KR20210156784A - 하이브리드 자석 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2개의 대향 배치된 쌍극자 자석 어셈블리를 포함하는 하이브리드 자석 구조를 제공하며, 각각의 쌍극자 자석 어셈블리는 영구 자석, 2개의 코어 및 이동 가능한 자기장 분류 소자를 포함한다. 이러한 하이브리드 자석 구조는 대전 입자빔의 수평 또는 수직 방향으로 조정 가능한 구배 자기장 크기를 가하여 상이한 위치의 대전 입자빔을 포커싱한다. 본 발명은 대전 입자빔이 2개의 쌍극자 자석 어셈블리 사이에 구성된 구배 자기장을 통과하도록 함으로써 대전 입자빔을 포커싱하는 목적을 달성한다. 이 밖에, 이동 가능한 자기장 분류 소자와 영구 자석 사이의 간극을 조정하여 구배 자기장 크기를 변경할 수 있으며, 나아가 특정 축방향에서 에너지 또는 질량이 다른 대전 입자빔의 입자빔 사이즈를 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 하이브리드 자석 구조에 관한 것으로, 특히 이온 주입 기술분야에 적용되는 하이브리드 자석 구조에 관한 것이다.
현재 이온 주입 기술분야에서는 코어에 코일을 감는 방식으로 쌍극자 자석(Dipole magnet) 및 4극 자석(2개의 쌍극자 자석으로 구성됨)을 제조하고, 이로써 2개의 쌍극자 자석 사이에 하나의 구배 자기장을 형성한 다음, 이 구배 자기장을 통해 특정 축방향에서 대전 입자빔(예를 들어 이온빔)을 수렴(포커싱)하는데, TW I679669호 특허 및 TW I640999호 특허에 기재된 바와 같다.
이 구배 자기장의 특성은 자기장 중심의 자기장이 0이고, 특정 축방향(예를 들어 Y축 방향)에서 자기장 크기는 자기장 중심에서 멀어질수록 점차 커진다는 것이다. 작동할 때, 대전 입자빔의 중심이 이 구배 자기장의 자기장 중심을 통과하도록 하여, 대전 입자빔 중심에 위치한 대전 입자에 가해지는 자기장은 0이 되므로, 원래 경로를 유지하여 전진할 수 있다. 그러나 Y축 방향에서 대전 입자빔 중심을 벗어난 대전 입자에 가해지는 자기장은 0이 아니고, 그 가해지는 자기장은 이에 가해진 자기력으로 대전 입자빔 중심(자기장 중심)에 접근하도록 하게 함으로써, 대전 입자빔을 수렴(포커싱)하는 목적을 달성한다.
종래의 4극 자석은 코일의 전류를 변경하여 구배 자기장의 크기를 변경함으로써, 자기장을 통과한 대전 입자빔을 포커싱한다. 코일 전류 크기를 통해 구배 자기장을 제어하는 이러한 방식은 하기와 같은 문제가 있다. (1) 추가적인 전력을 소비하고, 가공 제품의 탄소 배출량(carbon footprint)을 증가시키며, 가공 비용도 증가시키고; (2) 자기장 누설이 비교적 커서 인접한 자석의 자기장 강도에 쉽게 영향을 주며; (3) 코일의 절연재료는 과열되면 가스를 방출하여 진공 챔버에 영향을 주거나 또는 오염시키고; (4) 자기장의 변화 정도가 제한된다.
본 발명은 Z축 방향을 따라 운동하는 대전 입자빔을 포커싱하는 하이브리드 자석 구조를 제공하고, 상기 하이브리드 자석 구조는 동일한 평면에 배치된 제1 쌍극자 자석 어셈블리 및 제2 쌍극자 자석 어셈블리를 포함한다.
제1 쌍극자 자석 어셈블리는 제1 영구 자석, 제1 코어, 제2 코어 및 제1 자기 소자를 포함한다. 제1 영구 자석은 제1 N극단, 제1 S극단, 제1 내측면 및 제1 내측면에 대응하는 제1 외측면을 구비한다. 제1 N극단 및 제1 S극단은 X축에 평행인 직선 방향으로 배치된다. 제1 내측면 및 제1 외측면은 제1 N극단과 제1 S극단 사이에 위치하고, 제1 내측면은 대전 입자빔의 운동 경로를 향하도록 배치된다. 제1 코어는 서로 연결된 제1 커버 섹션과 제1 연장 섹션을 포함하고, 제1 커버 섹션은 제1 N극단을 커버하며, 제1 연장 섹션은 제1 커버 섹션으로부터 연장되어 제1 내측면으로 돌출한다. 제2 코어는 서로 연결된 제2 커버 섹션과 제2 연장 섹션을 포함하고, 제2 커버 섹션은 제1 S극단을 커버하며, 제2 연장 섹션은 제2 커버 섹션으로부터 연장되어 제1 내측면으로 돌출한다. 제1 자기 소자는 이동 가능하게 제1 영구 자석의 제1 외측면에 설치된다.
제2 쌍극자 자석 어셈블리는 제2 영구 자석, 제3 코어, 제4 코어 및 제2 자기 소자를 포함한다. 제2 영구 자석은 제2 N극단, 제2 S극단, 제2 내측면 및 제2 내측면에 대응하는 제2 외측면을 구비한다. 제2 N극단 및 제2 S극단은 X축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치된다. 제2 내측면 및 제2 외측면은 제2 N극단과 제2 S극단 사이에 위치하고, 제2 내측면은 대전 입자빔의 운동 경로 및 제1 영구 자석의 제1 내측면을 향하도록 배치된다. 제3 코어는 서로 연결된 제3 커버 섹션과 제3 연장 섹션을 포함하고, 제3 커버 섹션은 제2 S극단을 커버하며, 제3 연장 섹션은 제3 커버 섹션으로부터 연장되어 제2 내측면으로 돌출하고, 제3 연장 섹션 및 제1 연장 섹션은 Y축에 평행인 직선 방향으로 배치된다. 제4 코어는 서로 연결된 제4 커버 섹션과 제4 연장 섹션을 포함하고, 제4 커버 섹션은 제2 N극단을 커버하며, 제4 연장 섹션은 제4 커버 섹션으로부터 연장되어 제2 내측면으로 돌출하고, 제4 연장 섹션 및 제2 연장 섹션은 Y축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치된다. 제2 자기 소자는 이동 가능하게 제2 영구 자석의 제2 외측면에 배치된다.
