(57)【要約】【課題】電機子コイルの熱を効率よく除熱する。【解決手段】  平面モータ５０を構成する固定子６０内の電機子コイル３８の熱は、定盤２１の本体部３５内に設けられた熱伝導素子７１ａを介して、定盤２１の底部に配置された流路７１ｂ内の冷媒に伝熱され、この流路７１ｂを有する蒸発器７１を含んで蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する冷却装置により効率良く除熱される。これにより、定盤２１上の基板ステージＷＳＴの周囲の雰囲気の揺らぎを抑えることが可能となる。そして、干渉計を用いて構成されるウエハ干渉計の高い位置計測精度を維持することができ、ウエハＷ（基板ステージＷＳＴ）の位置決め精度を向上するとともにスループットを改善することが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース上で移動する移動体と、
前記ベース内に配列された複数のコイルユニットを含む固定子と前記移動体内に設けられた少なくとも１つの磁石ユニットを含む可動子とから構成される駆動装置と、
前記複数のコイルユニットを挟んで前記移動体の逆側に配置され、前記複数のコイルユニットのうちの少なくとも一部に前記ベース内に設けられた熱伝導素子を介して接続する流路を有し、該流路に潜熱変化する第１熱媒体が流れる蒸発器を含んで第１蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する冷却装置と、を備える移動体装置。
【請求項２】
前記蒸発器には前記第１熱媒体の温度を測定する温度センサが設けられ、
前記温度センサの測定結果に基づいて、前記第１熱媒体の温度、圧力、流量、及び気液率のうちの少なくとも１つを制御する制御系をさらに備える、請求項１に記載の移動体装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記複数のコイルユニットに接続する複数の前記流路をそれぞれ有する前記蒸発気を複数含む、請求項１又は２に記載の移動体装置。
【請求項４】
前記第１蒸気圧縮冷凍サイクルは、さらに、前記蒸発器からの前記第１熱媒体を断熱圧縮する圧縮機と、該圧縮機からの前記第１熱媒体を定圧冷却して凝縮する凝縮器と、該凝縮器からの前記第１熱媒体を絞り膨張する膨張弁と、を含んで構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体装置。
【請求項５】
前記凝縮器は、前記第１熱媒体と用水との間で熱交換する、請求項４に記載の移動体装置。
【請求項６】
前記冷却装置は、さらに、前記凝縮器との間で熱交換する別の蒸発器を含んで第２蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する、請求項４に記載の移動体装置。
【請求項７】
前記第２蒸気圧縮冷凍サイクルは、さらに、前記別の蒸発器からの潜熱変化する第２熱媒体を断熱圧縮する別の圧縮機と、該別の圧縮機からの前記第２熱媒体を凝縮する第１凝縮器と、該第１凝縮器からの前記第２熱媒体を絞り膨張する第１膨張弁と、該第１膨張弁からの前記第２熱媒体を凝縮する第２凝縮器と、該第２凝縮器からの前記第２熱媒体を絞り膨張する第２膨張弁と、を含んで構成される、請求項６に記載の移動体装置。
【請求項８】
前記第１及び第２凝縮器は、前記第２熱媒体と用水との間で熱交換する、請求項７に記載の移動体装置。
【請求項９】
前記複数のコイルユニットが配列された前記ベース内の空間に顕熱変化する第３熱媒体が流れる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動体装置。
【請求項１０】
前記ベースと前記流路とを含んで前記移動体に対するカウンタマスが構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の移動体装置。
【請求項１１】
エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、
前記物体を保持する前記移動体を駆動する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の移動体装置を備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体装置及び露光装置に係り、特に、ベース上で移動する移動体を駆動する移動体装置、及び該移動体装置を有し、半導体素子、液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いられる露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、主として、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）と、ステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））と、が用いられている。これらの露光装置では、照明光を、レチクル（又はマスク）及び投影光学系を介して、感光剤（レジスト）が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投射することによって、レチクルに形成されたパターン（の縮小像）がウエハ上の複数のショット領域に逐次転写される。
