(57)【要約】【課題】簡易な手法によって、リニアモータ内部のコイルを効率的にして温度を一定にし、精度の高い温度調整を可能にしたリニアモータを提供することを目的とする。【解決手段】コイル１３とコイル１３を収容するキャン１２とを有し、コイル１２とキャン１３との間に冷媒Ｃが流れる空隙Ｓ１を備えるリニアモータ１において、空隙Ｓ１の一部に、冷媒Ｃの流れの方向を変更して所定の方向に規定する規定部１７を設けるようにした。【選択図】  図１
2004260941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと該コイルを収容するキャンとを有し、該コイルと該キャンとの間に冷媒が流れる空隙を備えるリニアモータにおいて、
前記空隙の一部に、前記冷媒の流れの方向を変更して所定の方向に規定する規定部が設けられることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記規定部は、前記冷媒の流れを前記変更された方向に沿って層流化することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記規定部は、翼形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記規定部は、非磁性の非導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記空隙に前記冷媒を供給する冷媒入口と該空隙から該冷媒を排出する冷媒出口とを有し、
前記規定部は、前記冷媒入口と前記冷媒出口との少なくとも一方の近傍に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記空隙は、前記冷媒入口から供給された冷媒が前記リニアモータの発生する推力方向と平行な第１方向に流れた後、折り返し前記第１方向とは反対方向の第２方向に沿って前記冷媒出口まで流れるように形成されることを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記コイルは、第１面と該第１面の裏面である第２面とを有するコイルであり、
前記空隙は、前記冷媒が前記第１面に沿って前記第１方向に流れ、前記第２面に沿って前記第２方向に流れるように形成されることを特徴とする請求項６に記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記キャンは、前記リニアモータにより駆動される被駆動体を取り付ける取付部を有し、
該取付部は、前記冷媒が前記第１方向に流れている前記空隙に対応して設けられることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のリニアモータ。
【請求項９】
移動可能なステージと、前記ステージを駆動するリニアモータとを有するステージ装置において、
リニアモータとして、請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のリニアモータが用いられることを特徴とするステージ装置。
【請求項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有し、前記マスクに形成されたパターンを前記基板に露光する露光装置において、
前記マスクステージと前記基板ステージの少なくとも一方に、請求項９に記載のステージ装置が用いられることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置を備えたリニアモータ、及びリニアモータを用いたステージ装置並びに露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶表示素子等の製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル等）が載置されるレチクルステージや感光性の基板（ウエハ、ガラスプレート等）が載置されるウエハステージ等の駆動手段（ステージ装置）としてリニアモータが用いられている。リニアモータは、構造が簡単で部品数が少なく、また、動作精度が高く移動動作を迅速に行えるという利点を有しており、各ステージ装置に要求されるスループットや位置決め精度の向上が図れるためである。一方、リニアモータを構成するコイルに電流が供給されると、コイル自身の内部抵抗により発熱し、発生した熱がステージ装置に伝わって熱変形を起こす可能性がある。また、周囲の空間に空気の揺らぎを発生させ、ステージ装置の位置計測に用いられる光波干渉計の計測精度を低下させる可能性もある。そのため、ステージ装置に用いられるリニアモータは、作動時の発熱（温度上昇）を抑制して、所定の温度内となるように、例えば、コイルが収容されたキャン内に冷却媒体の流路を形成し、この流路内に冷媒を流すものが知られている。更に、このようなリニアモータでは、リニアモータ全体を偏りなく均一に冷却して局部的な発熱を防止するために、キャン内に複数の流路を設ける等してコイルを均一に冷却させる技術がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２５３６２３号公報（第４頁、第３図）
【特許文献２】
