(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有し、該内部空間に電機子コイルを収納する電機子ユニットを備える電磁アクチュエータにおいて、
前記内部空間内に、少なくともその一部が冷却される冷却空間と、前記冷却空間と外部空間とを断熱する断熱空間と、を形成する仕切り部材が配設され、
前記電機子コイルは、前記冷却空間に収納され、
前記断熱空間の内部、及び前記冷却空間の内部は、それぞれ、断熱用冷媒の流れ、及び冷却用冷媒の流れの通路となっていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
内部空間を有し、該内部空間に電機子コイルを収納する電機子ユニットを備える電磁アクチュエータにおいて、
前記内部空間内には、少なくともその一部が冷却される冷却空間と、前記冷却空間と外部空間とを断熱する断熱空間と、前記冷却空間と前記断熱空間とを区画するため前記冷却空間と前記断熱空間との間に配置された仕切り部材と、が設けられ、
前記冷却空間内には、前記電機子コイルが収容され、
前記断熱空間の内部、及び前記冷却空間の内部は、それぞれ、断熱用冷媒の流れ、及び冷却用冷媒の流れの通路となっていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項３】
前記冷却空間は所定方向に延びた空間であり、少なくとも前記所定方向に直交する任意の断面で見たときに、前記冷却空間は前記断熱空間によって取り囲まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
前記仕切り部材の前記冷却空間側の壁面は、少なくともその壁面に沿った前記冷媒の流れが乱流となる表面粗さとされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
前記仕切り部材の前記断熱空間側の壁面は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
ステージを所定の移動面に沿って移動させるステージ装置であって、
請求項１〜５のいずれかに記載の電磁アクチュエータを含み、前記ステージを駆動する駆動装置と；
前記電磁アクチュエータの前記冷却空間及び前記断熱空間に、それぞれ冷媒を供給する冷媒供給装置と；を備えるステージ装置。
【請求項７】
前記冷却空間に供給する冷媒と、前記断熱空間に供給する冷媒とは互いに異なる物性を有することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記冷媒供給装置は、前記冷却空間と前記断熱空間とに、それぞれ異なる流速で冷媒を供給することを特徴とする請求項６又は７に記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁アクチュエータ及びステージ装置に係り、より詳しくは、電磁気的な相互作用による力によって駆動力を得る電磁アクチュエータ及び該電磁アクチュエータによってステージを駆動するステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応基板又はウエハ」という）上に転写する露光装置が用いられている。こうした露光装置としては、いわゆるステッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主として用いられている。これらの種類の投影露光装置では、レチクルに形成されたパターンをウエハ上の複数のショット領域に順次転写する必要から、ウエハを保持して２次元移動可能なウエハステージが設けられている。また、走査露光型の投影露光装置の場合には、レチクルを保持するレチクルステージも走査方向に移動可能となっている。
【０００３】
近年の投影露光装置においては、レチクルステージ、ウエハステージ等の駆動源としていわゆるリニアモータ、ボイスコイルモータ等の電磁アクチュエータが使用されている。これは、電磁アクチュエータは、構造が簡易で部品点数が少なく済み、駆動における摩擦抵抗が少ないために動作精度が高く、また、直接的に直線駆動するので移動動作を迅速に行うことができるという利点を有しており、レチクルステージ、ウエハステージ等に関するスループットや位置決め精度の向上の要請に応えるのに適しているからである。
【０００４】
かかる電磁アクチュエータの構成要素であるコイルに電流を流すと、コイル自身の内部抵抗により発熱する。これにより、コイル自身の内部抵抗値が温度とともに変化し、また、発生した熱は、周囲空間において空気の揺らぎを発生させたり、周辺機器に伝わり熱変形を起こしたりする原因となる。したがって、精密な位置測定を光干渉計を用いて行い、精密な位置決めを行う露光装置においては、レチクル、ウエハ等を載置するステージの駆動機構等の電磁アクチュエータを効果的に冷却する工夫がなされている。例えば、コイル周辺にコイル冷却用の冷媒を流す方式や、コイルと周辺部材との間に断熱材を配置する方式が提案されている（特許第２６６１０９２号の公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、投影露光装置におけるレチクルステージやウエハステージでは、スループットを向上させるため、できるだけ短時間で所定位置に位置決めさせることが要求されるので、高速で安定して移動でき、急激な加減速でも変形や振動を生じないように高い剛性を持たせる必要がある。このため、ステージの質量は大きくならざるを得ず、ステージの駆動に用いる電磁アクチュエータには、重いステージを大きな加速度で駆動できるだけの推力性能が要求されている。かかる要求に応えて電磁アクチュエータの推力性能を向上させるには、大きな電磁気的な力を発生させる必要がある。例えば、ローレンツ電磁力方式を採用する場合には、ローレンツ電磁力を発生させる電流経路を流れる電流を大きくする、磁束と交差する電流経路の長さすなわち有効電線長を長くする、あるいは磁束密度を高くすることが考えられる。また、可変磁気抵抗方式を採用する場合にも、発生する力を大きくするためには、電磁石のコイル電流を大きくしたり、コイルの巻き数を多くして電磁石の磁力を高めたり、対向する磁極間の界磁空隙における磁束密度を高めることが考えられる。
