KR102190676B1 - 구동 장치, 리소그래피 장치, 냉각 방법 및 물품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관한 구동 장치(200)는, 자석(8)과 코일(10)을 갖고, 코일(10)에 전류가 흐름으로써 물체를 구동하는 전자 액추에이터와, 액체 상태로부터 기화함으로써 코일(10)을 냉각하는 제1 냉매(24)와, 액체 상태의 상기 제1 냉매(24)에 침지된 상기 코일(10)을 수용하는 수용 수단(14)과, 기체 상태의 제1 냉매(24)를 응축하는 응축 수단(80)과, 제1 냉매(24)의 온도 또는 체적의 변화를 검출하는 검출 수단(38)을 갖고, 응축 수단(80)은, 검출 수단(38)의 검출 결과에 기초하여 제1 냉매(24)의 응축량을 조정하는 조정 수단(32, 86, 88)을 갖는다.

Description

구동 장치, 리소그래피 장치, 냉각 방법 및 물품의 제조 방법
본 발명은 구동 장치, 리소그래피 장치, 냉각 방법 및 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
코일과 자석에 의해 구동되는 전자 액추에이터를 갖는 구동 장치에 있어서, 코일에 전류가 흐르면 코일이 발열한다. 따라서, 예를 들어 마스크에 형성된 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치 등의 스테이지 장치에 당해 구동 장치를 탑재하면, 스테이지 장치 둘레의 공간 온도가 변동해 버린다. 레이저 간섭계 등의 계측기를 스테이지 장치의 위치 계측에 사용하면, 이 온도 변동이 위치 계측의 오차 요인이 되어 버린다.
특허문헌 1에는, 코일의 냉각에 관한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 구동 장치의 고정자는, 코일 및 제1 냉매가 수용된 밀폐 용기의 제1 하우징과, 제1 하우징의 상면에 마련된 제2 하우징을 갖는다. 제1 냉매는 기체와 액체가 평형 상태인 물질이며, 제2 하우징의 내부를 순환하는 제2 냉매는 소정의 온도로 온도 조절된 냉매이다. 제1 냉매는 액체 상태의 제1 냉매와 접촉하고 있는 코일의 열을 빼앗으면서 기화한다. 기화한 제1 냉매를 제2 냉매로 냉각함으로써, 제1 냉매를 다시 액체 상태로 되돌리고 있다.
일본 특허 공개 제2006-6050호
특허문헌 1에서는, 제1 냉매가 코일로부터 빼앗은 제1 냉매의 열이 서서히 제1 하우징의 상면까지 전열하고, 제1 하우징과 제2 하우징의 사이에서 온도차가 발생하여야 비로소 제1 냉매가 응축하기 시작한다. 이때, 제1 냉매의 응축이 개시될 때까지의 동안에도 제1 냉매는 기화를 계속한다. 코일로의 열의 이동보다 제1 냉매의 압력 변동 쪽이 응답성이 빠르기 때문에, 응축이 개시될 때까지의 동안에 제1 하우징의 내부 압력이 상승해 버린다.
증기압과 비점의 관계를 나타내는 Clausius-Clapeyron의 식에 따르면, 증기압의 상승에 수반하여 액체의 비점이 상승한다는 것이 알려져 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 구동 장치에서는 제1 하우징의 내부 압력이 상승함으로써 제1 냉매의 비점이 상승해 버리는 것을 의미한다. 이에 의해, 제1 냉매의 응축에 의해 제1 하우징의 내부 압력이 원래로 돌아갈 때까지의 동안에 코일의 온도가 상승하기 쉬워지기 때문에 코일의 온도 변동이 발생하기 쉬워질 우려가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 코일의 온도 변동을 저감할 수 있는 구동 장치, 리소그래피 장치, 냉각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 자석과 코일을 갖고 상기 코일에 전류가 흐름으로써 물체를 구동하는 전자 액추에이터와, 액체 상태로부터 기화함으로써 상기 코일을 냉각하는 제1 냉매와, 액체 상태의 상기 제1 냉매에 침지된 상기 코일을 수용하는 수용 수단과, 기체 상태의 상기 제1 냉매를 응축하는 응축 수단과, 응축 수단 내에 액체 상태 및 기체 상태로 존재하는 제1 냉매의 상태의 변화를 검출하는 검출 수단을 포함한다. 상기 응축 수단은, 상기 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 제1 냉매의 응축량을 조정하는 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 스테이지 장치 및 간섭계의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 구동 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은, 제2 실시 형태에 관한 구동 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는, 제3 실시 형태에 관한 구동 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는, 제4 실시 형태에 관한 구동 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은, 제5 실시 형태에 관한 리소그래피 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
[제1 실시 형태]
도 1의 (a)는, 제1 실시 형태에 관한 스테이지 장치(위치 결정 장치)(100) 및 스테이지 장치(100)의 위치를 계측하는 간섭계(60)의 구성을 도시하는 정면도이다. 도 1의 (b)는 스테이지 장치(100)를 +Z 방향에서 본 도면이다. 연직 방향의 축을 Z축, 당해 Z축에 수직인 평면 내에서 서로 직교하는 2축을 X축 및 Y축으로 하고 있다.
스테이지 장치(100)는 물체(2)의 위치 결정을 하는 장치이다. 스테이지 장치(100)는, 물체(2)와 Y축 방향으로 연신되어 있고, 간섭계(60)로부터의 계측광을 반사하는 미러(4)가 적재된 스테이지(물체)(6)와, 스테이지(6)를 구동시키는 구동 장치(200)를 갖는다.
구동 장치(200)는, 자석(8)과 코일(10)을 갖고, 코일(10)에 전류가 흐름으로써 구동되는 전자 액추에이터를 갖는다. 본 실시 형태에 관한 전자 액추에이터는, 구동 장치(200)의 고정자(12)로서 복수의 코일(10)을 갖고, 구동 장치(200)의 가동자(18)(도 1의 (b)에서는 도시하지 않음)로서 자석(8)이 탑재된 자석 가동식(무빙 마그네트식)으로 한다. 복수의 코일(10)의 배열 방향인 X축 방향을 따라 가동자(18)가 이동한다.
도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 스테이지 장치(100)는, 하나의 스테이지(6)에 대하여, 평행으로 설치된 2개의 고정자(12) 및 2개의 가동자(18)를 갖는다. 이에 의해, Z축 둘레의 회전 방향으로의 틸트를 규제하면서 물체(2)를 이동시킨다.
하나의 가동자(18)는, 고정자(12)와 대향하도록, 즉 고정자(12)에 대하여 -Y 방향측과 +Y 방향측에 위치하는 2개의 자석(8)과, 2개의 자석(8)과 접속된 하나의 요크(20)를 갖는다. 도 1의 (a)에 있어서 +Y 방향측의 자석은 도시하지 않는다. 소정 위치의 코일(10)에 순차적으로 전류가 흐르면, 가이드(22)로 안내되면서 가동자(18)가 X축 방향으로 이동한다. 가동자(18)의 이동에 의해, 가동자(18)와 접속되어 있는 스테이지(6)도 X축 방향으로 이동한다.
