JP2010246188A - リニアモータおよびそれを用いたステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石とコイルとの間のギャップが従来と同等であっても、リニアモータから周囲空間への漏れ熱量をより抑制することが可能なリニアモータを提供することを目的とする。言い換えれば、リニアモータからの周囲空間への漏れ熱量を従来と同程度抑制できながら、磁石とコイルとの間のギャップをより小さくでき、駆動効率を従来よりも向上させることが可能なリニアモータを提供することを目的とする。
【解決手段】 磁石を含む第１部材と前記磁石の側から順に断熱部材とコイルと前記コイルを冷却する第１冷却手段とが配置された第２部材とを有し、前記コイルに電流が流れることにより前記第１部材と前記第２部材とが相対的に移動するリニアモータであって、前記第２部材は、前記磁石と前記断熱部材との間に第２冷却手段を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータに関する。さらにはこれらを具備するステージ装置に関する。さらにはこれらを具備する露光装置およびそれを用いたデバイス製造方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子等を製造するために用いられる半導体露光装置は、ウエハやレチクルを高速で移動させて位置決めするステージ装置（ウエハステージ、レチクルステージ）を有している。このステージ駆動方法としては一般にローレンツ力によるリニアモータを使用している。リニアモータを用いることにより、ステージ可動部が固定部に対して非接触で高速駆動し、しかも高精度な位置決めが可能となっている。

昨今、半導体露光装置の生産性（スループット）向上のために、ステージ加速度はより一層の向上が求められている。さらにレチクルや基板の大型化に伴ってステージの質量も増大している。このため、＜移動体の質量＞×＜加速度＞で定義される駆動力は非常に大きなものとなり、ステージ駆動用リニアモータコイルに大電流を流すことに伴い発熱量が増大している。

リニアモータの発熱が周囲空間に漏れると、ステージの位置計測センサであるレーザ干渉計の光軸空間の温度変化による計測誤差や、周囲空間に配置されている反射ミラーなどの光学部品の熱変形による計測誤差が引き起こされる。また、リニアモータ周囲の構造体やレンズなどの熱変形を引き起こし、露光転写精度を劣化させる要因となる。

そこで、特許文献１には、コイルを真空室内に収納し、いわゆる真空断熱によりコイルの発熱を周囲空間に漏れ出さないようにした構成が開示されている。また、コイルの磁石側の面に冷媒流路を設けてコイルに通電したときに発生する発熱のうち周囲空間（磁石側）に漏れ出す熱量の一部を冷媒によって回収する構成が開示されている（図１１）。

特許文献２には、リニアモータのコイルと永久磁石の間に断熱材を設ける構成が開示されている（図１２）。この断熱材によりコイルに電流を通電したときの発熱が周囲空間（磁石側）に漏れないようになされている。

特許第４０８８７２８号公報 特開平１０−３２３０１２号公報

しかしながら、特許文献１の真空断熱の構成では、真空領域の厚みと、真空と大気圧との差圧によって破損しないための真空室蓋の厚みと、差圧による蓋の変形に対して真空領域の厚みを確保するだけのスペースが必要となる。そのため、コイルと磁石間のギャップを大きくとらなければならない。また、図１１に示す冷媒流路９９を設ける構成では、コイル３８に接して設けられる薄板８２を通じて、コイルの発熱の多くが冷媒流路９９の冷媒に入ることになる。冷媒に入る熱量が大きいため、相応の冷媒流量が必要となり、冷媒流路９９のための大きなスペースが必要となる。また、冷媒圧力によって蓋３６が破損しないだけの蓋厚みおよび蓋の圧力変形分のためのスペースも必要となる。よって、この構成でもコイルと磁石間のギャップを大きくとらなければならない。

したがって、特許文献１の構成では、コイルと磁石間のギャップ（いわゆる磁気ギャップ）が大きくなることで、リニアモータの効率が悪化し、必要な推力を発生させるために必要な電流が増加し、更なる発熱の増加につながる。

続いて、特許文献２の断熱材を用いた構成では、断熱材の厚みｄ（単位はｍ）を熱伝導率λ（単位はＷ／ｍＫ）で除した値ｄ／λ（ここでは熱抵抗率Ｒと呼ぶこととする）が大きいほど、周囲空間に漏れる熱量を小さくすることができる。つまり、断熱材は熱伝導率λが小さく、厚みｄが大きいほど周囲に漏れる熱量を抑制することができる。

