JP2004159493A - リニアモータ装置、ステージ装置及び露光装置並びにリニアモータ装置の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の大型化を抑え、装置の各位置での温度分布の発生を抑えることができるリニアモータ装置を提供する。
【解決手段】 リニアモータ３０は、コイルユニットである固定子３１と、液体が気化する際の気化熱によって固定子３１を冷却する冷却装置Ｓを有している。冷却装置Ｓは、気化用液体を固定子３１に沿って拡散させる拡散部７４と、拡散部７４に気化用液体を供給する滴下部８１とを備えている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、コイルユニットを有するリニアモータ装置、ステージ装置及び露光装置、並びにリニアモータ装置の冷却方法に関するものである。

半導体素子や液晶表示素子等のマイクロデバイスはマスク上に形成されたパターンを基板（感光基板）上に転写するいわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持して２次元移動するマスクステージと基板を支持して２次元移動する基板ステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して基板に転写するものである。露光装置としては、基板上にマスクのパターン全体を同時に転写する一括型露光装置と、マスクステージと基板ステージとを同期走査しつつマスクのパターンを連続的に基板上に転写する走査型露光装置との２種類が主に知られている。いずれの露光装置においてもマスクと基板との相対位置を高精度に一致させてマスクパターンの転写を行うことが要求されるため、マスクステージ及び基板ステージの位置決め精度は露光装置の最も重要な性能の一つである。

従来より、上記基板ステージ及びマスクステージ（以下、両者を総称してステージという）の駆動源としてリニアモータが用いられているが、リニアモータからの発熱はステージ位置決め精度に影響を及ぼす。例えば、リニアモータからの発熱が周囲の部材・装置を熱変形させたり、ステージの位置検出に用いられる光干渉式測長計の光路上における空気温度を変化させて測定値に誤差を生じさせる。近年における高スループット化の要求やステージ及びこのステージに支持される基板の大型化に伴ってリニアモータの高推力化が望まれているが、リニアモータの推力は駆動電流に比例し、コイルからの発熱量も駆動電流に比例するため、推力を上昇させることでコイルからの発熱量も大きくなる。したがって、リニアモータのコイルを効果的に冷却し、リニアモータからの発熱が周囲に伝わるのを防ぐ必要がある。下記文献には、キャンにより形成される内部空間を、仕切り部材によってコイルを収納する冷却空間と断熱空間とに分け、冷却空間に第１冷媒を供給してコイルを冷却し、断熱空間に第２冷媒を供給して周囲に対する断熱を行う技術が記載されている。
特開２０００−１１４０３４号公報

上記従来技術は、コイルを収容するハウジングをキャンと仕切り部材との２重構造とすることで、コイルで発生した熱の除去と周囲に対する断熱とを効果的に行うことができるため有効であるが、以下に述べる問題が生じる。
上記従来技術は、冷媒を流す流路が２重に必要であるため、リニアモータ装置、特にコイルユニットが大型化する。また、２重構造とすることによりコイルユニットの厚みが増すので、このコイルユニットを挟んで対向配置される磁石どうしの間隔が拡がることになる。磁石どうしの間隔が拡がると磁束密度が低下するため、モータ効率が低下する。すると、せっかくコイルからの発熱の周囲への影響を抑える構成にしても、モータ効率が低下することで所望の推力を得るために大きな駆動電流が必要となり、結局コイルからの発熱量も大きくなってしまう。また、より有効な冷却効果を得るために空間に供給する冷媒の流量を多くすることが考えられるが、空間内の圧力が上昇するためコイルを収容するハウジング（キャンや仕切り部材）が外側に膨らむように変形する。すると、ハウジングと磁石とが接触したり、ハウジングが塑性変形するといった不都合が生じる。圧力に抗するためにハウジングを肉厚にしたのでは、磁石どうしの間隔を拡げなければならなくなるので、上述同様の問題が生じる。

また、ハウジングの内部空間に対して入口部から供給された冷媒がコイルの熱を回収して出口部から出る際、出口部における冷媒温度のほうが入口部における冷媒温度より高くなるため、この温度差により装置内の空気の揺らぎが発生して光干渉式測長計の測定精度が低下したり、出口部周辺の部材等が熱変形（熱膨張）したりするといった不都合が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、装置の大型化を抑え、装置の各位置での温度差（温度分布）の発生を抑えることができるリニアモータ装置、このリニアモータ装置を備えたステージ装置及び露光装置、並びにリニアモータの冷却方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図２０に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明のリニアモータ装置（３０）は、コイルユニット（３１）を有するリニアモータ装置において、液体が気化する気化熱によってコイルユニット（３１）を冷却する冷却装置（Ｓ）を有することを特徴とする。本発明によれば、コイルユニットを気化熱によって冷却するようにしたので、すなわち、液体が液相から気相に相変化する際の潜熱により冷却するようにしたので、液体の相変化において温度上昇を伴わずに冷却することができる。したがって、装置の各位置における温度分布の発生を抑えることができる。また、気化熱により冷却する構成であるので、装置に対して多量の液体を供給しなくても所望の冷却効果を得ることができる。したがって、装置を大型化することなく冷却効果を得ることができる。

本発明のリニアモータ装置において、冷却装置（Ｓ）は、液体をコイルユニット（３１）に沿って拡散させる拡散部（７４）と、拡散部（７４）に液体を供給する液体供給装置（１０２、８１）とを有することを特徴とする。これによれば、液体供給装置により供給された液体は拡散部により冷却対象領域に満遍なく拡がるので、均一で良好な冷却効果を得ることができる。この場合において、拡散部（７４）は、網目を介して液体を拡散する網状部材を有することができる。なお、拡散部としては、繊維状シートや多孔質体であってもよい。あるいは、ハウジング部表面に形成した溝部であってもよい。あるいはスポンジ状部材など、供給された液体を膨潤可能な膨潤部材であってもよい。すなわち、供給された液体を拡散可能であるとともに所定量保持可能な構成であればよい。またこの場合において、液体供給装置（８１）は拡散部（７４）表面の複数の位置のそれぞれに液体を供給する。これによれば、複数の位置において液体を気化させることができるので、より一層均一で良好な冷却効果を得ることができ、温度分布の発生を抑えることができる。

本発明のリニアモータ装置において、冷却装置（Ｓ）は、液体供給装置（１０２）から供給する液体の温度を調整する液体温度調整部（１１４）を備えることを特徴とする。これによれば、所望の温度を有する液体を供給できるので、コイルユニットの温度を調整しつつ冷却処理を行うことができる。

コイルユニット（３１）は、内部空間（６３）を有するハウジング部（６１）と、内部空間（６３）に配置されるコイル（７０）とを備え、拡散部（７４）はハウジング部（６１）の表面に設けられる構成とすることができる。これにより、供給された液体はハウジング部の表面で気化し、熱を回収できる。この場合において、ハウジング部（６１）の内部に冷媒を供給することにより、より一層良好な冷却効果を得ることができる。

本発明のリニアモータ装置において、ハウジング部（６１）を囲む外側ハウジング部（６２）を備えることを特徴とする。これによれば、ハウジング部と外側ハウジング部とで囲まれた空間を、液体が気化する気化空間とすることができるとともに、コイルの発熱の周囲への影響を抑える断熱空間とすることができる。この場合において、冷却装置（Ｓ）は、ハウジング部（６１）と外側ハウジング部（６２）とで囲まれた第２空間（６４）にガスを供給するガス供給装置（１０４）を有するものとすることができる。これによれば、液体が第２空間で気化した気化ガスを第２空間外部に排出できるとともに、ガス供給装置から供給したガスによりハウジング部を冷却することもできる。また、冷却装置（Ｓ）は、ハウジング部（６１）と外側ハウジング部（６２）とで囲まれた第２空間（６４）からガスを吸引するガス吸引装置（１１５）を有するものとすることができる。これによれば、液体が第２空間で気化した気化ガスを第２空間外部に排出できるとともに、液体の気化を促進し気化量を制御することができる。この場合において、ガス吸引装置（１１５）は、第２空間（６４）を負圧化するのが望ましい。これにより液体の気化をより促進でき、外側ハウジング部が膨張することもない。