【０００３】
ウエハの位置決め精度を向上するとともにスループットを改善するために、ウエハを保持して移動するウエハステージを２次元方向に駆動する平面モータ、例えば、非接触でウエハステージを駆動可能な可変磁気抵抗駆動方式のリニアパルスモータを２軸分結合させた構造のもの、或いはリニアモータを２次元方向に展開したローレンツ電磁力駆動による平面モータが開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
しかし、いずれの平面モータにおいても、大きな駆動力を得るためにコイルユニット（に含まれる電機子コイル）に大きな電流を流すことにより、コイルユニットの発熱が問題となる。コイルユニットの発熱は、例えば、ウエハステージの周囲の雰囲気の揺らぎを生じ、干渉計を用いて構成されるウエハステージの位置計測系の計測誤差の原因となり、ウエハ（ウエハステージ）の位置決め精度、さらにスループットの低下を招くこととなる。従って、平面モータの冷却設計が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，１９６，７４５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第１の観点からすると、ベース上で移動する移動体と、前記ベース内に配列された複数のコイルユニットを含む固定子と前記移動体内に設けられた少なくとも１つの磁石ユニットを含む可動子とから構成される駆動装置と、前記複数のコイルユニットを挟んで前記移動体の逆側に配置され、前記複数のコイルユニットのうちの少なくとも一部に前記ベース内に設けられた熱伝導素子を介して接続する流路を有し、該流路に潜熱変化する第１熱媒体が流れる蒸発器を含んで第１蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する冷却装置と、を備える移動体装置である。
【０００７】
これによれば、コイルユニットの発熱は、ベース内に設けられた熱伝導素子を介して、複数のコイルユニットを挟んで移動体の逆側に配置された流路内の第１熱媒体に伝熱され、この流路を有する蒸発器を含んで第１蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する冷却装置によりコイルユニットが冷却される。これにより、ベース上の移動体の周囲の雰囲気の揺らぎを抑えることが可能となる。
【０００８】
本発明は、第２の観点からすると、エネルギビームを照射して物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持する前記移動体を駆動する本発明の移動体装置を備える露光装置である。
【０００９】
これによれば、本発明の移動体装置を備えることによりベース上の移動体の周囲の雰囲気の揺らぎが抑えられるため、移動体の位置決め精度を向上するとともにスループットを改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】基板ステージ装置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第１の実施形態における冷却装置（蒸気圧縮冷凍機）の簡略構成を示す図である。
【図５】図４の冷却装置における蒸気圧縮冷凍サイクルを示す図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図４の冷却装置に対する冷却シミュレーションの結果を示す図である。
【図７】図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。
【図８】第１の実施形態における冷却装置（蒸気圧縮冷凍機）に対する変形構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態における冷却装置（蒸気圧縮冷凍機）の簡略構成を示す図である。
【図１０】図９の冷却装置における第２蒸気圧縮冷凍サイクルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図８を用いて説明する。
【００１２】
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１００の全体的な構成が概略的に示されている。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走査型露光装置である。
【００１３】
