KR102091406B1 - 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치 - Google Patents

파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치 Download PDF

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강은구
최헌종
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Abstract

본 발명은 전자빔 건 내측의 진공도와 청정도를 유지시킬 수 있는 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치에 관한 것으로서, 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 모재를 향하여 모재가 위치된 챔버까지 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 방출관 내의 상기 전자빔 건의 전자빔 출구 측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 일부를 가로막아 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 상승되는 파티클이 표면에 달라붙도록 구비되는 파티클 배리어를 포함하는 전자빔 가공장치가 제공된다.

Description

파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치{Electron Beam Processing Device Having Particle Barrier and Beam Bypassor}
본 발명은 전자빔 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔 건 내측의 진공도와 청정도를 유지시킬 수 있는 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 바공장치에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로 드릴링 머신(Micro Drilling Mashine)은 전자산업 분야에서 주로 많이 이용된다. 예컨대, 기판의 배선상에 각종 전자 부품이 삽입될 수 있도록 홀을 형성하거나 초소형 정밀부품 등에 홀을 가공하는 데 사용되는 경우가 많다.
이러한 부품이 삽입되는 홀은 각종 부품의 소형화에 따라 아주 미세하게 형성되어야 하므로, 상기와 같은 마이크로 드릴링 머신의 사용이 거의 필연적이다.
종래의 경우, 모터 등을 이용하여 드릴을 회전시켜 직접 홀을 가공하는 방식이 사용되어 왔으나, 보다 마이크로화되는 첨단 제품의 추세에 따라 종래의 드릴 방식은 전자빔을 이용하여 드릴링을 수행하는 방식으로 대체되고 있다.
이와 같은 전자빔을 이용한 드릴링장치는 종래에 비해 보다 미세한 마이크로 단위의 홀을 가공할 수 있으며, 또한 홀 가공에 따른 분진 발생이 적다는 장점이 있다.
다만, 전자빔을 이용한 드릴링장치는 전자빔에 의해 용융된 용융물이 홀 내부에 잔류하게 되므로 이와 같은 잔류물을 배출시키는 후처리 과정이 필수적으로 수행되어야 하며, 미세한 홀의 특성 상 잔류물을 깨끗하게 배출시키기가 어려워 홀 내주면이 불규칙한 형태를 가지게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 개선하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 전자빔 드릴링 장치가 연구 중에 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자빔 건(10)이 상측에 구비되며, 하측에는 피가공물(40)이 위치되는 챔버(20)가 구비된다. 그리고, 상기 전자빔 건(10) 측에서 방출되는 전자빔을 챔버(20)까지 안내하는 전자빔 방출관(60)이 구비된다.
그리고, 전자빔이 방출되는 끝단에는 전자빔 가공시 비산하는 이물질이 전자빔 건(10) 측으로 유입되지 않도록 차단하는 데브리 모듈(30)이 구비된다.
또한, 상기 피가공물(40)의 하측에는 전자빔 조사시 급격하게 기화되는 백킹제(50)가 구비된다.
즉, 전자빔이 피가공물(40)에 조사되어 용융되며, 더 진행되어 전자빔이 백킹제(50)에 조사되는 순간 백킹제(50)가 급격하게 기화되면서 그 압력으로 상부의 피가공물(40)이 용융된 부분을 불어내어 버리도록 구비된다.
그러나, 이러한 구조는 불어내어지는 용융물이 상부측에 구비된 전자빔 건(10) 측으로 비산되므로, 비산물이 전자빔 건(10) 측으로 유입될 위험이 커지게 되며, 이 때문에 데브리 모듈(30)의 간소화 또는 삭제가 불가능해진다.
따라서, 데브리 모듈(30)의 부피(높이)를 줄이기 어려우므로 전자빔의 집속이 조절되는 렌즈부와 피가공물(40) 사이의 거리인 워킹 디스턴스(working distance)를 축소시키는데 한계가 있으며, 그에 따라 전자빔 폭의 축소에 한계점이 있으며, 이는 전자빔의 에너지 밀도에도 연관되어 가공정밀도 및 가공효율에도 영향을 미칠 수 있다.
