KR100639808B1 - 방전 펌프 엑시머레이저장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저용기내의 레이저가스의 열화가 적고, 자기베어링이나 모터에 먼지가 유입하는 일 없고, 또한 레이저가스에 접하는 부분의 손상이 적고, 수명이 긴 방전 펌프 엑시머레이저장치를 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명의 방전 펌프 엑시머레이저장치는 레이저가스를 봉입하고, 한 쌍의 주방전 전극을 수납한 레이저용기의 양측에 연달아 접속한 하우징과, 하우징내에 수용한 자기베어링에 양쪽 끝부를 회전자유롭게 지지된 레이저가스흐름을 만들어내는 관류팬과, 하우징에 수용되어 관류팬을 회전구동하는 모터와, 자기베어링 및 모터의 로우터측과 스테이터측 사이의 간극을 통하여 하우징의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 레이저용기의 내부와 연통하는 레이저가스유로와, 레이저용기의 내부로부터 연장 돌출하여 하우징의 끝부에서 레이저가스와 연통하는 레이저가스도입로와, 레이저가스도입로내에 설치된 필터를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

방전 펌프 엑시머레이저장치{DISCHARGE PUMPED EXCIMER LASER DEVICE}

본 발명은 방전 펌프 엑시머레이저장치에 관한 것으로, 특히 한 쌍의 주방전 전극의 사이에 고속의 레이저가스흐름을 만들어내는 관류(貫流)팬을 자기베어링으로 회전자유롭게 지지한 방전 펌프 엑시머레이저장치에 관한 것이다.

도 9는 종래의 이와 같은 방전 펌프 엑시머레이저장치의 개략구조를 나타내는 단면도이다. 종래의 방전 펌프 엑시머레이저장치에서는 도 9에 나타내는 바와 같이 레이저가스가 봉입된 레이저용기(101)의 내부에 레이저가스를 예비전리하는 예비전리전극(도시 생략)과, 레이저광의 발진을 가능하게 하는 방전을 얻기 위한 한 쌍의 주방전 전극(102, 102)이 설치되어 있다. 또한 레이저용기(101)의 내부에는 한 쌍의 주방전 전극(102, 102)의 사이에 고속의 가스흐름을 만들어 내기 위한 관류팬(103)이 설치되어 있다.

관류팬(103)은 양쪽 끝부로부터 돌출하는 회전축(104)을 가지고 있고, 이 회전축(104)은 레이저용기(101)의 양측에 구비된 베어링(106, 106)으로 회전 자유롭게 지지되어 있다. 또 레이저용기(101)에는 레이저용기(101)내의 레이저광을 인출하기 위한 창(105, 105)과, 레이저용기(101)내의 레이저가스중의 먼지를 제거하기 위한 더스트필터(도시 생략)가 구비되어 있다.

관류팬(103)을 회전 자유롭게 지지하는 베어링(106, 106)의 윤활제로서는 통상 불소계의 그리스가 사용되고 있다. 불소계의 그리스는 방전 펌프 엑시머레이저장치에서 사용되는 불소계 등의 부식성 가스에 대하여 열화가 가장 적다고 되어 있다. 그러나 불소계의 그리스는 레이저가스 중으로 확산되고 방전에 의해 발생하는 광과 레이저가스 중에 포함되는 불소와의 광화학반응에 의해 CF 등의 불순물을 발생시켜 레이저가스를 열화시켜 버린다는 문제점이 있다.

이에 대하여 고체윤활 피막을 베어링의 구성부품에 실시함으로써 그리스를 불필요화한 것이 제안되고 있다. 그러나 고체윤활은 그리스윤활에 비하여 베어링 내부의 마찰이 커진다고 지적되고 있다. 또 고체윤활 피막은 두께가 1㎛ 이하의 오더이기 때문에 레이저용기내의 방전에 의해 발생한 서브-미크론정도의 금속먼지가 베어링내로 혼입하면 고체윤활 피막이 벗겨지는 원인이 되는 것으로 되어 있다.

또한 베어링보호를 목적으로 먼지를 제거한 레이저가스를 관류팬과 베어링의 사이로 적극적으로 도입하는 방법이 제안되고 있다. 또 유지기를 윤활성이 우수한 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)재로 구성하는 것도 제안되고 있다. 그러나 결국은 불소계 재질을 사용하고 있기 때문에 깍인 먼지가 레이저용기내로 확산되어 버린다는 문제가 있다.

또한, 방전 펌프 엑시머레이저장치는 레이저가스에 대하여 반응성이 높은 할로겐가스를 사용하므로 레이저용기내는 할로겐에 대하여 내식성(resistant to corrosion)이 높은 Ni나 Ni 도금을 실시한 금속재료가 많이 사용되고 있다. 그러나 레이저발진 시에는 방전전극 사이의 방전으로 레이저가스를 여기하기 때문에 레이저용기내의 Ni나 Ni 도금을 실시한 금속재료가 스퍼터되어 레이저가스 중에 Ni 분말이나 할로겐가스와 화학반응한 Ni 분말이 발생한다.

