KR100628321B1

KR100628321B1 - 마이크로 칼럼 전자빔 장치

Info

Publication number: KR100628321B1
Application number: KR1020040107222A
Authority: KR
Inventors: 최상국; 김대준; 정진우; 김대용
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-09-27
Also published as: US20060151716A1; US7375351B2; KR20060068509A

Abstract

본 발명은, 마이크로칼럼 전자빔 장치에 관한 것으로서, 베이스; 상기 베이스에 중심부에 장착되며, 전자렌즈 모듈이 고정된 전자렌즈 브라켓; 상기 전자렌즈 모듈의 상부에 상하 길이 방향으로 길게 배치되는 전자빔 방출원 팁모듈; 상기 베이스의 상측에 장착되고, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 그 중심부에 지지하되, 전자빔 방출원 팁모듈의 중심을 상하 방향으로 지나는 수직축과 수직인 하나의 평면상의 3방향에서 각각 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 결합된 제1, 2, 3스프링부를 포함하는 3-커플링 판 스프링 플레이트부(3-coupling pan spring plate portion)를 구비하여, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 3방향에서 탄성적으로 지지하는 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(pan spring plate stage moule); 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 상기 수직축과 수직인 제1축 상에서 이동시키는 제1피지티 엑츄에이터(PZT acutator); 및 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 상기 수직축 및 제1축과 각각 수직인 제2축 상에서 이동시키는 제2피지티 엑츄에이터(PZT acutator);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 칼럼 전자빔 장치{Micro column electro beam apparatus}

도 1은 종래 마이크로 칼럼 전자빔 장치의 개략적 사시도,

도 2는 도 1의 마이크로 칼럼 전자빔 장치의 분해 사시도,

도 3은, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 칼럼 전자빔 장치의 개략적 사시도,

도 4는, 도 3의 마이크로 칼럼 전자빔 장치를 90°시계방향으로 회전한 상태의 개략적 분해 사시도,

도 5는, 도 3의 판스프링 플레이트 스테이지 모듈의 평면도,

도 6은, 도 3의 3축 방향으로 움직이는 3-커플링 판스프링 플레이트부(3-Coupling Pan Spring Plate portion)를 입체적으로 보여주는 도면,

도 7은, 도 6의 3-커플링 판스프링 플레이트부의 3방향 동적 거동을 예시적으로 해석하고 3방향으로 움직이는 최대 동적거리를 나타낸 평면 해석도,

도 8과 도 9는, 제1, 2, 3피지티(PZT) 엑츄에이터를 장착한 상태의 판스프링 플레이트 스테이지 모듈의 개략적인 평면도와 정면도,

도 10은, 본 발명에 따른 마이크로 칼럼 전자빔 장치 조립체의 개략적 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ... 마이크로 칼럼 전자빔 장치

2 ... 마이크로 칼럼 전자빔 장치 어셈블리

10 ... 베이스 12 ... 고정기둥

20 ... 전자렌즈 브라켓 22 ... 전자렌즈 모듈

30 ... 전자빔 방출원 팁 모듈

40 ... 판스프링 플레이트 스테이지 모듈

41, 42, 43 ... 제1, 2, 3 스프링부

44 ... 3-커플링 판 스프링 플레이트

50, 52, 54 ... 제1, 2, 3 피지티 엑츄에이터

60, 64, 68 .... 제1, 2, 3 레버

70 ... 랜드보드 82 ... 상부 플렌지

84 ... 하부 플렌지 86 ... 조립기둥

본 발명은 고진공( Ultra High Vacuum) 챔버(Chamber)내에 실장되어 동작하는 약 20mm X 20mm X 30mm 작은 크기의 마이크로 칼럼 전자빔 장치(Micro column electro beam apparatus)에 관한 것이다.

마이크로 칼럼 전자빔 장치는, 세계적으로 소형화(miniature)를 추구하고 있으며, 모든 전자빔 장치에서 필수적인 전자방출 소스인 에미션 팁(emission Tip)을 광학적 구조로 정렬하여 필드 에미션 모드(field emission mode)로 작동시키는 주사형 현미경(STM: Scanning Tunneling Microscope)에 적용된다. 또한 초소형 마이크로 칼럼 전자빔 장치는 전자빔 리소그라피 시스템(electron beam lithography system)의 고 스루풋(high through-put)의 향상 방법으로 사용된다.

