JP2006006050A - 電機子ユニット、電磁アクチュエータ、ステージ装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルを冷却するジャケット内部及び表面の温度分布を低減することにより、レーザ干渉計の検出精度の悪化を防止することができる電機子ユニット等を提供する。
【解決手段】 電磁アクチュエータ１は、コイル１３を備える電機子ユニット１０と磁石２２，２３を備える発磁体ユニット２０とを含んで構成される。電機子ユニット１０は、コイル１３を第１ジャケット１１内に収容するとともに、沸点がほぼ常温に設定された状態の冷媒１４を気液混合状態でジャケット１１内に密閉収容し、コイル１３を冷却する。第２ジャケット１２は、第１ジャケット１１内の気体状態の冷媒１４を冷却して液化する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コイルを備えてなる電機子ユニット、並びに当該電機子ユニットを備える電磁アクチュエータ、ステージ装置、及び露光装置に関する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像装置（ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、マスクに形成されたパターンを基板（レジストが塗布された半導体ウェハ又はガラスプレート等）上に転写する、所謂リソグラフィの手法により製造される。このリソグラフィ工程では、マスクを保持するマスクステージ、基板を保持する基板ステージ、及びマスクに形成されたパターンの光学像を基板上に投影する投影光学系等を備える露光装置が用いられる。この露光装置に設けられるマスクステージ及び基板ステージ等を駆動するために、リニアモータ、ボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータが設けられている。

電磁アクチュエータは、固定子と、固定子に対して相対的に移動可能に構成された可動子とからなり、可動子及び固定子の一方に電機子ユニットが設けられており、他方に発磁体ユニットが設けられている。電機子ユニットは可動子の移動方向に沿ってコイルを配列したコイル列を備えており、発磁体ユニットは可動子の移動方向に沿って永久磁石を配列した磁石列を備えている。電機アクチュエータを駆動するにはコイル列をなすコイルに電流を流す必要があるが、コイルに電流を流すと熱が発生する。このため、電磁アクチュエータは、発熱源であるコイル列をジャケット内に収容し、冷媒を冷媒導入口からジャケット内部に導入するとともに冷媒排出口から排出して、ジャケット内において冷媒を循環させてコイル列を冷却する構成とされることが多い。尚、従来の電磁アクチュエータの詳細については、例えば以下の特許文献１，２を参照されたい。
特開２０００−１１４０３４号公報 特開２００２−０７８３１４号公報

ところで、上述したジャケット内に導入される冷媒は、ジャケット内を流れる間に発熱源であるコイルに熱せられて温度が上昇する。このため、ジャケットに設けられた冷媒導入口における冷媒の温度と、冷媒排出口における冷媒の温度との間には温度差が生ずる。とりわけ、露光装置のマスクステージ又は基板ステージのリニアモータ装置に設けられる電機子ユニットはマスクステージ又は基板ステージの可動範囲と同程度の長さに設定されるためジャケットの長さが長くなり、冷媒がジャケット内を流れる間にコイルに熱せられる量が多くなって冷媒の冷媒導入口における温度と冷媒排出口における温度との差が大きくなる。

ジャケット内の冷媒に温度分布が生ずると、その温度分布はジャケットの表面にも現れるためジャケット表面において空気の揺らぎが生じる。上記のマスクステージ又は基板ステージの各々には、各ステージ上に設けられた移動鏡等にレーザ光を照射して各ステージの位置情報を検出するレーザ干渉計が設けられている。このレーザ干渉計から射出されるレーザ光の光路の近傍（例えば、光路の下方向）にジャケットが配置されると、ジャケット表面において生ずる空気の揺らぎの影響により、レーザ干渉計によるマスクステージ又は基板ステージの位置検出精度が低下するという問題がある。また、温度分布があると各ステージを構成する部材に熱が伝わって寸法変化が生じ、これによってもレーザ干渉計の計測に影響が生ずることがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルを冷却するジャケット内部及び表面の温度分布を低減することにより、レーザ干渉計の検出精度の悪化を防止することができる電機子ユニット、並びに、当該電機子ユニットを備える電磁アクチュエータ、ステージ装置、及び露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電機子ユニットは、コイル（１３）を備える電機子ユニット（１０、３０、４０、５０）であって、沸点がほぼ常温に設定された状態の冷媒（１４、３４ａ、３４ｂ）を気液混合状態で密閉収容し、前記コイルを冷却する第１冷却部（１１、３１ａ、３１ｂ）と、気体状態の前記冷媒を冷却して液化する第２冷却部（１２、３２、４１、５１、５２）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、コイルから発せられた熱によって第１冷却部に密閉収容された冷媒が沸騰し、コイルの温度が沸点近傍に保たれる。また、気体状態の冷媒は第２冷却部により冷却されて液体状態になる。これにより、第１冷却部内は常時気体状態の冷媒と液体状態の冷媒とが存在する状態とされる。
本発明の電磁アクチュエータは、上記の電機子ユニットと、発磁体（２２、２３）を有し、前記電機子ユニットとの間で相対移動可能な発磁体ユニット（２０）とを備え、前記電機子ユニットによって固定子又は可動子が構成され、前記発磁体ユニットによって可動子又は固定子が構成されていることを特徴としている。
また、本発明のステージ装置は、所定の方向に移動可能なステージ（１０４）を備えるステージ装置（１００）であって、前記ステージの駆動手段として上記の電磁アクチュエータを備えることを特徴としている。
また、本発明のステージ装置は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（ＷＳＴ）とを備え、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光装置（２００）であって、前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方として上記のステージ装置を備えることを特徴としている。

