WO2017150243A1 - 駆動装置、リソグラフィ装置、冷却方法、および物品の製造方法 - Google Patents

駆動装置、リソグラフィ装置、冷却方法、および物品の製造方法 Download PDF

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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing

Definitions

  • the present invention relates to a driving device, a lithography apparatus, a cooling method, and an article manufacturing method.
  • a driving device having an electromagnetic actuator driven by a coil and a magnet
  • the coil generates heat when a current flows through the coil. Therefore, for example, when the driving device is mounted on a stage apparatus such as a lithography apparatus that transfers the pattern formed on the mask to the substrate, the temperature of the space around the stage apparatus fluctuates.
  • a measuring instrument such as a laser interferometer is used for position measurement of the stage device, this temperature variation becomes an error factor of position measurement.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to coil cooling.
  • the stator of the drive device described in Patent Literature 1 includes a first casing of a sealed container in which a coil and a first refrigerant are accommodated, and a second casing provided on the upper surface of the first casing.
  • the first refrigerant is a substance in which a gas and a liquid are in an equilibrium state
  • the second refrigerant circulating in the second housing is a refrigerant whose temperature is adjusted to a predetermined temperature.
  • the first refrigerant is vaporized while taking heat of the coil in contact with the first refrigerant in the liquid state.
  • the first refrigerant is returned to the liquid state again by cooling the vaporized first refrigerant with the second refrigerant.
  • Patent Document 1 the heat of the first refrigerant taken away from the coil by the first refrigerant is gradually transferred to the upper surface of the first casing, and a temperature difference is generated between the first casing and the second casing.
  • the first refrigerant begins to condense.
  • the first refrigerant continues to vaporize until the condensation of the first refrigerant is started. Since the fluctuation of the pressure of the first refrigerant is faster than the movement of heat to the coil, the pressure inside the first housing rises before the condensation starts.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a driving apparatus, a lithography apparatus, and a cooling method that can reduce temperature fluctuations of a coil.
  • the present invention includes a magnet and a coil, an electromagnetic actuator that drives an object when a current flows through the coil, a first refrigerant that cools the coil by evaporating from a liquid state, and the first in a liquid state.
  • a storage means for storing the coil immersed in the refrigerant; a condensing means for condensing the first refrigerant in a gaseous state; and a detection means for detecting a change in temperature or volume of the first refrigerant.
  • the condensing means includes adjusting means for adjusting the amount of condensation of the first refrigerant based on the detection result of the detecting means.
  • FIG. 1A is a front view illustrating a configuration of a stage device (positioning device) 100 and an interferometer 60 that measures the position of the stage device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a view of the stage apparatus 100 as viewed from the + Z direction.
  • a vertical axis is a Z axis, and two axes orthogonal to each other in a plane perpendicular to the Z axis are an X axis and a Y axis.
  • the stage device 100 is a device for positioning the object 2.
  • the stage apparatus 100 includes a stage (object) 6 on which the object 2 and a mirror 4 that extends in the Y-axis direction and reflects the measurement light from the interferometer 60 are mounted, and a driving apparatus 200 that drives the stage 6.
  • the driving device 200 includes a magnet 8 and a coil 10, and includes an electromagnetic actuator that is driven when a current flows through the coil 10.
  • the electromagnetic actuator according to the present embodiment includes a plurality of coils 10 as the stator 12 of the drive device 200, and a magnet on which the magnet 8 is mounted as the mover 18 (not shown in FIG. 1B) of the drive device 200. It shall be movable (moving magnet type).
  • the mover 18 moves along the X-axis direction that is the arrangement direction of the plurality of coils 10.
  • the stage apparatus 100 has two stators 12 and two movers 18 provided in parallel to one stage 6. Thereby, the object 2 is moved while restricting the tilt in the rotation direction around the Z axis.
  • One mover 18 is connected to two magnets 8 positioned opposite to the stator 12, that is, on the ⁇ Y direction side and the + Y direction side with respect to the stator 12, and one magnet 8 connected to the two magnets 8.
  • a yoke 20 is provided. In FIG. 1A, the magnet on the + Y direction side is not shown.
  • the driving device 200 also has a current source 11, and the current source 11 supplies current to the coil 10 at a predetermined position via the wiring 13 in accordance with the target position of the stage 6.
  • the stator 12 includes a first housing (first housing means) 14 that houses the plurality of coils 10, and a second housing 16 that is provided on the top of the first housing 14.
  • the second housing (second housing means) 16 is a housing configured along the first housing, and houses the refrigerant 28 therein.
  • the second casing 16 has a supply port 16a for supplying the refrigerant 28 provided at one end and a discharge port 16b for discharging the refrigerant 28 provided at the other end.
  • the refrigerant 28 circulates inside the second housing 16 and the flow path of the circulation system 80 (shown in FIG. 2). That is, the refrigerant 28 flows through a system independent of the refrigerant 24 (detailed later) supplied to the first housing.
  • the interferometer 60 has a light source 62, a beam splitter 64, a reference mirror 66, and a detector 68.
  • the laser beam 70 emitted from the light source 62 is branched by the beam splitter 64 into light directed to the reference mirror 66 and the measurement mirror 4.
  • the beam splitter 64 causes the light reflected by the reference mirror 66 and the light reflected by the mirror 4 to enter the detector 68.
  • the detector 68 measures the X position of the stage 6 by measuring the intensity of interference fringes generated by superimposing the respective lights.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the drive device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 1A shows an AA arrow view
  • FIG. 1A shows a circulatory system 80 that is not shown.
  • the driving device 200 has condensing means for condensing the refrigerant 24 that has become a gas state by vaporization.
  • the condensing unit has an adjusting unit that adjusts the amount of condensation of the refrigerant 24 based on the detection result of the detecting unit 38 that detects a change in the state of the refrigerant 24 in the gaseous state.
  • the detection means 38 will be described later.
  • the adjusting means is means for adjusting the heat of the refrigerant 24 in the gas state (heat of the refrigerant 24) in at least one of the inside of the first housing 14 and the space (communication space) communicating with the inside of the first housing 14. is there.
  • the condensing means condenses the refrigerant 24 using the refrigerant 28 that flows in a system independent of the refrigerant 24.
  • a circulation system 80 and a Peltier element 32 as an adjusting means are provided.
  • the Peltier element 32 radiates the heat inside the first housing 14 to the flow path of the refrigerant 28.
  • flowing in a system independent of the refrigerant 24 means flowing in a space separated from the space through which the refrigerant 24 flows.
  • the condensing means may have condensing fins 34 and heat radiating fins 36.
  • the first housing 14 accommodates a refrigerant (first refrigerant) 24 that cools the coil 10 by being vaporized from the liquid state, and the coil 10 that is immersed in the liquid state refrigerant 24.
  • first refrigerant first refrigerant
  • the inside of the first housing 14 is a closed space that is sealed so that gas hardly flows between the inside and the outside of the first housing 14. If a sealing member such as an O-ring is used, a wiring (not shown) or wiring 13 connected to the detection means 38 to be described later is connected to the inside of the first housing 14 or a predetermined amount of refrigerant 24 is inserted. For this purpose, an opening (not shown) that can be opened and closed may be provided in the first housing 14.
  • the refrigerant 24 has a boiling point close to the management temperature of the environment where the stage apparatus 100 is used, and exists in an equilibrium state between a liquid state and a gas state. When the coil 10 generates heat, the coil 10 can be immediately cooled by vaporizing the refrigerant 24.
  • the gaseous refrigerant 24 exists in the upper space 26 in the first housing 14. In the present specification, the reference numeral 24 indicates only the liquid state refrigerant 24.
  • a refrigerant having low conductivity is preferable. Short circuit of the coil 10 can be prevented by using a refrigerant having low conductivity.
  • water, alcohol, ether, hydrofluoroether (hereinafter referred to as HFE), fluorinate, or the like can be used if the management temperature is about room temperature.
  • the space 26 may be decompressed in advance. Thereby, the boiling point of the refrigerant
  • the space 26 is depressurized to about 60 kPa (abs), thereby enclosing the HFE in an equilibrium state between a gas state and a liquid state in the first housing 14. be able to.
  • the first housing 14 further accommodates a support member 25 for supporting the coil 10 and a condensation fin 34 described later.
  • a member 30 made of a heat insulating material is provided on the movable element 18 side outside the second housing 16. Even if the heat of the stator 12 fluctuates, the heat can be prevented (reduced) from being transmitted to the mover 18 and the object 2.
  • the second housing 16 itself may be made of a heat insulating material.
  • foamed plastic such as polystyrene or polyurethane, glass wool, or the like may be used.
  • the circulation system 80 has a mechanism for supplying the refrigerant 28 whose temperature is adjusted to the supply port 16a, circulating the refrigerant 28 so that the refrigerant 28 discharged from the discharge port 16b is recovered and supplied to the supply port 16a again.
  • the refrigerant 28 may be a material in a liquid state or a material in a gas state at the management temperature of the stage apparatus 100.
  • the circulation system 80 includes a cooler 82, a tank 84, a pump 86, a heat exchanger 88, and a sensor 90 that measures the temperature of the heat exchanger 88.