도 1과 도 2에는, 종래 마이크로 칼럼 전자빔 장치에 있어서, 전자빔 방출원 팁모듈의 x, y, z축 방향의 변위를 위한 마이크로 칼럼 스테이지 모듈이 도시되어 있다.

종래의 마이크로 칼럼 전자빔 장치에 채용되는 일반적인 스테이지 모듈(100)은, 3 방향 포지셔너(three-axis positioner)로서 네 개의 스텐레스 스틸 스테이지(stainless steel stage), 즉, 베이스 프레임(101), y축 슬라이더 스테이지(110) x축 슬라이더 스테이지(120) 및 z축 슬라이더 스테이지(130)로 구성되어 있다. 하지만. 이러한 구성은 이하 설명하는 바와 같이 기구적으로 복잡하고 물리적인 다양한 부가 기능이 요구되며, 부가적 기능마다 물리적 동작기능에서 대칭적 문제점이 나타난다는 단점들이 있다. 또한, 압전소자(piezoelectric element; 102, 이하, ◎피지티◎ 라 칭한다) 엑츄에이터의 상대적으로 느린 움직임은 스테이지들을 마찰력으로서 움직이게 하고. 피지티(piezo)의 빠른 움직임은 스테이지의 관성 때문에 스테이지들을 이동시키고 미끄러지게 하는 문제가 있다. 한편, 보통 사용되는 피지티는 100V에서 10㎛정도 스테이지를 움직인다.

또한 움직이는 스테이지들 사이에서 슬라이딩을 유도하기 위해서는, 리지드 베어링(rigid bearing)과 경 슬라이딩(smooth sliding) 표면 구조를 사용하는 번거 로움이 있다. 일반적인 스테이지 사용 환경에서 미끄러운(sliding)표면을 위해서 재료들은 스틸(steel)과 사파이어(sapphire)를 사용한다. 움직이는 프레임(frame) 안에 90도로 붙여진 수 밀리미터(mm)-길이의 브이-그로브(V-groove; 112)구조 등을 사용하여 가이드베어링(guiding bearing)처럼 움직이는 구조도 필요하다. 또 다른 설계 디자인에서는, 가이딩(guiding)이 브이- 그로브안에 있는 볼 슬라이딩(ball sliding )방식의 구조도 존재한다.

또한, 접합 부분에 큰 힘이 걸리도록 설정하여. 하프로드(half rod; 114)위의 브이-그로브를 미끄러지게 함으로써 큰 힘을 완화시키게 하여 이론적으로 접촉되는 면을 늘림으로써, 접촉 힘을 낮추려고 하지만, 이러한 구조는 브이(V) 홈의 기계가공 등, 구조의 정렬이 좋지 않아 불완전하다. 또한 접점의 영역이 넓어질수록 볼베어링(ball bearing)보다 힘의 압력이 더욱 증가하는 단점이 있다.