また、本発明のリニアモータ装置において、コイルユニット（３１）は、内部空間（６３）を有するハウジング部（６１）と、内部空間（６３）に配置されるコイル（７０）とを備え、拡散部（７４）はコイル（７０）の表面に設けられる構成とすることもできる。すなわち、拡散部をコイルの表面に設ける場合は、気化させる液体はハウジング部の内部空間に供給されることになり、このハウジング部の内部空間が、液体が気化する気化空間となる。この場合、ハウジング部には従来のような液状冷媒が供給される構成と異なり圧力負荷がかからないのでハウジング部を薄肉にすることができ、装置の小型化を図ることができる。この場合において、冷却装置（Ｓ）は、ハウジング部（６１）の内部空間（６３）にガスを供給するガス供給装置１０４）を有するものとすることができる。これによれば、液体が内部空間で気化した気化ガスを内部空間外部に排出できるとともに、ガス供給装置から供給したガスによりハウジング部を冷却することもできる。また、冷却装置（Ｓ）は、ハウジング部（６１）の内部空間（６３）からガスを吸引するガス吸引装置（１１５）を有するものとすることもできる。これによれば、液体が内部空間で気化した気化ガスを内部空間外部に排出できるとともに、液体の気化を促進し気化量を制御することができる。この場合において、ガス吸引装置（１１５）は、内部空間（６３）を負圧化するのが望ましい。これによれば液体の気化をより促進でき、ハウジング部が内部圧力によって膨張することもない。

本発明のリニアモータ装置において、冷却装置（Ｓ）は、液体が気化した気化ガスを回収する回収装置（１１０）を備えることを特徴とする。この場合において、冷却装置（Ｓ）は、回収された気化ガスを液化する液化装置（１１２）を備えている。これによれば、気化ガス液体に戻して再び冷却用液体として用いることができる。

本発明のリニアモータ装置において、冷却装置（Ｓ）は、コイル（７０）の発熱量を検出する検出装置（９０）と、検出装置（９０）の検出結果に基づいて、液体供給装置（１０２、８１）を制御する制御装置（ＣＯＮＴ、８１Ａ）とを備えることを特徴とする。これによれば、コイルからの発熱量に応じて液体の供給動作が制御されるので、コイルユニットを所望の温度に調整することができる。この場合において、コイル（７０）は所定方向に複数並んで設けられ、検出装置（９０）は複数のコイル（７０）それぞれの発熱量を検出し、液体供給装置（１０２、８１）はハウジング部（６１）のうち複数のコイル（７０）に対応する位置のそれぞれに対して液体を滴下する複数の滴下部（８１）を備え、制御装置（ＣＯＮＴ、８１Ａ）は、検出装置（９０）で検出した複数のコイル（７０）それぞれの発熱量に応じて複数の滴下部（８１）それぞれからの滴下動作を制御することを特徴とする。これによれば、例えば、複数のコイルのうち他のコイルに比べて発熱量が大きいコイルに対して多くの液体を滴下部から供給するといったことができる。すなわち、所定方向に複数並んだコイルのそれぞれからの発熱を個別に冷却できるので、温度分布が発生することをより一層抑制することができる。

本発明のリニアモータ装置は、内部空間（６３）と外部空間（６４）とを隔てるハウジング部（６１）と、内部空間（６３）に配置されるコイル（７０）とを有するリニアモータ装置において、ハウジング部（６１）の熱を吸収する液体を、内部空間（６０）に供給する液体供給装置（１００）と、ハウジング部（６１）に設けられ、内部空間（６３）と外部空間（６４）とを連通する穴部（１５０）と、外部空間（６４）に面するハウジング部（６１）の外表面に設けられ、穴部（１５０）を介して内部空間（６３）からハウジング部（６１）の外表面に漏出した液体を外表面に沿って拡散させる拡散部（７４）とを備えることを特徴とする。本発明によれば、コイルを冷却するためにハウジング部の内部空間に供給された液体は、穴部を介してハウジング部の外表面に漏出するので、この漏出した液体が気化してハウジング部を冷却することができる。この場合、気化用液体を供給するための供給装置を別に設けることなく、ハウジング部の内部空間に液体を供給する供給装置を用いてハウジング部の外表面に液体を配置できるので、簡略な装置構成で気化用液体をハウジング部の外表面に配置できる。この場合において、コイル（７０）は所定方向に複数並んで設けられ、穴部（１５０）はハウジング部（６１）のうち複数のコイル（７０）に対応するそれぞれの位置に複数のコイル（７０）の発熱量に応じて複数形成される構成とすることができる。これにより、例えば、複数のコイルのうち他のコイルに比べて発熱量が大きいコイルに対応するハウジング部の外表面に多くの穴部を設けて多くの液体を供給して気化させるといったように、所定方向に複数並んだコイルのそれぞれからの発熱を個別に冷却することができる。したがって、温度分布が発生することをより一層抑制することができる。なお、コイルの発熱量に応じて形成される穴部の数を設定する代わりに、穴部の大きさを設定するようにしてもよい。すなわち、発熱量が大きいコイルに対応するハウジング部の所定位置に、他の穴部に比べて大きな穴部を形成するようにしてもよい。

本発明のステージ装置（１、２、ＭＳＴ、ＰＳＴ）は、駆動装置を備えたステージ装置において、駆動装置に、上記記載のリニアモータ装置（２０、３０、４０）が用いられていることを特徴とする。本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスク（Ｍ）を保持するマスクステージ（１、ＭＳＴ）と、基板（Ｐ）を保持する基板ステージ（２、ＰＳＴ）とを備えた露光装置において、マスクステージ（１、ＭＳＴ）及び基板ステージ（２、ＰＳＴ）のうち少なくともいずれか一方に、上記記載のステージ装置が用いられていることを特徴とする。本発明によれば、リニアモータ装置からの発熱に基づく温度分布の発生が抑制されるので、空気の揺らぎを抑えて精度良い位置計測及び精度良い露光処理を行うことができる。

本発明のリニアモータの冷却方法は、コイルユニット（３１）を有するリニアモータ装置（３０）の冷却方法において、コイルユニット（３１）を液体の気化に伴う吸熱によって冷却することを特徴とする。本発明によれば、コイルユニットを液体の気化に伴う吸熱によって冷却するようにしたので、すなわち、液体が液相から気相に相変化する際の潜熱により冷却するようにしたので、液体の相変化において温度上昇を伴わずに冷却することができる。したがって、リニアモータの各位置における温度分布の発生を抑えることができる。この場合において、コイルユニット（３１）に液体を供給するステップと、供給された液体をコイルユニット（３１）に沿って拡散するステップとを含むことを特徴とする。更に、コイルユニット（３１）の発熱量を検出するステップと、検出結果に基づいて液体の供給量を制御するステップとを含むことを特徴とする。これによれば、均一で良好な冷却効果を得ることができる。

以上説明したように、リニアモータを冷却する際、液体の気化熱を利用して冷却するようにしたので、装置の大型化が抑えられ、且つ装置の各位置での温度分布の発生を抑えることができる。したがって、精度良いステージ位置決め精度を実現でき、精度良い露光処理を行うことができる。

以下、本発明のリニアモータ装置、ステージ装置及び露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明のステージ装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここで、本実施形態における露光装置ＥＸは、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動しつつマスクＭに設けられているパターンを投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｐ上に転写する所謂スキャニングステッパである。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内における前記同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。更に、Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわり、及びＺ軸まわりの回転方向をそれぞれθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。また、ここでいう「感光基板」は半導体ウエハ上にレジストが塗布されたものを含み、「マスク」は感光基板上に縮小投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。

図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動するマスクステージＭＳＴ及びこのマスクステージＭＳＴを支持するマスク定盤３を有するステージ装置１と、光源を有し、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光で照明する照明光学系ＩＬと、感光基板Ｐを保持して移動する基板ステージＰＳＴ及びこの基板ステージＰＳＴを支持する基板定盤４を有するステージ装置２と、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、ステージ装置１及び投影光学系ＰＬを支持するリアクションフレーム５と、露光装置ＥＸの動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。リアクションフレーム５は床面に水平に載置されたベースプレート６上に設置されており、このリアクションフレーム５の上部側及び下部側には内側に向けて突出する段部５ａ及び５ｂがそれぞれ形成されている。

照明光学系ＩＬはリアクションフレーム５の上面に固定された支持コラム７により支持される。照明光学系ＩＬより射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２ レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。

