JP2009060773A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルへの熱侵入量を抑制して低温に冷却保持し、コイル冷却時の熱収縮および常温戻し時の熱膨張を吸収し、かつコイルに駆動反力に対して適切な支持剛性を得られる駆動装置を提供可能にする。
【解決手段】 可動子と固定子とを有する駆動装置であって、前記固定子は、コイルと、前記コイルを保持するコイル保持部材と、前記コイルを冷却する冷却手段と、前記コイル保持部材を第１方向と第２方向とへ移動可能に支持する支持部材と、前記コイル保持部材の前記第１方向への移動を制限し前記第２方向への移動を可能にする制限部材と、前記コイル保持部材を前記制限部材に押付ける押付手段とを備える。
または、さらに前記コイル保持部材の前記第２方向への移動を制限し、前記第１方向への移動を可能にする第２制限部材と、前記コイル保持部材を前記第２制限部材に押付ける第２押付手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動装置、それを用いた位置決め装置、及びその位置決め装置を利用した露光装置に関するものである。

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、レチクル等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等の基板上に転写する半導体露光装置が用いられている。

露光装置における、ウエハやレチクルを面内方向の所定の位置に位置決めするステージ装置の従来例として、特許文献１に開示されるものがある。

特許文献１に開示される平面モータ型ステージ装置を図１６に示す。これは、可動子１１０の板状面内に配列周期に従い配列し所定の方向に着磁された可動子磁石１１４と、配列周期に対応する間隔で配列する固定子コイル１１６を含む固定子１００を有している。さらに、固定子コイル１１６に対して位相差の異なる制御電流をそれぞれ供給し、可動子磁石１１４と対面する固定子コイル１１６との間で、可動子を駆動させる駆動力を発生させる電流制御部とを有するものである。

固定子コイル１１６は略長円形のコイルを平面内に並べたものを複数層設けて構成されている。コイルの長円方向の長さを長くとり、平面内に多数のコイルを並べることで、可動子が所望のストロークが取れるようにしている。

また可動子１１０の側面および上面には、可動子の位置及び姿勢を検出するためのミラー（不図示）が形成されており、例えば、レーザー干渉計等の利用により各可動子の６自由度方向の位置、姿勢を計測することが可能である。この計測値を元に駆動力を制御して可動子１１０を６自由度に位置決め制御することが可能となる。

露光装置のステージ装置では、近年微細化に対応した高位置決め精度化はもちろんのこと、生産性向上のために大加速度化の要求が益々高まっている。大加速度化するため１つの方法として、固定子コイルに通電する電流を増やす手段がある。しかし、固定子コイルに通電する電流を増やすと、コイルのジュール損として消費電力が大幅に増大してしまう。

消費電力を抑制する手段として、銅等の常電導材料で作られたコイルを低温に冷却して電気抵抗を下げて発熱を抑制することや、もしくは低温で電気抵抗が極小になる超電導材をコイルに用いることが考えられている。例えば銅の液体窒素温度での電気抵抗は常温での電気抵抗に比べて約１／１０にまで低下するため、同じ電流を通電した時の消費電力も約１／１０に低減することができる。

低温に冷却されるコイルの支持方法の従来例として特許文献２に開示されるものがある。特許文献２では図１７に示すように、超電導コイル２０１、超電導コイル２０１が固定され超電導コイルを包囲し内部を真空状態に維持する外容器２３０とを備えている。さらに外容器を包囲する磁気シールド２０５、及び磁気シールド２０５と外容器２３０との相対位置を調整することにより磁気シールド２０５と超電導コイル２０１との相対位置を調整しうる調整機構２４１、とを備えている。
特開２００４−２５４４８９公報 特開２００４−２３５６５３公報

低温に冷やすコイルの支持方法としては、少なくとも以下の点を考慮する必要がある。

コイルが熱収縮してもコイル全体としての位置精度を満足する必要がある。コイルの位置精度が悪化すると、駆動力のばらつきが発生し、ステージの位置決め精度に悪影響を及ぼす可能性がある。メンテナンス等で冷却した状態から常温に戻した後再度冷却した場合は、少なくともコイル位置の再現性が必要となる。

特許文献２では、熱収縮後に調整ねじでコイルを両面押し当て支持しているので、熱収縮を無理に拘束することなく、調整によってコイルを位置決めすることが可能である。

しかしながら、特許文献２の構成では、コイルを冷却し、輻射シールドが熱収縮を起こしたときに輻射シールドと調整ねじとが接触しなくなる可能性がある。そのため、コイルの位置を調整する際には、コイルを冷却する度に調整ねじを輻射シールドに接触させてから調整を行う必要がある。

また、冷却の度に毎回調整するため、コイルを毎回同じ位置に再現することが困難となる。

本発明は、コイルを冷却する度にコイル位置を調整する手間を減らし、かつ、再冷却時にコイルの位置再現性をより満足させることが可能な駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る駆動装置は、可動子と固定子とを有する駆動装置であって、前記固定子は、コイルと、前記コイルを保持するコイル保持部材と、前記コイルを冷却する冷却手段と、前記コイル保持部材を第１方向と第２方向とへ移動可能に支持する支持部材と、前記コイル保持部材の前記第１方向への移動を制限し前記第２方向への移動を可能にする制限部材と、前記コイル保持部材を前記制限部材に押付ける押付手段とを備えることを特徴としている。