露光装置１００は、照明系１０、レチクル（マスク）Ｒを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルステージＲＳＴを駆動するレチクルステージ駆動系１１、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷを保持する基板ステージＷＳＴ及び基板ステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系（平面モータ）５０等を含む基板ステージ装置３０、並びにこれらの制御系等を備えている。
【００１４】
照明系１０は、例えば特開平９−３２０９５６号公報に開示されるように、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、照度分布のほぼ均一な露光用照明光を射出する。この照明光により、レチクルＲ上の矩形（あるいは円弧状）の照明領域ＩＡＲが均一な照度で照明される。
【００１５】
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。また、レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）上をリニアモータ等で構成されたレチクルステージ駆動系１１（図７参照）により、所定の走査方向（ここではＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１６】
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）１６からのレーザビームを反射する移動鏡１５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１６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、レチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいて、レチクルステージ駆動系１１（図７参照）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００１７】
投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの下方に配置され、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、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。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、照明系１０からの照明光によってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、このレチクルＲを通過した照明光により、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲの照明領域ＩＡＲ内の回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の照明領域ＩＡＲに共役な露光領域ＩＡに形成される。
【００１８】
基板ステージ装置３０は、図１に示されるように、ベース盤１２、ベース盤１２上に配置された定盤２１、ベース盤１２上で定盤２１を駆動する定盤駆動系６８（図７参照）、定盤２１上に配置された基板ステージＷＳＴ、定盤２１上で基板ステージＷＳＴを駆動するステージ駆動系（平面モータ）５０（図７参照）、平面モータ５０を冷却する冷却装置７０（図７参照）等を備えている。
【００１９】
ベース盤１２は、床面Ｆ上に防振機構（不図示）を介してほぼ水平に（ＸＹ平面に平行に）支持されている。ベース盤１２の上面側には、ＸＹ二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数のコイルを含むコイルユニット（不図示）が収容されている。
【００２０】
定盤２１は、ベース盤１２上に、エアベアリング（不図示）を介して支持されている。定盤２１の底部には、ベース盤１２の上面側に収容されたコイルユニットに対応して、ＸＹ二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数の永久磁石及びヨークから成る磁石ユニット（不図示）が収容されている。また、定盤２１の上部には、後述する固定子６０が収容されている。
【００２１】
上述のベース盤１２内のコイルユニット（不図示）と定盤２１内の磁石ユニット（不図示）とから、例えば米国特許出願公開第２００３／００８５６７６号明細書などに開示されるローレンツ電磁力駆動方式の平面モータから成る定盤駆動系６８（図７参照）が構成される。定盤駆動系６８は、ベース盤１２上で定盤２１をＸＹ平面内の３自由度方向（Ｘ、Ｙ、θｚ）に駆動する。
【００２２】
定盤２１の３自由度方向の位置情報は、例えば干渉計又はエンコーダから構成される定盤位置計測系６９（図７参照）によって計測される。定盤位置計測系６９の出力は、主制御装置２０（図７参照）に供給される。主制御装置２０は、定盤位置計測系６９の出力に基づいて、定盤駆動系６８のコイルユニットを構成する各コイルに供給する電流の大きさ及び方向を制御し、定盤２１のＸＹ平面内の３自由度方向の位置を制御する。主制御装置２０は、定盤２１が、カウンタマスとして機能した際に、定盤２１の基準位置からの移動量が所定範囲に収まるように定盤２１を駆動する。すなわち、定盤駆動系６８は、トリムモータとして使用される。