特開２００２−４４９３０号公報（第４頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような技術においても、例えば、冷媒の流れの方向が急激に変化する部分（例えば、冷媒の出入り口等）の周辺やキャン内の隅部では、冷媒の流れが滞り、コイルの冷却が不十分となってキャンの表面温度が局部的に高くなってしまい、リニアモータ全体を偏りなく均一に冷却して局部的な発熱を防止することは困難であった。また、冷媒の流れの方向が急激に変化する部分等では、冷媒の流れが乱流となって冷媒が攪拌されるため、冷媒の流速が低下して、キャンの表面温度が上昇してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、冷媒によってコイルが冷却されるリニアモータにおいて、簡易な手法によって、リニアモータ内部のコイルを効率的に冷却して温度を均一にし、精度の高い温度調整を可能にしたリニアモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリニアモータおよび露光装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、コイル（１３）と、コイル（１３）を収容するキャン（１２）とを有し、コイル（１３）とキャン（１２）との間に冷媒（Ｃ）が流れる空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を備えるリニアモータ（１，２，３）において、空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の一部に、冷媒（Ｃ）の流れの方向を変更して所定の方向に規定する規定部（１７，２７，３７）が設けられるようにした。この発明によれば、流れの方向を変更して所定の方向に規定することにより、冷媒の流れが滞りやすい隅部等の冷媒の流れを円滑にして、冷媒の澱みの発生を抑えることができる。特に、冷媒の流れが急激に変化する部分に規定部を設けることにより、冷媒の流れの方向を規定部に沿って円滑に変化させて、流れの乱れや滞りの発生を抑えることができる。これにより、コイルを効率的に冷却して、キャンの表面の温度上昇を少なくすることができる。
【０００７】
また、規定部（１７，２７，３７）が、冷媒（Ｃ）の流れを前記変更された方向に沿って層流化するものでは、規定部が冷媒の流れを層流化することにより、コイルを効率的かつ均一に冷却できる。そして、冷媒からキャンに対しても熱が均一に伝わるので、キャンの表面の温度むらを抑えることができる。また、規定部（１７，２７，３７）が翼形状であるものでは、規定部に沿って流れた冷媒を規定部の後端部分で容易に層流化させることができる。また、規定部（１７，２７，３７）は、非磁性の非導電性材料で形成されているものでは、リニアモータ駆動時に渦電流の発生を防止し、推力に対する粘性抵抗を抑制することができる。また、空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）に冷媒（Ｃ）を供給する冷媒入口（１５，２５，３５）と空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）から冷媒（Ｃ）を排出する冷媒出口（１６，２６，３６）とを有し、規定部（１７，２７，３７）が冷媒入口（１５，２５，３５）と冷媒出口（１６，２６，３６）との少なくとも一方の近傍に配置されるものでは、流れの方向の変化が激しく、また、流れの澱みが発生しやすい冷媒入口付近及び冷媒出口付近に規定部を設けることにより、流路内から冷媒の澱みをなくして、局部的な温度上昇を防止することができる。また、空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が、冷媒入口（１５，２５，３５）から供給された冷媒（Ｃ）がリニアモータ（１，２，３）の発生する推力方向と平行な第１方向（Ｄ１）に流れた後、折り返し第１方向（Ｄ１）とは反対方向の第２方向（Ｄ２）に沿って冷媒出口（１６，２６，３６）まで流れるように形成されるものでは、上流から下流に向けて温度が上昇する温度分布を持つ冷媒を折り返して重ねるように流すことにより、コイルの各所において冷媒との熱交換を偏りなく行わせることができ、コイルを均一に冷却することができる。また、コイルが第１面（Ｆ１）と第１面（Ｆ１）の裏面である第２面（Ｆ２）とを有するコイル（１３）であり、空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が、冷媒（Ｃ）が第１面（Ｆ１）に沿って第１方向（Ｄ１）に流れ、第２面（Ｆ２）に沿って第２方向（Ｄ２）に流れるように形成されるものでは、コイルの第１面と第２面とを隔てるだけで容易に流路を形成できるので、装置の複雑化及び大型化を防止するとともに、コイルを均一に冷却することができる。また、キャン（１２）がリニアモータ（１，２，３）により駆動される被駆動体を取り付ける取付部（２９，３９）を有し、取付部（２９，３９）が、冷媒（Ｃ）が第１方向（Ｄ１）に流れている空隙（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）に対応して設けられるものでは、取付部が設けられる部分には温度の低い冷媒が流れるため、キャンの温度上昇が抑えられ、したがって、コイルの熱が取付部を介して被駆動体に伝わることを抑えることができる。これにより、被駆動体の熱変形等の弊害を防止できる。
【０００８】
第２の発明は、移動可能なステージとステージを駆動するリニアモータ（１，２，３）とを有するステージ装置（１００）において、リニアモータ（１，２，３）として第１の発明に係るリニアモータのうちいずれかのリニアモータ（１，２，３）が用いられるようにした。この発明によれば、温度勾配が少なく、温度むらの少ないリニアモータを用いることで、干渉計の計測誤差を減少させることができ、高精度な位置決め可能なステージを実現できる。