しかしながら、断熱材厚みを大きくとると、磁気ギャップが大きくなってリニアモータの効率が下がり、発熱量が大きくなってしまう。

逆に、断熱材厚みを小さくするためには熱伝導率が小さい断熱材を選定する必要がある。しかしながら、断熱材の熱伝導率には限界がある。市販の断熱材量（例えば硬質ウレタン）は１０^−２、真空断熱材（包材内部を真空にすることで熱伝導率を低くしたもの）が１０^−３の熱伝導率（単位はＷ／ｍＫ）であるのが一般的である。

漏れ熱量をある値以下にするために熱低効率Ｒ_０を必要とするときに、入手可能な最小の熱伝導率λ_ｍｉｎを持つ断熱材を用いたとしても、厚みｄ_ｍｉｎ（＝Ｒ_０×λ_ｍｉｎ）が必要となる。断熱材だけの構成では、ｄ_ｍｉｎ以下の厚みでより高い漏れ熱量抑制効果を得ることは難しい。つまり、入手可能な断熱材の熱伝導率で断熱材に必要な厚みが決まってしまい、漏れ熱量抑制効果を保ったまま厚みを薄くすることはできない。

そこで本発明は、磁石とコイルとの間のギャップが従来と同等であっても、リニアモータから周囲空間への漏れ熱量をより抑制することが可能なリニアモータを提供することを目的とする。言い換えれば、リニアモータからの周囲空間への漏れ熱量を従来と同程度抑制できながら、磁石とコイルとの間のギャップをより小さくでき、駆動効率を従来よりも向上させることが可能なリニアモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のリニアモータは、磁石を含む第１部材と前記磁石の側から順に配列された断熱部材とコイルと前記コイルを冷却する第１冷却手段とを含む第２部材とを有し、前記コイルに電流が流れることにより前記第１部材と前記第２部材とが相対的に移動するリニアモータであって、前記磁石と前記断熱部材との間に第２冷却手段を有する。

本発明によれば、磁石とコイルとの間のギャップが従来と同等であっても、リニアモータから周囲空間への漏れ熱量をより抑制することが可能となる。言い換えれば、リニアモータからの周囲空間への漏れ熱量を従来と同程度抑制できながら、磁石とコイルとの間のギャップをより小さくでき、駆動効率を従来よりも向上させることが可能となる。

本発明の第一の実施形態のリニアモータ断面図の一例を示した図 漏れ熱量抑制手段の厚みと効果との関係例を示した図 本発明の別の第一の実施形態のリニアモータ断面図の一例を示した図 本発明の別の第一の実施形態のリニアモータ断面図の一例を示した図 本発明の別の第一の実施形態のリニアモータ断面図の一例を示した図 熱伝導部材のスリットまたは分割の方法の一例を示した図 冷媒の温調循環系の一例を示した図 熱伝導部材の温度分布例を示した図 本発明の第一の実施形態のステージ装置の一例を示した図 本発明の第二の実施形態のステージ装置の一例を示した図 従来例のリニアモータを示した図 従来例のリニアモータを示した図 本発明の露光装置の一例を示した図

（第１実施形態）
以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。

図９は、ステージ装置２０１を示す図である。ステージ装置２０１は、定盤２０３上にリニアモータ１００を２つ備えている。可動天板２０２は、リニアモータ１００と連結され、定盤２０３上をＹ軸方向に駆動される。可動天板２０２と定盤２０３との間には、不図示の静圧軸受を備えており、静圧軸受によりＸ方向およびＺ方向に非接触でガイドされた状態でＹ方向に移動できる。また、可動天板２０２は、その側面に不図示のミラーを備え、不図示のレーザ干渉計によってその位置を計測可能になっている。電流ドライバ２０４によってリニアモータ１００に電流を通電することにより駆動力が発生し、可動天板２０２は、図中Ｙ方向に移動することができる。

図１は、本発明の第一の実施形態の一例であり、図９におけるリニアモータ１００のＡ−Ａ断面図を示している。リニアモータ１００は、主に可動子１００Ａ（第１部材）と固定子１００Ｂ（第２部材）で構成される。