【００２３】
基板ステージＷＳＴは、後述するように、可動子５１、支持機構３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、基板テーブル１８等から構成されている。定盤２１の上部に収容された固定子６０と、基板ステージＷＳＴの底部（ベース対向面側）に固定された可動子５１とから成る平面モータが、ステージ駆動系５０として使用される。以下においては、ステージ駆動系５０を、便宜上、平面モータ５０と呼ぶものとする。
【００２４】
基板テーブル１８上に、ウエハＷが、例えば真空吸着によって固定されている。また、基板テーブル１８上にはウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）３１からのレーザビームを反射する移動鏡２７が固定され、外部に配置されたウエハ干渉計３１により、基板テーブル１８のＸＹ面内での位置が例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、図３に示されるように、基板テーブル１８上には走査方向であるＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｙと非走査方向であるＸ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡２７Ｘとが設けられ、ウエハ干渉計３１は走査方向に１軸、非走査方向には２軸設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡２７、ウエハ干渉計３１として示されている。基板テーブル１８の位置情報（又は速度情報）は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その位置情報（又は速度情報）に基づいて平面モータ５０を介して基板ステージＷＳＴのＸＹ面内の移動を制御する。
【００２５】
基板ステージＷＳＴの構成各部、特に平面モータ５０について詳述する。
【００２６】
図２には、基板ステージ装置３０の平面図が示されている。図３には、図２のＡ−Ａ線断面図が一部省略して拡大して示されている。図２及び図３に示されるように、基板テーブル１８は、平面モータ５０を構成する可動子５１の上面（定盤２１対向面と反対側の面）にボイスコイルモータ等を含む支持機構３２ａ、３２ｂ、３２ｃによって異なる３点で支持されており、ＸＹ面に対して傾斜及びＺ軸方向の駆動が可能になっている。支持機構３２ａ〜３２ｃは、主制御装置２０によって独立に制御される（図７参照）。
【００２７】
可動子５１は、一種の空気静圧軸受け装置であるエアスライダ５７と、エアスライダ５７にその一部が上方から嵌合して一体化される平板状発磁体５３と、平板状発磁体５３に上方から係合する磁性体材料から成る磁性体部材５２とを備えている。平板状発磁体５３は、隣り合う磁極面の極性が互いに異なるようにマトリクス状に配列された複数の平板磁石から構成され、磁性体部材５２とともに磁石ユニットを構成する。また、エアスライダ５７によって、基板ステージＷＳＴが定盤２１の上面上に、例えば５μｍ程度のクリアランスを介して、浮上支持されている（図１及び図３参照）。
【００２８】
定盤２１は、図３に示されるように、上面が開口した中空の本体部３５と、本体部３５の開口部を閉塞するセラミック板３６とを備えている。セラミック板３６の可動子５１に対向する面（上面）には、可動子５１の移動面２１ａが形成されている。本体部３５とセラミック板３６とにより形成される定盤２１の内部空間４１には、移動面２１ａに沿ってＸＹ２次元方向に９行９列のマトリクス状に９×９＝８１個の電機子コイル３８が配置されている（図２参照）。電機子コイル３８としては、図２に示されるように、熱伝導率の高い部材（熱伝導部材）３９に回巻された正方形状コイルが用いられている。これらの電機子コイル３８から、平面モータ５０の固定子６０が構成されている。なお、電機子コイル３８それぞれに供給される電流の大きさ及び方向は、主制御装置２０（図７参照）によって制御される。
【００２９】
セラミック板３６の移動面２１ａと反対側（下面側）には、図３に示されるように、所定間隔で断面円形の多数の突起部３６ａが形成されている。突起部３６ａは、図２に示されるように、セラミック板３６を本体部３５に組み付けた場合に、隣接する４つの電機子コイル３８相互間の空間に対応する位置に８×８＝６４個それぞれ設けられている。
【００３０】
平面モータ５０を冷却する冷却装置７０について詳述する。
【００３１】