【０００６】
ここで、界磁空隙における磁束密度を高めるには、各界磁磁石の磁力を高めたり、界磁空隙の幅を狭めたりすることが考えられる。しかし、界磁磁石の磁力は、量産性の観点から選択される材質の物性からみて最大限にまで高められており、また、界磁空隙の幅を狭めると冷媒経路の断面積が小さくなり、十分な冷媒量を確保できず冷却能力の低下を招くことになり、上記のような位置測定精度の低下や露光精度の低下を招くことになる。
【０００７】
そこで、コイルを流れる電流を大きくしたり、コイルの有効電線長を長くすることが現実的であるが、かかる場合にはコイルの発熱量が増大することにもなる。したがって、従来と同様の電磁アクチュエータの構成のままで、コイルを流れる電流を大きくしたり、コイルの有効電線長を長くすると、コイルで発生した熱の周囲への伝達量が増加してしまうことになり、周囲の雰囲気中の気体に揺らぎを生じさせて屈折率の変動を生じさせたり、大きな熱量が周辺部材に伝達してステージの熱膨張を引き起こす原因となったりする。これを防止するために、冷媒の流通経路を大きくしたり、十分な断熱材を挿入したりすると、電磁アクチュエータが大型化してしまう。
【０００８】
本発明は、かかる事情の下になされたものであり、その第１の目的は、効率的な電機子ユニットの冷却とその周囲への熱伝達の低減を図ることが可能なリニアアクチュエータを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は、精度良く位置制御が可能なステージ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電磁アクチュエータは、内部空間を有し、該内部空間内に電機子コイル（８４Ａ1、…、８４Ｂ1、…）を収納する電機子ユニットを備える電磁アクチュエータにおいて、前記内部空間内に、少なくともその一部が冷却される冷却空間（８３Ａ）と、前記冷却空間と外部空間とを断熱する断熱空間（８３Ｂ）と、を形成する仕切り部材（８１）が配設され、前記電機子コイル（８４Ａ1、…、８４Ｂ1、…）は、前記冷却空間に収納され、前記断熱空間の内部、及び前記冷却空間の内部は、それぞれ、断熱用冷媒の流れ、及び冷却用冷媒の流れの通路となっていることを特徴とする。また、本発明の第２の電磁アクチュエータは、内部空間を有し、該内部空間に電機子コイルを収納する電機子ユニットを備える電磁アクチュエータにおいて、前記内部空間には、少なくともその一部が冷却される冷却空間と、前記冷却空間と外部空間とを断熱する断熱空間と、前記冷却空間と前記断熱空間とを区画するため前記冷却空間と前記断熱空間との間に配置された仕切り部材と、が設けられ、前記冷却空間内には、前記電機子コイルが収容され、前記断熱空間の内部、及び前記冷却空間の内部は、それぞれ、断熱用冷媒の流れ、及び冷却用冷媒の流れの通路となっていることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、冷却空間において電機子コイルを主に冷却するとともに、断熱空間によって電機子コイルで発生した熱を電機子ユニットの周囲の外部空間と断熱する。すなわち、電機子ユニットにおいてなされるべき冷却機能と断熱機能とに関して、冷却空間において冷却機能を、また、断熱空間において断熱機能を行うことにより、各空間について主に果たされるべき機能が分担されるので、電機子コイルで発生した熱の除去と断熱とを効率的に行うことができる。また、前記断熱空間の内部、及び前記冷却空間の内部は、それぞれ、断熱用冷媒の流れ、及び冷却用冷媒の流れの通路となっているので、例えば、冷却空間に冷却機能が優れた冷媒を供給し、断熱空間に断熱機能を有した流体を供給することにより、従来のように電機子コイルが収納された内部空間が区画されずに１種類の冷媒流を使用して冷却及び断熱を行なう場合と比べて、効率的な冷却及び断熱を行うことができるので、周囲雰囲気や周囲部材への熱の影響を効果的に防止しつつ、電機子ユニットの磁界中における幅を低減したり、電機子コイルの有効電線長を長くしたり、電機子コイルへの供給電流を増加させたりして、推力性能を向上することができる。
【００１２】
本発明の電磁アクチュエータでは、前記冷却空間は所定方向に延びた空間であり、少なくとも前記所定方向に直交する任意の断面で見たときに、前記冷却空間は前記少なくとも１つの断熱空間によって取り囲まれていることが望ましい。かかる場合には、所定方向の直交方向に関し、冷却空間と収納部材との間には必ず断熱空間が介在するので、電機子コイルで発生した熱を外部へ漏らさないことが一層効果的に達成される。
【００１３】
また、本発明の電磁アクチュエータでは、前記仕切り部材の前記冷却空間側の壁面は、少なくともその壁面に沿った前記冷媒の流れが乱流となる表面粗さとされていることが望ましい。かかる場合には、冷却空間における冷媒の流れの乱流化が助長されるので、電機子コイルで発生した熱を効率良く冷媒に伝達することができるので、該冷媒によって電機子コイルを効率良く冷却することができる。
【００１４】