본 발명의 하이브리드 자석 구조는 제1 쌍극자 자석 어셈블리와 제2 쌍극자 자석 어셈블리 사이에 하나의 구배 자기장을 형성하고, 이동 가능한 제1 자기 소자와 제2 자기 소자를 자기장 분류 소자로 하여, 제1 자기 소자와 제1 영구 자석 사이의 간격 및 제2 자기 소자와 제2 영구 자석 사이의 간격을 제어함으로써, 에너지 소모가 큰 코일을 사용하지 않고도 구배 자기장 크기를 조정할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 자석 구조의 제1 실시예의 모식도이다.
도 2a는 제1 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석에 근접할 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 2b는 제1 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 3a는 제1 실시예의 제2 자기 소자가 제2 영구 자석에 근접할 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 3b는 제1 실시예의 제2 자기 소자가 제2 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 4a는 제1 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 X = 0일 때 자기장 Bx는 Y축 변화 추세를 따른다.
도 4b는 제1 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 Y = 0일 때 자기장 By는 X축 변화 추세를 따른다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 자석 구조의 제2 실시예의 모식도이다.
도 6은 제2 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석에 근접할 때 및 제2 자기 소자가 제2 영구 자석에 근접할 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 7은 제2 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때 및 제2 자기 소자가 제2 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 8a는 제2 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 X = 0일 때 자기장 Bx는 Y축 변화 추세를 따르고, P1 ~ P3은 각각 상이한 DX2 값에 의해 획득한 곡선을 나타낸다.
도 8b는 제2 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 Y = 0일 때 자기장 By는 X축 변화 추세를 따르고, P1 ~ P3은 각각 상이한 DX2 값에 의해 획득한 곡선을 나타낸다.
도 2a는 제1 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석에 근접할 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 2b는 제1 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 3a는 제1 실시예의 제2 자기 소자가 제2 영구 자석에 근접할 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 3b는 제1 실시예의 제2 자기 소자가 제2 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 4a는 제1 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 X = 0일 때 자기장 Bx는 Y축 변화 추세를 따른다.
도 4b는 제1 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 Y = 0일 때 자기장 By는 X축 변화 추세를 따른다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 자석 구조의 제2 실시예의 모식도이다.
도 6은 제2 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석에 근접할 때 및 제2 자기 소자가 제2 영구 자석에 근접할 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 7은 제2 실시예의 제1 자기 소자가 제1 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때 및 제2 자기 소자가 제2 영구 자석과 멀리 떨어져 있을 때의 자력선 분포 모식도이다.
도 8a는 제2 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 X = 0일 때 자기장 Bx는 Y축 변화 추세를 따르고, P1 ~ P3은 각각 상이한 DX2 값에 의해 획득한 곡선을 나타낸다.
도 8b는 제2 실시예의 하이브리드 자석 구조에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이며, 곡선이 Y = 0일 때 자기장 By는 X축 변화 추세를 따르고, P1 ~ P3은 각각 상이한 DX2 값에 의해 획득한 곡선을 나타낸다.
이하 각 실시예에서, “위”, “아래”, “앞” 또는 “뒤”는 도면에 도시된 방향 위치를 설명하거나 또는 소자 간의 상대적 관계를 용이하게 설명하기 위한 것일 뿐, 실제 위치 방향을 한정하지 않는다.
설명의 편의를 위해, 본 명세서의 각 실시예의 소자 관계 및 물리량에 대한 설명은 직교좌표계를 사용하는데, 여기서 대전 입자빔의 운동 방향은 Z축 방향으로 정의되고, 2개의 대향 배치된 쌍극자 자석은 동일한 평면에 있으며 그 N극과 S극은 모두 XY 평면에 있다.
달리 정의되지 않는 한, 이하 실시예에서 언급되는 “간격”은 2개의 소자 사이 또는 2개의 소자의 특정 부위 사이의 최단 거리를 의미한다. 여기서 특별히 설명해야 할 것은, 도 5에 도시된 간격 DX2은 제1 연장 섹션(2122)과 제2 연장 섹션(2132) 사이의 최장 거리를 의미한다.
영구 자석은 자성 재료로 만들어져 영구적으로 존재하는 자기장을 가진 소자를 의미하며, 상기 자기장은 전자석의 자기장과 같이 전류를 제어하여 자기장 크기를 변경할 수 없다. 영구 자석의 종류에는 세라믹형, 페라이트형 또는 희토형 영구 자석(예를 들어 SmCo)이 포함된다.
대전 입자의 생성은 일반적으로 입자 소스 가스를 플라즈마 반응 챔버에 통과시켜 플라즈마화한 다음, 플라즈마화된 입자 소스 가스를 슬릿 형상의 추출 전극을 통과시켜 원하는 대전 입자(이온)를 추출한다. 따라서, 대전 입자빔의 단면 형상은 일반적으로 편평한 형상인데, 즉, 특정 축방향에서 비교적 길고(장축 방향이라고 함), 서로 직교하는 다른 하나의 축방향에서는 비교적 편평하다(단축 방향이라고 함). 설명의 편의를 위해, 본 명세서 중의 대전 입자빔의 장축 방향은 Y축 방향(또는 수직 방향이라고 함)으로 정의하고, 대전 입자빔의 단축 방향은 X축 방향(또는 수평 방향이라고 함)으로 정의한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 자석 구조의 제1 실시예의 모식도이고, 하이브리드 자석 구조(1)를 도시한다. 하이브리드 자석 구조(1)는 4극 자석에 속하고, 이는 동일 평면 방식으로 XY 평면에 배치된 2개의 쌍극자 자석을 주로 포함하는데, 각각 제1 쌍극자 자석 어셈블리(11) 및 제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)이다. 하이브리드 자석 구조(1)는 Z축 방향을 따라 운동하는 대전 입자빔(90)을 포커싱하고, 대전 입자빔(90)의 단면은 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 편평한 형상을 나타내며, 여기서 장축 방향은 Y축 방향(수직 방향)이고, 단축 방향은 X축 방향(수평 방향)이다. 도 1에 도시된 방식으로 배치된 하이브리드 자석 구조(1)는 대전 입자빔(90)을 장축 방향으로 포커싱하는바, 즉, 대전 입자빔(90)이 하이브리드 자석 구조(1)를 통과한 후, 그 단면은 Y축 방향을 따른 길이가 짧아지고, X축 방향을 따른 길이가 약간 길어진다. 4극 자석을 이용하여 대전 입자빔을 포커싱하는 원리는 많은 종래기술에서 선보였기에 여기서는 더 이상 반복하여 설명하지 않는다. 본 발명의 중점은 새롭게 설계된 하이브리드 자석 구조를 제공하고, 코일을 사용하여 자극 자기장을 제어하는 종래의 4극 자석을 대체하는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)는 제1 영구 자석(111)을 포함하되, 제1 영구 자석(111)은 제1 N극단(111N), 제1 S극단(111S), 제1 내측면(111A) 및 제1 내측면(111A)에 대응하는 제1 외측면(111B)을 구비한다. 제1 N극단(111N) 및 제1 S극단(111S)은 X축에 평행인 직선 방향으로 배치된다. 제1 내측면(111A) 및 제1 외측면(111B)은 제1 N극단(111N)과 제1 S극단(111S) 사이에 위치하고, 제1 내측면(111A)은 대전 입자빔(90)의 운동 경로를 향하도록 배치된다.