그리고, 베이스 프레임에 대하여 움직이는 스테이지를 누르는데 사용되는 스프링은 코일 스프링이 아니라 입형(leaf)스프링(113)이다. 입형 스프링(113)은 그것의 유연한 방향에 수직한 방향으로 상당히 뻣뻣하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 구조적으로 단순하여 고집적(integration)의 실장(packaging)이 가능하며, 전자빔 방출원 팁모듈의 마이크로 전자렌즈 모듈에 대한 신뢰성있는 위치 정렬이 가능한 마이크로 칼럼 전자빔 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 마이크로 칼럼 전자빔 장치는, 상기 베이스에 중심부에 장착되며, 전자렌즈 모듈이 고정된 전자렌즈 브라켓; 상기 전자렌즈 모듈의 상부에 상하 길이 방향으로 길게 배치되는 전자빔 방출원 팁모듈; 상기 베이스의 상측에 장착되고, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 그 중심부에 지지하되, 전자빔 방출원 팁모듈의 중심을 상하 방향으로 지나는 수직축과 수직인 하나의 평면상의 3방향에서 각각 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 결합된 제1, 2, 3스프링부를 포함하는 3-커플링 판 스프링 플레이트부(3-coupling pan spring plate portion)를 구비하여, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 3방향에서 탄성적으로 지지하는 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(pan spring plate stage moule); 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 상기 수직축과 수직인 제1축 상에서 이동시키는 제1피지티 엑츄에이터(PZT acutator); 및 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 상기 수직축 및 제1축과 각각 수직인 제2축 상에서 이동시키는 제2피지티 엑츄에이터(PZT acutator);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1스프링부는 상기 제1축 상에 배치되고, 상기 제2스프링부는 상기 제2축 상에 배치되고, 상기 제3스프링부는 상기 제1, 2스프링부와 각각 135°의 각도를 이루도록 배치된 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1피지티 엑츄에이터는 상기 제1축에 대해 평행하게 이격된 제1직선 상에 배치되고, 상기 제1축과 이격된 제1직선의 사이에서 제1직선에 더 가까운 위치에 제1받침부재가 구비되며, 상기 제1받침부재를 받침축으로 하고 상기 제1 피지티 엑츄에이터와 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 걸쳐 배치되는 제1레버를 구비되어, 상기 제1피지티 엑츄에이터의 길이가 늘어나면, 그 늘어나는 움직임은 상기 제1레버를 통해, 상기 제1축과 제1받침부재 사이의 거리를 상기 제1받침부재와 제1직선 사이의 거리로 나눈 값을 곱한 값만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 이동시키며, 상기 제2피지티 엑츄에이터는 상기 제2축에 대해 평행하게 이격된 제2직선 상에 배치되고, 상기 제2축과 이격된 제2직선의 사이에서 제2직선에 더 가까운 위치에 제2받침부재가 구비되며, 상기 제2받침부재를 받침축으로 하고 상기 제2피지티 엑츄에이터와 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 걸쳐 배치되는 제2레버를 구비하여, 상기 제2피지티 엑츄에이터의 길이가 늘어나면, 그 늘어나는 움직임은 상기 제2레버를 통해, 상기 제2축과 제2받침부재 사이의 거리를 상기 제2받침부재와 제1직선 사이의 거리로 나눈 값을 곱한 값만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 이동시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1레버에 있어서 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 미는 부분은 상하방향으로 두 갈래로 나뉘어져 그 사이에 상기 제1스프링부가 배치되고, 상기 제2레버의 있어서 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 미는 부분은 상하방향으로 두 갈래로 나뉘어져 그 사이에 상기 제2스프링부가 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1피지티 엑츄에이터와 상기 제1레버, 그리고, 상기 제2피지티 엑츄에이터와 상기 제2레버는, 각각 상호 스폿(spot)접속에 의해 힘의 전달이 가능하도록 그 사이에 메탈볼을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며 상기 전자빔 방출 원 팁모듈과 이격되어 수직방향으로 배치된 제3피지티 엑츄에이터(PZT acutator)와, 일측단부는 상기 제3피지티 엑츄에이터와 연결되고, 타측단부는 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 결합되는 제3레버와, 상기 레버의 일측단부로 치우친 곳에 마련된 힌지부를 더 구비하여, 상기 제3피지티 엑츄에이터의 움직임이 상기 제3레버를 통해, 상기 일측단부와 힌지부사이의 거리와 힌지축과 타측단부사이의 거리의 비율만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈의 수직축 상의 움직임으로 전달되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제3레버의 타측단부에는 상기 전자빔 방출원 팁모듈이 관통된 상태로 결합될 수 있는 크기의 관통공이 형성된 것이 바람직하다.