また、本発明の電磁アクチュエータでは、断熱空間に冷媒が供給される場合には、前記仕切り部材の前記断熱空間側の壁面は、鏡面加工されていることが望ましい。かかる場合には、断熱空間における冷媒の流れを層流化することが容易となるので、該冷媒の流れによる断熱機能を容易に達成することができる。更に、層流化によって輻射熱に対しても有効な断熱機能を果たすことができる。
【００１５】
なお、本発明の電磁アクチュエータは、駆動方向が所定の軸方向であるリニアアクチュエータであってもよいし、駆動方向が２次元方向である平面アクチュエータであってもよい。さらに、駆動力の発生方式は、ローレンツ電磁力方式であってもよいし、可変磁気抵抗方式であってもよい。
【００１６】
また、コイルの冷却を主目的として使用される冷媒は、熱伝導率、比熱、熱容量が大きいものが好ましく、また、コイルの発生熱の断熱を主目的として使用される冷媒は前記の冷媒と比べて、熱伝導率、比熱、熱容量が小さいものが好ましい。
【００１７】
本発明のステージ装置は、ステージ（３８）を所定の移動面に沿って移動させるステージ装置であって、前記ステージ（３８）を駆動する本発明の電磁アクチュエータ（２４、２６、３２、３４）を含む駆動装置（１０）と；前記電磁アクチュエータ（２４、２６、３２、３４）の前記冷却空間（８３Ａ）及び前記断熱空間（８３Ｂ）に、それぞれ冷媒を供給する冷媒供給装置（７１Ａ、７１Ｂ）とを備える。
【００１８】
これによれば、冷媒供給装置が、本発明の冷却空間及び断熱空間に、それぞれ冷媒を供給しつつ、駆動装置が本発明の電磁アクチュエータによってステージを移動させる駆動力を発生するので、電磁アクチュエータのコイルの冷却と断熱とが効率良く行われ、ステージの周囲の空気に熱による揺らぎやステージの熱膨張を抑制しつつステージを駆動することができる。したがって、ステージの位置制御を精度良く行うことができる。
この場合において、冷却空間に供給する冷媒と、断熱空間に供給する冷媒とは互いに異なる物性を有するものとすることができる。また、冷媒供給装置は、冷却空間と断熱空間とに、それぞれ異なる流速で冷媒を供給することもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る露光装置１００の全体的な構成が概略的な構成が示されている。なお、この露光装置１００は、いわゆるステップ・アンド・スキャン露光方式の投影露光装置である。
【００２０】
この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウエハＷをＸＹ平面内でＸＹ２次元方向に駆動するステージ装置としてのウエハステージ装置１５、及びこれらの制御系等を備えている。
【００２１】
前記照明系ＩＯＰは、光源ユニット、シャッタ、２次光源形成光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（いずれも不図示）から構成されている。この照明系ＩＯＰの構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開示されている。この照明系１０から出力された照明光ＩＬは、折り曲げミラー６２で反射された後にレチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形（又は円弧状）の照明領域を照明する。
【００２２】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。このレチクルステージＲＳＴ上にはレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）６６からのレーザビームを反射する移動鏡６４が固定されており、レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置はレチクル干渉計６６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
【００２３】
レチクル干渉計６６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報はステージ制御系６８及びこれを介して主制御装置６０に送られ、ステージ制御系６８では主制御装置６０からの指示に応じ、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００２４】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸ（照明光学系の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向とされている。ここでは両側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。この投影光学系ＰＬは所定の投影倍率、例えば１／５（あるいは１／４）を有する縮小光学系である。このため、照明光学系からの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な被露光領域に形成される。
【００２５】
前記ウエハステージ装置１５は、駆動装置１０、ウエハステージ３６、冷却制御機７１Ａ、及び冷却制御機７１Ｂから構成されている。
【００２６】
前記駆動装置１０は、図２に示されるように、定盤１２と、定盤１２上に固定されたＸガイド１４と、定盤１２上面及びＸガイド１４に沿ってＸ方向に移動可能な移動体１６とを含んでいる。
【００２７】
前記定盤１２としては、例えば、鉄に比べ軽量で傷のつき難いアルミナセラミックス製の長方形状のものが使用される。この定盤１２の上面は基準面とされている。
【００２８】