リニアモータ１００の固定子１００Ｂは、略四辺形形状の角筒環状コイル１０３とヨーク１０４と、コイルを冷却する第１冷却手段１０５とを含む。ここで、略四辺形形状とは、断面形状が４つの直線を含み、例えば図１のように、２つの直線が曲線を介して繋がっているものを含む。また、ここでは四辺形形状としているが、例えば、三角形形状や六角形形状、円形形状であってもよい。その場合は、可動子１００Ａの形状を三角形形状や六角形形状、円形形状にして、固定子１００Ｂの形状に合せればよい。第１冷却手段１０５は、コイル冷却用の冷媒流路１１７ａを備えており、コイル１０３の内側の空間に設けられ固定子全体を支持する構造体でもある。冷媒流路１１７ａは、一つであっても良いし、複数の流路を持っていても良い。また、冷媒との熱伝達を利用する冷却系でなくても良く、熱伝導や輻射を利用したどのような冷却系であっても良い。なお、コイル１０３とヨーク１０４とが電気的にショートすることを防ぐために、コイル１０３とヨーク１０４との間に不図示の絶縁部材が設けられている。

リニアモータ１００の可動子１００Ａは、駆動軸（図中のＹ軸）に平行なコイルの平面４面にそれぞれ対向するように設けられた複数の永久磁石１０１を備える。永久磁石１０１は、さらに紙面と垂直方向（図１中のＹ軸方向）にいわゆるハルバッハ配列で整列させ、ハウジング１０２によって４面の複数の永久磁石が連結されている。

永久磁石１０１とヨーク１０４によって生成される磁場中で、コイル１０３に不図示の電流ドライバから電流を流すことによって駆動力が発生し、可動子１００Ａは固定子１００Ｂに対してＹ軸方向に移動する。ちなみに、本実施例では、第１部材を可動子、第２部材を固定子としたが、第１部材と第２部材とが相対的に移動すればよいため、第１部材を固定子、第２部材を可動子としても良い。

ヨーク１０４は、永久磁石１０１の相対移動に伴う渦電流の発生を防止するために、積層された保磁力の低い軟鉄系部材、例えばパーマロイ鋼板や、ケイ素鋼板等を用いている。

リニアモータ１００において、コイル１０３に電流を通電すると、コイル１０３は発熱を生じる。コイル１０３から第１冷却手段１０５の冷媒までの熱抵抗が、コイル１０３とコイル１０３の周囲空間の空気との熱抵抗よりも十分に小さければ、コイルの発熱はそのほとんどが冷媒によって回収される。しかしながら、コイル１０３自身の第１冷却手段方向への熱伝導率が小さいことや、コイル１０３−ヨーク１０４間、ヨーク１０４−第１冷却手段１０５間等の層間の熱抵抗によって、コイルから冷媒までの熱抵抗を十分に小さくすることは難しい。これによって、コイル１０３の発熱は第１冷却手段１０５の冷媒で完全には回収されず、周囲空間側に漏れることになる。なお、コイル１０３の周囲空間とはコイル１０３を内包する空間を表しているものであり、例えば図１において磁石１０１、ハウジング１０２はコイル１０３の周囲空間中に存在する物体の１つである。

そこで、コイル１０３と磁石１０１の間に断熱材１０６（断熱部材）と、断熱材１０６と永久磁石１０１との間に第２冷却手段１１８とを設ける。本実施例のように、コイルの形状が角筒である場合は、磁石と対向するコイルの平面部に、断熱材１０６と第２冷却手段１１８とを設ける。図１では、第２冷却手段１１８は、熱伝導部材１０７と、熱伝導部材１０７の端部であって、永久磁石とコイル対向面領域外で熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８とで構成される。

断熱材１０６は、硬質ウレタンやグラスウール、または真空断熱材等の熱伝導率の低い物質を用いるのが好ましい。市販の硬質ウレタンは１０^−２、真空断熱材が１０^−３の熱伝導率（単位はＷ／ｍＫ）であるのが一般的である。一方、熱伝導部材１０７は、銅、炭素繊維または炭素繊維強化樹脂、グラファイトなどの熱伝導率の高い物質を用いるのが好ましい。または、ヒートパイプのような作動液の相変化を用いた高熱伝導素子を用いても良い。