한편, 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈은, 상기 전자렌즈 모듈과 상기 제1, 2 피지티 엑츄에이터에 연결된 복수의 전선이 통과할 수 있는 상하방향으로 관통형성된 적어도 하나의 도선 통로를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈의 상측에 장착되며, 상기 도선 통로를 통과한 복수의 전선들이 각각 연결되어 상부로 돌출된 복수의 전기 접속구가 마련된 랜드보드를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 랜드보드에는, 상기 전자빔 방출원 팁모듈에서 발생하는 열을 외부로 전달하기 위한 히트파이프의 결합을 위한 히트파이프 결합부가 마련된 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 마이크로 칼럼 전자빔 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 3은, 본 발명에 따른 실시예의 마이크로 칼럼 전자빔 장치의 개략적 사시도이고, 도 4는, 도 3의 마이크로 칼럼 전자빔 장치를 90°시계방향으로 회전한 상태의 개략적 분해 사시도이고, 도 5는, 도 3의 판스프링 플레이트 스테이지 모듈의 평면도이다.

본 발명에 따른 마이크로 칼럼 전자빔 장치(1)는, 베이스(10), 전자렌즈 브라켓(20), 전자빔 방출원 팁모듈(30), 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(40), 제1, 2, 3피지티 엑츄에이터(50, 52, 54), 제1, 2, 3레버(60, 64, 68), 랜드보드(70)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 베이스(10)는, 도 4를 참조하면, 네 귀퉁이에 고정기둥(12)을 가지고 있다. 따라서 바닥으로부터 기둥(12)의 높이 만큼 이격되어 있다. 또한, 고정기둥(12)의 안쪽에는 공간이 형성되어 있으며, 바닥면은 상하방향으로 관통된 부분이 형성되어 있다.

상기 전자렌즈 브라켓(20)은, 상기 베이스(10) 바닥면의 관통된 부분의 중심부에 장착된다. 브라켓(20)에는 전자렌즈모듈(22)이 수평하게 고정된다. 상기 전자렌즈 모듈(22)은, 실리콘(silicon) 혹은 유리(glass)등을 사용하여 제작된다. 상부에는 전자(electron)를 적출하고 가속시키기 위한 전계방출원 모듈(electro static source lens module), 중간 부분에는 단,복수 디프렉터(Single or Double deflection system), 아랫부분에 빔을 집속(focusing)하기 위한 오브젝 렌즈모듈(objective lens module)이 적층 정렬되어 있다. 팁(tip)을 광학적 구조(optical axis)위에 정렬하여 필드 에미션 모드(field emission mode)로 작동시키는 STM(source tip module)과 정렬되도록 위치한다.

상기 전자빔 방출원 팁 모듈(30)은, 전자렌즈 모듈 (22)의 상부에 배치되며, 수직방향인 상하 길이 방향으로 길게 배치된다. 전자빔 방출원 팁 모듈(30)은 홀더(302)에 의해 후술할 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)에 수형방향 및 수직방향으로 이동가능하게 결합되어 있다.

상기 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)은, 베이스(10)의 상측에 장착된다. 재료는 STS 314를 사용한다. 그 중심부에는 상기 전자빔 방출원 팁모듈(30)을 지지하고 있다. 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)은 중심에, 도 6에 도시된 바와 같이, 3-커플링 판 스프링 플레이트부(44)를 구비하고 있다. 3-커플링 판 스프링 플레이트부(44)는, 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)에 일체로 형성된 것이 바라직하며, 도 6에 입체적으로 잘 도시되어 있는 바와 같이, 수직방향에 직교하는 하나의 면에서 상호 직교하는 제1축(94)과 제2축(96) 상에서 이동가능하며 또한 수직방향으로 이동가능하게, 제1, 2, 3 스프링부(41, 42, 43)가 구비되어 있다. 다만, 도 6, 7에 나타난 방향은 도 5, 8에 나타난 방향으로부터 시계방향으로 90° 회전한 방향의 상태이다.