【０００９】
第３の発明は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（２３０）と、基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（２５０）とを有し、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを基板（Ｗ）に露光する露光装置（２００）において、マスクステージ（２３０）と基板ステージ（２５０）の少なくとも一方に、第２の発明に係るステージ装置（１００）が用いられるようにした。この発明によれは、高精度の位置決めが可能なステージ装置を用いるので、マスクと基板との相対的な位置決めを高精度に行うことができ、高品質な製品を製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の係るリニアモータの第１の実施形態を図１から図３を用いて説明する。リニアモータ１は、コイルユニット１０と磁石ユニット５０とから構成される。図１はコイルユニット１０の断面図、図２はコイルユニット１０におけるスペーサ１４の断面図である。コイルユニット１０は、非磁性体の金属あるいは樹脂等からなるコイルベース１１と、非磁性体からなり中空の直方体の一面を開口させた形状を有するキャン１２とを備える。そして、キャン１２の開口部をコイルベース１１で塞ぐように固定される。キャン１２の内部には、コイル１３ａ〜１３ｃが一列に並べられて、キャン１２のＹ１方向に離間する側壁１２ａ，１２ｂと等しい間隔を空けて平行に配置される。コイル１３ａ〜１３ｃは、表面を樹脂等で固められて１枚の板状に形成される。そして、各コイル１３ａ〜１３ｃは、それぞれ上端及び下端に設けられたスペーサ１４を介してコイルベース１１及びキャン１２に固定される。スペーサ１４は、非磁性体であって非導体の金属、プラスチック等の樹脂、あるいはセラミックによって形成される。また、スペーサ１４は、コイル１３で発生した熱がコイルベース１１及びキャン１２に伝わらないように断熱部材として作用し、接着剤等でコイル１３及びキャン１２に固定される。
また、コイルベース１１には、空隙Ｓ１に冷媒Ｃを流入させるための冷媒入口１５と、空隙Ｓ１から冷媒Ｃを流出させるための冷媒出口１６が設けられる。冷媒入口１５は側壁１２ｃ側に配置され、一方、冷媒出口１６は側壁１２ｄ側に配置される。そして、冷媒入口１５及び冷媒出口１６には、それぞれ後述する冷却機構２６０と連結する配管（図示略）が接続されて、冷媒Ｃが空隙Ｓ１内を流れる。これにより、冷媒入口１５から流入した冷媒Ｃが、冷媒入口１５から＋Ｚ１方向に向かって流れ、次第に＋Ｘ１方向に流れの方向を変化させてコイル１３の表面に沿って流れ、更に流れの方向を−Ｚ１方向に変えて流れ、冷媒出口１６に向かう、略Ｕ字形の流路が形成される。
また、空隙Ｓ１内には、冷媒Ｃの流れを規定する規定部１７が複数設けられる。この規定部１７は、冷媒Ｃの流れの方向を所定の方向に変えるものであって、板状の部材で構成される。規定部１７は、冷媒入口１５や冷媒出口１６のように、冷媒Ｃの流れの方向が変化する部分に集中的に設けられる。また、規定部１７の形状は、所定の曲率を持った部材であり、その曲率と長さは、配置される場所ごとに調整される。そして、規定部１７は、コイル１３あるいはキャン１２に接着剤で固定される。なお、コイル１３の第２面Ｆ２側にも、第１面Ｆ１側と同様に規定部１７が設けられ、冷媒Ｃの流れが第１面Ｆ１側と第２面Ｆ２側で略同一となるように配置される。また、規定部１７は、冷媒Ｃの流れを整流するために、翼形状に形成される（図１参照）。翼形状とすることで、冷媒Ｃが規定部１７の周辺を流れると整流されて層流となる。また、規定部１７は、スペーサ１４と同様に非磁性体、非導体の断熱部材で構成される。規定部１７が、非磁性体、非導体で構成されるため、リニアモータ１の駆動時に渦電流の発生を防止し、推力に対する粘性抵抗を抑制することができる。そして、上述したスペーサ１４も、冷媒Ｃの流れを滞りなく円滑にさせるために流れの方向に平行となるような翼形状に形成される（図２参照）。
【００１１】
図３は磁石ユニット５０の斜視図である。磁石ユニット５０は、端面の形状がＵ字型でＸ１方向に延在する磁極ベース５１と、磁極ベース５１の内壁の一方に埋め込まれた界磁磁石群５２と、他方の内壁に埋め込まれた界磁磁石群５３とから構成されている。界磁磁石群５２は、露出磁極面がＮ極の界磁磁石５２Ｎと、露出磁極面がＳ極の界磁磁石５２Ｓとがストローク（Ｘ１）方向に交互に配列されて構成されている。また、界磁磁石群５３は、露出磁極面がＳ極の界磁磁石５３Ｓと、露出磁極面がＮ極の界磁磁石５３Ｎとがストローク方向に交互に配列されて構成されている。これにより、界磁磁石５２Ｎと界磁磁石５３Ｓとが、また、界磁磁石５２Ｓと界磁磁石５３Ｎとが、空隙を隔てて対向するように配置され、界磁磁石群５２と界磁磁石群５３により発生する磁界の方向が交互に並ぶようになる。
そして、コイルユニット１０と磁石ユニット５０とは、磁石ユニット５０の凹部にコイルユニット１０の凸部を所定の間隔で離間させつつ、嵌め合うように配置され、コイルユニット１０に通電することにより、推力が発生して、コイルユニット１０と磁石ユニット５０とがストローク（Ｘ１）方向に相対移動する。
【００１２】