이 Ni 분말은 강자성체이기 때문에 베어링으로서 비접촉형의 자기베어링을 사용하고, 또 모터를 내장하면 Ni 분말이 자기베어링이나 모터의 자성재 표면에 부착되어 퇴적하여 관류팬의 회전을 저해한다는 문제가 있었다. 이 대책으로서 종래는 로우터와 스테이터 사이의 클리어런스를 될 수 있는 한 크게 함으로써 자기베어링이나 모터의 자성재 표면에 먼지가 부착되더라도 회전이 저해되지 않도록 하고 있었다.

그러나 상기한 바와 같이 자기베어링이나 모터에 대한 먼지부착량을 크게 할 수록 로우터와 스테이터 사이의 클리어런스를 크게 할 필요가 있기 때문에 자기베어링의 제어력이 작아지는 단점이 있었다. 일반적으로 자기베어링의 제어력은 클리어런스의 2제곱에 비례하여 저하하므로 클리어런스를 2배로 하고, 또한 제어력을 유지하기 위해서는 전자석 표면적을 4배, 또는 전자석코일의 감김수를 4배, 또는 코일제어전류를 2배로 강화한 자기베어링이 필요하게 된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 레이저용기내의 레이저가스의 열화가 적고, 자기베어링이나 모터에 먼지가 유입하지 않으며, 또한 레이저가스에 접촉하는 부분의 손상이 적고 수명이 긴 방전 펌프 엑시머레이저장치를 제공하는 것을 제 1 과제로 한다.

또 자기베어링이나 모터에 대한 먼지의 혼입을 방지할 수 있어 장기간 연속운전이 가능한 방전 펌프 엑시머레이저장치를 제공하는 것을 제 2 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 청구항 1에 기재된 발명은, 레이저가스를 봉입하여 레이저광의 발진을 가능하게 하는 방전을 얻기 위한 적어도 한 쌍의 주방전 전극을 수납한 레이저용기와, 자기베어링으로 양쪽 끝부를 회전 자유롭게 지지되고, 상기 적어도 한 쌍의 주방전 전극 사이에 고속의 레이저가스흐름을 만들어 내는 관류팬와, 상기 관류팬을 회전구동하는 모터와, 상기 자기베어링 및 모터의 로우터측과 스테이터측 사이의 간극을 통하여 연장되어 상기 레이저용기의 내부와 연통하는 레이저가스유로와, 상기 레이저용기의 내부로부터 연장 돌출하여 상기 레이저가스유로와 연통하는 레이저가스도입로와, 상기 레이저가스도입로내에 설치된 필터를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 레이저용기내의 레이저가스가 레이저가스도입로로부터 레이저가스유로를 차례로 흘러 레이저용기내로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 생겨 이 레이저가스유로를 흐를 때에 관류팬을 회전 자유롭게 지지하는 자기베어링의 스테이터측과 로우터측과의 간극 및 관류팬을 회전구동하는 모터의 스테이터측과 로우터측과의 사이의 간극을 레이저가스가 흘러 이들 간극이 레이저가스로 치환된다. 이에 의하여 장치시동 시의 불순물제거의 작업시간을 단축함과 동시에 먼지가 없게 유지할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 방전 펌프 엑시머레이저장치에 있어서 상기 자기베어링 및 모터는 상기 레이저용기의 양측에 연달아 접속된 하우징내에 수납되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 레이저용기와 하우징를 별개로 함으로써 메인티넌스나 조립의 편의를 도모할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 방전 펌프 엑시머레이저장치에 있어서, 상기 레이저가스유로는 상기 하우징의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 이 하우징의 끝면에서 상기 레이저가스도입로와 연통하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 레이저가스유로에 그 전체 길이에 걸친 일 방향의 레이저가스의 흐름을 발생시켜 레이저가스통로내에 레이저가스가 고이는 것을 방지할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1, 2 또는 3에 기재된 방전 펌프 엑시머레이저장치에 있어서, 상기 자기베어링과 상기 모터의 상기 레이저가스유로에 면하는 부분은 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 재료로 구성하거나 또는 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 재료제의 캔으로 덮여져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 자기베어링과 모터의 상기 레이저가스유로에 면하는 부분은 레이저가스에 대하여 내식성이 우수한 재료로 구성하거나 또는 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 재료제의 캔으로 덮여지므로 자기베어링이나 모터의 내식성이 향상된다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 방전 펌프 엑시머레이저장치에 있어서 상기 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 재료는 퍼멀로이, 오스테나이트계 스테인레스강, 니켈 - 구리합금, 니켈 - 크롬합금 또는 니켈 - 크롬 - 몰리브덴합금인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 예를 들면 모터의 스테이터측과 로우터측 및 자기베어링의 스테이터측을 오스테나이트계 스테인레스강제 등의 캔으로 덮고, 자기베어링의 로우터측을 PC 퍼멀로이의 무구재(無垢材)로 구성함으로써 자기베어링 및 모터의 긴 수명화, 성능이나 효율의 향상, 소형화가 도모된다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1, 2, 3, 4 또는 5에 기재된 방전 펌프 엑시머레이저장치에 있어서 상기 레이저가스도입로내에 차압발생기구가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 레이저가스도입로내에 차압발생기구를 설치함으로써, 레이저가스도입로로부터 레이저가스유로를 통하여 레이저용기로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 확실하게 얻어진다. 그 결과 자기베어링 및 모터에 대한 먼지의 유입을 방지할 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1, 2, 3, 4 또는 5에 기재된 방전 펌프 엑시머레이저장치에 있어서, 상기 레이저가스유로내에 차압발생기구가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 레이저가스유로내에 차압발생기구를 설치함으로써, 레이저가스도입로로부터 레이저가스유로를 통하여 레이저용기로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 확실하게 얻어지고, 아울러 레이저용기의 양측에 연결한 하우징내로의 먼지의 유입을 방지할 수 있다. 그 결과, 자기베어링 및 모터로의 먼지의 유입을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치의 전체구조를 나타내는 단면도,