한편, 비산물이 전자빔 건(10) 측으로 유입될 위험을 줄이고자 피가공물(40)을 다소 경사지게 위치시켜 비산물이 비산되는 방향이 전자빔 건(10) 측이 아닌 다른 측을 향하게 할 수도 있으나, 이러한 경우에도 비산물이 발생되는 것은 여전하며, 전자빔 또한 피가공물(40)이 경사에 따라 같이 경사되어야 하므로 전자빔의 트렉킹 설정에 어려움이 있으며, 전자빔을 경사(편향)시키기 위한 편향기(deflector)등의 설치도 필요하여 워킹 디스턴스가 더 길게 형성되는 원인이 될 수 있고, 전자빔의 편향에 따라 데브리 모듈(30)의 전자빔 방출구의 크기도 그만큼 커져야 하는데, 그에 따라 데브리 유입 가능성이 증가하는 문제도 있다.
한편, 상기 챔버(20)가 진공환경이 되어도, 그 내부에는 소량의 질소나 산소 등의 기체 입자(82)가 존재한다. 이러한 질소나 산소등의 입자는 질량이 가볍고 방향성이 없는 무작위 방향으로 확산된다. 이러한 기체 입자들은 챔버(20)에 구비된 챔버 진공펌프(72)로 원할하게 배출될 수 있다.
그런데, 가공 중 기화되는 백킹제(50) 등에 의한 가스화된 작은 입자 또는 피가공물(40)이 용융 및 기화되어 발생한 작은 입자가 발생되며, 이러한 입자를 헤비 파티클(84)이라 칭한다. 상기 헤비 파티클(84)은 질량이 무겁고, 최초 이동방향(상측방향)으로 계속 확산(이동)되려는 관성이 강하여, 챔버 진공펌프(72)로는 배출시키기 힘들다.
또한, 이러한 헤비 파티클(84)은 상측에 구비된 전자빔 방출관(60)을 통해 전자빔 건(10)으로 유입되어 고진공으로 유지되어야 할 전자빔 건(10)내부 환경을 악화시키며, 전자빔 건(10) 내부를 오염시켜 정상적인 운전의 지장을 초래할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전자빔 가공 중 발생되는 헤비 파티클로 인한 진공도 하락 및 오염문제를 해결할 수 있는 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치를 제공하는 것이 과제이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 전자빔을 방출하는 전자빔 건, 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 모재가 위치된 챔버까지 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 방출관 내의 상기 전자빔 건의 전자빔 출구 측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 일부를 가로막아 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 상승되는 파티클이 표면에 달라붙도록 구비되는 파티클 배리어를 포함하는 전자빔 가공장치가 제공된다.
상기 파티클 베리어는, 상기 전자빔 방출관의 단면상 일부를 가로막도록 배치되는 제1배리어를 포함할 수 있다.
상기 제1배리어는, 챔버측을 바라보는 면이 평평한 형태로 형성되거나, 원형의 단면을 가지도록 형성되나 또는 챔버측을 향하는 면이 오목하도록 만곡된 형태로 형성될 수 있다.
상기 전자빔 방출관 내의 상기 제1배리어의 상측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 상기 제1배리어에 의해 가로막히지 않는 영역의 적어도 일부를 가로막도록 배치되는 제2배리어를 더 포함할 수 있다.
상기 제2배리어는, 상기 제1배리어와는 상하 방향으로 이격된 위치에 전자빔 방출관 내주면으로부터 내측을 향하여 돌출되도록 구비될 수 있다.
상기 제2배리어는, 돌출된 끝단부가 하측을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제1배리어를 냉각하는 배리어 냉각유닛이 더 구비될 수 있다.
상기 제1배리어는 착탈 가능하게 구비될 수 있다.
상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔이 상기 파티클 베리어를 우회하도록 상기 전자빔의 방출경로를 굴곡시키는 자기장을 형성하는 빔 바이패서를 더 구비될 수 있다.