本発明によれば、第１冷却部内においては常時液体状態の冷媒と気体状態の冷媒とが共存する状態であるため、コイルが発熱しても第１冷却部内部の温度が冷媒の沸点近傍でほぼ一定に保たれ、第１冷却部の表面温度もほぼ一定温度になる。これにより第１冷却部の内部及び表面に温度分布が生じないため、周囲に設けられたレーザ干渉計等の機器及び部材に空気の揺らぎ等の熱的な影響を及ぼすことはないという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による電機子ユニット、電磁アクチュエータ、ステージ装置、及び露光装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの概略構成を示す斜視図であって、図２は図１中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。尚、以下の説明においては、必要で有れば図中にｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ｘｙｚ直交座標系は、ｙ軸が電機子ユニット１０と発磁体ユニット２０との相対移動方向に設定されており、ｚ軸が鉛直上方向に設定されている。また、図１においては、簡単のため電機子ユニット１０と発磁体ユニット２０とのｙ方向の長さが等しく設定されたものを図示しているが、電機子ユニット１０よりも発磁体ユニット２０の方が長く設定されていてもよく、逆に発磁体ユニット２０よりも電機子ユニット１０の方が長く設定されていても良い。

図１に示す通り、電磁アクチュエータ１は、ｙ方向に伸びる電機子ユニット１０及び発磁体ユニット２０を備えており、電機子ユニット１０が発磁体ユニット２０に対してｙ方向に相対移動し、又は発磁体ユニット２０が電機子ユニット１０に対してｙ方向に相対移動する構成である。尚、ここでは電機子ユニット１０が発磁体ユニット２０に対してｙ方向に相対移動する場合を例に挙げて説明する。この場合においては、電機子ユニット１０が可動子となり発磁体ユニット２０が固定子となる。

まず、電機子ユニット１０は、図２に示す通り、第１ジャケット１１、第２ジャケット１２、ｙ方向に沿って配列された複数のコイル１３、及び冷媒１４を含んで構成されている。コイル１３の各々は銅の丸線又は平角線をほぼ矩形形状に所定回数（例えば、数十〜数百回）巻回させて形成されており、その巻回面がｙｚ平面とほぼ平行となるように、つまりコイル１３に電流を流したときにコイル１３の中心において発生する磁界の方向がｘ軸とほぼ平行となるように配置される。尚、コイル１３の巻線の材質は銅に限られるわけではなく、アルミ線を用いても良い。

複数のコイル１３は、第１冷却部としての第１ジャケット１１に収容される。尚、コイル１３の各々は、第１ジャケット１１に設けられた不図示の接続部を介して電磁アクチュエータ１を駆動する不図示の駆動装置に接続されている。第１ジャケット１１は、熱伝導性が高い非磁性ＳＵＳ材で形成された矩形の環状断面を有する部材であって、その内部にコイル１３及び冷媒１４を密閉した状態で収容する。尚、第１ジャケット１１は非磁性ＳＵＳ材に限られる訳ではなく、非磁性であってＳＵＳ材程度又はそれ以上のヤング率を有する材質で形成することが好ましい。また、渦電流発生による粘性抵抗を考慮してＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やセラミックス等で形成することも可能である。

冷媒１４は、電気的絶縁性が良好な液体であり、沸点がほぼ常温（２５℃）に設定された状態で、且つ気液混合状態で第１ジャケット１１に密閉収容される。冷媒１４を気液混合状態で第１ジャケット１１に密閉収容するのは、気化熱によりコイル１３を冷却して第１ジャケット１１内部及び表面の温度を一定にするためである。また、第１ジャケット１１に密閉収容された冷媒１４の沸点をほぼ常温にするのは、コイル１３が発熱したときに、第１ジャケット１１内部及び表面の温度を常温に保つためである。尚、図２においては、コイル１４が液体状態の冷媒１４に浸されている状態を図示しているが、必ずしもコイル１４を液体状態の冷媒１４に浸した状態にする必要はなく、第１ジャケット１１の内部において気体状態の冷媒１４と液体状態の冷媒１４とが存在していれば良い。

冷媒１４としては、例えば水（純水）又はアルコール、エーテル、ＨＦＥ（ハイドロ・フルオロ・エーテル）やフロリナート等の有機溶媒を用いることができる。ここで、これらの水又は有機溶媒を用いる場合において、沸点が常温よりも高いときには第１ジャケット１１内を減圧することにより（第１ジャケット１１内部を負圧に保つことにより）第１ジャケット１１内における沸点をほぼ常温にするとともに気液混合状態とすることができる。逆に、沸点が常温よりも低いときには第１ジャケット１１内を加圧することにより第１ジャケット１１内における沸点をほぼ常温にするとともに気液混合状態とすることができる。つまり、第１ジャケット１１内の圧力を調整することにより冷媒１４の沸点を所望の値に設定することができる。特に、冷媒１４として常温よりも高い沸点を持つ液体を用いれば第１ジャケット１１内を負圧に保つことになるので、第１ジャケットが膨張して発磁体ユニット２０と接触する虞がない。

