JP4088728B2

JP4088728B2 - 平面モータ装置、駆動装置及び露光装置

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Publication number: JP4088728B2
Application number: JP19387898A
Authority: JP
Inventors: 慶一田中
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Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-07-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面モータ装置及び露光装置に係り、さらに詳しくは、磁石ユニットを含む可動子を電磁力により２次元方向に駆動する平面モータ装置、及び該平面モータ装置を基板ステージ装置に用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装置が用いられている。
【０００３】
この露光装置では、ウエハを高精度に露光位置に位置決めする必要があるため、ウエハはウエハホルダ上に真空吸着等によって保持され、このウエハホルダがウエハテーブル上に固定されている。
【０００４】
最近では、ウエハをより高速に、機械的な案内面の精度等に影響されず高精度に位置決めするとともに、かつ機械的な摩擦を回避して長寿命とするために、ウエハが載置されたテーブルを非接触で２次元方向に駆動することにより、ウエハを位置決めするステージ装置が開発されている。かかる非接触駆動のステージ装置の駆動源としては、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平面モータが、知られている。
【０００５】
可変磁気抵抗駆動方式の平面モータとしては、現状では、ソイヤモータのように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が主流である。この可変磁気抵抗駆動方式のリニアパルスモータは、例えば、凸凹状の歯部が長手方向に沿って等間隔に形成された板状の磁性体によって構成された固定子と、該固定子の凸凹状の歯部と対向し、この凸凹状歯部とは異なる位相の凸凹部を有する複数の電機子コイルが永久磁石を介して連結された可動子とを備える。そして、各時点における固定子との可動子との間の磁気抵抗を最小にしようとして発生する力を利用して、可動子を駆動する。すなわち、各電機子コイルに供給されるパルス電流の電流値及び位相を調整・制御することにより可動子をステップ状に歩進動作させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した可変磁気抵抗駆動方式の平面モータを、精密位置決めに用いて高速な位置決めを実現するためには、大きな駆動力を得ることが必要となるが、このためには電機子コイルに必然的に大きな電流を流さなければならない。そのため、電機子コイルの発熱が大きな問題となる。
【０００７】
また、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も開発されている（例えば米国特許（ＵＳＰ）第５１９６７４５号公報参照）。かかるローレンツ電磁力式の平面モータは、制御性、推力線形性、位置決め性に優れていることから、将来的にはステージ駆動源として有力であると言われている。しかし、かかるローレンツ電磁力駆動の平面モータにおいても、大きな推力を得るためには、電機子コイルに大きな電流を流さなければならず、電機子コイルが発熱源となる。
【０００８】
従って、精密位置決め装置環境を考えた場合、熱的影響を低減させる平面モータの実現には冷却設計が不可欠である。
【０００９】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、周囲環境への熱的影響を抑制することができる平面モータ装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、高スループットを維持しつつ高精度な露光が可能な露光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
熱は、物体間では、主として熱伝導、熱伝達及び熱放射（輻射）により伝えられ、いずれも物体間の温度差により変化する。この内、熱伝導は熱による分子振動やエネルギをもつ電子の移動による伝熱であり、熱伝達は固体表面と流体との間の対流による伝熱であるため、いずれも熱の媒体が必要であり、真空中では殆ど生じ得ない。これに対し、熱放射は物体から発散する電磁波による伝熱であるため、熱の伝達媒体が存在しない真空中でも生じるが、熱伝導、熱伝達に比べて伝熱量は小さい。
【００１２】
本発明はかかる点に着目し、以下のような構成を採用する。
【００１３】
本発明に係る第１の平面モータ装置は、少なくとも１つの磁石（５４ａ〜５４ｄ）を有し、所定の移動面（２１ａ）に沿って２次元方向に移動する磁石ユニット（５２、５３）と；前記磁石ユニットと対向する側に前記移動面が形成されるとともに、その内部に真空状態を保持可能な真空室（４１）を有するベース（２１）と；前記真空室を形成する前記移動面側の第１の壁（３６）との間に所定の空隙を介してかつ前記真空室内に前記移動面に沿って２次元方向に配置された複数の電機子コイル（３８）と；を備える。
【００１４】
これによれば、磁石ユニットの磁石に対向する電機子コイルに電流が供給されると、磁石ユニットが電磁力により移動面に沿って駆動される。磁石ユニットをある方向に駆動し続ける場合は、磁石ユニットの移動位置毎に磁石に対向する電機子コイルに電流が供給されることとなる。これにより、それぞれの電流が供給された電機子コイルが発熱する。この場合、該電機子コイルはベース内部の真空室内に収納され、その真空室を形成する移動面側の第１の壁との間に所定の空隙を介して真空室内に移動面に沿って２次元方向に配置されている。このため、電機子コイルから移動面側への伝熱は殆ど熱放射のみによって行われるので、周囲環境への熱的影響を効果的に抑制することができる。