前記Ｘガイド１４としては、例えばアルミナセラミックス製のものが使用される。このＸガイド１４は、定盤１２上のＹ方向の一端面近傍にＸ方向に沿って配置されている。このＸガイド１４のＹ方向の他端側の面は基準面とされている。
【００２９】
前記移動体１６は、定盤１２上にＸガイド１４に近接してＸ方向に沿って配置された断面Ｌ字状部材から成る第１のＹガイド搬送体１８と、この第１のＹガイド搬送体１８から所定距離隔てて当該第１のＹガイド搬送体１８と平行に定盤１２上に配置された細長い板状部材から成る第２のＹガイド搬送体２０と、これら第１、第２のＹガイド搬送体１８、２０相互間に架設されたＹ方向に延びる前記Ｙガイド２２とを有している。
【００３０】
定盤１２上のＸガイド１４のＹ方向の一側には、第１のＸリニアモータ２４の固定子としての電機子ユニット２４Ａが、Ｘガイド１４に近接してＸ方向に延設されている。また、定盤１２上のＹ方向の他端部近傍で第２のＹガイド搬送体２０のＹ方向の他側には、第２のＸリニアモータ２６の固定子としての電機子ユニット２６Ａが、Ｘ方向に延設されている。すなわち、本実施形態では、第１、第２のＸリニアモータ２４、２６として、いわゆるムービングマグネット型のリニアモータが使用されている。
【００３１】
第１のＸリニアモータ２４の磁界発生ユニットとしての磁極ユニット（可動子）２４Ｂは、連結部材２８を介してＹガイド２２の一端に連結されており、第２のＸリニアモータ２６の磁極ユニット２６Ｂは、連結部材３０を介してＹガイド２２の他端に連結されている。このため、第１、第２のＸリニアモータ２４、２６の可動子２４Ｂ、２６Ｂの移動によって移動体１６がＸ方向に駆動されるようになっている。
【００３２】
Ｙガイド２２のＸ方向の一側と他側には、第１、第２のＹリニアモータ３２、３４の電機子ユニット（固定子）３２Ａ、３４ＡがＹ方向に沿って配置され、第１、第２のＹガイド搬送体１８、２０間に懸架されている。但し、図２では、奥側の第２のＹリニアモータの磁極ユニットは図示を省略されている。第１、第２のＹリニアモータとしてもムービングマグネット型のリニアモータが使用されている。
【００３３】
前記ウエハステージ３６は、Ｙガイド２２を上下から挟む状態で相互に平行にかつ定盤１２の上面（基準面）にほぼ平行に配置された天板３８及び底板４０と、これらの天板３８と底板４０とをＹガイド２２の両側で相互に連結する一対のＹ方向軸受体４２、４２とを有している。これらのＹ方向軸受体４２、４２はＹガイド２２との間に所定の間隙を形成した状態でＹガイド２２に平行に配置されている。これらのＹ方向軸受体４２、４２の外面には、前述した第１、第２のＹリニアモータ３２、３４の磁極ユニット３２Ｂ、３４Ｂ（但し、３４Ｂは図示せず）が取り付けられており、Ｙリニアモータ３２、３４の電機子ユニット３２Ｂ、３４Ｂの移動によってウエハステージ３６がＹ方向に駆動されるようになっている。また、Ｙ方向軸受体４２の内面には、図示しない空気吹き出し部が設けられている。更に、これらのＹ方向軸受体４２の高さ方向の寸法は、Ｙガイド２２のそれにより大きく設定されている。
【００３４】
前記天板３８は、基板テーブルを兼ねており、この天板３８の上面には、定盤１２上に固定されたＸ座標計測用レーザ干渉計４４及びＹ座標計測用レーザ干渉計４６から放射されるレーザ光を反射するＸ移動鏡４８、Ｙ移動鏡５０及びウエハＷが搭載されている。なお、このウエハＷは、実際には、上下(Ｚ方向)の移動、およびＸ、Ｙ、Ｚ軸回りの回転が可能な不図示のＺレベリングステージを介して天板３８上に搭載される。そして天板３８のステージ移動面内の位置はＸ座標計測用レーザ干渉計４４及びＹ座標計測用レーザ干渉計４６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。
【００３５】
図１に戻り、Ｘ座標計測用レーザ干渉計４４及びＹ座標計測用レーザ干渉計４６（図１においては図示せず、図２参照）からの天板３８の位置情報はステージ制御系６８及びこれを介して主制御装置６０に送られ、ステージ制御系６８では主制御装置６０からの指示に応じ、天板部３８の位置情報に基づいて電流駆動装置７０から上記の電機子ユニット２４Ａ、２６Ａ、３２Ａ、３４Ａに供給される電流の向きと大きさとを調整することにより、駆動装置１０を制御している。
【００３６】
ここで、電流駆動装置７０から電機子ユニット２４Ａ、２６Ａ、３２Ａ、３４Ａに電流が供給されると、電機子ユニット２４Ａ、２６Ａ、３２Ａ、３４Ａが発熱する。そこで、電機子ユニット２４Ａ、２６Ａ、３２Ａ、３４Ａを冷却するために、第１冷媒としての純水（比抵抗値が１８ＭΩ／cm2以上）が前記冷却制御機７１Ａから駆動装置１０に供給されており、また、第２冷媒としてのフロリナートＦＣ−７７（住友スリーエム（株）製、フッ素系不活性液体）が前記冷却制御機７１Ｂから駆動装置１０に供給されている。なお、駆動装置１０を介した純水及びフロリナートＦＣ−７７は、それぞれ冷却制御機７１Ａ及び冷却制御機７１Ｂに戻されるようになっている。但し、必ずしもこのような冷却液（純水及びフロリナートＦＣ−７７）の循環経路を構成することなく、熱吸収後の冷却液を外部に排出するようにしても良い。
【００３７】
また、ウエハステージ装置１５では、いろいろな所に空気噴出部と真空予圧部とを備えた真空予圧型静圧空気軸受が設けられており、かかる空気圧制御のため不図示のエアーポンプがウエハステージ装置１５に接続されている。
【００３８】
更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露光領域内部分及びその近傍の領域のＺ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検出系（焦点検出系）の一つである多点フォーカス位置検出系（図示省略）が設けられている。この多点フォーカス位置検出系の詳細な構成等については、例えば特開平６−２８３４０３号公報に開示されている。