冷却部材１０８を磁石とコイルとの対向面領域外に配置することで、コイルと磁石とのギャップを小さくし、リニアモータの効率を向上させることができる。

熱伝導部材１０７の冷却部材１０８は、例えばその内部に冷媒流路１１７ｂを備えている。冷却部材１０８と熱伝導部材１０７とは、接着剤等で接着しても良いが、溶接などの手段で熱抵抗を小さく接合することが望ましい。また、第２の冷却部材と熱伝導部材とを一体で成形しても良い。

上記構成のように、断熱材１０６をコイル１０３の表面に備えることにより、コイルから周囲空間側への熱抵抗が大きくなり、コイルの発熱のより多くが第１冷却手段１０５の冷媒方向に導かれる。そして、断熱材によって小さくされた周囲空間側に向かう熱量は、第２冷却手段１１８（図１では熱伝導部材１０７を通り、熱伝導部材１０７を冷却する冷却手段１０８の冷媒）にその多くが回収される。このように、コイルから周囲空間に漏れ出す熱量を断熱材でまず大きく絞り、かつ断熱材を通過して漏れ出そうとする熱量を熱伝導部材で回収することで、漏れ熱量を抑制することが可能となる。

次に、本発明構成と従来構成との漏れ熱量および厚みの比較を行い、本構成の有利な点について説明する。

図２は、（１）従来構成であるコイル表面に断熱材のみを設置したときと、（２）本発明構成であるコイル表面に断熱材および冷却された熱伝導部材を設置したときの、漏れ熱量比（Ｑａ’／Ｑａ）と漏れ熱量抑制手段の総厚みｔとの関係を示すグラフである。漏れ熱量比とはコイルをむき出しにした場合の漏れ熱量Ｑａに対して、従来構成または本発明構成を適用した場合の漏れ熱量Ｑａ’の比（Ｑａ’／Ｑａ）である。また、総厚みｔとは従来構成では断熱材の厚みを示し、本発明の構成では断熱材と熱伝導部材の厚みの和を示すものである。

なお、計算モデルは、一定温度のコイルが空気（熱伝達率１０Ｗ／ｍ２Ｋ）に晒されているとし、コイルと空気間に（１）断熱材を備えた時、（２）断熱材（材質は（１）と同じ）と端部が冷却された熱伝導部材を備えた時の漏れ熱量を算出した。断熱材の熱伝導率は、真空断熱材相当の０．００６Ｗ／ｍＫ、熱伝導部材は、銅相当の３８０Ｗ／ｍＫとした。さらに簡単に、空気の温度と熱伝導部材端部の温度とは等しいとした。なお、（２）の本発明構成を示すグラフ曲線は、ある漏れ熱量比（Ｑａ’／Ｑａ）を達成するときの断熱材と熱伝導部材の厚み和が最小になる最適値を算出して表示している。

図２において、例えば漏れ熱量比を０．１程度にする場合（漏れ熱量をコイルをむき出しにした時の０．１倍に抑制する場合）に、従来の断熱材のみの構成では５．４ｍｍの厚さが必要なのに対し、本発明の構成では１．１ｍｍの厚みで達成できる。ちなみに、この時の厚み１．１ｍｍの内約は断熱材０．６ｍｍ、熱伝導部材０．５ｍｍである。

特に漏れ熱量比が０．１以下（漏れ熱量を大幅に抑制したい場合）では、図２の本発明構成と従来構成でのグラフ曲線が大きく離間している。このことから、本発明構成は、従来構成に対して大きな効果があることが分かる。

なお、熱伝導部材は上記計算では銅としているが、熱伝導率のより高い物質を用いることでその効果が高まり、さらに薄く構成できるようになる。

上記計算仮定のパラメータの値（例えば空気の熱伝達率等）が異なると漏れ熱量比、厚みの値は変わるが、従来の断熱材のみの構成よりも本発明の断熱材と冷却された熱伝導部材の構成の方が、漏れ熱量抑制効果をより薄い厚みで達成できることに変わりは無い。