도 2는 도 1에 나타내는 방전 펌프 엑시머레이저장치의 베어링 하우징부의 상세를 나타내는 단면도,

도 3은 도 1에 나타내는 방전 펌프 엑시머레이저장치의 모터 하우징부의 상세를 나타내는 단면도,

도 4a 및 도 4b는 도 1에 나타내는 방전 펌프 엑시머레이저장치의 관류팬의 측판의 형상을 나타내는 도,

도 5는 퍼멀로이의 불소에 대한 내부식성 시험의 결과를 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치의 전체구조를 나타내는 단면도,

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치의 전체구조를 나타내는 단면도,

도 8은 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치의 전체구조를 나타내는 단면도,

도 9는 종래의 방전 펌프 엑시머레이저장치의 구조예를 나타내는 단면도이다.

다음에 본 발명의 실시형태를 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치를 나타내는 도면으로, 도 1은 전체구조를 나타내는 단면도, 도 2는 베어링 하우징부의 상세를 나타내는 단면도, 도 3은 모터 하우징부의 상세를 나타내는 단면도, 도 4는 관류팬의 측판의 형상을 나타내는 도면이다.

도 1에 있어서 1은 레이저용기이고, 이 레이저용기(1)의 내부에 레이저가스를 예비전리하는 예비전리전극(도시 생략)과, 레이저광의 발진을 가능하게 하는 방전을 얻기 위한 한 쌍의 주방전 전극(2, 2)이 배치되어 있다. 또한 레이저용기 (1)내에는 한 쌍의 주방전 전극(2, 2)의 사이에 고속의 가스흐름을 만들어 내는 관류팬(3)이 배치되어 있다. 또한 주방전 전극은 복수쌍이어도 좋다.

레이저광의 발진은 한 쌍의 주방전 전극(2, 2)의 사이에 고전압을 인가함으로써 레이저여기방전이 행하여져 얻어진다. 발생한 레이저광은 레이저용기(1)의 측벽에 설치된 창(5, 5)을 경유하여 레이저용기(1)의 외부로 인출된다. 레이저여기방전이 행하여지면 한 쌍의 주방전 전극(2, 2)의 사이에 있는 레이저가스는 열화에 의해 방전특성이 나빠져 반복하여 발진을 행할 수 없게 된다. 이 때문에 관류팬(3)을 회전시켜 레이저용기(1)내의 레이저가스를 순환시키고 방전마다 한 쌍의 주방전 전극(2, 2) 사이의 레이저가스를 교체함으로써, 안정된 반복발진을 행하고 있다.

여기서 한 쌍의 주방전 전극(2, 2) 사이의 거리는 예를 들면 약 20 mm, 전체 길이는 약 600 mm 이다. 또 반복 발진수는 1초 사이에 수천회이다. 관류팬(3)의 전체 길이는 한 쌍의 주방전 전극(2, 2)의 전체 길이에 걸쳐 균일한 풍속을 얻기 위하여 주방전 전극(2, 2)의 길이보다 약간 길게 되어 있다. 이 관류팬(3)을 2500 내지 3500

의 회전속도로 회전시켜 한 쌍의 주방전 전극(2, 2) 사이에 필요 충분한 가스흐름을 얻고 있다. 덧붙여 말하면 본 발명의 실시예에서는 자기베어링에 의해 로우터를 비접촉으로 지지하고 있기 때문에 베어링성능에 의한 회전수의 상한은 수만회전 이상이다. 따라서 고속타입의 팬도 가능하다.

관류팬(3)은 내부를 관통하여 양쪽 끝부로부터 돌출하는 회전축(4)을 가지고 있다. 이 회전축(4)은 레이저용기(1)의 양측에 설치된 베어링 하우징(6)과 모터 하우징(7)에 수용된 레이디얼 자기베어링(8, 9, 10) 및 액셜 자기베어링(11)에 의해 비접촉상태로 회전 자유롭게 지지되어 있다. 그리고 모터 하우징(7)내에는 관류팬(3)의 회전축(4)에 회전동력을 주는 모터(12)가 수용되어 있다.

베어링 하우징(6)과 모터 하우징(7)의 내부에는 레이디얼 자기베어링(8, 9, 10)이 작동하지 않을 때에 관류팬(3)의 회전축(4)을 지지하는 보호용 베어링(13, 14, 15)이 설치되어 있다.

베어링 하우징(6) 및 모터 하우징(7)의 내부의 레이저용기(1)측에는 회전축 (4)과 일체로 회전하여 차압을 발생시키는 차압발생기구로서의 나사홈 래버린스(labyrinth)(16, 17)가 설치되어 있다. 또한 이 예에서는 나사형 회전래버린스시일(16)의 나사홈을 관류팬(3)의 회전축(4)측에 설치하고 있으나, 나사홈을 베어링 하우징(6)측 및 모터 하우징(7)측에 설치하여도 좋음은 물론이다.

