KR20010076310A - 방전 여기 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬 - Google Patents

Abstract

고속 회전이 가능하고, 고속 회전시켜도 기계적 강도가 강하게 변형하지 않는, 엑시머 레이저 장치에 사용하기에 바람직한 크로스 플로우 팬을 제공하는 것이다.

방전 여기 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬에 있어서, 크로스 플로우 팬(3)의 중심부를 관통하는 회전축(3a)을 설치한다. 회전축(3a)을 설치하면 회전축의 위치 맞춤이 용이해지고, 또 기계적 강도가 강해지므로 고속 회전이 가능해진다. 또, 축 어긋남이 발생하기 힘들므로, 자기 베어링을 사용하는 것도 가능해진다. 엑시머 레이저 장치에서의 가스 순환용 크로스 플로우 팬은 고헤드 저유량의 조건하에서 사용되므로, 상기와 같이 회전축을 설치해도, 유속에 악영향을 미치지 않는다. 또한, 회전축(3a)의 내부에 중공부를 형성하면, 회전축을 경량화할 수 있으므로 축의 자중에 의한 휨을 작게 할 수 있어, 고유 진동수가 커져 한층 고속화가 가능해진다.

Description

방전 여기 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬{Cross flow fan for discharge excitation gas laser device}

본 발명은 방전 여기 가스 레이저 장치에 있어서 전극간에 가스를 순환시키기 위한 크로스 플로우 팬의 구조에 관한 것으로서, 특히 고속 회전, 고압력(고헤드), 저유량의 조건에서 사용하는 크로스 플로우 팬의 구조에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 미세화, 고집적화에 따라, 투영 노광 장치에 있어서는 해상력의 향상이 요구되고 있다. 이 때문에, 노광용 광원으로부터 방출되는 노광 광의 단파장화가 진행되고 있고, 이 반도체 리소그래피용 광원으로는 종래의 수은 램프 광의 파장보다 단파장인 광을 방출하는 엑시머 레이저 장치의 채용이 시작되고 있다.

도 7은 엑시머 레이저 장치의 레이저 챔버 내부를 나타낸 모식도이고, 동도의 (b)는 동도 (a)를 A방향에서 본 도면이다.

엑시머 레이저 장치의 레이저 챔버(1)의 내부에는 레이저 광 축방향으로 연이어지고, 소정 간격만큼 이간하여 대향한 1쌍의 주 방전 전극(2, 2′)이 설치되어 있고, 레이저 챔버 내에, 예를 들면 불소(F₂)나 아르곤(Ar) 등의 레이저 가스가 수백kpa로 봉입되어 있다.

상기 주 방전용 전극간(2, 2′)에 상승이 빠른 고전압 펄스를 인가하여 방전을 발생시킴으로써, 레이저 매질인 레이저 가스가 여기된다.

레이저 챔버(1)의 전후에는 출력경(도시 생략)과, 노광 장치의 투영 광학계에서의 색 수차의 문제를 회피하기 위해 레이저 광의 스펙트럼 폭을 협대역화하여, 중심 파장의 파장 안정화를 실현하기 위한 협대역화 광학계(도시 생략)가 각각 배치되고, 출력경과 협대역화 광학계는 레이저 공진기를 구성한다.

레이저 가스가 여기되고, 레이저 챔버(1)의 측판(A, B)에 설치된 창부(도시 생략)로부터 방출되는 광은 상기 레이저 공진기에 의해 증폭되어, 레이저 광으로서 레이저 공진기의 출력경으로부터 취출된다.

노광용 광원으로 사용되는 엑시머 레이저 장치는 스루풋의 증대 때문에, 방전의 수 kHz에서의 고반복 동작이 요구되기 시작하고 있다. 그러나, 주방전 발생 후, 주방전 공간에는 열적 교란이나 음향학적 교란(충격파 등)이 발생하여, 이 상태가 유지된 채로는 다음 주방전이 불안정해져, 주전극간에서 아크 방전이 발생하여 레이저 출력이 불안정해진다.