상기 빔 바이패서는,. 상기 전자빔이 방출되는 방향에 수직되는 방향으로 자기장을 발생시키며, 상기 전자빔의 방출방향을 따라 서로 반대되는 방향의 자기장이 교번되도록 형성시킬 수 있다.
상기 빔 바이패서는, 상기 파티클 배리어가 설치된 위치의 상기 전자빔 건 측에 설치되며, 어느 한 방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제1권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며 일측으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제1자기장 발생부, 상기 제1자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제2권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생키시도록 구비되는 제2자기장 발생부, 상기 제2자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제3권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제3자기장 발생부를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 방출관과 연통되도록 위치되며, 상기 전자빔 방출관을 진공으로 유지시키는 방출관 진공펌프, 상기 전자빔 방출관의 방출관 진공펌프와 연통된 위치 부근을 냉각시키는 방출관 냉각부를 더 포함할 수 있다.
상기 방출관 진공펌프가 상기 전자빔 방출관과 연통되는 위치는 상기 전자빔 방출관의 상기 파티클 배리어가 구비된 위치일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 전자빔을 방출하는 전자빔 건, 상기 전자빔 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 모피가공물을 향하여 모재가 위치된 챔버까지 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 방출관 내의 상기 전자빔 건의 전자빔 출구 측에 위치되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 일부를 가로막도록 배치되는 제1배리어, 상기 전자빔 방출관 내의 상기 제1배리어의 상측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 상기 제1배리어에 의해 가로막히지 않는 영역의 적어도 일부를 가로막도록 배치되는 제2배리어를 포함하여, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 상승되는 파티클이 표면에 달라붙도록 구비되는 파티클 배리어, 상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔이 상기 파티클 베리어를 우회하도록 상기 전자빔의 방출경로를 굴국시키는 자기장을 형성하는 빔 바이패서를 포함하는 전자빔 가공장치가 개시된다.
상기 빔 바이패서는, 상기 제1배리어의 상측과 제2배리어의 하측 사이의 설치되며, 어느 한 방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제1권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며 일측으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제1자기장 발생부, 상기 제1자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제2권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생키시도록 구비되는 제2자기장 발생부, 상기 제2자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제3권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제3자기장 발생부를 포함할 수 있다.
상기 파티클 배리어가 구비된 위치위 전자빔 방출관과 연통되도록 위치되며, 상기 전자빔 방출관을 진공으로 유지시키는 방출관 진공펌프, 상기 전자빔 방출관의 방출관 진공펌프와 연통된 위치 부근을 냉각시키는 방출관 냉각부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치에 따르면, 전자빔 가공중 발생되어 상승되는 헤비 파티클 등이 전자빔 건 내부로 유입되는 것이 차단되어 전자빔 건의 진공도가 유지되며 오염이 방지되는 효과가 있다.
또한, 전자빔 방출관의 파티클 배리어 근처가 냉각되어 입자의 움직임이 둔화되어 밀도가 증가되므로 진공펌프에 의해 배출되는 헤비 파티클을 증대시킬 수 있으며, 파티클 배리어에 달라붙는 양 또한 증대시킬 수 있다. 또한, 냉각으로 인해 부피 및 압력이 떨어지므로 전자빔 건의 진공도를 더욱 낮게 유지시킬 수 있어 보다 안정적인 운전이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 일반적인 전자빔 가공장치를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치를 도시한 도면;
도 3은 도 2의 파티클 배리어의 일 형태를 도시한 도면;
도 4는 도 2의 파티클 배리어의 다른 형태를 도시한 도면;
도 5는 도 2의 파티클 배리어의 또다른 형태를 도시한 도면;
도 6은 도 5의 파티클 배리어의 사시도;
도 7은 도 2의 빔 바이패서에 의해 작용되는 자기장 및 이에 의해 굴곡되는 전자빔을 도시한 도면;
도 8은 도 7의 빔 바이패서를 도시한 도면;
도 9는 빔 바이패서에 의해 굴곡되는 전자빔의 시뮬레이션 결과이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파티클 배리어 및 빔 바이패서가 구비된 전자빔 가공장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 전자빔 건(10), 전자빔 방출관(60), 챔버(20), 파티클 배리어(100), 방출관 진공펌프(74) 및 방출관 냉각부(300)를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 건(10)은 전자빔을 생성하여 방출하는 구성요소로서, 열전자빔 방식이거나 또는 플라즈마를 이용한 콜드 타입 전자빔 방식일 수도 있는 등 다양한 방식의 전자빔 건(10)이 적용될 수 있다. 본 발명에서는 플라즈마 방식의 전자빔 건(10)이 적용되는 것을 예로 드나 본 발명은 전자빔 생성방식에 제한되지 아니한다. 또한, 상기 전자빔 건(10)의 하측에는 생성된 전자빔이 방출되는 전자빔 방출구(12)가 형성될 수 있다.