次に、上述したリニアモータ１を用いたステージ装置１００について、図４を用いて説明する。図４はステージ装置１００の構成を示す斜視図である。ステージ装置１００は、ウエハＷを戴置するウエハステージ１１０と、ウエハステージ１１０をＸＹ平面内で駆動するＸ方向駆動部１２０及びＹ方向駆動部１３０と、定盤１０１とから構成される。Ｘ方向駆動部１２０は、定盤１０１上にＸ方向に延設されたＸガイド１２１と、定盤１０１上をＸガイド１２１に沿って移動するＸ方向移動体１２４と、Ｘ方向移動体１２４をＸ方向に移動させる第１Ｘリニアモータ１２２、第２Ｘリニアモータ１２３から構成される。Ｘガイド１２１は、定盤１０１のＹ方向端面の近傍にＸ方向に延設されてＸ方向の基準となる。Ｘ方向移動体１２４は、Ｘガイド１２１に近接して配置された第１Ｙガイド搬送体１２５と、この第１Ｙガイド搬送体１２５からＹ方向に間隔を開けて平行に配置された第２Ｙガイド搬送体１２６と、これら第１，第２Ｙガイド搬送体１２５，１２６を連結するとともにＹ方向に延設されてＹ方向の基準となるＹガイド１３１とから構成され、Ｘガイド１２１に沿ってＸ方向に移動可能に支持される。なお、Ｙガイド１３１は、後述するＹ方向駆動部１３０の一部でもある。第１Ｘリニアモータ１２２は、第１Ｘ固定子１２２ａと、この第１Ｘ固定子１２２ａに沿って移動する第１Ｘ可動子１２２ｂから構成され、第１Ｘ固定子１２２ａがＸガイド１２１側方に平行に延設される。第２Ｘリニアモータ１２３は、第２Ｘ固定子１２３ａと、この第２Ｘ固定子１２３ａに沿って移動する第２Ｘ可動子１２３ｂとから構成され、第２Ｘ固定子１２３ａが第２Ｙガイド搬送体１２６の側方に平行に延設される。そして、第１Ｘ可動子１２２ｂおよび第２Ｘ可動子１２３ｂが、それぞれ連結部材１２７，１２８を介してＸ方向移動体１２４に連結される。したがって、第１，第２Ｘ可動子１２２ｂ，１２３ｂを駆動することにより、Ｘ方向移動体１２４がＸガイド１３１に沿ってＸ方向に移動する。
【００１３】
Ｙ方向駆動部１３０は、ウエハステージ１１０をＹ方向に駆動する第１，第２Ｙリニアモータ１３２，１３３と、Ｙガイド１３１とから構成され、Ｘ方向移動体１２４上に設置される。
ウエハステージ１１０は、Ｙガイド１３１を上下から挟むようにして定盤１０１の上面に配置された天板１１１および底板１１２と、これら天板１１１と底板１１２とをＹガイド１３１の両側で連結する一対のＹ方向軸受体１１３，１１４とから構成され、Ｙガイド１３１に沿ってＹ方向に移動可能に支持される。第１Ｙリニアモータ１３２は、第１Ｙ固定子１３２ａと、この第１Ｙ固定子１３２ａに沿って移動する第１Ｙ可動子１３２ｂから構成され、第１Ｙ固定子１３２ａがＹガイド１３１のＸ方向の＋側に平行に延設される。同様に、第２Ｙリニアモータ１３３は、第２Ｙ固定子１３３ａと、この第２Ｙ固定子１３３ａに沿って移動する第２Ｙ可動子１３３ｂ（図示略）とから構成され、第２Ｙ固定子１３３ａがＹガイド１３１のＸ方向の−側に平行に延設される。そして、第１及び第２Ｙ可動子１３２ｂ，１３３ｂが、それぞれウエハステージ１１０に固定されるとともに、駆動されることによって、ウエハステージ１１０がＹガイド１３１に沿ってＹ方向に移動する。
なお、第１Ｘ，第２Ｘリニアモータ１２２，１２３、ならびに第１Ｙ，第２Ｙリニアモータ１３２，１３３はいずれも上述したリニアモータ１と略同一の構成を備え、磁石ユニット５０を可動子、コイルユニット１０を固定子として用いられる。
【００１４】
そして、ウエハステージ１１０には、天板１１１をＺ方向に移動させるとともに、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りに回転駆動可能なＺθ駆動部（図示略）が設けられ、更に天板１１１上には、ウエハＷを真空吸着する保持機構（図示略）が載置される。また、天板１１１のＸ方向端面の近傍にＸ座標移動鏡１１５が延設され、同様にＹ方向端面の近傍にＹ座標移動鏡１１６が延設される。そして、Ｘ座標計測用レーザ干渉計１０５及びＹ座標計測用レーザ干渉計１０６からＸ座標移動鏡１１５及びＹ座標移動鏡１１６に測長レーザが照射され、その反射光をＸ座標計測用レーザ干渉計１０５及びＹ座標計測用レーザ干渉計１０６が受光することにより、ウエハステージ１１０のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時検出される。
【００１５】
次に、上述したステージ装置１００を用いた露光装置２００について、図５を用いて説明する。図５は走査露光型の露光装置２００の概念図である。この露光装置２００は、レーザユニット２１０、レーザユニット２１０から射出されたレーザ光を回路パターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒに向けて照射する照明光学系２２０、レチクルＲを保持するとともに所定方向に走査するレチクルステージ（マスクステージ）２３０、照明光学系２２０により照明されたレチクルＲのパターン像を感光性のウエハ（基板）Ｗに縮小投影する投影光学系２４０、ウエハＷを保持するとともにＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向の２方向に走査するウエハステージ（基板ステージ）２５０、各リニアモータを冷却する冷却機構２６０、およびこれら各機器を制御する主制御系２７０等から構成される。
【００１６】
レーザユニット２１０は、露光用光源と複数の光学部材（いずれも図示略）から構成され、レーザ光を伝送する鏡筒（図示略）を通じて照明光学系２２０にレーザ光を照射する。露光光としては、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２エキシマレーザ光、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。
【００１７】