제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)는 제1 코어(112)를 더 포함하고, 제1 코어(112)는 서로 연결된 제1 커버 섹션(1121)과 제1 연장 섹션(1122)을 포함하며, 여기서 제1 커버 섹션(1121)은 제1 N극단(111N)의 단부면을 커버하여 제1 N극단(111N)에서 방출되는 자력선 ML을 제1 연장 섹션(1122)으로 최대한 안내한다. 제1 연장 섹션(1122)은 제1 커버 섹션(1121)의 일단에 연결되고 제1 커버 섹션(1121)으로부터 연장되어 제1 내측면(111A)으로 돌출한다. 제1 영구 자석(111)의 자력선 ML은 주로 제1 연장 섹션(1122)에서 방출되므로, 제1 연장 섹션(1122)은 제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)의 하나의 자극으로 한다.
제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)는 제2 코어(113)를 더 포함하고, 제2 코어(113)는 서로 연결된 제2 커버 섹션(1131)과 제2 연장 섹션(1132)을 포함하며, 여기서 제2 커버 섹션(1131)은 제1 S극단(111S)의 단부면을 커버하여 제1 연장 섹션(1122)에서 방출되는 자력선 ML을 제1 S극단(111S)으로 최대한 안내한다. 제2 연장 섹션(1132)은 제2 커버 섹션(1131)의 일단에 연결되고 제2 커버 섹션(1131)으로부터 연장되어 제1 내측면(111A)으로 돌출한다. 제1 영구 자석(111)의 자력선 ML은 제1 연장 섹션(1122)에서 방출된 후, 대부분은 제2 연장 섹션(1132)을 통해 제1 영구 자석(111)으로 돌아오므로, 제2 연장 섹션(1132)은 제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)의 다른 하나의 자극으로 한다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)는 제1 자기 소자(114)를 더 포함하고, 이는 이동 가능하게 제1 영구 자석(111)의 제1 외측면(111B)에 설치된다. 일부 실시예에서, 제1 자기 소자(114)의 재질은 코어 재료이므로, 제1 영구 자석(111)의 자력선 ML의 일부분은 제1 자기 소자(114)에 분류된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 자기 소자(114)가 제1 외측면(111B)에 비교적 근접하는 경우, 즉, 제1 자기 소자(114)와 제1 외측면(111B) 사이의 간격(114G)이 비교적 작은 경우, 제1 자기 소자(114)에 분류된 자력선 ML은 비교적 많고, 이와 관련하여 제1 연장 섹션(1122)에서 방출되어 제2 연장 섹션(1132)을 통해 제1 영구 자석(111)으로 돌아오는 자속은 비교적 작다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 자기 소자(114)가 제1 외측면(111B)과 비교적 멀리 떨어져 있고, 즉, 제1 자기 소자(114)와 제1 외측면(111B) 사이의 간격(114G)이 비교적 큰 경우, 제1 자기 소자(114)에 분류된 자력선 ML은 비교적 적고, 나아가 제1 연장 섹션(1122)에서 방출되어 제2 연장 섹션(1132)을 통해 제1 영구 자석(111)으로 돌아오는 자속은 커지게 된다. 이로써, 엔지니어는 제1 자기 소자(114)와 제1 영구 자석(111)의 제1 외측면(111B) 사이의 간격(114G)을 조정하여 제1 쌍극자 자석 어셈블리(11)가 대전 입자빔(90)의 자기장 크기에 작용하도록 제어할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)는 제2 영구 자석(131)을 포함하고, 제2 영구 자석(131)은 제2 N극단(131N), 제2 S극단(131S), 제2 내측면(131A) 및 제2 내측면(131A)에 대응하는 제2 외측면(131B)을 구비한다. 제2 N극단(131N) 및 제2 S극단(131S)은 X축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치되고, 제1 N극단(111N)과 제1 S극단(111S)의 배치 방식은 180도 다르다. 제2 내측면(131A) 및 제2 외측면(131B)은 제2 N극단(131N)과 제2 S극단(131S) 사이에 위치하고, 제2 내측면(131A)은 대전 입자빔(90)의 운동 경로 및 제1 영구 자석(111)의 제1 내측면(111A)을 향하도록 배치된다.
제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)는 제3 코어(132)를 더 포함하고, 제3 코어(132)는 서로 연결된 제3 커버 섹션(1321)과 제3 연장 섹션(1322)을 포함하며, 여기서 제3 커버 섹션(1321)은 제2 S극단(131S)의 단부면을 커버하여 제3 연장 섹션(1322)에서 방출되는 자력선 ML을 제2 S극단(131S)으로 최대한 안내한다. 제3 연장 섹션(1322)은 제3 커버 섹션(1321)으로부터 연장되어 제2 내측면(131A)으로 돌출하고, 제3 연장 섹션(1322) 및 제1 연장 섹션(1122)은 Y축에 평행인 직선 방향으로 배치되며, 서로 간격 DY1만큼 떨어져 있다.