第２ジャケット１２は、ＳＵＳ材で形成された略矩形の環状断面を有する部材であって、第１ジャケット１１の上部を内部に包含するように第１ジャケット１１の上部に取り付けられる。即ち、第２ジャケット１２は、第１ジャケット１１の上部に当接した状態で設けられる。この第２ジャケット１２は第１ジャケット１１に収容された気体状態の冷媒１４を冷却するためのものであり、その内部には図１に示す冷媒導入口１５から冷媒が導入されるとともに冷媒排出口１６から排出されて冷媒が循環（流動）される。尚、図１においては、冷媒導入口１５及び冷媒排出口１６が第２ジャケット１２の上面に取り付けられている場合を例に挙げて図示しているが、これらは第２ジャケット１２の側面に取り付けられていても良い。第２ジャケット１２に導入される冷媒は、例えばアルコール、エーテル、ＨＦＥ（ハイドロ・フルオロ・エーテル）やフロリナート等の有機溶媒を用いることができる。尚、第１ジャケット１１及び冷媒１４によって十分な絶縁性が確保されていれば、第２ジャケット１２に導入される冷媒の絶縁性能を考慮する必要が無いため、熱容量の大きな水を用いることができる。

尚、第２ジャケット１２は加工の容易さを考慮するとＳＵＳ材を用いることが好ましいが、必ずしも上記のＳＵＳ材に限られる訳ではなく、ＳＵＳ材程度又はそれ以上のヤング率を有する材質で形成することが好ましい。また、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やセラミックス等で形成することも可能である。但し、第２ジャケット１２内を循環（流動）する冷媒は、第１ジャケット１１に収容された気体状態の冷媒１４を冷却することにより、温度が上昇するため、第２ジャケット１２の内部及び表面に温度分布が生ずることになる。このため、第２ジャケット１２は断熱性の高い材質を用いて形成することが望ましい。第２ジャケット１２の材質として断熱性が低いものを用いざるを得ない場合には、第２ジャケット１２の周囲に断熱材を設けることが望ましい。

次に、発磁体ユニット２０は、図１及び図２に示す通り、コ字形状のヨーク２１と、ヨーク２１の内側面の一方に取り付けられた複数の磁石２２と、ヨーク２１の内側面の他方に取り付けられた複数の磁石２３とを含んで構成されている。ヨーク２１の内側面の一方に取り付けられた複数の磁石２２は、隣接する磁石２２の磁極が互いに異なるように、ｙ方向に沿って所定間隔で並ぶように配列されている。同様に、ヨーク２１の内側面の他方に取り付けられた複数の磁石２３は、隣接する磁石２３の磁極が互いに異なるように、ｙ方向に沿って所定間隔で並ぶように配列されている。尚、ｙ方向の位置が同じ位置に配列される磁石２２と磁石２３とは互いに異なる極が対向するように極性が設定される。上記の電機子ユニット１０は、第１ジャケット１１内のｙ方向に配列されたコイル１３の各々が磁石２２と磁石２３との間に位置するように、発磁体ユニット２０内に配置される。

次に、上記構成における本発明の第１実施形態による電機子ユニット１０を備える電磁アクチュエータ１の動作について説明する。電磁アクチュエータ１を駆動する前に、冷媒を冷媒導入口１５から第２ジャケット１２内に導入するとともに、第２ジャケット１２内の冷媒を冷媒排出口１６から排出して第２ジャケット１２内において冷媒を循環（流動）させておく。電磁アクチュエータ１を駆動するには、不図示の駆動装置から電機子ユニット１０に設けられたコイル１３の各々に所定のタイミングで例えば三相交流を供給する。

三相交流が供給されたコイル１３が発磁体ユニット２０に設けられた磁石２２，２３によって形成されるｙ方向に沿った交番磁界の中に置かれると、コイル１３と発磁体ユニット２０との間にローレンツ力が働くため、電機子ユニット１０にｙ方向の推力が発生し、可動体としての電機子ユニット１０は固定子としての発磁体ユニット２０に対して相対移動する。尚、発生する推力の方向はコイル１３に対する三相交流の供給の仕方に応じて定まり、その大きさはコイル１３に供給する電流の大きさに応じて定まる。尚、電機子ユニット１０を固定子にして発磁体ユニット２０を可動子にした場合にも同様の動作により発磁体ユニット２０は電機子ユニット１０に対して相対移動する。

ここで、第１ジャケット１に収容された冷媒１４の沸点をＴ［℃］とする。コイル１３に電流が供給されてコイル１３の温度がＴ［℃］付近まで上昇すると、図２に示す通り、冷媒１４が沸騰し始めてコイル１３の周辺では液体状態の冷媒１４と気体状態の冷媒１４とが共存する状態になる。一般に、物質が沸騰している状態で、その物質の液体状態と気体状態とが共存する場合には、全ての液体が気化するまでその物質は一定温度に保たれる。つまり、冷媒１４が全て気化しない限り、第１ジャケット１１内部の温度はほぼ一定温度Ｔ［℃］になる。