本発明の構成によると、コイルを冷却する度にコイル位置を調整する手間を減らし、かつ、再冷却時にコイルの位置再現性をより満足させることが可能な駆動装置を提供することを目的とする。

（実施例１）
図１に本発明に係る実施例１を示す。

図１において、コイル１は冷却手段によって所望の温度まで冷却され、コイル保持部材２によって保持される。そして、コイル１及びコイル保持部材２は、内部を真空状態に維持可能な構造をした外容器５に内包保持される。コイル保持部材２は第１方向である図中Ｘ方向および第２方向である図中Ｙ方向へ移動可能に支持する支持部材６ｚによって支持されている。さらに、第１方向である図中Ｘ方向の移動を制限する第１の制限部材６ｘ、第２方向である図中Ｙ方向の移動を制限する第２の制限部材６ｙを備えている。なお、第１制限部材６ｘは第２方向である図中Ｙ方向にコイル保持部材２を移動可能に支持し、第２制限部材６ｙは第１方向である図中Ｘ方向にコイル保持部材２を移動可能に支持している。さらに、コイル保持部材２を第１制限部材６ｘに押付ける第１押付手段である図中Ｘ方向の押付ばね７ｘ、第２の制限部材６ｙに押付ける第２押付手段である図中Ｙ方向の押付ばね７ｙを備えている。

コイル１は例えば略長円形のコイルであり、その略長円方向をＸ方向およびＹ方向に複数配列している。また、コイル１は不図示のボルトや、接着等でコイル保持部材２に固定している。この固定方法に関しては、その他一般的に知られている方法を用いても良い。

冷却手段は、図１のように液体窒素または液体ヘリウムなどの冷媒を供給する冷媒供給管３、および冷媒または気化した冷媒を回収する冷媒回収管４によってコイルを冷媒中に浸漬冷却する浸漬冷却手段である。または、冷凍機をコイルまたはコイル保持部品に接続する、伝導冷却手段をとっても良い。

コイルを例えばビスマス系超電導線やイットリウム系超電導線等の高温超電導材料で製作した場合には、コイルを超電導状態とする温度（一般的には高温超電導材料の臨界温度は液体窒素温度である７７Ｋ程度）まで冷却する必要がある。この場合はコイルを冷却することで、低消費電力でコイルに通電させることができる。また、これまで一般的に用いられてきた銅線巻コイルで製作した場合でも、例えば液体窒素温度まで冷却することでその電気抵抗値が１／１０程度となり、常温時と比較してコイルを１／１０程度の消費電力で駆動できる。

なお、外容器５内を真空状態にすることで、大気温度の外容器５と低温のコイル１およびコイル保持部材２との間が真空断熱されるため、コイル１およびコイル保持部材２への熱侵入を低減することが可能である。また、外容器５とコイル１およびコイル保持部材２との間に、大気温度の外容器５からの輻射熱を抑制するための不図示の輻射シールドを設けても良い。この場合は、コイル１およびコイル保持部材２への熱侵入をさらに低減できる。

第１および第２の制限部材６ｘ、６ｙ、および支持部材６ｚは、例えば外容器５からコイル保持部材２にそれぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に延在する棒状部材と、コイル保持部材と接触する球とから構成されている。低温のコイル保持部材２と常温の外容器５とは球との点接触となるため、コイル保持部材２への熱侵入を小さくすることができる。また、球で接触しているため、棒状部材の延在方向の力のみを受けることができ、それ以外の方向にはコイル保持部材２を移動可能なように支持可能となる。なお、制限部材６ｘ、６ｙおよび支持部材６ｚの棒状部材をコイル保持部材２側に設け、球を外容器５側に接するように設けた構成としても良い。

また、制限部材６ｘ、６ｙおよび支持部材６ｚはこの要件を満たす限り、どのような形態であっても良く、特に球でなくても良い。簡単には、先端が半球状になったシャフトを用いて点接触させ、コイル保持部材２がシャフト上を滑って移動可能なようにしても良い。

また、制限部材６ｘ、６ｙは少なくともそれぞれ２個または１個の計３個の組み合わせとすることで、コイル保持部材２の第１方向である図中Ｘ方向と、第２方向である図中Ｙ方向と、Ｚ軸周りの回転方向の位置を規定できる。一方、支持部材６ｚも少なくとも計３個備えることで、コイル保持部材２の図中Ｚ方向と、Ｘ軸周りの回転方向と、Ｙ軸周りの回転方向の位置を規定できる。この構成によって、コイル保持部材２の並進３軸および回転３軸の位置決めがされている。

この状態では、コイル１およびコイル保持部材２が冷却され低温となって熱収縮しても、コイル保持部材２は制限部材６ｘ、６ｙおよび支持部材６ｚの球が回転して、または球上をコイル保持部材が摺動して、自由に熱収縮できる。