한편, 전자빔 방출관(60)은 상기 전자빔 건(10)으로부터 방출된 전자빔이 피가공물인 모재를 향하여 진행하는 경로의 공간을 형성할 수 있다. 상기 전자빔 방출관(60) 내부 또는 주위에 전자빔을 집속 또는 확산시키거나 편향시키는 여러가지 부가 기구들이 구비될 수 있다.
상기 챔버(20)는 상기 전자빔 건(10)으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물(40)이 위치되는 공간을 형성할 수 있다.
상기 챔버(20) 내에는 상기 피가공물(40)이 위치되거나 고정되는 스테이지 등이 구비될 수 있다.
전자빔 건(10)의 경우 일반적으로 진공환경에서 작동하며, 진공도가 일정수준보다 악화될 경우 아크 등이 발생하여 정상적인 작동이 어렵거나 작동이 불가능해 질 수 있다.
따라서, 상기 챔버(20)나 전자빔 방출관(60) 등 복수개소에 가스를 배출시켜 진공을 형성하는 진공 펌프가 구비될 수 있다.
이들을 구분하기 위하여, 상기 챔버(20) 측에 위치된 진공펌프를 챔버 진공펌프(72)라 칭하고, 전자빔 방출관(60)에 구비된 진공펌프를 방출관 진공펌프(74)라 칭하기로 한다. 또한, 상기 전자빔 건(10)에도 진공펌프가 구비될 수 있으며, 이를 전자빔 건 진공펌프(76)라 칭하기로 한다.
한편, 상기 챔버(20)가 진공환경이 되어도, 그 내부에는 소량의 질소나 산소 등의 기체 입자(82)가 존재한다. 이러한 질소나 산소 등의 기체 입자(82)는 질량이 가볍고 방향성이 없는 무작위 방향으로 확산된다.
또한, 전자빔 가공에 의해 기화되어 발생된 피가공물이 가스화된 작은 입자 또는 백킹제 등이 기화하여 발생된 작은 입자 등도 존재할 수 있는데, 이러한 입자를 헤비 파티클(84)이라 칭한다. 상기 헤비 파티클(84)은 질량이 무겁고, 최초 이동방향(상측방향)으로 계속 확산(이동)되려는 관성이 기체 입자(82)보다 강한 경향이 있고, 이러한 헤비 파티클(84)은 전자빔 방출관(60)을 통해 전자빔 건(10)측으로 상승할 수 있다.
상기 파티클 배리어(100)는 상기 전자빔 방출관(60) 내부의 전지빔 방출구(12) 측에 구비될 수 있다. 상기 파티클 배리어(100)는 상기 전자빔 방출관(60)의 일부를 가로막아 상기 전자빔 방출관(60)을 통해 상승되는 헤비 파티클(84)이 전자빔 건(10) 내부로 유입되기 전에 상기 파티클 배리어(100)에 달라붙도록 하여 헤비 파티클(84)의 전자빔 건(10) 유입을 방지할 수 있다.
상기 파티클 배리어(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1배리어(100) 및 제2배리어(150)를 포함할 수 있다.
상기 제1배리어(100)는 상기 전자빔 방출관(60)의 단면상 일부를 가로막도록 배치되며, 가로막지 않은 영역으로 전자빔(EB)이 지나가는 공간이 확보되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1배리어(100)가 가로막는 영역은 적어도 상기 전자빔 건(10)의 전자빔 방출구(12)의 정사영 영역일 수 있다.