ステージ装置１のうちマスク定盤３は各コーナーにおいてリアクションフレーム５の段部５ａに防振ユニット８を介してほぼ水平に支持されており、その中央部にマスクＭのパターン像が通過する開口３ａを備えている。マスクステージＭＳＴはマスク定盤３上に設けられており、その中央部にマスク定盤３の開口３ａと連通しマスクＭのパターン像が通過する開口Ｋを備えている。マスクステージＭＳＴの底面には非接触ベアリングである複数のエアベアリング９が設けられており、マスクステージＭＳＴはエアベアリング９によりマスク定盤３に対して所定のクリアランスを介して浮上支持されている。

図２はマスクステージＭＳＴを有するステージ装置１の概略斜視図である。図２に示すように、ステージ装置１（マスクステージＭＳＴ）は、マスク定盤３上に設けられたマスク粗動ステージ１６と、マスク粗動ステージ１６上に設けられたマスク微動ステージ１８と、マスク定盤３上において粗動ステージ１６をＹ軸方向に所定ストロークで移動可能な一対のＹリニアモータ（リニアモータ装置）２０、２０と、マスク定盤３の中央部の上部突出部３ｂの上面に設けられ、Ｙ軸方向に移動する粗動ステージ１６を案内する一対のＹガイド部２４、２４と、粗動ステージ１６上において微動ステージ１８をＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に微小移動可能な一対のＸボイスコイルモータ１７Ｘ及び一対のＹボイスコイルモータ１７Ｙとを備えている。なお、図１では、粗動ステージ１６及び微動ステージ１８を簡略化して１つのステージとして図示している。

Ｙリニアモータ２０のそれぞれは、マスク定盤３上においてＹ軸方向に延びるように設けられたコイルユニット（電機子ユニット）からなる一対の固定子２１と、この固定子２１に対応して設けられ、連結部材２３を介して粗動ステージ１６に固定された磁石ユニットからなる可動子２２とを備えている。そして、これら固定子２１及び可動子２２によりムービングマグネット型のリニアモータ２０が構成されており、可動子２２が固定子２１との間の電磁気的相互作用により駆動することで粗動ステージ１６（マスクステージＭＳＴ）がＹ軸方向に移動する。固定子２１のそれぞれは非接触ベアリングである複数のエアベアリング１９によりマスク定盤３に対して浮上支持されている。このため、運動量保存の法則により粗動ステージ１６の＋Ｙ方向の移動に応じて固定子２１が−Ｙ方向に移動する。この固定子２１の移動により粗動ステージ１６の移動に伴う反力が相殺されるとともに重心位置の変化を防ぐことができる。なお、固定子２１は、マスク定盤３に変えてリアクションフレーム５に設けられてもよい。固定子２１をリアクションフレーム５に設ける場合にはエアベアリング１９を省略し、固定子２１をリアクションフレーム５に固定して粗動ステージ１６の移動により固定子２１に作用する反力をリアクションフレーム５を介して床に逃がしてもよい。

Ｙガイド部２４のそれぞれは、Ｙ軸方向に移動する粗動ステージ１６を案内するものであって、マスク定盤３の中央部に形成された上部突出部３ｂの上面においてＹ軸方向に延びるように固定されている。また、粗動ステージ１６とＹガイド部２４、２４との間には非接触ベアリングである不図示のエアベアリングが設けられており、粗動ステージ１６はＹガイド部２４に対して非接触で支持されている。

微動ステージ１８は不図示のバキュームチャックを介してマスクＭを吸着保持する。微動ステージ１８の＋Ｙ方向の端部にはコーナーキューブからなる一対のＹ移動鏡２５ａ、２５ｂが固定され、微動ステージ１８の−Ｘ方向の端部にはＹ軸方向に延びる平面ミラーからなるＸ移動鏡２６が固定されている。そして、これら移動鏡２５ａ、２５ｂ、２６に対して測長ビームを照射する３つのレーザ干渉計（いずれも不図示）が各移動鏡との距離を計測することにより、マスクステージＭＳＴのＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向の位置が高精度で検出される。制御装置ＣＯＮＴはこれらレーザ干渉計の検出結果に基づいて、Ｙリニアモータ２０、Ｘボイスコイルモータ１７Ｘ、及びＹボイスコイルモータ１７Ｙを含む各モータを駆動し、微動ステージ１８に支持されているマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置制御を行う。

図１に戻って、開口Ｋ及び開口３ａを通過したマスクＭのパターン像は投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬは複数の光学素子により構成され、これら光学素子は鏡筒で支持されている。投影光学系ＰＬは、例えば１／４又は１／５の投影倍率を有する縮小系である。なお、投影光学系ＰＬとしては等倍系あるいは拡大系のいずれでもよい。投影光学系ＰＬの鏡筒の外周にはこの鏡筒に一体化されたフランジ部１０が設けられている。そして、投影光学系ＰＬはリアクションフレーム５の段部５ｂに防振ユニット１１を介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤１２にフランジ部１０を係合している。

ステージ装置２は、基板ステージＰＳＴと、基板ステージＰＳＴをＸＹ平面に沿った２次元方向に移動可能に支持する基板定盤４と、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に案内しつつ移動自在に支持するＸガイドステージ３５と、Ｘガイドステージ３５に設けられ、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に移動可能なＸリニアモータ（リニアモータ装置）４０と、Ｘガイドステージ３５をＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ（リニアモータ装置）３０、３０とを有している。基板ステージＰＳＴは感光基板Ｐを真空吸着保持する基板ホルダＰＨを有しており、感光基板Ｐは基板ホルダＰＨを介して基板ステージＰＳＴに支持される。また、基板ステージＰＳＴの底面には非接触ベアリングである複数のエアベアリング３７が設けられており、これらエアベアリング３７により基板ステージＰＳＴは基板定盤４に対して非接触で支持されている。また、基板定盤４はベースプレート６の上方に防振ユニット１３を介してほぼ水平に支持されている。

Ｘガイドステージ３５の＋Ｘ側には、Ｘトリムモータ３４の可動子３４ａが取り付けられている。また、Ｘトリムモータ３４の固定子３４ｂはリアクションフレーム５に設けられている。このため、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に駆動する際の反力は、Ｘトリムモータ３４及びリアクションフレーム５を介してベースプレート６に伝達される。

図３は基板ステージＰＳＴを有するステージ装置２の概略斜視図である。図３に示すように、ステージ装置２は、Ｘ軸方向に沿った長尺形状を有するＸガイドステージ３５と、Ｘガイドステージ３５で案内しつつ基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に所定ストロークで移動可能なＸリニアモータ４０と、Ｘガイドステージ３５の長手方向両端に設けられ、Ｘガイドステージ３５を基板ステージＰＳＴとともにＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ３０、３０とを備えている。

Ｘリニアモータ４０は、Ｘガイドステージ３５にＸ軸方向に延びるように設けられたコイルユニットからなる固定子４１と、この固定子４１に対応して設けられ、基板ステージＰＳＴに固定された磁石ユニットからなる可動子４２とを備えている。これら固定子４１及び可動子４２によりムービングマグネット型のリニアモータ４０が構成されており、可動子４２が固定子４１との間の電磁気的相互作用により駆動することで基板ステージＰＳＴがＸ軸方向に移動する。ここで、基板ステージＰＳＴはＸガイドステージ３５に対してＺ軸方向に所定量のギャップを維持する磁石及びアクチュエータからなる磁気ガイドにより非接触で支持されている。基板ステージＰＳＴはＸガイドステージ３５に非接触支持された状態でＸリニアモータ４０によりＸ軸方向に移動する。

Ｙリニアモータ３０のそれぞれは、Ｘガイドステージ３５の長手方向両端に設けられた磁石ユニットからなる可動子３２と、この可動子３２に対応して設けられコイルユニットからなる固定子３１とを備えている。ここで、固定子３１、３１はベースプレート６に突設された支持部３６、３６（図１参照）に設けられている。なお、図１では固定子３１及び可動子３２は簡略化して図示されている。これら固定子３１及び可動子３２によりムービングマグネット型のリニアモータ３０が構成されており、可動子３２が固定子３１との間の電磁気的相互作用により駆動することでＸガイドステージ３５がＹ軸方向に移動する。また、Ｙリニアモータ３０、３０のそれぞれの駆動を調整することでＸガイドステージ３５はθＺ方向にも回転移動可能となっている。したがって、このＹリニアモータ３０、３０により基板ステージＰＳＴがＸガイドステージ３５とほぼ一体的にＹ軸方向及びθＺ方向に移動可能となっている。