押付ばね７ｘ、７ｙはコイル保持部材２と外容器５との間であって、制限部材６側に配置され、コイル保持部材２を制限部材６に引き込む方向で押付力を印加している。コイル保持部材２は押付ばね７ｘ、７ｙによって制限部材６に常に押し当てられるため、制限部材と接触する面の位置を保つことができる。具体的には、図１中の点線２’は常温時のコイル保持部材２の外形形状を表しており、低温に冷やされることで図１中のコイル保持部材２の形に熱収縮する。この時、コイル保持部材２の第１、第２の制限部材６ｘ、６ｙに接触する面の位置は押付ばね７ｘ、７ｙによって常に変化しない。よって、コイル保持部材２の制限部材６ｘ、６ｙ側を熱収縮の基準面として扱うことで、コイル１およびコイル保持部材２が低温に冷却され熱収縮しても、コイル全体の位置基準が変動しない。

このように、コイル１を冷却している間、押付手段によってコイル保持部材２を制限部材６ｘ、６ｙに押付けることによって、冷却の前後で基準面の位置は維持される。冷却の前後で基準面が基本的にはコイル保持部材２は図１中のコイル保持部材２の位置と点線２’との間で膨張、収縮が起こるだけなので、冷却の前後でコイル１及びコイル保持部材２の位置を再現することが可能となる。

また、図１のようにＸ方向、Ｙ方向ともに片側のみに制限部材６、押付ばね７を設けることで、トラブル等で突然コイル保持部材２の温度が上昇し、熱膨張が起きた場合のコイル保持部材２の破損や変形を回避することが可能となる。

ところで、このコイル１に電流を流すと、可動子磁石との相互作用によってコイル１には駆動反力が発生する。図１のコイル配列では、コイルに通電すると、それぞれ第１方向である図中Ｘ方向と図中Ｚ方向、または第２方向である図中Ｙ方向と図中Ｚ方向に駆動反力が発生する。よってコイル保持部材２はそれぞれのコイルから図中Ｘ方向と図中Ｚ方向、または図中Ｙ方向と図中Ｚ方向の駆動反力を受けることになる。

この駆動反力がコイル保持部材２を制限部材６ｘ、６ｙ、支持部材６ｚにつきあてる方向に力を発生する場合は、コイル保持部材２は制限部材６ｘ、６ｙ、支持部材６ｚによってその位置を保つことができる。一方、駆動反力がコイル保持部材２を制限部材６ｘ、６ｙ、支持部材６ｚから離す方向に力を発生する場合は、押付部材によってコイル保持部材２の位置を保つ。すなわち、図１において押付ばね７ｘ、７ｙはコイル保持部材２を制限部材６ｘ、６ｙおよび支持部材６ｚに常に押し付けていることで、コイル保持部材２が駆動反力によってその位置が変動することを防止している。好ましくは、この押付力をコイル１の各方向に発生しうる駆動反力よりも大きく設定しておくことで、コイルの駆動反力によるコイル保持部材２の位置変動を抑制することができる。また、このことにより、コイル駆動中もコイル１およびコイル保持部材２の所望の位置精度を満足することができる。

この駆動反力は、例えば図１２のようなリニアモータとして露光装置に用いた場合、可動子および可動磁石などの可動部の重量と可動子を加減速させる加速度との積で決定する。例えば可動部の重量を２０ｋｇ、最大加速度を３Ｇとすると、コイルの駆動反力は６０ｋｇｆとなる。この駆動反力より大きな押付力となるように、押付ばね７を適宜選定すれば良い。

ただし、他に駆動反力を相殺または低減するような手段を備えている場合は、押付ばね７にかかる力は減少するので、常にコイルの駆動反力以上の力で押付けておく必要はない。駆動反力を相殺または低減するような手段で、抑えきれずに残った反力以上の力で押付けておけば良い。

なお、押付ばね７を制限部材６と反対側に配置しても良いが、コイル保持部材２が熱収縮した時に押付ばね７の長さがかわって押付力が変化してしまうことがある。よって、この場合には、コイル保持部材２が熱収縮した状態での押付力が想定される駆動反力よりも大きくなるように設定する必要がある。図１のような押付ばね７の配置では、コイル１およびコイル保持部材２が熱収縮しても押付ばね７の長さは変化しないため、初期設定の押付力を保つことができるメリットがある。

また、図１では、コイル保持部材２を支持部材６ｚに押付ける図中Ｚ方向の押付ばね７ｚをも備えている。この押付ばね７ｚに関しては、想定されるＺ方向の駆動反力がコイル１およびコイル保持部材２の自重より小さければ、自重が支持部材６ｚへの押付力として働くため、特に設けなくても良い。