상기 제2배리어(150)는 상기 전자빔 방출관(60) 내의 상기 제1배리어(100)의 상측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관(60)의 단면상 상기 제1배리어(100)에 의해 가로막히지 않는 영역의 적어도 일부를 가로막도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2배리어(150)는 제1배리어(100)의 열린 공간으로 우회하여 상승되는 헤비 파티클(84)이 달라붙도록 구비되는 것이다.
상기 제1배리어(100)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 원형의 단면을 가지도록 형성되거나, 챔버(20)측을 향하는 면이 평평한 형태인 평판형(112)으로 형성되거나 또는 챔버측을 향하는 면이 오목하도록 만곡된 할로우 형태(114)로 형성될 수 있는 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.
이와 같은 제1배리어(100)는 상기 전자빔 방출관(60)에 착탈 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 제1배리어(100)에 헤비 파티클(84)이 과하게 부착된 경우 상기 제1배리어(100)를 탈거하여 청소하거나 신품으로 교체할 수 있다.
또한, 상기 제1배리어(100)를 냉각하는 냉각유닛(116)이 구비될 수 있다. 상기 냉각유닛(116)은 산란되는 전자빔 등에 의해 가열되는 제1배리어(100)를 냉각시킬 수도 있다. 상기 냉각유닛(116)은 상기 제1배리어(100) 내부에 매설되며, 냉각매체가 흐르는 유로를 포함할 수 있다. 또는 상기 냉각유닛(116)은 펠티어 소자 등의 열전달소자를 포함할 수도 있다.
상기 제2배리어(150)는 상기 제1배리어(100)와는 상하방향으로 이격된 위치에 전자빔 방출관(60)의 내주면으로부터 내측을 향하여 돌출되며, 돌출된 단부 측이 하측을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2배리어(150)의 내주면이 조사되는 전자빔(EB)에 닿지 않을 정도로 돌출되는 것이 바람직하다.
상기 제2배리어(150) 또한 상기 전자빔 방출관(60)에 착탈 가능하게 구비될 수 있다. 즉, 제2배리어(150)에 헤비 파티클(84)이 과하게 부착된 경우 상기 제2배리어(150)를 탈거하여 청소하거나 신품으로 교체할 수 있다.
따라서, 상승되는 헤비 파티클(84)은 제1배리어(100)에 부착되고 상기 제1배리어(100)를 우회해서 지나가는 헤비 파티클(84)은 제2배리어(150)에 부착되어, 상기 헤비 파티클(84)이 전자빔 건(10) 측으로 유입되기 전에 차단될 수 있다.
한편, 상기 파티클 배리어(100)가 전자빔 방출관(60)의 전자빔 방출경로상에 구비되므로, 상기 전자빔(EB)의 조사에 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 전자빔 건(10)에서 방출되는 전자빔(EB)이 상기 파티클 배리어(100)를 우회하도록 상기 전자빔의 방출경로를 굴곡시키는 빔 바이패서(200)가 구비될 수 있다.
상기 빔 바이패서(200)는 상기 파티클 배리어(100) 인근에 전자빔(EB)을 굴곡시키는 자기장을 형성함으로써, 전자빔(EB)이 파티클 배리어(100)에 간섭되는 것을 회피할 수 있다.
이와 같은 빔 바이패서(200)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 파티클 배리어(100)가 설치된 위치의 상기 전자빔 방출관(60)에 상기 전자빔(EB)의 방출방향과 수직되는 방향으로 자기장을 발생시키며, 서로 반대되는 방향의 자기장이 전자빔(EB)의 방출방향, 즉, 상하방향으로 교번되도록 형성시킬 수 있다.
이러한 빔 바이패서(200)는, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 제1자기장 발생부(210), 제2자기장 발생부(220) 및 제3자기장 발생부(230)를 포함할 수 있다.