照明光学系２２０は、ミラー２２１、フライアイレンズ、視野絞り（いずれも図示略）を含む複数の光学部材から構成される。レーザユニット２１０から照射されたレーザ光は、ミラー２２１で反射された後、レチクルステージ２３０上に保持されたレチクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射される。
【００１８】
レチクルステージ２３０は、載置されたレチクルＲをＸ方向すなわち走査方向に駆動するリニアモータからなるレチクルステージ駆動機構（図示略）を備えており、このリニアモータには、上述したリニアモータ１が用いられる。また、レチクルステージ２３０には、位置検出装置であるレーザ干渉計２３１から照射されるレーザ光を反射する移動鏡２３２が固定されており、レチクルステージ２３０のステージ移動面内の位置が常時検出される。そして、レーザ干渉計２３１に検出されたレチクルステージ２３０の位置情報は、主制御系２７０に送られる。
【００１９】
投影光学系２４０は、複数の投影レンズ（図示略）から構成され、所定の投影倍率β（βは、例えば１／５）を有する。そして、照明光学系２２０によりレチクルＲの照明領域が照明されると、投影光学系２４０を介してレチクルＲのパターン像の縮小像がウエハＷ上の被露光領域に結像される。
【００２０】
ウエハステージ２５０は、上述したステージ装置１００と略同一の構成を備える。ＸＹステージ２５１に設けられた反射鏡２５２に対してレーザ干渉計２５３から測長レーザを照射して、ウエハステージ２５１のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時検出される。そして、その情報は主制御系２７０に送られる。
【００２１】
また、ウエハステージ２５０及びレチクルステージ２３０に用いられる各リニアモータを冷却する冷却機構２６０が設けられる。冷却機構２６０から各リニアモータに対して冷媒Ｃを供給、回収する配管が設置され、主制御系２７０からの指示に応じて、フッ素不活性液体等の冷媒Ｃを各リニアモータに設けた流路に流し、発熱する部位と冷媒Ｃとの間で熱交換を行わせることによって各リニアモータで生じた熱を回収する。
【００２２】
主制御系２７０は、レーザ干渉計２３１，２５３等からの各種情報及び主制御系２７０に予め記憶されている各種パラメータに基づいて露光装置２００を統括的に制御する。例えば、レチクルステージ２３０の位置情報に基づいてレチクルステージ駆動機構を駆動してレチクルステージ２３０を走査方向に移動させたり、ウエハステージ２５０の位置情報に基づき、ウエハステージ２５０をＸＹ方向に移動させたりする。また、冷却機構２６０を制御して、各リニアモータに冷媒Ｃを供給及び回収して冷却させる。
【００２３】
次に、リニアモータ１、ステージ装置１００、露光装置２００の動作について説明する。リニアモータ１を駆動するためにコイルユニット２０に電源を供給するとコイル１３が発熱するので、リニアモータ１を用いたステージ装置１００、あるいは露光装置２００においては、この熱の影響により熱変形を起こしたり、発熱による空気の揺らぎがリニアモータ１のコイルユニット１０と磁石ユニット５０の相対位置を検出するレーザ干渉計１０５，１０６，２３１，２５３の計測に影響を与えたりしないように、冷却機構２６０を駆動してリニアモータ１に向けて冷媒Ｃを流して冷却させる。
ここで、リニアモータ１に供給された冷媒Ｃの流れについて説明する。リニアモータ１に流された冷媒Ｃは、冷媒入口１５からキャン１２内の空隙Ｓ１に流入し、キャン１２の空隙Ｓ１を略Ｕ字に流れて、冷媒出口１６から流出する（図１参照）。そして、冷媒入口１５付近では、規定部１７ａにより、冷媒Ｃの流れの方向を強制的に規定され、隅部Ｍにも冷媒Ｃが流れる。従来のコイルユニットでは、図６に示すような隅部Ｍにおいて冷媒の流れが滞りやすく、澱みが発生していた。この澱み部分では冷媒Ｃの循環が円滑に行われないため、冷媒Ｃの温度が上昇してキャン１２の表面が局部的に上昇していた。しかし、規定部１７を設けることにより、冷媒Ｃの流れが滞りやすい隅部Ｍにも冷媒Ｃを強制的に流し込むことができ、他の部分と同様にコイル１３を冷却することができ、キャン１２の表面温度も均一化する。このようにして、冷媒入口１５付近では、冷媒Ｃの流れの滞りが解消されて、キャン１２が局部的に偏って発熱することが抑えられる。同様に、冷媒出口１６付近に規定部１７ｂを配置することにより、冷媒出口１６付近の隅部Ｍにも冷媒Ｃを強制的に流し込むことができ、コイル１３が均一に冷却される。以上のようにして、キャン１２の空隙Ｓ１から冷媒Ｃの澱みが解消されるので、コイル１３周辺を冷媒Ｃが円滑に流れてコイル１３の熱を均一に回収することができる。したがって、キャン１２が局部的に偏って発熱することが抑えられる。なお、規定部１７は、冷媒入口１５及び冷媒出口１６付近のみならず、冷媒入口１５と冷媒出口１６との中間部分等にも設置してもよい。
また、規定部１７が翼形状に形成されていることから、冷媒Ｃの流れに対する抵抗が低く抑えられ、規定部１７に沿って流れた冷媒Ｃが規定部１７の下流側で乱流にならず、層流化されて流れるためコイル１３を効率的に冷却される。すなわち、冷媒Ｃの流れが乱流の場合には、冷媒Ｃが攪拌されるために冷媒Ｃの流速が低下してコイル１３の冷却効率が低下しまうとともに、温度境界層の発達が早く、キャン１２にすぐに到達するため、キャン１２の温度が上昇してしまうが、層流の場合には、流速の低下が少ないのでコイル１３を効率的に冷却できるとともに、温度境界層の発達が遅く、キャン１２への到達が遅いため、キャン１２の温度上昇を抑えることができる。また、冷媒Ｃの流れが層流の場合、冷媒Ｃには、上流から下流に向けて漸次温度が上昇する温度勾配が生じる。そして、その温度勾配に対応するようにキャン１２の表面には下流に向けて一様に漸次温度が上昇する温度分布が発生する。一方、冷媒Ｃの流れが乱流の場合には、冷媒Ｃが攪拌されながら流れるため、全体としては下流に向けて温度が上昇するが、冷媒Ｃの高温部と低温部が入り乱れた状態となり、キャン１２の表面の温度分布が不均一で変動しやすいものとなる。このため、層流の場合の方が、乱流の場合に比べて、キャン１２の表面の温度を管理しやすく、干渉計等への熱の影響を抑えやすい利点がある。