また、押付ばね７は特に設ける数に限定はなく複数設けても良い。

このように、可動子の駆動中も押付ばね７で押付けておくことにより、反力によるコイル１の位置ずれ防止を図ることができる。

以上の構成により、コイル冷却時の熱収縮および常温戻し時の熱膨張を吸収し、かつ駆動反力に対して適切な支持剛性を得られるといった効果も期待できる。

また、図２のように、コイルを図中Ｘ方向のみに並べた場合では、コイル反力は第１の方向である図中Ｘ方向および図中Ｚ方向に発生する。このコイル構成では、第２方向である図中Ｙ方向に駆動反力が発生しないため、第２方向である図中Ｙ方向への移動を制限する第２制限部材を特に設けなくても良い。そこで、以下のような構成としても良い。すなわち、コイル保持部材２は第１方向である図中Ｘ方向および第２方向である図中Ｙ方向へ移動可能に支持する支持部材６ｚによって支持する。さらに、第１方向である図中Ｘ方向の移動を制限し、第２方向である図中Ｙ方向にコイル保持部材２を移動可能に支持する第１の制限部材６ｘを備える。支持部材６ｚは少なくとも計３個備えることで、コイル保持部材２の図中Ｚ方向と、Ｘ軸周りの回転方向と、Ｙ軸周りの回転方向の位置を規定できる。一方、制限部材６ｘは少なくとも２個設けることで、コイル保持部材２のＺ軸周りの回転方向の位置を規定できる。この構成によって、駆動反力に対してコイル保持部材２の並進２軸（Ｘ，Ｚ方向）および回転３軸の位置を規定することができる。

このような構成でも、図１に示すコイル支持と同様に、コイル冷却時の熱収縮および常温戻し時の熱膨張を吸収し、かつコイルに駆動反力に対して適切な支持剛性を得られるコイル支持方法を提供可能になる。

別の実施形態の例として、図３は不図示のコイルを固定保持するコイル保持部材２を第１方向である図中Ｘ方向の剛性が他の方向の剛性よりも低い板ばね１８で支持している。さらに、コイル保持部材２の第１方向である図中Ｘ方向への移動を制限する制限部材６ｘと、コイル保持部材２を制限部材６ｘに押付ける押付ばね７ｘを備えている。板ばね１８は、図３のように複数設けても良いし、制限部材６ｘと接していない面のみに板ばね１８を設ける構成でも良い。また、制限部材６ｘも図３のように複数設けても良いし、一つだけであっても良い。

この構成において、コイル保持部材２およびコイル保持部材２に固定保持される不図示のコイルが冷却手段によって冷却されて低温になり熱収縮が発生した場合は、図中Ｘ方向には板ばねが変形して熱収縮をかわす。また、図中Ｙ方向に関しては板ばねとの接合点を中心に自由に熱収縮する。さらにＸ方向に関しては、押付ばね７ｘによってコイル保持部材２は常に制限部材６ｘにつきあたった状態で支持され、コイル保持部材２の熱収縮を板ばね１８が変形することでかわしている。

また、コイル駆動反力が発生した場合では、図中Ｙ方向およびＺ方向に関しては板ばねの剛性によってコイル保持部材２の位置変動を抑制する。板ばね１８の図中Ｙおよび図中Ｚ方向の剛性はコイル駆動反力を受けた時の変形が許容できるように適宜設定すれば良い。なお、板ばね１８は複数設けてもかまわない。一方、図中Ｘ方向に関しては、制限部材６ｘおよび押付ばね７ｘによって、コイル保持部材２の位置変動を抑制する。また、コイル保持部材２の図中Ｘ軸およびＹ軸周りには、板ばね１８の剛性によってコイル保持部材２の位置変動を抑制可能である。さらに、図中Ｚ軸周りには、２つの制限部材６ｘによってコイル保持部材２の位置変動を抑制可能である。

このような構成でも、コイル冷却時の熱収縮および常温戻し時の熱膨張を吸収し、かつ駆動反力に対して適切な支持剛性を得られるといった効果も期待できる。

図４は押付手段としてベローズ８を設けたものである。ベローズ８は外容器５からコイル保持部材２に接続されており、コイル保持部材２が制限部材６ｘ、６ｙと接する面の反対側に配置されている。外容器５内を真空にすると、大気圧側と真空側との差圧によってコイル保持部材２を制限部材６に押付力を印加してつきあて保持することができる。このベローズ８のばね定数を小さく設定しておけば、押付力は差圧による力が主となり、常に一定した押付力を印加することができる。

図５は冷凍機９を外容器５にベローズ８を介して取り付け、冷凍機９の低温部９ｈをコイル保持部材２の制限部材６に対してつきあたる面の反対側に接続したものである。外容器５内を真空にすると、冷凍機９が差圧によって外容器５内部側に押される力が発生する。ここでは、その力をコイル保持部材２を制限部材６に押し付ける押付力として利用している。さらに、冷凍機の低温部９ｈとコイル保持部材２との間でも常に押付力をもって接続可能になるため、冷凍機ヘッド９ｈとコイル保持部材２との接続部の接触熱抵抗を小さくでき、コイル保持部材２およびコイル１の温度を効率よく低下させる効果もある。