상기 제1자기장 발생부(210)는, 어느 한 방향으로 코일이 감긴 적어도 한쌍의 제1권선체(212)가 상기 전자빔 방출관(60)을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되어, 일측으로 자기장을 발생시킬 수 있다. 상기 한 쌍의 제1권선체(212)에 의해 발생되는 자기장은 상기 한 쌍의 제1권선체(212) 사이인 전자빔 방출관(60) 내부에 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제1자기장 발생부(210)는, 상기 제1배리어(100)와 제2배리어(150) 사이의 위치에 자기장을 형성시키도록 구비될 수 있다.
이 때, 상기 제1자기장 발생부(210)에 의해 발생되는 자기장은, 전자빔(EB)을 상기 전자빔 방출관(60)의 직경방향 외측으로 굴곡시킬 수 있다.
상기 제2자기장 발생부(220)는, 상기 제1자기장 발생부(210)의 하측에 설치되며, 제1자기장 발생부(210)와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제2권선체(222)가 상기 전자빔 방출관(60)을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되어, 상기 제1자기장 발생부(210)와는 반대방향으로 자기장을 발생키시도록 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 제2권선체(222)에 의해 발생되는 자기장은 상기 한 쌍의 제2권선체(222) 사이인 전자빔 방출관(60) 내부에 형성될 수 있다.
상기 제2자기장 발생부(220)에서 발생되는 자기장은, 상기 제1자기장 발생부(210)에 의해 전자빔 방출관(60)의 직경방향 외측으로 굴곡된 전자빔(EB)을 상기 전자빔 방출관(60)의 중심방향으로 굴곡시킬 수 있다.
상기와 같은 제2자기장 발생부(220)는, 상기 제1배리어(100)가 구비된 곳에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
상기 제3자기장 발생부(230)는, 제2자기장 발생부(220)의 하측에 설치되며, 상기 제2자기장 발생부(220)와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제3권선체(232)가 상기 전자빔 방출관(60)을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제2자기장 발생부(220)와는 반대방향으로 자기장을 발생시키도록 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 제3권선체(232)에 의해 발생되는 자기장은 상기 한 쌍의 제3권선체(232) 사이인 전자빔 방출관(60) 내부에 형성될 수 있다.
상기 제3자기장 발생부(230)에서 발생되는 자기장은 상기 제2자기장 발생부(220)에 의해 전자빔 방출관(60)의 중심으로 굴곡된 전자빔(EB)을 상기 전자빔 방출관(60)의 중심축 방향과 평행하도록 굴곡시켜, 상기 전자빔 건(10)에서 최초 조사될 때의 방향을 회복시킬수 있다.
따라서, 상기 제1자기장 발생부(210) 내지 제3자기장 발생부(230)에 의해 전자빔(EB) 굴곡되며, 상기 제1자기장 발생부(210)와 제3자기장 발생부(230)의 사이에는 전자빔(EB)이 공동화 되는 영역이 발생될 수 있다. 따라서 이 영역에 파티클 배리어(100)의 제1배리어(100)를 위치시켜 조사되는 전자빔(EB)이 제1배리어(100)에 의해 간섭되는 현상을 회피할 수 있다.
도 9는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 자기장에 의해 굴곡되는 전자빔을 도시한 그림이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 결과 또한자기장에 의해 전자빔이 굴곡됨을 알 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전자빔 방출관(60) 내 기체 입자(82) 및 헤비 파티클(84)을 배출시키는 방출관 진공펌프(74)가 구비될 수 있다. 상기 방출관 진공펌프(74)는 상기 파티클 배리어(100)가 설치된 위치의 측면에서 상기 전자빔 방출관(60)과 연통될 수 있다.
한편, 상기 전자빔 방출관(60)의 방출관 진공펌프(74)와 연통된 위치 부근을 냉각시키는 방출관 냉각부(300)가 구비될 수 있다. 상기 방출관 냉각부(300)는 냉각매체가 흐르는 유로가 상기 파티클 배리어(100) 및 방출관 진공펌프(74) 인근의 전자빔 방출관(60)을 복수회 둘러싸도록 배치될 수 있다.
