JP2001218424A

JP2001218424A - 流体軸受けモータ

Info

Publication number: JP2001218424A
Application number: JP2000026712A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Matsushita; 敏一松下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】温度調節カバーや排気装置を不要にし、回転
数変化に伴う発熱量変化に対応した最適な冷却を行うこ
とを可能にし、流体の必要流量を低減する。【解決手段】ベアリング固定部２とベアリング回転部
５とを有する流体軸受け部、およびモータ部３を備えた
駆動機構を有し、前記流体軸受け部の流体がモータ部３
の発熱部付近を通過する構造であり、前記流体軸受け部
に流体として窒素を供給し、その窒素を再び集めて他の
場所にあるパージ空間８の窒素置換に再利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原版（例えばレチ
クルなど）のパターンを被転写物（例えばウエハなど）
の面上に投影転写する半導体露光装置などの駆動に好適
に用いられるモータに関し、流体軸受け部とモータ部と
を備え、流体がモータ部の発熱を自己冷却可能な自己冷
却型の流体軸受けモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体露光装置では、半導体素子
の微細化に伴い、益々高い装置精度（例えばウエハとレ
チクルの位置合わせ精度やレチクルパターンのウエハへ
の転写精度）や高い生産性などが求められている。それ
を実現する為に、露光装置内各部の駆動機構も益々高い
位置決め精度や高速駆動が求められている。例えばレチ
クルを照明する照明光学系においても、光学素子を高速
で回転させたり移動させる駆動機構では、平均化効果を
得る為の光学素子（駆動される物）の大型化、スループ
ットを上げる為の高速移動、位置決め精度を向上させる
為のガイド部剛性アップ（駆動させるものの重量アッ
プ）などが必要となる。従って、上記駆動機構に使用さ
れるアクチュエータは、よりパワー（消費電力）の大き
いモータなどが必要となってきた。その結果、パワーの
大きくなったアクチュエータより発生する熱量も益々多
くなってきた。

【０００３】一方で、ウエハやレチクルの駆動精度や位
置合わせ精度は、装置内部で温度変化が起こると熱膨張
や計測値変化などにより悪化する。高い装置精度を満足
させる為に許容される温度変化は半導体素子の微細化に
伴い益々厳しくなってきている。必要な温度管理を実現
する為に露光装置では、露光装置全体をカバーで覆い装
置全体の温度管理を行うが、特に温度管理が重要な個所
は個別に温度調節機構を設けて温度管理（個別空調）を
行っている。

【０００４】さらに、特に上記のようなパワーの大きい
モータなどの大きな発熱源がある場合は、個別にその部
分をカバーで覆い、そのカバー内部の熱排気を行うこと
でカバー表面の温度を下げ、温度管理が重要な部分への
温度変化の影響を低減させてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、カバー内部の熱排気を行う専用の熱排気装置
が必要であったり、発熱源全体を覆う構造である為、カ
バーの構造が大きくなり大きな空間スペースが必要であ
った。また熱排気の為のパイプ（ダクト）を発熱源と熱
排気装置の間に接続する為、パイプ引き回しなどの為に
も大きな空間スペースを必要とした。さらに、露光装置
はウエハとレチクルの高い位置決め精度を実現する為に
レチクルやウエハを支持する構造体などを高精度で位置
制御しているが、位置制御された構造体に発熱源が配置
された場合は、熱排気のパイプが、熱排気装置の振動
を、位置制御された構造体に伝え、ウエハとレチクルの
位置決め精度を悪化させることも無視できなかった。

【０００６】本発明は、自己冷却機能を有し、温度調節
カバーや排気装置が不要であり、回転数変化に伴う発熱
量変化に対応した最適な冷却を行うことができ、流体の
必要流量を低減することができる流体軸受けモータを提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段および作用】上記課題を解決
する為に、本発明に係る流体軸受けモータは、流体軸受
け部とモータ部を備えた駆動機構を有し、前記流体軸受
け部の流体が前記モータ部の発熱部付近を通過して該モ
ータ部を冷却する構造であることを特徴とする。また、
本発明は、高位置決め精度、高速回転を実現する流体軸
受け部（特にエアベアリング）と高出力モータ部からな
るエアベアリングモータで、エアがモータの発熱部近辺
を流れる構造とすることで、発熱部を自己冷却させるこ
とができる。従ってカバーや排熱装置を不要にする。