이러한 문제를 회피하기 위해서는, 다음 방전이 발생하기 전에 주방전 공간의 가스를 교환할 필요가 있다.

그 때문에, 도 7(a), (b)에 나타낸 바와 같이 레이저 챔버 내에 크로스 플로우 팬(3)과 제풍판(制風板)(4)을 설치하여, 레이저 챔버(1) 내의 레이저 가스를 도 7(b)의 화살표로 나타낸 경로로 고속 순환시켜 주방전 전극(2, 2′)간의 가스를 교환한다. 주방전 전극(2, 2′)간을 통과한 가스는 냉각 핀 튜브(5)에 의해 냉각된다.

크로스 플로우 팬(3)은 원형의 측판 사이에 복수의 블레이드를 원주 방향으로 배치한, 중공의 원통 형상의 팬이다. 양단의 측판에 형성한 돌기부의 중심축선을 중심으로 회전시켜 송풍한다. 크로스 플로우 팬의 상세한 특성에 대해서는, 예를 들면 生井武文, 井上雅弘 저작, 코로나사 발행 「터보 송풍기와 압축기」(소화 63년 8월 25일 초판 발행) P297 ∼ 304를 참조하면 된다.

크로스 플로우 팬은, 예를 들면 특개평 9-105398호 공보에 나타낸 바와 같이 일반적으로는 공기 조절 설비의 송풍용 팬으로 사용되고 있다. 엑시머 레이저 장치에 있어서, 가늘고 긴 전극간에 가스를 순환시키기 위해, 크로스 플로우 팬을 사용하는 것은, 예를 들면 US5, 870, 420에 기재되어 있다.

그런데, 종래에는 크로스 플로우 팬의 내부에는 아무 것도 없는 구조가 바람직한 것으로 생각되었다(예를 들면, US 5, 870, 420 참조). 그것은 이하의 이유때문이다.

도 8에 케이싱에 수납된 크로스 플로우 팬(이하, 팬이라 약기하는 경우가 있다)의 단면도를 나타낸다. 크로스 플로우 팬(3)의 케이싱은 가이드 벽(6)과 칸막이 판(7)으로 구성된다.

도 8에 있어서, 팬(3)이 시계 방향으로 회전하면 팬(3) 근방에 소용돌이가 발생하여, 이 소용돌이에 의해 와류와 가이드 벽(6)과 칸막이 판(7)을 따라 관류가 형성된다.

상기 와류가 증가하면 관류의 풍량이 증가하는데, 팬(3) 내부가 중공 상태가 아니면, 상기 와류의 형성에 악영향을 미쳐, 풍량이나 효율(효율 = 전 압동력(헤드)/축 동력)이 저하한다고 여겨졌다. 따라서, 통상 크로스 플로우 팬의 내부에는 회전축은 설치되지 않는다.

또한, 팬 내부에 회전축을 설치한 경우, 상기한 참고 자료 「터보 송풍기와 압축기」의 P303에도 기재된 바와 같이, 회전축의 직경 d, 팬 외경 D로 하면, d/D ≤ 0.07이면 문제가 없다고 했었다.

엑시머 레이저는 펄스 레이저이며, 일반적으로 그 반복 주파수는 1kHz 전후이다. 최근, 엑시머 레이저 장치는 반도체 노광용 장치인 스테퍼의 광원으로 사용되게 되었다. 엑시머 레이저의 펄스 발광을 연속 발광에 근접시켜 스루풋을 올릴 수 있도록, 또 노광량의 안정화를 도모하기 위해, 반복 주파수를 (2kHz ∼ 3kHz 이상으로) 올리는 것이 요구되고 있다.