제1 스프링부(41)는, 제1축(94)상에 배치되도록 형성되고, 제2스프링부(42)는 제2축(96) 상에 배치되도록 형성된다. 그리고, 제3스프링부(43)는 제1, 2스프링부(41, 42)와 각각 135°의 각도를 이루도록 배치되어 형성된다. 이러한 3방향의 스프링부는 힘의 뒤틀림 방지 기능을 가진다. 이러한 3개의 스프링부들이 만나는 부분에 전자빔 방출원 팁 모듈(30)이 수직방향으로 결합되어 있다. 따라서, 제1, 2, 3스프링부들은 전자빔 방출원 팁 모듈(30)은 3방향으로 움직임이 가능하도록 탄성적으로 지지하고 있는 것이다.

한편, 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)에는 상기 전자렌즈 모듈(22)과 후술할 제1, 2, 3 피지티 엑츄에이터(50, 52, 54)에 연결되는 다수의 전선(미도시)들이 통과할 수 있는 상하방향으로 관통형성된 도선 통로(45)들을 구비하고 있다. 이러한 도선 통로(45)를 구비함으로서, 전자렌즈 모듈(22)과 연결되어 있는 최대 22개의 에니멜 동선과 피지피 엑츄에이터들에 연결된 전선등을 장치의 외부로 노출되지 않는 상태에서, 후술한 상부의 랜드보드의 전기 접속구들에 연결이 가능하다. 따라서, 장치(1)의 전체 부피를 줄이는 것이 가능하여 장치의 최소형화에 부합할 수 있다.

상기 제1피지티 엑츄에이터(50)와 제2피지티 엑츄에이터(52)는, 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)에 구비되며, 전자빔 방출원 팁모듈(30)을 각각 제1축(94)과 제2축(96) 상에서 이동시키는 역할을 한다.

본 실시예의 경우, 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)에는 제1레버(60)와 제2레버(64)를 구비하여 각 엑츄에이터의 움직임을 확대하여 전자빔 방출원 팁 모듈(30)에 전달하고 있다.

도 8을 참조하면, 상기 제1피지티 엑츄에이터(50)는 제1축(94)에 대해 평행하게 이격된 제1직선(95) 상에 배치된다. 그리고, 제1축(94)과 이격된 제1직선(95)의 사이에서 제1직선(95)에 더 가까운 위치에 제1받침부재(62)가 구비된다. 제1받침부재(62)는 원통형의 핀이다. 이는 지레대의 원리에서의 받침축으로 사용된다. 제1레버(60)는 제1피지티 엑츄에이터(50)와 상기 전자빔 방출원 팁모듈(30)에 걸쳐 배치된다.

이러한 구성을 가지고 전자빔 방출원 팁 모듈(30)을 제1축상에서 어떻게 이동시키는 지를 설명한다. 제1피지티 엑츄에이터(50)에 전원이 공급되어 그 길이가 늘어나게 되면, 그 늘어나는 움직임은 제1레버(60)의 일측단부를 밀게된다. 그렇게 되면, 지렛대의 원리와 같이, 제1레버(60)의 타측단부의 밀려난 거리는, 상기 제1축과 제1받침부재 사이의 거리를 상기 제1받침부재와 제1직선 사이의 거리로 나눈 값을 곱한 값만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈(30)을 제1축상에서 이동시키게 된다. 이때, 확대되는 비율을 5배가 바람직하다.

이때, 상기 제1레버(60)의 타측단부, 즉, 1레버(60)에 있어서 상기 전자빔 방출원 팁모듈(30)을 미는 부분(61)은 상하방향으로 두 갈래로 나뉘어져 있다. 나뉘어진 레버의 사이에는 제1스프링부(41)가 배치되도록 되어 있다. 스프링부 상측과 하측에서 균형있게 레버(60)가 전자빔 방출원 팁 모듈(30)을 미는 것이 가능하다.

상기 제2피지티 엑츄에이터(52)는, 제2축(96)에 대해 평행하게 이격된 제2직선(97) 상에 배치되고, 제2직선(97)에 가까운 위치에 지렛대 원리의 받침축으로 사용되는 제2받침부재(66)가 구비된다. 제2레버(64)는 제2피지티 엑츄에이터(52)와 전자빔 방출원 팁 모듈(30)에 걸쳐 배치된다.