一方、第１ジャケット１１の上部では、気化状態の冷媒１４が第２ジャケット１２内を流れる冷媒によって冷却され、これにより気化状態の冷媒１４が再び液体状態になって第１ジャケット１４の下方に戻る。これにより、第１ジャケット１１内においては液体状態の冷媒１４が無くなることはない。従って、第１ジャケット１１内部の温度は常時ほぼ一定温度Ｔ［℃］に保たれ、この結果として第１ジャケット１１の表面温度もほぼ一定温度になる。以上の作用により第１ジャケット１１の内部及び表面に温度分布が生じないため、周囲に設けられた機器及び部材に空気の揺らぎ等の熱的な影響を及ぼすことはない。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの断面矢視図である。尚、図３においては、図２に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図３に示す電磁アクチュエータ２は図２に示す電磁アクチュエータ１と同様に電機子ユニット及び発磁体ユニットを備えるが、電機子ユニットの構成が異なる。電磁アクチュエータ２に設けられる電機子ユニット３０は、図３に示す通り、第１ジャケット３１ａ，３１ｂ、第２ジャケット３２、ｙ方向に沿って配列された複数のコイル１３、及び冷媒３４ａ，３４ｂを含んで構成されている。電機子ユニット３０に設けられるコイル１３の構成及び配列は図２に示す電磁アクチュエータ１に設けられるコイル１３の構成及び配列と同一である。

本実施形態では、これら複数のコイル１３の一側面に第１ジャケット３１ａが取り付けられ、他側面に第１ジャケット３１ｂが取り付けられる。第１ジャケット３１ａ，３１ｂは、図２に示す第１ジャケット１１と同様に、熱伝導性が高い非磁性ＳＵＳ材で形成された矩形の環状断面を有する部材であって、その内部に冷媒３４ａ，３４ｂをそれぞれ密閉した状態で収容する。尚、第１ジャケット３１ａ，３１ｂは、図２に示す第１ジャケット１１よりも幅狭である。尚、第１ジャケット３１ａ，３１ｂは非磁性ＳＵＳ材に限られる訳ではなく、非磁性であってＳＵＳ材程度又はそれ以上のヤング率を有する材質で形成することが好ましい。また、渦電流発生による粘性抵抗を考慮してＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やセラミックス等で形成することも可能である。

但し、第１ジャケット３１ａ，３１ｂは、コイル１３に直接取り付けられるため絶縁性を有する必要がある。このため、セラミックス等の絶縁材料を用いて形成された第１ジャケット３１ａ，３１ｂを用いることが好ましい。しかしながら、第１ジャケット３１ａ，３１ｂとコイル１３とを取り付ける際に、これらの間に薄い絶縁性フィルムを挟むことで、導電性を有するとともに熱伝導体が高いＳＵＳ等の金属を用いて形成された第１ジャケット３１ａ，３１ｂを用いることができる。

冷媒３４ａ，３４ｂは、第１実施形態の冷媒１４と同様に、沸点がほぼ常温（２５℃）に設定された状態で、且つ気液混合状態で第１ジャケット３１ａ，３１ｂの各々に密閉収容される。尚、図３においては、第１ジャケット３１ａ，３１ｂの内部を殆ど満たす状態で冷媒３４ａ，３４ｂが第１ジャケット３１ａ，３１ｂの各々に収容されている状態を図示しているが、これほど多量の冷媒３４ａ，３４ｂを収容する必要はなく、第１ジャケット３１ａ，３１ｂの内部において気体状態の冷媒３４ａ，３４ｂと液体状態の冷媒３４ａ，３４ｂとが存在していれば良い。冷媒３４ａ，３４ｂは、第１実施形態で説明した冷媒１４と同じものを用いることができる。

第２ジャケット３２は、ＳＵＳ材で形成された略矩形の環状断面を有する部材であって、第１ジャケット３１ａ，３１ｂの上部を内部に包含するように第１ジャケット３１ａ，３１ｂの上部に当接した状態で取り付けられる。この第２ジャケット３２には、図１に示した冷媒導入口１５及び冷媒排出口１６と同様のものが設けられており、その内部を冷媒が循環（流動）される。第２ジャケット３２に導入される冷媒は、第１実施形態で説明した第２ジャケット１２に導入される冷媒と同じ熱容量の大きなものを用いることができる。尚、第２ジャケット３２については、第１実施形態と同様に断熱性を有する材料を用いて形成し、又は断熱材等により断熱性を持たせることが望ましい。

本実施形態の電磁アクチュエータ２において、コイル１３に電流が供給されてコイル１３が発熱すると、コイル１３から発せられた熱はコイル１３に取り付けられた第１ジャケット３１ａ，３１ｂに伝わり第１ジャケット３１ａ，３１ｂに収容された冷媒３４ａ，３４ｂをそれぞれ加熱する。第１ジャケット３４ａ，３４ｂに収容された冷媒３４ａ，３４ｂが沸点付近まで加熱されると、図３に示す通り、冷媒３４ａ，３４ｂが沸騰し始める。気体状態の冷媒３４ａ，３４ｂは、それぞれ第１ジャケット３４ａ，３４ｂの上部において第２ジャケット３２内を流れる冷媒によって冷却され、これにより気化状態の冷媒３４ａ，３４ｂが再び液体状態になって第１ジャケット３１ａ，３１ｂの下方に戻る。これにより、第１ジャケット３１ａ，３１ｂの内部の温度は常時ほぼ常温に保たれ、この結果として第１ジャケット３１ａ，３１ｂの表面温度もほぼ一定温度になる。以上の作用により第１ジャケット１１の内部及び表面に温度分布が生じないため、周囲に設けられた機器及び部材に空気の揺らぎ等の熱的な影響を及ぼすことはない。