ところで、第２冷却手段１１８で回収する熱量はコイルから断熱材を通過してくる熱量であるので、図１０のように断熱材が無い場合と比較してその量は微量である。そのため、図３のように第２冷却手段１１８として冷媒流路１１７ｃを設ける構成としても厚みを薄く構成できる場合がある。図３は、断熱材１０６と蓋１１２との間の冷媒流路１１７ｃに冷媒を流す構成を示している。冷媒流路１１７ｃの冷媒で回収する熱量が小さいので、冷媒流量も微量で良く、冷媒流路のための厚みも薄くて良く、また大きな冷媒圧力も不要になるために蓋１１２も薄く構成できる。よって、図３の断熱材１０６上と蓋１１２との間に冷媒流路１１７ｃを設けた構成の方が、図１０の構成よりも厚みを薄く構成でき、リニアモータの効率を向上させることができる。なお、蓋１１２の熱伝導率は高くなくて良く、ヤング率および強度の高い材質等を用いることで、厚みと変形量を抑制することができる。

また図４のように、第２冷却手段１１８を熱伝導部材１０７と、熱伝導部材１０７内部に熱伝導部材１０７を冷却する冷却手段（冷媒流路１１７ｄ）とで構成しても良い。冷媒流路１１７ｄの冷媒で回収する熱量が小さいので、冷媒流量も微量で良いため、厚みの薄い熱伝導部材１０７内部に微小の流路１１７ｄを設けて冷媒を流すことで漏れ熱量を抑制可能となる。なお、図４における熱伝導部材１０７はヤング率、強度の高い材料を用いることで、厚みと変形量を抑制することができる。また、熱伝導率の高い材料を用いる事が望ましく、冷媒流路１１７ｄでより多くの熱量を回収できる。

続いて、漏れ熱量を抑制するための付属の手段について説明する。以降、簡便化のため図１の構成を基本構成として説明するが、図３、図４の構成においても適応可能である。

図５（Ａ）では、コイル１０３を、永久磁石１０１との対向面側であって磁石との対向面領域外で冷却する第３冷却手段１１６を備える構成を表している。第３冷却手段１１６は例えばその内部にコイル１０３冷却用の冷媒流路１１７ｅを備えており、コイル１０３の曲面部に接着剤等で貼り付けても良い。

第３冷却手段１１６によってコイルを冷却する冷却パスが増えて、コイル発熱の内、断熱材側に向かう熱量の割合を下げられる。よって漏れ熱量を図１の構成よりも小さく抑制することが可能となる。

図５（Ｂ）では、熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８がコイル１０３を冷却する第３冷却手段を兼ねる構成を示している。コイル１０３の磁石対向面側の磁石１０１と対面しない領域のスペースが限られている場合、熱伝導部材１０７を冷却する冷却手段とコイルを冷却する第３冷却手段を兼ねることでスペースの有効利用が図れる。

なお、第３冷却手段は、発熱するコイルに直接取り付けられるため、冷媒流量を十分大きく設定しないと冷媒の温度が上昇して熱を回収できなくなってしまう。第３冷却手段を第二の冷却部材と兼ねる場合にも、コイルからの回収熱量によって冷媒が大きく温度上昇すると熱伝導部材での回収熱量が減ってしまうため、冷媒流量を十分にとるように注意する必要がある。

続いて、漏れ熱量を抑制するための他の付属の手段について説明する。

図６のように、熱伝導部材１０７は熱伝導部材を冷却する冷却部材１０８に向かう方向にスリット１１５を設けるかまたは分割構造にしても良い。図６（Ａ）はスリットを、（Ｂ）は分割構造を表している。

熱伝導部材１０８が導電性材料の場合、永久磁石１０１とコイル１０３とが図５のＹ方向に相対移動するとき、熱伝導部材１０８の表面に渦電流が発生する。渦電流が発生すると相対移動抵抗力となったり、熱伝導部材での発熱が引き起こされる恐れがある。この相対移動抵抗力を補償する力をリニアモータで発生させるためにコイルへの通電量を増やすと、コイル発熱がさらに増大する。これらにより、漏れ熱量が大きくなる恐れがある。