구동 장치(200)는 전류원(11)도 가지며, 전류원(11)은, 배선(13)을 통하여, 스테이지(6)의 목표 위치에 따라 소정의 위치의 코일(10)에 전류를 공급한다.
고정자(12)는, 복수의 코일(10)을 수용하는 제1 하우징(제1 수용 수단)(14)과, 제1 하우징(14)의 상부에 마련된 제2 하우징(16)을 갖는다.
제1 하우징(14)의 구성은 상세하게 후술한다. 제2 하우징(제2 수용 수단)(16)은 제1 하우징을 따라 구성된 하우징이며, 그 내부에 냉매(28)를 수용한다. 제2 하우징(16)은 일단에 형성된 냉매(28)를 공급하는 공급구(16a)와 타단에 형성된 냉매(28)를 배출하는 배출구(16b)를 갖는다. 냉매(28)는, 제2 하우징(16)의 내부 및 순환계(80)(도 2에 도시)의 유로를 순환하고 있다. 즉, 냉매(28)는, 제1 하우징에 공급되는 냉매(24)(상세하게 후술)와는 독립된 계를 흐른다.
간섭계(60)는, 광원(62), 빔 스플리터(64), 참조용 미러(66) 및 검출기(68)를 갖는다. 광원(62)으로부터 출사된 레이저광(70)을, 빔 스플리터(64)가 참조용 미러(66) 및 계측용 미러(4)를 향하는 광으로 분기한다. 빔 스플리터(64)는, 참조용 미러(66)에서 반사된 광과 미러(4)에서 반사된 광을 검출기(68)에 입사시킨다. 검출기(68)에서는 각각의 광을 중첩하여 발생하는 간섭 줄무늬의 강도를 계측함으로써, 스테이지(6)의 X 위치를 계측한다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 구동 장치(200)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1의 (a)의 A-A 화살표도와, 도 1의 (a)에서는 도시가 생략되어 있던 순환계(80)를 도시하고 있다.
구동 장치(200)는, 기화에 의해 기체 상태로 된 냉매(24)를 응축하는 응축 수단을 갖는다. 응축 수단은, 기체 상태의 냉매(24)의 상태 변화를 검출하는 검출 수단(38)의 검출 결과에 기초하여 냉매(24)의 응축량을 조정하는 조정 수단을 갖는다. 검출 수단(38)에 대해서는 후술한다.
조정 수단은, 제1 하우징(14)의 내부 및 제1 하우징(14)의 내부와 연통되는 공간(연통 공간) 중 적어도 한쪽에 있어서의 기체 상태의 냉매(24)의 열(냉매(24)가 갖는 열)을 조정하는 수단이다.
본 실시 형태에 관한 응축 수단은, 냉매(24)와는 독립된 계를 흐르는 냉매(28)를 사용하여 냉매(24)를 응축시킨다. 응축 수단으로서, 순환계(80)와 조정 수단으로서의 펠티에 소자(32)를 갖는다. 펠티에 소자(32)는, 제1 하우징(14)의 내부의 열을 냉매(28)의 유로로 방열한다. 또한, 냉매(24)와 독립된 계를 흐른다는 것은, 냉매(24)가 흐르는 공간과 이격된 공간을 흐르는 것을 의미한다. 응축 수단은, 이외에, 응축 핀(34), 방열 핀(36)을 가져도 된다.
제1 하우징(14)은, 액체 상태로부터 기화함으로써 코일(10)을 냉각하는 냉매(제1 냉매)(24)와, 액체 상태의 냉매(24)에 침지된 코일(10)을 수용하고 있다.
제1 하우징(14)의 내부는, 제1 하우징(14)의 내부와 외부의 사이에 기체의 왕래가 거의 발생하지 않도록 밀봉된 폐공간이다. O링 등의 시일 부재를 사용한다면, 후술하는 검출 수단(38)과 접속된 배선(도시하지 않음) 또는 배선(13)이 제1 하우징(14)의 내부와 접속되어 있거나, 소정량의 냉매(24)를 넣기 위한 개폐 가능한 개구(도시하지 않음) 등이 제1 하우징(14)에 형성되어 있어도 된다.
냉매(24)는, 스테이지 장치(100)를 사용하는 환경의 관리 온도에 가까운 비점을 가지며, 액체 상태와 기체 상태의 평형 상태로 존재하고 있다. 코일(10)이 발열한 경우, 냉매(24)가 기화함으로써 바로 코일(10)을 냉각할 수 있다. 기체 상태의 냉매(24)는 제1 하우징(14) 내의 상측 공간(26)에 존재하고 있다. 또한, 본 명세서에서는, 액체 상태의 냉매(24)에 대해서만 부호(24)로 나타내고 있다.
냉매(24)는 코일(10)에 직접 접촉하므로 도전성이 낮은 냉매가 바람직하다. 도전성이 낮은 냉매로 함으로써, 코일(10)의 쇼트를 방지할 수 있다.
냉매(24)의 예로서, 관리 온도가 실온 정도라면, 물, 알코올, 에테르, 하이드로플루오로에테르(이하, HFE라고 함), 플루오리너트 등을 사용할 수 있다.
대기압의 환경에서 냉매(24)가 기화하지 않는 경우에는, 공간(26)을 미리 감압해도 된다. 이에 의해 냉매(24)의 비점을 낮출 수 있다. 예를 들어, 23℃의 환경 하에서 HFE를 사용하는 경우에는, 공간(26)을 약 60kPa(abs)까지 감압함으로써, 제1 하우징(14) 내에 기체 상태와 액체 상태의 평형 상태인 HFE를 봉입할 수 있다.
제1 하우징(14)은, 또한 코일(10)을 지지하기 위한 지지재(25)와 후술하는 응축 핀(34)을 수용하고 있다.
제2 하우징(16)의 외부의 가동자(18)측에는 단열 재료로 구성된 부재(30)가 마련되어 있다. 고정자(12)의 열이 변동된 경우라고 해도, 가동자(18)나 물체(2)에 열이 전해지는 것을 방지(저감)할 수 있다. 제2 하우징(16) 자신을 단열 재료로 구성하고 있어도 된다. 단열 재료로서, 폴리스티렌, 폴리우레탄 등의 발포 플라스틱이나, 글라스 울 등을 사용해도 된다.
순환계(80)는, 공급구(16a)에 온도 조정된 냉매(28)를 공급하고, 배출구(16b)로부터 배출된 냉매(28)를 회수하여 다시 공급구(16a)에 공급하도록 냉매(28)를 순환시키는 기구를 갖는다. 냉매(28)는 스테이지 장치(100)의 관리 온도에서 액체 상태의 재료여도 되고 기체 상태의 재료여도 된다.
순환계(80)는, 냉각기(82), 탱크(84), 펌프(86), 열교환기(88) 및 열교환기(88)의 온도를 계측하는 센서(90)를 갖는다. 냉각기(82)는 제2 하우징(16)으로부터 회수한 냉매(28)를 한번 냉각한다. 냉각 시에 발생한 배열은 순환계(80)의 외부로 버려진다. 냉각기(82)에 의해 냉각된 냉매(28)는 탱크(84) 내에서 일시적으로 저장된다. 펌프(86)는, 단위 시간당 소정량씩 탱크(84) 내의 냉매(28)를 열교환기(88)로 보낸다.
