JP2005020871A

JP2005020871A - リニアモータ、及びこれを備える位置決め装置、並びに露光装置

Info

Publication number: JP2005020871A
Application number: JP2003181278A
Authority: JP
Inventors: Keiji Emoto; 圭司江本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】水を冷媒とした冷却を可能とし、温度上昇を最小限に抑える技術の提供。
【解決手段】リニアモータのコイル３の全体若しくは一部をシリコーン樹脂１で覆い、コイル３の絶縁性を高めた。コイル３には、磁石によって形成される磁力線に直角なコイル面に干渉しない形状をもつボビン部材２を設け、ボビン部材２を介して構造体に固定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造プロセスで用いられる露光装置等に搭載されるリニアモータに関し、特に、高発熱かつ温度上昇がほとんど許されない仕様のリニアモータにおけるコイルの冷却技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスで用いられる露光装置等に搭載されるリニアモータは、高出力にも関わらず精密な位置決めが要求され、温度上昇がほとんど許されないため、例えば、特許文献１に開示されたようにコイルに発生する熱量を直接冷媒で冷却する構成が採用されている。
【０００３】
図４，５はリニアモータの構成例を示し、図３は図４，５に示すリニアモータを搭載する位置決め装置の斜視図である。
【０００４】
図３に示す位置決め装置は、Ｙステージ２０をＹ方向に駆動するＹリニアモータ４０がステージ定盤１０上に固定されている。また、Ｙステージ２０にはＸステージ３０をＸ方向に駆動するＸリニアモータ５０が搭載されている。Ｙステージ２０は、Ｙリニアモータ４０の可動子４１に接続される両端部２１と、後述するＸリニアモータ５０の固定子５２が固定されてＸ方向に延びる中間部２２とを備える。また、Ｘステージ３０は、Ｘリニアモータ５０の可動子５１に接続される両端部３１と、これら両端部３１を連結する中間部３２とを備え、Ｘステージ３０は、Ｙステージ２０上においてＸ方向に駆動される。
【０００５】
また、Ｘステージ３０は、その中間部３２の基準面３２ａがＹステージ２０の中間部２２の基準面２２ａに所定の間隙を持って対向して不図示の静圧軸受により軸支されると共に、両端部３１の下側がステージ定盤１０の基準面１０ａに所定の間隙を持って対向して不図示の静圧軸受により軸支される。
【０００６】
Ｙリニアモータ４０は、ステージ定盤１０上に固定されてＹ方向に延びる固定子４２と、この固定子４２に対してＹ方向に移動可能な可動子４１とを備える。
【０００７】
固定子４２は、固定部材４２ｃを介してステージ定盤１０上に固定されている。図４に示すように、固定子４２は、コイル列４２ａの各コイルの両側のコイル面に冷媒を流動させる流路４２ｄが形成された冷却ジャケット４２ｂを有し、図５に示す冷却ジャケット４２ｂのＹ方向の一端に配設された一対の給水管４２ｅから流路４２ｄに冷媒を供給し、冷却ジャケット４２ｂのＹ方向の他端に配設された排水管４２ｆから排出する。Ｙリニアモータ４０のコイル列４２ａから発生した熱は、冷却ジャケット４２ｂ内を流動する冷媒に吸収されて外部の回収装置に運ばれる。
【０００８】
可動子４１は、固定子４２のコイル列４２ａに所定の間隙を持って対向配置される永久磁石４１ａと、この永久磁石４１ａを保持する保持部材４１ｂと、コイル列４２ａと永久磁石４１ａとの間隙を調整する調整部材４１ｃとを有し、連結板２３によりＹステージ２０の両端部２１に接続されている。
【０００９】
一方、Ｘリニアモータ５０は、Ｙステージ２０の中間部２０上に固定されてＸ方向に延びる固定子５２と、この固定子５２に対してＸ方向に移動可能な可動子５１とを備える。
【００１０】
また、Ｙステージ３０は、その両端部２１の基準面２１ａがステージ定盤１０の基準部１１の基準面１１ａに所定の間隙を持って対向して不図示の静圧軸受により軸支されると共に、両端部２１の下側がステージ定盤１０の基準面１０ａに所定の間隙を持って対向して不図示の静圧軸受により軸支される。
【００１１】
Ｘリニアモータ５０の固定子５２も、Ｙリニアモータ４０の固定子４２と同様に冷却ジャケット５２ｂを有し、冷却ジャケット５２ｂにはコイル列５２ａの各コイルの両側のコイル面に冷媒を流動させる流路が形成されている。
【００１２】
可動子５１は、固定子５２のコイル列５２ａに所定の間隙を持って対向配置される永久磁石５１ａと、この永久磁石５１ａを保持する保持部材５１ｂとを有し、保持部材５１ｂがＸステージ３０の両端部３１に接続されている。
【００１３】