또 레이저용기(1)에는 가스유출구(18)가 설치되어 있고, 이 가스유출구(18)와 베어링 하우징(6)의 끝부에 설치된 가스도입구(6e) 및 모터 하우징(7)의 끝부에 설치된 가스도입구(7c)는 레이저가스도입실(19) 및 가스유입관(21, 21)을 거쳐 접속되어 레이저가스도입로(60)가 형성되어 있다. 레이저가스도입실(19)의 내부에는 먼지제거필터(20, 20)가 수납되어 있다.

또 베어링 하우징(6)의 내부에는 레이디얼 자기베어링(8) 및 액셜 자기베어링(11)의 로우터측과 스테이터측의 간극을 통하여 베어링 하우징(6)의 축방향의 전체 길이에 걸쳐 연장되어 레이저용기(1)의 내부와 연통하는 레이저가스유로(61)가 설치되어 있다. 모터 하우징(7)의 내부에는 레이디얼 자기베어링(9, 10) 및 모터(12)의 로우터측과 스테이터측의 간극을 통하여 모터 하우징(7)의 축방향의 전체 길이에 걸쳐 연장되어 레이저용기(1)의 내부와 연통하는 레이저가스유로(62)가 설치되어 있다. 그리고 레이저가스유로(61, 62)는 가스도입구(6e, 7c)를 거쳐 레이저가스도입로(60)와 연통하고 있다.

이에 의하여 회전축(4)의 회전에 따르는 관류팬(3) 및 나사홈 래버린스(16, 17)의 회전에 따라 레이저용기(1)내의 레이저가스가 레이저가스도입로(60)로부터 레이저가스유로(61, 62)를 차례로 흘러 레이저용기(1)내로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 생겨 이 레이저가스유로(61, 62)를 따라 레이저가스가 관류팬(3)을 회전 자유롭게 지지하는 자기베어링(8, 9, 10, 11)의 스테이터측과 로우터측의 간극 및 관류팬(3)을 회전구동하는 모터(12)의 스테이터측과 로우터측 사이의 간극을 흐르도록 되어 있다.

베어링 하우징(6)은 도 2에 상세하게 나타내는 바와 같이 레이저용기(1)의 측벽에 설치된 베어링 하우징본체(6a)와, 한 쌍의 전자석 하우징(6b, 6c)과, 가스도입구(6e)를 가지는 베어링커버(6d)로 구성되고, 이 내부에 레이디얼 자기베어링 (8)과 액셜 자기베어링(11)이 수용되어 있다. 그리고 각 설치면에는 시일용 홈 (29, 31, 33, 35)이 각각 설치되고, 이 각 시일용 홈(29, 31, 33, 35)내에 시일재 (30, 32, 34, 36)를 각각 장착하여 레이저가스를 밀폐하고 있다. 또한 시일재(30, 32, 34, 36)로서는 레이저가스를 오염하는 수분 등의 가스방출이 적은 금속제(예를 들면 스테인레스강제나 알루미늄)의 시일재가 적합하다.

레이디얼 자기베어링(8)의 변위센서(8a)와 전자석(8b)은 스페이서(22)와 측판(23)에 의해 상대위치 결정된 상태에서 베어링 하우징본체(6a)에 수용되어 있다. 그리고 베어링 하우징본체(6a)의 안 둘레면에 두께가 얇은 원통형상의 캔(24)을 삽입하고 양쪽 끝을 용접 등에 의해 고정하고 있다. 상기 구조로 하였기 때문에 레이저가스에 대하여 내부식성이 부족한 규소강판이나 동선코일로 이루어지는 변위센서(8a)와 전자석(8b)은 레이저가스와 접하는 일이 없다. 또한 변위센서(8a)와 전자석(8b)의 안 둘레면에 Ni 도금 또는 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌)에 의한 격리상 또는 격벽을 설치하여도 좋다.

액셜 자기베어링(11)의 전자석(11b, 11c)은 서로 대향하는 위치에서 한 쌍의 전자석 하우징(6b, 6c)에 끼워 유지하여 고정되어 있다. 그리고 표면에 두께가 얇은 원판형상의 캔(27, 27)을 용접 등에 의해 고정하고 있다. 또 액셜변위센서 (11a)는 베어링커버(6d)에 수용되고, 레이저가스와 접촉하는 면에 두께가 얇은 원판형상의 캔(28)을 용접 등에 의해 고정하여 기밀용기밖에 설치하고 있다.

또 캔(24, 27, 28)의 재료에는 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 오스테나이트계 스테인레스강, 니켈 - 구리합금, 니켈 - 크롬합금 또는 하스텔로이(니켈 - 크롬 - 몰리브덴합금)를 사용하고 있다. 이에 의하여 캔(24, 27, 28)의 레이저가 스에 의한 부식을 방지하도록 하고 있다. 또 캔(24, 27, 28)은 레이저용기(1)와 연통하여 기밀공간을 형성하는 부품이므로 그 판두께는 레이저가스의 봉입압력(1 내지 3 kg/㎠)을 견딜 수 있는 두께를 가질 필요가 있다. 상기 재료는 높은 기계적 강도를 가지므로 캔의 두께를 얇게 할 수 있고, 또한 자기베어링이 발생하는 자력선을 방해하지 않는 비자성재료이므로 자기베어링을 효율적으로 동작시킬 수 있다.