센서(90)는, 열교환기(88)에 의해 조정된 냉매(28)의 온도를 계측하고, 센서(90)에 의한 계측 결과가 소정의 온도를 나타내도록 열교환기(88)는 냉매(28)를 온도 조정한다.
제2 하우징(16)에 온도 조정된 냉매(28)를 공급할 수 있는 것이라면, 순환계(80)는 냉매(28)가 순환하는 계가 아니어도 된다.
펠티에 소자(32)는, 제1 하우징(14)과 제2 하우징(16)의 접합 부분에 마련되어 있고, 제1 하우징(14)의 내부 또는 제2 하우징(16)의 내부 즉 제2 냉매 중, 한쪽으로부터 다른 쪽으로 열을 이동시키는 것이 가능한 소자이다. 특히, 본 실시 형태에서는, 검출 수단(38)의 검출 결과에 기초하여 후술하는 제어부(40)에 의해 산출된 열을, 제어부(40)의 지시에 따라 냉매(28)로부터 제1 하우징(14)으로 이동시킨다.
또한, 펠티에 소자(32)는 제1 하우징(14)의 내부의 제2 하우징(16)측, 혹은 제2 하우징(16)의 내부의 제1 하우징(14)측에 마련되어 있어도 된다.
제1 하우징(14)의 펠티에 소자(32)측에는 응축 핀(34)이, 제2 하우징(16)의 펠티에 소자(32)측에는 응축 핀(34)과 동일 형상의 방열 핀(36)이 마련되어 있다. 응축 핀(34)의 응축부와 방열 핀(36)의 방열부가 펠티에 소자(32)에 대하여 서로 역방향을 향하도록 마련되어 있다. 응축 핀(34)은 응축한 냉매(24)가 모이는 부분이다. 방열 핀(36)은 펠티에 소자(32)에 의해 제1 하우징(14) 내부로부터 이동한 열을 냉매(28) 중에 방열하는 부분이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 응축 핀(34) 및 방열 핀(36)은 복수의 침 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 기화한 냉매(24)와의 접촉 면적을 넓게 할 수 있어, 응축 효율을 높일 수 있다. 방열 핀(36)의 경우에는, 제2 냉매에 대한 배열 효율을 높일 수 있다. 본 실시 형태에서는 설명의 간이화를 위해, 응축 핀(34)과 방열 핀(36)을 동일 형상으로 하고 있지만, 응축 핀(34)과 방열 핀(36)의 형상이 상이해도 된다.
본 실시 형태에 관한 검출 수단(38)은, 기체 상태의 냉매(24)의 압력 변화를 검출하는 수단이다. 검출 수단(38)은 센서(38a)와 산출부(38b)를 갖는다. 센서(38a)는 제1 하우징(14)의 내부의 저부에 마련되어 있고, 기체 상태의 냉매(24)의 압력 변화에 따라 변화하는, 액체 상태의 냉매(24)로부터 받는 압력을 계측한다. 센서(38a)에 접속된 산출부(38b)는, 센서(38a)가 검출한 압력과 소정의 압력의 차를 산출한다. 소정의 압력이란, 코일(10)에 전류를 흘리지 않는 상태(이하, 아이들 상태라고 함)에서의 냉매(24)의 포화 증기압이다. 또한, 산출부(38b)의 기능이 제어부(40)에 구비되어 있어도 된다.
제어부(40)는, CPU 및 메모리(ROM, RAM 등)를 갖는다. 제어부(40)는 검출 수단(38)과 접속되어 있고, 검출 수단(38)의 검출 결과에 기초하여, 코일(10)의 온도 변동을 저감하기 위해 냉매(24)의 응축해야 할 양(이하, 목표 응축량이라고 함)에 대응하는 열의 열량을 결정한다. 또한, 목표 응축량에 기초하여, 펠티에 소자(32)에 의해 제2 냉매로부터 제1 하우징(14)으로 이동시킬 열의 열량을 결정한다.
여기서 목표 응축량은, 검출 수단(38)이 검출한 압력 변화를 저감하는(변화량을 제로로 접근시키는) 응축량인 것이 바람직하다. 이하에서는, 검출 수단(38)이 검출한 압력 변화에 대응하는 열을 펠티에 소자(32)가 이동시키는 경우의 목표 응축량의 산출 방법에 대하여 설명한다.
제1 하우징(14)의 체적을 V, 기체 상태의 냉매(24)의 밀도를 ρ[g/l], 아이들 상태에 있어서의 제1 하우징(14)의 내부의 압력을 P0[Pa], 아이들 상태에서의 기체 상태의 냉매(24)의 체적을 Vg라고 한다. 제어부(40)의 메모리에는 V, ρ, Vg, P0, 냉매(24)의 잠열 L[J/g]의 값이 미리 기억되어 있다. 센서(38a)가 계측한 압력의 변화량을 P[Pa], 이 압력 P0으로부터 압력 P의 변화에 수반하여, 기화한 냉매(24)의 양을 Δm[g], P0-P=ΔP라고 한다. 기화한 양은 미량이며 액체 상태의 냉매(24)의 체적 V1은 변하지 않는다고 하면,
Vg=V-V1=일정
이 성립한다.
아이들 상태에서는, 기체 상태의 냉매(24)의 양 G는, 식 (1)로 표시된다.
G=PㆍVgㆍρ/P0[g] … (1)
또한, 보일의 법칙에 의해 식 (2)가 성립한다.
(P+ΔP)ㆍVg={P0ㆍVgㆍ(ρ+Δm)}/ρ … (2)
목표 응축량 M[g]은 Δm과 동등하므로, 식 (1), (2)로부터 식 (3)으로 표시된다.
M=Δm=ρㆍvgㆍΔP/P0 … (3)
잠열 L[J/g]을 사용하여, 펠티에 소자(32)에서 이동해야 할 열량 Q[J]는 식 (4)로 표시된다.
Q=MㆍL=ρㆍvgㆍΔPㆍL/P0 … (4)
(냉각 방법)
구동 장치(200)에 있어서의 코일(10)의 냉각 방법에 대하여 설명한다. 구동 장치(200)를 구동시키기 위해, 전류원(11)이 코일(10)에 전류를 흘리기 시작한다. 전류를 흘리고 있는 동안, 검출 수단(38)은 상시, 혹은 소정 시간 간격으로 냉매(24)의 압력을 검출한다. 코일(10)이 발열하면, 냉매(24)가 기화하여 코일(10)을 냉각한다. 기체 상태의 냉매(24)가 증가함으로써 냉매(24)의 센서(38a)가 압력의 증가를 검출하면, 산출부(38b)가 소정의 압력과의 차를 산출한다. 검출 수단(38)은, 산출한 압력 변화를 제어부(40)에 보낸다.