上記構成により、Ｙリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の発熱のために周囲の雰囲気が加熱されて、Ｙステージ２０やＸステージ３０の位置を計測するためのレーザ干渉計に誤差が発生したり、Ｙリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の発熱のためにその周囲のステージ定盤１０等の構造物が熱変形を起こして、各ステージの位置決め精度が低下する等のトラブルを効果的に回避している。
【００１４】
また、Ｙリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の発熱のために各ステージ上のウエハ自体に熱歪が発生して位置決め精度が低下するのを防ぐことも可能となっている。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１０−１２７０３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１８４５３９号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７４７６２号公報。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常コイルを形成する線材はピンホールと呼ばれる絶縁被覆の小さな孔が存在しており、例えば水道水などの液体中では線材の絶縁性はほとんどない。そのため、従来技術にて説明したような構成を実現するには、▲１▼絶縁性の高い冷媒を用いるか、▲２▼コイル自身に冷媒との絶縁性を持たせた構成にしなくては漏電やコイルの短絡等が生じてしまう。従来の露光装置では非常に電気絶縁性の非常に高い（１×１０^１０Ω・ｃｍ以上）フッ素系不活性冷媒を用いたり、例えば、特許文献２に記載のように冷却ジャケットを二重にして不活性冷媒と水等とのハイブリッド冷却を行なうことによって上記の構成を実現してきた。
【００１７】
しかしながら、例えば、特許文献３に記載されたように、露光装置で不活性冷媒を使用するにあたっては、不活性冷媒の冷媒単価が非常に高い、地球温暖化係数が高い、熱容量が水の半分であるというような課題が大きくなったことにより、冷媒を水もしくは純水へ代替することが検討されてきた。しかしその場合、通常の水（蒸留水も含む）は、電気比抵抗は５〜１０ｋΩ・ｃｍ程度であり電気絶縁性はほとんどなく、また純水の場合１〜１８ＭΩ・ｃｍ程度の電気絶縁性はあるものの、冷媒にちょっとした不純物混入により急激に電気比抵抗が小さくなるため、絶縁に対する安全対策の意図も含めて、コイル自身に冷媒との絶縁性を持たせることが望まれていた。
【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、水を冷媒とした冷却を可能とし、温度上昇を最小限に抑える技術の提供を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリニアモータは、固定子と、当該固定子に所定間隙を持って対向配置される可動子と、当該固定子又は可動子に設けられた導電性の発熱体を冷媒を用いて強制冷却する冷却手段とを有するリニアモータであって、前記発熱体の少なくとも一部を防水性の樹脂膜で被覆した。
【００２０】
また、上記リニアモータにおいて、前記固定子は前記発熱体としてのコイルを備え、前記可動子は磁石をそれぞれ備え、当該コイルはボビン部材に保持され、当該ボビン部材を介して構造体に固定されている。
【００２１】
また、上記リニアモータにおいて、前記ボビン部材は、前記磁石で形成される磁力線に直角な面に干渉しない形状である。
【００２２】
また、上記リニアモータにおいて、前記冷媒は、水又は純水である。
【００２３】
また、上記リニアモータにおいて、前記防水性の樹脂膜は、シリコーン樹脂である
また、本発明の態様としては、上記いずれかのリニアモータと、前記リニアモータにより駆動されるステージとを備える位置決め装置、この位置決め装置によって基板または原版あるいはその双方を位置決めする露光装置を含むものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る第１の実施形態の防水コイルの構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
同図において、防水コイルは、線材を巻いて製作される通常のコイル３の内側に樹脂製のボビン部材２を接着・固定し、防水効果が保持できるようにその外側を防水膜としてのシリコーン樹脂１で全体若しくは一部を被覆して構成されている。図示のように防水コイルはシリコーン樹脂１とボビン部材２の容器に包まれているような構成になっている。但し、線材間に隙間がある場合は、シリコーン樹脂１を成型する際に入り込み、線材間もシリコーン樹脂で満たされる構成になる。この場合も、コイル３の見かけの熱伝導が上がり熱がコイル３から逃げやすくなるという利点がある。
