JP5918965B2 - 加工機システム及び加工機の配置方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工機システム及び加工機の配置方法に関する。

近年、半導体デバイスの製造技術として、基板上の未硬化樹脂にモールド（型）を押しつけて、モールドに形成された微細な凹凸パターンを基板上に転写する微細加工技術が注目を集めている。この技術はインプリント技術と呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダの微細な構造体を形成することができる。例えば、インプリント技術の一つとして、光硬化法がある。光硬化法を採用したインプリント装置では、まず基板上のインプリント領域に紫外線硬化樹脂を塗布し、この樹脂にモールドを押しつける。そして、紫外線を照射して樹脂を硬化させた後に、モールドを離型することで基板上に樹脂のパターンが形成される。

インプリント装置において、モールドと基板の位置合わせ誤差の許容範囲が数ナノメートルから数十ナノメートルであるのに加え、転写速度の向上が求められる。一般的に、インプリント装置と比較して、従来のステッパーやスキャナー等の露光装置は転写速度が速く、スループットが高い。露光装置のスループットと対抗するために、インプリント装置を複数台組み合わせたクラスタ型のインプリントシステムとする方法がある。クラスタ型の加工機システムとは、複数台の加工機を隣接して設置し、各加工機がデバイスを製造することで生産性の確保と省スペース化を図ったシステムである。特にクラスタ型のインプリントシステムは、１台あたりのインプリント装置の価格が液浸露光装置等と比較して安いため、単位面積当たりに多くのインプリント装置を設置できればコスト面で利点が生じる。

しかしながら、加工機を隣接して配置することは転写精度とトレードオフの関係になる場合が多い。即ち、１つの加工機で発生した振動は、その加工機自体を加振するだけでなく、加工機システムを支持している支持構造を介して、周囲に設置している他の加工機をも加振する。例えば、未硬化樹脂にモールドを押し付ける押型時には、予め取得した位置合わせの条件によりモールドと基板とは高精度な位置関係が維持されている。しかしながら、他のインプリント装置からの振動が伝達すると、モールドと未硬化樹脂との接触界面が不安定な状態になり、転写精度が低下する。特許文献１には、２つのステージが定盤を介して振動を伝達しあうのを抑制するため、ステージの駆動に伴う反力が互いに打ち消し合うように、２つのステージを同期的に駆動することが開示されている。

特開平５−２３４８６５号公報

特許文献１に開示された装置では、ステージを支持する定盤を剛体として、各ステージの加減速を開始する時刻を一致させ、ステージの加減速の時間と駆動力の力積との和が零となるような同期運転を行う。しかしながら、装置の力積の和を零とするには、装置の台数や設置位置、回転成分、発生する振動の周波数成分等も考慮する必要があり、他の装置に影響しない程度に力積の和を零とすることは難しい。力積の和を零とするために複雑な制御系を設けることはコストの増加に結び付く。

制御系を用いずに加工機間の振動伝達を抑制する手法として、複数の加工機を互いに振動が影響しないように支持構造に配置する手法が挙げられる。しかしながら、単純に加工機間の間隔を広くとったのでは、単位面積あたりの設置台数が減少するという課題がある。複数の加工機を設置する支持構造は、一般的に床梁で、直交する２つの方向に間隔を置いて配置された梁で構成される。加工機は、加工機が備えるペデスタル（台座）を床梁に固定することで床梁に設置される。梁の曲げ剛性は長手方向と幅方向で大きく異なるため、定盤のような平板と異なり、床梁の振動伝達特性は加振方向によって異なる。特に、梁の長手方向の振動に対して減衰率が低く、振動が伝達しやすい。従って、床梁の振動伝達特性を考慮して、加工機を配置することが望まれる。

本発明は、例えば、加工機システムにおいて、複数の加工機の間の振動伝達の低減とそれらの設置スペースの低減とを両立させることを目的とする。

本発明の１つの側面は、間隔をおいて配置された複数の梁を含む支持構造に少なくとも３台の加工機を配置する方法であって、前記少なくとも３台の加工機は、第１の加工機と、該第１の加工機を支持する梁の少なくとも１つによって支持されている第２の加工機と、前記第１の加工機を支持する梁のいずれによっても支持されず他の梁によって支持されている第３の加工機とを含み、前記第１の加工機から前記第２の加工機に伝達される振動量が所定量より低くなるように前記第１の加工機と前記第２の加工機との間隔を決定し、前記第１の加工機と前記第２の加工機とを前記間隔以上隔てて配置する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、加工機システムにおいて、複数の加工機の間の振動伝達の低減とそれらの設置スペースの低減とを両立させることができる。