제2피지티 엑츄에이터(52)의 길이가 늘어나면, 그 늘어나는 움직임은 제2레버(64)와, 제2받침부재(66)에 의해 5배 확대되어 전자빔 방출원 팁모듈(30)의 제2 축상에서 이동시킨다. 제2레버(64) 단부(65)는 두 갈래로 나뉘어져 있어서, 그 사이에 제2스프링부(42)가 배치된다.

그리고, 본 실시예는, 제3피지티 엑츄에이터(54)와 제3레버(68)와 힌지부(69)를 구비한다.

상기 제3피지티 엑츄에이터(54)는, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)에 구비되며 전자빔 방출원 팁모듈(30)과 이격되어 수직방향으로 배치된다. 제3피지티 엑츄에이터(54)는 전자빔 방출원 팁 모듈(30)을 수직방향으로 이동시키는 역할을 한다.

상기 제3레버(68)는, 그 일측단부는 제3피지티 엑츄에이터(54)의 상단부와 연결되고, 타측단부(682)는 전자빔 방출원 팁모듈(30)에 결합되어 있다. 본 실시예의 경우, 타측단부(682)에는 전자빔 방출원 팁모듈(30)이 관통된 상태로 결합될 수 있는 크기의 관통공(680)이 형성되어 있다. 관통공(680)은 전자빔 방출원 팁 모듈(30)의 홀더(302)는 통과시키지 못하도록 되어 있어서, 타측단부(682)가 홀더(302)를 밀 수 있도록 구성되어 있다.

상기 힌지부(69)는 판 스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)과 제3레버(68)를 관통하는 핀이다. 힌지부(69)는 레버(68)의 일측단부 즉, 제3피지티 엑츄에이터(54)에 가까운 위치에 구비된다. 제3피지티 엑츄에이터(54)가 전원을 공급받아 상측으로 신장하게 되면 그 움직임은, 제3레버(68)의 일측단부를 밀어올리게 된다. 이때, 제3레버(68)는 핀 형상의 힌지부(69)에 중심으로 회전운동하면서, 제3레버(68)의 타측단부는 전자빔 방출원 팁 모듈(30)을 아래로 이동시키게 된다. 이때, 제3피지티 엑츄에이터(54)의 움직임, 즉 크기의 변화는, 제3레버(68)의 일측단부와 힌지축사이의 거리와, 힌지축과 타측단부사이의 거리의 비율만큼 확대되어, 전자빔 방출원 팁모듈(30)의 수직축 상의 움직임으로 전달된다. 본 실시예의 경우 5배 확대되도록 되어 있다.

도 7에는, 참고적으로, 3-커플링 판 스프링 플레이트부(44)에 구비된 3개의 스프링부(41, 42, 43)의 움직임을 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 특성 예측의 결과로서의 도면을 예시하고 있다.

한편, 도시하지는 않았지만, 제1피지티 엑츄에이터(50)와 상기 제1레버(60), 제2피지티 엑츄에이터(52)와 제2레버(64) 그리고, 제3피지티 엑츄에이터(54)와 제3레버(68)는 각각 상호 스폿(spot)접속에 의해 힘의 전달이 가능하도록 그 사이에 메탈볼을 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 힘의 전달이 접촉하는 면의 상태에 의해 좌우되지 않는다.

상기 랜드보드(70)는, 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(40)의 상측에 장착된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 랜드보드(70)의 상부에는, 복수의 전기 접속구(72)들이 마련되어 있다. 다만, 도 3에는 전기 접속구(72)들이 생략되어 도시되어 있다.

상기 전기 접속구(72)들은, 랜드보드(70)를 이루는 판부재에 장착되는데, 각 전기 접속구(72)의 하부에는 도선통로(45)를 통과한 전선이 전기적으로 연결된다. 즉, 전기접속구(72)는 판부재의 상부와 하부에 걸쳐서 배치되어서, 하부에는 장치의 내부에 여러 전선들이 연결되는 것이고, 상부의 돌출부에는 전기 플러그들 이 접속되는 것이다.