【００１５】
この場合において、真空室内が真空状態となっていても空気は存在するため、熱伝導、熱伝達を完全には排除できず、その度合いは真空度によって左右される。かかる意味で真空度は高い方が望ましいが、真空度があるレベル以上に高いと大気圧と真空室内との圧力差によってベースが変形するおそれがある。そこで、かかる変形を防止するため、前記真空室（４１）を形成する前記第１の壁（３６）と該第１の壁に対向する第２の壁（４３）との間に前記真空状態による前記ベースの変形を防止する変形防止部材（３９）を設けることが望ましい。但し、かかる場合には、電機子コイルで発生した熱が第２の壁及び変形防止部材を介して第１の壁側、すなわち移動面側に熱伝導により伝わる。そこで、この熱伝導を抑制あるいは阻止するために、前記変形防止部材の少なくとも一部を断熱材により形成したり、前記変形防止部材を、前記第２の壁との接触面の面積が当該変形防止部材の他の部分の断面積より小さくなるような形状に形成したりすることが望ましい。
【００１６】
上記の場合において、前記ベース（２１）は、前記真空室（４１）の前記移動面と反対側に前記第２の壁（４３）を介して前記真空室に接する流体通路（６５ａ、６６、４２、６６、６５ｂ）を更に有することが一層望ましい。かかる場合には、流体通路内の流体と第２の壁との間で熱交換が行われ、電機子コイルが第２の壁側（移動面と反対側）から冷却される。この場合、前記流体通路内を流通する前記流体の温度を制御する温度制御装置（７９）を備えていても良い。この温度制御装置は、流体の温度を少なくとも電機子コイル発熱時の第２の壁の温度よりも低い温度に制御すれば足りるが、前記流体を前記ベースの雰囲気温度よりも低い温度に制御しても良い。かかる場合には、電機子コイルを移動面と反対側から効率的に冷却することができる。
【００１７】
本発明に係る第２の平面モータ装置は、少なくとも１つの磁石（５４ａ〜５４ｄ）を有し、所定の移動面（２１ａ）に沿って２次元方向に移動する磁石ユニット（５２、５３）と；前記磁石ユニットと対向する側に前記移動面が形成され、その内部に真空状態を保持可能な真空室（４１）と流体が通過する流体通路とを有するベース（２１）と；前記真空室内に前記移動面に沿って所定間隔で２次元方向に配置された複数の電機子コイル（３８）とを備える。
【００１８】
これによれば、磁石ユニットの磁石に対向する電機子コイルに電流が供給されると、磁石ユニットが電磁力により移動面に沿って駆動される。磁石ユニットをある方向に駆動し続ける場合は、磁石ユニットの移動位置毎に磁石に対向する電機子コイルに電流が供給されることとなる。これにより、それぞれの電流が供給された電機子コイルが発熱する。この場合、該電機子コイルはベース内部の真空室に配置されているので、電機子コイルからの伝熱は殆ど熱放射のみによって行われ、また、真空室から伝わった熱は流体通路内の流体との熱交換によって除熱される。従って、周囲環境への熱的影響を効果的に抑制することができる。この場合、流体通路内の流体はベース雰囲気より低温であることが望ましい。
本発明に係る駆動装置は、少なくとも１つの磁石を有し、所定の移動面に沿って移動する磁石ユニット（５２、５３）と；前記磁石ユニットと対向する側に前記移動面が形成され、その内部に真空状態を保持可能な真空室（４１）とその内部に流体が通過する流体通路とを有するベース（２１）と；前記真空室内に前記移動面に沿って所定間隔で配置された複数の電機子コイル（３８）とを備えている。これによれば、電機子コイルはベース内部の真空室に配置されているので、電機子コイルからの伝熱は殆ど熱放射のみによって行われ、また、真空室から伝わった熱は流体通路内の流体との熱交換によって除熱される。
【００１９】
本発明に係る露光装置は、所定のパターンを基板上に転写する露光装置であって、前記基板を駆動する基板ステージ装置に上記本発明に係る第１及び第２の平面モータ装置のいずれかを用いたことを特徴とする。
【００２０】
これによれば、本発明に係る平面モータ装置が基板ステージに用いられていることから、基板を非接触で、かつ電磁力により２次元駆動することができ、また、電機子コイルの発熱による基板側への熱的影響を効果的に低減することができるので、基板の位置を計測する干渉計ビームの空気揺らぎ等を抑制することができる。従って、高速かつ高精度な基板の位置制御が可能となり、結果的にスループットを向上しつつ高い露光精度で露光を行うことが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１には、一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。この露光装置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。
【００２２】
この露光装置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、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷをＸＹ平面内でＸＹ２次元方向に駆動する基板ステージ装置３０、及びこれらの制御系等を備えている。
【００２３】
前記照明系１０は、例えば特開平９−３２０９５６号公報に開示されように、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、図１のミラーＭへ向けて照度分布のほぼ均一な露光用照明光を射出する。そして、この照明光がミラーＭによってその光路が鉛直下方に折り曲げられ、レチクルＲ上の矩形（あるいは円弧状）の照明領域ＩＡＲを均一な照度で照明する。
。
【００２４】