상기 반복 주파수를 올리는 것은 전극에서의 방전과 방전의 간격을 짧게 하는 것이다. 방전 후, 전극간에서는 분자의 이온화, 분자의 여기 상태, 온도의 불균일에 의한 밀도의 불균일이 발생한다. 이들이 남은 상태인 채로 다음 방전으로 이동하면, 아크 방전이 발생시기 쉬워 균일한 글로우 방전이 되지 않으므로 출력이 불안정해진다.

따라서, 방전이 종료된 방전부(전극과 전극 사이)의 가스를 새로운 가스로 신속하게 교환할 필요가 있고, 가스의 풍속을 보다 빨리 할 필요가 있다. 따라서, 엑시머 레이저 장치에 사용되는 가스 순환용 크로스 플로우 팬은 고속으로 회전시킬필요가 생겼다.

예를 들면, 종래의 반복 주파수가 1kHz인 노광용 엑시머 레이저 장치에 있어서는, 레이저 챔버의 내부 구조(전극간 거리, 도시하지 않은 예비 전리 수단의 위치 등)에 따라서도 다르나, 일반적으로 전극간에 흘러야만 하는 가스의 유속은 약 10m/s이며, 그 유속을 얻기 위한 팬의 회전 속도는 약 1000rpm이었다.

반복 주파수가 2kHz ∼ 3kHz인 엑시머 레이저 장치에 있어서는, 전극간에 흘러야만 하는 가스의 유속은 약 20 ∼ 30m/s이며, 그 유속을 얻기 위한 팬의 회전 속도는 약 2000 ∼ 3000rpm이 필요해진다. 또한, 반복 주파수가 4kHz인 경우, 형성되는 유로에 따라서도 다르나, 팬의 회전 속도는 약 4000rpm이 필요해진다.

크로스 플로우 팬을 상기한 바와 같이 고속 회전시키는 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.

회전축에 축 어긋남이 있으면, 베어링부에 부하가 걸려 마모가 심해진다. 따라서, 베어링부가 진동하여 그 진동이 레이저 챔버에 전달되어 레이저 장치가 진동한다. 그 때문에, 광축의 어긋남이나 발광하는 광의 중심 파장의 변동이 발생한다. 또, 레이저 장치의 진동이 연결되는 노광 장치에도 전달되는 문제가 발생한다.

상기 회전축의 축 어긋남의 원인에는, 「팬 제조시의 축 어긋남」, 「고속 회전시의 강성 부족에 의한 축 어긋남」의 2가지가 있다.

(1) 「팬 제조시의 축 어긋남」

도 9에 크로스 플로우 팬 회전축의 축 어긋남의 예를 나타낸다. 팬은 길이 방향 단면도로서 나타내고 있다.

도 9(a)에 나타낸 바와 같이, 팬(3)의 회전축(3a)은 팬(3) 양측의 측판(3b)에 돌기상의 축으로서 설치된다. 양 측판끼리는 송풍용 블레이드(3c)와, 블레이드를 지지하는 원판(3d)에 의해 위치 결정된다.

이러한 구조에 있어서는, 팬 제조시 양 측판의 돌기상 회전축의 회전 중심을 정확하게 일치시키는 것은 곤란하여, 도 9(a) 또는 도 9(b)와 같은 회전축의 미소한 축 어긋남이 발생한다.

(2) 「고속 회전시의 강성 부족에 의한 축 어긋남」

팬(3)의 회전시, 회전축에는 다음 3가지의 힘이 작용한다.

① 팬의 자중에 의한 휨

② 팬의 일부의 무게가 다른 것과 다름에 의한 원심력의 불균일성

③ 바람을 밀어낼 때 팬에 발생하는 반력

크로스 플로우 팬은 상기와 같이 측판(3b), 블레이드(3c), 중공 원판(3d)에 의해서만 구성되어 있어 기계적 강도에 한계가 있다.

특히, 레이저 챔버 내에는 네온(Ne)이 90% 이상을 차지하는 레이저 가스가 약 400kPa(4기압) 봉입되어 있다. 따라서, 바람을 밀어낼 때 팬에 발생하는 반력은 대기압의 공기와 비교해서 크고, 팬의 구조에 있어서 더욱 가혹한 조건이 된다.

