JPH1187810A - 磁気軸受け支持ファンを有するエキシマレーザ - Google Patents

磁気軸受け支持ファンを有するエキシマレーザ

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JPH1187810A
JPH1187810A JP10197140A JP19714098A JPH1187810A JP H1187810 A JPH1187810 A JP H1187810A JP 10197140 A JP10197140 A JP 10197140A JP 19714098 A JP19714098 A JP 19714098A JP H1187810 A JPH1187810 A JP H1187810A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高繰り返し数電気放電ガスレーザを提供する
ことにある。 【解決手段】 レーザガス及びレーザガスを循環させる
ためのファン（４６）を収容したレーザキャビティを有
する電気放電ガスレーザを提供する。ファンは能動磁気
軸受け装置（２０、２２）で支持され、ブラシレス直流
モータで駆動され、モータのロータ（１３４）及び少な
くとも２つの軸受けのロータ（２８）がレーザキャビテ
ィのガス環境内で密封され、モータのステータ（１４
０）及び軸受け磁石のコイルがガス環境の外側に置かれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明はレーザに関し、特に、高
繰り返し数の電気放電ガスレーザに関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする問題】
電気放電ガスレーザ 電気放電ガスレーザは周知であり、レーザが１９６０年
代に発明されたずっと後になってから利用されてきた。
２つの電極間の高電圧放電がガス利得媒体を刺激する励
起する。利得媒体を収容する共鳴空洞は光の誘導増幅を
可能にし、次いで、この光は共鳴空洞からレーザビーム
き形態で抽出される。これらの電気放電ガスレーザは連
続モード又はパルスモードで作動される。 エキシマレーザ エキシマレーザは特殊なタイプの電気ガス放電レーザで
あり、１９７０年代中頃から知られてきた。集積回路の
リトグラフィーに有用なカキシマレーザの説明が「コン
パクトなエキシマレーザ」と題して１９９１年６月１１
日に付与された米国特許第５，０２３，８８４号になさ
れている。この特許は本出願人に譲渡されており、この
特許をここに援用する。米国特許第５，０２３，８８４
号に記載されたエキシマレーザは高繰り返し数パルスレ
ーザである。レーザ１０の主な要素を米国特許第５，０
２３，８８４号の図１に相当する図１に示す。放電２２
は約５／８インチだけ間隔を隔てた二本の長い（約２３
インチ）電極１８と２０との間である。記載されたサー
ザと同様に、先行技術のレーザの繰り返し数は典型的に
は、毎秒約１００乃至１０００パルスの範囲内である。
これらの高繰り返し数レーザは通常は、各パルス間で電
極間の領域のガスを置き替えるガス循環装置を備える。
上記のレーザでは、これは、図１及び米国特許第５，０
２３，８８４号の図７に相当する図２に示すヨウニ、ブ
レード４８を有する長いかご形ファン４６でなされる。
ファンは電極１８及び２０よりも僅かに長く、そして、
１００乃至１０００Ｈｚのパルス数で、電極間のガスを
パルス間で一掃するように十分な循環を行う。ファン４
６のシャフト１３０は米国特許第５，０２３，８８４号
の図９である図３に示すように、２つの軸受け１３２で
支持される。レーザに使用されるガスは極めて反応性で
あるフッ素を含有する。ファンシャフト１３０を駆動す
るファンロータは、ハウジング構造部材２、１２と１４
によって作られる同じ環境系統内で、米国特許第５，０
２３，８８４号の第９欄第４５行に説明されているよう
に密封部材１３６によって、密封され、モータステータ
１４０は密封部材１３６の外側であり、かくして、フッ
素ガスの腐食作用から保護される。しかしながら、軸受
け１３２は、軸受けに使用されるどんな潤滑の場合に
も、チャンバーガスの腐食作用を受ける。加えて、軸受
けの潤滑はカスを汚染することがある。
【０００３】磁気軸受け 能動磁気軸受けが多年良く知られてきた。かかる装置は
１９３８年ごろ作られ、今日、多くの工業応用に使用さ
れている。これらの軸受けの周知の利点は長寿命、少な
い保守、小さい軸受けロスを含み、潤滑を必要としない
ために汚染源を除去する。代表的な先行技術の能動ラジ
アル軸受けが図４に記載されている。センサー２は軟鉄
のロータ４の位置を感知し、信号をコントローラ６に送
り、コントローラは、ロータ４を所望位置でバランスさ
せるのに必要とされる正確な磁界を生じさせるために、
電力増幅器１０で電磁石８の電流を制御する。米国特許
第５，０２３，８８４号に記載されているタイプのエキ