図６は押付手段として磁力を用いたものである。図６ではコイル保持部材２側面に鉄等の磁性体１０を設け、外容器５側に磁石１１を備えることで、磁性体１０と磁石１１との間に働く磁気吸引力を押付力として用いている。磁石１１は磁気吸引力が所望の値を取れる限り、外容器５の外側に備えても良いし、電磁石等を用いても良い。また、コイル保持部材２側を磁石として、外容器５側を磁性体としても良い。また、磁性体１０も磁石としても良い。また、磁性体１０を電磁石とすることで、電磁アクチュエータとしても良い。また、制限部材６と反対側でコイル保持部材２および外容器５にそれぞれ磁石を設け、磁石間の反発力を押付力として用いても良い。

このように磁力を用いた場合は、常温の外容器５側と低温のコイル１およびコイル保持部材２との間で非接触に押付力が印加できるので、押付手段の熱伝導による低温側への熱侵入が実質的に無くなる。これによって、コイル１を冷媒で冷却する場合には冷媒の必要流量が減らすことが可能となり、冷凍機で冷却する場合には熱負荷を低減することができる効果がある。冷凍機の熱負荷を低減できると、コイル１の冷却到達温度をさらに低くでき、消費電力低減効果が高くなる。

ところで、押付力は、押付力を発生する部材の温度変化によるばね定数や初期値の変動が発生する恐れがある。押付手段がばねの場合はヤング率の変化や、熱収縮による長さの変化などが押付力変化の要因となり、磁力を用いる場合は磁性体の透磁率の変化や磁石の磁束密度変化等が押付力変化の要因となる。押付力が所望の値よりも小さくなった場合は、コイル駆動反力が加わったときにコイル保持部材の位置が変動してしまい、所望の駆動力が得られない。これによって、ステージ可動子の位置決め精度等に影響することが考えられる。一方、押付力が所望の値に対して過大になった場合には制限部材や押付手段自体の破損などが発生する恐れがある。

図７（ａ）は制限部材６に押付力を計測するためのひずみゲージ１２とひずみゲージ出力から押付力を得る計測器１５と、真空中のひずみゲージ１２と大気中の計測器１５とを接続するフィードスルー１３とを備えたものである。これによって、押付手段（ここでは磁石１１と磁性体１０との間の磁力）によって、コイル保持部材２が制限部材６に対して実際にどの程度の押付力が掛かっているかを計測することができる。この計測結果を元に、押付力が過大または過小の場合は、磁石１１の位置を調整ねじ１４によって調整することで、磁気吸引力を変化させ、押付力を調整することができる。

押付力計測手段は一例としてひずみゲージ１２を用いているが、ロードセル等の別の手段でも良い。また、押付手段として押付ばねを使用してもよく、この場合も押付ばねの一端の位置を調整ねじによって調整しても良い。また、押付力調整手段は押付力を調整できるものであれば何でも良い。図７のように磁石１１を外容器５の外側に設けた場合は、外容器を貫通する必要が無いため、比較的簡易な構成で調整機構を設けることができる。

また、図７（ｂ）のように、常に所望の押付力に保つために制御器１６および調整ねじ１３を駆動する駆動装置１７と加え、押付力を制御しても良い。

また、コイル保持部材２の位置を計測し、駆動反力を受けた状態でコイル保持部材２の位置が変化するかどうかによって、押付力を調整しても良い。例えば、外容器５に対するコイル保持部材２の距離をギャップセンサ等で計測すると、押付力が不足している時は、コイル保持部材２が駆動反力を受けてその位置が変動する。よって、コイル保持部材２の位置が変動する場合には、コイル保持部材２が駆動反力を受けてその位置が変動しなくなるまで押付力を増やしていけば良い。

（実施例２）
図８に本発明に係る実施例２を示す。

図８において、コイル保持部材２内に固定保持される不図示のコイルは、不図示の冷却手段によって所望の温度まで冷却され、外容器５内に保持される。この図において、コイル保持部材２は１つの方向の剛性が、他の２つの方向の剛性よりも低い３個の板ばね１８によって支持されている。この３つの板ばねは、それぞれの板ばねの剛性の低い方向がその他の板ばねの剛性の低い方向に対して、実質的に１２０度の向きになるように等配置されている。

この構成においては、コイル保持部材２が低温に冷却され全体が熱収縮しても、その熱収縮を板ばね１８がそれぞれの剛性の低い方向に変形することで安全にかわすことができる。コイル保持部材２の熱収縮の中心位置である熱収縮規定点は例えば図８中のＱ点になる。熱収縮規定点とは物体が熱収縮するときの起点であり、この点は熱収縮によって位置が実質的に変動しない。この熱収縮規定点を中心として、この中心に向かって熱収縮が発生することになる。したがって、板ばね１８の剛性の低い方向をこの中心方向にすれば、熱収縮をかわしながらコイル保持部材２を支持することができる。この熱収縮規定点に再現性がある限り、この熱収縮規定点をコイルの位置基準として扱うことで、低温に冷却された後のコイルの位置を把握することができる。実際には、この板ばね１８の製造誤差、組み立て誤差で配置がずれる場合が考えられ、基準である熱収縮規定点Ｑ点が設計値に対してずれる場合がある。この場合には、組み立てして一度冷却した後、コイルの位置を計測等の手段によって取得しておけば、コイルの位置基準を得ることができる。コイルの位置再現性は、冷却速度や温度の冷却中の各部品の温度のばらつきによって変動する可能性もあるが、その再現性を確認しておき、再現性が得られる方法で冷却を行っても良い。