図３に示されるように、定盤２１の上部に形成された内部空間４１に、黒塗り矢印の方向に、電機子コイル３８を冷却するための顕熱変化する熱媒体がポンプ（不図示）により流される。顕熱変化する熱媒体として、例えば、水（冷却水）が好適である。なお、後述する蒸気圧縮冷凍サイクルにより内部空間４１内の温度が変わらない場合には、真空ポンプ（ターボ分子ポンプ等）を用いて、内部空間４１内を真空（例えば１×１０-6〔Ｔｏｒｒ〕以下）にすることとしても良い。
【００３２】
定盤２１の本体部３５には、電機子コイル３８と同じ数のパイプ状の熱伝導素子７１ａが、電機子コイル３８の中心と同じ位置に、本体部３５を貫通して内設されている。熱伝導素子７１ａの上端は本体部３５の上部に突出し、電機子コイル３８が回巻された熱伝導部材３９の孔部に嵌入されている。熱伝導素子７１ａの下端は本体部３５の底部に設けられた流路７１ｂ内に突出している。流路７１ｂは、全ての熱伝導素子７１ａの下端を繋ぐように蛇行して本体部３５の底部に形成されている。
【００３３】
熱伝導素子７１ａとして、例えばヒートパイプが好適である。ヒートパイプは、熱伝導率の高い材質から構成されるパイプ内に揮発性液体が封入されたもので、熱伝導素子７１ａの上端が電機子コイル３８の発熱により加熱され、下端を後述する蒸気圧縮冷凍サイクルにより冷却することで、揮発性液体の蒸発（潜熱の吸収）と凝縮（潜熱の放出）とのサイクルが発生して、熱伝導素子７１ａの上端から下端に電機子コイル３８の発熱を移動する。
【００３４】
なお、本体部３５の底部に流路７１ｂを設けることに代えて、流路７１ｂが形成された本体部３５と独立の部材を本体部３５を挟んで電機子コイル３８の反対側に配置することとしてもよい。いずれにおいても、固定子６０が設けられた定盤２１の上部と本体部３５と流路７１ｂが形成された部分とが一体的に構成されて、カウンタマスとして機能する。
【００３５】
上述の流路７１ｂに白抜き矢印の方向に潜熱変化する熱媒体を流すことにより、熱伝導素子７１ａと流路７１ｂとにより蒸発器７１が構成される。潜熱変化する熱媒体として、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）（特にＲ−４１０Ａ）、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）（特にＲ−１２３）等の冷媒が好適である。本実施形態では、ＨＦＣ−４１０Ａを採用する。
【００３６】
冷却装置７０は、図４に示されるように、上述の蒸発器７１と圧縮機７２と凝縮器７３と膨張弁７４とを含んで蒸気圧縮冷凍機を構成する。図５には、対応する蒸気圧縮冷凍サイクルが、実線及び破線を用いて示されている。図４及び図５において、冷媒の状態が、符号０〜３を用いて示されている。
【００３７】
冷媒は、常温（２３度）、高圧１．３ＭＰａ、気液率２０％の状態０において、蒸発器７１（流路７１ｂ）に入る。蒸発器７１内において、冷媒は、熱伝導素子７１ａにより伝熱される電機子コイル３８の熱を吸収して気化し、常温（２３度）、高圧１．３ＭＰａを維持したまま、ただし気液率１００％の状態１に遷移して、蒸発器７１（流路７１ｂ）から出る。
【００３８】
蒸発器７１からの冷媒は、状態１において、圧縮機７２に入る。圧縮機７２は、冷媒を断熱圧縮する。これにより、冷媒は、温度４０度、圧力２．４ＭＰａ、気液率１００％の状態２に遷移する。
【００３９】
圧縮機７２からの冷媒は、状態２において、凝縮器７３に入る。凝縮器７３は、工場用水ａを汲み上げ、工場用水ａと冷媒との間で熱交換して、冷媒を定圧定温（温度４０度、圧力２．４ＭＰａ）で凝縮するとともに、気化した用水ｂを排水することにより、冷媒の熱を排熱する。これにより、冷媒は、状態３に遷移する。
【００４０】
凝縮器７３からの冷媒は、状態３において、膨張弁７４に入る。膨張弁７４は、冷媒を絞り膨張する。これにより、冷媒は、状態０（常温（２３度）、高圧１．３ＭＰａ、気液率２０％）に戻り、再び蒸発器７１（流路７１ｂ）に入る。
【００４１】
上述の冷却装置７０において、例えば、蒸発器７１（流路７１ｂ）の出口（さらに入口）に温度センサを設けて、冷媒の温度を測定することとしても良い。温度センサの測定結果は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その結果に基づいて圧縮機７２と凝縮器７３と膨張弁７４とのうちの少なくとも１つを制御して、蒸発器７１（流路７１ｂ）の入口における、すなわち状態０における冷媒の温度、圧力、流量、及び気液率のうちの少なくとも１つを制御する。
【００４２】
発明者は、上述の冷却装置７０による固定子６０（電機子コイル３８）の冷却シミュレーションを行った。図６（Ａ）に示されるように、電機子コイル３８は１０００秒ごとに１２５００Ｗの発熱を繰り返すと仮定する。さらに、電機子コイル３８が配列された内部空間４１に流される冷却水の流量が毎分２０ｌ、電機子コイル３８と冷却水との間の熱コンダクタンスが２００Ｗ／Ｋ、ヒートパイプを介しての電機子コイル３８と冷媒との間の熱コンダクタンスが２０００Ｗ／Ｋ、蒸発器７１（流路７１ｂ）の入口（状態０）での冷媒の温度２３度（常温）、圧力１．３ＭＰａ、気液率２０％とする。また、冷媒のスーパーヒート（過熱）は、圧縮機７２に冷媒を入れる前に完全に気化させる必要があるので、２度に設定する。