제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)는 제4 코어(133)를 더 포함하고, 제4 코어(133)는 서로 연결된 제4 커버 섹션(1331)과 제4 연장 섹션(1332)을 포함하며, 여기서 제4 커버 섹션(1331)은 제2 N극단(131N)의 단부면을 커버하여 제2 N극단(131N)에서 방출되는 자력선 ML을 제4 연장 섹션(1332)으로 최대한 안내한다. 제4 연장 섹션(1332)은 제4 커버 섹션(1331)의 일단에 연결되고 제4 커버 섹션(1331)으로부터 연장되어 제2 내측면(131A)으로 돌출한다. 제4 연장 섹션(1332) 및 제2 연장 섹션(1132)은 Y축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치되고, 서로 간격 DY1만큼 떨어져 있다. 제2 영구 자석(131)의 자력선 ML은 주로 제4 연장 섹션(1332)에서 방출되어, 제3 연장 섹션(1322) 및 제3 커버 섹션(1321)을 통해 제2 영구 자석(131)으로 돌아오므로, 제3 연장 섹션(1322) 및 제4 연장 섹션(1332)은 제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)의 2개의 자극으로 한다.
도 1, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)는 제2 자기 소자(134)를 더 포함하고, 이는 이동 가능하게 제2 영구 자석(131)의 제2 외측면(131B)에 설치된다. 제2 자기 소자(134)의 기능은 제1 자기 소자(114)의 기능과 유사하다. 일부 실시예에서, 제2 자기 소자(134)의 재질은 코어 재료이므로, 제2 영구 자석(131)의 자력선 ML의 일부분은 제2 자기 소자(134)에 분류된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제2 자기 소자(134)가 제2 외측면(131B)에 비교적 근접하는 경우, 즉, 제2 자기 소자(134)와 제2 외측면(131B) 사이의 간격(134G)이 비교적 작은 경우, 제2 자기 소자(134)에 분류된 자력선 ML은 비교적 많고, 이와 관련하여 제4 연장 섹션(1332)에서 방출되어 제3 연장 섹션(1322)을 통해 제2 영구 자석(131)으로 돌아오는 자속은 비교적 작다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 자기 소자(134)가 제2 외측면(131B)과 비교적 멀리 떨어져 있고, 즉, 제2 자기 소자(134)와 제2 외측면(131B) 사이의 간격(134G)이 비교적 큰 경우, 제2 자기 소자(134)에 분류된 자력선 ML은 비교적 적고, 나아가 제4 연장 섹션(1332)에서 방출되어 제3 연장 섹션(1322)을 통해 제2 영구 자석(131)으로 돌아오는 자속은 커지게 된다. 이로써, 엔지니어는 제2 자기 소자(134)와 제2 영구 자석(131)의 제2 외측면(131B) 사이의 간격(134G)을 조정하여 제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)가 대전 입자빔(90)의 자기장 크기에 작용하도록 제어할 수 있다.
실제 상황에서, 제1 연장 섹션(1122)에서 방출되는 일부 자력선은 제3 연장 섹션(1322)에 진입할 수 있고, 제4 연장 섹션(1332)에서 방출되는 일부 자력선도 제2 연장 섹션(1132)에 진입할 수 있으며, 대전 입자빔(90)의 장축 방향의 길이는 종종 단축 방향의 길이보다 크기 때문에, 실제 작동 시 간격 DY1도 간격 DX1보다 훨씬 크므로, 제1 연장 섹션(1122)에서 방출되는 자력선이 제3 연장 섹션(1322)에 진입하는 비율 또는 제4 연장 섹션(1332)에서 방출되는 자력선이 제2 연장 섹션(1132)에 진입하는 비율은 매우 제한적이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a 및 도 4b는 하이브리드 자석 구조(1)에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장은 XY 평면에 위치하며, 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이고, 도 4a는 X = 0일 때 자기장 Bx가 Y축에 따라 변화하는 그래프이며, 도 4b는 Y = 0일 때 자기장 By가 X축에 따라 변화하는 그래프이다. 도 4a 및 도 4b에서 알 수 있다시피 구배 자기장의 자기장 중심의 자기장은 0이고, 구배 자기장의 자기장 중심을 멀리 할수록 자기장은 점차 커진다.
예상할 수 있듯이, 도 1 중의 대전 입자빔(90)의 단면을 90도로 회전하면, 즉, 장축 방향이 X축 방향(수평 방향)이고, 단축 방향이 Y축 방향(수직 방향)이며, 도 1의 하이브리드 자석 구조(1)를 90도로 회전하면, X축 방향에서 포커싱하는 데도 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, Y축 방향에서 제1 코어(112)의 제1 연장 섹션(1122)과 제3 코어(132)의 제3 연장 섹션(1322) 사이의 간격은 Y축 방향에서 제2 코어(113)의 제2 연장 섹션(1132)과 제4 코어(133)의 제4 연장 섹션(1332) 사이의 간격과 동일하고, 간격은 DY1이다. 이 밖에, X축 방향에서 제1 코어(112)의 제1 연장 섹션(1122)과 제2 코어(113)의 제2 연장 섹션(1132) 사이의 간격은 X축 방향에서 제3 코어(132)의 제3 연장 섹션(1322)과 제4 코어(133)의 제4 연장 섹션(1332) 사이의 간격과 동일하고, 간격은 DX1이다. 이 밖에, X축 방향에서 제1 영구 자석(111)의 폭은 X축 방향에서 제2 영구 자석(131)의 폭과 동일하고, 폭은 WX이다. 본 실시예에서, 하이브리드 자석 구조(1)는 장축 방향이 Y축인 대전 입자빔(90)을 수렴(포커싱)하기 위해 사용되므로, 간격 DY1은 간격 DX1보다 크다. 이 밖에, 간격 DX1이 폭 WX보다 작은바, 즉, 제1 연장 섹션(1122)과 제2 연장 섹션(1132)은 안쪽으로 연장되고, 제3 연장 섹션(1322)과 제4 연장 섹션(1332)도 안쪽으로 연장된다.