そこで、図６のように熱伝導部材１０７にスリットを設けたり、分割構成にすることにより、銅等の導電性材料を用いた場合でも渦電流を抑制することができる。また、熱伝導部材１０７は、冷却部材１０８側へ熱を輸送することが目的であるので、スリット１１５または分割する方向は冷却部材１０８に向かう方向に設定する必要がある。図５中のＹ方向にスリットまたは分割してしまうと、熱伝導部材１０７の一部が冷却部材１０８から熱絶縁されてしまうため、漏れ熱量を回収する効果が得られなくなってしまう。

続いて、漏れ熱量を抑制するための、他の付属の手段について説明する。

図７（Ａ）は、本構成におけるリニアモータの冷媒循環系の一例を示すものである。ポンプ１１０によってエネルギが付与された冷媒は温度調節器１１１によってその温度が調節され、熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８の入口継ぎ手１０９ａに供給される。冷媒流路１１７ｂを通り出口継ぎ手１０９ｂから出た冷媒はコイル１０３を冷却する第１冷却手段１０５の入口継ぎ手１０９Ａに導かれる。第１冷却手段１０５を通って出口継ぎ手１０９Ｂから出た冷媒は再度ポンプ１１０に入り、再びエネルギを付与される。このようにして、冷媒が循環する循環系システムが構成されている。

図８は、図１における熱伝導部材１０７のＸ方向またはＺ方向の温度分布の一例を表したものである。熱伝導部材１０７には断熱材１０６を通過する熱量が入熱し、熱伝導部材１０７を通じて冷却部材１０８の冷媒によって回収される。熱伝導部材１０７の温度分布は、断熱材１０６を通過して入熱する熱量が熱伝導部材の各位置（ｘ）でほぼ均等な分布とすると、図８のようになる。両端の冷却部材１０８から最も離れた位置である中央部が最も高く、冷却部材１０８の位置である両端部でほぼ冷却部材の冷媒温度と等しくなる。

熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８の冷媒温度Ｔｃを周囲空間の空気の温度Ｔａと等しくなるように設定した場合、熱伝導部材１０７の温度Ｔは、図８（Ａ）のように周囲空気温度Ｔｃよりも高くなり、熱伝導部材１０７から周囲空気に漏れ熱量が発生する。

ここで、熱伝導部材１０７を冷却する冷却手段１０８の冷媒温度Ｔｃを周囲空気温度Ｔａよりも低くなるように設定すると、熱伝導部材１０７の温度Ｔは、図８（Ｂ）のように周囲空気温度Ｔａより高い領域と低い領域に分かれる。この状態では、熱伝導部材１０７の一部では周囲空気に熱を与え、一部では周囲空気から熱を奪うことになる。周囲空気に与える熱量の方が大きければ漏れ熱量は正の値になり、周囲空間の部品の熱膨張を引き起こす恐れがある。逆に周囲空気から奪う熱量が大きければ漏れ熱量は負の値となり、周囲空間の部品の熱収縮を引き起こす恐れがある。周囲空気に与える熱量と周囲空気から奪う熱量が等しくなるように冷媒温度Ｔｃを設定できれば、周囲への漏れ熱量をほぼゼロにすることができる。なお、周囲空気温度Ｔａはコイル１０３周囲の任意の箇所にて温度計を設置することで知ることができる。

ところで、図１に示すような構成で任意に設計した時の熱伝導部材１０７の最大温度は、コイル１０３の発熱によってその大きさが決まる。コイル１０３に大きな電流を通電して発熱量が大きい時は温度が高く、逆に小さな電流を通電して発熱量が小さい時は温度が低い。よって、漏れ熱量を抑制するためには、リニアモータの駆動状態によって適宜冷媒温度Ｔｃを調節することが望ましい。駆動状態が一定で予め分かっている場合には冷媒温度Ｔｃを一度適切に決めてしまえばよい。駆動状態が刻時変化するような場合には、図７に示すようにリニアモータの駆動状態を計測する計測部１１３と、その計測結果に基づいて適切な冷媒温度を演算する演算部１１４とを備え、温度調節器１１１によって冷媒温度を決定するようにしても良い。リニアモータの駆動状態を計測する計測部は例えばコイル通電量を測る電流計や、コイル端の電圧計などでも良い。