【００４３】
図６（Ｂ）には、電機子コイル３８が配列された内部空間４１に冷却水を流すのみの従来型の冷却方法におけるシミュレーションの結果として、内部空間４１に流した冷却水の温度変化が示されている。冷却水の温度は、電機子コイル３８の発熱の繰り返しに併せて、低温度２７．５度と高温度３０．２度の間で振動している。高低差は２．７度である。
【００４４】
図６（Ｃ）には、上述の冷却装置７０を用いた場合の冷却水の温度変化が示されている。冷却水の温度は、電機子コイル３８の発熱の繰り返しに併せて、低温度２３．３５度と高温度２３．６０度の間で振動している。その高低差は、上の従来型の冷却方法における高低差２．７度に対して０．２５度と約１０倍小さい。さらに、温度は４度以上低い。従って、冷却装置７０により、高効率で電機子コイル３８が除熱できることが分かる。
【００４５】
図７には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。制御系は、装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）などを含む主制御装置２０を中心として構成されている。
【００４６】
次に、前述した基板ステージ装置３０を含む露光装置１００における露光動作の流れについて簡単に説明する。
【００４７】
まず、主制御装置２０の管理の下、レチクルローダ及びウエハローダ（いずれも不図示）によってそれぞれレチクルロード及びウエハロードが行われ、また、レチクルアライメント検出系１３、基板テーブル１８上の基準マーク板（不図示）、アライメント検出系ＡＳを用いてレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業が所定の手順に従って行われる。
【００４８】
その後、主制御装置２０により、アライメント検出系ＡＳを用いてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等のアライメント計測が実行される。
【００４９】
アライメント計測の終了後、以下のようにしてステップ・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、まず、ウエハＷのＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）の露光のための走査開始位置となるように、基板テーブル１８が移動される。同時に、レチクルＲのＸＹ位置が、走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そして、主制御装置２０が、レチクル干渉計１６によって計測されたレチクルＲのＸＹ位置情報、ウエハ干渉計３１によって計測されたウエハＷのＸＹ位置情報に基づき、レチクル駆動部（不図示）及び平面モータ５０を介してレチクルＲとウエハＷとを同期移動させることにより、走査露光が行われる。このウエハＷの移動は、主制御装置２０により、電機子コイル３８に供給する電流値及び電流方向の少なくとも一方を制御することにより行われる。
【００５０】
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、基板テーブル１８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。このようにして、ステッピングと走査露光とが順次繰り返され、ウエハＷ上に必要なショット数のパターンが転写される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態の冷却装置７０を備えることにより、電機子コイル３８の熱は、定盤２１の本体部３５内に設けられた熱伝導素子７１ａを介して、定盤２１の底部に配置された流路７１ｂ内の冷媒に伝熱され、この流路７１ｂを有する蒸発器７１を含んで蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する冷却装置７０により効率良く除熱される。これにより、定盤２１上の基板ステージＷＳＴの周囲の雰囲気の揺らぎを抑えることが可能となる。そして、干渉計を用いて構成されるウエハ干渉計３１の高い位置計測精度を維持することができ、ウエハＷ（基板ステージＷＳＴ）の位置決め精度を向上するとともにスループットを改善することが可能となる。
【００５２】
なお、冷却装置７０を構成する蒸発器７１及び圧縮機７２を、図８に示される冷却装置７０’のように、複数の電機子コイル３８を複数（ｎ）の組に分け、各組に対応する複数（ｎ）の蒸発器７１１〜７１ｎ及び圧縮機７２１〜７２ｎに置き換えてもよい。各組の電機子コイル３８に接続する熱伝導素子７１ａの下端が、蒸発器７１１〜７１ｎのそれぞれが有する流路７１ｂ内に配置される。さらに、凝縮器７３と膨張弁７４についても、電機子コイル３８の組に対応して、複数の凝縮器７３と膨張弁７４に置き換えても良い。すなわち、電機子コイル３８の組毎に、図４に示される蒸気圧縮冷凍サイクルを構築することとしても良い。
【００５３】