본 발명자들이 종래의 크로스 플로우 팬을 사용하여 여러 가지 실험을 행한 바, 크로스 플로우 팬의 회전 속도가 고속(예를 들면, 4000rpm 이상)이 되면, 팬의기계적 강도가 상기의 힘에 져서 팬의 전체적인 구조가 변형하여, 회전축의 축 어긋남이 커져 팬의 진동이 커지는 것을 발견했다.

팬의 진동이 커지면, 상기한 바와 같이 그 진동이 레이저 챔버에 전달되어 레이저 장치가 진동하여, 광축의 어긋남이나 발진하는 광의 중심 파장의 변동이 발생한다. 또, 레이저 장치의 진동이 연결되는 노광 장치에도 전달되는 문제가 발생한다.

한편, 엑시머 레이저 장치에 있어서는, 상기 도 7에 나타낸 바와 같이 좁은 전극(2, 2′)간에 높은 압력을 부여하여 바람을 흘려보내는 구조이며, 크로스 플로우 팬의 사용 조건은 전 압동력이 높고(고 헤드) 또한 저유량이다. 이것은 공기 조절기 등에서의 사용 조건과 반대(공기 조절기에서는 일반적으로 저헤드, 고유량인 것이 요구된다)이다.

즉, 공기 조절기 등과 엑시머 레이저 장치에서는 크로스 플로우 팬의 사용 조건이 전혀 달라, 종래부터 공기 조절기 등에서 사용되고 있었던 크로스 플로우 팬을 엑시머 레이저 장치의 가스 순환용에 그대로 전용해도, 효율적인 가스 순환을 행할 수 있다고는 할 수 없다.

본 발명은 상기한 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 제조시 회전축의 위치 맞춤을 행할 필요가 없고, 또 고속 회전이 가능하고, 고속 회전시켜도 기계적 강도가 강하게 변형하지 않는, 엑시머 레이저 장치에 사용하기에 바람직한 크로스 플로우 팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예의 크로스 플로우 팬의 구성을 나타낸 도면,

도 2 는 본 실시예의 크로스 플로우 팬의 회전 속도에 대한 가스 유속의 측정 결과를 나타내는 도면,

도 3 은 크로스 플로우 팬의 회전 속도에 대한 레이저 챔버의 상하 방향의 진동 가속도의 측정 결과를 나타낸 도면,

도 4 는 본 발명의 실시예의 크로스 플로우 팬에 설치되는 중공 회전축의 단면도를 나타낸 도면,

도 5 는 중공 회전축의 다른 예를 나타낸 도면,

도 6 은 중공 회전축과 자기 베어링을 사용한 엑시머 레이저 장치의 챔버의 개략 구성을 나타낸 도면,

도 7 은 엑시머 레이저 장치의 레이저 챔버 내부를 나타낸 모식도,

도 8 은 케이싱에 수납된 크로스 플로우 팬의 단면도,

도 9 는 크로스 플로우 팬 회전축의 축 어긋남의 예를 나타낸 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 … 레이저 챔버 2, 2′… 방전 전극

3 … 크로스 플로우 팬 3a … 회전축

3b … 측판 3c … 블레이드

3d … 중공 원판 3e … 지지판

8 … 자기 베어링 30 … 중공 회전축

본 발명자들이 여러 가지 실험을 행하여 검토한 결과, 고헤드이고 저유량인 조건하에서 사용하는 경우에는, 크로스 플로우 팬의 내부에 d/D ≥ 0.07(d : 회전축의 직경, D : 팬의 외경)이 되는 직경 d의 회전축을 설치해도, 유속에 악영향을 미치지 않는다는 사실을 발견했다.