  • the cooler 82 once cools the refrigerant 28 collected from the second housing 16. Waste heat generated during cooling is discarded outside the circulation system 80.
  • the refrigerant 28 cooled by the cooler 82 is temporarily stored in the tank 84.
  • the pump 86 sends the refrigerant 28 in the tank 84 to the heat exchanger 88 by a predetermined amount per unit time.
  • the sensor 90 measures the temperature of the refrigerant 28 adjusted by the heat exchanger 88, and the heat exchanger 88 adjusts the temperature of the refrigerant 28 so that the measurement result by the sensor 90 indicates a predetermined temperature.
  • the circulation system 80 may not be a system in which the refrigerant 28 circulates.
  • the Peltier element 32 is provided at a joint portion between the first housing 14 and the second housing 16, and from one of the inside of the first housing 14 or the inside of the second housing 16, that is, the second refrigerant. It is an element capable of transferring heat to the other side.
  • the heat calculated by the control unit 40 described later based on the detection result of the detection unit 38 is moved from the refrigerant 28 to the first housing 14 in accordance with an instruction from the control unit 40.
  • Peltier element 32 may be provided on the second housing 16 side in the first housing 14 or on the first housing 14 side in the second housing 16.
  • a condensation fin 34 is provided on the Peltier element 32 side of the first casing 14, and a heat radiation fin 36 having the same shape as the condensation fin 34 is provided on the Peltier element 32 side of the second casing 16.
  • the condensing portion of the condensing fin 34 and the heat dissipating portion of the heat dissipating fin 36 are provided so as to face in opposite directions with respect to the Peltier element 32.
  • the condensation fin 34 is a portion where the condensed refrigerant 24 gathers.
  • the heat radiating fins 36 are portions that radiate heat transferred from the inside of the first housing 14 by the Peltier element 32 into the refrigerant 28.
  • the condensing fins 34 and the heat radiating fins 36 are preferably formed in a plurality of needle shapes.
  • the contact area with the vaporized refrigerant 24 can be increased, and the condensation efficiency can be increased.
  • the efficiency of exhaust heat to the second refrigerant can be increased.
  • the condensing fins 34 and the radiating fins 36 have the same shape for simplification of explanation, but the condensing fins 34 and the radiating fins 36 may have different shapes.
  • the detection means 38 is a means for detecting a pressure change of the refrigerant 24 in a gas state.
  • the detection means 38 includes a sensor 38a and a calculation unit 38b.
  • the sensor 38 a is provided at the bottom inside the first housing 14, and measures the pressure received from the liquid state refrigerant 24 that changes according to the pressure change of the gaseous state refrigerant 24.
  • the calculation unit 38b connected to the sensor 38a calculates the difference between the pressure detected by the sensor 38a and a predetermined pressure.
  • the predetermined pressure is a saturated vapor pressure of the refrigerant 24 in a state where no current is passed through the coil 10 (hereinafter referred to as an idle state).
  • the function of the calculation unit 38b may be provided in the control unit 40.
  • the control unit 40 has a CPU and a memory (ROM, RAM, etc.).
  • the control unit 40 is connected to the detection unit 38 and corresponds to the amount of the refrigerant 24 to be condensed (hereinafter referred to as a target condensation amount) in order to reduce the temperature fluctuation of the coil 10 based on the detection result of the detection unit 38. Determine the amount of heat to heat. Further, based on the target condensation amount, the amount of heat to be moved from the second refrigerant 6 to the first housing 14 by the Peltier element 32 is determined.
  • the target condensation amount is preferably a condensation amount that reduces the pressure change detected by the detection means 38 (makes the change amount close to zero).
  • the calculation method of the target condensation amount in case the Peltier device 32 moves the heat corresponding to the pressure change which the detection means 38 detected is demonstrated.
  • the volume of the first housing 14 is V
  • the density of the refrigerant 24 in the gas state is ⁇ [g / l]
  • the pressure inside the first housing 14 in the idle state is P0 [Pa]
  • the gas state in the idle state is Let the volume of the refrigerant 24 be Vg.
  • values of V, ⁇ , Vg, P0, and the latent heat L [J / g] of the refrigerant 24 are stored in advance.
  • the amount of change in pressure measured by the sensor 38a is P [Pa]
  • the amount of refrigerant 24 vaporized in accordance with the change in pressure P0 to pressure P is ⁇ m [g]
  • the control unit 40 calculates the heat quantity Q of the heat to be moved by the Peltier element 32 based on the formula (4), and instructs the Peltier element 32.
  • the Peltier element 32 moves the amount of heat Q, and the refrigerant 24 is condensed.
  • the refrigerant 24 that has become a gas state inside the first housing 14 is again brought into a liquid state by condensation, so that the pressure inside the first housing 14 returns to a predetermined pressure.
  • the detection means 38 detects that the pressure inside the first housing 14 has dropped below a predetermined pressure, the Peltier element 32 moves the heat inside the first housing 14 to the second refrigerant and condenses it. Adjustments may be made to reduce the amount.
  • control unit 40 does not necessarily have to calculate every hour as long as the heat quantity Q can be acquired.
  • the amount of heat Q may be determined based on the correspondence between the pressure change calculated from the calculation unit 38b and the amount of heat Q.
  • the control unit 40 may perform follow-up control of the condensation amount adjustment by PID control.
  • the Peltier element 32 adjusts the amount of condensation of the refrigerant 24 based on the detection result of the detection means 38.
  • the pressure of the refrigerant 24 and the boiling point of the refrigerant 24 can be maintained at predetermined values, and an increase in the temperature of the coil 10 due to an increase in the boiling point of the refrigerant 24 can be suppressed.
  • the temperature fluctuation of the coil 10 is reduced as compared with the case where the condensation amount of the refrigerant 24 is not adjusted using the detection unit 38 and the Peltier element 32. can do.
  • the speed at which a change in gas pressure is transmitted to a position separated by a predetermined distance is faster than the speed at which heat is transmitted through a space for a predetermined distance. That is, according to the present embodiment, the pressure change of the refrigerant 24 is faster in response than the speed at which heat corresponding to the temperature rise of the coil 10 is transmitted to the refrigerant 28 via the space 26. Since the refrigerant 24 is condensed based on the pressure change having a quick response, the rise in the boiling point of the refrigerant 24 is suppressed as compared with the driving device described in Patent Document 1 in which the change in the state of the refrigerant 24 by the detection unit is not detected. 10 temperature fluctuations can be reduced.
  • the sensor 38 a may not be provided at the bottom of the first housing 14. For example, it may be provided in the space 26. Since the Peltier element 32 can radiate the heat inside the first housing 14 to the outside of the first housing 14, the circulation system 80 including the flow path of the refrigerant 28 may be omitted.
  • the driving device 200 may be provided with a stirring unit that stirs the refrigerant 24 inside the first housing 14.
  • the stirring unit includes a method of rotating a bladed member, a method of rotating a sphere having a hole, and the like. It is preferable to select a stirrer having a small calorific value. By stirring, it is possible to suppress a decrease in the contact area between the refrigerant 24 and the coil 10 due to the bubbles generated by the vaporization of the refrigerant 24 adhering to the coil 10.
  • an encoder (not shown) may be used instead of the interferometer 60.
  • the temperature change of the part holding the encoder and the encoder scale can be reduced, and the deterioration of the measurement accuracy of the position of the stage apparatus 100 can be suppressed.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the driving apparatus 300 according to the second embodiment.
  • the condensing means according to this embodiment also condenses the refrigerant 24 using the refrigerant 28 that flows in a system independent of the refrigerant 24. It differs from the driving device 200 in that a temperature control means for controlling the temperature of the refrigerant 28 instead of the Peltier element 32 is used as the adjustment means. Since other configurations are the same as those of the driving device 200, description thereof is omitted.
  • the temperature control means is a heat exchanger 88.
  • the cooling method of the coil 10 in the driving device 300 is as follows.
  • the detection result of the pressure by the detecting means 38 is sent to the control unit 40, and the control unit 40 determines the temperature of the refrigerant 28 flowing inside the second housing 16.
  • the controller 40 sets the determined temperature for the heat exchanger 88.
  • the detection means 38 adjusts the temperature of the refrigerant 28 flowing through the second housing 16 where the pressure is detected to be low.
  • the heat exchanger 88 lowers the temperature of the refrigerant 28, so that the temperature of the second housing 16 is lower than that of the first housing 14. Therefore, the heat transfer from the first housing 14 to the refrigerant 28 can increase the condensation of the refrigerant 24. Thereby, the pressure of the changed refrigerant 24 can be brought close to or matched with the pressure in the idle state.
  • the control unit 40 returns the temperature set in the heat exchanger 88 to the temperature before the change when the pressure change detected by the detection unit 38 is lost.
  • the temperature of the refrigerant 28 determined by the control unit 40 may be a predetermined temperature lower than before the detection unit 38 detects the pressure change, or may be different depending on the pressure change detected by the detection unit 38. It may be set.
  • the heat exchanger 88 adjusts the amount of condensation of the refrigerant 24 based on the detection result of the detection means 38.