한편 관류팬(3)의 회전축(4)에는 레이디얼 자기베어링(8)의 변위센서 타깃 (8c)과 전자석 타깃(8d)이 로우터스페이서(25, 26)에 의해 상대위치 결정된 상태로 고정되어 있다. 또 회전축(4)의 끝부에는 액셜 자기베어링(11)의 변위센서타깃 (11d)과 전자석타깃(1e)이 고정되어 레이저용기(1)와 연통한 기밀공간내에 설치되어 있다.

여기서 레이디얼 자기베어링(8)의 변위센서 타깃(8c)과 전자석 타깃(8d) 및 액셜 자기베어링(11)의 변위센서 타깃(11d)과 전자석 타깃(11e)을 구성하는 자성재료로서는 레이저가스 중에 포함되는 불소에 대하여 내부식성이 양호한 PC 퍼멀로이 (75 내지 80% Ni를 포함하는 Fe-Ni 합금)의 무구재를 사용하고 있다.

또한 PC 퍼멀로이를 대신하여 포화자속밀도가 크고 전자석의 구성재료로서 가장 적합한 PD 퍼멀로이(35 내지 40% Ni를 포함하는 Fe - Ni 합금)나 PB 퍼멀로이 (40 내지 50% Ni를 포함하는 Fe - Ni 합금)의 표면에 Ni 도금을 실시한 것을 사용하여도 좋다. 이와 같이 Ni 도금을 실시함으로써 PC 퍼멀로이와 동등, 또는 그 이상의 레이저가스에 대한 내식성을 가지게 할 수 있으나, 가스고임이 생겨 레이저가 스를 오염하는 것을 방지하기 위하여 균일하고 밀착성이 높은 Ni 도금을 실시할 필요가 있다.

도 5는 퍼멀로이의 불소가스에 대한 내부식성 시험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 퍼멀로이는 Ni 함유율 80%의 PC 퍼멀로이 (JISC2531)에서는 오스테나이트계 스테인레스강 SUS316L 보다 양호한 내부식성을 나타내고 있다. Ni 함유량 45%의 PB 퍼멀로이(JISC2531)의 불소가스에 대한 내부식성은 오스테나이트계 스테인레스강 SUS304의 1/2정도로서 PC 퍼멀로이에 비하여 내부식성은 떨어진다. 그러나 PB 퍼멀로이에 예를 들면 Ni 도금 등의 표면처리를 실시함으로써 PC 퍼멀로이와 동등, 또는 그 이상의 내부식성을 가지게 할 수 있음을 알 수 있다.

보호용 베어링(13)에는 전동체(13a)가 알루미나 세라믹스로 구성되고, 내륜 (13b)과 외륜(13c)이 SUS440C 등의 스테인레스강으로 구성된 롤링베어링을 사용하고 있다. 보호용 베어링(13)은 레이저용기(1)와 연통하는 기밀실내에 설치하기 때문에 전동체(13a), 내륜(13b), 외륜(13c)은 레이저가스에 대하여 내부식성을 가지는 재료로 구성하였다. 따라서 이 실시형태의 보호용 베어링(13)에서는 레이저가스에 의해 베어링이 열화하는 일이 없다. 또 전동체(13a)는 알루미나세라믹스로 구성하였기 때문에 보호용 베어링(13)의 허용회전수 및 허용하중이 커져 보호용 베어링(13)으로서 적합하게 된다. 또한 보호용 베어링(13)은 상기한 재료로 구성하였으나, 전동체(13a)는 지르코니아 세라믹스이어도 좋다. 내륜(13b), 외륜(13c)은 알루미나 세라믹스 및 지르코니아 세라믹스로 구성하여도 좋다.

또 윤활제에는 고체윤활제로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 내·외륜 전동면에 코팅하였다. 이와 같이 윤활제에 레이저가스에 대하여 안정되고 윤활성능이 높은 PTFE를 고체윤활제로서 사용하기 때문에 레이저가스를 열화시키는 일이 없다. 또한 고체윤활제는 윤활제를 사용하지 않는 경우에 비하여 베어링수명을 현저하게 향상시킨다. 따라서 보호용 베어링(13)의 교환이 장기간 불필요하게 된다. 또한 윤활제에는 납, 또는 납을 포함하는 합금으로 구성된 고체윤활제를 사용하여도 좋다.

또한 보호용 베어링(13)에는 PTFE 재로 이루어지는 링부재를 사용하여도 좋다. 이에 의하여 PTFE 재는 고순도의 불소수지이기 때문에 내환경성도 좋고, 가스고임이 적은 구조로 할 수 있다.

모터 하우징(7)은 도 3에 상세하게 나타내는 바와 같이, 레이저용기(1)의 측벽에 설치한 모터 하우징본체(7a)와, 가스도입구(7c)를 가지는 베어링커버(7b)로 구성되고, 이 내부에 레이디얼 자기베어링(9, 10)과 모터(12)가 수납되어 있다. 그리고 각 설치면에는 각각 시일용 홈(52, 54)이 설치되고, 이 시일용 홈(52, 54)내에 시일재(53, 55)를 장착하여 레이저가스를 밀폐하고 있다. 또한 시일재(53, 55)에는 레이저가스를 오염하는 물 등의 가스방출이 적은 금속(예를 들면 스테인레스강이나 알루미늄)의 시일재가 적합하다.