【００３９】
以上のように構成された本実施形態の露光装置１００では、レチクルＲの走査方向に対して垂直な方向に長手方向を有する長方形（スリット状）の照明領域でレチクルＲが照明される。そして、レチクルＲとウエハＷとが互いに逆方向に同期移動することにより、レチクルＲのパターン領域に形成されたパターンの全体がウエハＷ上のショット領域に正確な投影倍率で転写される。
【００４０】
次に、図２に示されたウエハステージ装置１５に搭載されているリニアモータ２４、２６、３２、３４について、図３〜図５を参照して説明する。なお、リニアモータ２４、２６、３２、３４は、互いに同様に構成されているので、以下ではリニアモータ２４を例にとって説明する。
【００４１】
上述のように、リニアモータ２４は、電機子ユニット２４Ａと磁極ユニット２４Ｂとから構成されている。
【００４２】
前記磁極ユニット２４Ｂは、図３に示されるように、磁性体から成り、端面の形状がＵ字状でストローク方向（Ｘ軸方向）に延びた磁極ベース７２と、磁極ベース７２の空隙を隔てて互いに対向する内壁の一側に埋め込まれた界磁磁石群７４と、互いに対向する内壁の他側に埋め込まれた界磁磁石群７６とから構成されている。ここで、磁石群７４は、露出磁極面がＮ極の界磁磁石７４Ｎと露出磁極面がＳ極の界磁磁石７４Ｓ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。なお、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面と界磁磁石７４Ｓの露出磁極面とは同一形状であり、ストローク方向の幅（ｌ）となっている。そして、界磁磁石７４Ｎと界磁磁石７４Ｓとは、ストローク方向に幅（Ｌ−ｌ）の空間を隔てて配置されている。また、界磁磁石群７６は、露出磁極面がＳ極の界磁磁石７６Ｓと露出磁極面がＮ極の界磁磁石７４Ｎ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。なお、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面及び界磁磁石７４Ｓの露出磁極面は、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面又は界磁磁石７４Ｓの露出磁極面と同一形状となっている。そして、界磁磁石７４Ｎと界磁磁石７６Ｓとが、また、界磁磁石７４Ｎと界磁磁石７６Ｓとが空隙を隔てて対向するように配置されている。
【００４３】
このため、界磁磁石群７４と界磁磁石群７６との間の空隙は、ストローク方向に沿って周期Ｌで、ストローク方向の直交方向（Ｙ軸方向）の交番磁束が発生している界磁空隙となっている。そして、界磁磁石群７４、界磁磁石群７６、磁極ベース７２、及び界磁空隙によって磁気回路が構成されている。
【００４４】
なお、本実施形態の磁極ユニット２４Ｂでは、界磁磁石群７４及び界磁磁石群７６を磁極ベース７２に埋め込んだが、磁極ベース７２の対向する内壁を平坦面とし、界磁磁石群７４及び界磁磁石群７６を磁極ベース７２の対向する内壁に接着剤等で貼り付けて磁極ユニットを構成することもできる。
【００４５】
前記電機子ユニット２４Ａの概略的な構成は、図４に示されている。ここで、図４（Ａ）は、電機子ユニット２４ＡをＸＺ面に平行な面による断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００４６】
図４に示されるように、電機子ユニット２４Ａは、非磁性体の金属あるいは樹脂等からなる電機子べース７８と、非磁性体の材質から成り、中空の直方体の一面を開口させた形状を有し、開口部が電機子べース７８の＋Ｚ方向側の面に固定されたキャン８０とを備えている。
【００４７】
電機子べース７８及びキャン８０で形成された閉空間は、仕切り部材としての仕切り材８１で冷却空間８３Ａと断熱空間８３Ｂとに区画されている。ここで、ストローク方向に直交する断面を見たときには、図４（Ｂ）に示されるように、冷却空間８３Ａは断熱空間８３Ｂによって取り囲まれている。仕切り材８１は、非磁性体であるＳＵＳ（ステンレス）等の金属、非導体のプラスチック等の樹脂、あるいはセラミック等からなり接着剤等でキャン８０に、長手方向両端が固定されており、冷却空間８３Ａ側の壁面は、その壁面に沿った純水の流れが乱流となる表面粗さに加工されている。また、仕切り材８１の断熱空間８３Ｂ側の壁面は鏡面加工されている。そして、冷却空間８３Ａに、Ｎ個の扁平コイル８４Ａ1、…、８４ＡNからなる扁平コイル群８４Ａと、扁平コイル群８４Ａの＋Ｙ方向側に不図示のＮ個の扁平コイル８４Ｂ1、…、８４ＢNからなる扁平コイル群８４Ｂとが配置されている。
【００４８】
各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂi（ｉ＝１〜Ｎ）（以下、任意の１つを「扁平コイル８４」という）は同様に構成されており、その概略的な構成が図５に示されている。ここで、扁平コイル８４を図４（Ａ）の紙面手前側から見たときを正面視として、その正面図が図５（Ａ）に、右側面図が図５（Ｂ）に、また、平面図が図５（Ｃ）に示されている。なお、図５においては、作図の関係で巻数が３の場合を示しているが、通常、電線は幅Ｌ／３に比べて十分に細いものであるので、巻き数は３よりも大きい数となる。
【００４９】