このようにして干渉計等への熱の影響が抑えられるので、ステージ装置１００の位置決めを高精度に行うことができる。また、露光装置２００は、レチクルＲ、ウエハＷの位置決めを高速且つ高精度に行うことが可能となり、処理能力を向上させつつ、高品質のデバイスを製造することができる。
【００２４】
次に、本発明の係るリニアモータの第２の実施形態について、図７を用いて説明する。リニアモータ２は、コイルユニット２０と磁石ユニット５０とから構成され、磁石ユニット５０はリニアモータ１で用いられるものと同一である。図７はコイルユニット２０の断面図であり、第１実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付してある。なお、コイルベース１１には、リニアモータ２により駆動される被駆動体を取り付ける取付部２９が設けられる。コイルユニット２０では、冷媒入口２５及び冷媒出口２６がキャン１２の側壁１２ｃにＺ１方向に並べて設けられる。そして、冷媒Ｃの流路を形成する隔壁２８が設けられる。隔壁２８は、側壁１２ｃから、冷媒入口２５と冷媒出口２６を隔てるともに、コイル１３を上部と下部に分割するようにして、コイル１３ｃの端部付近まで延設される。また、コイル１３の第２面Ｆ２側にも同様な隔壁２８が設けられる。そして、上部側の空隙Ｓ２と下部側の空隙Ｓ２とは、コイル１３ｃと側壁１２ｄとの間で連通している。なお、隔壁２８は、非磁性体、非導体の部材で形成される。したがって、冷媒Ｃが冷媒入口２５からコイル１３の下部を横切る（第１方向Ｄ１）ように流れ、側壁１２ｄ付近でコイル１３の下部側から上部側に流れ、コイル１３の上部側を先程とは反対の方向（第２方向Ｄ２）にコイル１３を横切るように流れて冷媒出口２６から流出する流路が形成される。
更に、空隙Ｓ２には、冷媒入口２５、冷媒出口２６付近、及び折り返し付近に規定部２７が複数設けられる。規定部２７は、規定部１７と同一の材質で構成され、同じく翼形状に形成される。また、スペーサ２４は、スペーサ１４と同一の材質で構成され、上流から下流に向けた翼形状に形成されて流れを層流化する。したがって、上部側のスペーサ２４ａと下部側のスペーサ２４ｂとは、相反する方向を向くように設置される。
【００２５】
これにより、リニアモータ２に供給された冷媒Ｃは、冷媒入口２５からコイル１３の下部を横切る（推力方向と平行：第１方向Ｄ１）ように流れ、側壁１２ｄ付近でコイル１３の下部側から上部側に折り返して流れ、コイル１３の上部側を先程とは反対の方向（第２方向Ｄ２）にコイル１３を横切るように流れて冷媒出口２６に向かって流れる。そして、規定部２７により、冷媒入口２５、冷媒出口２６、折り返し付近の流れの方向が規定されて、また、層流化されて円滑に流れる。特に、折り返し付近では、冷媒Ｃの流れの方向が激しく変化するため、乱流となりやすく、また、澱みが発生しやすい。そのため、規定部２７を設けることにより、澱みの発生を抑えて、冷媒Ｃの流れを円滑にすることができる。なお、同様に、スペーサ２４も冷媒Ｃの流れの方向を規定し、層流化する。
また、冷媒Ｃは冷媒入口２５から冷媒出口２６に向けて流れながらコイル１３から熱を回収するので、上流から下流に向けて温度が上昇する温度勾配が生じている。したがって、このような温度勾配を有する冷媒Ｃを第１方向Ｄ１に流した後に折り返し第２方向Ｄ２に流すことにより、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２の温度勾配が相反するので、各コイル１３と接する冷媒Ｃの平均温度が均一化して、コイル１３を平均的に冷却できるようになる。そして、取付部２９が設けられるコイルベース１１付近の空隙Ｓ２には、第２方向Ｄ２に流れる冷媒Ｃよりも温度の低い冷媒Ｃが第１方向Ｄ１に向けて流れているため、取付部２９の温度は低く維持される。そのため、取付部２９に取り付けられている被駆動体、例えば、テーブル装置１００への熱の伝達を最小限にすることができ、テーブル装置１００の熱変形を防止できる。また、冷媒Ｃをコイル１３ａ〜１３ｃの配列方向（Ｘ１方向）一端部から供給し、他端部で折り返すように流しているため、コイル１３ａ〜１３ｃの配列方向に沿った方向におけるコイルベース１１（取付部２９）の温度勾配を、同じ量の冷媒Ｃを一方向のみに流す場合と比べて約１／２にすることができる。そのため、例えば、テーブル装置１００の熱変形を更に抑制することができる。
なお、リニアモータ２が、ムービングコイル形式のリニアモータの場合には、キャン１２の表面温度が高い部分が磁石ユニット５０の凹部の奥側に配置されるために熱がこもりやすいという問題を解決するために、磁石ユニット５０の磁極ベース５１に複数の通気孔を設けて温度が上昇した空気を吸引し、排出することにより、レーザ干渉計１０５，１０６，２３１，２５３の計測に影響を及ぼす空気の揺らぎを防止することが考えられる。
【００２６】
次に、本発明の係るリニアモータの第３の実施形態について、図８を用いて説明する。リニアモータ３は、コイルユニット３０と磁石ユニット５０とから構成され、磁石ユニット５０はリニアモータ１，２で用いられるものと同一である。図８はコイルユニット３０の断面図であり、第１実施形態及び第２実施形態において既に説明した構成要素には同一の符号を付してある。