제어부(40)는 식 (4)에 기초하여 펠티에 소자(32)에서 이동해야 할 열의 열량 Q를 산출하고, 펠티에 소자(32)에 지시한다. 펠티에 소자(32)가 열량 Q를 이동시켜, 냉매(24)가 응축된다.
제1 하우징(14)의 내부에서 기체 상태로 된 냉매(24)가 응축에 의해 다시 액체 상태로 됨으로써, 제1 하우징(14)의 내부의 압력이 소정의 압력까지 되돌아간다. 검출 수단(38)이 제1 하우징(14)의 내부의 압력이 소정의 압력보다 내려간 것을 검출한 경우에는, 펠티에 소자(32)가 제1 하우징(14)의 내부의 열을 제2 냉매로 이동시켜 응축량을 저감하도록 조정해도 된다.
또한, 제어부(40)는, 열량 Q를 취득할 수 있는 것이라면, 반드시 매시 산출하지는 않아도 된다. 산출부(38b)로부터 산출된 압력 변화와 열량 Q의 대응 관계에 기초하여, 열량 Q를 결정해도 된다. 제어부(40)는, PID 제어에 의해 응축량 조정의 추종 제어를 행해도 된다.
이와 같이 하여, 구동 장치(200)에 있어서, 검출 수단(38)의 검출 결과에 기초하여 펠티에 소자(32)가 냉매(24)의 응축량을 조정한다. 응축량을 조정함으로써 냉매(24)의 압력 및 냉매(24)의 비점을 소정의 값으로 유지할 수 있고, 냉매(24)의 비점 상승에 의한 코일(10)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 구동 장치(200) 및 냉각 방법에 따르면, 검출 수단(38) 및 펠티에 소자(32)를 사용하여 냉매(24)의 응축량을 조정하지 않는 경우에 비하여, 코일(10)의 온도 변동을 저감할 수 있다.
일반적으로, 공간을 통하여 열이 소정 거리만큼 전달되는 속도보다, 당해 소정 거리만큼 이격된 위치에 대하여 기체의 압력 변화가 전달되는 속도 쪽이 빠르다. 즉, 본 실시 형태라면, 냉매(24)의 압력 변화는, 코일(10)의 온도 상승분의 열이 공간(26)을 통하여 냉매(28)로 전달되는 속도보다 응답성이 빠르다. 응답이 빠른 압력 변화에 기초하여 냉매(24)를 응축시키므로, 검출 수단에 의한 냉매(24)의 상태 변화의 검출을 행하지 않는 특허문헌 1에 기재된 구동 장치에 비하여 냉매(24)의 비점 상승을 억제하고, 코일(10)의 온도 변동을 저감할 수 있다.
이에 의해, 코일(10)로부터 스테이지 장치(100)의 어떠한 공간으로 열이 전반되어, 레이저광(70)의 광로 상에 있어서의 온도 변동에 의한 계측 정밀도의 악화를 저감할 수 있다. 또한, 가동자(18)를 통하여 스테이지(6)에 열이 전반되어, 물체(2)가 일시적으로 변형되는 것을 저감할 수 있다.
센서(38a)는, 제1 하우징(14)의 저부에 마련되어 있지 않아도 된다. 예를 들어 공간(26)에 마련되어 있어도 된다. 펠티에 소자(32)는 제1 하우징(14)의 내부의 열을 제1 하우징(14)의 외부로 방열할 수 있기 때문에, 냉매(28)의 유로를 포함하는 순환계(80)가 없어도 상관없다.
구동 장치(200)는, 제1 하우징(14)의 내부에, 냉매(24)를 교반하는 교반부를 마련하고 있어도 된다. 교반부는, 블레이드 구비 부재를 회전시키는 방식, 구멍이 뚫린 구체를 회전시키는 방식 등이다. 교반부로서, 발열량이 작은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 교반함으로써 냉매(24)의 기화에 의해 발생한 기포가 코일(10)에 부착됨에 따른 냉매(24)와 코일(10)의 접촉 면적의 저하를 억제할 수 있다.
스테이지 장치(100)의 위치 검출에, 간섭계(60) 대신에 인코더(도시하지 않음)를 사용해도 된다. 인코더 및 인코더 스케일을 보유 지지하는 부분의 온도 변화를 저감할 수 있고, 스테이지 장치(100)의 위치의 계측 정밀도의 악화를 억제할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 3은, 제2 실시 형태에 관한 구동 장치(300)의 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에 관한 응축 수단도, 냉매(24)와는 독립된 계를 흐르는 냉매(28)를 사용하여 냉매(24)를 응축시킨다. 조정 수단으로서, 펠티에 소자(32) 대신에 냉매(28)의 온도를 제어하는 온도 제어 수단을 사용한다는 점이, 구동 장치(200)와는 상이하다. 그 밖의 구성은 구동 장치(200)와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 순환계(80)에 있어서는, 온도 제어 수단이란 열교환기(88)이다.
구동 장치(300)에 있어서의 코일(10)의 냉각 방법은 이하와 같다.
검출 수단(38)에 의한 압력의 검출 결과는 제어부(40)로 보내지고, 제어부(40)는 제2 하우징(16)의 내부를 흐르는 냉매(28)의 온도를 결정한다. 제어부(40)는, 당해 결정한 온도를 열교환기(88)에 대하여 설정한다. 검출 수단(38)이 압력을 검출한 제2 하우징(16)을 흐르는 냉매(28)의 온도가 낮아지도록 조정한다.
열교환기(88)가 냉매(28)의 온도를 낮게 함으로써, 제2 하우징(16)의 온도는 제1 하우징(14)에 비하여 온도가 낮아진다. 따라서, 제1 하우징(14)으로부터 냉매(28)로 열이 이동함으로써, 냉매(24)의 응축을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 변화한 냉매(24)의 압력을 아이들 상태의 압력까지 접근시키거나 혹은 일치시킬 수 있다. 제어부(40)는, 검출 수단(38)이 검출한 압력 변화가 없어진 시점에서, 열교환기(88)에 설정하는 온도를, 변경하기 전의 온도로 되돌린다.
제어부(40)가 결정하는 냉매(28)의 온도는, 검출 수단(38)이 압력 변화를 검출하기 전보다 소정의 온도만큼 낮은 온도여도 되고, 검출 수단(38)이 검출한 압력 변화에 따라 상이한 온도로 설정해도 된다.
이와 같이, 구동 장치(300)에 있어서, 검출 수단(38)의 검출 결과에 기초하여 열교환기(88)가 냉매(24)의 응축량을 조정한다. 응축량을 조정함으로써 냉매(24)의 압력 및 냉매(24)의 비점을 소정의 값으로 유지할 수 있고, 냉매(24)의 비점 상승에 의한 코일(10)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 구동 장치(300) 및 냉각 방법에 따르면, 검출 수단(38) 및 열교환기(88)를 사용하여 냉매(24)의 응축량을 조정하지 않는 경우에 비하여, 코일(10)의 온도 변동을 저감할 수 있다.