前記レチクルステージ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、このレチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベース上をリニアモータ等で構成されたレチクル駆動部（図示省略）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。
【００２５】
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。
【００２６】
レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報はステージ制御系１９及びこれを介して主制御装置２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御装置２０からの指示に応じてレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００２７】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置され、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。この投影光学系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。
【００２８】
前記基板ステージ装置３０は、ベース２１と、このベース２１の上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して後述するエアスライダによって浮上支持された基板テーブル１８と、この基板テーブル１８をＸＹ面内で２次元方向に駆動する駆動装置５０とを備えている。駆動装置５０としては、ここでは、ベース２１の上部に設けられた（埋め込まれた）固定子６０と、基板テーブル１８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使用されている。また、可動子５１とベース２１と駆動装置５０とによって平面モータ装置が構成されている。以下の説明においては、上記の駆動装置５０を、便宜上、平面モータ５０と呼ぶものとする。
【００２９】
前記基板テーブル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、この基板テーブル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、外部に配置された前記ウエハ干渉計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２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）はステージ制御系１９及びこれを介して主制御装置２０に送られ、ステージ制御系１９では主制御装置２０からの指示に応じて前記位置情報（又は速度情報）に基づいて平面モータ５０を介して基板テーブル１８のＸＹ面内の移動を制御する。
【００３０】
ここで、前記平面モータ５０及びその近傍の構成部分を中心として、基板ステージ装置３０の構成各部について、図２〜図４に基づいて更に詳述する。図２には、この基板ステージ装置３０の平面図が示され、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。
【００３１】
図２、図３に示されるように、基板テーブル１８は、前記平面モータ５０を構成する可動子５１の上面（ベース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、図１では図示が省略されているが、実際には不図示の駆動機構を介して図１のステージ制御系１９によって独立に駆動制御される。
【００３２】
可動子５１は、図４（Ａ）の斜視図、図４（Ｂ）の分解斜視図に示されるように、平面視で田の字状の形状を有する一種の空気静圧軸受け装置であるエアスライダ５７と、このエアスライダ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、この平板状発磁体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。この内、磁性体部材５２と平板状発磁体５３とによって磁石ユニットが構成される。磁性体部材５２の上面に前記支持機構３２ａ〜３２ｃを介して基板テーブル１８が設けられている。
【００３３】
前記エアスライダ５７は、その内部に加圧空気の供給路及びバキューム用の通路等が形成されている。そして、前記の加圧空気の供給路がチューブ３３を介して空気ポンプ５９（図１参照）に接続され、また、バキューム用の通路がチューブ３４を介して不図示の真空ポンプに接続されている。一方、エアスライダ５７の底面には、前記加圧空気の供給路に接続されたエアパッドと、前記のバキューム用の通路に接続されたエアポケットとがそれぞれ設けられている。
【００３４】
このため、本実施形態では、可動子５１及び基板テーブル１８等の全体の自重と，磁石ユニットを構成する平板状発磁体５３と後述する固定子ヨーク４３との間の磁気的吸引力と，不図示の真空ポンプによる真空吸引力（与圧力）との総和に相当する下向きの力と、空気ポンプ５９から供給されエアパッドを介してベース２１の上面に向かって吹き出される加圧空気の圧力による上向きの力、すなわち可動子５１底面とベース２１上面との間の空気層の静圧（いわゆるすきま内圧力）とのバランスによって、その空気層の厚さ、すなわち軸受け隙間が所望の値に維持されるようになっている。このように、エアスライダ５７は、一種の真空与圧型の空気静圧軸受けを構成しており、このエアスライダ５７によって可動子５１及び基板テーブル１８等の全体がべース２１の上面の上方に例えば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、図３参照）。
【００３５】
なお、本実施形態では、上記の如く、エアスライダ５７に加圧空気の供給路とバキューム用の通路、及びこれらにそれぞれ接続されたエアパッド、エアポケットを設けたが、バキューム用の通路等は必ずしも設ける必要はない。