【０００８】

【実施例】（第一の実施例）次に本発明の第一の実施例
について説明する。図１は本発明の第一の実施例に係る
流体軸受けモータを示す構成図である。この流体軸受け
モータは、窒素供給ライン１が接続されているベアリン
グ固定部２、モータ部３、および光学素子４を高精度で
高速に回転させる為の駆動ガイドとしての流体軸受けを
構成するベアリング回転部５などを備えている。流体軸
受け部は一般的な構造をしており、固定側のベアリング
固定部２と、回転する側のベアリング回転部５とを備え
て構成されている。

【０００９】ベアリング固定部２は周壁２ａと内向きフ
ランジ状の両端壁２ｂ，２ｃとを有し、ベアリング回転
部５は一端側に外向きフランジ５ａを有しており、該外
向きフランジ５ａは両端壁２ｂ，２ｃの間に配置されて
いる。

【００１０】流体軸受け部を動作させるには、所定圧力
のエアや窒素を供給するが、本実施例では後述する理由
により気体窒素を供給する。まずベアリング固定部２に
窒素供給ライン１より所定圧力の窒素が供給されると、
ベアリング固定部２の内部で窒素がスラスト軸受け用、
ラジアル軸受け用に３分岐される。一方、ベアリング固
定部２は、ベアリング回転部５の外向きフランジ５ａの
外面に対向する各内面の部分に流体パッド１７が設けら
れている。上記窒素が供給されることでベアリング回転
部５はベアリング固定部２に対して浮上する。

【００１１】一方、ベアリング回転部５とモータ部３
は、該ベアリング回転部５を高速で回転させる為のアク
チュエーターとして、モータを構成している。ベアリン
グ回転部５とモータ部３にはそれぞれコイルが巻かれて
おり、両者一体でＤＣモータと同じ働きをする。従って
電源１２からモータ部３に所定の電圧をかけるとエアベ
アリング回転部５が回転する。このモータの特徴は、コ
イル部１３がベアリング回転部５とつながっていること
である（後述する様に、窒素をコイル部１３に流す
為）。さらにベアリング回転部５の内部が空間になって
おり、レチクルを照明する照明光９がモータの内部を通
過する。

【００１２】なお、光学素子４はベアリング回転部５に
固定されて、一体で回転する。つまりベアリング固定部
２とベアリング回転部５とモータ部３は、一体で光学素
子４を回転させるベアリングとモータの機能を有する流
体軸受けモータを構成している。

【００１３】この流体軸受けモータの両側にシールガラ
ス６を設けることで、ベアリング回転部５を浮上させた
窒素７をモータ部３のコイル部１３に導くことができ
る。こうすることで、モータの発熱は主にこのコイル部
１３で起きているから、発熱源を内部から直接冷却する
ことが可能となる。よって本実施例では、エアベアリン
グ回転部５の浮上用に使用した窒素７を、ベアリング固
定部２およびモータ部３の内面とベアリング回転部５の
外面との隙間に通して流す間に、発熱源内部の冷却に利
用することで、自己冷却機能を持つことになり、発熱源
全体を覆う大きなカバーや廃熱装置が不要になる。

【００１４】さらに本実施例では、流体軸受けモータか
ら排気された窒素を他の窒素パージが必要な空間８に供
給している。窒素パージは主に、大気雰囲気中で紫外線
と不純物が化学反応を起こし、光学素子の表面に不純物
が生成され、光学素子４の透過率が下がることを防止す
る目的で行われている。本実施例のように、流体軸受け
部で使用された気体窒素７を光学素子４の保護のための
窒素パージに再利用することによって、窒素パージで消
費する窒素の量を減らすことができる。

【００１５】無論、本実施例の構造にすることで、流体
軸受け部内の光学素子４の窒素パージも行われている。

【００１６】なお、エアでなく気体窒素を流体軸受け部
に供給したのは、使用済みの窒素７を窒素パージに再利
用する為である。冷却機能だけであれば、窒素に代えて
エアを使用しても問題はない。