《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態を、図９及び図１０を用いて説明する。
【００５４】
第２の実施形態では、図９に示されるように、冷却装置７０’’は２段構成の蒸気圧縮冷凍機を構成する。すなわち、第１の実施形態における蒸発器７１を含んで構成された蒸気圧縮冷凍機を１次の蒸気圧縮冷凍機とし、１次の蒸気圧縮冷凍機を構成する凝縮器７３の熱を排熱する２次の蒸気圧縮冷凍機が追加されている。
【００５５】
２次の蒸気圧縮冷凍機の基本構成及びその機能を説明する。１次の蒸気圧縮冷凍機の基本構成及びその機能は、第１の実施形態における蒸気圧縮冷凍機（図４及び図５参照）のそれらと同じであるため、説明を省略する。
【００５６】
２次の蒸気圧縮冷凍機は、図９に示されるように、１次の蒸気圧縮冷凍機を構成する凝縮器７３と圧縮機７５と第１及び第２凝縮器７６，７８と第１及び第２膨張弁７７，７９とを含んで構成される。冷媒（潜熱変化する熱媒体）として、ＨＣＦＣ−１２３を採用する。図１０には、対応する蒸気圧縮冷凍サイクルが、実線及び破線を用いて示されている。図９及び図１０において、冷媒の状態が、符号０’〜５’を用いて示されている。
【００５７】
冷媒は、３０度、圧力約０．１ＭＰａ、気液率２５％の状態０’において、凝縮器７３に入る。凝縮器７３内において、冷媒は、１次の蒸気圧縮冷凍機の冷媒から熱を吸収して（熱交換して）気化し、３０度、圧力約０．１ＭＰａ、気液率１００％の状態１’に遷移する。
【００５８】
凝縮器７３からの冷媒は、状態１’において、圧縮機７５に入る。圧縮機７５は、冷媒を断熱圧縮する。これにより、冷媒は、温度１１０度、圧力１．０ＭＰａ、気液率１００％の状態２’に遷移する。
【００５９】
圧縮機７５からの冷媒は、状態２’において、第１凝縮器７６に入る。第１凝縮器７６は、工場用水ａを汲み上げ、工場用水ａ（例えば温度２０度）と冷媒との間で熱交換して、冷媒を定圧定温（温度１１０度、圧力１．０ＭＰａ）で凝縮する。これにより、冷媒は、状態３’に遷移する。一方、工場用水ａの温度は例えば５０度になる。
【００６０】
第１凝縮器７６からの冷媒は、状態３’において、第１膨張弁７７に入る。第１膨張弁７７は、冷媒を絞り膨張する。これにより、冷媒は、温度７０度、圧力０．４ＭＰａ（気液率３０％）の状態４’に遷移する。
【００６１】
第１膨張弁７７からの冷媒は、状態４’において、さらに、第２凝縮器７８に入る。第２凝縮器７８は、工場用水ａ（温度５０度）と冷媒との間で熱交換して、冷媒を定圧定温（温度７０度、圧力０．４ＭＰａ）で凝縮する。これにより、冷媒は、状態５’に遷移する。一方、工場用水ａは気化し（温度１００度）、その気化した用水ｂを排水することにより、冷媒の熱を排熱する。
【００６２】
第２凝縮器７８からの冷媒は、状態５’において、第２膨張弁７９に入る。第２膨張弁７９は、冷媒を絞り膨張する。これにより、冷媒は、温度３０度、圧力約０．１ＭＰａ、気液率２５％の状態０’に戻り、再び凝縮器７３に入る。
【００６３】
上述の冷却装置７０’’において、例えば、蒸発器７１（流路７１ｂ）の出口（さらに入口）に温度センサを設けて、冷媒の温度を測定することとしても良い。温度センサの測定結果は、主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、その結果に基づいて圧縮機７２と凝縮器７３と膨張弁７４とのうちの少なくとも１つを制御して、蒸発器７１（流路７１ｂ）の入口における、すなわち状態０における１次の蒸気圧縮冷凍機の冷媒の温度、圧力、流量、及び気液率のうちの少なくとも１つを制御する。さらに或いはこれに代えて、主制御装置２０は、圧縮機７５と第１及び第２凝縮器７６，７８と第１及び第２膨張弁７７，７９のうちの少なくとも１つを制御して、凝縮器７３の入口における、すなわち状態０’における２次の蒸気圧縮冷凍機の冷媒の温度、圧力、流量、及び気液率のうちの少なくとも１つを制御する。
【００６４】
排熱に要する工場用水の流量を考える。電機子コイル３８の発熱をＱ＝７０ｋＷと仮定する。電機子コイル３８が配列された内部空間４１に冷却水を流すのみの従来型の冷却方法の場合、工場用水の温度を２０度、排熱用水の温度を３５度（温度差ΔＴ＝１５度）として、電機子コイル３８の発熱を排熱するには毎分６７ｌの流量を要することとなる。これに対し、本実施形態の冷却装置７０’’を採用した場合、工場用水は、上述の通り第１及び第２凝縮器７６，７８により２０度から１００度に加熱され且つ気化する。この工場用水が吸収する単位流量〔毎分１ｌ〕あたりの熱量は約４３ｋＷである。従って、電機子コイル３８の発熱Ｑ＝７０ｋＷを排熱するには、毎分１．６ｌの流量を要することとなる。これは、従来型の冷却方法の場合に要する工場用水の流量の約４０分の１である。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の冷却装置７０を含んで２段構成の蒸気圧縮冷凍機を構成する冷却装置７０’’を採用することにより、少ない量の工場用水を用いて効率的に電機子コイル３８の熱を排熱することが可能となる。これにより、定盤２１上の基板ステージＷＳＴの周囲の雰囲気の揺らぎを抑えることが可能となる。そして、干渉計を用いて構成されるウエハ干渉計３１の高い位置計測精度を維持することができ、ウエハＷ（基板ステージＷＳＴ）の位置決め精度を向上するとともにスループットを改善することが可能となる。また、少ない量の工場用水を用いて効率的に排熱できるため、経済的でもある。