シマレーザを含むガス放電レーザのパルス繰り返しを増
す必要があり、またそれに対応してより高いファン速度
の必要がある。これはファンシャフト軸受けの荷重を増
大させ、より良い軸受け及びもっと強力なファンモータ
を必要とする。また、高繰り返し数ガス放電レーザの汚
染源を減らす必要がある。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】本発明はレーザガス及
びレーザガスを循環させるためのファンを収容したレー
ザキャビティを有する電気放電ガスレーザを提供する。
ファンは能動磁気軸受け装置で支持され、ブラシレス直
流モータで駆動され、モータのロータ及び少なくとも２
つの軸受けのロータがレーザキャビティのガス環境内で
密封され、モータのステータ及び軸受け磁石のコイルが
ガス環境の外側に置かれる。
【０００５】
【発明の実施形態】本発明の好ましい実施形態を図面を
参照して説明することができる。図５は本発明の好まし
い実施形態の重要な特徴を示す図である。この図は米国
特許第５，０２３，８８４号に詳細に記載されたタイプ
のエキシマレーザーのガス循環用ファン装置を示す。こ
のガスはフッ素、緩衝ガス、ネオン、及びクリプトンか
アルゴンのいずれでも良い貴ガスからなる。先行技術の
ユニットにおけるように、ロータ１３４がシャフト１３
０の端に位置し、ロータ１３４はシャフト１３０を駆動
し、それによって、２６インチファン４６を駆動し、フ
ァンの中央部分は図５では切除されている。一連の捲線
であるステータ１４０がロータ１３４の端及び密封部材
１３６を囲んでいる。ステータ１４０及びロータ１３４
は一緒になって ブラシレスＤＣモータを形成し、
該モータは基本的には普通の方法で作動する。普通のブ
ラシレスＤＣモータとこのモータとの間の主要な違い
は、ロータをステータ１４０に対して密封するようにス
テータとロータとの間に置かれた密封部材１３６の使用
である。この構成により、ＤＣモータが米国特許第５，
０２３，８８４号に記載されたと同じ方法で回転シール
の使用なしにファン４６を駆動させる。モータはまた米
国特許第５，０２３，８８４号に説明されているよう
に、回路板１４２、電力入力接続部１４４、及びホール
検出器１４６を含む。
【０００６】本発明のこの実施形態はファン４６のシャ
フト１３０の各端を支持する２つのラジアル磁気軸受け
２０及び２２を含む。シャフト１３０の軸線方向位置決
めはスラスト軸受け装置２４によってなされる。ラジア
ル磁気軸受け２０、２２は各々４つの電磁石２６（その
内の２つを図５に示す）。好ましくは、電磁石は４５
゛、１３５゛、２２５゛及び３１５゛の半径方向位置に
位置決めされる。ロータ２８及びステータ要素は積層軟
鉄で作られている。事実、電磁石は上記のブラシレスＤ
Ｃモータと大変似ている。しかしながら、電磁石の機能
はファンシャフトを回転させるのではなくファンシャフ
トをその適切な半径方向位置に保持することにある。電
磁石は好ましくは一定なバイアス電流（動的制御力を生
じさせるために制御電流によって対象的に動揺される最
大電流の約半分）で賦勢される。一定なバイアス電流は
軸受けによって発生される磁力を線形化にする。電磁石
と整列した９０゛隔たった半径方向位置センサー３２は
周知技術に従って電磁石に対する電流を制御する制御ユ
ニット（図示せず）に位置の情報を与える。スラスト軸
受け装置２４はシャフト１３０に軸線方向安定性を与え
る。この実施形態のスラスト軸受けは２つのコイルから
なり、その各々は軸線方向位置センサー３４によって制
御ユニット（図示せず）に与えられた位置の情報に基づ
いて軟鉄タブユニット３０に引力を付与する。
【０００７】ファンシャフト１３０の両端のロータキャ
ビティは密封部材１３６、、３６、及びＯーリング１３
８によって密封される。かくして、モータユニット１４
０の捲線及び軸受け２０、２２、及び２４内の電磁石は
レーザチャンバー内の腐食性フッ素ガスから保護され
る。この好ましい実施形態では、ファンは長さ２．３イ
ンチの９つの等しい円筒形（中空の）セグメントで作ら
れた２６インチ長さの単体軸流ファンである。各セグメ
ントは外径３．７５インチ、内径２．７５インチの２つ
のリング／フランジで作られる。これらのリング間に３
６０°のまわりに２３個のベーン／ブレードが位置す
る。ベーンは長さ２．３インチ、幅（湾曲した）０．５
インチ、厚さ０．０３インチである。ファンはアルミニ
ウム合金で作られ、１．５Ｉｂｓの重量を有している。
他を参酌して最終的な重量は２．０Ｉｂｓまで行くかも
しれない。ファンの好ましい速度は３３００ＲＰＭ乃至
５０００ＲＰＭである。
【０００８】ファンは約６０℃の温度で約０．１％のフ
ッ素含有量を有するレーザガス環境内で３３００ＲＰＭ
乃至５０００ＲＰＭの速度で作動する。これらの軸受け
で、発明者は、９５％の信頼レベルをもって少なくとも
３０，０００時間の故障のない運転及び９９％の信頼レ