모터 하우징본체(7a)에는 레이디얼 자기베어링(9)의 변위센서(9a)와 전자석 (9b), 모터(12)의 스테이터(12a) 및 레이디얼 자기베어링(10)의 변위센서(10a)와 전자석(10b)이 스페이서(41, 42, 43)와 측판(44)에 의해 상대위치 결정된 상태로 수용되어 있다. 그리고 모터 하우징(7)의 안 둘레면에는 두께가 얇은 원통형상의 캔(45)을 삽입하여 양쪽 끝을 용접 등에 의해 고정하고 있다. 캔(45)의 재료는 상기한 이유로부터 오스테나이트계 스테인레스강이나 하스텔로이(니켈 - 크롬 - 몰리브덴합금) 등을 사용하고 있다. 상기 구조로 함으로써 레이디얼 자기베어링(9)의 변위센서(9a), 전자석(9b), 레이디얼 자기베어링(10)의 변위센서(10a), 전자석(10b) 및 모터(12)의 모터스테이터(12a)가 레이저가스에 접촉하는 것이 방지된다.

한편 관류팬(3)의 회전축(4)에는 레이디얼 자기베어링(9)의 변위센서 타깃 (9c)과 전자석 타깃(9d), 모터(12)의 모터로우터(12b) 및 레이디얼 자기베어링(10)의 변위센서 타깃(10c)과 전자석 타깃(10d)이 로우터 스페이서(46, 47, 48, 49)에 의해 상대위치 결정된 상태로 고정되어 레이저용기(1)와 연통한 기밀공간내에 설치되어 있다. 여기서 변위센서 타깃(9c, 10c) 및 전자석 타깃(9d, 10d)을 구성하는 재료로서는 레이디얼 자기베어링(8)의 변위센서 타깃(8c) 및 전자석 타깃(8d)과 마찬가지로 PC 퍼멀로이(70 내지 80% Ni를 포함하는 Fe - Ni 합금)를 사용하고 있으나, 표면에 Ni 도금을 실시한 PD 퍼멀로이(35 내지 40% Ni를 포함하는 Fe - Ni 합금)나 PB 퍼멀로이(40 내지 50% Ni를 포함하는 Fe - Ni 합금)를 사용하여도 좋다.

또 모터(12)의 모터로우터(12b)는 그 바깥 둘레면에 캔(50)을 설치하여 측판(51, 51)과 용접 등에 의해 고정하고, 또한 측판(51, 51)과 관류팬(3)의 회전축(4)을 용접 등에 의해 고정함으로써 기밀공간을 형성하여 레이저가스에 접하는 것을 없애고 있다. 캔(50)의 재료는 상기한 이유에 의해 오스테나이트계 스테인레스강이나 하스텔로이(니켈 - 크롬 - 몰리브덴합금) 등을 사용하고 있다.

보호용 베어링(14, 15)은 베어링 하우징(6)에 설치된 보호용 베어링(13)과 마찬가지로 전동체(14a, 15a)가 알루미나 세라믹스로 구성되고, 내륜(14b, 15b) 및 외륜(14c, 15c)이 SUS440C 등의 스테인레스강으로 구성된 롤링베어링을 사용하였다. 또한 상기한 바와 같이 PTFE 재로 이루어지는 링부재를 사용하여도 좋다.

도 4는 관류팬(3)의 양측 끝에 설치하는 측판(3-1)의 형상을 나타내는 도면으로, 측판(3-1)에는 도 4a에 나타내는 바와 같이 복수의 구멍(3-1a)이 형성된 구멍뚫림타입과, 도 4b에 나타내는 바와 같이 구멍을 마련하지 않은 평판타입이 있다. 측판(3-1)이 구멍(3-1a)이 없는 평판타입이면 측판(3-1)의 펌프효과에 의해 도 2의 화살표 A로 나타내는 바와 같은 측판(3-1)의 바깥 둘레방향을 향하는 레이저가스의 흐름이 생긴다.

측판(3-1)이 구멍뚫림타입이면, 관류팬(3)의 팬효과에 의해 레이저가스는 구멍(3-1a)을 통하여 도 2의 화살표 B로 나타내는 바와 같은 관류팬(3)의 바깥 둘레방향을 향하는 레이저가스흐름이 생긴다. 그 결과로서 도 2의 화살표 C에 나타내는 바와 같은 중심방향을 향하는 레이저가스흐름이 수동적으로 발생한다. 여기서는 이에 덧붙여 도 2에 화살표 D로 나타내는 바와 같은 관류팬(3)을 향하는 레이저가스의 흐름이 발생한다. 또한 이것은 모터 하우징(7)측에 있어서도 마찬가지이다.

상기한 바와 같이 구성한 방전 펌프 엑시머레이저에 의하면 관류팬(3) 및 나사홈 래버린스(16, 17)의 회전에 의해 레이저가스도입로(60)로부터 레이저가스유로 (61, 62)를 차례로 흘러 레이저용기(1)내로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 생겨 레이저가스는 레이저가스도입실(19)내의 먼지제거필터(20)로 청정화된다.