【００３６】
前記平板状発磁体５３は、図４（Ｂ）に示されるように、隣り合う磁極面の極性が互いに異なるように、２行２列のマトリクス状に配列された４個の推力発生磁石５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄと、隣り合う２個の推力発生磁石（５４ａ，５４ｂ）、（５４ｂ，５４ｃ）、（５４ｃ，５４ｄ）、（５４ｄ，５４ａ）が磁性体部材５２側で形成する磁束経路中にそれぞれ配設された補間磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄとから構成される。
【００３７】
この平板状発磁体５３を構成する推力発生磁石５４ａ〜５４ｄのそれぞれは、同一厚さ、同一形状の永久磁石から成り、正方形状の磁極面を有している。そして、これらの推力発生磁石５４ａ〜５４ｄは、Ｘ、Ｙ両方向で隣り合う推力発生磁石相互間の間隙が所定幅となるように、同一平面上に２行２列のマトリクス状に配置されている。そして、Ｘ方向で隣り合う、推力発生磁石５４ａ，５４ｂと推力発生磁石５４ｃ，５４ｄとでは、隣り合う磁極面の極性が互いに反対とされている。また、Ｙ方向で隣り合う、推力発生磁石５４ａ，５４ｄと推力発生磁石５４ｂ，５４ｃとでは、隣り合う磁極面の極性が互いに反対とされている。
【００３８】
また、補間磁石５５ａ〜５５ｄのそれぞれは、同一厚さの長方形状の永久磁石から成り、平面視で見て、隣り合う２個の推力発生磁石（５４ａ，５４ｂ）、（５４ｂ，５４ｃ）、（５４ｃ，５４ｄ）、（５４ｄ，５４ａ）相互間の空隙をそれぞれ埋めるように、且つ側面視で見て推力発生磁石５４ａ〜５４ｄの上面が形成する仮想平面上に配置されている。これらの補間磁石５５ａ〜５５ｄは、推力発生磁石５４ａ〜５４ｄの磁極面と直交する磁極面を有し、これらの磁極面のそれぞれは、平面視で見て隣接する推力発生磁石５４ａ〜５４ｄの磁極面と反対の極性を有するように配置されている。
【００３９】
前記ベース２１は、図２、図３に示されるように、平面視で見て正方形状のベース本体２２と、このベース本体２２のＹ方向の両端に取り付けられた一対のジョイント取付部材２３Ａ、２３Ｂとから構成されている。
【００４０】
ベース本体２２は、上面が開口した厚さの薄い中空の箱型の容器３５と、この容器３５の周壁の内部側に形成された第１の段部３５ａに上方から係合し、容器３５の底壁から所定の空隙（例えば２ｍｍ程度の空隙）を隔てて該底壁に平行に配置された熱伝導率の高い、具体的には、熱伝導率が３０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上の磁性体材料から成る平板状の固定子ヨーク４３と、容器３５の周壁の上端（開口端）の内部側に形成された第２の段部３５ｂに上方から係合して、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対向側の面（上面）には、可動子５１の移動面２１ａが形成されている。
【００４１】
容器３５とセラミック板３６とによって形成されるベース２１の内部空間は、固定子ヨーク４３によって上下に区画され、その上側に真空室としての第１室４１が形成され、その下側に第２室４２が形成されている。この場合、固定子ヨーク４３と移動面２１ａとは平行になっている。
【００４２】
第１室４１内には、図３に示されるように、セラミック板３６との間に所定の空隙（例えば２ｍｍ程度の空隙）を介してかつ固定子ヨーク４３に接した状態で、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）。すなわち、本実施形態では、セラミック板３６によって複数の電機子コイル３８が収納される真空室としての第１室４１を形成する第１の壁が構成され、固定子ヨーク４３によって第１室４２を形成する第２の壁が構成されている。電機子コイル３８としては、図２に示されるように、中空の正方形状コイルが用いられている。
【００４３】
本実施形態では、固定子ヨーク４３と、電機子コイル３８と、セラミック板３６とによって、前述した平面モータ５０の固定子６０が構成されている。
【００４４】
前記セラミック板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（ここでは１４５個）の突起部３６ａが形成されている。これらの突起部３６ａは、図２に示されるように、セラミック板３６を容器３５に組み付けた場合に、各電機子コイル３８の中空部の中央に対応する位置に９×９＝８１個、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。
【００４５】
また、第１室４１を形成するセラミック板３６の前記各突起３６ａと固定子ヨーク４３との間には、断熱材から成る変形防止部材としての柱３９がそれぞれ設けられている。
【００４６】
なお、図５に示されるように、セラミック板３６を全くの平面板とし、この平面板３６と固定子ヨーク４３との間に、一部に断熱材４０を含む柱状の変形防止部材３９を設けても良い。
【００４７】
図１に戻り、ベース２１には、吸気管６１を介して真空ポンプ６２が接続されている。吸気管６１は、図２に示されるベース２１のＸ方向一側（＋Ｘ側）に設けられた真空吸引ポート６３に接続されており、この真空吸引ポート６３は、第１室４１に連通している。真空ポンプ６２としては、ここでは、ターボ分子ポンプが用いられ、このターボ分子ポンプは、第１室４１内を例えば１×１０^-6〔Ｔｏｒｒ〕以下の高度の真空状態とする真空引き能力を有する。
【００４８】
また、前記一対のジョイント取付部材２３Ａ、２３Ｂは、ベース本体２２に溶接等により一体的に取り付けられている。これらのジョイント取付部材２３Ａ、２３Ｂには、その長手方向の中央部にＹ方向を軸方向とする所定深さのねじ穴６４ａ、６４ｂがそれぞれ形成されている。
【００４９】