一方、図８のような１２０度等配の３つの板ばね１８は、外力に対する剛性が高いため、コイルの駆動反力に対する剛性を高く設定できる。よって、コイルの駆動反力が発生する場合でもコイル保持部材２の位置精度を高く保つことができる。

以上のように、１２０度等配置の３つの板ばね１８でコイル保持部材２を支持することで、コイル保持部材２の熱収縮による全体の変形をかわし、外力であるコイル駆動反力に対しては剛性を高く支持することができる。

ただし、板ばねの配置方法は、コイル保持部材２の熱収縮の中心（熱収縮規定点）に向かう方向の剛性が他の方向の剛性よりも低くなるようにされていれば、特に１２０度で配置する必要は無い。また、３個の板ばねで支持する必要もない。

（実施例３）
続いて、図９に本発明に係る実施例３を示す。

図９において、コイル１は冷却手段によって所望の温度まで冷却され、コイル保持部材２によって保持され、外容器５内に保持される。コイル保持部材２は第１方向である図中Ｘ方向および第２方向である図中Ｙ方向へ移動可能に支持する支持部材６ｚによって支持されている。さらに、第１方向である図中Ｘ方向の移動を制限する第１の制限部材６ｘ、第２方向である図中Ｙ方向の移動を制限する第２の制限部材６ｙを備えている。なお、第１制限部材６ｘは第２方向である図中Ｙ方向にコイル保持部材２を移動可能に支持し、第２制限部材６ｙは第１方向である図中Ｘ方向にコイル保持部材２を移動可能に支持している。さらに、コイル保持部材２を第１制限部材６ｘに押付ける第１押付手段である図中Ｘ方向の押付ばね７ｘ、第２の制限部材６ｙに押付ける第２押付手段である図中Ｙ方向の押付ばね７ｙを備えている。

ところで、外容器５の上壁は真空差圧を受けてコイル１側に大きく変形する。外容器５上壁が変形して低温に冷却されたコイル１またはコイル保持部材２に接触すると、接触部からコイル１に熱が伝わり、コイル１の温度上昇が発生する。また、逆に外容器５上壁からは熱が奪われるため外容器５の温度が低下し、可動ステージに熱伝達または輻射などで伝わると、可動ステージの熱変形等が生じ、位置決め精度に悪影響が生じる可能性がある。

このため、外容器５の上壁の差圧による変形を抑制するための、シャフト部材２０を設けている。シャフト部材２０は外容器５の上壁と下壁との間を接続し、コイル１の空心部を貫通するように配置される。略長円形のコイル１を平面方向に敷き詰めて多数並べ、コイルの長円方向が直交するように上下方向に２層に配置したコイル構成では、上層コイル１ａと下層コイル１ｂのコイル空心部が重なった領域に配置する必要がある。

このシャフト部材２０は常温の外容器と接続されているため、シャフト部材２０も基本的に常温である。一方、コイル１は低温に冷却されている。よって、シャフト部材２０も外容器５上壁と同様に、コイル１およびコイル保持部材２との接触は許されない。
ところで、露光装置における平面モータ型ステージでは、可動子を所望のストロークを駆動するために、固定子コイルのサイズは１０００ｍｍを超えるサイズになる場合がある。

このような大型の固定子コイルを低温に冷却すると、常温と比較するとコイル長手方向にミリオーダーで熱収縮する。具体的には常温（約３００Ｋ）から１００Ｋ以下の温度まで下げると、ステンレス、アルミ、銅、銀等の金属系の材料ではではおよそ０．３％程度、エポキシ樹脂等ではおよそ１．０％熱収縮する。１０００ｍｍの長さのものでは熱収縮を０．３％としても３ｍｍもの熱収縮が発生することになる。

このように大きな熱収縮が発生する場合には、シャフト部材２０とコイル１およびコイル保持部材２とを非接触に保つための隙間を大きく取る必要がある。コイル１の空心部寸法が小さい場合には、シャフト部材２０の径を細くすることが考えられるが、シャフト部材２０は真空差圧による圧縮力に対して座屈しないために必要な径の制約がある。

なお、コイル１およびコイル保持部材２が熱収縮する方向はその支持構成によって決定する。図９では、ＸＹ平面内の熱収縮規定点は、コイル保持部材２の制限部材６側のＸ側端面とＹ側端面との交点（図中Ｑ点）になる。熱収縮規定点とは物体が熱収縮するときの起点であり、この点は熱収縮によって位置が変動しない。この熱収縮規定点を中心とした放射方向に熱収縮が発生することになる。