또, 레이저 펄스의 반복 주파수가 높은 엑시머 레이저 장치에 사용하는 고속 회전(예를 들면 4000rpm)하는 크로스 플로우 팬의 경우는, 축 강도의 관계에서 회전축의 직경 d가 d/D ≥ 0.13 이상인 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

이상에 기초하여 본 발명에 있어서는, 다음과 같이 하여 상기 과제를 해결한다.

(1) 방전 여기 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬에 있어서, 크로스 플로우 팬의 중심부를 관통하고 있는 회전축을 설치한다.

(2) 상기 (1)에 있어서 상기 회전축의 내부에 중공부가 형성된다.

(3) 상기 (1), (2)에 있어서, 크로스 플로우 팬의 외경을 D, 상기 회전축의 외경을 d로 했을 때, d/D ≥ 0.13으로 한다.

상기 (1)과 같이 크로스 플로우 팬에 내부를 관통하는 회전축을 설치하면, 회전축의 위치맞춤이 용이해지고, 또 기계적 강도가 강해지므로 고속 회전이 가능해진다.

또, 상기 (2)와 같이 회전축의 내부에 중공부를 형성하면, 회전축을 경량화할 수 있으므로 축의 자중에 의한 휨을 작게 할 수 있다. 따라서, 중실축(solid shaft)과 중공축을 동일한 축직경으로 비교한 경우, 중공축쪽이 고유 진동 수가 커져 한층 고속화가 가능해진다.

또한, 상기와 같은 회전축을 설치하면, 회전축의 축 어긋남이 적으므로 베어링으로서 자기 베어링의 사용도 가능해져, 또한 한층의 고속화가 가능해진다.

또, 상기 (3)과 같이 d/D ≥ 0.13으로 함으로써, 크로스 플로우 팬의 고유 진동수를 높게 할 수 있어, 최대 회전수를 4000rpm까지 올려도 공진하지 않는다.

도 1에 본 발명의 실시예의 엑시머 레이저 장치 가스 순환용 크로스 플로우 팬의 구성을 나타낸다. 동도는 크로스 플로우 팬(3)의 길이 방향의 단면도를 나타내고 있다.

동도에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 크로스 플로우 팬에 있어서는 회전축(3a)이 팬(3)을 관통하고 있다. 회전축(3a)은 고정밀도로 중심 맞춤 가공된 원주이며, 상기 회전축(3a)에 블레이드(3c)를 지지하는 측판(3b)과 원판(3d)이 지지판(3e)에 의해 고정되어 있다.

도 1에 나타낸 회전축(3a)이 팬(3)을 관통하는 엑시머 레이저 장치의 가스 순환용 크로스 플로우 팬을 제작하여, 동일한 크기로 내부가 빈 종래형 팬과 성능 비교를 행했다.

제작한 크로스 플로우 팬의 팬 외경(D)과 회전축의 직경(d)은 표 1에 나타낸 2종류이다.

D(mm)	d(mm)	d/D
120	23	0.19
150	30	0.20

도 2에, 본 실시예에 나타낸 관통하는 회전축을 갖는, D=120mm,d=23mm(d/D=0.19)의 팬을 사용한 경우의, 회전 속도(rpm)에 대한 가스 유속(m/s)을 나타낸다. 동도는 상기 도 7에 나타낸 엑시머 레이저 장치의 챔버 내에 축방향의 길이가 600mm인 크로스 플로우 팬을 설치하여, 챔버 내의 가스 유속을 측정한 결과를 나타내고 있고, 4000rpm에서 가스 유속은 종래형의 팬의 경우와 변화가 없었다.

또, 도 3에 팬을 부착한 레이저 챔버의 진동의 크기를 나타낸다.

동도에 있어서, 가로축은 팬의 회전 속도(rpm), 세로축은 챔버 상하 방향의 진동 가속도(㎨)를 나타낸다.