図１に戻って、基板ステージＰＳＴの−Ｘ側の側縁にはＹ軸方向に沿って延設されたＸ移動鏡５１が設けられ、Ｘ移動鏡５１に対向する位置にはレーザ干渉計５０が設けられている。レーザ干渉計５０はＸ移動鏡５１の反射面と投影光学系ＰＬの鏡筒下端に設けられた参照鏡５２とのそれぞれに向けてレーザ光（検出光）を照射するとともに、その反射光と入射光との干渉に基づいてＸ移動鏡５１と参照鏡５２との相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴ、ひいては感光基板ＰのＸ軸方向における位置を所定の分解能でリアルタイムに検出する。同様に、基板ステージＰＳＴ上の＋Ｙ側の側縁にはＸ軸方向に沿って延設されたＹ移動鏡５３（図１には不図示、図３参照）が設けられ、Ｙ移動鏡５３に対向する位置にはＹレーザ干渉計（不図示）が設けられており、Ｙレーザ干渉計はＹ移動鏡５３の反射面と投影光学系ＰＬの鏡筒下端に設けられた参照鏡（不図示）とのそれぞれに向けてレーザ光を照射するとともに、その反射光と入射光との干渉に基づいてＹ移動鏡と参照鏡との相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴ、ひいては感光基板ＰのＹ軸方向における位置を所定の分解能でリアルタイムに検出する。レーザ干渉計の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計の検出結果に基づいてリニアモータ３０、４０を介して基板ステージＰＳＴの位置制御を行う。

次に、図４〜図７を参照しながら本発明のリニアモータ３０（２０、４０）の第１実施形態について説明する。以下の説明では基板ステージＰＳＴに設けられたＹリニアモータ３０について説明するが、Ｘリニアモータ４０及びマスクステージＭＳＴに設けられたリニアモータ２０もほぼ同等の構成を有する。

図４はリニアモータ３０の概略斜視図である。図４に示すように、リニアモータ３０は、Ｙ軸方向（所定方向）を長手方向とするコイルユニットからなる固定子３１と、磁石ユニットからなる可動子３２とを備えている。このうち固定子３１は、Ｙ軸方向（所定方向）に複数並んで配置されたコイル７０と、これらコイル７０を収容するハウジング装置６０とを備えている。コイル７０には制御装置ＣＯＮＴにより電流量を制御された駆動電流が流れる。一方、可動子３２は複数の磁石７６を有し、固定子３１のハウジング装置６０を挟んで設けられたヨーク部７８を備えている。磁石７６のそれぞれは永久磁石であってヨーク部７８に所定方向（Ｙ軸方向）に複数並んで取り付けられており、異なる磁極の磁石が交互に並んで配置されている。更に、磁石７６はハウジング装置６０（固定子３１）を挟んで異なる磁極どうしが互いに対向して配置されている。

図５は図４のＡ−Ａ断面矢視図である。図５に示すように、ハウジング装置６０は、コイル７０が配置される内部空間６３を有するハウジング部６１と、ハウジング部６１を囲む外側ハウジング部６２とを有している。ハウジング部６１及び外側ハウジング部６２のそれぞれは断面視「口」に形成され、略同心状に配置されている。そして、ハウジング部６１と外側ハウジング部６２との間に第２空間６４が形成されている。なお、ハウジング部６１及び外側ハウジング部６２の形成材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ガラス繊維充填エポキシ樹脂、ガラス繊維強化熱硬化性プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化熱硬化性プラスチック（ＣＦＲＰ）等の合成樹脂、またはセラミックス材料等の非導電性且つ非磁性材料、あるいはステンレス鋼やアルミニウム等の金属等が挙げられる。また、コイル７０は空芯部７１を有しており、空芯部７１にはこのコイル７０を支持する支持部７２が配置されている。支持部７２はコイル７０と接しており、コイル７０を空芯部７１で支持する。

リニアモータ３０は、液体（気化用液体）が気化する際の気化熱によって固定子３１を冷却する冷却装置Ｓを備えている。冷却装置Ｓは、ハウジング部６０の表面に設けられ、気化用液体を固定子３１に沿って拡散させる拡散部７４と、拡散部７４に気化用液体を供給する滴下部（液体供給装置）８１とを備えている。滴下部８１は、ハウジング部６１の表面（＋Ｚ側の外表面及び−Ｚ側の外表面のそれぞれ）における短手方向（Ｘ軸方向）両端部の所定位置に設けられており、ハウジング部６１の表面に対して、すなわち、ハウジング部６１の表面に設けられた拡散部７４に対して気化用液体を供給する。滴下部８１から滴下される気化用液体は流路８２から供給されるようになっている。流路８２はＹ軸方向に延びるように設けられており、その一端部は、ハウジング装置６０の長手方向一端部に設けられた気化用液体入口部８３（図４参照）に接続されている。ここで、外側ハウジング部６２には磁石７６の形状に沿って段部６２Ａが形成されており、段部６２Ａによって形成された第２空間６４の幅広部分に流路８２及び滴下部８１が配置されている構成となっている。また、コイル７０が配置されている内部空間６３には、ハウジング装置６０の長手方向一端部に設けられた冷媒入口部６５（図４参照）から冷媒が供給され、内部空間６３内の冷媒はハウジング装置６０の長手方向他端部に設けられた冷媒出口部６６から排出されるようになっている。更に、ハウジング部６１と外側ハウジング部６２とで囲まれた第２空間６４には、ハウジング装置６０の長手方向一端部に設けられたガス入口部８５（図４参照）からガス（空気）が供給され、第２空間６４内のガスはハウジング装置６０の長手方向他端部に設けられたガス出口部８６から排出されるようになっている。

コイル７０には、コイル７０の発熱量を検出する検出装置９０が設けられている。この検出装置９０は例えば温度センサにより構成されており、コイル７０の温度を検出することでコイル７０の発熱量を検出する。ここで、検出装置９０は合成樹脂やセラミックなどからなる密閉部材により密閉されてモールド化されており、ハウジング部６１の内部空間６３に供給される冷媒に晒されないようになっている。検出装置９０の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。なお、検出装置９０はハウジング部６１に取り付けられていてもよい。

図６は固定子３１のうち外側ハウジング部６２を除いた状態の斜視図である。図６に示すように、冷却装置Ｓのうち、気化用液体を流通する流路８２は、ハウジング部６１の短手方向（Ｘ軸方向）両側においてハウジング部６１の長手方向（Ｙ軸方向）に延びるようにそれぞれ設けられている。そして、これら流路８２はハウジング部６１の表面（＋Ｚ側の外表面と−Ｚ側の外表面とのそれぞれ）に設けられている。流路８２の一端部は気化用液体入口部８３に接続されており、他端部は閉じられている。ここで、ハウジング部６１の表面に設けられた流路８２及び裏面に設けられた流路８２によりＵ字管が形成されており、気化用液体入口部８３はＵ字管の屈曲部に接続されている。したがって、気化用液体入口部８３からの気化用液体は２本の流路８２のそれぞれに分岐するように供給される。

滴下部８１は、ハウジング部６１の長手方向（Ｙ軸方向）に所定間隔で複数並んで設けられており、滴下部８１のそれぞれは流路８２に接続されている。すなわち、滴下部８１はハウジング部６１の表面における短手方向両端部の所定位置に互いに対向するように設けられている。滴下部８１は、ハウジング部６１の内部空間６３にＹ軸方向に複数並んでいるコイル７０に対応して設けられており、ハウジング部６１の表面のうちコイル７０に対応する複数の位置のそれぞれに対して流路８２より供給された気化用液体を滴下する。

拡散部７４はハウジング部６１の表面及び裏面のそれぞれに設けられている。拡散部７４はハウジング部６１の表面（裏面）の形状に沿う平面視長方形状のシート状部材である。そして、滴下部８１の液体吐出口は拡散部７４に向けられており、滴下部８１のそれぞれは、ハウジング部６１の表面に設けられた拡散部７４に対して気化用液体を供給する。本実施形態において、滴下部８１の液体吐出口は拡散部７４に接している。拡散部７４は、網目を介して気化用液体を拡散する網状部材により構成されており、供給された気化用液体をハウジング部６１の表面に沿って拡散するとともに所定量保持する。なお、拡散部７４としては、繊維状シートや多孔質体であってもよい。あるいは、ハウジング部６１の表面に形成した溝部であってもよい。あるいはスポンジ状部材など供給された液体を膨潤可能な膨潤部材であってもよい。