そこで、図９の構成では、シャフト部材２０と上下層コイル１の空心部の中心位置とを常温で熱収縮する方向にずらして配置している。具体的には、シャフト部材２０をコイル保持部材２の熱収縮の規定点Ｑ点を中心とし、規定点から離れるにしたがって、コイル１の空心部の中心位置に対してシャフト部材２０の中心位置が規定点に近づく方向にずらして配置する。これにより、コイル１およびコイル保持部材２が大きく熱収縮してもシャフト部材２０の径を座屈しない大きさに保ったまま、コイル１およびコイル保持部材２とシャフト部材２０との干渉を防ぐことが可能になる。なお、コイル空心部の中央位置とは、上下層コイルの空心部領域の中心点を表現している。

こうすることで、コイル空心部の中心位置とシャフト部材２０の中心位置とを実質的に等しく配置する時よりも、コイル１およびコイル保持部材２が熱収縮する方向のシャフト部材２０との隙間を大きく設定できるようになる。そのため、許容できる熱収縮量を大きくとることができる。

図１０にコイル１とシャフト部材２０との熱収縮前後の位置関係を説明する模式図を示す。図１０（ａ＿１）はコイル１の空心部の中心位置とシャフト部材２０との中心位置とを常温で等しく配置したときの図である。この状態から例えば熱収縮規定点を図中Ｑの位置としてコイル１が低温に冷却されると、図１０（ａ＿２）に示すように、コイル１は△ｌだけ熱収縮する。熱収縮は熱収縮規定点Ｑから距離が離れている点が最も大きく、低温状態でもコイル１とシャフト部材２０とが非接触を保つためには、コイル空心部の寸法がｄ１だけ必要となる。

一方、図１０（ｂ＿１）はコイル１の空心部の中心位置とシャフト部材２０との中心位置とを常温で異なるように配置したときの図である。具体的には、コイル１が熱収縮する方向へ常温のシャフト部材２０をずらして配置している。この状態で、熱収縮規定点を図中Ｑの位置としてコイル１が低温に冷却されると、図１０（ｂ＿２）に示すように、コイル１は同じように△ｌだけ熱収縮する。ただし、常温でコイル１の空心部の中心位置とシャフト部材２０の中心位置をオフセットさせた効果により、低温状態でコイル１とシャフト部材２０とが非接触を保つためのコイル空心部の寸法ｄ２はｄ１よりも小さくすることができる。

逆に、コイル空心部寸法を一定と固定した場合は、中心位置をずらすことでシャフト部材２０の径を大きくすることができる。

次に、図１１のように常温の外容器５とコイル１およびコイル保持部材２との間の輻射による熱交換を抑制するための輻射シールド２１を設けた場合を説明する。輻射シールド２１は、外容器５とコイル１およびコイル保持部材２との間の板状の部材２１ａと、変形防止シャフト２０とコイル１およびコイル保持部材２との間の略パイプ状部材２１ｂからなる。

常温の外容器５からコイル１およびコイル保持部材２への輻射熱抑制は、輻射シールド２１の温度をコイル１およびコイル保持部材２の温度に近づけた方が効果が高い。よって、輻射シールド２１も低温に冷却される。この時、輻射シールド２１にも熱収縮が発生する。

輻射シールド２１も、輻射シールドを支持する部材によってある熱収縮規定点を中心に放射方向に熱収縮する。図１１では輻射シールド２１はコイル保持部材２と同様に、制限部材６ｘｘ、６ｙｙ（不図示）、６ｚｚおよび押付ばね７ｘｘ、７ｙｙ（不図示）、７ｚｚによって押付突き当て支持されている。よって、輻射シールド２１の熱収縮規定点も突き当て部材側のＸ側端面とＹ側端面との交点（図中Ｒ点）となり、この位置（Ｒ）を中心に放射方向に熱収縮する。

この場合、位置変動しない変形防止部材に対して、低温に冷却される輻射シールド２１とコイル１およびコイル保持部材２それぞれとの干渉を防止する必要がある。輻射シールド２１が変形防止シャフト２０に接触した場合には、変形防止シャフト２０から輻射シールド２１に熱が伝わって温度上昇が起こり、所望の熱シールド効果が発揮できない可能性がある。

よって、変形防止シャフト２０の中心位置と、輻射シールド２１の略パイプ状部材２１ｂの中心位置とを熱収縮方向にずらして配置することで、輻射シールド２１と変形防止シャフト２０とが干渉しない熱収縮の許容量を大きくとることができる。

また、輻射シールド２１とコイル１およびコイル保持部材２とは、材質が異なったり温度が異なったりするため、熱収縮量がそれぞれ異なる場合がある。この場合には、輻射シールド２１の略パイプ状部材２１ｂの中心位置と、コイル空心部の中心位置をずらして配置することで、それぞれを非接触に保てる。

全体が常温の状態でもコイルおよびコイル保持部材が冷却された状態でも、それぞれが非接触を保てるようにそれぞれの中心をずらす量を適宜決定すれば良い。

（実施例４）
以下、本発明の駆動装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置本体５０５は図１３に示すように、照明装置５０１、レチクルを搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、ウエハを搭載したウエハステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

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

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

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

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

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

（実施例５）
次に、図１４及び図１５を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが作製され、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１５は、ステップＳ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