図５（Ａ）〜（Ｃ）から総合的に明らかなように、扁平コイル８４は、正面視において所定幅の六角形状となる平面状コイルである。より具体的には、電線９０が、正面視において、Ｚ軸方向の両端部が２頂点となる六角形状に巻かれ、前述の磁極ユニット２４Ｂにおける交番磁束の周期Ｌのほぼ１／３（＝Ｌ／３）の幅の辺を有し、中空部のストローク方向（Ｘ軸方向）に関する最大幅がほぼ２Ｌ／３となるように構成されている。また、扁平コイル８４は、コイル中心を通るストローク方向に延びる軸に対してほぼ線対称となる六角形を形成するように構成されている。
【００５０】
この結果、磁極ユニット７２が形成するストローク方向に沿った周期Ｌの交番磁束が発生している界磁空隙中に、扁平コイル８４が配置され、電流駆動装置７０から扁平コイル８４に電流（Ｉ）が供給されると、各辺に発生するローレンツ電磁力の合力として扁平コイル全体にはストローク方向と平行な力のみが働く。かかる扁平コイル８４に働く力の向き及び大きさは、電流駆動装置７０から扁平コイル８４に供給された電流の向き及び大きさ並びに扁平コイルと交番磁界と位置形関係によって決まることになる。
【００５１】
また、扁平コイル８４は、Ｚ軸方向の両端部において折り返されているが、この折り返し部において電線９０が断線しないように緩やかに折り曲げている。この結果、特に図５（Ｂ）に明瞭に表されるように、折り返し部のそれぞれにおいて、その内部にストローク方向に延びる空間９２1、９２2が形成されている。
【００５２】
以上のような扁平コイル８４は、コイル用の電線９０を巻いて、中空部の形状が六角柱状となるコイルを作製後、そのコイルを平面状に押し潰すことによって製造することができる。
【００５３】
図４に戻り、扁平コイル群８４Ａは、上記のように構成された扁平コイル８４Ａiが、ストローク方向に沿って、扁平コイル８４ＡiのＺ軸に平行な辺が隣接するように順次並べられて構成される。扁平コイル群８４Ａは、各扁平コイル８４Ａiの空間９２1を貫通する線状支持部材としての支持線材８６Ａ1及び各扁平コイル８４Ａiの空間９２2を貫通する線状支持部材としての支持線材８６Ａ2によって支持されている。そして、支持線材８６Ａ1、８６Ａ2の一端はスペーサ８２Ａを介してキャン８０に固定され、他端はスペーサ８２Ｂを介してキャン８０に固定されている。
【００５４】
また、扁平コイル群８４Ｂは、扁平コイル群と同様に、扁平コイル８４Ｂiが、ストローク方向に沿って、扁平コイル８４ＢiのＺ軸に平行な辺が隣接するように順次並べられて構成される。そして、扁平コイル群８４Ｂは、扁平コイル群と同様に、一端がスペーサ８２Ａを介してキャン８０に固定され、他端がスペーサ８２Ｂを介してキャン８０に固定された支持線材８６Ｂ1、８６Ｂ2によって支持されている。
【００５５】
なお、支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2のキャン８０への固定は、スペーサ８２Ａ、８２Ｂを介さずに溶接等によって直接固定してもよい。また、支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2に張力をかけた状態で、支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2をキャン８０に固定してもよい。
【００５６】
支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2の材質としては、剛性が高く、熱伝導率の低い金属、セラミック、プラスチック等の樹脂などが好ましい。例えば、高張力ワイヤ（ばね鋼、ピアノ線等）、被覆導線、ナイロン線、金属のより糸等がある。また、ぺルチェ素子を用い、支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2に冷却機能を持たせることも可能である。また、支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2に形状記憶合金を用いれば、キャン内部の冷媒の温度、もしくはコイルの使用温度に応じて、扁平コイル８４の保持状態を調節することもできる。
【００５７】
更に、導電性の支持線材８６Ａ1、８６Ａ2、８６Ｂ1、８６Ｂ2を用いることにより、各扁平コイル８４への電気的配線として利用することもできる。この場合には、キャン内部において別途の電気配線を簡素化することができる。
【００５８】
また、キャン８０には、冷却空間８３Ａに冷却効果の高い冷媒である純水を供給するための流入口８８Ａ及び冷却空間８３Ａから純水を排出するための流出口８９Ａが設けられている。そして、図１に示される冷却制御機７１Ａから純水が流入口８８Ａを介して冷却空間８３Ａに送り込まれ、該冷却空間８３Ａを通過するときに扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiとの間で熱交換を行う。かかる熱交換にあたって、仕切り材８１の冷却空間８３Ａ側壁面は、上記のように純水流が乱流化するように表面粗さに加工されているので、純水流のレイノズル数が臨界レイノルズ数よりも大きな乱流化となりやすい。純水流が乱流の場合、固体−液体間熱伝達係数は層流の場合に比べて大きく（十〜数十倍）、迅速な除熱がなされる。扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiで発生した熱を吸収して高温となった純水が流出口８９Ａを介して外部に排出されるようになっている。こうして、流出口８９Ａを介して排出された純水は液通路を介して前記冷却制御機７１Ａに戻され、ここで再び冷却されて冷却空間８３Ａに送り込まれるようになっている。
【００５９】