  • the pressure of the refrigerant 24 and the boiling point of the refrigerant 24 can be maintained at predetermined values, and an increase in the temperature of the coil 10 due to an increase in the boiling point of the refrigerant 24 can be suppressed.
  • the temperature variation of the coil 10 is reduced as compared with the case where the condensation amount of the refrigerant 24 is not adjusted using the detection unit 38 and the heat exchanger 88. Can be reduced.
  • This embodiment can move a large amount of heat from the inside of the first housing 14 to the inside of the second housing 16 as compared with the case where a Peltier element is used. Therefore, it is particularly suitable as a driving device for a stage apparatus in which the amount of current flowing through the coil 10 is large.
  • the stage apparatus 100 has a fine movement stage and a coarse movement stage that moves with a larger movement amount than the fine movement stage, it is preferably used as a drive apparatus for the coarse movement stage.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a driving device 400 according to the third embodiment.
  • the condensing means according to this embodiment also condenses the refrigerant 24 using the refrigerant 28 that flows in a system independent of the refrigerant 24.
  • the adjustment unit is different from the driving device 300 in that in addition to the heat exchanger 88, a flow rate control unit that controls the flow rate of the refrigerant 28 is used. Since other configurations are the same as those of the driving device 300, description thereof is omitted.
  • the flow rate control means is a pump 86.
  • the cooling method of the coil 10 in the drive device 400 is as follows.
  • the detection result of the pressure by the detection means 38 is sent to the control unit 40, and the control unit 40 determines the flow rate of the refrigerant 28 that flows inside the second housing 16.
  • the control unit 40 instructs the heat exchanger 88 to set the temperature of the refrigerant 28 lower by a predetermined temperature, and instructs the pump 86 to increase the flow rate of the refrigerant 28 flowing through the second housing 16. As the temperature of the second housing 16 is lower than that of the first housing 14, heat is transferred from the first housing 14 to the refrigerant 28.
  • the control unit 40 returns the temperature set in the heat exchanger 88 and the flow rate of the refrigerant 28 set in the pump 86 to the values before the change when the pressure change detected by the detecting means 38 disappears.
  • the driving device 400 has the same effect as that of the second embodiment. Furthermore, compared with the case where the amount of condensation is adjusted using only the heat exchanger 88 and the sensor 90, the amount of condensation per unit time of the refrigerant 24 can be increased by using the pump 86.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a driving device 500 according to the fourth embodiment.
  • the drive device 500 does not have the second housing 16, the condensation fins 34, and the heat radiation fins 36 as compared with the drive device 300. Instead, the condenser 71, the cylinder 72, the pressure control unit 73, the detection means 74, and a space 75 communicating with the inside of the housing 14 are provided.
  • the condensing means according to this embodiment also condenses the refrigerant 24 using the refrigerant 28 that flows in a system independent of the refrigerant 24.
  • the condensing means according to the present embodiment is a circulation system 80 and a condenser 71 in which the refrigerant 28 is circulated.
  • the adjusting means according to this embodiment is a heat exchanger 88.
  • the piston 72a separates the space 76, which is also a part of the space 75, from the space 77 in which the pressure is controlled by the pressure control unit 73.
  • the space 75 is back-pressured to a predetermined pressure by the pressure control unit 73.
  • the predetermined pressure is the saturated vapor pressure (predetermined pressure) of the refrigerant 24 at the management temperature of the first housing 16. That is, it is the pressure inside the casing 16 while the coil 10 is not generating heat (when no current is passed through the coil 10), for example, the pressure control unit 73 inputs and outputs compressed air to and from the space 77.
  • An adjustable pressure control valve is preferred.
  • the position of the piston 72a moves so that the pressure in the space 76 and the space 77 is maintained. That is, the space 75 is a space whose volume is variable according to the volume of the refrigerant 24.
  • the refrigerant 24 performs the mechanical work of moving the piston 72a against the back pressure.
  • the amount of the refrigerant 24 enclosed is preferably an amount in which the space 75 and the space 76 have substantially the same volume in the idle state. It is possible to prevent a collision with the inner wall of the cylinder 72 when the piston 72a moves and to continuously convert the heat of the refrigerant 24 into mechanical work.
  • the space 75 communicates with the upper part of the inside of the housing 14 and is connected to the piping 78, the space 76, the space 76, the space 71a through which the refrigerant 24 of the condenser 71 passes, and the lower part of the inside of the housing 14.
  • a pipe 79 that communicates and condenses and through which the liquid state refrigerant 24 passes is included.
  • the condenser 71 is separated into a space 71 a through which the refrigerant 24 flows and a space 71 b through which the refrigerant 28 flows, and exchanges (moves) heat between the refrigerant 28 and the space 75.
  • the condenser 71 is, for example, a heat pump.
  • the detecting means 74 has a sensor 74a for detecting the position of the piston 72a and a calculating unit 74b for calculating a difference between the position detected by the sensor 74a and the reference position.
  • the calculation unit 74b inputs the calculation result to the control unit 40. That is, the detecting means 74 detects a change in the state of the gaseous refrigerant 24, specifically, a change in the volume of the first refrigerant, by detecting a change in the position of the piston 72a.
  • the reference position refers to the position of the piston 72a in the idle state.
  • the control unit 40 determines the temperature of the refrigerant 28 flowing inside the second housing 16 based on the detection result of the detection means 74.
  • the controller 40 sets the determined temperature for the heat exchanger 88.
  • the heat exchanger 88 adjusts the temperature of the refrigerant 28, thereby adjusting the condensation amount of the refrigerant 24 that is condensed in the condenser 71.
  • the control unit 40 determines the temperature of the refrigerant 28 flowing inside the second housing 16 so that the volume of the refrigerant 24 is returned to the volume in the idle state based on the detection result of the detection unit 74.
  • the controller 40 sets the determined temperature for the heat exchanger 88.
  • the control unit 40 may obtain a target condensation amount and a set temperature corresponding to the target condensation amount based on the following calculation, or may set a predetermined temperature that is determined in advance.
  • the target condensation amount is the target condensation amount C2.
  • C2 (P ⁇ A ⁇ ⁇ x / ⁇ t) / L [g / sec] (2)
  • the set temperature of the refrigerant 28 corresponding to the target condensation amount is calculated, and the heat exchanger 88 reduces the temperature of the refrigerant 28 in response to an instruction from the control unit 40.
  • the amount of condensation of the refrigerant 24 in the condenser 71 can be increased, and the changed volume of the refrigerant 24 can be brought close to or coincident with the volume of the idle state.
  • the position of the piston 72a approaches the reference position.
  • the control unit 40 returns the temperature set in the heat exchanger 88 to the temperature before the change.
  • the condensation amount may be adjusted by increasing the temperature set in the heat exchanger 88.
  • the heat exchanger 88 adjusts the amount of condensation of the refrigerant 24 based on the detection result of the detection means 74.
  • the pressure of the refrigerant 24 and the boiling point of the refrigerant 24 can be maintained at predetermined values, and an increase in the temperature of the coil 10 due to an increase in the boiling point of the refrigerant 24 can be suppressed.
  • the temperature variation of the coil 10 is reduced as compared with the case where the condensation amount of the refrigerant 24 is not adjusted using the detection unit 74 and the heat exchanger 88. Can be reduced.
  • the refrigerant 24 performs the mechanical work of moving the piston 72a against the back pressure. Therefore, the heat deprived from the coil 10 can be converted into mechanical work and consumed. Compared with the first to third embodiments, the amount of exhaust heat in the circulation system 80 can be reduced.
  • the refrigerant 24 is condensed in the space 75, the heat of the refrigerant 24 can be released at a position away from the mover 18. Therefore, it is possible to make it difficult for heat to be transmitted to the stage 6 that moves together with the movable element 18. Furthermore, since the position of the space 75 can be determined freely, there is no need to provide the second housing 16 in a narrow space as in the first to third embodiments, and the degree of freedom in designing the drive device can be increased. .
  • the Peltier element 32 may be used as in the first embodiment, or the pump 86 may be used as in the third embodiment. Alternatively, these may be used in combination as appropriate.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a lithography apparatus 800 having a stage apparatus 100 on which the driving apparatus 200 is mounted.
  • the lithography apparatus 800 is an exposure apparatus that exposes light to the substrate 810.
  • the light source 802, the illumination optical system 806, and the projection optical system 808 are provided as a pattern forming unit that forms a pattern on the substrate 810.
  • the KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) emitted from the light source 802 passes through the light guide unit 804, the illumination optical system 806, and the projection optical system 808, and is applied to the substrate 810 (object) placed on the stage apparatus 100. Irradiated.
  • the projection optical system 808 reduces and projects a pattern such as a circuit pattern formed on a reticle (mask) 812 on the substrate 810. As a result, the pattern of the reticle 812 is transferred onto the substrate 810.
  • Stage device 100 positions substrate 810, which is also object 2 described above.
  • the interferometer 60 measures the position of the substrate 810 by measuring the position and orientation of the stage 6.
  • the mount 814 is a device that removes vibration so that vibration from the installation surface 816 is not transmitted to the support member that supports the projection optical system.
  • Stage device 100 positions reticle 812.