本実施例１の形態を表す図 本実施例１の別形態を表す図 本実施例１の別形態を表す図 押付手段にベローズを用いた図 冷凍機を用いた図 押付手段に磁力を用いた図 押付力計測手段および押付力制御手段を用いた形態を表す図 本実施例２の形態を表す図 本実施例３の形態を表す図 本実施例３の状態を表す図 本実施例３の別形態を表す図 本駆動装置を用いた平面モータステージを表す図 露光装置を説明するための図 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのをフローチャートである。 図１４に示すフローチャートのステップＳ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来の平面モータ型ステージを表す図 従来のコイル支持形態を表す図

符号の説明

１ コイル
２ コイル保持部材
３ 冷媒入口
４ 冷媒出口
５ 外容器
６ｘ 第１の制限部材
６ｙ 第２の制限部材
６ｚ 支持部材
７ 押付ばね
８ ベローズ
９ 冷凍機
１０ 磁性体
１１ 磁石
１２ ひずみゲージ
１３ フィードスルー
１４ 調整ねじ
１５ 計測器
１６ 制御器
１７ 駆動装置
１８ 板ばね
２０ シャフト部材
２１ 輻射シールド
２２ 可動子
２３ 可動子磁石

Claims (16)

1. 可動子と固定子とを有する駆動装置であって、
   前記固定子は、コイルと、
   前記コイルを保持するコイル保持部材と、
   前記コイルを冷却する冷却手段と、
   前記コイル保持部材を第１方向と第２方向とへ移動可能に支持する支持部材と、
   前記コイル保持部材の前記第１方向への移動を制限し前記第２方向への移動を可能にする制限部材と、
   前記コイル保持部材を前記制限部材に押付ける押付手段とを備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記制限部材は第１制限部材であり、
   前記押付手段は第１押付手段であり、
   前記コイル保持部材の前記第２方向への移動を制限し前記第１方向への移動を可能にする第２制限部材と、
   前記コイル保持部材を前記第２制限部材に押付ける第２押付手段とを備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 可動子と固定子とを有する駆動装置であって、
   前記固定子は、コイルと、
   前記コイルを保持するコイル保持部材と、
   前記コイルを冷却する冷却手段と、
   前記コイル保持部材を支持する第１方向の剛性が他の方向の剛性よりも低い板ばねと、
   前記コイル保持部材の前記第１方向への移動を制限し第２方向への移動を可能にする制限部材と、
   前記コイル保持部材を前記制限部材に押付ける押付手段とを備え、
   前記板ばねは、前記コイル保持部材のうち前記制限部材と接する面と反対側の面に設けられることを特徴とする駆動装置。
4. 前記コイルは複数であり、
   前記第１方向と前記第２方向とに配列されていることを特徴とする請求項２または３に記載の駆動装置。
5. 前記押付手段は、前記可動子が駆動した際に前記コイルが受ける駆動反力よりも強い力で前記コイル保持部材を押付けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記コイルと前記コイル保持手段とを内包する容器とを備え、
   前記容器は、その内部を真空状態に維持可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記押付手段は、ばね部材、電磁アクチュエータ、磁石のうちのいずれかを用いていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 前記押付手段は、ばね部材であり、
   前記ばね部材は、前記コイル保持部材のうち前記制限部材と接する面に設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置。
9. 前記押付手段はベローズであり、
   前記ベローズは、前記容器と前記コイル保持部材とを接続し前記コイル保持部材が前記制限部材と接する面の反対側に配置され、
   真空差圧によって前記ベローズを前記コイル保持部材に押し当てることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
10. 前記冷却手段は、冷凍機を前記コイル保持部材に接続することによりコイルを冷却するものであって、
    前記押付手段は、前記冷凍機を前記容器にベローズを介して固定され、かつ、前記コイル保持部材が前記制限部材と接する面の反対側に配置され、前記冷凍機が受ける真空差圧を用いることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
11. 前記容器は、前記容器の内部が真空状態であることによって起こる変形を防止するシャフト部材を有し、
    前記シャフト部材は、前記コイルの空心部を貫通するように設けられ、
    さらに前記シャフト部材は、前記コイル保持部材の熱収縮の規定点を中心として前記規定点から離れるにしたがって、前記コイル空心部の中心位置に対してシャフト部材の中心位置が規定点に近づく方向にずらして配置されることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の駆動装置。
12. 可動子と固定子とを有する駆動装置であって、
    前記固定子は、コイルと、
    前記コイルを保持するコイル保持部材と、
    前記コイルを冷却する冷却手段と、
    前記コイル保持部材を支持する板ばねを備え、
    前記板ばねは、前記コイル保持部材の熱収縮の中心に向かう方向の剛性が他の方向の剛性よりも低いことを特徴とする駆動装置。
13. 前記コイルは超電導材料を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の駆動装置。
14. 前記押付手段は、前記冷却手段によって前記コイルを冷却している間は、前記コイル保持部材を前記制限部材に押付けることを特徴とする駆動装置。
15. レチクルまたはウエハを搭載するステージに請求項１〜１４に記載の駆動装置を用いた露光装置。
16. 請求項１５の露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
    前記ウエハを現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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