なお、図７（Ａ）は、温度調節器１１１によって温調された冷媒を先ず熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８に導き、その後第１冷却手段１０５を流す冷媒循環系構成にしている。順序を逆にして第１冷却手段１０５から先に冷媒を流すと、回収熱量が大きいため冷媒の温度が大きく上昇して、熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８の位置で所望の冷媒温度とならなくなる恐れがある。以上のことから図７（Ａ）のように第１冷却手段１０５と熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８に流す冷媒を１つの冷媒流路で構成する場合には、冷媒は熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８から流す経路にした方が好ましい。

また、図７（Ｂ）は、第１冷却手段１０５と熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８に個別に冷媒を流す冷媒循環系の一例を示す図である。それぞれ個別のポンプ１１０ａ、１１０ｂ、温度調節器１１１ａ、１１１ｂを有する冷媒循環系を備えている。熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８用の冷媒温度調節器１１１ａでは、上述のように、リニアモータの駆動状態に基づいて温度を決定した冷媒を流し、漏れ熱量を抑制すれば良い。

一方、第１冷却手段１０５用の冷媒温度調節器１１１ｂでは冷媒温度を熱伝導部材１０７を冷却する冷却部材１０８の冷媒温度よりも低く設定しても良い。第１冷却手段１０５の冷媒温度を下げた分、リニアモータ駆動時のコイル１０３の温度は低下するので、周囲空間に漏れる熱量を抑制することができる。リニアモータを駆動しない場合は、コイルの温度が外気温度以下になり、逆に周囲空間から熱を奪う様態になるので、リニアモータ駆動状態を計測する計測部１１３および冷媒温度演算部１１４によって、適宜適切な冷媒温度に決定するようにすると良い。

以上説明したように、本発明によれば、リニアモータのコイル発熱の周囲空間への漏れ熱量を抑制可能となる。これによって、例えば図９において、コイルの周囲空間に存在する可動天板２０２などの構造物の温度変動による熱変形を抑制することができる。また、図９に不図示のコイルの周囲空間に存在するレーザ干渉計の光路の温度が変動しにくくなるので、干渉計の計測誤差を減らすことができる。

また、漏れ熱量抑制手段を従来の断熱材のみの構成よりも厚みを薄く構成することができるので、コイルと磁石との磁気ギャップを小さくすることができ、リニアモータの効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
続いて、本発明の別な好適な実施の形態を説明する。

図１０は、いわゆる平面型リニアモータに、第１実施形態に説明したような漏れ熱量抑制手段を備えたものである。

図１０は、略長円形のコイル３０３をＸ方向に並べた第１層目のコイル群とＹ方向に並べた第２層目のコイル群と、コイルに対向して配置された磁石群３０１と、磁石を保持して並進３軸および回転３軸に自由度を持つ可動天板３０２を備える。ここで、略長円形とは、図中のＸまたはＹ方向に長手を有する形状であり、例えば、２本の直線の両端部同士を曲線で結んだ形状のことをいう。また、コイル３０３の形状は略長円形でなく、略長方形であってもよい。コイル３０３を冷却するための冷媒流路を備える第１冷却手段３０５は、コイルの磁石群３０１と反対側に配置され、コイルを支持するコイル支持体を兼ねている。継ぎ手３０９を介して第１冷却手段３０５に冷媒が流され、コイル３０３を冷却する。また、不図示の電流ドライバによって、適切なコイルに適切な電流を流すことで、コイル３０３群と磁石群３０１との間で駆動力が発生し、並進３軸および回転３軸方向に可動天板３０２を駆動することができる。さらに不図示のレーザ干渉計などを用いた位置計測系と制御系を備えることで、可動天板３０２の位置を制御することが可能となる。

コイル３０３の磁石３０１側の面には断熱材３０６を備えており、さらに断熱材３０６と磁石３０１との間には熱伝導部材３０７が配置されている。熱伝導部材３０７は、磁石３０１の可動範囲外において熱伝導部材３０７を冷却する冷却部材３０８によって冷却されている。

この構成によって、コイル３０３群から周囲空間に漏れ出す熱量を抑制することができる。周囲空間に漏れ出す熱量を抑制することができるので、周囲空間に存在する可動天板３０２などの構造物の熱変形や、不図示のレーザ干渉計のいわゆる温度ゆらぎによる計測誤差を抑制することができる。

また、従来の断熱材のみの構成よりも厚みを薄く構成することができるので、コイル３０３群と磁石群３０１との磁気ギャップの拡大を小さく抑えることができ、リニアモータの効率を従来よりも向上させることができる。