전술한 바와 같이 대전 입자빔의 장축 방향이 X축 방향(수평 방향)에 있는 경우, 제1 실시예의 하이브리드 자석 구조(1)를 90도로 회전하면 X축 방향에서 대전 입자빔을 포커싱할 수 있다. 그러나 일부 경우에, 기기가 위치한 공간 또는 기존에 설계된 소자 배치 및 배선에 의해 제한되어, 단일 축방향(예를 들어 수직 방향)에서만 4극 자기체를 설치할 수 있으므로, 본 발명은 또한 제2 실시예를 제공하며, 이는 제1 실시예에 따른 2개의 쌍극자 자석 어셈블리의 상대적 공간 배치 관계를 유지하면서 X축 방향에서 대전 입자빔을 포커싱할 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 자석 구조의 제2 실시예의 모식도이고, 이는 하이브리드 자석 구조(2)를 도시한다. 하이브리드 자석 구조(2)는 주로 동일 평면 방식으로 XY 평면에 배치된 2개의 쌍극자 자석을 포함하고, 각각 제1 쌍극자 자석 어셈블리(21) 및 제2 쌍극자 자석 어셈블리(23)이다. 하이브리드 자석 구조(2)는 Z축 방향을 따라 운동하는 대전 입자빔(92)을 포커싱하고, 대전 입자빔(92)의 단면은 일반적으로 도 5에 도시된 바와 같이 편평한 형상을 나타내며, 여기서 장축 방향은 X축 방향(수평 방향)이고, 단축 방향은 Y축 방향(수직 방향)이다. 도 5에 도시된 방식으로 배치된 하이브리드 자석 구조(2)는 대전 입자빔(92)을 수평축 방향으로 포커싱하는바, 즉, 대전 입자빔(92)이 하이브리드 자석 구조(2)를 통과한 후, 이의 단면은 X축 방향을 따른 길이가 짧아지고, Y축 방향을 따른 길이가 약간 길어지며, 하기와 같이 그 구조를 상세하게 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 쌍극자 자석 어셈블리(21)는 제1 영구 자석(211)을 포함하고, 제1 영구 자석(211)은 제1 N극단(211N), 제1 S극단(211S), 제1 내측면(211A) 및 제1 내측면(211A)에 대응하는 제1 외측면(211B)을 구비한다. 제1 N극단(211N) 및 제1 S극단(211S)은 X축에 평행인 직선 방향으로 배치된다. 제1 내측면(211A) 및 제1 외측면(211B)은 제1 N극단(211N)과 제1 S극단(211S) 사이에 위치하고, 제1 내측면(211A)은 대전 입자빔(92)의 운동 경로를 향하도록 배치된다.
계속하여 도 5를 참조하면, 제2 쌍극자 자석 어셈블리(23)는 제2 영구 자석(231)을 포함하고, 제2 영구 자석(231)은 제2 N극단(231N), 제2 S극단(231S), 제2 내측면(231A) 및 제2 내측면(231A)에 대응하는 제2 외측면(231B)을 구비한다. 제2 N극단(231N) 및 제2 S극단(231S)은 X축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치되고, 제1 N극단(211N)과 제1 S극단(211S)의 배치 방식은 180도 다르다. 제2 내측면(231A) 및 제2 외측면(231B)은 제2 N극단(231N)과 제2 S극단(231S) 사이에 위치하고, 제2 내측면(231A)은 대전 입자빔(92)의 운동 경로 및 제1 영구 자석(211)의 제1 내측면(211A)을 향하도록 배치된다.
제1 쌍극자 자석 어셈블리(21)는 제1 코어(212)를 더 포함하고, 제1 코어(212)는 서로 연결된 제1 커버 섹션(2121)과 제1 연장 섹션(2122)을 포함하며, 여기서 제1 커버 섹션(2121)은 제1 N극단(211N)의 단부면을 커버하여 제1 N극단(211N)에서 방출되는 자력선 ML을 제1 연장 섹션(2122)으로 최대한 안내한다. 제1 연장 섹션(2122)은 제1 커버 섹션(2121)의 일단에 연결되고 제1 커버 섹션(2121)으로부터 연장되어 제1 내측면(211A)으로 돌출한다. 제1 영구 자석(211)의 자력선 ML은 주로 제1 연장 섹션(2122)에서 방출되므로, 제1 연장 섹션(2122)은 제1 쌍극자 자석 어셈블리(21)의 하나의 자극으로 한다. 제1 실시예와 다른 점은, 제1 실시예의 제1 연장 섹션(1122)은 제1 내측면(111A)에서 돌출한 후 내측으로 연장되고, 본 실시예의 제1 연장 섹션(2122)은 제1 내측면(211A)에서 돌출한 후 외측으로 연장된다는 것이다.
제2 쌍극자 자석 어셈블리(23)는 제3 코어(232)를 더 포함하고, 제3 코어(232)는 서로 연결된 제3 커버 섹션(2321)과 제3 연장 섹션(2322)을 포함하며, 여기서 제3 커버 섹션(2321)은 제2 S극단(231S)의 단부면을 커버하여 제1 연장 섹션(2122)에서 방출되는 자력선 ML을 제3 연장 섹션(2322)으로 최대한 안내한다. 제3 연장 섹션(2322)은 제3 커버 섹션(2321)으로부터 연장되어 제2 내측면(231A)으로 돌출하고, 제3 연장 섹션(2322)과 제1 연장 섹션(2122)의 배치는 XZ 평면에 대해 대칭되며, 서로 간격 DY2만큼 떨어져 있다. 제1 실시예와 다른 점은, 제1 실시예의 제3 연장 섹션(1322)은 내측으로 연장되고, 본 실시예의 제3 연장 섹션(2322)은 제2 내측면(231A)에서 돌출한 후 외측으로 연장된다는 것이다.
도 6 및 도 7과 결합하여 다시 도 5를 참조하면, 제1 쌍극자 자석 어셈블리(21)는 제2 코어(213)를 더 포함하고, 제2 코어(213)는 서로 연결된 제2 커버 섹션(2131)과 제2 연장 섹션(2132)을 포함하며, 여기서 제2 커버 섹션(2131)은 제1 S극단(211S)의 단부면을 커버하여 제2 쌍극자 자석 어셈블리(23)의 제2 영구 자석(231)에서 방출되는 자력선 ML을 제2 연장 섹션(2132)으로 최대한 안내한다. 제2 연장 섹션(2132)은 제2 커버 섹션(2131)의 일단에 연결되고 제2 커버 섹션(2131)으로부터 연장되어 제1 내측면(211A)으로 연장된다. 제1 실시예와 다른 점은, 제1 실시예의 제2 연장 섹션(1132)은 제1 내측면(111A)에서 돌출한 후 내측으로 연장되고, 본 실시예의 제2 연장 섹션(2132)은 제1 내측면(211A)에서 돌출한 후 외측으로 연장된다는 것이다. 이 밖에, 본 실시예에서, 제1 영구 자석(211)은 X축 방향을 따라 폭 WX을 구비하고, 제1 연장 섹션(2122)과 제2 연장 섹션(2132)은 X축 방향을 따라 간격 DX2을 구비하며, 간격 DX2는 폭 WX 및 간격 DY2보다 크다.