コイルユニット３０では、冷媒入口３５及び冷媒出口３６がキャン１２の側壁１２ｃにＹ１方向に並べて設けられる。そして、コイル１３の第１面Ｆ１側と第２面Ｆ２側とを隔てる隔壁３８が設けられる。隔壁３８は、側壁１２ｃから、冷媒入口３５と冷媒出口３６を隔てるともに、コイル１３の第１面Ｆ１側と第２面Ｆ２側とを隔てるようにして、コイル１３ｃの端部付近まで延設される。そして、第１面Ｆ１側の空隙Ｓ３と第２面Ｆ２側の空隙Ｓ３とは、コイル１３ｃと側壁１２ｄとの間で連通している。なお、隔壁３８は、非磁性体、非導体であり、熱抵抗の大きい部材で形成される。したがって、冷媒入口３５から、冷媒Ｃがコイル１３の第１面Ｆ１側を第１方向Ｄ１に向けて流れ、側壁１２ｄ付近で第１面Ｆ１側から第２面Ｆ２側に折り返し、第２面Ｆ２側を第２方向Ｄ２に向けて流れて冷媒出口３６から流出する流路が形成される。
更に、空隙Ｓ３には、冷媒入口３５、冷媒出口３６付近、及び折り返し付近に規定部３７が複数設けられる。規定部３７は、規定部１７，２７と同一の材質で構成され、同じく翼形状に形成される。なお、隔壁３８を介してコイル１３がキャン１２及びコイルベース１１に固定されるので、リニアモータ１，２で用いられるようなスペーサ１４，２４は存在しない。
【００２７】
これにより、リニアモータ３に供給された冷媒Ｃは、冷媒入口３５からコイル１３の第１面Ｆ１側を第１方向Ｄ１に向けて流れ、側壁１２ｄ付近で第１面Ｆ１側から第２面Ｆ２側に流れ、コイル１３の第２面Ｆ２側を第２方向Ｄ２に向けて流れて冷媒出口３６に向かう。そして、規定部３７により、冷媒入口３５、冷媒出口３６、折り返し付近の流れの方向が規定されて、また、層流化されて円滑に流れる。特に、折り返し付近では、冷媒Ｃの流れの方向が激しく変化するために乱流となりやすく、また、澱みが発生しやすいが、規定部３７を設けることにより、澱みの発生を抑えて冷媒Ｃの流れを円滑にすることができる。
また、冷媒Ｃは冷媒入口３５から冷媒出口３６に向けて流れながらコイル１３から熱を回収するので、上流から下流に向けて温度が上昇する温度勾配が生じている。したがって、このような温度勾配を有する冷媒Ｃを、第１面Ｆ１側を第１方向Ｄ１に向けて流した後に折り返し、第２面Ｆ２側を第２方向Ｄ２に向けて流すことにより、第１面Ｆ１側と第２面Ｆ２側の温度勾配が相反するので、コイル１３の各所における冷媒Ｃの平均温度が均一化され、コイル１３を平均的に冷却することができる。
そして、コイル１３の第一面Ｆ１側には、温度の低い冷媒Ｃが第１方向Ｄ１に向けて流れているため、第２面Ｆ２側に比べて温度は低く維持される。更に、冷媒Ｃをコイル１３ａ〜１３ｃの配列方向（Ｘ１方向）一端部から供給し、他端部で折り返すように流しているため、コイル１３ａ〜１３ｃの配列方向に沿った方向における側壁１２ａの温度勾配を、同じ量の冷媒Ｃを一方向にのみ流した場合と比べて約１／２にすることができる。
これらにより、温度変化を避けたい空間、例えば、レーザ干渉計１０５，１０６，２３１，２５３の光路の近傍にリニアモータ３を配置する場合であっても、温度の低い側壁１２ａ側を光路に面して配置することによってこれら光路の温度上昇及び温度勾配の発生を抑えることができ、レーザ干渉計１０５，１０６，２３１，２５３の計測精度に対するリニアモータ３の発熱の影響を小さくすることができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００２９】
上述したステージ装置１００、露光装置２００では、リニアモータ１，２，３のコイルユニット１０，２０，３０を固定子とし、磁石ユニット５０を可動子として用いたが、本発明は、これに限らず、コイルユニット１０，２０，３０を可動子とし、磁石ユニット５０を固定子として用いてもよい。
【００３０】
また、リニアモータ１，２，３として、推力方向と垂直な面における磁石ユニットの断面がコの字状である、いわゆる片持ちタイプのリニアモータについて説明したが、本発明は、これに限らず、磁石ユニットの断面がロの字状である、いわゆる両持ちタイプのリニアモータにも適用可能である。また、シャフトタイプのリニアモータに適用することもできる。
【００３１】
また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。
【００３２】
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。
【００３３】
また、露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００３４】
また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
【００３５】
また、投影光学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００３６】
また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００３７】
また、ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００３８】