本実施形態の電磁アクチュエータ２に設けられる電機子ユニット３０は、コイル１３の側面の各々に第１ジャケット３１ａ，３１ｂを取り付けた構成であるため、第１実施形態で説明した第１ジャケット１１の内部にコイル１３を収容した電機子ユニット１０に比べて構造が簡単である。このため、電機子ユニット３０の製造が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。

〔第３実施形態〕
図４，図５は、本発明の第３実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの断面矢視図である。尚、図４及び図５においては、図２に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図４及び図５に示す電磁アクチュエータ３は図２に示す電磁アクチュエータ１と同様に電機子ユニット及び発磁体ユニットを備えるが、電機子ユニットの構成が異なる。図４に示す電磁アクチュエータ３に設けられる電機子ユニット４０及び図５に示す電磁アクチュエータ４に設けられる電機子ユニット５０は、第１実施形態と同様にｙ方向に沿って配列されたコイル１３及び冷媒１４を収容する第１ジャケット１１を備えているが、第１ジャケット１１の上部に設けられた第２ジャケット１２が省略されている。

図４に示す電機子ユニット４０は、省略された第２ジャケット１２に代えて第１ジャケット１１の内部に第２ジャケット４１が設けられており、図５に示す電機子ユニット５０は、省略された第２ジャケット１２に代えて第１ジャケット１１の内部に第２ジャケット５１，５２が設けられている。第２ジャケット４１，５１，５２は、円環状のＳＵＳ材等から形成された部材であって、第１ジャケット１１をｙ方向に貫通するように取り付けられている。図４に示す電機子ユニット４０において、第２ジャケット４１はコイル１３の側面に沿ってｙ方向に延びるよう配置され、図５に示す電機子ユニット５０において、第２ジャケット５１，５２はコイル１３の上方及び下方においてそれぞれｙ方向に延びるよう配置されている。図４及び図５に示す例では第２ジャケット４１，５２が液体状態の冷媒１４と直接接するよう配置され、第２ジャケット５１が気体状態の冷媒１４と直接接するよう配置される。

本実施形態においても冷媒１４を第１ジャケット１１内に密閉収容する必要があるため、第２ジャケット４１，５１，５２が第１ジャケット１１のｚｘ面に平行な面を貫通している部位にはシール処理が施されている。これらの第２ジャケット４１，５１，５２には、第１ジャケット１１の外側において図１に示した冷媒導入口１５及び冷媒排出口１６と同様のものが設けられており、その内部を冷媒が循環（流動）される。第２ジャケット４１，５１，５２に導入される冷媒は、第１実施形態で説明した第２ジャケット１２に導入される冷媒と同じ熱容量の大きなものを用いることができる。この、第２ジャケット４１，５１，５２は、冷媒１４に直接接して冷媒１４を冷却するため、熱伝導性が高い材質で形成されていることが望ましい。

本実施形態の電磁アクチュエータ３，４において、コイル１３に電流が供給されてコイル１３が発熱すると、コイル１３から発せられた熱により冷媒１４が加熱される。冷媒１４が沸点付近まで加熱されると沸騰し始める。図４に示す電磁アクチュエータ３においては第２ジャケット４１によって第１ジャケット１１内に密閉収容された液体状態の冷媒１４が冷却される。他方、図５に示す電磁アクチュエータ４においては第２ジャケット５２によって第１ジャケット１１内に密閉収容された液体状態の冷媒１４が冷却され、第２ジャケット５１によって第１ジャケット１１内の期待状態の冷媒１４が冷却される。これにより気化状態の冷媒１４が再び液体状態になり、第１ジャケット１１の内部の温度は常時ほぼ常温に保たれ、この結果として第１ジャケット１１の表面温度もほぼ一定温度になる。以上の作用により第１ジャケット１１の内部及び表面に温度分布が生じないため、周囲に設けられた機器及び部材に空気の揺らぎ等の熱的な影響を及ぼすことはない。

尚、図５では、電機子ユニット５０において第２ジャケット５１，５２をコイル１３の上方及び下方に配置した場合を例に挙げて説明したが第２ジャケット５１，５２のうちの何れか一方のみを設けた構成であっても良い。また、図４及び図５に示す例では、コイル１３及び冷媒１４を第１ジャケット１１に密閉収容し、第１ジャケット１１の内部に第２ジャケット４１，５１，５２を設けていた。しかしながら、図３に示す第２実施形態のように、コイル１３に対して冷媒が密封収容された第１ジャケットを当接させた構成にし、この第１ジャケットの内部に第２ジャケット４１，５１，５２と同様のものを設けた構成であっても良い。