加工機システムを示す概略図である。 支持構造の概略図および支持構造の一部を拡大した図である。 支持構造の振動伝達特性を示すグラフである。 支持構造の振動伝達特性を示すグラフである。 加工機システムを支持構造に対して鉛直上方向から見た図である。 加工機の配置方法の手順を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る、複数の加工機を備えたクラスタ型の加工機システムについて説明する。なお、本実施形態における「クラスタ型の加工機システム」とは、生産性の確保と省スペース化を目的として、複数の加工機を同一の支持構造に隣接して配置させ、各加工機が同時にデバイス等の物品を製造するシステムである。本発明での支持構造とは、梁を含む設置床であり、通常は、各加工機が備えるペデスタル（台座）を介して加工機を支持構造に固定する。

図１は、本実施形態における加工機システムの概略図である。加工機システムは、３台の加工機１ａ、１ｂ、１ｃとそれらを支持する支持構造２を備える。加工機１ａを第１の加工機と呼ぶとき、加工機１ｃは、第１の加工機１ａを支持する梁の少なくとも１つによって支持されている第２の加工機である。また、加工機１ｂは、第１の加工機１ａを支持する梁のいずれによっても支持されず他の梁によって支持されている第３の加工機である。このような３台の加工機１ａ、１ｂ、１ｃを総称して加工機１と呼ぶ。支持構造２は、一般的な半導体デバイス製造工場の床梁と同様に、直交する２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に間隔を置いて配置された第１梁３ａ及び第２梁３ｂで構成される。図１において、第１梁３ａの長手方向をＸ方向、第２梁３ｂの長手方向をＹ方向、支持構造２に垂直な方向をＺ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向は、支持構造２の表面に平行でかつ互いに直交する第１方向と第２方向とを構成している。第１梁３ａおよび第２梁３ｂを総称して梁３と呼ぶ。加工機１の設置台数は、少なくとも３台である。

図２の（ａ）は支持構造２の概略図で、（ｂ）は支持構造２の一部を拡大したものである。図２の（ｂ）に示すとおり、梁３の曲げ剛性は一般的な梁と同様に幅方向と高さ方向と比較して長手方向に低い。このような梁３で構成された支持構造２は、長手方向に対して直交する方向の振動に対しての振動伝達率は低いが、長手方向の振動に対しての振動伝達率が高いという特性を持つ。そのため、図１に示すように、支持する梁３の一部が共通するようにして加工機１ａ、１ｃを配置した場合、一方の加工機１ａが支持構造２を梁３ａの長手方向（Ｘ方向）に加振すると、他の加工機１ｃに支持構造２を介して振動が伝達しやすい。一方、複数の加工機１ａ，１ｂを支持する梁３がＸ方向、Ｙ方向ともに異なるように加工機１ａ、１ｃを配置した場合、加工機１ａ，１ｂの加振力の方向に依らず、一方の加工機１ａで発生した振動が支持構造２を介して他の加工機１ｂに伝達しにくい。

図３は、図２の（ａ）に示す点４ａをＸ方向に加振した場合における点４ａ〜４ｄのＸ方向の加速度の１例である。点４ｂは点４ａに対して加振方向であるＸ方向に位置するため振動伝達率が高いが、点４ｃは点４ａに対して、点４ｄは点４ｂに対して、加振方向に直交するＹ方向に位置するため振動伝達率が低い。また、図４は、図２の（ａ）に示す点４ａをＹ方向に加振した場合における点４ａ〜４ｄのＹ方向の加速度の１例である。点４ｃは点４ａに対して加振方向であるＹ方向に位置するため振動伝達率が高いが、点４ｂは点４ａに対して、点４ｄは点４ｃに対して、加振方向に直行するＸ方向に位置するため振動伝達率が低い。以上より、点ａの加振方向によらず、点ａと梁３を共有しない点ｄには振動が伝達しにくい。

そこで、本実施形態では、加工機システムにおける加工機の配置を図６に示される手順で行う。Ｓ１では、支持構造２を構成する梁３の長手方向の振動伝達率を求める。振動伝達率は、支持構造２の梁３上に計測器を配置し、加振結果から実測を通じて求めることができる。例えば、加工機がインプリント装置や露光装置である場合、基板を保持する基板ステージを最大加速度で加速させた状態で振動伝達率を測定する。振動伝達率は、支持構造２を想定したシミュレーションにより算出しても良い。

Ｓ２では、Ｓ１で求めた振動伝達率、加工機１の支持構造２に対する加振力、加工機１が許容できる振動量を基に、加工機１を支持する梁３を共通にする場合に梁３を通じて伝達される振動量が所定量より低くなる加工機間の間隔（許容距離）を決定する。加工機間の間隔は、例えば、加工機１の重心間の距離である。複数の加工機１を共通の梁３上に配置する態様（第１の態様）では、共通する梁３の長手方向に沿って隣接しあう２つの加工機間の間隔をＳ２で求めた許容距離以上とする。複数の加工機１を支持する梁３を共通させずに配置する態様（第２の態様）では、加工機間の間隔をＳ２で求めた許容距離以上とする制約はない。