【００２７】
また、コイル３は、コイル３に電気的に接続されたコイル線引き出し部４及び引き出し線５によって通電可能とされ、不図示の駆動回路によって通電駆動される。
【００２８】
本実施形態では、図３乃至図５に示すコイル列４２ａ，５２ａの各コイルに代えて上述した防水コイルが搭載される。
【００２９】
そして、上記防水コイルが搭載されたリニアモータを駆動する際には、ローレンツ力によりコイル３自身に推力に相当する大きな力がかかる。そのため、シリコーン樹脂１に力がかからないように、ボビン部材２を介してジャケット４２ｂに固定して固定子４２を構成している。そして、コイル３を冷却ジャケット４２ｂに対して高精度に取り付けるためにも、ボビン部材２の内側面（ジャケットとの組付け面）はシリコーン樹脂１を被覆していない構成をとっている。
【００３０】
このような、防水コイルの構造は、例えば、実開平５−１１４１０号公報や特開２００２−２８９５０号公報に開示されているように一般的であるが、本発明に係る実施形態のコイルは以下の点で異なる。
【００３１】
つまり、ローレンツ力を用いたリニアモータを構成する場合、磁石（もしくはバックヨーク）と実質的なコイル（絶縁部を除いた部分）面との隙間を小さくすることが効率向上に寄与するため、磁石（もしくはバックヨーク）と対向するコイル面に対してボビン部材２が干渉しないように、ボビン部材２は磁石で形成される磁力線に直角な面に干渉しない円筒形状に構成されている。また、従来のコイルは基本的に防滴を目的としており、水などの冷媒への耐性（膨潤、劣化）をあまり気にしなくて良いのでエポキシ樹脂など成型のしやすい樹脂を用いているのに対し、冷媒でコイル面を強制冷却する本発明の構成では被覆樹脂の化学的安定性が非常に重要となる。
【００３２】
そこで、コイル３の絶縁被覆にシリコーン樹脂１を用いて冷媒（主に水）への耐性を高めた。一般に、コイル３は自身の形状を保つための融着剤の制限より一般に１００℃以上の温度はかけづらい。そのため樹脂を被覆する際にフッ素樹脂などの硬化温度の高い熱硬化型樹脂などは用いることが難しい。それに対して、シリコーン樹脂はＲＴＶ（室温硬化型）タイプもあり、種類も豊富なため成型がしやすい樹脂である。また、安定的な化学構造なためエポキシ樹脂などに比べ非常に水など冷媒に対する吸収性も非常に少なく長期的な信頼性も高く、電気絶縁をはじめとする電気的特性も良い。さらに、コイル３が発熱した場合にはコイル自体が膨張してしまうが、シリコーン樹脂は硬化しても柔軟性をもつため、コイル３の膨張で樹脂被覆が壊れることなく膨張に対応できる。
【００３３】
以上述べた防水化したコイル３を図４及び図５に示すリニアモータに搭載し、さらに図３に示す位置決め装置やそれを用いた図６の露光装置に適用した場合、従来はフッ素系不活性冷媒などの絶縁性の非常に高い冷媒しか用いられなかったのに対して、水などの絶縁性の低い冷媒も柔軟に用いることが可能となった。これにより、非常に高価であった不活性冷媒を用いなくて済むことで露光装置全体の大きなコストダウン、メンテナンス費用の安価化が可能となる。
【００３４】
また、水などの環境的に全く問題ない冷媒を用いることで、地球環境的に非常に優しい装置にすることができる。さらに、水の場合不活性冷媒の２倍の熱容量をもつことから、より少ない冷媒を循環するだけで熱の回収が行えるため、循環ポンプ等の負荷を大幅に減らすことが可能となり、消費電力と共に装置スペースも小さくすることが可能となるのである。
【００３５】
［第２の実施形態］
図２は、本発明に係る第２の実施形態の防水コイルの構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００３６】
第２の実施形態の防水コイルの第１の実施形態と異なる点は、ボビン部材を用いずに単にコイル全体をシリコーン樹脂で覆った構成にある。これは、冷却ジャケットへの取り付け精度などがあまり気にならない場合に適用でき、コイル全体をポッティング用シリコーンに浸してシリコーン樹脂皮膜をつけることにより製作する。この場合、シリコーン樹脂皮膜の厚さなどのムラができやすいが、製作が非常に容易なため製作コストを非常に抑えることが可能となるという利点がある。
【００３７】
なお、上記各実施形態の構造では、可動子側に磁石を設けた、所謂ムービングマグネットタイプのリニアモータを示したが、可動子側にコイルを設けたムービングコイルタイプのリニアモータとしても構成可能である。
【００３８】
［露光装置］
図６は、本実施形態の位置決め装置を搭載する露光装置を示し、ステージ定盤１０がマウント９０を介して床又は基盤９１上に保持されている。Ｘステージ３０には、ウエハ等の基板を保持し且つ投影光学系９７の光軸と直交するＸＹ平面上で移動可能なウエハステージ９３が搭載され、レーザ干渉計１００によりウエハステージ９３の位置と姿勢が計測される。