한편, 랜드보드(70)에는, 전자빔 방출원 팁모듈(30)에서 발생하는 높은 열을 장치 외부로 전달하기 위한 히트파이프(미도시)의 결합을 위한 히트파이프 결합부(74; 도 10참조)가 마련되는 것이 바람직하다. 전자빔 방출원 팁 모듈(30)에서 발생하는 열로 인해 온도는 보통 1000K에서 1800K의 고온이 되게 되는데, 이러한 고열을 그대로 방치하게 되면, 내부의 여러 구성부품에 전도되어 수명과 작동에 악영향을 주게 된다. 따라서, 이러한 열의 냉각을 위해 열전달 능력이 뛰어난 히트파이프를 사용하는 것이 바람직하므로, 이를 결합하기 위한 히트파이프 결합부(74)를 구비한다.

도 10에는, 상술한 마이크로 칼럼 전자빔 장치(1)를 복수 개 채용하여 마이크로 칼럼 전자빔 장치 어셈블리(2)의 한 실시예를 도시한다. 도면에는, 모두 9개의 마이크로 칼럼 전자빔 장치가 한 평면상에 3X3 멀티 어레이 구조로 조립된 상태가 예시되어 있다. 이러한 구성을 위해, 상부 플렌지(82), 하부 플렌지(84) 및 조립기둥(86)을 구비한다.

상부 플렌지(82)와 하부 플렌지는 상호 수직방향으로 이격되도록 배치되며, 모두 4개의 조립기둥(86)에 의해 상호 고정되어 있다. 그리고, 상부 플렌지(82)에는, 결합된 각 마이크로 칼럼 전자빔 장치(1)의 상부가 상측으로 노출되도록 관통공이 형성되어 있다. 하부 플렌지(84)에도 결합된 각 마이크로 칼럼 전자빔 장치(1)의 하부가 하측으로 노출되도록 관통공이 형성되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 전자빔 마이크로 칼럼 전자빔 장치에 의하면, 3-커플링 구조와 피지티 엑츄에이터를 사용함으로써, 구성이 간단하여 전체 크기가 소형화될 수 있으며, 전자빔 방출원 팁모듈을 3방향에서 높은 정밀고로 제어하는 것이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다. 부가적으로 레버를 구비하는 경우, 동적거리가 증폭된다는 효과도 얻을 수 있다. 또한, 히트파이프를 채용할 수 있는 히트파이프 결합부를 구비하는 경우, 원하는 온도로 냉각이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

베이스;

상기 베이스에 중심부에 장착되며, 전자렌즈 모듈이 고정된 전자렌즈 브라켓;

상기 전자렌즈 모듈의 상부에 상하 길이 방향으로 길게 배치되는 전자빔 방출원 팁모듈;

상기 베이스의 상측에 장착되고, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 그 중심부에 지지하되, 전자빔 방출원 팁모듈의 중심을 상하 방향으로 지나는 수직축과 수직인 하나의 평면상의 3방향에서 각각 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 결합된 제1, 2, 3스프링부를 포함하는 3-커플링 판 스프링 플레이트부(3-coupling pan spring plate portion)를 구비하여, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 3방향에서 탄성적으로 지지하는 판스프링 플레이트 스테이지 모듈(pan spring plate stage moule);

상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 상기 수직축과 수직인 제1축 상에서 이동시키는 제1피지티 엑츄에이터(PZT acutator); 및

상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 상기 수직축 및 제1축과 각각 수직인 제2축 상에서 이동시키는 제2피지티 엑츄에이터(PZT acutator);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로칼럼 전자빔 장치.
제1항에 있어서.

상기 제1스프링부는 상기 제1축 상에 배치되고, 상기 제2스프링부는 상기 제2축 상에 배치되고, 상기 제3스프링부는 상기 제1, 2스프링부와 각각 135°의 각도를 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제1항에 있어서

상기 제1피지티 엑츄에이터는 상기 제1축에 대해 평행하게 이격된 제1직선 상에 배치되고, 상기 제1축과 이격된 제1직선의 사이에서 제1직선에 더 가까운 위치에 제1받침부재가 구비되며, 상기 제1받침부재를 받침축으로 하고 상기 제1피지티 엑츄에이터와 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 걸쳐 배치되는 제1레버를 구비되어,