なお、コイル３０３群の左右側面には、別途断熱材３１２が備えられており、コイル３０３群の左右側面から周囲空間に漏れ出す熱量を抑制している。コイル３０３群の左右側面方向はリニアモータの効率には関係がないため、スペースが許す限り十分な厚みの断熱材３１２等を設けて、漏れ熱量を抑制することができる。

（露光装置の実施形態）
以下、本発明の実施例に係るリニアモータが適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置本体５０５は図１３に示すように、照明装置５０１、レチクル（原版）を搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、ウエハ（基板）を搭載したウエハステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップ・アンド・リピート投影露光方式またはステップ・アンド・スキャン投影露光方式であってもよい。

本発明のリニアモータは、レチクルステージ５０２及びウエハステージ５０４のいずれに用いられても良い。

照明装置５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系５０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）を使用することができる。また、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することもできる。

レチクルステージ５０２およびウエハステージ５０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップ・アンド・スキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。

（デバイス製造方法の実施形態）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述の実施形態の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

１００Ａ 第１部材
１００Ｂ 第２部材
１０１ 磁石
１０３ コイル
１０５ 第１冷却手段
１０６ 断熱材
１１８ 第２冷却手段

Claims (14)

1. 磁石を含む第１部材と、前記磁石の側から順に配列された断熱部材とコイルと前記コイルを冷却する第１冷却手段とを含む第２部材とを有し、前記コイルに電流が流れることにより前記第１部材と前記第２部材とが相対的に移動するリニアモータであって、
   前記磁石と前記断熱部材との間に第２冷却手段を有することを特徴とするリニアモータ。
2. 前記第２冷却手段は、熱伝導部材と前記熱伝導部材を冷却する手段とを有し、
   前記熱伝導部材は、前記磁石と前記コイルとが対向する領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記熱伝導部材を冷却する手段は、前記磁石と前記コイルとが対向する領域外に配置されることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記コイルに対して前記第１冷却手段の反対側に配置された前記コイルを冷却する第３冷却手段をさらに有することを特徴とする請求項２または３に記載のリニアモータ。
5. 前記熱伝導部材を冷却する手段は、前記第３冷却手段を兼ねることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記第１部材は可動子であり、
   前記第２部材は固定子であり、
   前記コイルは、角筒環状コイルであり、
   前記第１冷却手段は、前記コイルの内側の空間に設けられ前記コイルを支持し、
   前記断熱部材と前記熱伝導部材とは、前記磁石と前記コイルの平面部とが対向する領域に設けられることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 前記第１部材は可動子であり、
   前記第２部材は固定子であり、
   前記コイルは、長円形のコイルであり、
   前記第１冷却手段は、前記磁石とは反対の側で前記コイルを支持し、
   前記断熱部材と前記熱伝導部材とは、前記磁石と前記コイルとが対向する領域に設けられることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 前記熱伝導部材を冷却する手段は冷媒を流す流路を有し、
   周囲空間の温度よりも低い温度の冷媒を前記流路に流すことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
9. 前記第１冷却手段と前記熱伝導部材を冷却する手段とは冷媒を流す流路を有し、
   さらに前記冷媒の温度を調節する温度調節器を有し、
   前記温度調節器、前記熱伝導部材を冷却する手段の流路、前記第１冷却手段の流路の順で前記冷媒が流れることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
10. 前記温度調節器は、前記リニアモータの駆動状態に基づいて前記冷媒の温度を調節することを特徴とする請求項９に記載のリニアモータ。
11. 前記リニアモータの駆動状態を計測する計測部と、
    前記計測部の計測結果から前記冷媒の温度を演算する演算部とを有することを特徴とする請求項１０に記載のリニアモータ。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のリニアモータを用いることを特徴とするステージ装置。
13. 原版のパターンを基板に投影して露光する露光装置において、
    前記原版のパターンを基板に投影する投影光学系と、
    前記基板または原版のうち一方を保持する請求項１２に記載のステージ装置とを有することを特徴とする露光装置。
14. 請求項１３に記載の露光装置を用いて原版のパターンを基板に投影して露光する工程と、
    前記露光された基板を現像する工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。