一方のジョイント取付部材２３Ａには、図３に示されるように、ねじ穴６４ａに一端が連通する側面視でＹ方向一側から他側に向かって高さ方向（Ｚ方向）の寸法が直線的に小さくなる断面直角三角形状の溝６５ａが形成されている。前記ベース本体２２を構成する容器３５のＹ方向一側の側壁には、前記第２室４２と同一高さかつ同一のＸ方向幅寸法を有する断面が細長い矩形の貫通孔６６が形成されており、この貫通孔６６を介して前記溝６５ａと第２室４２とが連通されている。容器３５は左右対称の形状を有しており、貫通孔６６は、図示が省略されているが、実際には容器３５のＹ方向他側の側壁にも形成されている。
【００５０】
また、前記溝６５ａの平面断面は、図２の平面図から明らかなように、Ｙ方向一側から他側に向かってＸ方向の幅寸法が直線的に大きくなる二等辺三角形状となっている。すなわち、溝６５ａのＸＺ断面の断面積は、Ｙ方向の位置に関係なく一定となっている。この場合、ねじ孔６４ａには、外周部に雄ねじが形成された不図示の冷媒供給用ジョイントの一端が取り付けられ、この冷媒供給用ジョイントの他端が図１の冷媒供給管９２を介して温度制御装置としての冷却装置７９内部に設けられた冷媒供給機に接続されている。従って、本実施形態では、上記の溝６５ａによって入り口側（ねじ孔６４ａ側）から流入した流体としての液体冷媒をフィルム状に絞って、貫通孔６６を介して第２室４２に供給する断面積一定の絞りが形成されている。本実施形態では、ジョイント取付部材２３Ａに形成されたねじ穴６４ａ（より正確には該ねじ穴６４ａに螺合される不図示の冷媒供給用ジョイントの内部通路）によって冷媒流入口が形成されている。
【００５１】
他方のジョイント取付部材２３Ｂは、上記一方のジョイント取付部材２３Ａと左右対称に溝６５ｂ及びねじ穴６４ｂが形成され、容器３５のＹ方向他側の側壁に形成された貫通孔６６によって第２室４２と溝部６５ｂとが連通されている。ねじ穴６４ｂには、外周部に雄ねじが形成された不図示の冷媒排出用ジョイントの一端側が取り付けられ、この冷媒排出用ジョイントの他端は図１の冷媒排出管９３を介して冷却装置７９内部に設けられた冷凍機に接続されている。この場合、ジョイント取付部材２３Ｂに形成されたねじ穴６４ｂ（より正確には該ねじ穴６４ｂに螺合される不図示の冷媒排出用ジョイントの内部通路）によって冷媒流出口が形成されている。
【００５２】
これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、冷媒供給用ジョイントを介してベース２１（第２室４２）内に供給された液体冷媒がベース２１内部を冷却した後、冷媒排出用ジョイントを介して冷却装置７９に戻され、そこで冷却されて再びベース２１内に供給され、このようにして液体冷媒が循環使用されるようになっている。液体冷媒としては、例えば水あるいはフロリナート（製造元：住友スリーエム（株）、フッ素系不活性液体）等が使用され、この液体冷媒はベース雰囲気温度よりも低温に温度制御された状態でベース２１内に供給される。また、冷媒供給用ジョイントから冷媒排出用ジョイントに至るベース２１内の冷媒通路（６５ａ、６６、４２、６６、６５ｂ）の断面積は該通路全長に渡って一定となっている。
【００５３】
更に、本実施形態では、固定子ヨーク４３の第２室４２側の壁面（下面）は、その表面が粗く形成されている。これは、固定子ヨーク４３の下面に沿って流れる液体冷媒の流れを積極的に乱して第２室４２内の液体冷媒の流れ（特に固定子ヨーク４３の下面の境界層）をそのレイノルズ数が臨界レイノルズ数より大きい乱流にするためである。
【００５４】
次に、前述したステージ装置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。
【００５５】
まず、主制御装置２０の管理の下、不図示のレチクルローダ、ウエハローダによってレチクルロード、ウエハロードが行われ、また、不図示のレチクル顕微鏡、基板テーブル１８上の不図示の基準マーク板、不図示のアラインメント検出系を用いてレチクルアラインメント、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。
【００５６】
その後、主制御装置２０により、不図示のアラインメント検出系を用いてＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラインメント）等のアラインメント計測が実行される。このような動作において、ウエハＷの移動が必要な場合には、主制御装置２０がステージ制御系１９を介して、推力発生磁石５４ａ〜５４ｄに対向する電機子コイル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、可動子５１と一体的にウエハＷを保持する基板テーブル１８を所望の方向に移動させる。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。
【００５７】
この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１８が移動される。そして、主制御装置２０からの指示に基づき、ステージ制御系１９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、不図示のレチクル駆動部及び平面モータ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によりステージ制御系１９を介して、推力発生磁石５４ａ〜５４ｄに対向する電機子コイル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。
【００５８】
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。
【００５９】
ここで、上記のアライメント時や走査露光時においては、平面モータ５０の固定子６０を構成する各電機子コイル３８には適宜電流が供給されるので、この電機子コイル３８が発熱するが、この熱が移動面２１ａ側へ伝わるのを以下のようにして効果的に抑制（あるいは防止）している。
【００６０】