제2 쌍극자 자석 어셈블리(23)는 제4 코어(233)를 더 포함하고, 제4 코어(233)는 서로 연결된 제4 커버 섹션(2331)과 제4 연장 섹션(2332)을 포함하며, 여기서 제4 커버 섹션(2331)은 제2 N극단(231N)의 단부면을 커버하여 제2 N극단(231N)에서 방출되는 자력선 ML을 제4 연장 섹션(2332)으로 최대한 안내한다. 제4 연장 섹션(2332)은 제4 커버 섹션(2331)의 일단에 연결되고 제4 커버 섹션(2331)으로부터 연장되어 제2 내측면(231A)으로 돌출한다. 제4 연장 섹션(2332)과 제2 연장 섹션(2132)의 배치는 XZ 평면에 대해 대칭되고, 서로 간격 DY2만큼 떨어져 있다. 제2 영구 자석(231)의 자력선 ML은 주로 제4 연장 섹션(2332)에서 방출되고, 제2 연장 섹션(2132) 및 제2 커버 섹션(2131)에 진입한다. 제1 실시예와 다른 점은, 제1 실시예의 제4 연장 섹션(1332)은 내측으로 연장되고, 본 실시예의 제4 연장 섹션(2332)은 외측으로 연장된다는 것이다. 이 밖에, 본 실시예에서, 제2 영구 자석(231)은 X축 방향을 따라 폭 WX을 구비하고, 제3 연장 섹션(2322)과 제4 연장 섹션(2332)은 X축 방향을 따라 간격 DX2을 구비하며, 간격 DX2는 폭 WX 및 간격 DY2보다 크다.
다시 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 쌍극자 자석 어셈블리(21)는 제1 자기 소자(214)를 포함하고, 이는 이동 가능하게 제1 영구 자석(211)의 제1 외측면(211B)에 설치된다. 일부 실시예에서, 제1 자기 소자(214)의 재질은 코어 재료이므로, 제1 영구 자석(211)의 자력선 ML은 일부분이 제1 자기 소자(214)에 분류된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 자기 소자(214)가 제1 외측면(211B)이 비교적 근접하는 경우, 즉, 제1 자기 소자(214)와 제1 외측면(211B) 사이의 간격(214G)이 비교적 작은 경우, 제1 자기 소자(214)에 분류된 자력선 ML은 비교적 많고, 이와 관련하여 제1 연장 섹션(2122)에서 방출되어 제3 연장 섹션(2322)을 통과하는 자속은 비교적 작다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 자기 소자(214)가 제1 외측면(211B)과 비교적 멀리 떨어져 있는 경우, 즉, 제1 자기 소자(214)와 제1 외측면(211B) 사이의 간격(214G)이 비교적 큰 경우, 제1 자기 소자(214)에 분류된 자력선 ML은 비교적 적고, 나아가 제1 연장 섹션(2122)에서 방출되어 제3 연장 섹션(2322)을 통과하는 자속은 커지게 된다. 이로써, 엔지니어는 제1 자기 소자(214)와 제1 영구 자석(211)의 제1 외측면(211B) 사이의 간격(214G)을 조정하여 제1 쌍극자 자석 어셈블리(21)가 대전 입자빔(92)의 자기장 크기에 작용하도록 제어할 수 있다.
다시 도 5 내지 도 7을 참조하면, 제2 쌍극자 자석 어셈블리(23)는 제2 자기 소자(234)를 더 포함하고, 이는 이동 가능하게 제2 영구 자석(231)의 제2 외측면(231B)에 설치된다. 제2 자기 소자(234)의 기능은 제1 자기 소자(214)의 기능과 유사하다. 일부 실시예에서, 제2 자기 소자(234)의 재질은 코어 재료이므로, 제2 영구 자석(231)의 자력선 ML은 일부분이 제2 자기 소자(234)에 분류된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 자기 소자(234)가 제2 외측면(231B)에 비교적 접근되고, 즉, 제2 자기 소자(234)와 제2 외측면(231B) 사이의 간격(234G)이 비교적 작은 경우, 제2 자기 소자(234)에 분류된 자력선 ML은 비교적 많고, 이와 관련하여 제4 연장 섹션(2332)에서 방출되어 제2 연장 섹션(2132)을 통과하는 자속은 비교적 작다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 자기 소자(234)가 제2 외측면(231B)과 멀리 떨어져 있고, 즉, 제2 자기 소자(234)와 제2 외측면(231B) 사이의 간격(234G)이 비교적 큰 경우, 제2 자기 소자(234)에 분류된 자력선 ML은 비교적 적고, 나아가 제4 연장 섹션(2332)에서 방출되어 제2 연장 섹션(2132)을 통과하는 자속은 커지게 된다. 이로써, 엔지니어는 제2 자기 소자(234)와 제2 영구 자석(231)의 제2 외측면(231B) 사이의 간격(234G)을 조정하여 제2 쌍극자 자석 어셈블리(13)가 대전 입자빔(92)의 자기장 크기에 작용하도록 제어할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 실제 상황에서, 제1 연장 섹션(2122)에서 방출되는 일부 자력선은 제2 연장 섹션(2132)에 진입할 수 있고, 제4 연장 섹션(2332)에서 방출되는 자력선도 제3 연장 섹션(2322)에 진입할 수 있으며, 대전 입자빔(92)의 장축(X축) 방향의 길이는 종종 단축(Y축) 방향의 길이보다 크기 때문에, 실제 작동 시 간격 DX2도 간격 DY2보다 훨씬 크므로, 제1 연장 섹션(2122)에서 방출되는 자력선이 제2 연장 섹션(2132)에 진입하는 비율 또는 제4 연장 섹션(2332)에서 방출되는 자력선이 제3 연장 섹션(2322)에 진입하는 비율은 매우 제한적이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 도 8a 및 도 8b는 하이브리드 자석 구조(2)에 의해 형성된 구배 자기장의 시뮬레이션 모식도이고, 여기서 구배 자기장은 XY 평면에 위치하며, 구배 자기장의 자기장 중심 좌표는 (0, 0)이고, DY2 = DY1이다. 여기서 도 8a는 X = 0일 때, X 방향의 자기장 Bx가 Y축에 따라 변화하는 그래프이고, 도 8b는 Y = 0일 때 Y 방향의 자기장 By가 X축에 따라 변화하는 그래프이다. 도 8a 및 도 8b에서 알 수 있다시피 구배 자기장의 자기장 중심의 자기장은 0이고, 구배 자기장의 자기장 중심을 멀리 할수록 자기장은 점차 커진다.