그리고 청정화된 레이저가스가 베어링 하우징(6)에 설치된 레이저가스유로 (61)를 흐를 때에 액셜 자기베어링(11)의 로우터측[변위센서타깃(11d)과 전자석타깃(11e)]과 스테이터측[액셜변위센서(11a)와 전자석(11b, 11c)]과의 간극 및 레이디얼 자기베어링(8)의 로우터측[변위센서타깃(8c)과 전자석타깃(8d)]과 스테이터측 [변위센서(8a)와 전자석(8b)]과의 간극을 흘러 이들의 간극을 적극적으로 청정화된 레이저가스로 치환한다.

이 때 액셜 자기베어링(11)의 로우터측[변위센서 타깃(11d)과 전자석 타깃 (11e)] 및 레이디얼 자기베어링의 로우터측[변위센서 타깃(8c)과 전자석 타깃(8d)]은 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 PC 퍼멀로이로 구성되고, 액셜 자기베어링 (11)의 스테이터측[액셜변위센서(11a)와 전자석(11b, 11c)] 및 레이디얼 자기베어링(8)의 스테이터측[변위센서(8a)와 전자석(8b)]은 오스테나이트계 스테인레스강이나 하스텔로이제 등의 캔(28, 27, 24)으로 덮어져 자기베어링(8, 11)의 내식성이 향상한다.

한편 청정화된 레이저가스가 모터 하우징(7)에 설치된 레이저가스유로(62)를 흐를 때에 레이디얼 자기베어링(10)의 로우터측[변위센서타깃(10c)과 전자석타깃 (10d)]과, 스테이터측[변위센서(10a)와 전자석(10b)]과의 간극, 모터(12)의 모터로우터(12b)와 모터스테이터(12a)와의 간극 및 레이디얼 자기베어링(9)의 로우터측[변위센서타깃(9c)과 전자석타깃(9d)]과 스테이터측[변위센서(9a)와 전자석(9b)]과의 간극을 흘러 이들의 간극을 적극적으로 청정화된 레이저가스로 치환한다.

이 때 레이디얼 자기베어링(10)의 로우터측[변위센서타깃(10c)과 전자석타깃 (10d)] 및 레이디얼 자기베어링(9)의 로우터측[변위센서타깃(9c)과 전자석타깃(9d) ]은 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 PC 퍼멀로이로 구성되고, 레이디얼 자기베어링(10)의 스테이터측[변위센서(10a)와 전자석(10b)], 레이디얼 자기베어링(9)의 스테이터측[변위센서(9a)와 전자석(9b)] 및 모터 스테이터(12a)는 오스테나이트계 스테인레스강이나 하스텔로이제 등의 캔(45)으로 일체로 덮여지고, 또 모터로우터 (12b)도 오스테나이트계 스테인레스강이나 하스텔로이제 등의 캔(50)으로 덮어져 자기베어링(9, 10) 및 모터(12)의 내식성이 향상한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치를 나타내는 단면도이다. 도 6에 있어서 도 1 내지 도 4와 동일부호를 붙인 부분은 동일 또는 상당부분을 나타낸다. 또한 다른 도면에 있어서도 마찬가지로 한다. 이 방전 펌프 엑시머레이저장치에서는 가스도입실(19)의 먼지제거필터(20, 20)의 하류측[가스도입실(19)의 양쪽 끝부]에 관류팬유닛(70, 70)이 배치되어 있다.

이 관류팬유닛(70, 70)에 의해 먼지제거 필터(20)나 가스도입관(21) 또는 베어링 하우징(6)이나 모터 하우징(7)내의 자기베어링(8, 9, 10, 11)이나 모터(12)에 의한 압력손실을 보완하는 차압이 레이저가스에 가해져 레이저가스의 흐름이 확실하게 된다. 이에 의하여 레이저용기(1)로부터 레이저가스도입로(60) 및 레이저가스유로(61, 62)를 통하여 레이저용기(1)로 되돌아가는 레이저가스흐름을 촉진하고, 또한 레이저용기(1)로부터 레이저가스유로(61, 62)를 지나는 레이저가스의 흐름을 억제할 수 있고, 그 결과 자기베어링(8, 9, 10, 11) 및 모터(12)로의 먼지의 유입 을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치를 나타내는 단면도이다. 이 방전 펌프 엑시머레이저장치에서는 레이저용기(1)와 관류팬(3)의 양측에 배치한 자기베어링(8, 9)과의 사이의 유로에 축류 팬(71, 71)을 설치하고 있다. 이 축류 팬(71, 71)은 관류팬(3)의 회전축(4)에 고정되어 관류팬(3)과 함께 회전하여 차압을 발생한다. 이에 의하여 자기베어링(8, 9, 10, 11) 및 모터(12)의 로우터측과 스테이터측의 사이에 있는 가스는 먼지제거필터(20)와 가스도입관(21)을 통하여 흘러 들어 간 가스가 되기 때문에 자기베어링(8, 9, 10, 11) 및 모터(12)로의 먼지의 유입을 방지할 수 있다.