  • the control unit 40 controls the positioning of the reticle 812 and the substrate 810 based on the measurement by the interferometer 60.
  • the stage apparatus 100 can suppress the heat generation of the coil 10 as in the first embodiment. As a result, heat generated in the coil 10 is transmitted to the substrate, and deterioration in overlay accuracy due to deformation of the substrate can be suppressed. Further, it is possible to suppress a decrease in the positioning accuracy of the stage apparatus 100 caused by the temperature variation of the air in the optical path of the interferometer 60.
  • the driving device 200 may be mounted on a stage device 817 that moves the reticle 812. Further, the stage device 100 and the stage device 817 may be mounted with any of the driving devices 300, 400, 500, or a driving device having a combination of these.
  • the lithography apparatus 800 is not limited to the above-described apparatus.
  • Various exposure apparatuses that form a pattern by exposing the substrate using light rays such as g-line (wavelength 436 nm), ArF laser light (wavelength 193 nm), EUV light (wavelength 13 nm) may be used.
  • It may be an imprint apparatus that forms a cured resist pattern using a mold in which a three-dimensional pattern is formed, or a drawing apparatus that draws a pattern by irradiating a substrate with a charged particle beam.
  • the driving devices 200 to 500 have a plurality of first housings 14, and each first housing 14 may accommodate one coil 10.
  • the number of the coils 10 accommodated in one first housing 14 may not be all of the coils 10 of the stator 12.
  • the stator 12 may be configured by connecting the divided first housings 14 each containing the coils 10 one by one or a predetermined number.
  • the Peltier element 32 may also be provided with one yoke 20 or one predetermined number of coils 10 even if one long Peltier element 32 is not provided for all the coils 10. When the first housing 14 is divided, the Peltier elements 32 are required as many as the number of the first housings 14.
  • the control unit 40 does not have to calculate the target condensation amount every time.
  • the target condensation amount may be determined from the table.
  • the control unit 40 may be an assembly of separate control boards or a single control board as long as all the functions executed by the control unit 40 are provided.
  • the means for detecting the change in the state of the refrigerant 24 in the gas state may be a means for detecting at least one of the pressure change, the volume change, and the temperature change of the refrigerant 24 in addition to the detection means 38 and 74. That's fine.
  • the sensor of the means for detecting the temperature change is preferably arranged in the liquid state refrigerant 24 in the first housing 14.
  • the temperature rise of the coil 10 can be detected earlier than the time until the heat corresponding to the temperature change of the coil 10 is transmitted to the refrigerant 28 via the space 26.
  • the driving devices 200 to 500 are not limited to the moving magnet method in which the mover 18 moves, but may be a moving coil method in which the coil 10 moves. Not only a stage device that moves the object 2 linearly, but also a device that moves the object 2 in the rotation direction. In addition to the stage device for positioning the substrate 810, for example, a stage device for positioning an optical element may be used.
  • the driving devices 200 to 500 are not limited to stage devices mounted on the lithography apparatus, but may be driving mechanisms mounted on other devices that require highly accurate positioning.
  • a driving mechanism such as a masking blade that blocks exposure light or a reaction force canceller that reduces reaction force accompanying movement of the stage apparatus may be used.
  • a drive mechanism that drives a supply unit that supplies a mold or an imprint material on which a three-dimensional shape pattern is formed may be used.
  • a pattern formed using a lithographic apparatus is temporarily used when manufacturing various articles.
  • the article is an electric circuit element, an optical element, a MEMS, a recording element, a sensor, or a mold.
  • the electric circuit elements include volatile or nonvolatile semiconductor memories such as DRAM, SRAM, flash memory, and MRAM, and semiconductor elements such as LSI, CCD, image sensor, and FPGA.
  • the mold include an imprint mold.
  • the pattern formed using the lithography apparatus is subjected to etching or ion implantation in a substrate processing step for manufacturing an article, and then the resist mask is removed.