동도에 있어서, ①은 종래의 관통하는 회전축을 갖지 않는 팬, ②는 본 실시예에 나타낸 관통하는 회전축을 갖는 팬의 특성을 나타낸다. 팬으로는, 상기한 D=120mm, d=23mm, 축방향의 길이가 600mm인 것을 사용했다. 또, 종래예는 회전축은 팬 내부를 관통하지 않으나 그 이외는 본 실시예와 동일한 형상의 것을 사용했다. 도 3에서 알 수 있듯이, 본 실시예의 경우 종래예에 비해 진동 가속도를 약 1/2로 감소시킬 수 있었다.

상기한 바와 같이 종래에 있어서는, 크로스 플로우 팬 내부에 회전축을 설치하는 경우, 회전축의 직경 d, 팬 외경 D로 하면, d/D ≤ 0.07이면 문제 없는, 즉 d/D ≥0.07이면 악영향이 있다고 생각되었으나, 상기 실험에 의해 레이저 챔버 내와 같이 고헤드, 저유량의 조건하에서는, d/D = 0.19인 직경의 중심축을 설치해도, 가스 유속은 종래형의 팬의 경우와 변화가 없는 것이 분명해졌다.

그런데, 크로스 플로우 팬의 회전 속도가 팬의 고유 진동수와 일치하면, 팬은 공진에 의해 크게 진동한다. 따라서, 팬의 최대 회전 속도에 대해, 고유 진동수를가능한한 크게 할 필요가 있다. 일반적으로, 팬의 회전 속도는 고유 진동수에 상당하는 속도의 70% 이하인 것이 바람직한 것으로 되어 있다.

회전 속도 4000rpm에 상당하는 진동수는 약 67Hz이다. 따라서, 팬의 회전 속도를 고유 진동수에 상당하는 속도의 70% 이하로 하면, 예를 들면 팬의 최대 회전 속도가 4000rpm인 경우, 팬의 고유 진동수는 95Hz 이상이 바람직하다.

그래서, 크로스 플로우 팬의 축길이를 엑시머 레이저의 전극길이와 동일하게 한 경우에 대해, 고유 진동수 95Hz 이상이 되는 회전축의 직경 d를 시산했다. 예를 들면, 엑시머 레이저의 전극길이를 600mm, 상기 회전축 d의 재질을 스테인리스(SUS)로 한 경우, 고유 진동수 95Hz 이상을 확보하기 위해서는 이하와 같이 되었다. 여기서 d는 상기한 바와 같이 회전축의 직경, D는 팬의 외경이다.

·팬 외경이 120mm인 경우 … d/D ≥ 0.16

·팬 외경이 150mm인 경우 … d/D ≥ 0.13

즉, d/D가 0.13 이상이면 팬직경이 150mm이어도 고유 진동수 95Hz 이상을 확보할 수 있다.

회전축이 팬 내부를 관통하는 크로스 플로우 팬을 사용해도, 종래의 것과 비교해 풍량이나 효율의 저하가 발생하지 않았던 이유에 대해서는 불분명하다. 그러나, 다음과 같은 것을 생각할 수 있다.

엑시머 레이저 장치에 있어서는, 좁은 전극간에 높은 압력을 부여하여 바람을 흐르게 하도록 되어 있다. 즉, 상기한 바와 같이 크로스 플로우 팬의 사용 조건은, 전 압동력이 높고(고헤드) 저유량이다. 공기 조절기에 사용할 때의 조건은 이것과는 반대로, 저헤드 고유량이다.

크로스 플로우 팬을 고헤드 저유량의 조건으로 사용한 경우, 저헤드 고유량의 조건으로 사용한 경우에 비해, 도 8에 나타낸 바람의 흐름을 발생시키는 와류의 크기가 작고, 또 그 위치도 도중 하측 방향에 있어, 팬 내부에 회전축이 있어도, 와류의 형성에 미치는 영향이 작다고 생각된다.

