージと、
   前記複数のステージのうち第１ステージの回生制動により生じた回生電力を第２ステージに供給する供給源と、
   前記供給源と前記第１ステージとを接続する電力線であって、前記回生電力を貯蔵可能な貯蔵手段が接続されていない第１電力線と、
   前記供給源と前記第２ステージとを接続可能な第２電力線と、を有することを特徴とするステージシステム。
3. 前記複数のステージに対応する駆動プロファイルを調整する調整部を有し、
   前記調整部は、前記第１ステージの減速区間が前記第２ステージの加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間に重なるように前記駆動プロファイルを調整することを特徴とする請求項１又は２に記載のステージシステム。
4. 前記第１ステージと前記第２ステージとの組み合わせは複数あり、前記供給源は前記調整部による調整結果に基づいて前記電力の供給先を切り替えることを特徴とする請求項３に記載のステージシステム。
5. 前記調整部は、前記第１ステージの減速区間が前記第２ステージの加速区間に重なるように前記駆動プロファイルを調整し、前記供給源は、前記回生電力を前記第２ステージの加速区間で供給することを特徴とする請求項３又は４に記載のステージシステム。
6. 前記調整部は、前記第１ステージ及び前記第２ステージの少なくとも一方の駆動プロファイルにおける加速度を変更することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のステージシステム。
7. 前記供給源は第１供給源であって、前記複数のステージのうちいずれかのステージの減速区間で回収した回生電力を、貯蔵手段を介して前記いずれかのステージとは異なるステージに供給する第２供給源を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステージシステム。
8. 複数のステージのうちの第１ステージの減速区間が第２ステージの加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間に重なるように駆動プロファイルを調整するステップと、
   前記第１ステージの減速区間で回収した回生電力を貯蔵せずに前記第２ステージに供給するステップとを有することを特徴とするステージへの電力供給方法。
9. 複数のステージを有するステージシステムを備え、前記複数のステージの各々のステージ上に載置された基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
   前記ステージシステムが、複数のステージと、前記複数のステージのうち、第１ステージの減速区間で回収した回生電力を第２ステージに供給する供給源とを有し、
   前記供給源は、前記第２ステージの加速区間及び定速区間の少なくとも一方の区間において、貯蔵手段を介さずに前記回生電力を供給することを特徴とするリソグラフィ装置。
10. 請求項９に記載のリソグラフィ装置を用いて、基板にビームを照射する工程と、前記基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。
11. 前記物品は、半導体集積回路素子、液晶表示素子、撮像素子、磁気ヘッド、ＣＤ−ＲＷ、光学素子またはフォトマスクであることを特徴とする請求項１０に記載の物品の製造方法。

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