尚、以上説明した第１〜第３実施形態においては、ｙ方向にコイル１２及び磁石２２，２３を配列して、電機子ユニット１０，３０と発磁体ユニット２０との相対方向をｙ方向に設定していたが、コイル１２及び磁石２２，２３の配列方向をｚ方向に設定すれば、電機子ユニット１０，３０と発磁体ユニット２０との相対方向をｚ方向にすることができる。また、第１，第２実施形態においては、第１ジャケット１１，３１ａ，３１ｂに収容された冷媒１４，３４ａ，３４ｂを冷却するために第１ジャケット１１，３１ａ，３１ｂの外部に第２ジャケット１２，３２を当接させて、第２ジャケット１２，３２内に冷媒を循環させていた。しかしながら、第２ジャケット１２，３２に代えてペルチェ素子を第１ジャケット１１，３１ａ，３１ｂに貼付して第１ジャケット１１，３１ａ，３１ｂに収容された冷媒１４，３４ａ，３４ｂを冷却してもよい。

〔アクチュエータ装置〕
図６は、本発明の実施形態による電磁アクチュエータを備えるアクチュエータ装置を示す概要図である。図６に示すアクチュエータ装置６０は、支持部６１、磁気装置６２，６３、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）６４、及びテーブル６５を含んで構成される。支持部６１に設けられた支柱６６には、案内部である板バネ６７が設けられ、テーブル６５を支えるとともに、テーブル６５が上下方向のみに移動し、水平方向には移動しないようにしている。

テーブル６５は、ＶＣＭ６４によって駆動される。このＶＣＭ６４として前述した電磁アクチュエータ１〜４が用いられる。尚、図６においては、電磁アクチュエータ１をＶＣＭ６４として用いた場合を例に挙げて図示している。このＶＣＭ６４はコイル及び冷媒を密閉収容する第１ジャケット及び第１ジャケットの上部に設けられた第２ジャケットを備える電機子ユニット６８と、電機子ユニット６８を磁石が挟むように設けられた発磁体ユニット６９とからなる。図６に示す例では電機子ユニット６８は可動子に設定され、発磁体ユニット６９が固定子に設定されている。尚、図６においては、発磁体ユニット６９に設けられた磁石は図中の符号ＳＴを付して示す矢印の方向に配列されており、可動子としての電機子ユニット６８は矢印ＳＴ方向に移動する。尚、矢印ＳＴ方向は上下方向であり、テーブル６５は支持部６１上に配置される。

ＶＣＭ６４の電機子ユニット６８に設けられたコイルに流す電流を調節することにより、テーブル６５の上下方向（矢印ＳＴ方向）の位置制御を行うことができる。テーブル６５の自重をＶＣＭ６４の駆動力のみで支えようとすると、ＶＣＭ６４には常に大きな電流を流しておかなければならず、コイルの発熱量が大きくなり、消費電力が大きくなる。このため、図６に示すアクチュエータ装置６０は、テーブル６５の自重をキャンセルするとともに、テーブル６５の移動に伴って発生する板バネ６７の弾性力をキャンセルするために、磁気装置６２，６３及びコイルバネＢを含んで構成される自重補正部を設けている。

磁気装置６２は支持部６１上に取り付けられた固定部７１とテーブル６５の裏面に取り付けられた可動部７２とに大別される。固定部７１は、上下方向に配置した円環状の第１，第２磁石ユニットを備えており、可動部７２は固定部７１の第１，第２磁石ユニット間に配置された円板形状のセンターヨークを備えている。磁気装置６３も磁気装置６２と同様の構成である。以上の構成の磁気装置６２，６３が発生する磁力とコイルバネＢの弾性力が、ステージ６５の自重と板バネ６７の弾性力をキャンセルし、定常状態ではＶＣＭ６４がこれらの力を補償しなくてもよいように構成されている。

〔ステージ装置〕
図７は、本発明の一実施形態によるステージ装置を示す斜視図である。尚、図７に示すステージ装置は、感光基板の一種である半導体ウェハを保持した状態で移動可能に構成されたステージ装置である。図７に示したステージ装置１００においては、Ｙステージ１００Ｙと、ウェハテーブル１０４との間に、図６に示したアクチュエータ装置６０が配置されている。

ステージ装置１００は、Ｘ軸及びＹ軸の２軸のＸ−Ｙステージ装置であり、ベース部１０２上をＸ方向（図中矢印Ｘで示す方向）に駆動されるＸステージ１００Ｘ、Ｙ方向（矢印Ｙで示す方向）に駆動されるＹステージ１００Ｙ、及びウェハテーブル（試料台）１０４、並びにＹステージ１００Ｙとウェハテーブル１０４との間でシフト量を調整するための図示せぬアクチュエータ装置を主たる構成要素としている。

ここでウェハテーブル１０４は、Ｙステージ１００Ｙ上に配置され、このウェハテーブル１０４に図示せぬウェハホルダを介して感光基板の一種であるウェハＷが搭載される。このウェハＷの上方には、図示しない照射部が配置されており、照射部からマスク（共に図示省略）を介して照射された露光光によって、ウェハＷ上に予め塗布されたレジスト（図示省略）に、マスク上の回路パターンが転写されるようになっている。

ステージ装置１００におけるＸステージ１００Ｘ及びＹステージ１００Ｙの移動量は、各々、ウェハテーブル１０４のＸ方向の端部、Ｙ方向の端部に固定された移動鏡１０５Ｘ，１０５Ｙと、これに対向するように、ベース部１０２に各々固定されたレーザ干渉計１０６Ｘ，１０６Ｙとによって計測される。そして、主制御装置（図示省略）が、この計測結果を基に、ウェハテーブル１０４をベース部１０２上の所望の位置に移動制御するようになっている。