【００１７】（第二の実施例）図２は第二の実施例に係
る流体軸受けモータを示す構成図であって、図１に示し
たのと同一部分に同一符号を付けてある。本実施例の特
徴はコイル部１３の冷却効率を上げる為に、供給する窒
素の温度を予め冷却していることである。冷却は、窒素
供給ライン１の途中に設けられた窒素タンク１０を窒素
タンク冷却器１１によって冷却することで行っている。
窒素タンク１０の本来の目的は、流体軸受け部のベアリ
ング固定部２に設けたパッド１７に供給する窒素が停止
した場合の安全対策である。窒素供給が停止した場合、
圧力センサー１８が窒素の圧力低下を検知するとモータ
部３への電源供給を停止し、ベアリング回転部５を停止
させる。この際、ベアリング回転部５が停止するまで窒
素をベアリング固定部２に供給するのが窒素タンク１０
の目的である。この既存の窒素タンク１０を外部より冷
却することで、窒素の冷却を行う。冷却は窒素タンク冷
却器１１を用いているが、他の部分の冷却に用いている
冷却エアを当てるだけでも良い。

【００１８】（第三の実施例）図３は第三の実施例に係
る流体軸受けモータを示す構成図であって、図１及び図
２に示したのと同一部分に同一符号を付けてある。本実
施例に係る流体軸受けモータの特徴は、光学素子４の回
転数を変化させてモータ部３で消費される電力量が変化
し発熱量が変化しても、モータ部３およびベアリング固
定部２の温度を一定に保つことを可能にしていることで
ある。

【００１９】この流体軸受けモータは、ＣＰＵ１５がモ
ータ部３に供給される電源１２の電圧を制御することで
光学素子４の所望の回転数が得られる。この時、回転数
が上がれば、コイル部１３からの発熱量が増えるので、
コイル部１３の冷却能力を上げる必要がある。そこでＣ
ＰＵ１５は、窒素タンク冷却器１１の電源１２を制御す
ることで、タンク冷却器１１の冷却能力を上げて窒素の
温度を下げる。このようにして、光学素子４の回転数に
応じて適切な温度に窒素を制御することで、モータ部３
やベアリング固定部２の温度を一定に保つことが出来
る。さらにＣＰＵ１５は、窒素供給ライン１の途中に設
けられた流量調整バルブ１６を制御することでベアリン
グ固定部２に供給する窒素の量を最適化することでも、
モータ部３やベアリング固定部２の温度の一定化を図っ
ている。無論、流体軸受け部の特性を損なわない範囲で
窒素流量を変化させている。

【００２０】（第四の実施例）図４は第四の実施例に係
る流体軸受けモータを示す構成図であって、上記各実施
例の場合と同じ部分に同じ符号を付けてある。本実施例
に係る流体軸受けモータの特徴は、前述とは別の光学素
子１９がある場合に、コイル部１３を過ぎて該光学素子
１９に至るまでのモータ部３の部分に半径方向に沿って
開けた排出孔２２と、光学素子１９の外周近傍の導入溝
２４とを設け、光学素子１９に使用済み窒素７の影響を
与えないように、使用済み窒素７の流れを変えたことで
ある。例えば、光学素子１９が温度的に敏感である場合
や、コイル部１３に特殊な材料が使用されている場合な
どに使用済み窒素７を光学素子１９に流したくない場合
に有効である。流れを変える窒素２０は導入溝２４から
モータ部３に入れて、使用済み窒素７の流れを変えてい
る。流れを変える窒素２０は、新たに供給された窒素で
も良いし、流体軸受け部から出てきた窒素を利用しても
良い。

【００２１】なお、本発明は、上記実施例によって限定
されない。例えば、露光装置以外の装置を駆動するモー
タにも適用することができ、流体としてエアや気体窒素
に代えて他の気体や、場合によっては液体を用いること
もできる。