  • an exposure apparatus, a drawing apparatus, or the like is used as the lithography apparatus, the resist is developed before the above-described processing steps.
  • the resist cured pattern formed by using an imprint apparatus as a lithography apparatus may be used as a constituent member of at least a part of the article.
  • known processing steps development, oxidation, film formation, vapor deposition, planarization, resist peeling, dicing, bonding, packaging, etc.

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Abstract

本発明に係る駆動装置（２００）は、磁石（８）とコイル（１０）を有し、コイル（１０）に電流が流れることで物体を駆動する電磁アクチュエータと、液体状態から気化することでコイル（１０）を冷却する第１冷媒（２４）と、液体状態の前記第１冷媒（２４）に浸された前記コイル（１０）と、を収容する収容手段（１４）と、気体状態の第１冷媒（２４）を凝縮する凝縮手段（８０）と、第１冷媒（２４）の温度または体積の変化を検出する検出手段（３８）と、を有し、凝縮手段（８０）は、検出手段（３８）の検出結果に基づいて第１冷媒（２４）の凝縮量を調整する調整手段（３２、８６、８８）を有する。

Description

駆動装置、リソグラフィ装置、冷却方法、および物品の製造方法
　本発明は、駆動装置、リソグラフィ装置、冷却方法、および物品の製造方法に関する。
　コイルと磁石により駆動する電磁アクチュエータを有する駆動装置において、コイルに電流が流れるとコイルが発熱する。したがって、例えば、マスクに形成されたパターンを基板に転写するリソグラフィ装置等のステージ装置に当該駆動装置を搭載すると、ステージ装置まわりの空間の温度が変動してしまう。レーザ干渉計等の計測器をステージ装置の位置計測に使用すると、この温度変動が位置計測の誤差要因となってしまう。
　特許文献１には、コイルの冷却に関する技術が開示されている。特許文献１に記載の駆動装置の固定子は、コイルおよび第１冷媒が収容された密閉容器の第１筐体と、第１筐体の上面に設けられた第２筐体とを有する。第１冷媒は気体と液体が平衡状態の物質であり、第２筐体の内部を循環する第２冷媒は所定の温度に温調された冷媒である。第１冷媒は液体状態の第１冷媒と接触しているコイルの熱を奪いながら気化する。気化した第１冷媒を第２冷媒で冷却することによって、第１冷媒を再び液体状態に戻している。
特開２００６－６０５０
　特許文献１では、第１冷媒がコイルから奪った第１冷媒の熱が徐々に第１筐体の上面まで伝熱し、第１筐体と第２筐体との間で温度差が生じてはじめて第１冷媒が凝縮し始める。このとき、第１冷媒の凝縮が開始されるまでの間にも第１冷媒は気化を続ける。コイルへの熱の移動よりも第１冷媒の圧力の変動のほうが応答性が速いため、凝縮が開始されるまでの間に第１筐体の内部の圧力が上昇してしまう。
　蒸気圧と沸点の関係を示すＣｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎの式によれば、蒸気圧の上昇に伴い液体の沸点が上昇することが知られている。すなわち、特許文献１に記載の駆動装置では第１筐体の内部の圧力が上昇することによって第１冷媒の沸点が上昇してしまうことを意味する。これにより、第１冷媒の凝縮によって第１筐体の内部の圧力が元に戻るまでの間にコイルの温度が上昇しやすくなるためコイルの温度変動が生じやすくなる恐れがある。
　本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、コイルの温度変動を低減できる駆動装置、リソグラフィ装置、冷却方法を提供することを目的とする。
　本発明は、磁石とコイルを有し、前記コイルに電流が流れることで物体を駆動する電磁アクチュエータと、液体状態から気化することで前記コイルを冷却する第１冷媒と、液体状態の前記第１冷媒に浸された前記コイルと、を収容する収容手段と、気体状態の前記第１冷媒を凝縮する凝縮手段と、前記第１冷媒の温度または体積の変化を検出する検出手段と、を有し、前記凝縮手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記第１冷媒の凝縮量を調整する調整手段を有することを特徴とする。
第１実施形態に係るステージ装置および干渉計の構成を示す図である。 第１実施形態に係る駆動装置の構成を示す図である。 第２実施形態に係る駆動装置の構成を示す図である。 第３実施形態に係る駆動装置の構成を示す図である。 第４実施形態に係る駆動装置の構成を示す図である。 第５実施形態に係るリソグラフィ装置の構成を示す図である。
　［第１実施形態］
　図１（ａ）は、第１実施形態に係るステージ装置（位置決め装置）１００およびステージ装置１００の位置を計測する干渉計６０の構成を示す正面図である。図１（ｂ）はステージ装置１００を＋Ｚ方向から見た図である。鉛直方向の軸をＺ軸、当該Ｚ軸に垂直な平面内で互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸としている。
　ステージ装置１００は物体２の位置決めをする装置である。ステージ装置１００は、物体２とＹ軸方向に延伸しており干渉計６０からの計測光を反射するミラー４とが載置されたステージ（物体）６と、ステージ６を駆動させる駆動装置２００とを有する。
　駆動装置２００は、磁石８とコイル１０とを有し、コイル１０に電流が流れることによって駆動される電磁アクチュエータを有する。本実施形態に係る電磁アクチュエータは、駆動装置２００の固定子１２として複数のコイル１０を有し、駆動装置２００の可動子１８（図１（ｂ）では不図示）として磁石８が搭載された磁石可動式（ムービングマグネット式）とする。複数のコイル１０の配列方向であるＸ軸方向に沿って可動子１８が移動する。
　図１（ｂ）に示すように、ステージ装置１００は、１つのステージ６に対して、平行に設けられた２つの固定子１２および２つの可動子１８を有する。これにより、Ｚ軸まわりの回転方向へのチルトを規制しつつ物体２を移動させる。
　１つの可動子１８は、固定子１２と対向するように、すなわち固定子１２に対して－Ｙ方向側と＋Ｙ方向側に位置する２つの磁石８と、２つの磁石８と接続された１つのヨーク２０を有する。図１（ａ）において＋Ｙ方向側の磁石は不図示である。所定位置のコイル１０に順次電流が流れると、ガイド２２に案内されながら可動子１８がＸ軸方向に移動する。可動子１８の移動によって、可動子１８と接続されているステージ６もＸ軸方向に移動する。
　駆動装置２００は電流源１１も有し、電流源１１は、配線１３を介して、ステージ６の目標位置に応じて所定の位置のコイル１０に電流を供給する。
　固定子１２は、複数のコイル１０を収容する第１筐体（第１収容手段）１４と、第１筐体１４の上部に設けられた第２筐体１６とを有する。
　第１筐体１４の構成は後で詳述する。第２筐体（第２収容手段）１６は第１筐体に沿って構成された筐体であって、その内部に冷媒２８を収容する。第２筐体１６は一端に設けられた冷媒２８を供給する供給口１６ａと他端に設けられた冷媒２８を排出する排出口１６ｂとを有する。冷媒２８は、第２筐体１６の内部および循環系８０（図２に図示）の流路を循環している。すなわち、冷媒２８は、第１筐体に供給される冷媒２４（後で詳述）とは独立した系を流れる。
　干渉計６０は、光源６２、ビームスプリッタ６４、参照用のミラー６６、および検出器６８を有する。光源６２から出射されたレーザ光７０を、ビームスプリッタ６４が参照用のミラー６６および計測用のミラー４に向かう光に分岐する。ビームスプリッタ６４は、参照用のミラー６６で反射された光とミラー４で反射された光とを検出器６８に入射させる。検出器６８ではそれぞれの光を重ね合わせて生じる干渉縞の強度を計測することで、ステージ６のＸ位置を計測する。
　図２は、第１実施形態に係る駆動装置２００の構成を示す図である。図１（ａ）のＡ－Ａ矢視図と、図１（ａ）では図示が省略されていた循環系８０とを示している。
　駆動装置２００は、気化により気体状態となった冷媒２４を凝縮する凝縮手段を有する。凝縮手段は、気体状態の冷媒２４の状態の変化を検出する検出手段３８の検出結果に基づいて冷媒２４の凝縮量を調整する調整手段を有する。検出手段３８については後述する。
　調整手段は、第１筐体１４の内部および第１筐体１４の内部と連通する空間（連通空間）の少なくとも一方における気体状態の冷媒２４の熱（冷媒２４の有する熱）を調整する手段である。
　本実施形態に係る凝縮手段は、冷媒２４とは独立した系を流れる冷媒２８を用いて冷媒２４を凝縮させる。凝縮手段として、循環系８０と調整手段としてのペルチェ素子３２とを有する。ペルチェ素子３２は、第１筐体１４の内部の熱を冷媒２８の流路に放熱する。なお、冷媒２４と独立した系を流れるとは、冷媒２４が流れる空間と隔てられた空間を流れることを意味する。凝縮手段は、他に、凝縮フィン３４、放熱フィン３６を有していてもよい。
　第１筐体１４は、液体状態から気化することでコイル１０を冷却する冷媒（第１冷媒）２４と、液体状態の冷媒２４に浸されたコイル１０とを収容している。
　第１筐体１４の内部は、第１筐体１４の内部と外部との間を気体の行き来がほとんどできないように封止された閉空間である。Ｏリング等のシール部材を用いていれば、後述の検出手段３８と接続された配線（不図示）又は配線１３が第１筐体１４の内部と接続されていたり、所定量の冷媒２４を入れるための開け閉め可能な開口（不図示）等が第１筐体１４に設けられていても良い。
　冷媒２４は、ステージ装置１００を使用する環境の管理温度に近い沸点を有し、液体状態と気体状態との平衡状態で存在している。コイル１０が発熱した場合、冷媒２４が気化することですぐにコイル１０を冷却することができる。気体状態の冷媒２４は第１筐体１４内の上側の空間２６に存在している。なお、本明細書では、液体状態の冷媒２４に対してのみ符号２４で示している。