このステージ装置１００のＸステージ１００Ｘ、Ｙステージ１００Ｙは、固定子１１１及び可動子１１２を含んで構成されるリニアモータ１１０、及び固定子１２１及び可動子１２２を含んで構成されるリニアモータ１２０によって、ベース部１０２上をＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ駆動される。これらのリニアモータ１１０，１２０として前述した電磁アクチュエータ１〜４が用いられる。ここで、２つのリニアモータ１１０の固定子１１１は、共にベース部１０２上に固定され、可動子１１２は、固定板１０７を介してＸステージ１００Ｘにそれぞれ固定されている。

また、リニアモータ１２０の固定子１２１は共にＸステージ１００Ｘに固定され、可動子１２２（一方のみ図示）はＹステージ１００Ｙに固定されている。各可動子１１２，１２２は、その内部に設けられた流路（前述した第２ジャケット）に流される温度調整用の冷却媒体によって冷却されるが、この冷却媒体は、温度調節機１３１にて温度調節される。尚、可動子１１２，１２２と温度調節機１３１とは、吐出配管１３２、配管１３３等によって接続されている。吐出配管１３２及び配管１３３は、可動子１１２，１２２の移動を妨げないよう可撓性を有していることが望ましい。尚、図７においては、図面の複雑化を避けるために吐出配管１３２及び配管１３３を簡略化して図示している。また、ステージ装置１００には、エアガイド１４０と静圧気体軸受（図示省略）とが設けられており、エア吹き出し口１４１及びエア吸引口１４２によって静圧空気軸受式のステージが構成されている。

〔露光装置〕
次に、以上説明したステージ装置を備える露光装置について説明する。図８は、露光装置の概略構成を示す図である。尚、本実施形態の露光装置２００は、いわゆるステップ・アンド・スキャン露光方式の走査型露光装置である。露光装置２００は、図８に示す通り、照明系ＩＬＳと、レチクル（フォトマスク）Ｒを保持するレチクルステージＲＳＴと、投影光学系ＰＬと、ウェハ（感光基板）ＷをＸ−Ｙ平面内でＸ方向−Ｙ方向の２次元方向に駆動するステージ装置としてのウェハステージＷＳＴと、これらを制御する主制御装置ＭＣＳとを含んで構成される。照明系ＩＬＳは、不図示の光源ユニット（例えば、超高圧ハロゲンランプ又はエキシマレーザ等のレーザ光源）から射出された露光光の整形及び照度分布の均一化を行ってレチクルＲ上の矩形（又は円弧状）の照明領域ＩＡＲに均一な照度で照射する。

レチクルステージＲＳＴでは、ステージ可動部２０１がレチクルベース（図示省略）上を所定の走査速度で所定の走査方向に沿って移動する。また、ステージ可動部２０１の上面にはレチクルＲが、例えば真空吸着により保持される。更に、ステージ可動部２０１のレチクルＲの下方には、露光光通過穴（図示省略）が形成されている。

このステージ可動部２０１の端部には反射鏡２０２が配置されており、この反射鏡２０２の位置をレーザ干渉計２０３が測定することにより、ステージ可動部２０１の位置を検出する。レーザ干渉計２０３の検出結果はステージ制御系ＳＣＳへ出力される。ステージ制御系ＳＣＳは、レーザ干渉計２０３の検出結果と、可動部２０１の移動位置に基づく主制御装置ＭＣＳからの制御信号に基づいて、ステージ可動部２０１を駆動する。

投影光学系ＰＬは、例えば縮小倍率がα（αは、例えば４又は５）である縮小光学系であり、レチクルステージＲＳＴの下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向に設定されている。ここではテレセントリックな光学配置となるように光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が使用されている。尚、レンズエレメントは、光源ユニットから射出される光の波長に応じて適切なものが選択される。上記照明系ＩＬＳによりレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲの照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、ウェハＷ上の照明領域ＩＡＲに共役な露光領域ＩＡに形成される。

尚、ウェハステージＷＳＴは、ベース部２１２（図７中のベース部１０２に相当する）と、このベース部２１２の上面の上方に設けられたテーブル２１１（図７中のウェハテーブル１０４に相当する）とを備え、テーブル２１１をＸ−Ｙ面内で２次元方向に駆動するものである。テーブル２１１には図６に示したアクチュエータ装置が組み込まれており、テーブル２１１のチルト方向の駆動等を行うようになっている。また、テーブル２１１をＸＹ面内で移動させるために図７に示すステージ装置１００がウェハステージＷＳＴに組み込まれている。ここでテーブル２１１には、露光処理時、その上面にウェハ（基板）Ｗが、例えば真空吸着によって保持される。尚、図７に示したステージ装置１００に代えて、ベース部２１２と、このベース部２１２の上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上されるテーブル２１１と、このテーブル２１１を移動させる平面モータとを備えた構成のステージ装置を用いることもできる。

テーブル２１１の一端には移動鏡２１３が固定されており、レーザ干渉計２１４から移動鏡２１３へレーザビームが照射されて、テーブル２１１のＸ−Ｙ面内における移動位置が検出される。レーザ干渉計２１４によって検出されたテーブル２１１の移動位置の情報は、ステージ制御系ＳＣＳを介して主制御装置ＭＣＳに送られる。そして、ステージ制御系ＳＣＳは、この情報に基づく主制御装置ＭＣＳからの指示に従って、ウェハステージＷＳＴはテーブル２１１をＸ−Ｙ面内の所望の位置に移動させる。