また、前述したように、ハウジング装置６０の一端部からは、第２空間６４に対して、すなわち、気化用液体が供給された拡散部７４に対してガス（空気）が供給されるようになっている。供給されたガスは気化用液体の気化を促進するとともに、第２空間６４の他端部のガス出口部８６（図４参照）からこの第２空間６４内のガスを排出する。ここで、ガス出口部８６から排出されるガスは、ガス入口部８５から供給されたガス（空気）と、気化用液体が気化した気化ガスとを含む。なお、本実施形態では、第２空間６４に対してガスを供給する構成であるが、第２空間６４のガスを吸引するようにしてもよい。第２空間６４のガスを吸引することによっても、第２空間６４のガスが移動するので気化用液体の気化が促進されるとともに、ガス回収を円滑に行うことができる。

図７は、コイルユニットである固定子３１を冷却する冷却装置のシステム構成図である。図７において、冷却装置Ｓは、前記冷媒入口部６５を介してコイル７０が配置されている内部空間６３に冷媒を供給する冷媒供給装置１００と、気化用液体入口部８３、流路８２、及び滴下部８１を介してハウジング部６１の表面に設けられた拡散部７４に対して気化用液体を供給する液体供給装置１０２と、ガス入口部８５を介してハウジング部６１と外側ハウジング部６２とで囲まれた第２空間６４にガスを供給するガス供給装置１０４とを備えている。冷媒供給装置１００からの冷媒は流路１０１を介して冷媒入口部６５に送られる。液体供給装置１０２からの気化用液体は流路１０３を介して気化用液体入口部８３に送られる。ガス供給装置１０４からのガスは流路１０５を介してガス入口部８５に供給される。ここで、各入口部６５、８３、及び８５のそれぞれは２箇所ずつ設けられており、流路１０１、１０３、及び１０５のそれぞれは途中から分岐して前記入口部６５、８３、及び８５のそれぞれに接続されている。

ここで、冷媒供給装置１００から内部空間６３に対して供給される冷媒としては、ハイドロフルオロエーテル（例えば「ノベックＨＦＥ」：住友スリーエム株式会社製）や、フッ素系不活性液体（例えば「フロリナート」：住友スリーエム株式会社製）などの液体が挙げられる。なお、冷媒として水を用いてもよい。一方、コイル７０の導線自体が冷媒に直接触れないようにコイル表面には表面処理が施されている。また、液体供給装置１０２から供給される気化用液体としては、上記ハイドロフルオロエーテルやフッ素系不活性液体、水を用いることができる。ここで、冷媒供給装置１００から供給する冷媒と、液体供給装置１０２から供給する液体とは同じものでもよいし、異なるものでもよい。また、ガス供給装置１０４から供給されるガスとしては、空気を用いることができる。

冷媒出口部６６は流路１０７を介して冷媒供給装置１００に接続されている。すなわち、内部空間６３から冷媒出口部６６を介して排出された冷媒は、流路１０７を介して冷媒供給装置１００に戻される。冷媒供給装置１００に戻された冷媒は、不図示の温度調整装置により所定の温度に調整（冷却）されて再び冷媒入口部６５に供給される。ここで、冷媒出口部６６は２箇所設けられており、流路１０７はこれら２つの冷媒出口部６６に接続し、途中で集合している。

冷却装置Ｓは、第２空間６４において気化用液体が気化した気化ガスを、ガス出口部８６及び流路１０８を介して回収する回収装置１１０を備えている。すなわち、ガス出口部８６は流路１０８を介して回収装置１１０に接続されており、第２空間６４で気化した気化ガスはガス供給装置１０４から第２空間６４に供給されたガス（空気）とともにガス出口部８６を介して回収装置１１０に回収される。なお、ガス出口部８６は２箇所設けられており、流路１０８はこれら２つのガス出口部８６に接続し、途中で集合している。

回収装置１１０は、流路１１１を介して液化装置１１２に接続している。液化装置１１２は、回収装置１１０で回収した気化ガスを液化するものである。液化装置１１２で液化された気化ガス、すなわち気液分離により生成された液相である気化用液体は流路１１３を介して液体供給装置１０２に戻される。一方、液化装置１１２における気液分離により生成された気相（ガス）はシステム外に排気される。

液体供給装置１０２は、この液体供給装置１０２から第２空間６４（拡散部７４）に対して供給する気化用液体の温度を調整する液体温度調整部１１４を備えている。本実施形態において、液体温度調整部１１４は流路１０３の途中、すなわち液体供給装置１０２と気化用液体入口部８３との間に設けられている。

そして、液体供給装置１０２の液体供給動作、及び液体温度調整部１１４の温度調整動作は制御装置ＣＯＮＴに制御されるようになっている。

次に、上述したリニアモータ３０の駆動方法及び冷却方法について説明する。
制御装置ＣＯＮＴの制御のもとで、リニアモータ３０のコイル７０に対して駆動電流が供給されると、コイル７０は発熱する。コイル７０の発熱により、ハウジング部６１も温度上昇する。コイル７０の発熱に応じて、冷媒供給装置１００から内部空間６３に対して冷媒が供給される。また、液体供給装置１０２から流路８２及び滴下部８１を介してハウジング部６１の表面に設けられた拡散部７４に対して気化用液体が供給される。これとともに、第２空間６４（拡散部７４）に対してガス供給装置１０４よりガスが供給される。

滴下部８１から拡散部７４に供給された気化用液体は、固定子３０のハウジング部６１の表面に沿って拡散する。拡散した気化用液体は、ハウジング部６１の表面より気化し、この気化用液体の気化に伴う吸熱により、ハウジング部６１（固定子３１）は冷却される。ここで、気化用液体は複数設けられた滴下部８１のそれぞれから供給される構成であって、ハウジング部６１の全ての位置に対して満遍なく気化用液体が供給されるため、固定子３１は均一に冷却される。そして、固定子３１は、気化用液体が液相から気相に相変化する際の潜熱により冷却されるので、気化用液体は温度上昇することなく固定子３１を冷却できる。

気化用液体が気化した気化ガスはガス供給装置１０４からのガスによりガス出口部８６に搬送される。ガス供給装置１０４から供給されるガスにより、気化用液体の気化が促進されるとともに、気化した気化ガスはガス出口部８６に円滑に搬送される。ガス出口部８６から排出された気化ガスは回収装置１１０に回収され、液化装置１１２で液化されて液体供給装置１０２に戻され、再利用される。

液体供給装置１０２から第２空間６４（拡散部７４）に対して気化用液体を供給するに際し、液体温度調整部１１４は制御装置ＣＯＮＴの制御のもとで、供給する気化用液体の温度を調整して供給する。すなわち、液体温度調整部１１４は、拡散部７４に気化用液体を供給した際、気化しやすく良好な冷却効果を得られる温度に気化用液体の温度調整をする。

また、制御装置ＣＯＮＴは、検出装置９０の検出したコイル７０の発熱量に基づいて、液体供給装置１０２から拡散部７４に供給する気化用液体の供給量（単位時間あたりの液体供給量）を制御する。例えば、コイル７０からの発熱量が増大したことを検出装置９０で検出したら、制御装置ＣＯＮＴは拡散部７４に対する気化用液体の供給量を多くする。これにより、固定子３１を良好に冷却できる。一方、コイル７０からの発熱量が低下したことを検出装置９０で検出したら、制御装置ＣＯＮＴは拡散部７４に対する気化用液体の供給量を減らす。これにより、固定子３１の過冷却を防止できる。

また、制御装置ＣＯＮＴは、検出装置９０の検出結果に基づいて、冷媒供給装置１００を制御し、内部空間６３に供給する冷媒の供給量（単位時間あたりの冷媒供給量）を制御することができる。すなわち、コイル７０（固定子３１）の温度が上昇したら冷媒供給量を増やし、コイル７０の温度が低下したら冷媒供給量を減らすといった制御が可能である。