まず、複数の電機子コイル３８が収納されたベース２１内の第１室４１内は真空ポンプ６２によって真空引きされて高度の真空状態となっている。従って、第１室４１を形成する移動面２１ａ側のセラミック板３６と固定子ヨーク４３上に配置された電機子コイル３８との間には高度の真空状態の空隙が存在するため、電機子コイル３８から移動面２１ａ側への伝熱は殆ど熱放射のみによって行われる。すなわち、上記の電機子コイル３８上部の空隙が一種の断熱層として機能して移動面側への伝熱を効果的に抑制している。
【００６１】
この場合、上記の断熱層としての真空層は、その真空度が高い程、その断熱（伝熱抑制効果）は高くなる。本実施形態では１×１０^-6〔Ｔｏｒｒ〕という高度の真空状態を実現できるので、電機子コイル３８の周囲に空気が殆ど存在せず、空気を熱伝達媒体としての熱伝導、熱伝達を極めて小さく抑えることができ、その伝熱抑制効果は極めて高くなっている。
【００６２】
なお、この場合、上記の高真空状態をベース本体２２内に設定しても、セラミック板３６と固定子ヨーク４３との間に多数の柱３９がほぼ均等な間隔でベース本体の全面に渡って配置されているので、外気圧によってセラミック板３６等が変形することがなく、セラミック板３６上面の移動面２１ａを平坦に維持できる。
【００６３】
また、上記のようにセラミック板３６と固定子ヨーク４３との間に多数の柱３９を設けた場合、電機子コイル３８で発生した熱が固定子ヨーク４３及びそれらの柱３９を介してセラミック板３６側、すなわち移動面２１ａ側に伝達するおそれがあるが、本実施形態では柱３９の少なくとも一部が断熱材により形成されているため、該柱３９を媒体としての熱伝導もほぼ阻止できる。
【００６４】
また、電機子コイル３８が接触する固定子ヨーク４３が熱伝導率の高い磁性体材料により形成されていることから、該固定子ヨーク４３が磁気回路構成部材として機能するのみでなく、電機子コイル３８で発生した熱を効率良くベース本体２２の移動面２１ａと反対側の面に伝導する。
【００６５】
また、ベース２１内の固定子ヨーク４３の移動面２１ａと反対側には、固定子ヨーク４３を介して真空室４１に接する第２室４２が設けられ、この第２室４２内がベース２１のＹ方向一側に接続された冷媒供給用ジョイントとベース２１のＹ方向他側に接続された冷媒排出用ジョイントに連通しており、冷却装置７９によって冷媒供給用ジョイントを介して第２室４２内にベース雰囲気より低温に温度制御された液体冷媒（流体）が供給されている。このため、固定子ヨーク４３と液体冷媒との間で熱交換が行われ、電機子コイル３８を下面側から効率的に冷却することができ、これによって各電機子コイル３８の温度上昇そのものを抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、ベース２１内に冷媒供給用ジョイントを介してＹ方向一側から供給された液体冷媒をＹ方向他側の冷媒排出用ジョイントを介して排出する断面積一定の冷媒通路が設けられていることから、冷媒供給用ジョイントを介してベース内に流入した液体冷媒は、フィルム状に広がって各電機子コイルの下方に均一に行き渡り、平面上に展開された複数の電機子コイルが均一に除熱される。
【００６７】
さらに、固定子ヨーク４３の第２室４２側の壁面（下面）は、その表面が粗く形成され凸凹になっているので、固定子ヨーク４３の下面を沿って流れる液体冷媒との間の流れのイノルズ数が臨界レイノルズ数より大きくなって乱流となっている。流路内流れが乱流の場合、固体−液体間熱伝達係数は層流の場合に比べて大きく（十〜数十倍もあり）、さらに流体的にも熱的にも早く発達流となるため各電機子コイル３８の除熱が迅速かつ均一となる。かかる意味で、固定子ヨーク４３の下面に所定間隔で突起を設けても良い。
【００６８】
以上により、電機子コイル３８全面より放出される熱が、移動面側に伝達されるのを効果的に抑制することができ、周囲環境に与える熱的影響を可能な限り抑制することができる。また、本実施形態では、冷却装置７９から冷媒供給管９２冷媒供給用ジョイントを介してベース２１内に液体冷媒が供給され、この液体冷媒はベース２１内の冷媒通路を通って各電機子コイル３８を下面側から冷却し、この冷却により温度が上昇した液体冷媒は冷媒排出用ジョイント及び冷媒排出管９３を介して冷却装置７９に戻り、ここで冷却されて、再度ベース２１内に供給され各電機子コイル３８を冷却する。すなわち、このようにして液体冷媒が循環使用されるため、常にほぼ一定量の液体冷媒を用いて電機子コイル３８を冷却することができ、経済的である。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によると、装置環境への熱的影響を最小限に抑えられることから、ウエハテーブル１８の位置を計測する干渉計３１の干渉計ビームの空気揺らぎ等も殆ど問題とならず、精密なウエハの位置決め及び位置制御が可能になる。従って、本実施形態の露光装置１００によると、電磁力駆動方式の平面モータ５０を備えた基板ステージ装置３０によりウエハＷを精度よく高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ、高い露光精度で露光することが可能になる。
【００７０】
なお、上記実施形態で説明したベース２１の構成は一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。
【００７１】
例えば、上記実施形態では、セラミック板３６と固定子ヨーク４３との間に全部又は一部が断熱材で形成された柱３９を設ける場合を説明したが、これに代えて、図６に示されるように、固定子ヨーク４３との接触面の面積が他の部分の断面積より小さくなるように、固定子ヨーク４３側の端部（下端部）をテーパ状に形成した柱８０を変形防止部材として設けても良い。該柱８０は、固定子ヨーク４３側から熱が伝わり難い形状となっているので、必ずしも断熱材で形成する必要はない。
【００７２】