상기 제1피지티 엑츄에이터의 길이가 늘어나면, 그 늘어나는 움직임은 상기 제1레버를 통해, 상기 제1축과 제1받침부재 사이의 거리를 상기 제1받침부재와 제1 직선 사이의 거리로 나눈 값을 곱한 값만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 이동시키며,

상기 제2피지티 엑츄에이터는 상기 제2축에 대해 평행하게 이격된 제2직선 상에 배치되고, 상기 제2축과 이격된 제2직선의 사이에서 제2직선에 더 가까운 위치에 제2받침부재가 구비되며, 상기 제2받침부재를 받침축으로 하고 상기 제2피지티 엑츄에이터와 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 걸쳐 배치되는 제2레버를 구비하여,

상기 제2피지티 엑츄에이터의 길이가 늘어나면, 그 늘어나는 움직임은 상기 제2레버를 통해, 상기 제2축과 제2받침부재 사이의 거리를 상기 제2받침부재와 제1직선 사이의 거리로 나눈 값을 곱한 값만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 이동시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제3항에 있어서,

상기 제1레버에 있어서 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 미는 부분은 상하방향으로 두 갈래로 나뉘어져 그 사이에 상기 제1스프링부가 배치되고,

상기 제2레버의 있어서 상기 전자빔 방출원 팁모듈을 미는 부분은 상하방향으로 두 갈래로 나뉘어져 그 사이에 상기 제2스프링부가 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제3항에 있어서,

상기 제1피지티 엑츄에이터와 상기 제1레버, 그리고, 상기 제2피지티 엑츄에 이터와 상기 제2레버는, 각각 상호 스폿(spot)접속에 의해 힘의 전달이 가능하도록 그 사이에 메탈볼을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제1항에 있어서,

상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈에 구비되며 상기 전자빔 방출원 팁모듈과 이격되어 수직방향으로 배치된 제3피지티 엑츄에이터(PZT acutator)와,

일측단부는 상기 제3피지티 엑츄에이터와 연결되고, 타측단부는 상기 전자빔 방출원 팁모듈에 결합되는 제3레버와,

상기 레버의 일측단부로 치우친 곳에 마련된 힌지부를 더 구비하여,

상기 제3피지티 엑츄에이터의 움직임이 상기 제3레버를 통해, 상기 일측단부와 힌지부사이의 거리와 힌지축과 타측단부사이의 거리의 비율만큼 확대되어, 상기 전자빔 방출원 팁모듈의 수직축 상의 움직임으로 전달되는 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제6항에 있어서,

상기 제3레버의 타측단부에는 상기 전자빔 방출원 팁모듈이 관통된 상태로 결합될 수 있는 크기의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제1항에 있어서,

상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈은,

상기 전자렌즈 모듈과 상기 제1, 2 피지티 엑츄에이터에 연결된 복수의 전선이 통과할 수 있는 상하방향으로 관통형성된 적어도 하나의 도선 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치
제8항에 있어서,

상기 판스프링 플레이트 스테이지 모듈의 상측에 장착되며, 상기 도선 통로를 통과한 복수의 전선들이 각각 연결되어 상부로 돌출된 복수의 전기 접속구가 마련된 랜드보드를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
제8항에 있어서,

상기 랜드보드에는, 상기 전자빔 방출원 팁모듈에서 발생하는 열을 외부로 전달하기 위한 히트파이프의 결합을 위한 히트파이프 결합부가 마련된 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치.
상기 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 마이크로 칼럼 전자빔 장치가 수평방향으로 다중 어레이(array) 구조로 복수 개 배치되고,

상부 플렌지와, 상부 플렌지로부터 하측으로 평행하게 이격되어 복수 개의 조립기둥에 의해 상기 상부 플렌지와 상호 고정된 하부 플렌지를 구비하되,

상기 각 마이크로 칼럼 전자빔 장치의 상부와 하부는, 각각 상부 플렌지와 하부 플렌지에 고정된 것을 특징으로 하는 마이크로 칼럼 전자빔 장치 조립체.