ベルをもって１０，０００時間の運転を期待する。先行
技術の玉軸受けて支持されたファンと比較して本発明発
明は多くの利点を有する。軸受けの寿命が相当に増す。
ロータ位置の磁石軸受けの有効制御は振動を実質的に除
去する。潤滑汚染問題が除去される。ファンの入念な平
衡の必要性が回避される。先行技術のブロワーは典型的
には、３８００ＲＰＭのような一定速度で作動する。本
発明は５０００ＲＰＭ又はそれ以上の速度で作動する。
好ましい作動モードでは、速度、例えば、４０００ＲＰ
Ｍ乃至５０００ＲＰＭが、チャンバーガスの混合をより
良くするために、連続的に又は周期的に自動的に循環さ
れる。ファン速度の自動循環はまた長いファンに起こる
振動を回避するのにも利用される。
【０００９】必要ならば、ファンの速度を戦略的に置か
れたセンサーによってコントローラに送られた情報から
制御することができる。これは、回転しているファン部
品がチャンバー内の他の構成要素の部品に近づき過ぎる
ようになる時に有用である。ファンの速度を制御し及び
又は変えるのには他の多くの理由があるけれども、音波
及び又は衝撃波の影響を減じ及び又は制御する理由はレ
ーザ操作において著しく重要なものである。本発明を現
在のところ好ましいと考えられるものと関連して説明し
たけれども、本発明墓維持した実施形態に限られない
が、反対に、特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれ
る種々の修正及び均等物を含むことを理解すべきであ
る。例えば、能動ラジアル磁気軸受けのたった１つの例
を示した。多くの代替磁気軸受けの設計が良く知られて
おり、ここに開示した概念を使用してガス放電レーザに
適用することができる。例えば、スラスト軸受けの必要
性を除去する軸線方向制御をも行うラジアル軸受けが利
用できる。従って、この分野の通常の知識を有する者
は、請求の範囲内にかかるあらゆる均等物が含まれるこ
とを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のレーザ装置を示す。
【図２】図１のレーザ内のかご形ファンの位置を示す。
【図３】ファンを駆動するためのブラシレス直流モータ
を示す。
【図４】先行技術の能動ラジアル磁気軸受け装置の機能
を示す。
【図５】本発明の好ましい実施形態の図である。
【符号の説明】 ２０ ラジアル磁気軸受け ２２ ラジアル磁気軸受け ２４ スラスト軸受け装置 ２６ 電磁石 ２８ ロータ ３４ 軸線方向位置センサー ３６ 密封部材 ４６ ファン １３０ シャフト １３４ ロータ １３６ 密封部材 １４０ ステータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード シー ウイザドウスキー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92128−4451 サン ディエゴ グラニー ト クリーク ロード 13420 (72)発明者 パラシュ ピー ダス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92084 ヴィスタ パセオ デ アンザ 2029 (72)発明者 ドナルド ジー ラーソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92024−4831 エンシニタス オルメーダ ストリート 1664

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ａ． 内部レーザキャビティを形成する
    壁を有するハウジング構造、 Ｂ． レーザキャビティ内に位置した、レーザ作用の可
    能なガス、 Ｃ． レーザキャビティ内に位置し、間に電気放電領域
    を形成する一対の間隔を隔てた細長い電極、前記電気放
    電領域は、該放電領域内なのガスを、電極間の電気放電
    に従ってレーザ作用まで励起し、 Ｄ． レーザキャビティ内に位置したシャフトを有し、
    ガスを放電領域を通して循環させるためのファン、 Ｅ． ステータと、ファンに回転を与えるためのロータ
    とを有するブラシレス直流モータ、 Ｆ． 各々、ステータと、モータと、位置センサーとを
    有し、半径方向支持を前記シャフトに与えるための、少
    なくとも２つ磁気軸受け、 Ｇ． 前記モータのロータ及び前記少なくとも２つの磁
    気軸受けは各々前記軸に直接又は間接的に連結され、 Ｈ． 前記ロータと前記ステータとの間に介在され、前
    記ロータを包囲する少なくとも１つの密封部材、前記密
    封部材は、前記ロータをガス環境内に効果的に密封さ
    せ、ロータをガス環境の外に置くためにハウジング構造
    に対して密封する、電気放電ガスレーザ。
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