　冷媒２４はコイル１０に直接接触するので導電性の低い冷媒が好ましい。導電性の低い冷媒とすることによって、コイル１０のショートを防ぐことができる。
　冷媒２４の例として、管理温度が室温程度であれば、水、アルコール、エーテル、ハイフドロフルオロエーテル（以下、ＨＦＥという）、フロリナート等を用いることができる。
　大気圧の環境で冷媒２４が気化しない場合は、空間２６を予め減圧してもよい。これにより冷媒２４の沸点を下げることができる。例えば、２３℃の環境下でＨＦＥを使用する場合は、空間２６を約６０ｋＰａ（ａｂｓ）まで減圧することで、第１筐体１４内に気体状態と液体状態との平衡状態のＨＦＥを封入することができる。
　第１筐体１４は、さらに、コイル１０を支持するための支持材２５と後述する凝縮フィン３４を収容している。
　第２筐体１６の外部の可動子１８側には断熱材料で構成された部材３０が設けられている。固定子１２の熱が変動した場合であったとしても、可動子１８や物体２に熱が伝わることを防止（低減）できる。第２筐体１６自身を断熱材料で構成していてもよい。断熱材料として、ポリスチレン、ポリウレタンなどの発泡プラスチックや、グラスウール等を用いてもよい。
　循環系８０は、供給口１６ａに温度調整された冷媒２８を供給し、排出口１６ｂから排出された冷媒２８を回収して再び供給口１６ａに供給するように冷媒２８を循環させる機構を有する。冷媒２８はステージ装置１００の管理温度で液体状態の材料であっても気体状態の材料であってもよい。
　循環系８０は、冷却器８２、タンク８４、ポンプ８６、熱交換器８８、および熱交換器８８の温度を計測するセンサ９０を有する。冷却器８２は第２筐体１６から回収した冷媒２８を一度冷却する。冷却時に生じた排熱は循環系８０の外部に捨てられる。冷却器８２によって冷却された冷媒２８はタンク８４内で一時的に貯蔵される。ポンプ８６は、単位時間当たり所定量ずつタンク８４内の冷媒２８を熱交換器８８に送る。
　センサ９０は、熱交換器８８によって調整された冷媒２８の温度を計測し、センサ９０による計測結果が所定の温度を示すように熱交換器８８は冷媒２８を温度調整する。
　第２筐体１６に温度調整された冷媒２８を供給できるのであれば、循環系８０は冷媒２８が循環する系でなくてもよい。
　ペルチェ素子３２は、第１筐体１４と第２筐体１６の接合部分に設けられており、第１筐体１４の内部、または第２筐体１６の内部すなわち第２冷媒のうち、一方から他方に熱を移動させることが可能な素子である。特に、本実施形態では、検出手段３８の検出結果に基づき後述の制御部４０によって算出された熱を、制御部４０の指示にしたがって冷媒２８から第１筐体１４に移動させる。
　なお、ペルチェ素子３２は第１筐体１４の内部の第２筐体１６側、あるいは第２筐体１６の内部の第１筐体１４側に設けられていても良い。
　第１筐体１４のペルチェ素子３２側には凝縮フィン３４が、第２筐体１６のペルチェ素子３２側には凝縮フィン３４と同形状の放熱フィン３６が設けられている。凝縮フィン３４の凝縮部と放熱フィン３６の放熱部とがペルチェ素子３２に対して互いに逆方向を向くように設けられている。凝縮フィン３４は凝縮した冷媒２４が集まる部分である。放熱フィン３６はペルチェ素子３２によって第１筐体１４内部から移動した熱を冷媒２８中に放熱する部分である。
　図２に示すように、凝縮フィン３４および放熱フィン３６は複数の針形状に形成されていることが好ましい。気化した冷媒２４との接触面積を広くでき、凝縮効率を高めることができる。放熱フィン３６の場合は、第２冷媒への排熱効率を高めることができる。本実施形態では説明の簡易化のために、凝縮フィン３４と放熱フィン３６を同形状としているが、凝縮フィン３４と放熱フィン３６の形状が異なっていてもよい。
　本実施形態に係る検出手段３８は、気体状態の冷媒２４の圧力変化を検出する手段である。検出手段３８は、センサ３８ａと算出部３８ｂとを有する。センサ３８ａは第１筐体１４の内部の底部に設けられており、気体状態の冷媒２４の圧力変化に応じて変化する、液体状態の冷媒２４から受ける圧力を計測する。センサ３８ａに接続された算出部３８ｂは、センサ３８ａが検出した圧力と所定の圧力との差を算出する。所定の圧力とは、コイル１０に電流を流していない状態（以下、アイドル状態という）での冷媒２４の飽和蒸気圧である。なお、算出部３８ｂの機能が、制御部４０に備えられていてもよい。
　制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）を有する。制御部４０は検出手段３８と接続されており、検出手段３８の検出結果に基づいて、コイル１０の温度変動を低減するために冷媒２４の凝縮すべき量（以下、目標凝縮量という）に対応する熱の熱量を決定する。さらに目標凝縮量に基づいて、ペルチェ素子３２によって第２冷媒６から第１筐体１４に移動させる熱の熱量を決定する。
　ここで目標凝縮量は、検出手段３８が検出した圧力変化を低減する（変化量をゼロに近づける）凝縮量であることが好ましい。以下では、検出手段３８が検出した圧力変化に対応する熱をペルチェ素子３２が移動させる場合の目標凝縮量の算出方法について説明する。
　第１筐体１４の体積をＶ、気体状態の冷媒２４の密度をρ［ｇ／ｌ］、アイドル状態における第１筐体１４の内部の圧力をＰ０［Ｐａ］、アイドル状態での気体状態の冷媒２４の体積をＶｇとする。制御部４０のメモリにはＶ、ρ、Ｖｇ、Ｐ０、冷媒２４の潜熱Ｌ［Ｊ／ｇ］の値が予め記憶されている。センサ３８ａが計測した圧力の変化量をＰ［Ｐａ］、この圧力Ｐ０から圧力Ｐの変化に伴い、気化した冷媒２４の量をΔｍ［ｇ］、Ｐ０－Ｐ＝ΔＰとする。気化した量は微量で液体状態の冷媒２４の体積Ｖ１は変わらないとすると、
Ｖｇ＝Ｖ－Ｖ１＝一定が成り立つ。
　アイドル状態では、気体状態の冷媒２４の量Ｇは、式（１）で表される。
   Ｇ＝Ｐ・Ｖｇ・ρ／Ｐ０［ｇ］・・・（１）
　また、ボイルの法則により式（２）が成り立つ。
  （Ｐ＋ΔＰ）・Ｖｇ＝｛Ｐ０・Ｖｇ・（ρ＋Δｍ）｝／ρ　・・・（２）
　目標凝縮量Ｍ［ｇ］は、Δｍと等しいので、式（１）、（２）より、式（３）で表される。
   Ｍ＝Δｍ＝ρ・ｖｇ・ΔＰ／Ｐ０・・・（３）
　潜熱Ｌ［Ｊ／ｇ］を用いて、ペルチェ素子３２で移動すべき熱量Ｑ［Ｊ］は式（４）で表される。
   Ｑ＝Ｍ・Ｌ＝ρ・ｖｇ・ΔＰ・Ｌ／Ｐ０・・・（４）
　（冷却方法）
　駆動装置２００におけるコイル１０の冷却方法について説明する。駆動装置２００を駆動させるため、電流源１１がコイル１０に電流を流し始める。電流を流している間、検出手段３８は常時、あるいは所定の時間間隔で冷媒２４の圧力を検出する。コイル１０が発熱すると、冷媒２４が気化してコイル１０を冷却する。気体状態の冷媒２４が増加したことによって冷媒２４のセンサ３８ａが圧力の増加を検出すると、算出部３８ｂが所定の圧力との差を算出する。検出手段３８は、算出した圧力変化を制御部４０に送る。
　制御部４０は式（４）に基づいてペルチェ素子３２で移動すべき熱の熱量Ｑを算出し、ペルチェ素子３２に指示する。ペルチェ素子３２が熱量Ｑを移動し、冷媒２４が凝縮される。
　第１筐体１４の内部で気体状態となった冷媒２４が凝縮により再度液体状態となることによって、第１筐体１４の内部の圧力が所定の圧力まで戻る。検出手段３８が第１筐体１４の内部の圧力が所定の圧力よりも下がったことを検出した場合は、ペルチェ素子３２が第１筐体１４の内部の熱を第２冷媒に移動させて凝縮量を低減するように調整してもよい。
　なお、制御部４０は、熱量Ｑを取得できるのであれば、必ずしも毎時算出しなくてもよい。算出部３８ｂから算出された圧力変化と熱量Ｑとの対応関係に基づいて、熱量Ｑを決定してもよい。制御部４０は、ＰＩＤ制御により凝縮量調整の追従制御を行ってもよい。
　このようにして、駆動装置２００において、検出手段３８の検出結果に基づいてペルチェ素子３２が冷媒２４の凝縮量を調整する。凝縮量を調整することによって冷媒２４の圧力および冷媒２４の沸点を所定の値に保つことができ、冷媒２４の沸点上昇によるコイル１０の温度上昇を抑制することができる。このようにして、本実施形態に係る駆動装置２００および冷却方法によれば、検出手段３８およびペルチェ素子３２を用いて冷媒２４の凝縮量を調整しない場合に比べて、コイル１０の温度変動を低減することができる。
　一般的に、空間を介して熱が所定距離だけ伝達する速度よりも、当該所定距離だけ離れた位置に対して気体の圧力変化が伝達する速度のほうが速い。すなわち、本実施形態であれば、冷媒２４の圧力変化は、コイル１０の温度上昇分の熱が空間２６を介して冷媒２８へ伝達する速度よりも応答性が早い。応答の速い圧力変化に基づいて冷媒２４を凝縮させるので、検出手段による冷媒２４の状態の変化を検出を行わない特許文献１に記載の駆動装置に比べて冷媒２４の沸点上昇を抑制し、コイル１０の温度変動を低減することができる。
　これにより、コイル１０からステージ装置１００のある空間に熱が伝搬し、レーザ光７０の光路上における温度変動による計測精度の悪化を低減できる。また、可動子１８を介してステージ６に熱が伝搬し、物体２が一時的に変形することを低減できる。
　センサ３８ａは、第１筐体１４の底部に設けられていなくともよい。例えば空間２６に設けられていても良い。ペルチェ素子３２は第１筐体１４の内部の熱を第１筐体１４の外部に放熱することができるため、冷媒２８の流路を含む循環系８０が無くても構わない。
　駆動装置２００は、第１筐体１４の内部に、冷媒２４を撹拌する撹拌部を設けていてもよい。撹拌部は、羽根付き部材を回転させる方式、穴の開いた球体を回転させる方式などである。撹拌部として、発熱量が小さいものを選択することが好ましい。撹拌することにより冷媒２４の気化によって生じた気泡がコイル１０に付着することによる冷媒２４とコイル１０との接触面積の低下を抑制することができる。
　ステージ装置１００の位置検出に、干渉計６０のかわりにエンコーダ（不図示）を用いても良い。エンコーダならびにエンコーダスケールを保持する部分の温度変化を低減でき、ステージ装置１００の位置の計測精度の悪化を抑制することができる。
　［第２実施形態］
　図３は、第２実施形態に係る駆動装置３００の構成を示す図である。本実施形態に係る凝縮手段も、冷媒２４とは独立した系を流れる冷媒２８を用いて冷媒２４を凝縮させる。調整手段として、ペルチェ素子３２の代わりに冷媒２８の温度を制御する温度制御手段を用いる点が、駆動装置２００とは異なる。その他の構成は駆動装置２００と同様であるため説明を省略する。なお、循環系８０においては、温度制御手段とは熱交換器８８である。
　駆動装置３００におけるコイル１０の冷却方法は以下の通りである。