【００６６】
なお、上述の実施形態では、本発明が、液体（水）を介さずにウエハＷの露光を行うドライタイプの露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば国際公開第９９／４９５０４号、欧州特許出願公開第１,４２０,２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウエハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウエハを露光する露光装置にも本発明を適用することができる。また、例えば国際公開第２００７／０９７３７９号（対応米国特許出願公開第２００８／００８８８４３号明細書）に開示される、液浸露光装置などにも、本発明を適用することができる。
【００６７】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に本発明を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも本発明は適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも本発明を適用できる。また、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも本発明は適用が可能である。
【００６８】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。また、前述の照明領域及び露光領域はその形状が矩形であるものとしたが、これに限らず、例えば円弧、台形、あるいは平行四辺形などでも良い。
【００６９】
なお、上記実施形態の露光装置の光源は、ＡｒＦエキシマレーザに限らず、ＫｒＦエキシマレーザ（出力波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ（出力波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどを用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【００７０】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置に本発明を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
【００７１】
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも本発明を適用することができる。
【００７２】
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
【００７３】
露光装置の用途としては半導体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転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、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などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに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。
【００７４】
半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、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エッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（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）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１２…ベース盤、２１…定盤、３０…基板ステージ装置、３８…電機子コイル、４１…内部空間、５０…ステージ駆動系（平面モータ）、７０…冷却装置、７１…蒸発器、７１ａ…熱伝導素子、７１ｂ…流路、７２，７５…圧縮機、７３，７６，７８…凝縮器、７４，７７，７９…膨張弁、１００…露光装置、Ｗ…ウエハ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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