また、上記実施形態では、電機子コイル３８とセラミック板４３との間の空隙には、何も介在物を配置しない場合を説明したが、該空隙が真空状態であるといっても空気が僅かながら存在する。このため、その空気を熱伝達媒体として熱伝導、熱伝達現象が生じ得る。かかる現象を更に抑制するため、図７に示されるように、電機子コイル３８とセラミック板４３との間の空隙に、断熱材８１を介在させても良い。
【００７３】
なお、上記実施形態では、第１室４１を形成する第１の壁をその可動子５１対向面に移動面２１ａが形成されたセラミック板３６で構成する場合について説明したが、第１の壁と移動面形成部材とを別部材としても良い。この場合は、第１の壁及び移動面形成部材の双方をセラミック等の非磁性材料によって形成する必要がある。
【００７４】
また、上記実施形態では、固定子ヨーク４３の下側に流体通路としての冷媒通路を構成する第２室４２を設ける場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、電機子コイル３８とセラミック板３６との間に所定の空隙が存在し、第１室４１内が真空ポンプ６２によって真空吸引されていれば足り、第２室４２及び該第２室４２内への冷媒供給のためのジョイント取り付け部材等をベース２１に必ずしも設ける必要はない。かかる場合には、容器３５（ベース２１）の電機子コイル３８が接触配置される第２の壁を鉄等の磁性材料によって形成することにより、該第２の壁が磁気回路構成部材として機能するとともに、該第２の壁と外気との間で熱交換が行われ、電機子コイル３８下面が冷却される。この場合、第２の壁は、熱伝導率の高い磁性体材料によって形成することが望ましい。
【００７５】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。この第２の実施形態は、ベース本体２２の内部構成が僅かに異なるのみで、その他の部分の構成は前述した第１の実施形態と同一であるから、重複部分については、極力その説明を簡略化し若しくは省略するとともに、同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用いるものとする。
【００７６】
図８（Ａ）には、第２の実施形態に係るベース本体２２の断面図が一部省略して示されている。本第２の実施形態では、ベース本体２２内の真空室４１内には、電機子コイル３８が固定子ヨーク４３に接して移動面２１ａに沿って所定間隔で２次元方向に配置されている点は、前述した第１の実施形態と同様であるが、真空室４１の移動面２１ａ側が、電機子コイル３８の移動面側に接して配置された非磁性体材料から成る薄板８２によって規定され、この真空室４１の移動面２１ａ側に流体通路としての冷媒通路９９が設けられている点に特徴を有する。
【００７７】
この冷媒通路９９内には、図１の冷却装置７９からの液体冷媒が順環供給されている。その他の部分の構成等は、第１の実施形態と同一である。
【００７８】
このようにして構成された本第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得られる。すなわち、電機子コイル３８はベース内部の真空室４１内に配置され、その真空室４１を形成する移動面２１ａ側に冷媒通路９９が設けられていることから、真空室４１内における真空部（具体的には、各電機子コイル３８の中空部と柱８０との間、及び隣接する電機子コイル３８相互間の中央の空隙と柱８０との間）においては電機子コイル３８からの伝熱は殆ど熱放射のみによって行われ、また、真空室４１内の移動面２１ａ側に伝わった熱は冷媒通路９９内を流れるベース雰囲気温度より低温に温調された液体冷媒との熱交換によって除熱される。従って、周囲環境への熱的影響を効果的に抑制することができる。
【００７９】
また、本第２の実施形態の場合は、薄板８２に沿って流れる液体冷媒の流れの境界層が層流（臨界レイノルズ数以下）となるように、薄板８２の表面を平坦度良く仕上げることが望ましい。このようにすると、薄板８２とセラミック板３６との間の流れが図８（Ｂ）に示されるように高温部と低温部との境界が存在するような流れとなり、電機子コイル３８の熱がセラミック板３６に伝達されるのをほぼ確実に防止することができる。
【００８０】
なお、上記第１、第２の実施形態では、流体としての液体冷媒を循環使用する場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、流体しては液体に限らず気体を用いても良く、また、流体として例えば空気等を用いる場合には、必ずしも循環使用する必要はない。
【００８１】
また、本発明に係る露光装置は、上記実施形態でも説明したように、基板を精度よく高速に位置制御することができ、スループットを向上しつつ高い露光精度で露光が可能になるように、該装置を構成する各構成要素が電気的、機械的又は光学的に連結されて組み上げられる。
【００８２】
なお、上記実施形態では、本発明に係る平面モータ装置が走査型のＤＵＶ露光装置の基板ステージ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、ステッパ等の静止型露光装置は勿論、電子線露光装置等の荷電粒子線露光装置、波長５〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の光を露光光とし用いるいわゆるＥＵＶＬ等の露光装置、露光装置以外の装置、例えば検査装置や基板搬送装置等にも好適に適用できるものである。
【００８３】
なお、本発明の真空室内に電機子コイルを配置するという技術的思想は、リニアモータにも応用可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜２０に記載の各発明によれば、周囲環境への熱的影響を抑制できるという効果がある。
【００８５】
また、請求項２１に記載の発明によれば、高スループットを維持しつつ高精度な露光が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の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】（Ａ）は図１の基板ステージ装置を構成する平面モータの可動子を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の可動子の分解斜視図である。