　検出手段３８による圧力の検出結果は制御部４０に送られ、制御部４０は第２筐体１６の内部を流れる冷媒２８の温度を決定する。制御部４０は、当該決定した温度を熱交換器８８に対して設定する。検出手段３８が圧力を検出した第２筐体１６を流れる冷媒２８の温度が低くなるように調整する。
　熱交換器８８が冷媒２８の温度を低くさせることで、第２筐体１６の温度は第１筐体１４に比べて温度が低くなる。よって、第１筐体１４から冷媒２８に熱が移動することにより、冷媒２４の凝縮を増加させることができる。これにより、変化した冷媒２４の圧力をアイドル状態の圧力まで近づけるあるいは一致させることができる。制御部４０は、検出手段３８が検出した圧力変化が無くなった時点で、熱交換器８８に設定する温度を、変更する前の温度に戻す。
　制御部４０が決定する冷媒２８の温度は、検出手段３８が圧力変化を検出する前より所定の温度だけ低い温度であってもよいし、検出手段３８が検出した圧力変化に応じて異なる温度に設定してもよい。
　このように、駆動装置３００において、検出手段３８の検出結果に基づいて熱交換器８８が冷媒２４の凝縮量を調整する。凝縮量を調整することによって冷媒２４の圧力および冷媒２４の沸点を所定の値に保つことができ、冷媒２４の沸点上昇によるコイル１０の温度上昇を抑制することができる。このようにして、本実施形態に係る駆動装置３００および冷却方法によれば、検出手段３８および熱交換器８８を用いて冷媒２４の凝縮量を調整しない場合に比べて、コイル１０の温度変動を低減することができる。
　よって、コイル１０からステージ装置１００のある空間に熱が伝搬し、レーザ光７０の光路上における温度変動による計測精度の悪化を低減できる。また、可動子１８を介してステージ６に熱が伝搬し、物体２が一時的に変形することを低減できる。
　本実施形態は、ペルチェ素子を用いる場合に比べて、第１筐体１４の内部から第２筐体１６の内部に大きな熱量の熱を移動させることができる。したがって、特に、コイル１０に流す電流量が大きいステージ装置の駆動装置として適している。例えば、ステージ装置１００が微動ステージと当該微動ステージより大きな移動量で移動する粗動ステージを有する場合は、粗動ステージの駆動装置として用いることが好ましい。
　［第３実施形態］
　図４は、第３実施形態に係る駆動装置４００の構成を示す図である。本実施形態に係る凝縮手段も、冷媒２４とは独立した系を流れる冷媒２８を用いて冷媒２４を凝縮させる。調整手段として、熱交換器８８に加え、さらに冷媒２８の流量を制御する流量制御手段を用いる点が、駆動装置３００とは異なる。その他の構成は駆動装置３００と同様であるため説明を省略する。なお、循環系８０においては、流量度制御手段とはポンプ８６である。
　駆動装置４００におけるコイル１０の冷却方法は以下の通りである。
　検出手段３８による圧力の検出結果は制御部４０に送られ、制御部４０が第２筐体１６の内部を流れる冷媒２８の流量を決定する。制御部４０は、熱交換器８８に指示して冷媒２８の温度を所定温度だけ低く設定するとともに、ポンプ８６に指示して第２筐体１６を流れる冷媒２８の流量を増加させる。第２筐体１６の温度は第１筐体１４に比べて温度が低くなることで、第１筐体１４から冷媒２８に熱が移動する。
　制御部４０は、検出手段３８が検出した圧力変化が無くなった時点で、熱交換器８８に設定する温度およびポンプ８６に設定した冷媒２８の流量を、変更する前の値に戻す。
　駆動装置４００は、第２実施形態と同様の効果を有する。さらに、熱交換器８８およびセンサ９０のみを用いて凝縮量を調整する場合に比べて、ポンプ８６を使用することで冷媒２４の単位時間当たりの凝縮量を増やすことができる。
　［第４実施形態］
　図５は、第４実施形態に係る駆動装置５００の構成を示す図である。駆動装置５００は、駆動装置３００と比べて、第２筐体１６、凝縮フィン３４、および放熱フィン３６が無い。代わりに凝縮器７１、シリンダ７２、圧力制御部７３、検出手段７４、および筐体１４の内部と連通する空間７５を有する。本実施形態に係る凝縮手段も、冷媒２４とは独立した系を流れる冷媒２８を用いて冷媒２４を凝縮させる。本実施形態に係る凝縮手段は、冷媒２８を循環させている循環系８０と凝縮器７１である。本実施形態に係る調整手段は熱交換器８８である。
　ピストン７２ａは、空間７５の一部でもある空間７６と、圧力制御部７３によって圧力の制御された空間７７とを隔てている。
　空間７５は、圧力制御部７３によって所定の圧力に背圧されている。
　当該所定の圧力とは、第１筐体１６の管理温度における冷媒２４の飽和蒸気圧（所定の圧力）である。すなわち、コイル１０が発熱していない間（（コイル１０に電流を流していない間）の筐体１６の内部の圧力である。圧力制御部７３は、例えば、空間７７に対する圧縮空気の入出力を調整できる圧力調整弁が好ましい。
　これにより、冷媒２４の気化が進行するにつれて、ピストン７２ａの位置は空間７６と空間７７の圧力が保たれるように移動する。すなわち空間７５は、冷媒２４の体積に応じて体積が可変な空間である。
　冷媒２４は、背圧にさからってピストン７２ａを移動させるという機械仕事をする。
　冷媒２４の封入量は、アイドル状態において、空間７５と空間７６とがほぼ同体積になる量が好ましい。ピストン７２ａが移動した際のシリンダ７２の内壁に衝突を防ぎ、冷媒２４が有する熱を機械仕事に変換し続けることができる。
　空間７５は、筐体１４の内部の上部と連通し且つ気体状態となった冷媒２４が通る配管７８、空間７６、凝縮器７１のうち冷媒２４が通る空間７１ａ、筐体１４の内部の下部と連通し且つ凝縮して液体状態の冷媒２４が通る配管７９を含む。
　凝縮器７１は冷媒２４の流れる空間７１ａと冷媒２８の流れる空間７１ｂとに分離されており、冷媒２８と空間７５との間で熱を交換する（移動させる）。凝縮器７１は例えばヒートポンプである。
　検出手段７４はピストン７２ａの位置を検出するセンサ７４ａとセンサ７４ａが検出した位置と基準位置との差を算出する算出部７４ｂを有する。算出部７４ｂは、算出結果を制御部４０に入力する。すなわち、検出手段７４はピストン７２ａの位置変化を検出することにより、気体状態の冷媒２４の状態の変化、具体的には第１冷媒の体積変化を検出している。基準位置とは、アイドル状態におけるピストン７２ａの位置のことをいう。
　制御部４０は、検出手段７４の検出結果に基づいて、制御部４０は第２筐体１６の内部を流れる冷媒２８の温度を決定する。制御部４０は、当該決定した温度を熱交換器８８に対して設定する。
　熱交換器８８が冷媒２８の温度を調整することにより、凝縮器７１において凝縮させる冷媒２４の凝縮量を調整する。
　（冷却方法）
　コイル１０に電流が流れ、発熱すると、コイル１０と接触している冷媒２４がコイル１０の熱を吸収して気化する。冷媒２４が気化すると、冷媒２４の圧力が増加しそうになる。このとき、気体状態の冷媒２４がピストン７２ａを移動させながら断熱膨張することによって、冷媒２４の圧力の増加および冷媒２４の圧力の増加に伴う沸点の上昇を低減することができる。
　また、シリンダ７２の空間の体積には上限があるので冷媒２４を凝縮を促す必要が生じる。そこで、検出手段７４の検出結果に基づいて、冷媒２４の体積をアイドル状態における体積に戻すように、制御部４０は第２筐体１６の内部を流れる冷媒２８の温度を決定する。制御部４０は、当該決定した温度を熱交換器８８に対して設定する。
　制御部４０は下記の演算に基づき目標凝縮量および当該目標凝縮量に対応する設定温度を求めてもよいし、予め決められた所定の温度を設定してもよい。
　目標凝縮量の算出方法について説明する。目標凝縮量は、冷媒２４の潜熱をＬ［Ｊ／ｇ］ピストン７２ａの背圧面積をＡ、空間７７の圧力をＰ、微小時間Δｔの間にピストンがΔｘ移動したとすると、目標凝縮量Ｃ２は式（２）で表される。
   Ｃ２＝（Ｐ・Ａ・Δｘ／Δｔ）／Ｌ［ｇ／ｓｅｃ］　・・・（２）
　目標凝縮量に対応する冷媒２８の設定温度を算出し、熱交換器８８は制御部４０の指示を受けて冷媒２８の温度を低下させる。これにより、凝縮器７１における冷媒２４の凝縮量を増加させ、変化した冷媒２４の体積をアイドル状態の体積まで近づけるあるいは一致させることができる。冷媒２４の体積が減少するにつれてピストン７２ａの位置は基準位置に近づく。制御部４０は、検出手段７４が検出した体積変化が無くなった時点で、熱交換器８８に設定する温度を、変更する前の温度に戻す。
　検出手段３８が冷媒２４の体積がアイドル状態よりも小さくなったことを検出した場合は、熱交換器８８に設定する温度を上昇させて凝縮量を調整してもよい。
　このように、駆動装置５００において、検出手段７４の検出結果に基づいて熱交換器８８が冷媒２４の凝縮量を調整する。凝縮量を調整することによって冷媒２４の圧力および冷媒２４の沸点を所定の値に保つことができ、冷媒２４の沸点上昇によるコイル１０の温度上昇を抑制することができる。このようにして、本実施形態に係る駆動装置５００および冷却方法によれば、検出手段７４および熱交換器８８を用いて冷媒２４の凝縮量を調整しない場合に比べて、コイル１０の温度変動を低減することができる。
　よって、コイル１０からステージ装置１００のある空間に熱が伝搬し、レーザ光７０の光路上における温度変動による計測精度の悪化を低減できる。また、可動子１８を介してステージ６に熱が伝搬し、物体２が一時的に変形することを低減できる。
　さらに駆動装置５００では、冷媒２４が、背圧にさからってピストン７２ａを移動させるという機械仕事をする。よってコイル１０より奪った熱を機械仕事に変えて消費することができる。第１～第３の実施形態に比べて、循環系８０における排熱量を低減することができる。
　さらに空間７５において冷媒２４を凝縮させているため、可動子１８から離れた位置で冷媒２４の熱を放出することができる。よって可動子１８とともに移動するステージ６に熱が伝わりにくくすることができる。さらに、空間７５の位置は自由に決定できるので、第１～第３実施形態のように狭い空間内に第２筐体１６を設ける必要が無く、駆動装置の設計の自由度を増すことができる。
　凝縮量の調整手段として、第１実施形態のようにペルチェ素子３２を用いたり、第３実施形態のようにポンプ８６を用いても良い。あるいは、適宜これらを併用してもよい。
　［第５実施形態］
　図６は、駆動装置２００を搭載したステージ装置１００を有するリソグラフィ装置８００の構成を示す図である。リソグラフィ装置８００は、基板８１０に光を露光する露光装置である。
　基板８１０上にパターンを形成するパターン形成部として、光源８０２、照明光学系８０６、および投影光学系８０８を有する。