따라서, 코일(10)로부터 스테이지 장치(100)의 어떠한 공간으로 열이 전반되어, 레이저광(70)의 광로 상에 있어서의 온도 변동에 의한 계측 정밀도의 악화를 저감할 수 있다. 또한, 가동자(18)를 통하여 스테이지(6)에 열이 전반되어, 물체(2)가 일시적으로 변형되는 것을 저감할 수 있다.
본 실시 형태는, 펠티에 소자를 사용하는 경우에 비하여, 제1 하우징(14)의 내부로부터 제2 하우징(16)의 내부로 큰 열량의 열을 이동시킬 수 있다. 따라서, 특히 코일(10)에 흘리는 전류량이 큰 스테이지 장치의 구동 장치로서 적합하다. 예를 들어, 스테이지 장치(100)가 미동 스테이지와 당해 미동 스테이지보다 큰 이동량으로 이동하는 조동 스테이지를 갖는 경우에는, 조동 스테이지의 구동 장치로서 사용하는 것이 바람직하다.
[제3 실시 형태]
도 4는, 제3 실시 형태에 관한 구동 장치(400)의 구성을 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에 관한 응축 수단도, 냉매(24)와는 독립된 계를 흐르는 냉매(28)를 사용하여 냉매(24)를 응축시킨다. 조정 수단으로서, 열교환기(88)에 추가하여, 냉매(28)의 유량을 제어하는 유량 제어 수단을 더 사용한다는 점이, 구동 장치(300)와는 상이하다. 그 밖의 구성은 구동 장치(300)와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 순환계(80)에 있어서는, 유량 제어 수단이란 펌프(86)이다.
구동 장치(400)에 있어서의 코일(10)의 냉각 방법은 이하와 같다.
검출 수단(38)에 의한 압력의 검출 결과는 제어부(40)로 보내지고, 제어부(40)가 제2 하우징(16)의 내부를 흐르는 냉매(28)의 유량을 결정한다. 제어부(40)는, 열교환기(88)에 지시하여 냉매(28)의 온도를 소정 온도만큼 낮게 설정함과 함께, 펌프(86)에 지시하여 제2 하우징(16)을 흐르는 냉매(28)의 유량을 증가시킨다. 제2 하우징(16)의 온도는 제1 하우징(14)에 비하여 온도가 낮아짐으로써, 제1 하우징(14)으로부터 냉매(28)로 열이 이동한다.
제어부(40)는, 검출 수단(38)이 검출한 압력 변화가 없어진 시점에서, 열교환기(88)에 설정하는 온도 및 펌프(86)에 설정한 냉매(28)의 유량을, 변경하기 전의 값으로 되돌린다.
구동 장치(400)는, 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다. 또한, 열교환기(88) 및 센서(90)만을 사용하여 응축량을 조정하는 경우에 비하여, 펌프(86)를 사용함으로써 냉매(24)의 단위 시간당 응축량을 증가시킬 수 있다.
[제4 실시 형태]
도 5는, 제4 실시 형태에 관한 구동 장치(500)의 구성을 도시하는 도면이다. 구동 장치(500)는, 구동 장치(300)와 비교하여, 제2 하우징(16), 응축 핀(34) 및 방열 핀(36)이 없다. 그 대신에 응축기(71), 실린더(72), 압력 제어부(73), 검출 수단(74) 및 하우징(14)의 내부와 연통되는 공간(75)을 갖는다. 본 실시 형태에 관한 응축 수단도, 냉매(24)와는 독립된 계를 흐르는 냉매(28)를 사용하여 냉매(24)를 응축시킨다. 본 실시 형태에 관한 응축 수단은, 냉매(28)를 순환시키고 있는 순환계(80)와 응축기(71)이다. 본 실시 형태에 관한 조정 수단은 열교환기(88)이다.
피스톤(72a)은, 공간(75)의 일부이기도 한 공간(76)과, 압력 제어부(73)에 의해 압력이 제어된 공간(77)을 이격시키고 있다.
공간(75)은, 압력 제어부(73)에 의해 소정의 압력으로 배압되어 있다.
당해 소정의 압력이란, 하우징(14)의 관리 온도에 있어서의 냉매(24)의 포화 증기압(소정의 압력)이다. 즉, 코일(10)이 발열하고 있지 않은 동안((코일(10)에 전류를 흘리고 있지 않은 동안)의 하우징(14)의 내부의 압력이다. 압력 제어부(73)는, 예를 들어 공간(77)에 대한 압축 공기의 입출력을 조정할 수 있는 압력 조정 밸브가 바람직하다.
이에 의해, 냉매(24)의 기화가 진행됨에 따라, 피스톤(72a)의 위치는 공간(76)과 공간(77)의 압력이 유지되도록 이동한다. 즉 공간(75)은, 냉매(24)의 체적에 따라 체적이 가변인 공간이다.
냉매(24)는, 배압에 거슬러 피스톤(72a)을 이동시킨다고 하는 기계 일을 한다.
냉매(24)의 봉입량은, 아이들 상태에 있어서, 공간(76)과 공간(77)이 거의 동일한 체적이 되는 양이 바람직하다. 피스톤(72a)이 이동하였을 때의 실린더(72)의 내벽에 충돌하는 것을 방지하고, 냉매(24)가 갖는 열을 계속해서 기계 일로 변환시킬 수 있다.
공간(75)은, 하우징(14)의 내부의 상부와 연통되며, 또한 기체 상태로 된 냉매(24)가 통과하는 배관(78), 공간(76), 응축기(71) 중 냉매(24)가 통과하는 공간(71a)과, 하우징(14)의 내부의 하부와 연통되며, 또한 응축되어 액체 상태로 된 냉매(24)가 통과하는 배관(79)을 포함한다.
응축기(71)는 냉매(24)가 흐르는 공간(71a)과 냉매(28)가 흐르는 공간(71b)으로 분리되어 있고, 냉매(28)와 공간(75)의 사이에서 열을 교환시킨다(이동시킨다). 응축기(71)는 예를 들어 히트 펌프이다.
검출 수단(74)은, 피스톤(72a)의 위치를 검출하는 센서(74a)와, 센서(74a)가 검출한 위치와 기준 위치의 차를 산출하는 산출부(74b)를 갖는다. 산출부(74b)는, 산출 결과를 제어부(40)에 입력한다. 즉, 검출 수단(74)은 피스톤(72a)의 위치 변화를 검출함으로써, 기체 상태의 냉매(24)의 상태 변화, 구체적으로는 제1 냉매의 체적 변화를 검출하고 있다. 기준 위치란, 아이들 상태에 있어서의 피스톤(72a)의 위치를 말한다.
제어부(40)는, 검출 수단(74)의 검출 결과에 기초하여, 제어부(40)는 하우징(14)의 내부를 흐르는 냉매(24)의 온도를 결정한다. 제어부(40)는, 당해 결정한 온도를 열교환기(88)에 대하여 설정한다.
열교환기(88)가 냉매(28)의 온도를 조정함으로써, 응축기(71)에 있어서 응축시킬 냉매(24)의 응축량을 조정한다.