【図５】ベース本体を構成する柱の変形例を説明するためのベース本体の断面図である。
【図６】ベース本体を構成する柱の他の変形例を説明するためのベース本体の断面図である。
【図７】ベース本体のその他の変形例を説明するためのベース本体の断面図である。
【図８】（Ａ）は第２の実施形態に係るベース本体の断面図、（Ｂ）は真空室上部側の冷媒通路内の液体冷媒の流れの状態を示す図である。
【符号の説明】
２１ａ…移動面、３０…基板ステージ装置、４１…真空室、２１…ベース（平面モータ装置の一部）、３６…セラミック板（第１の壁）、３８…電機子コイル、３９…柱（変形防止部材）、４２…第２室（流体通路の一部）、４３…固定子ヨーク（第２の壁）、５０…平面モータ（平面モータ装置の一部）、５１…可動子（平面モータ装置の一部）、５２…磁性体部材（磁石ユニットの一部）、５３…平板状発磁体（磁石ユニットの一部）、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ…推力発生磁石（磁石）、６５ａ，６５ｂ…溝部（流体通路の一部）、６６…貫通孔（流体通路の一部）、７９…冷却装置（温度制御装置）、１００…露光装置、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims

少なくとも１つの磁石を有し、所定の移動面に沿って２次元方向に移動する磁石ユニットと；
前記磁石ユニットと対向する側に前記移動面が形成されるとともに、その内部に真空状態を保持可能な真空室を有するベースと；
前記真空室を形成する前記移動面側の第１の壁との間に所定の空隙を介してかつ前記真空室内に前記移動面に沿って２次元方向に配置された複数の電機子コイルと；
を備える平面モータ装置。
前記真空室を形成する前記第１の壁と該第１の壁に対向する第２の壁との間に前記真空状態による前記ベースの変形を防止する変形防止部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ装置。
前記変形防止部材の少なくとも一部を断熱材により形成したことを特徴とする請求項２に記載の平面モータ装置。
前記変形防止部材を、前記第２の壁との接触面の面積が当該変形防止部材の他の部分の断面積より小さくなるような形状に形成したことを特徴とする請求項２に記載の平面モータ装置。
前記ベースは、前記真空室の前記移動面と反対側に前記第２の壁を介して前記真空室に接する流体通路を更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の平面モータ装置。
前記流体通路内を流通する前記流体の温度を制御する温度制御装置を備えたことを特徴とする請求項５に記載の平面モータ装置。
前記温度制御装置は、前記流体を前記ベースの雰囲気温度よりも低い温度に制御することを特徴とする請求項６に記載の平面モータ装置。
前記流体通路は、該流体通路の少なくとも前記第２の壁に沿って流れる前記流体の流れが乱流となるような形状を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の平面モータ装置。
前記流体通路の断面積は、その全長に渡ってほぼ一定であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の平面モータ装置。
前記真空室を形成する前記第１の壁と前記各電機子コイルとの間に断熱材を介装したことを特徴とする請求項１に記載の平面モータ装置。
前記第１の壁はセラミックで形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の平面モータ装置。
少なくとも１つの磁石を有し、所定の移動面に沿って２次元方向に移動する磁石ユニットと；
前記磁石ユニットと対向する側に前記移動面が形成され、その内部に真空状態を保持可能な真空室と流体が通過する流体通路とを有するベースと；
前記真空室内に前記移動面に沿って所定間隔で２次元方向に配置された複数の電機子コイルとを備える平面モータ装置。
前記ベースの前記移動面はセラミックにより形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の平面モータ装置。
前記ベース内部には断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の平面モータ装置。
前記流体通路は、前記複数の電機子コイルの上方に設けられていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の平面モータ装置。
前記流体通路は、前記複数の電機子コイルの下方に設けられていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の平面モータ装置。
少なくとも１つの磁石を有し、所定の移動面に沿って移動する磁石ユニットと；
前記磁石ユニットと対向する側に前記移動面が形成され、その内部に真空状態を保持可能な真空室とその内部に流体が通過する流体通路とを有するベースと；
前記真空室内に前記移動面に沿って所定間隔で配置された複数の電機子コイルとを備えることを特徴とする駆動装置。
前記ベース内部には断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の駆動装置。
前記流体通路は、前記複数の電機子コイルの上方に設けられていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の駆動装置。
前記流体通路は、前記複数の電機子コイルの下方に設けられていることを特徴とする請求項１７または１８に記載の駆動装置。
所定のパターンを基板上に転写する露光装置であって、
前記基板を駆動する基板ステージ装置に請求項１〜１６のいずれか一項に記載の平面モータ装置を用いたことを特徴とする露光装置。