また、キャン８０には、断熱空間８３ＢにフロリナートＦＣ−７７を供給するための流入口８８Ｂ及び断熱空間８３Ｂから純水を排出するための流出口８９Ｂが設けられている。そして、図１に示される冷却制御機７１ＢからフロリナートＦＣ−７７が流入口８８Ｂを介して断熱空間８３Ｂに送り込まれ、該断熱空間８３Ｂを通過するときに仕切り材８１との間で熱交換を行う。仕切り材８１の断熱空間８３Ｂ側壁面は上記のように鏡面加工されており、断熱空間８３ＢにおけるフロリナートＦＣ−７７の流れにおいて乱流が発生しにくくなっているので、仕切り材８１から吸収した熱がキャン８０に到達する前に、フロリナートＦＣ−７７が流出口８９Ｂから排出される。こうして、流出口８９Ｂを介して排出されたフロリナートＦＣ−７７は液通路を介して前記冷却制御機７１Ｂに戻され、ここで再び冷却されて冷却空間８３Ａに送り込まれるようになっている。
【００６０】
リニアモータ２４では、電機子ユニット２４Ａの各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiへ供給する電流を電流駆動装置７０が制御することにより、各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiに発生するローレンツ電磁力の反力によって磁極ユニット２４Ｂが駆動される。かかる磁極ユニット２４Ｂの駆動においては、扁平コイル群８４Ａ、８４Ｂの各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiの電流経路辺の幅Ｌ／３が磁極ユニット２４Ｂにおける交番磁束の周期Ｌのほぼ１／３であることから、ストローク方向に順次配列された扁平コイル８４Ａi、又は扁平コイル８４Ｂiの連続する３つから成る扁平コイル組に対して、３相電流が電流駆動装置７０によって供給される。
【００６１】
以上のように構成された本実施形態のリニアモータ２４では、電機子ユニット２４Ａの各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiに電流を供給しつつ、電機子ユニット２４Ａの冷却空間８３Ａに各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiの冷却用の冷媒である純水を供給するとともに、断熱空間８３Ｂに各扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiで発生した熱の断熱用の冷媒であるフロリナートＦＣ−７７を供給することにより、冷却と断熱とを効率良く行うことができる。したがって、冷媒の流路を狭めつつ所望の冷却と断熱とを効率的に行うことができる。
【００６２】
このため、磁極ユニット２４Ｂを従来と同様に構成し、また界磁空隙の幅も従来と同様にしたとき、界磁空隙における磁束密度を低下させずに電機子ユニット２４Ａのコイル８４Ａi、８４Ｂiの電線の巻数を増加させることができ、有効電線長を長くすることができる。一方、電機子ユニット２４Ａの扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiの電線の巻数を従来と同様とした場合には、界磁空隙の幅を狭めることができ、有効電線長を短くすることなく界磁空隙の磁束密度を増加させることができる。したがって、リニアモータの推力性能を向上することができる。
【００６３】
また、ストローク方向に直交する断面を見たときに冷却空間８３Ａが断熱空間８３Ｂによって取り囲まれるように、電機子べース７８とキャン８０とで形成された閉空間を仕切り材８１によって区画したので、ストローク方向の直交方向に関する扁平コイル８４Ａi、８４Ｂiで発生した熱の外部への漏れを効果的に低減できる。
【００６４】
したがって、リニアモータ２４及びこれと同様に構成されたリニアモータ２６、３２、３４を駆動力の発生源として使用する本実施形態のウエハステージ装置１５では、光干渉計による位置検出精度の低下の原因となるウエハステージ装置１５の周囲の空気に熱による揺らぎや、ウエハステージ装置１５自身を構成する部材を含む露光装置１００の構成部材の熱膨張を効果的に抑制することができる。したがって、ウエハステージ装置１５に搭載されたウエハＷの位置制御を精度良く行うことができる。
【００６５】
そして、上述のように構成された本実施形態の投影露光装置１００によれば、ウエハステージ装置１５によって精度の良いウエハＷの位置制御が行われるので、露光精度を向上して、レチクルＲに形成されたパターンをウエハＷのショット領域に転写することができる。
【００６６】
なお、上記の実施形態においては、冷却空間８３Ａに供給される冷却用冷媒として純水を使用したが、冷却用冷媒としては、熱伝導率が高く、比熱が大きく、熱容量が大きな冷媒、すなわち冷却効果が高い冷媒であれば使用可能である。また、断熱空間８３Ｂに供給される断熱用冷媒としてフロリナートＦＣ−７７を使用したが、熱伝導率が低く、比熱が小さく、熱容量が小さな冷媒、すなわち断熱効果が高い冷媒であれば使用可能である。なお、流速等を調整することにより、冷却用冷媒と断熱用冷媒とを同一の冷媒とすることもできる。さらに、上記実施形態では電機子コイルの冷却用に冷却液を使用したが、冷媒となる流体であれば気体冷媒を使用することが可能である。
【００６７】
また、上記の実施形態においては、冷却空間８３Ａ内の冷却にあたっては冷媒として純水を供給しているが、他の熱交換手段、例えば冷却空間８３Ａの周囲の仕切り部材８１等に配設されたヒートパイプ等によって、冷却空間８３Ａ内を冷却することも可能である。
【００６８】
また、上記の実施形態においては、ウエハステージ装置１５に扁平コイルを線状支持部材によって支持したリニアモータを適用したが、これらと同様の構成のリニアモータをレチクルステージＲＳＴに適用することも可能である。この場合には、レチクルステージＲＳＴの周囲の空気に熱による揺らぎやレチクルステージＲＳＴを構成する部材の熱膨張を抑制しつつ、大きな推力で駆動することができる。したがって、レチクルステージＲＳＴに搭載されたレチクルを迅速にＹ軸方向に移動することができるとともに、レチクルＲの位置決めを精度良く行うことができる。