도 8a 및 도 8b는 3개의 곡선을 포함하고, 각각 곡선 P1, 곡선 P2 및 곡선 P3이며, 이는 각각 고정 간격 DY2의 조건에서 간격 DX2의 값을 변경하여 획득한 자기장 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기서 곡선 P3의 간격 DX2은 곡선 P2의 간격 DX2보다 크고, 곡선 P2의 간격 DX2은 곡선 P1의 간격 DX2보다 크다. 시뮬레이션 결과에서 알 수 있다시피, 인접한 2개의 쌍극자 자석 어셈블리 사이의 거리가 고정된 경우(즉, DY2는 고정불변임), X축 방향을 따라 두 자극 사이의 간격 DX2을 증가시키면, Y 방향의 자기장 By의 크기에는 뚜렷한 변화가 없으나, X 방향의 자기장 Bx는 DX2가 커짐에 따라 작아진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, Y축 방향에서 제1 코어(212)의 제1 연장 섹션(2122)과 제3 코어(232)의 제3 연장 섹션(2322) 사이의 간격은 Y축 방향에서 제2 코어(213)의 제2 연장 섹션(2132)과 제4 코어(233)의 제4 연장 섹션(2332) 사이의 간격과 동일하고, 간격은 DY2이다. 이 밖에, X축 방향에서 제1 코어(212)의 제1 연장 섹션(2122)과 제2 코어(213)의 제2 연장 섹션(2132) 사이의 간격은 X축 방향에서 제3 코어(232)의 제3 연장 섹션(2322)과 제4 코어(233)의 제4 연장 섹션(2332) 사이의 간격과 동일하고, 간격은 DX2이다. 이 밖에, X축 방향에서 제1 영구 자석(211)의 폭은 X축 방향에서 제2 영구 자석(231)의 폭과 동일하고, 폭은 WX이다. 본 실시예의 하이브리드 자석 구조(2)는 장축 방향이 X축인 대전 입자빔(92)을 수렴(포커싱)하기 위해 사용되므로, 간격 DX2는 간격 DY2보다 크고, 간격 DX2도 폭 WX보다 크다.
일부 실시예에서, 상기 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 외부 표면은 약 5 mm 두께의 흑연층을 도금하여 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 복사에 의해 직접 손상되는 것을 방지할 수 있고, 나아가 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 사용 수명을 연장할 수 있다. 이 밖에, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 표면에 약 5 μm 두께의 질화티타늄층을 도금하여, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 작동시 고온에 의해 가스를 방출하여 진공 챔버의 진공도를 파괴하거나 또는 진공 챔버를 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 자기 소자 및 제2 자기 소자는 진공 챔버의 외부에 설치할 수 있으므로 이온 주입기 시스템의 소형화에 도움이 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 자석 구조는 2개의 자기 소자의 분류를 통해 자극의 자기장 크기를 제어하는데, 에너지 소비가 큰 코일을 사용하는 종래의 방식과 비교하면 하기와 같은 장점 중의 적어도 하나를 구비한다. (1) 자기장 제어는 많은 전력을 소비할 필요가 없어 에너지 절약 및 탄소 감소 기능이 있고; (2) 자기장 누설(magnetic flux leakage)이 비교적 작아 인접한 자석의 자기장 강도에 영향을 주지 않으며; (3) 에너지 범위가 상이한 입자빔에 적용되고; (4) 진공 환경, 특히 초고진공에 적용되며; (5) 컴팩트한 소형화 이온 주입기 시스템을 제공한다.
상기와 같은 실시예를 들어 본 발명을 개시하였으나, 이는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 전제에서 일부 변경 및 보정을 할 수 있으며, 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위를 기준으로 한다.
1, 2: 하이브리드 자석 구조
11, 21: 제1 쌍극자 자석 어셈블리
111, 211: 제1 영구 자석
111A, 211A: 제1 내측면
111B, 211B: 제1 외측면
111N, 211N: 제1 N극단
111S, 211S: 제1 S극단
112, 212: 제1 코어
1121, 2121: 제1 커버 섹션
1122, 2122: 제1 연장 섹션
113, 213: 제2 코어
1131, 2131: 제2 커버 섹션
1132, 2132: 제2 연장 섹션
114, 214: 제1 자기 소자
114G, 214G: 간격
13, 23: 제2 쌍극자 자석 어셈블리
131, 231: 제2 영구 자석
131A, 231A: 제2 내측면
131B, 231B: 제2 외측면
131N, 231N: 제2 N극단
131S, 231S: 제2 S극단
132, 232: 제3 코어
1321, 2321: 제3 커버 섹션
1322, 2322: 제3 연장 섹션
133, 233: 제4 코어
1331, 2331: 제4 커버 섹션
1332, 2332: 제4 연장 섹션
134, 234: 제2 자기 소자
134G, 234G: 간격
90, 92: 대전 입자빔
DX1, DX2: 간격
DY1, DY2: 간격
ML: 자력선
WX: 폭
11, 21: 제1 쌍극자 자석 어셈블리
111, 211: 제1 영구 자석
111A, 211A: 제1 내측면
111B, 211B: 제1 외측면
111N, 211N: 제1 N극단
111S, 211S: 제1 S극단
112, 212: 제1 코어
1121, 2121: 제1 커버 섹션
1122, 2122: 제1 연장 섹션
113, 213: 제2 코어
1131, 2131: 제2 커버 섹션
1132, 2132: 제2 연장 섹션
114, 214: 제1 자기 소자
114G, 214G: 간격
13, 23: 제2 쌍극자 자석 어셈블리
131, 231: 제2 영구 자석