(냉각 방법)
코일(10)에 전류가 흘러 발열하면, 코일(10)과 접촉하고 있는 냉매(24)가 코일(10)의 열을 흡수하여 기화한다. 냉매(24)가 기화하면, 냉매(24)의 압력이 증가하려고 하게 된다. 이때, 기체 상태의 냉매(24)가 피스톤(72a)을 이동시키면서 단열 팽창함으로써, 냉매(24)의 압력의 증가 및 냉매(24)의 압력의 증가에 수반하는 비점의 상승을 저감할 수 있다.
또한, 실린더(72)의 공간의 체적에는 상한이 있으므로 냉매(24)의 응축을 재촉할 필요가 생긴다. 그래서, 검출 수단(74)의 검출 결과에 기초하여, 냉매(24)의 체적을 아이들 상태에 있어서의 체적으로 되돌리도록, 제어부(40)는 하우징(14)의 내부를 흐르는 냉매(24)의 온도를 결정한다. 제어부(40)는, 당해 결정한 온도를 열교환기(88)에 대하여 설정한다.
제어부(40)는 하기의 연산에 기초하여 목표 응축량 및 당해 목표 응축량에 대응하는 설정 온도를 구해도 되고, 미리 결정된 소정의 온도를 설정해도 된다.
목표 응축량의 산출 방법에 대하여 설명한다. 목표 응축량은, 냉매(24)의 잠열을 L[J/g], 피스톤(72a)의 배압 면적을 A, 공간(77)의 압력을 P, 미소 시간 Δt인 동안에 피스톤이 Δx 이동하였다고 하면, 목표 응축량 C2는 식 (5)로 표시된다.
C2=(PㆍAㆍΔx/Δt)/L[g/sec] … (5)
목표 응축량에 대응하는 냉매(28)의 설정 온도를 산출하고, 열교환기(88)는 제어부(40)의 지시를 받아 냉매(28)의 온도를 저하시킨다. 이에 의해, 응축기(71)에 있어서의 냉매(24)의 응축량을 증가시켜, 변화한 냉매(24)의 체적을 아이들 상태의 체적까지 접근 혹은 일치시킬 수 있다. 냉매(24)의 체적이 감소함에 따라 피스톤(72a)의 위치는 기준 위치에 가까워진다. 제어부(40)는, 검출 수단(74)이 검출한 체적 변화가 없어진 시점에서, 열교환기(88)에 설정하는 온도를, 변경하기 전의 온도로 되돌린다.
검출 수단(74)이 냉매(24)의 체적이 아이들 상태보다 작아졌음을 검출한 경우에는, 열교환기(88)에 설정하는 온도를 상승시켜 응축량을 조정해도 된다.
이와 같이, 구동 장치(500)에 있어서, 검출 수단(74)의 검출 결과에 기초하여 열교환기(88)가 냉매(24)의 응축량을 조정한다. 응축량을 조정함으로써 냉매(24)의 압력 및 냉매(24)의 비점을 소정의 값으로 유지할 수 있고, 냉매(24)의 비점 상승에 의한 코일(10)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 구동 장치(500) 및 냉각 방법에 따르면, 검출 수단(74) 및 열교환기(88)를 사용하여 냉매(24)의 응축량을 조정하지 않는 경우에 비하여, 코일(10)의 온도 변동을 저감할 수 있다.
따라서, 코일(10)로부터 스테이지 장치(100)의 어떠한 공간으로 열이 전반되어, 레이저광(70)의 광로 상에 있어서의 온도 변동에 의한 계측 정밀도의 악화를 저감할 수 있다. 또한, 가동자(18)를 통하여 스테이지(6)에 열이 전반되어, 물체(2)가 일시적으로 변형되는 것을 저감할 수 있다.
또한, 구동 장치(500)에서는, 냉매(24)가, 배압에 거슬러 피스톤(72a)을 이동시킨다고 하는 기계 일을 한다. 따라서, 코일(10)로부터 빼앗은 열을 기계 일로 바꾸어 소비할 수 있다. 제1 내지 제3 실시 형태에 비하여, 순환계(80)에 있어서의 배열량을 저감할 수 있다.
또한, 공간(75)에 있어서 냉매(24)를 응축시키고 있기 때문에, 가동자(18)로부터 이격된 위치에서 냉매(24)의 열을 방출할 수 있다. 따라서, 가동자(18)와 함께 이동하는 스테이지(6)에 열이 전해지기 어렵게 할 수 있다. 또한, 공간(75)의 위치는 자유롭게 결정할 수 있으므로, 제1 내지 제3 실시 형태와 같이 좁은 공간 내에 제2 하우징(16)을 마련할 필요가 없어, 구동 장치의 설계의 자유도를 늘릴 수 있다.
응축량의 조정 수단으로서, 제1 실시 형태와 같이 펠티에 소자(32)를 사용하거나, 제3 실시 형태와 같이 펌프(86)를 사용해도 된다. 혹은, 적절하게 이것들을 병용해도 된다.
[제5 실시 형태]
도 6은, 구동 장치(200)를 탑재한 스테이지 장치(100)를 갖는 리소그래피 장치(800)의 구성을 도시하는 도면이다. 리소그래피 장치(800)는, 기판(810)에 광을 노광하는 노광 장치이다.
기판(810) 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성부로서, 광원(802), 조명 광학계(806) 및 투영 광학계(808)를 갖는다.
광원(802)으로부터 출사한 KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm)은, 도광부(804), 조명 광학계(806) 및 투영 광학계(808)를 통과하여 스테이지 장치(100) 상에 적재된 기판(810)(대상물)에 조사된다. 투영 광학계(808)는, 기판(810)에 레티클(마스크)(812)에 형성된 회로 패턴 등의 패턴을 축소 투영한다. 이에 의해 레티클(812)의 패턴을 기판(810) 상에 전사한다.
스테이지 장치(100)는, 전술한 물체(2)이기도 한, 기판(810)을 위치 결정한다. 간섭계(60)는, 스테이지(6)의 위치나 자세를 계측함으로써, 기판(810)의 위치를 계측한다. 마운트(814)는, 설치면(816)으로부터의 진동이 투영 광학계를 지지하는 지지재에 전해지지 않도록 제진하는 장치이다. 스테이지 장치(100)는 레티클(812)을 위치 결정한다.
제어부(40)는, 간섭계(60)에 의한 계측에 기초하여, 레티클(812)과 기판(810)의 위치 결정을 제어한다.
스테이지 장치(100)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 코일(10)의 발열을 억제할 수 있다. 이에 의해, 코일(10)에서 발생한 열이 기판에 전해져, 기판이 변형됨에 따른 중첩 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 간섭계(60)의 광로의 공기의 온도 변동에 기인하여 발생하는 스테이지 장치(100)의 위치 결정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
구동 장치(200)는, 레티클(812)을 이동시키는 스테이지 장치(817)에 탑재되어 있어도 된다. 또한, 스테이지 장치(100)나 스테이지 장치(817)에는, 구동 장치(300, 400, 500) 중 어느 것, 또는 이것들을 적절하게 조합한 구성의 구동 장치가 탑재되어 있어도 된다.