また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００３９】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００４０】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、コイルと、コイルを収容するキャンとを有し、コイルとキャンとの間に冷媒が流れる空隙を備えるリニアモータにおいて、空隙の一部に、冷媒の流れの方向を変更して所定の方向に規定する規定部が設けられるようにした。これにより、流れの方向を変更して所定の方向に規定することにより、冷媒の流れが滞りやすい隅部等の冷媒の流れを円滑にして、冷媒の澱みの発生を抑えることができる。特に、冷媒の流れが急激に変化する部分に規定部を設けることにより、冷媒の流れの方向を規定部に沿って円滑に変化させて、流れの乱れや滞りの発生を抑えることができる。これにより、コイルを効率的に冷却して、キャンの表面の温度上昇を少なくすることができる。
【００４２】
また、規定部が、冷媒の流れを変更された方向に沿って層流化するようにしたので、規定部が冷媒の流れを層流化することにより、コイルを効率的かつ均一に冷却できる。そして、冷媒からキャンに対しても熱が均一に伝わるので、キャンの表面の温度むらを抑えることができる。また、規定部が翼形状であるようにしたので、規定部に沿って流れた冷媒を規定部の後端部分で容易に層流化させることができる。また、規定部は、非磁性の非導電性材料で形成されるようにしたので、リニアモータ駆動時に渦電流の発生を防止し、推力に対する粘性抵抗を抑制することができる。また、空隙に冷媒を供給する冷媒入口と空隙から冷媒を排出する冷媒出口とを有し、規定部が冷媒入口と冷媒出口との少なくとも一方の近傍に配置されるようにしたので、流れの方向の変化が激しく、また、流れの澱みが発生しやすい冷媒入口付近及び冷媒出口付近に規定部を設けることにより、流路内から冷媒の澱みをなくして、局部的な温度上昇を防止することができる。また、空隙が、冷媒入口から供給された冷媒がリニアモータの発生する推力方向と平行な第１方向に流れた後、折り返し第１方向とは反対方向の第２方向に沿って冷媒出口まで流れるように形成されるようにしたので、上流から下流に向けて温度が上昇する温度分布を持つ冷媒を折り返して重ねるように流すことにより、コイルの各所において冷媒との熱交換を偏りなく行わせることができ、コイルを均一に冷却することができる。また、コイルが第１面と第１面の裏面である第２面とを有するコイルであり、空隙が、冷媒が第１面に沿って第１方向に流れ、第２面に沿って第２方向に流れるように形成されるようにしたので、コイルの第１面と第２面とを隔てるだけで容易に流路を形成できるので、装置の複雑化及び大型化を防止するとともに、コイルを均一に冷却することができる。また、キャンがリニアモータにより駆動される被駆動体を取り付ける取付部を有し、取付部が、冷媒が第１方向に流れている空隙に対応して設けられるようにしたので、取付部が設けられる部分には温度の低い冷媒が流れるため、キャンの温度上昇が抑えられ、したがって、コイルの熱が取付部を介して被駆動体に伝わることを抑えることができる。これにより、被駆動体の熱変形等の弊害を防止できる。
【００４３】
第２の発明は、移動可能なステージとステージを駆動するリニアモータとを有するステージ装置において、リニアモータとして第１の発明に係るリニアモータのうちいずれかのリニアモータが用いられるようにした。これにより、温度勾配が少なく、温度むらの少ないリニアモータを用いることで、干渉計の計測誤差を減少させることができ、高精度な位置決め可能なステージを実現できる。
【００４４】
第３の発明は、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有し、マスクに形成されたパターンを基板に露光する露光装置において、マスクステージと基板ステージの少なくとも一方に、第２の発明に係るステージ装置が用いられるようにした。これにより、高精度の位置決めが可能なステージ装置を用いるので、マスクと基板との相対的な位置決めを高精度に行うことができ、高品質な製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コイルユニットの断面図である。
【図２】コイルユニットにおけるスペーサの断面図である。
【図３】磁石ユニットの斜視図である。
【図４】ステージ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】走査露光型の露光装置の概念図である。
【図６】従来のコイルユニットを示す概念図である。
【図７】コイルユニットの断面図である。
【図８】コイルユニットの断面図である。
【符号の説明】
１，２，３  リニアモータ
１２  キャン
１３  コイル
１５，２５，３５  冷媒入口
１６，２６，３６  冷媒出口
１７，２７，３７  規定部
２９  取付部
１００  ステージ装置
２００  露光装置
２３０  レチクルステージ（マスクステージ）
２５０  ウエハステージ（基板ステージ）
Ｃ  冷媒
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  空隙
Ｆ１  第１面
Ｆ２  第２面
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
Ｒ  レチクル（マスク）
Ｗ  ウエハ（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004260941.tif 000007
【図６】
2004260941.tif 000008
【図７】
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【図８】
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