　光源８０２から出射したＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）は、導光部８０４、照明光学系８０６、および投影光学系８０８を通過してステージ装置１００上に載置された基板８１０（対象物）に照射される。投影光学系８０８は、基板８１０にレチクル（マスク）８１２に形成された回路パターン等のパターンを縮小投影する。これによりレチクル８１２のパターンを基板８１０上に転写する。
　ステージ装置１００は、前述の物体２でもある、基板８１０を位置決めする。干渉計６０は、ステージ６の位置や姿勢を計測することで、基板８１０の位置を計測する。マウント８１４は、設置面８１６からの振動が投影光学系を支持する支持材に伝わらないように除振する装置である。ステージ装置１００はレチクル８１２を位置決めする。
　制御部４０は、干渉計６０による計測に基づいて、レチクル８１２と基板８１０との位置決めを制御する。
　ステージ装置１００は、第１実施形態と同様にコイル１０の発熱を抑制することができる。これにより、コイル１０で生じた熱が基板に伝わり、基板が変形することによる重ね合わせ精度の低下を抑制することができる。また、干渉計６０の光路の空気の温度変動に起因して生じるステージ装置１００の位置決め精度の低下を抑制することができる。
　駆動装置２００は、レチクル８１２を移動させるステージ装置８１７に搭載されていてもよい。また、ステージ装置１００やステージ装置８１７には、駆動装置３００、４００、５００のいずれか、またはこれらを適宜組み合わせた構成の駆動装置が搭載されていてもよい。
　リソグラフィ装置８００は、前述の装置に限られない。ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＥＵＶ光（波長１３ｎｍ）等の光線を用いて基板を露光しパターンを形成する各種露光装置でもよい。３次元形状のパターンの形成された型を用いてレジストの硬化パターンを形成するインプリント装置、あるいは荷電粒子線を基板に照射してパターンを描画する描画装置でもよい。
　［その他の実施形態］
　第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態のうち、２つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。例えば、冷媒２４の凝縮量を調整する調整手段として、第２実施形態の温度制御手段および第３実施形態の流量制御手段を両方使用してもよい。駆動装置２００～５００は複数の第１筐体１４を有しており、それぞれの第１筐体１４が１つのコイル１０を収容していてもよい。
　１つの第１筐体１４内に収容するコイル１０の数は、固定子１２のコイル１０全てでなくてもよい。１つずつ、あるいは所定個数ずつコイル１０を収容した分割された第１筐体１４が連なったもので、固定子１２が構成されていても良い。ペルチェ素子３２も全てのコイル１０に対して１つの長いペルチェ素子３２が設けられていなくてもヨーク２０、１つ、あるいは所定個数のコイル１０ずつ設けられていても良い。なお、第１筐体１４が分割されている場合には、少なくとも第１筐体１４の個数だけペルチェ素子３２は必要である。
　制御部４０は、目標凝縮量を毎回算出しなくてもよい。圧力変化または体積変化に対応する目標凝縮量に関するテーブルを有している場合には、当該テーブルより目標凝縮量を決定しても良い。
　制御部４０は、制御部４０が実行する機能を全て備えていれば、別個の制御基板の集合体であってもよいし、１つの制御基板であってもよい。
　気体状態の冷媒２４の状態の変化を検出する手段は、検出手段３８、７４の他、気体状態の冷媒２４の、圧力変化、体積変化、および温度変化のうち少なくとも１つを検出する手段であればよい。
　温度変化を検出する場合は、当該温度変化を検出する手段のセンサは、第１筐体１４中の液体状態の冷媒２４に配置されていることが好ましい。空間２６を介してコイル１０の温度変化分の熱が冷媒２８に伝わるまでの時間よりも早く、コイル１０の温度上昇を検出することができる。
　駆動装置２００～５００は、可動子１８が移動するムービングマグネット方式に限らず、コイル１０が移動するムービングコイル方式でもよい。物体２を直線移動させるステージ装置に限らず、回転方向に移動させる装置でもよい。基板８１０を位置決めをするステージ装置の他、たとえば光学素子の位置決めをするステージ装置であってもよい。
　駆動装置２００～５００は、リソグラフィ装置に搭載するステージ装置に限らず、その他の高精度な位置決めが要求される装置に搭載される駆動機構であってもよい。例えば、リソグラフィ装置が半導体露光装置の場合は、露光光を遮光するマスキングブレード、ステージ装置の移動に伴う反力を低減する反力キャンセラなどの駆動機構でもよい。例えば、リソグラフィ装置がインプリント装置の場合は、３次元形状パターンの形成されたモールドやインプリント材を供給する供給部を駆動させる駆動機構でもよい。
　［物品の製造方法］
　リソグラフィ装置を用いて形成したパターンは、各種物品を製造する際に一時的に用いられる。物品とは、電気回路素子、光学素子、ＭＥＭＳ、記録素子、センサ、或いは、型等である。電気回路素子としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭのような、揮発性或いは不揮発性の半導体メモリや、ＬＳＩ、ＣＣＤ、イメージセンサ、ＦＰＧＡのような半導体素子等が挙げられる。型としては、インプリント用のモールド等が挙げられる。
　リソグラフィ装置を用いて形成したパターンは、物品の製造のために、基板の加工工程においてエッチング又はイオン注入等が行われ、その後にレジストマスクは除去される。リソグラフィ装置として露光装置や描画装置などを用いた場合は、前述の加工工程の前にレジストを現像する。リソグラフィ装置としてインプリント装置を用いることで形成したレジストの硬化パターンは、そのまま上記物品の少なくとも一部の構成部材として用いてもよい。前記加工工程のあとに、周知の加工工程（現像、酸化、成膜、蒸着、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含んでもよい。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、2016年02月29日提出の日本国特許出願特願2016-038128を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (13)

  1. 　磁石とコイルを有し、前記コイルに電流が流れることで物体を駆動する電磁アクチュエータと、
    　液体状態から気化することで前記コイルを冷却する第１冷媒と、液体状態の前記第１冷媒に浸された前記コイルと、を収容する収容手段と、
    　気体状態の前記第１冷媒を凝縮する凝縮手段と、
    　前記第１冷媒の温度または体積の変化を検出する検出手段と、を有し、
    　前記凝縮手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記第１冷媒の凝縮量を調整する調整手段を有することを特徴とする駆動装置。
  2. 　前記調整手段は、前記収容手段の内部および前記収容手段の内部と連通する空間の少なくとも一方における気体状態の前記第１冷媒の熱を調整することで、前記凝縮量を調整することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
  3. 　前記凝縮手段は前記空間に存在する気体状態の前記第１冷媒を凝縮させることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
  4. 　前記収容手段の内部と連通し、前記第１冷媒の状態変化に応じて体積が変わる空間を有し、
    　前記検出手段は、前記空間の体積の変化を検出することによって前記第１冷媒の体積の変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
  5. 　前記空間は、前所定の圧力で背圧されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
  6. 　前記所定の圧力は、前記コイルが発熱していない間の前記収容手段の内部の圧力と同じであることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
  7. 　前記調整手段は、前記収容手段の内部の熱を前記収容手段の内部と連通していない空間に移動させるペルチェ素子であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
  8. 　前記凝縮手段は、前記第１冷媒とは独立した系を流れる第２冷媒を用いて気体状態の前記第１冷媒を凝縮し、
    　前記調整手段は、前記第２冷媒の流量を制御する流量制御手段および前記第２冷媒の温度を制御する温度制御手段の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
  9. 　前記調整手段は前記温度制御手段であって、前記第２冷媒の温度を低下させて前記凝縮量を増加させることを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
  10. 　前記調整手段は前記流量制御手段であって、前記第２冷媒の流量を増加させて単位時間当たりの凝縮量を増加させることを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の駆動装置を有し、基板の位置を位置決めする位置決め装置と、
    　前記基板に対してパターンを形成するパターン形成部とを有することを特徴とするリソグラフィ装置。
  12. 　電磁アクチュエータのコイルを液体状態の冷媒に浸しておき、前記冷媒が液体状態から気化することで前記コイルを冷却するコイルの冷却方法であって
    　前記気化により気体状態になった前記第１冷媒の温度または圧力の変化を検出する検出工程と、
    　気体状態の前記第１冷媒を凝縮させる凝縮工程と、を有し、
    　前記凝縮工程は、前記検出工程における検出結果に基づいて前記第１冷媒の凝縮量を調整する工程を有することを特徴とするコイルの冷却方法。
  13. 　請求項１１に記載のリソグラフィ装置を用いて、基板上にパターンを形成する工程と、前記工程でパターンの形成された基板を加工する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
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