131A, 231A: 제2 내측면
131B, 231B: 제2 외측면
131N, 231N: 제2 N극단
131S, 231S: 제2 S극단
132, 232: 제3 코어
1321, 2321: 제3 커버 섹션
1322, 2322: 제3 연장 섹션
133, 233: 제4 코어
1331, 2331: 제4 커버 섹션
1332, 2332: 제4 연장 섹션
134, 234: 제2 자기 소자
134G, 234G: 간격
90, 92: 대전 입자빔
DX1, DX2: 간격
DY1, DY2: 간격
ML: 자력선
WX: 폭
Claims (9)
- Z축 방향을 따라 운동하는 대전 입자빔을 포커싱하는 하이브리드 자석 구조로서,
상기 하이브리드 자석 구조는,
XY 평면에 설치된 제1 쌍극자 자석 어셈블리 및 상기 제1 쌍극자 자석 어셈블리와 동일한 평면에 있는 제2 쌍극자 자석 어셈블리를 포함하고;
상기 제1 쌍극자 자석 어셈블리는,
제1 영구 자석, 제1 코어, 제2 코어 및 제1 자기 소자를 포함하며,
상기 제1 영구 자석은 제1 N극단, 제1 S극단, 제1 내측면 및 상기 제1 내측면에 대응하는 제1 외측면을 구비하고, 상기 제1 N극단 및 상기 제1 S극단은 X축에 평행인 직선 방향으로 배치되며, 상기 제1 내측면 및 상기 제1 외측면은 상기 제1 N극단과 상기 제1 S극단 사이에 위치하고, 상기 제1 내측면은 상기 대전 입자빔의 운동 경로를 향하도록 배치되며;
상기 제1 코어는 서로 연결된 제1 커버 섹션과 제1 연장 섹션을 포함하고, 상기 제1 커버 섹션은 상기 제1 N극단을 커버하며, 상기 제1 연장 섹션은 상기 제1 커버 섹션으로부터 연장되어 상기 제1 내측면으로 돌출하고;
상기 제2 코어는 서로 연결된 제2 커버 섹션과 제2 연장 섹션을 포함하며, 상기 제2 커버 섹션은 상기 제1 S극단을 커버하고, 상기 제2 연장 섹션은 상기 제2 커버 섹션으로부터 연장되어 상기 제1 내측면으로 돌출하며;
상기 제1 자기 소자는 이동 가능하게 상기 제1 영구 자석의 제1 외측면에 설치되고;
상기 제2 쌍극자 자석 어셈블리는,
제2 영구 자석, 제3 코어, 제4 코어 및 제2 자기 소자를 포함하며,
상기 제2 영구 자석은 제2 N극단, 제2 S극단, 제2 내측면 및 상기 제2 내측면에 대응하는 제2 외측면을 구비하고, 상기 제2 N극단 및 상기 제2 S극단은 X축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치되며, 상기 제2 내측면 및 상기 제2 외측면은 상기 제2 N극단과 상기 제2 S극단 사이에 위치하고, 상기 제2 내측면은 상기 대전 입자빔의 운동 경로 및 상기 제1 영구 자석의 제1 내측면을 향하도록 배치되며;
상기 제3 코어는 서로 연결된 제3 커버 섹션과 제3 연장 섹션을 포함하고, 상기 제3 커버 섹션은 상기 제2 S극단을 커버하며, 상기 제3 연장 섹션은 상기 제3 커버 섹션으로부터 연장되어 상기 제2 내측면으로 돌출하고, 상기 제3 연장 섹션 및 상기 제1 연장 섹션은 Y축에 평행인 직선 방향으로 배치되며;
상기 제4 코어는 서로 연결된 제4 커버 섹션과 제4 연장 섹션을 포함하고, 상기 제4 커버 섹션은 상기 제2 N극단을 커버하며, 상기 제4 연장 섹션은 상기 제4 커버 섹션으로부터 연장되어 상기 제2 내측면으로 돌출하고, 상기 제4 연장 섹션 및 상기 제2 연장 섹션은 Y축에 평행인 다른 직선 방향으로 배치되며;
상기 제2 자기 소자는 이동 가능하게 상기 제2 영구 자석의 제2 외측면에 설치되는, 하이브리드 자석 구조. - 제1항에 있어서,
Y축 방향에서 상기 제1 연장 섹션과 상기 제3 연장 섹션 사이의 간격은 Y축 방향에서 상기 제2 연장 섹션과 상기 제4 연장 섹션 사이의 간격과 동일한, 하이브리드 자석 구조. - 제2항에 있어서,
X축 방향에서 상기 제1 연장 섹션과 상기 제2 연장 섹션 사이의 간격은 X축 방향에서 상기 제3 연장 섹션과 상기 제4 연장 섹션 사이의 간격과 동일한, 하이브리드 자석 구조. - 제3항에 있어서,
상기 제1 연장 섹션과 상기 제3 연장 섹션은 Y축 방향을 따라 간격 DY1을 구비하고, 상기 제2 연장 섹션과 상기 제4 연장 섹션도 Y축 방향을 따라 간격 DY1을 구비하며, 상기 제1 연장 섹션과 상기 제2 연장 섹션은 X축 방향을 따라 간격 DX1을 구비하고, 상기 제3 연장 섹션과 상기 제4 연장 섹션도 X축 방향을 따라 간격 DX1을 구비하며, 간격 DY1은 간격 DX1보다 큰, 하이브리드 자석 구조. - 제4항에 있어서,
상기 제1 영구 자석은 X축 방향을 따라 폭 WX을 구비하고, 상기 제2 영구 자석은 X축 방향을 따라 폭 WX을 구비하며, 간격 DX1은 폭 WX보다 작은, 하이브리드 자석 구조. - 제1항에 있어서,
상기 제1 연장 섹션과 상기 제3 연장 섹션은 Y축 방향을 따라 간격 DY2을 구비하고, 상기 제2 연장 섹션과 상기 제4 연장 섹션은 Y축 방향을 따라 간격 DY2을 구비하며, 상기 제1 연장 섹션과 상기 제2 연장 섹션은 X축 방향을 따라 간격 DX2을 구비하고, 상기 제3 연장 섹션과 상기 제4 연장 섹션은 X축 방향을 따라 간격 DX2을 구비하며, 간격 DY2는 간격 DX2보다 작은, 하이브리드 자석 구조. - 제6항에 있어서,
상기 제1 영구 자석은 X축 방향을 따라 폭 WX을 구비하고, 상기 제2 영구 자석은 X축 방향을 따라 폭 WX을 구비하며, 간격 DX2는 폭 WX보다 큰, 하이브리드 자석 구조. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영구 자석 및 상기 제2 영구 자석의 외부 표면은 흑연층으로 도금된, 하이브리드 자석 구조. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 영구 자석 및 상기 제2 영구 자석의 외부 표면은 질화티타늄층으로 도금된, 하이브리드 자석 구조.
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