【００３９】
また、鏡筒定盤９６には、回路パターンが描画されたレチクル（原版）をＸＹ平面上で移動可能に保持するレチクルステージ９５がレチクルステージ定盤９４を介して保持されている。レチクルステージ定盤９４は、ダンパ９８を介して床・基盤９１上に保持されている。また、レチクルに照明光を与える照明光学系９９が設けられ、照射されたレチクルの描画パターンの一部を投影光学系９７を介してウエハに転写する。
【００４０】
なお、上記構造では、可動子側に永久磁石を設けた、所謂ムービングマグネットタイプのリニアモータを示したが、可動子側にコイルを設けたムービングコイルタイプのリニアモータとしても構成可能である。
【００４１】
上記構成において、ウエハステージ９３及びレチクルステージ９５によって基板または原版あるいはその双方を位置決めし、投影露光する。
【００４２】
上記実施形態によれば、コイル３を防水膜で覆うことで、水などの電気抵抗率の低い冷媒に対してもコイル３を直接冷却することができる。そして、この防水膜をシリコーン樹脂にすることで、水に対する耐性、温度上昇に対する温度耐性及び線材膨張に対応するための防水膜の柔軟性等を確保することができる。また、コイル３をボビン部材２により保持してボビン部材２を介して冷却ジャケットに固定することで、デリケートな防水膜に力が働かないように構成できる。更に、このボビン部材２は磁石によって形成される磁力線に垂直な面に干渉しないような形状であるので、リニアモータの効率悪化を防ぐことができる。
【００４３】
また、これらの防水コイルを用いたリニアモータを位置決め装置や露光装置のステージ駆動手段として使用することで、水などを冷媒とした冷却が可能な露光装置が実現できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発熱体の少なくとも一部を防水膜で被覆することにより、水などの電気抵抗率の低い冷媒に対しても発熱体を直接冷却することができ、水を冷媒とした冷却を可能とし、温度上昇を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の防水コイルの構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態の防水コイルの構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図４，５に示すリニアモータを搭載する位置決め装置の斜視図である。
【図４】（ａ）はリニアモータの構成例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】リニアモータの構成例を示す斜視図である。
【図６】図３に示す位置決め装置を搭載する露光装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１シリコーン樹脂
２ボビン部材
３コイル
４コイル線引き出し部
５引き出し線
１０ステージ定盤
２０Ｙステージ
３０Ｘステージ
４０Ｙリニアモータ
４１，５１可動子
４２，５２固定子
４２ａ，５２ａコイル列
４２ｂ，５２ｂ冷却ジャケット
５０Ｘリニアモータ
９３ウエハステージ
９４レチクルステージ定盤
９５レチクルステージ
９６鏡筒定盤
９７投影光学系
９９照明光学系

Claims

固定子と、当該固定子に所定間隙を持って対向配置される可動子と、当該固定子又は可動子に設けられた導電性の発熱体を冷媒を用いて強制冷却する冷却手段とを有するリニアモータであって、
前記発熱体の少なくとも一部を防水膜で被覆したことを特徴とするリニアモータ。
前記固定子は前記発熱体としてのコイルを備え、前記可動子は磁石をそれぞれ備え、当該コイルはボビン部材に保持され、当該ボビン部材を介して構造体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
前記ボビン部材は、前記磁石で形成される磁力線に直角な面に干渉しない形状であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
前記冷媒は、水又は純水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
前記防水膜は、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータ
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリニアモータと、前記リニアモータにより駆動されるステージとを備えることを特徴とする位置決め装置。
請求項６に記載の位置決め装置によって基板または原版あるいはその双方を位置決めすることを特徴とする露光装置。