また、制御装置ＣＯＮＴは、検出装置９０の検出結果に基づいて、ガス供給装置１０４を制御し、第２空間６４（拡散部７４）に対するガスの供給量（単位時間あたりのガス供給量、すなわちガス流速）を制御することができる。すなわち、ガス供給装置１０４から供給されるガスは気化用液体の気化を制御する作用を有するので、ガス流速を高めることにより、気化用液体の気化が促進され、固定子３１をより一層冷却することができる。一方、ガス流速を低下することにより、気化用液体の気化が抑制されるので、固定子３１の過冷却を抑えることができる。

以上説明したように、固定子３１を気化熱によって冷却するようにしたので、気化用液体の温度上昇を伴わずに冷却処理を行うことができる。したがって、リニアモータ３０における温度分布の発生が抑えられるので、揺らぎの発生に起因する各測定装置の測定誤差等の発生を抑制でき、良好なステージ位置決め精度で精度良い露光処理を行うことができる。また、気化熱により冷却する構成であるので、ハウジング部６１の表面、すなわち第２空間６４に対して少量の気化用液体を供給すれば所望の冷却効果を得ることができるので、従来のように供給される冷媒による圧力上昇に抗するためにハウジング部や外側ハウジング部を肉厚化する必要が無くなる。したがって、リニアモータ３０は大型化されることなく良好な冷却効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、ガス供給装置１０４から第２空間６４に対してガスを供給する構成であるが、ガスを供給しない構成とすることも可能である。一方、ガスを供給することにより、気化用液体の気化が促進されて良好な冷却効果が得られるとともに、気化ガスを円滑に回収することができる。

本実施形態では、コイル７０が配置された内部空間６３に対して冷媒を供給する構成であるが、内部空間６３に冷媒を供給せずに、ハウジング部６１の表面に供給した気化用液体の気化熱のみによっても固定子３１を冷却することができる。一方、内部空間６３に冷媒を供給することによりこの内部空間６３をコイル７０の冷却用空間とし、気化用液体が気化する第２空間６４をコイル７０からの発熱の周囲に対する断熱用空間とすることができる。

本実施形態では、ハウジング部６１の表面に拡散部７４が設けられた構成であるが、拡散部７４は無くてもよい。この場合、滴下部８１からの気化用液体はハウジング部６１の表面に直接供給され、気化される。一方、拡散部７４を設けたことにより、ハウジング部６１の表面に満遍なく拡がるので、冷却効果を均一に得ることができる。

本実施形態では、ハウジング部６１を囲むように外側ハウジング部６２を設け、ハウジング部６１と外側ハウジング部６２とで囲まれた第２空間６４に気化用液体を供給する構成であるが、外側ハウジング部６２を設けずに、ハウジング部６１の表面に対して気化用液体を供給するようにしてもよい。一方、外側ハウジング部６２を設けて略密閉された第２空間６４を形成し、この第２空間６４に対して気化用液体を供給することにより、気化した気化ガスを回収できるとともに、周辺装置は気化ガスにより汚染されない。

以下、本発明のリニアモータ装置の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第１実施形態を同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
図８は本発明のリニアモータ装置の第２実施形態を示す図であって固定子３１の断面図である。図８に示すように、本実施形態に係る滴下部８１は流路８２とほぼ同じ径（太さ）を有しているとともに、その液体吐出口は、拡散部７４に対して離間している。このように、滴下部８１の形状及び太さは任意に設定可能であるとともに、拡散部７４に対する滴下部８１の位置も任意に設定可能である。図９は本発明のリニアモータ装置の第３実施形態を示す図であって固定子３１の断面図である。図９に示すように、流路８２はハウジング部６１のＸ方向両側面のそれぞれに１本ずつ設けられており、滴下部８１は第２空間６４内において流路８２からハウジング部６１の＋Ｚ側外表面と−Ｚ側外表面とに分岐するように設けられている。そして、滴下部８１の液体吐出口は拡散部７４に対して離間している。このように、第２空間６４内部において１本の流路８２から滴下部８１を分岐させる構成とすることも可能である。

図１０は本発明のリニアモータ装置の第４実施形態を示す図であって外側ハウジング部を除いた状態の斜視図である。図１０に示すように、滴下部８１はＹ軸方向、すなわちハウジング部６１の内部空間６３に複数設けられたコイル７０の並び方向に沿って複数設けられている。そして、滴下部８１のそれぞれには、これら滴下部８１のそれぞれの滴下動作を制御する弁８１Ａが設けられている。弁８１Ａの開閉動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。そして、制御装置ＣＯＮＴは、複数のコイル７０のそれぞれに設けられている検出装置９０で検出した、複数のコイル７０それぞれの発熱量に応じて、複数の滴下部８１それぞれからの滴下動作を弁８１Ａを用いて制御するようになっている。これによれば、例えば、可動子３２の加速区間に相当するコイル７０は発熱量が大きくなる場合があるので、弁８１Ａのそれぞれを調整し、ハウジング部６１の表面のうち前記発熱量が大きいコイル７０に対応する位置に対してより多くの気化用液体を供給するように制御することができる。すなわち、例えば図１０中、Ｙ軸方向の両端部の滴下部８１からの滴下量が、中央部の滴下部８１からの滴下量より多くなるように調整することができる。このように、複数並んだコイル７０のそれぞれの発熱量に応じて、複数の滴下部のうち所定の滴下部からの滴下量が他の滴下部からの滴下量に対して異なるように設定し、供給する気化用液体の供給量分布を制御するようにしてもよい。

図１１は本発明のリニアモータ装置の第５実施形態を示す図であって固定子及び可動子の断面図である。図１１において、拡散部７４に対して気化用液体を供給する滴下部８１は、ハウジング部６１の短手方向の一端部に設けられており、他端部には設けられていない。このような構成は、気化用液体が供給される表面がほぼ鉛直方向に沿うように配置されたハウジング部、例えば図２に示したリニアモータ２０に対して有効である。すなわち、図１１において、ハウジング部６１は、気化用液体が供給される表面をほぼ鉛直方向に沿うように配置されており、滴下部８１はハウジング部６１の表面の鉛直方向における上部位置に気化用液体を供給する構成となっている。これにより、上部位置に供給された気化用液体は重力により下方に移行し、ハウジング部６１の表面に満遍なく拡がる。また、図５に示した例では、滴下部８１及び流路８２を配置するために、段部６２Ａをハウジング部６１の短手方向両端部に形成して第２空間６４の幅広部分を２箇所に設けた構成であるが、図１１に示す例では、滴下部８１及び流路８２は上部位置にしかないので第２空間６４の幅広部分も１箇所でよい。したがって、リニアモータ２０をより一層小型化できる。なお、図１２は図１１の変形例である。すなわち、図１１に示す例では、滴下部８１及び流路８２を配置するための第２空間６４の幅広部分は＋Ｚ側に設けられ、この固定子２１の幅広部分を囲むように可動子２２が配置された構成であるが、図１２に示す例では、固定子２１の幅広部分とは反対側の部分を囲むように可動子２２が配置されている。このような構成によっても、滴下部８１からの気化用液体は重力の作用によりハウジング部６１の表面に設けられた拡散部７４に満遍なく拡がる。

図１３は本発明のリニアモータ装置の第６実施形態を示す図であって固定子３１を示す斜視図である。図１３に示すように、固定子３１は、内部空間６３を有するハウジング部６１と、内部空間６３に配置されたコイル７０とを有している。本実施形態において外側ハウジング部６２は設けられていない。そして、気化用液体を流通させる流路８２は内部空間６３に配置され、この流路８２に接続する滴下部８１も内部空間６３に配置されている。そして、滴下部８１はハウジング部６１の内部空間６３に気化用液体を供給するようになっている。ここで、コイル７０の表面には拡散部７４が設けられており、滴下部８１からの気化用液体は、コイル７０の表面に設けられた拡散部７４に供給される。このように、気化用液体をコイル７０に直接的に供給する構成とすることも可能である。この場合、内部空間６３が、気化用液体が気化する気化空間となる。そして、気化した気化ガスは、ハウジング部６１に設けられたガス出口部８６Ａより排出され、回収される。なお、図１３に示す例において、ハウジング部６１の外表面に対しても気化用液体を供給するようにしてもよい。そして、この場合においても、外側ハウジング部６２を設けることもできるし、設けない構成とすることもできる。更に、外側ハウジング部６２を設けた場合、コイル７０（内部空間６３）に対して気化用液体を供給するとともに、第２空間６４に対して冷媒を供給する構成とすることも可能である。