본 실시예에 있어서는, 상기와 같이 크로스 플로우 팬 내부를 관통하는 회전축을 설치했으므로, 팬의 조립시의 회전축의 축 어긋남은 발생하지 않는다. 또, 회전축 자체의 축 어긋남의 크기는 축의 양단의 동축도와 축의 진직도(眞直度)에 의존한다. 이 동축도와 진직도는 통상의 가공 기술의 정밀도를 높게 함으로써 확보할 수 있고, 따라서 축 어긋남을 방지할 수 있었다.

또, 회전축에 블레이드를 지지하는 측판, 또는 중공 원판을 고정할 수 있으므로, 팬의 기계적 강도를 충분히 높게 할 수 있었다.

이상의 실시예에서는, 크로스 플로우 팬 내부를 관통하는 회전축으로서 중실의 축을 사용하는 경우에 대해 설명했으나, 「회전축의 내부를 중공으로 하는 것」, 「회전축의 베어링에 자기 베어링을 사용하는 것」에 의해, 팬의 회전 속도를 더욱 고속화할 수 있다.

이하, (1) 회전축의 내부를 중공으로 하는 경우, (2) 회전축의 베어링에 자기 베어링을 사용하는 경우에 대한 실시예에 관해 설명한다.

(1) 회전축의 내부를 중공으로 한다

상기한 바와 같이, 최대 회전 속도 4000rpm의 경우, 팬의 고유 진동수는95Hz 이상이 바람직하다.

팬의 고유 진동수는 회전축의(자중에 의한) 휨량에 의존하고, 고유 진동수를 크게 하기 위해서는, 팬 회전축의 휨량을 작게 할 필요가 있다. 휨량을 작게 하기위해서는, 회전축을 휘지않는 튼튼한 것으로 할 필요가 있다. 그러나, 「튼튼한 것으로 하는 것」은 회전축이 「두껍고」「무거워」지는 것이다. 회전축이 「두꺼워」지면, 송풍시 발생하는 와류에 주어지는 영향이 커지는 것이 염려된다. 또, 「무거워」지면, 베어링의 부담이 커져, 베어링의 마모가 심해진다. 또, 베어링도 대형화하여, 장치 전체가 대형화한다.

그래서, 본 실시예에서는 회전축을 중공 구조로 하여 경량화했다. 경량화함으로써, 자중에 의한 휨을 줄일 수 있다.

도 4에 중공 회전축(30)의 단면도를 나타낸다. 원통상의 부재(31)의 양단에, 축이 되는 부재(32, 32′)를 용접한다. 그리고, 예를 들면 원통상의 부재(31)를 선반에 고정하여 부재(32)로부터 중심을 맞추면서, 축 양단의 동도 A 부분을 잘라 낸다.

또한, 상기 경량화를 위한 중공축은 도 5에 나타낸 바와 같이 축을 부분적으로 파낸 것이어도 된다. 단, 중공 구조, 파낸 구조의 축의 기계적 강도는 중실 구조의 축에 비해 약해지므로, 축에 가해지는 부하의 관계에서 적절한 구조를 설계한다.

(2) 회전축의 베어링에 자기 베어링을 사용한다

자기 베어링은 자력의 반발을 이용하여 회전축을 중공에 뜨게 해 회전시키는것이며, 자기 베어링을 엑시머 레이저 장치의 팬의 베어링에 적용하는 것은, 예를 들면 특개평 10-173259호 공보, US 5, 848, 089에 기재되어 있다.

자기 베어링은 종래의 볼을 사용한 베어링에 비해 마찰 저항이 없어 고속 회전이 가능하다. 기계적 마모가 없으므로, 회전 베어링에 비해 수명이 길다. 그러나, 회전축을 기계적으로 누를 수 없으므로, 약간의 축 어긋남에 의해 팬의 회전 밸런스가 무너져 진동한다.

따라서, 팬의 회전 베어링에 자기 베어링을 사용하는 경우는, 회전축의 축 어긋남을 없앨 필요가 있다.