Ｓ３では、加工機１の設置台数が予め設定されている場合、第１の態様と第２の態様とを組み合わせることで所定の台数の加工機１を設置するための面積を最小とするように、加工機１の配置を決定する。また、加工機１の設置面積が予め設定されている場合には、第１の態様と第２の態様とを組み合わせることで所定の面積に設置する加工機１の台数を最大とするように、加工機１の配置を決定する。Ｓ４では、Ｓ３で決定された複数の加工機１の配置レイアウトに従って、複数の加工機１を支持構造２に配置する。

図５は、図６の手順で決定された３台の加工機１ａ〜１ｃの支持構造２に対して鉛直上方向から見た配置レイアウトである。加工機１ｂは、加工機１ａと加工機１ｃを支持する梁３と異なる梁３上に配置するので、加工機１ａ及び加工機１ｃからＳ２で求めた許容距離よりも短い間隔で配置することができる。一方、加工機１ａと加工機１ｃとは、同一の梁３上に配置するので、Ｓ２で求めた許容距離よりも長い間隔をおいて配置する。

本実施形態では、支持する梁３を共通化する第１の態様と支持する梁３を共通させずに加工機間の間隔を小さくできる第２の態様とを組み合わせて複数の加工機１を配置するため、加工機間の振動伝達を抑制と設置スペースの低減との両立を実現することができる。本発明の加工機システムを構成する加工機１は、例えば、数ｎｍから数十ｎｍの加工精度が要求され床振動に対する許容値が小さい、基板に塗布された感光性材料にパターンを形成するリソグラフィ装置である。本発明を適用できるリソグラフィ装置は、基板に塗布された樹脂と型とを接触させて該樹脂を硬化させることにより樹脂にパターンを形成するインプリント装置、基板を露光する露光装置や荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置を含む。

Claims (8)

1. 間隔をおいて配置された複数の梁を含む支持構造に少なくとも３台の加工機を配置する方法であって、
   前記少なくとも３台の加工機は、第１の加工機と、該第１の加工機を支持する梁の少なくとも１つによって支持されている第２の加工機と、前記第１の加工機を支持する梁のいずれによっても支持されず他の梁によって支持されている第３の加工機とを含み、
   前記第１の加工機から前記第２の加工機に伝達される振動量が所定量より低くなるように前記第１の加工機と前記第２の加工機との間隔を決定し、前記第１の加工機と前記第２の加工機とを前記間隔以上隔てて配置する、ことを特徴とする方法。
2. 前記少なくとも３台の加工機のそれぞれは、基板上の樹脂に型でパターンを形成するインプリント装置、基板を露光する露光装置、または荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 間隔をおいて配置された複数の梁を含む支持構造に少なくとも３台の加工機を配置する方法であって、
   前記少なくとも３台の加工機のそれぞれは、基板上の樹脂に型でパターンを形成するインプリント装置、基板を露光する露光装置、または荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であり、
   前記少なくとも３台の加工機は、第１の加工機と、該第１の加工機を支持する梁の少なくとも１つによって支持されている第２の加工機と、前記第１の加工機を支持する梁のいずれによっても支持されず他の梁によって支持されている第３の加工機とを含み、
   前記第３の加工機と前記第１の加工機との間隔を、前記第２の加工機と前記第１の加工機との間隔より小さくすることを特徴とする方法。
4. 前記第３の加工機と前記第２の加工機との間隔を、前記第２の加工機と前記第１の加工機との間隔より小さくすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の梁は、前記支持構造の表面に平行でかつ互いに直交する第１方向と第２方向とに沿ってそれぞれ延びる複数の第１梁と複数の第２梁とを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 間隔をおいて配置された複数の梁を含む支持構造に少なくとも３台の加工機が配置された加工機システムであって、
   前記少なくとも３台の加工機のそれぞれは、基板上の樹脂に型でパターンを形成するインプリント装置、基板を露光する露光装置、または荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であり、
   前記少なくとも３台の加工機は、第１の加工機と、該第１の加工機を支持する梁の少なくとも１つによって支持される第２の加工機と、前記第１の加工機を支持する梁のいずれによっても支持されず他の梁によって支持されている第３の加工機とを含む、ことを特徴とする加工機システム。
7. 前記第３の加工機と前記第１の加工機との間隔は、前記第２の加工機と前記第１の加工機との間隔より小さいことを特徴とする請求項６に記載の加工機システム。
8. 前記複数の梁は、前記支持構造の表面に平行でかつ互いに直交する第１方向と第２方向とに沿ってそれぞれ延びる複数の第１梁と複数の第２梁とを含むことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の加工機システム。

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