리소그래피 장치(800)는, 전술한 장치에 한정되지 않는다. g선(파장 436nm), ArF 레이저광(파장 193nm), EUV광(파장 13nm) 등의 광선을 사용하여 기판을 노광하여 패턴을 형성하는 각종 노광 장치여도 된다. 3차원 형상의 패턴이 형성된 틀을 사용하여 레지스트의 경화 패턴을 형성하는 임프린트 장치, 혹은 하전 입자선을 기판에 조사하여 패턴을 묘화하는 묘화 장치여도 된다.
[그 밖의 실시 형태]
제1 실시 형태, 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태 중, 2개 이상의 실시 형태를 조합하여 실시해도 된다. 예를 들어, 냉매(24)의 응축량을 조정하는 조정 수단으로서, 제2 실시 형태의 온도 제어 수단 및 제3 실시 형태의 유량 제어 수단을 모두 사용해도 된다. 구동 장치(200 내지 500)는 복수의 제1 하우징(14)을 갖고 있으며, 각각의 제1 하우징(14)이 하나의 코일(10)을 수용하고 있어도 된다.
하나의 제1 하우징(14) 내에 수용하는 코일(10)의 수는, 고정자(12)의 코일(10) 전부가 아니어도 된다. 하나씩, 혹은 소정 개수씩 코일(10)을 수용한 분할된 제1 하우징(14)이 이어진 것으로, 고정자(12)가 구성되어 있어도 된다. 펠티에 소자(32)도 모든 코일(10)에 대하여 하나의 긴 펠티에 소자(32)가 마련되어 있지 않고 요크(20), 하나 혹은 소정 개수의 코일(10)씩 마련되어 있어도 된다. 또한, 제1 하우징(14)이 분할되어 있는 경우에는, 적어도 제1 하우징(14)의 개수만큼 펠티에 소자(32)는 필요하다.
제어부(40)는, 목표 응축량을 매회 산출하지 않아도 된다. 압력 변화 또는 체적 변화에 대응하는 목표 응축량에 관한 테이블을 갖고 있는 경우에는, 당해 테이블로부터 목표 응축량을 결정해도 된다.
제어부(40)는, 제어부(40)가 실행하는 기능을 모두 구비하고 있다면, 별개의 제어 기판의 집합체여도 되고, 하나의 제어 기판이어도 된다.
기체 상태의 냉매(24)의 상태의 변화를 검출하는 수단은, 검출 수단(38, 74) 외에, 기체 상태의 냉매(24)의, 압력 변화, 체적 변화 및 온도 변화 중 적어도 하나를 검출하는 수단이면 된다.
온도 변화를 검출하는 경우에는, 당해 온도 변화를 검출하는 수단의 센서는, 제1 하우징(14) 내의 액체 상태의 냉매(24)에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 공간(26)을 통하여 코일(10)의 온도 변화분의 열이 냉매(28)에 전해질 때까지의 시간보다 빨리, 코일(10)의 온도 상승을 검출할 수 있다.
구동 장치(200 내지 500)는, 가동자(18)가 이동하는 무빙 마그네트 방식에 한하지 않고, 코일(10)이 이동하는 무빙 코일 방식이어도 된다. 물체(2)를 직선 이동시키는 스테이지 장치에 한하지 않고, 회전 방향으로 이동시키는 장치여도 된다. 기판(810)을 위치 결정하는 스테이지 장치 외에, 예를 들어 광학 소자의 위치 결정을 하는 스테이지 장치여도 된다.
구동 장치(200 내지 500)는, 리소그래피 장치에 탑재하는 스테이지 장치에 한하지 않고, 그 밖의 고정밀도한 위치 결정이 요구되는 장치에 탑재되는 구동 기구여도 된다. 예를 들어, 리소그래피 장치가 반도체 노광 장치인 경우에는, 노광광을 차광하는 마스킹 블레이드, 스테이지 장치의 이동에 수반하는 반력을 저감하는 반력 캔슬러 등의 구동 기구여도 된다. 예를 들어, 리소그래피 장치가 임프린트 장치인 경우에는, 3차원 형상 패턴이 형성된 몰드나 임프린트재를 공급하는 공급부를 구동시키는 구동 기구여도 된다.
[물품의 제조 방법]
리소그래피 장치를 사용하여 형성한 패턴은, 각종 물품을 제조할 때 일시적으로 사용된다. 물품이란, 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS, 기록 소자, 센서, 혹은 틀 등이다. 전기 회로 소자로서는, DRAM, SRAM, 플래시 메모리, MRAM과 같은, 휘발성 혹은 불휘발성의 반도체 메모리나, LSI, CCD, 이미지 센서, FPGA와 같은 반도체 소자 등을 들 수 있다. 틀로서는, 임프린트용 몰드 등을 들 수 있다.
리소그래피 장치를 사용하여 형성한 패턴은, 물품의 제조를 위해, 기판의 가공 공정에 있어서 에칭 또는 이온 주입 등이 행해지고, 그 후에 레지스트 마스크는 제거된다. 리소그래피 장치로서 노광 장치나 묘화 장치 등을 사용한 경우에는, 전술한 가공 공정 전에 레지스트를 현상한다. 리소그래피 장치로서 임프린트 장치를 사용함으로써 형성한 레지스트의 경화 패턴은, 그대로 상기 물품의 적어도 일부의 구성 부재로서 사용해도 된다. 상기 가공 공정 후에, 주지의 가공 공정(현상, 산화, 성막, 증착, 평탄화, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함해도 된다.
본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위해 이하의 청구항을 첨부한다.
본원은 2016년 02월 29일에 제출된 일본 특허 출원 특원 제2016-038128호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용 모두를 여기에 원용한다.