図１４は本発明のリニアモータ装置の第７実施形態を示す図であって、リニアモータ３０の概略斜視図である。図１４に示す本第７実施形態と図４に示す第１実施形態とを比較すると、本第７実施形態の固定子３１には第２空間６４にガスを供給するガス入口部８５が設けられておらず、ガス出口部８６のみが設けられている点で相違する。

図１５は本実施形態の固定子３１を冷却する冷却装置のシステム構成図である。本実施形態の冷却装置Ｓはガス供給装置に替えてガス吸引装置１１５を備えている。ガス吸引装置１１５は、流路１０８を介して固定子３１に設けられたガス出口部８６に接続され、第２空間６４に存在する気化用液体が気化した気化ガスを吸引する。吸引された気化ガスは回収装置１１０で回収され、液化装置１１２で液化されて、再び液体供給装置１０２によって気化用液体入り口部８３を介して固定子３１に供給される。固定子３１には前述の通りガス入り口部８５が設けられていないので、ガス吸引装置１１５は固定子３１内の第２空間６４を負圧化し、気化用液体の気化を促進する。ガス吸引装置１１５は制御装置ＣＯＮＴに接続されており、該制御装置ＣＯＮＴによって制御される。制御装置ＣＯＮＴは、検出装置９０の検出結果、液体供給装置１０２による液体供給量、液体温度調整部１１４によって調整された液体温度等とによってガス吸引装置１１５によるガス吸引量を決定し、ガス吸引装置１１５を制御する。これによれば、ガス吸引装置１１５の吸引量を変化させることにより気化用液体の気化量を能動的にコントロールすることができ、また気化用液体の気化を促進することができるのでコイルユニットである固定子３１を効率的に冷却することができる。また、第２空間６４が負圧化されるので、固定子３１が膨らんで可動子３２と干渉するおそれもない。

本第７実施形態では外側ハウジング部６２を有し、第２空間６４を有するリニアモータに本発明を適用した例を説明したが、本発明は外側ハウジング部６２を有さず、内部空間６３に気化用液体が供給されるリニアモータに対しても適用することができる。また、ガス入口部８５を有するリニアモータに対して上記冷却装置を適用してもよい。この場合、ガス供給装置は不要であり、ガス入口部８５に開閉弁を設け、この開閉弁の開口面積を調整することによって第２空間６４を所望の圧力で負圧化することができる。

次に、本発明のリニアモータ装置の第８実施形態について図１６〜図１８を参照しながら説明する。図１６に示すリニアモータ３０の断面図において、リニアモータ３０は、内部空間６３と外部空間つまり第２空間６４とを隔てるハウジング部６１と、内部空間６３に配置されるコイル７０とを有している。そして、内部空間６３にはハウジング部６１の熱を吸収する液体（冷媒）が供給される。ここで、本実施形態に係るリニアモータ３０では、気化用液体を供給するための滴下部８１及び流路８２は設けられていない。そして、ハウジング部６１には、内部空間６３と第２空間６４とを連通する穴部１５０が複数設けられている。また、ハウジング部６１の第２空間６４に面する外表面のうち穴部１５０が設けられている面には、穴部１５０を介して内部空間６３から外表面に漏出した液体を外表面に沿って拡散させる拡散部７４が設けられている。

図１７はリニアモータ３０の固定子３１のうち外側ハウジング部６２を除いた状態の斜視図である。図１７に示すように、穴部１５０はハウジング部６１の長手方向（コイル７０の並び方向）において所定間隔で複数設けられている。本実施形態では、Ｘ軸方向に３つ並んだ穴部１５０が、Ｙ軸方向に所定間隔で４箇所に設けられている。ここで、穴部１５０は、ハウジング部６１のうち複数のコイル７０に対応するそれぞれの位置に設けられている。そして、内部空間６３に供給された液体（冷媒）は、内部空間６３からハウジング部６１の外表面に漏出し、拡散部７４により拡散するようになっている。ここで、第１実施形態同様、ハウジング部６１の表面（拡散部７４）に対してガスが供給される。

図１８は、第８実施形態に係るコイルユニットである固定子３１を冷却する冷却装置のシステム構成図である。図１８において、冷却装置Ｓは、コイル７０が配置されている内部空間６３に冷媒（液体）を供給する冷媒供給装置（液体供給装置）１００と、ハウジング部６１と外側ハウジング部６２とで囲まれた第２空間６４にガスを供給するガス供給装置１０４とを備えている。本実施形態における冷媒（液体）としては、上述した実施形態同様、ハイドロフルオロエーテルや、フッ素系不活性液体、あるいは水を用いることができる。そして、冷媒供給装置１００から冷媒入口部６５を介して内部空間６３に供給された冷媒（液体）の大部分は内部空間６３を通過してコイル７０を冷却し、冷媒出口部６６から排出されて冷媒供給装置１００に戻される。一方、内部空間６３に対して供給された冷媒の残りの部分は穴部１５０を介してハウジング部６１の外表面に漏出する。漏出した冷媒（液体）は、ハウジング部６１の熱により気化し、気化に伴う吸熱により固定子３１を冷却する。そして、気化した気化ガスは、ガス供給装置１０４により供給されたガスにより搬送され、ガス出口部８６より排気される。ガス出口部８６を介して第２空間６４より排気された気化ガスは回収装置１１０で回収され、液化装置１１２で液化される。液化された気化ガス、すなわち冷媒（液体）は冷媒供給装置１００に戻され、再利用される。

以上説明したように、内部空間６３に供給した液体（冷媒）を穴部１５０を介してハウジング部６１の表面に漏出させ、この漏出した液体を気化させることで固定子３１を冷却することもできる。この場合、図７に示した形態と異なり、気化用液体を供給するための供給装置１０２を別に設けることなく、ハウジング部６１の内部空間６３に液体を供給する供給装置１００を用いてハウジング部６１の外表面に液体を供給できるので、簡略な装置構成で気化用液体をハウジング部６１の外表面に供給できる。なお、本実施形態では、外側ハウジング部６２を設けて気化用空間である第２空間６４を形成した構成であるが、外側ハウジング部６２を設けない構成とすることもできる。また、本実施形態では冷却装置Ｓがガス供給装置１０４を備える構成としたが、ガス供給装置１０４の替わりにガス吸引装置を設け、固定子３１にガス出口部のみを設ける構成とすることもできる。これによれば第２空間６４を負圧化することによりハウジング部６１の外表面への液体の漏出を制御することができ、効率的な冷却を行なうことができる。

図１９は図１８の変形例である。図１９において、穴部１５０はＹ軸方向において所定間隔で複数（４箇所）設けられている。そして、本実施形態では、ハウジング部６１の長手方向両端側においてＸ軸方向に複数並んで形成された穴部１５０は５つであり、中央部では３つである。このように、形成される穴部１５０の数は、複数並んだコイル７０のそれぞれの発熱量に応じて設定されてもよい。すなわち、例えば、可動子３２の加速区間に相当する位置に配置されるコイルなど、複数のコイルのうち他のコイルに比べて発熱量が大きいコイルに対応するハウジング部６１の外表面に多くの穴部１５０を設けて多くの液体を供給して気化させる構成とすることができる。このように、複数並んだコイル７０のそれぞれの発熱量に応じて、ハウジング部６１の各位置における穴部１５０の数を調整することで、穴部１５０からハウジング部６１の外表面に供給される液体の供給量分布を制御するようにしてもよい。なお、ここでは、穴部１５０の数を調整することにより液体の供給量分布を制御する構成であるが、穴部１５０のそれぞれの大きさを調整することで液体の供給量分布を制御するようにしてもよい。

なお、上記各実施形態におけるリニアモータは、コイルユニットを固定子とし、磁石ユニットを可動子とした所謂ムービングマグネット型のリニアモータとして説明したが、コイルユニットを可動子とし、磁石ユニットを固定子としたムービングコイル型のリニアモータにも適用可能である。この場合、可動子であるコイルユニットがステージＰＳＴ、ＭＳＴに接続し、固定子である磁石ユニットがステージＰＳＴ、ＭＳＴの移動面側（ベース）に設けられる。