【００２２】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した流体軸
受けモータによって駆動される露光装置を利用したデバ
イスの生産方法の実施例を説明する。図５は微小デバイ
ス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフロ
ーを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパタ
ーン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計し
たパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステッ
プ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用
いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）
は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用い
て、リソグラフィ技術によりウエハ上に実際の回路を形
成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ば
れ、ステップ４により作製されたウエハを用いて半導体
チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシン
グ、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体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。こうした工程を経て半導体デ
バイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００２３】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した流体軸受けモータで
駆動される露光装置によってマスクの回路パターンをウ
エハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光し
たウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では
現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１
９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となっ
たレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行
うことにより、ウエハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。

【００２４】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流体軸受け部の流体がモータ部の発熱部付近を通過して
該モータ部を冷却し、エアベアリングモータ等の流体軸
受けモータが自己冷却機能を有するので、温度調節カバ
ーや排気装置が不要になる。

【００２６】また、モータ内部の発熱源を直接冷却する
ので、エアベアリング等の流体軸受け部を効率よく冷却
でき、エアベアリングなどの流体軸受け部に供給する流
体の温度や流量を制御することで流体軸受け部の回転数
変化に伴う発熱量変化に対応した最適な冷却を行うこと
が可能である。

【００２７】さらに流体軸受け部の浮上に利用された流
体としての窒素を別の窒素パージに利用することによ
り、窒素パージに必要な窒素流量を低減することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係る流体軸受けモー
タを示す構成図である。

【図２】本発明の第二の実施例に係る流体軸受けモー
タを示し、流体としての窒素を冷却する場合の構成図で
ある。

【図３】本発明の第三の実施例に係る流体軸受けモー
タを示し、窒素温度と窒素流量を最適化する場合の構成
図である。

【図４】本発明の第四の実施例に係る流体軸受けモー
タを示し、窒素の流れを変えた場合の構成図である。

【図５】微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図６】図５におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１：窒素供給ライン、２：ベアリング固定部、３：モー
タ部、４：光学素子、５：ベアリング回転部、６：シー
ルガラス、７：流体軸受け部で使用された窒素、８：窒
素パージ空間、９：露光光、１０：窒素タンク、１１：
窒素タンク冷却器、１２：電源、１３：コイル部、１
５：ＣＰＵ、１６：流量調整弁、１７：流体パッド、１
８：圧力センサ、１９：光学素子、２０：流れを変える
窒素、２２：排出孔、２４：導入溝。

フロントページの続きＦターム(参考） 3J102 AA02 BA03 BA19 CA07 CA11 CA33 EA02 EA06 EB01 EB05 GA01 5F046 AA22 CB20 CB23 CB27 CC03 DA26 5H607 AA02 BB01 BB04 BB14 CC01 CC05 DD16 DD17 FF01 GG01 GG02 GG14 5H609 BB06 BB19 PP02 PP09 QQ03 QQ10 RR51 RR70

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体軸受け部とモータ部を備えた駆動機
構を有し、前記流体軸受け部の流体が前記モータ部の発
熱部付近を通過して該モータ部を冷却する構造であるこ
とを特徴とする流体軸受けモータ。
【請求項２】前記流体軸受け部に流体として窒素を供
給し、その窒素を再び集めて他の場所の窒素置換に再利
用することを特徴とする請求項１に記載の流体軸受けモ
ータ。
【請求項３】前記流体軸受け部に供給する流体を予め
冷却することを特徴とする請求項１に記載の流体軸受け
モータ。
【請求項４】前記モータ部の発熱量に応じて、前記流
体軸受け部に供給する流体の温度を変えることを特徴と
する請求項１に記載の流体軸受けモータ。
【請求項５】前記モータ部の発熱量に応じて、前記流
体軸受け部に供給する流体の流量を変えることを特徴と
する請求項１に記載の流体軸受けモータ。
【請求項６】流体の流れの向きを変える別の流体を流
すことを特徴とする請求項１に記載の流体軸受けモー
タ。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の流体軸
受けモータを用いて駆動され、レチクルなどの原版のパ
ターンをウエハなどの被転写物の面上に投影転写するこ
とを特徴とする半導体露光装置。
【請求項８】請求項７に記載の半導体露光装置を用い
てデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方
法。