【００６９】
また、上記の実施形態では、リニアモータの構成において、電機子ユニットを固定子とし、磁極ユニットを可動子としたが、電機子ユニットを可動子とし、磁極ユニットを固定子とすることも可能である。
【００７０】
また、上記の実施形態では、扁平コイルの形状を六角形状としたが、ストローク方向に配列可能な形状であれば、他の形状とすることが可能である。更に、扁平コイルの電流経路辺の幅を磁極ユニットによる交番磁束の周期の１／３とし、３相電流を供給することにしたが、電流経路辺の幅を磁極ユニットによる交番磁束の周期の１／ｎ（ｎは、２以上かつ３以外の整数）とし、ｎ相電流を供給することにしても推力性能を向上することができる。
【００７１】
また、上記の実施形態では、扁平コイルを使用したが、扁平コイルに代えて例えば巻線ボビンに巻かれたコイルを使用することも可能である。更に、コイルの支持部材は線状部材に限定されず、例えば板状部材としてもよい。
【００７２】
また、上記の実施形態では、仕切り部材として１つの部材８１であって、その断面形状が閉図形となるものを使用したが、仕切り部材による区画はこれに限定されない。すなわち、電機子ユニットとして、幅を狭めたい又は冷媒流路の幅がとれない等の事情により断熱機能を高める必要がある方向について、冷却空間とキャンとの間に断熱空間を形成する区画であればよい。例えば、磁束方向についての冷媒流路の幅を狭めたい場合には、図６に示されるように、２枚の仕切り部材８１1、８１2によって、冷却空間８３Ａと２つの断熱空間８３Ｂ1、８３Ｂ2とに区画することも可能である。なお、この場合には、２つの断熱空間８３Ｂ1、８３Ｂ2ごとに冷媒の流入口８８Ｂ1、８８Ｂ2及び流出口（不図示）を設けることが必要なる。
【００７３】
また、上記の実施形態では、磁極ユニットの界磁磁石に永久磁石を使用したが、永久磁石に代えて永久磁石と同様な方向に磁力線を発生する電磁石を使用することも可能である。
【００７４】
また、本発明は、ローレンツ電磁力を駆動力とする場合に限定されず、例えば可変磁気抵抗方式等の電機子コイルを使用する電磁アクチュエータについて適用が可能である。
【００７５】
また、本発明は、紫外線を光源にする縮小投影露光装置、波長１０ｎｍ前後の軟Ｘ線を光源にする縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前後を光源にするＸ線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイオンビームによる露光装置などあらゆるウエハ露光装置、液晶露光装置等に適応できる。また、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を問わない。
【００７６】
さらに、本発明は、露光装置への適用に限定されず、物体の形状を３次元的に測定する３次元測定器の移動系等、種々の装置の駆動装置、コイルを利用する種々の機器にも適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の電磁アクチュエータによれば、電機子ユニットの内部区間において、仕切り部材によって電機子コイルを収納する冷却空間と断熱空間とが形成されるので、冷却空間では電機子コイルで発生した熱の除去を行い、断熱空間では主に内部空間と外部空間との断熱を行うことにより、電機子コイルで発生した熱の除去と断熱とを効果的に行うことができる。
【００７８】
また、本発明のステージ装置によれば、本発明の電磁アクチュエータによってステージの駆動力を発生するので、ステージの周囲の空気に熱による揺らぎやステージの熱膨張を抑制しつつ、ステージを駆動することができる。したがって、ステージの位置制御を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る露光装置の概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の装置のウエハステージ装置を構成する駆動装置とウエハステージとの詳細構成を説明するための図である。
【図３】図２のウエハステージ装置に使用されるリニアモータの磁極ユニットの概略的な構成を示す図である。
【図４】図２のウエハステージ装置に使用されるリニアモータの電機子ユニットの概略的な構成を示す図である（Ａ、Ｂ）。
【図５】図４の電機子ユニットで使用される扁平コイルの構成を説明するための図である（Ａ〜Ｃ）。
【図６】変形例のリニアモータの電機子ユニットの概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…駆動装置、１５…ウエハステージ装置（ステージ装置）、２４，２６，３２，３４…リニアモータ（電磁アクチュエータ）、２４Ａ，２６Ａ，３２Ａ，３４Ａ…電機子ユニット、２４Ｂ，２６Ｂ，３２Ｂ，３４Ｂ…磁極ユニット、３６…ウエハステージ（ステージ）、７１Ａ，７１Ｂ…冷却制御機（冷媒供給装置）、８１…仕切り材（仕切り部材）、８３Ａ…冷却空間、８３Ｂ…断熱空間、８４Ａi，８４Ｂi…扁平コイル（電機子コイル）。
【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】
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【図６】
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