なお、上記実施形態の感光基板Ｐとしては、半導体デバイス用の半導体ウエハのみならず、液晶ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、感光基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置にも適用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、ウエハに半導体デバイスパターンを露光する半導体デバイス製造用の露光装置に限られず、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表示素子製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

また、露光用照明光の光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．７ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２ 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（ＬａＢ_６ ）、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は、マスクＭを用いる構成としてもよいし、マスクＭを用いずに直接ウエハ上にパターンを形成する構成としてもよい。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高周波などを用いてもよい。

投影光学系ＰＬ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、Ｆ_２ 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（マスクＭ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及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。また、投影光学系ＰＬを用いることなく、マスクＭと基板Ｐとを密接させてマスクＭのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用可能である。

上記実施形態のように基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合においてエアベアリングを用いたエア浮上型に限られず、ローレンツ力を用いた磁気浮上型を用いてもよい。また、各ステージＰＳＴ、ＭＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

基板ステージＰＳＴ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。また、マスクステージＭＳＴ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。

以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸ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及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。

半導体デバイスは、図２０に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する基板処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

本発明のステージ装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明のリニアモータ装置を備えたステージ装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のリニアモータ装置を備えたステージ装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のリニアモータ装置の第１実施形態を示す外観斜視図である。 図４のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明のリニアモータ装置の第１実施形態に係る分解斜視図である。 本発明のリニアモータ装置の第１実施形態に係るシステム構成図である。 本発明のリニアモータ装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明のリニアモータ装置の第３実施形態を示す断面図である。 本発明のリニアモータ装置の第４実施形態を示す分解斜視図である。 本発明のリニアモータ装置の第５実施形態示す断面図である。 図１１の変形例を示す図である。 本発明のリニアモータ装置の第６実施形態を示す概略斜視図である。 本発明のリニアモータ装置の第７実施形態を示す外観斜視図である。 本発明のリニアモータ装置の第７実施形態に係るシステム構成図である。 本発明のリニアモータ装置の第８実施形態を示す断面図である。 本発明のリニアモータ装置の第８実施形態に係る分解斜視図である。 本発明のリニアモータ装置の第８実施形態に係るシステム構成図である。 本発明のリニアモータ装置の第８実施形態の変形例を示す分解斜視図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…ステージ装置、２…ステージ装置、
２０、３０、４０…リニアモータ（リニアモータ装置）、
２１、３１、４１…固定子（コイルユニット）、２２、３２、４２…可動子、
６１…ハウジング部、６２…外側ハウジング部、６３…内部空間、６４…第２空間、
７０…コイル、７４…拡散部、８１…滴下部（液体供給装置）、
８１Ａ…弁（制御装置）、９０…検出装置、１００…冷媒供給装置（液体供給装置）、
１０２…液体供給装置、１０４…ガス供給装置、１１０…回収装置、１１２…液化装置、
１１４…液体温度調整部、１１５…ガス吸引装置、１５０…穴部、ＣＯＮＴ…制御装置、ＥＸ…露光装置、ＭＳＴ…マスクステージ（ステージ装置）、
ＰＳＴ…基板ステージ（ステージ装置）、Ｓ…冷却装置

Claims (25)

1. コイルユニットを有するリニアモータ装置において、
   液体が気化する気化熱によって前記コイルユニットを冷却する冷却装置を有することを特徴とするリニアモータ装置。
2. 前記冷却装置は、前記液体を前記コイルユニットに沿って拡散させる拡散部と、前記拡散部に前記液体を供給する液体供給装置とを有することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ装置。
3. 前記拡散部は、網目を介して前記液体を拡散する網状部材を有することを特徴とする請求項２記載のリニアモータ装置。
4. 前記液体供給装置は前記拡散部の複数の位置のそれぞれに前記液体を供給することを特徴とする請求項２又は３記載のリニアモータ装置。
5. 前記冷却装置は、前記液体供給装置から供給する前記液体の温度を調整する液体温度調整部を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載のリニアモータ装置。
6. 前記コイルユニットは、内部空間を有するハウジング部と、前記内部空間に配置されるコイルとを備え、
   前記拡散部は前記ハウジング部の表面に設けられることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項記載のリニアモータ装置。
7. 前記ハウジング部を囲む外側ハウジング部を備えることを特徴とする請求項６記載のリニアモータ装置。
8. 前記冷却装置は、前記ハウジング部と前記外側ハウジング部とで囲まれた第２空間にガスを供給するガス供給装置を有することを特徴とする請求項７記載のリニアモータ装置。
9. 前記冷却装置は、前記ハウジング部と前記外側ハウジング部とで囲まれた第２空間からガスを吸引するガス吸引装置を有することを特徴とする請求項７記載のリニアモータ装置。
10. 前記ガス吸引装置は、前記第２空間を負圧化することを特徴とする請求項９記載のリニアモータ装置。
11. 前記コイルユニットは、内部空間を有するハウジング部と、前記内部空間に配置されるコイルとを備え、
    前記拡散部は前記コイルの表面に設けられることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項記載のリニアモータ装置。
12. 前記冷却装置は、前記内部空間にガスを供給するガス供給装置を有することを特徴とする請求項１１記載のリニアモータ装置。
13. 前記冷却装置は、前記内部空間からガスを吸引するガス吸引装置を有することを特徴とする請求項１１記載のリニアモータ装置。
14. 前記ガス吸引装置は、前記内部空間を負圧化することを特徴とする請求項１３記載のリニアモータ装置。
15. 前記冷却装置は、前記液体が気化した気化ガスを回収する回収装置を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載のリニアモータ装置。
16. 前記冷却装置は、回収された前記気化ガスを液化する液化装置を備えることを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ装置。
17. 前記冷却装置は、
    前記コイルの発熱量を検出する検出装置と、
    前記検出装置の検出結果に基づいて、前記液体供給装置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項２〜１６のいずれか一項記載のリニアモータ装置。
18. 前記コイルは所定方向に複数並んで設けられ、
    前記検出装置は前記複数のコイルそれぞれの発熱量を検出し、
    前記液体供給装置は前記拡散部のうち前記複数のコイルに対応する位置のそれぞれに対して前記液体を滴下する複数の滴下部を備え、
    前記制御装置は、前記検出装置で検出した前記複数のコイルそれぞれの発熱量に応じて前記複数の滴下部それぞれからの滴下動作を制御することを特徴とする請求項１７記載のリニアモータ装置。
19. 内部空間と外部空間とを隔てるハウジング部と、前記内部空間に配置されるコイルとを有するリニアモータ装置において、
    前記ハウジング部の熱を吸収する液体を、前記内部空間に供給する液体供給装置と、
    前記ハウジング部に設けられ、前記内部空間と前記外部空間とを連通する穴部と、
    前記外部空間に面する前記ハウジング部の外表面に設けられ、前記穴部を介して前記内部空間から前記ハウジング部の外表面に漏出した前記液体を前記外表面に沿って拡散させる拡散部とを備えることを特徴とするリニアモータ装置。
20. 前記コイルは所定方向に複数並んで設けられ、
    前記穴部は前記ハウジング部のうち前記複数のコイルに対応するそれぞれの位置に前記複数のコイルの発熱量に応じて複数形成されることを特徴とする請求項１９記載のリニアモータ装置。
21. 駆動装置を備えたステージ装置において、
    前記駆動装置に、請求項１〜請求項２０のいずれか一項記載のリニアモータ装置が用いられていることを特徴とするステージ装置。
22. 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た露光装置において、
    前記マスクステージ及び前記基板ステージのうち少なくともいずれか一方に、請求項２１記載のステージ装置が用いられていることを特徴とする露光装置。
23. コイルユニットを有するリニアモータ装置の冷却方法において、
    前記コイルユニットを液体の気化に伴う吸熱によって冷却することを特徴とするリニアモータ装置の冷却方法。
24. 前記コイルユニットに前記液体を供給するステップと、
    供給された前記液体を前記コイルユニットに沿って拡散するステップとを含むことを特徴とする請求項２３記載のリニアモータ装置の冷却方法。
25. 前記コイルユニットの発熱量を検出するステップと、
    前記検出結果に基づいて前記液体の供給量を制御するステップとを含むことを特徴とする請求項２４記載のリニアモータの冷却方法。
    

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