도 8은 본 발명에 관한 제 4 실시형태에 있어서의 방전 펌프 엑시머레이저장치를 나타내는 단면도이다. 이 방전 펌프 엑시머레이저장치가 도 1 내지 도 4에 나타내는 것과 서로 다른점은 모터(12)의 축끝측에 설치한 레이디얼 자기베어링(10)이 없는 점에 있다. 이 모터(12)의 축끝측에 설치한 레이디얼 자기베어링(10)은 모터(12)의 대형화에 의하여 모터(12)에 의한 가진(加振)이 큰 경우에 설치하면 더욱 진동이 적은 안정된 회전을 행할 수 있다고 하는 것이므로, 모터(12)가 소형이고 이 모터(12)에 의한 가진이 작은 경우는 도 8에 나타내는 바와 같이 모터(12)의 축끝측의 레이디얼 자기베어링은 설치하지 않아도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 레이저용기내의 레이저가스가 레이저가스도입로로부터 레이저가스유로를 차례로 흘러 레이저용기내로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 생겨 이 레이저가스유로를 흐를 때에 관류팬을 회전 자유롭게 지지하는 자기베어링의 스테이터측과 로우터측과의 간극 및 관류팬을 구동하는 모터의 스테이터측과 로우터측과의 사이의 간극을 레이저가스가 흘러 이들 간극이 레이저가스로 치환된다. 이에 의하여 장치시동 시의 불순물제거의 작업시간을 단축함과 동시에, 먼지가 없게 유지할 수 있다. 따라서 청정하고 수명이 긴 방전 펌프 엑시머레이저장치를 제공할 수 있다.

또 상기 자기베어링과 상기 모터의 상기 레이저가스유로에 면하는 부분을 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 재료로 구성하거나 또는 레이저가스에 대한 내식성이 우수한 재료제의 캔으로 덮음으로써 자기베어링이나 모터의 내식성이 향상한다. 따라서 수명이 긴 방전 펌프 엑시머레이저장치를 제공할 수 있다.

또한 상기 레이저가스도입로 또는 레이저가스유로내에 차압발생기구를 설치함으로써 레이저가스도입로로부터 레이저가스유로를 통하여 레이저용기로 되돌아가는 레이저가스의 흐름이 확실하게 얻어진다. 그 결과 자기베어링 및 모터로의 먼지의 유입·부착을 방지할 수 있어 팬의 회전을 저해하는 일 없이 장시간 안정된 연속운전을 행할 수 있다.

본 발명은 한 쌍의 주방전 전극의 사이에 고속의 레이저가스흐름을 만들어 내는 관류팬을 자기베어링으로 회전 자유롭게 지지한 방전 펌프 엑시머레이저장치로서 이용가능하다.

Claims (10)

1. 방전 펌프 엑시머 레이저 장치에 있어서,

   레이저가스로 채워지고, 레이저 빔을 발진시킬 수 있는 전기 방전을 생성하도록 적어도 한 쌍의 주 방전 전극을 수납한 레이저 용기;

   상기 주 방전 전극들 사이에 고속 레이저 가스 흐름을 생성하기 위하여, 자기 베어링에 의해 양쪽 끝부가 회전가능하게 지지되는 관류팬;

   상기 관류팬을 회전시키는 모터;

   상기 레이저 용기의 한쪽의 끝부에 연결되어 상기 관류팬의 한쪽의 끝부 근방을 회전 자유롭게 지지하는 자기베어링을 수납하는 베어링 하우징;

   상기 레이저 용기의 다른쪽 끝부에 연결되어 상기 관류팬의 다른쪽 끝부 근방을 회전 자유롭게 지지하는 자기베어링 및 상기 모터를 수납하는 모터 하우징;

   상기 베어링 하우징 내에 수납된 자기베어링의 로우터측과 스테이터측과의 사이의 간극, 및 상기 모터 하우징 내에 수납된 자기베어링 및 모터의 로우터측과 스테이터측과의 사이의 간극을 각각 통하여 상기 각 하우징의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 상기 레이저용기의 내부와 연통하는 레이저 가스유로;

   상기 레이저 용기의 내부로부터 연장 돌출되어 상기 양 하우징의 바깥쪽 끝부에서 상기 레이저 가스유로와 연통하는 레이저 가스 도입로; 및

   상기 레이저 가스 도입로내에 설치된 필터를 가지는 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머 레이저 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 가스 유로와 만나는 상기 자기 베어링과 상기 모터의 부분들은 상기 레이저 가스에 내식성을 가지는 재료로 만들어지거나 상기 레이저 가스에 내식성을 가지는 재료로 만들어진 캔으로 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머레이저장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 레이저가스에 대한 내식성을 가지는 재료는 퍼멀로이, 오스테나이트계스테인레스강, 니켈 - 구리합금, 니켈 - 크롬합금 또는 니켈 - 크롬 - 몰리브덴합금인 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머레이저장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 가스 도입로에 차압 발생 기구가 배치되는 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머레이저장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저 가스 유로에 차압 발생 기구가 배치되는 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머레이저장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 차압 발생 기구가 나사홈 래버린스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머레이저장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 나사홈 래버린스는 상기 자기 베어링과 상기 레이저 용기의 내부 사이에 있는 것을 특징으로 하는 방전 펌프 엑시머 레이저 장치.
10. 삭제

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