テーブル２１１は、図６に示したアクチュエータ（図８においては図示省略）によって異なる３点で支持されている。従って、テーブル２１１は、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動するのみならず、アクチュエータによりＸ−Ｙ面に対して傾斜させたり、Ｚ軸方向（上方）に駆動させることができるようになっている。

かかる構成のテーブル２１１を含む露光装置２００においては、概ね、以下の手順で露光処理が行われる。先ず、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上にロードされるとともに、ウェハＷがテーブル２１１上にロードされ、次いで、レチクルアラインメント、ベースライン計測、アラインメント計測等が実行される。アライメント計測が終了すると、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われる。

露光動作にあたっては、レーザ干渉計２０３によるレチクルＲの位置情報、レーザ干渉計２１４によるウェハＷの位置情報に基づき、主制御装置ＭＣＳがステージ制御系ＳＣＳに指令を出し、レチクルステージＲＳＴの電磁アクチュエータ及びリニアモータ（何れも図示省略）によってレチクルＲを一定速度で移動させるとともに、ウェハＷを一定速度（レチクルの移動速度の１／α）で移動させる。これによりレチクルＲとウェハＷとを同期移動させて、所望の走査露光が行われる。

このようにして、１つのショット領域に対するレチクルパターンの転写が終了すると、テーブル２１１が１ショット領域分だけステッピングされて、次のショット領域に対する走査露光が行われる。このステッピングと走査露光とが順次繰り返され、ウェハＷ上に必要なショット数のパターンが転写される。

以上説明した、露光装置２００をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法について説明する。図９は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造工程の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。

次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１０において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、以上ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用可能である。更には、ミラープロジェクション方式、プロキシミティ方式、コンタクト方式等の露光装置に適用することが可能である。また、上記実施形態では、図７に示すステージ装置１００をウェハステージＷＳＴに設けた場合を説明したが、レチクルステージＲＳＴのみに設けることも、ウェハステージＷＳＴとレチクルステージＲＳＴとの両方に設けることもできる。

また、以上では半導体素子を製造する場合を例に挙げて説明したが、もちろん、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラス基板上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。更には、半導体素子等のマイクロデバイスだけではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウェハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

本発明の第１実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの概略構成を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。 本発明の第２実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの断面矢視図である。 本発明の第３実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの断面矢視図である。 本発明の第３実施形態による電機子ユニットを備える電磁アクチュエータの断面矢視図である。 本発明の実施形態による電磁アクチュエータを備えるアクチュエータ装置を示す概要図である。 本発明の一実施形態によるステージ装置を示す斜視図である。 露光装置の概略構成を示す図である。 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。 半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。

符号の説明

１０ 電機子ユニット
１１ 第１ジャケット（第１冷却部）
１２ 第２ジャケット（第２冷却部）
１３ コイル
１４ 冷媒
２０ 発磁体ユニット
２２，２３ 磁石（発磁体）
３０ 電機子ユニット
３１ａ，３１ｂ 第１ジャケット（第１冷却部）
３２ 第２ジャケット（第２冷却部）
３４ａ，３４ｂ 冷媒
４０ 電機子ユニット
４１ 第２ジャケット（第２冷却部）
５０ 電機子ユニット
５１，５２ 第２ジャケット（第２冷却部）
１００ ステージ装置
１０４ ウェハテーブル
２００ 露光装置
Ｒ レチクル（マスク）
ＲＳＴ レチクルステージ（マスクステージ）
Ｗ ウェハ（基板）
ＷＳＴ ウェハステージ（基板ステージ）

Claims (10)

1. コイルを備える電機子ユニットであって、
   沸点がほぼ常温に設定された状態の冷媒を気液混合状態で密閉収容し、前記コイルを冷却する第１冷却部と、
   気体状態の前記冷媒を冷却して液化する第２冷却部と
   を備えることを特徴とする電機子ユニット。
2. 前記第１冷却部は、前記冷媒を密閉収容した空間が負圧に保たれていることを特徴とする請求項１記載の電機子ユニット。
3. 前記第１冷却部は、前記冷媒とともに前記コイルを収容することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電機子ユニット。
4. 前記第１冷却部は、前記コイルに接触した状態に取り付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電機子ユニット。
5. 前記第２冷却部は、前記第１冷却部の外部に当接して設けられることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電機子ユニット。
6. 前記第２冷却部は、前記第１冷却部内部に設けられ、前記冷媒の気体部分に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電機子ユニット。
7. 前記第２冷却部は、前記冷媒と異なる第２の冷媒が内部を流動することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の電機子ユニット。
8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の電機子ユニットと、
   発磁体を有し、前記電機子ユニットとの間で相対移動可能な発磁体ユニットとを備え、
   前記電機子ユニットによって固定子又は可動子が構成され、前記発磁体ユニットによって可動子又は固定子が構成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
9. 所定の方向に移動可能なステージを備えるステージ装置であって、
   前記ステージの駆動手段として請求項８記載の電磁アクチュエータを備えることを特徴とするステージ装置。
10. マスクを保持するマスクステージと、基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクに形成されたパターンを前記基板上に転写する露光装置であって、
    前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方として請求項９記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。
    

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