본 발명의 실시예의 도 1, 도 4에 나타낸 회전축이 내부를 관통하는 크로스 플로우 팬을 사용하면, 제조시에 회전축의 축 어긋남을 없앨 수 있어, 고속 회전시에도 축 어긋남을 방지할 수 있다. 따라서, 자기 베어링을 사용해도 팬의 회전 밸런스가 무너져 진동하는 문제의 발생을 감소시키는 것이 가능해진다.

도 6에 엑시머 레이저 장치의 챔버에 중공의 회전축이 중앙부를 관통하는 크로스 플로우 팬을 적용하고, 베어링에 자기 베어링을 사용한 경우의 개략 구성 단면도를 나타낸다.

동도에 있어서, 1은 레이저 챔버이며, 레이저 챔버(1) 내에는 크로스 플로우 팬(3)이 설치되어 있고, 크로스 플로우 팬(3)의 내부를 중공의 회전축(30)이 관통하고 있다. 회전축(30)은 자기 베어링(8)에 의해 양단이 지지되어 있고, 자기 베어링 부분은 시일부(9)에 의해 시일되어 있다. 자기 베어링(8)은 자석(8a)과 자석(8b)의 반발력을 이용하여, 회전축(30)을 공중에 뜨게 하고 있다. 또한, 동도에 있어서는, 상기한 방전 전극, 냉각 핀 튜브 등은 생략되어 있다.

도 6에 나타낸 실시예에 의하면, 크로스 플로우 팬(3)의 내부를 회전축(30)이 관통하고 있으므로 회전축의 축 어긋남이 없고, 자기 베어링을 사용해도 팬의 회전 밸런스가 무너져 진동하는 문제의 발생을 회피할 수 있다. 또, 회전축(30)을 중공으로 했으므로 경량화할 수 있어, 베어링의 부담을 작게 할 수 있다. 또, 자중에 의한 휨을 줄여 고유 진동수를 높게 할 수 있어, 회전 수를 고속화하는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 엑시머 레이저 장치에 사용되는 크로스 플로우 팬에 있어서, 크로스 플로우 팬 내부를 관통하도록 회전축을 설치했으므로, 회전축의 축 어긋남이 없어, 용이하게 팬의 조립을 행할 수 있다.

또, 엑시머 레이저 장치에서의 크로스 플로우 팬의 사용 조건은 고헤드, 저유량이므로, 상기 회전축을 설치해도 유속 등에 악영향을 미치지 않는다.

(2) 상기 회전축을 설치했으므로, 기계적 강도가 높고, 고속 회전을 행해도 팬이 변형하지 않는다. 또, 축 어긋남 없이 조립이 가능하며, 고속 회전시의 축 어긋남도 발생하지 않는다. 따라서, 베어링으로의 부담이 적고, 베어링부의 진동도 적어져, 광축의 어긋남이나 중심 파장의 진동이 발생하지 않는다.

(3) 회전축을 중공으로 함으로써 경량화가 도모되므로, 축의 휨이 적어진다. 따라서, 팬의 고유 진동수가 커져, 팬의 고속 회전이 가능해진다.

(4) 팬 제조시, 및 팬 회전시에 축 어긋남이 발생하지 않는다. 따라서, 회전축의 베어링으로서 자기 베어링을 채용할 수 있어, 한층 고속 회전이 가능해진다.

Claims (3)

1. 방전 여기 가스 레이저 장치에 있어서, 레이저 가스를 레이저 챔버 내에서 순환시키고, 레이저 챔버 내에 이간하여 설치된 전극간의 레이저 가스를 순환시키기 위한 크로스 플로우 팬으로서,

   상기 크로스 플로우 팬의 회전축이 상기 팬의 중심부를 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 여기 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전축의 내부에 중공부가 형성되는 있는 것을 특징으로 하는 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 크로스 플로우 팬의 외경을 D, 상기 회전축의 외경을 d로 했을 때, d/D≥0.13인 것을 특징으로 하는 가스 레이저 장치용 크로스 플로우 팬.