Claims (19)

  1. 자석과 코일을 갖고, 상기 코일에 전류가 흐름으로써 물체를 구동하는 전자 액추에이터(electromagnetic actuator)와,
    액체 상태 및 기체 상태로 존재하며 액체 상태로부터 기화함으로써 상기 코일을 냉각하는 제1 냉매와, 액체 상태의 상기 제1 냉매에 침지된 상기 코일을 수용하는 수용 수단과,
    기체 상태의 상기 제1 냉매를 응축하는 응축 수단과,
    상기 수용 수단 내에 기체 상태로 존재하는 상기 제1 냉매의 압력의 변화를 검출하는 검출 수단을 갖고,
    상기 응축 수단은, 상기 제1 냉매의 압력의 변화를 저감시키도록, 상기 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 제1 냉매의 응축량을 조정하는 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정 수단은, 상기 수용 수단의 내부 및 상기 수용 수단의 내부와 연통되는 공간 중 적어도 한쪽에 있어서의 기체 상태의 상기 제1 냉매의 열을 조정함으로써, 상기 응축량을 조정하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 응축 수단은 상기 공간에 존재하는 기체 상태의 상기 제1 냉매를 응축시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는, 상기 수용 수단의 내부와 연통되고 상기 제1 냉매의 상태 변화에 따라 체적이 변하는 공간을 갖고,
    상기 검출 수단은, 상기 공간의 체적의 변화를 검출함으로써 상기 제1 냉매의 체적의 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공간은, 미리 정해진 압력으로 배압되어 있는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 미리 정해진 압력은, 상기 코일이 발열하고 있지 않은 동안의 상기 수용 수단의 내부의 압력과 동일한 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조정 수단은, 상기 수용 수단의 내부의 열을 상기 수용 수단의 내부와 연통되어 있지 않은 공간으로 이동시키는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 응축 수단은, 상기 제1 냉매와는 독립된 계를 통해 흐르는 제2 냉매를 사용하여 기체 상태의 상기 제1 냉매를 응축하고,
    상기 조정 수단은, 상기 제2 냉매의 유량을 제어하는 유량 제어 수단 및 상기 제2 냉매의 온도를 제어하는 온도 제어 수단 중 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조정 수단은, 상기 온도 제어 수단이며, 상기 제2 냉매의 온도를 저하시켜 상기 응축량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 조정 수단은, 상기 유량 제어 수단이며, 상기 제2 냉매의 유량을 증가시켜 단위 시간당 상기 응축량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 구동 장치를 갖고, 기판의 위치를 위치 결정하는 위치 결정 장치와,
    상기 기판에 대하여 패턴을 형성하는 패턴 형성부를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 전자 액추에이터의 코일이 액체 상태의 냉매에 침지되어 있고, 상기 냉매는 액체 상태 및 기체 상태로 존재하며 액체 상태로부터 기화함으로써 상기 코일을 냉각하는, 코일의 냉각 방법이며,
    상기 냉매를 수용하기 위한 수용 수단 내에 기체 상태로 존재하는 상기 냉매의 압력의 변화를 검출하는 검출 공정과,
    기체 상태의 상기 냉매를 응축시키는 응축 공정을 갖고,
    상기 응축 공정은, 상기 냉매의 압력의 변화를 저감시키도록, 상기 검출 공정에 있어서의 검출 결과에 기초하여 상기 냉매의 응축량을 조정하는 조정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 코일의 냉각 방법.
  13. 물품 제조 방법이며,
    제11항에 기재된 리소그래피 장치를 사용하여, 기판 상에 패턴을 형성하는 형성 공정과,
    상기 형성 공정에서 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 가공하는 가공 공정을 포함하고,
    상기 물품은 상기 가공 공정에서 가공된 상기 기판으로부터 제조되는, 물품 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 조정 수단은, 미리 정해진 압력에 대해 상기 제1 냉매의 압력의 변화를 저감시키도록, 상기 제1 냉매의 응축량을 조정하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 미리 정해진 압력은 상기 코일에 전류가 흐르지 않는 상태에서의 상기 제1 냉매의 포화 증기압인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 검출 수단은, 상기 수용 수단의 내부의 저부에 배치되고, 액체 상태로 존재하는 상기 제1 냉매로부터 받는 압력을 검출함으로써 기체 상태로 존재하는 상기 제1 냉매의 압력의 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 조정 공정에서는, 미리 정해진 압력에 대해 상기 냉매의 압력의 변화가 저감되도록, 상기 냉매의 응축량이 조정되는 것을 특징으로 하는 코일의 냉각 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 미리 정해진 압력은 상기 코일에 전류가 흐르지 않는 상태에서의 상기 냉매의 포화 증기압인 것을 특징으로 하는 코일의 냉각 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 검출 공정에서는, 액체 상태로 존재하는 상기 냉매로부터 받는 압력을 검출함으로써 기체 상태로 존재하는 상기 냉매의 압력의 변화가 검출되는 것을 특징으로 하는 코일의 냉각 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7025256B2 (ja) * 2018-03-16 2022-02-24 キヤノン株式会社 ステージ装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法
CN108390511B (zh) * 2018-04-26 2023-07-28 北京建筑大学 一种开关磁阻电机及其控制方法、装置和系统
JP7202142B2 (ja) * 2018-10-30 2023-01-11 キヤノン株式会社 冷却装置、光源装置、露光装置及び物品の製造方法
JP7280152B2 (ja) * 2019-09-03 2023-05-23 富士フイルム株式会社 電子カセッテ
JP7483397B2 (ja) 2020-02-07 2024-05-15 キヤノン株式会社 搬送システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002291219A (ja) * 2001-03-29 2002-10-04 Canon Inc 電磁アクチュエータ、リニアモータ、露光装置、半導体デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置の保守方法
JP2003133211A (ja) 2001-10-26 2003-05-09 Canon Inc デバイス製造装置およびその温調制御方法
JP2004031673A (ja) 2002-06-26 2004-01-29 Nikon Corp リニアモータ装置及びステージ装置並びに露光装置
JP2005142283A (ja) 2003-11-05 2005-06-02 Nikon Corp 温調装置及び温調方法、露光装置、並びにデバイス製造方法
JP2013105815A (ja) * 2011-11-11 2013-05-30 Nikon Corp 移動体装置及び露光装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5619414Y2 (ko) * 1975-05-07 1981-05-08
JPS58145855A (ja) * 1982-02-23 1983-08-31 株式会社鷺宮製作所 冷媒流量制御装置
JPS63173716A (ja) * 1987-01-10 1988-07-18 Sanden Corp 冷房装置
JPH05243438A (ja) * 1992-02-15 1993-09-21 Fuji Electric Co Ltd 電子機器の冷却装置
JP2001168564A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Yaskawa Electric Corp 電子機器筐体の熱交換器
JP2002078314A (ja) * 2000-08-24 2002-03-15 Nikon Corp 電機子ユニット、電磁アクチュエータ、ステージ装置、露光装置及びこれを用いたデバイスの製造方法
JP3719215B2 (ja) * 2002-01-25 2005-11-24 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
US20040244963A1 (en) * 2003-06-05 2004-12-09 Nikon Corporation Heat pipe with temperature control
JP4262031B2 (ja) * 2003-08-19 2009-05-13 キヤノン株式会社 露光装置及びデバイスの製造方法
JP2006006050A (ja) 2004-06-18 2006-01-05 Nikon Corp 電機子ユニット、電磁アクチュエータ、ステージ装置、及び露光装置
JP2009060773A (ja) * 2007-09-04 2009-03-19 Canon Inc 駆動装置およびそれを用いた平面モータおよびそれを用いた露光装置
JP2011096983A (ja) * 2009-11-02 2011-05-12 Furukawa Electric Co Ltd:The 冷却装置
JP6412325B2 (ja) * 2014-03-27 2018-10-24 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 冷却装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002291219A (ja) * 2001-03-29 2002-10-04 Canon Inc 電磁アクチュエータ、リニアモータ、露光装置、半導体デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置の保守方法
JP2003133211A (ja) 2001-10-26 2003-05-09 Canon Inc デバイス製造装置およびその温調制御方法
JP2004031673A (ja) 2002-06-26 2004-01-29 Nikon Corp リニアモータ装置及びステージ装置並びに露光装置
JP2005142283A (ja) 2003-11-05 2005-06-02 Nikon Corp 温調装置及び温調方法、露光装置、並びにデバイス製造方法
JP2013105815A (ja) * 2011-11-11 2013-05-30 Nikon Corp 移動体装置及び露光装置

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