따라서, 상기 전자빔 방출관(60)을 통해 전자빔 건(10) 측으로 유동되는 기체 입자(82) 및 헤비 파티클(84)은 상기 방출관 냉각부(300)에 의해 냉각이 이루어지면서 상기 방출관 진공펌프(74)로 흡입되어 배출될 수 있다.
상기 방출관 냉각부(300)에서 냉각이 이루어져 온도가 떨어지면서, 기체 입자(82)의 밀도가 증가하며, 기체 입자(82) 또는 헤비 파티클(84)의 이동성이 떨어져 관성도 줄어들므로 상기 방출관 진공펌프(74)에 의해 보다 많은 기체 입자(82) 및 헤비 파티클(84)이 효율적으로 배출될 수 있다.
또한, 상기 방출관 냉각부(300)에서 냉각이 이루어져 온도와 같이 압력 또한 떨어지므로, 상기 전자빔 건(10) 내부의 진공도를 보다 효과적 떨어뜨릴 수 있다.
물론, 상기 방출관 냉각부(300)의 설치위치가 상기 파티클 배리어(100)가 위치된 곳이므로, 상기 방출관 냉각부(300)에 의해 파티클 배리어(100)도 냉각되는 효과도 기대할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 전자빔 건 12: 전자빔 방출구
20: 챔버 40: 피가공물
60: 전자빔 방출관 72: 챔버 진공펌프
74: 방출관 진공펌프 82: 기체 입자
84: 헤비 파티클 100: 파티클 배리어
110, 112, 114: 제1배리어 150: 제2배리어
200: 빔 바이패서 210: 제1자기장 발생부
212: 제1권선체 220: 제2자기장 발생부
222: 제2권선체 230: 제3자기장 발생부
232: 제3권선체 300: 방출관 냉각부
EB: 전자빔

Claims (18)

  1. 전자빔을 방출하는 전자빔 건;
    상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 모재가 위치된 챔버까지 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관; 및
    상기 전자빔 방출관 내의 상기 전자빔 건의 전자빔 출구 측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 일부를 가로막아 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 상승되는 파티클이 표면에 달라붙도록 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 일부를 가로막도록 배치되는 제1배리어를 포함하는 파티클 배리어;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1배리어는,
    챔버측을 바라보는 면이 평평한 형태로 형성되는 전자빔 가공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1배리어는,
    원형의 단면을 가지도록 형성되는 전자빔 가공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1배리어는,
    챔버측을 향하는 면이 오목하도록 만곡된 형태로 형성되는 전자빔 가공장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 방출관 내의 상기 제1배리어의 상측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 상기 제1배리어에 의해 가로막히지 않는 영역의 적어도 일부를 가로막도록 배치되는 제2배리어를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2배리어는,
    상기 제1배리어와는 상하 방향으로 이격된 위치에 전자빔 방출관 내주면으로부터 내측을 향하여 돌출되도록 구비되는 전자빔 가공장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2배리어는,
    돌출된 끝단부가 하측을 향하도록 경사지게 형성되는 전자빔 가공장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1배리어를 냉각하는 배리어 냉각유닛이 더 구비되는 전자빔 가공장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1배리어는 착탈 가능하게 구비되는 전자빔 가공장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔이 상기 파티클 베리어를 우회하도록 상기 전자빔의 방출경로를 굴곡시키는 자기장을 형성하는 빔 바이패서를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 빔 바이패서는,
    상기 전자빔이 방출되는 방향에 수직되는 방향으로 자기장을 발생시키며, 상기 전자빔의 방출방향을 따라 서로 반대되는 방향의 자기장이 교번되도록 형성시키는 전자빔 가공장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 빔 바이패서는,
    상기 파티클 배리어가 설치된 위치의 상기 전자빔 건 측에 설치되며,
    어느 한 방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제1권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며 일측으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제1자기장 발생부;
    상기 제1자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제2권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생키시도록 구비되는 제2자기장 발생부;
    상기 제2자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제3권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제3자기장 발생부;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 방출관과 연통되도록 위치되며, 상기 전자빔 방출관을 진공으로 유지시키는 방출관 진공펌프;
    상기 전자빔 방출관의 방출관 진공펌프와 연통된 위치 부근을 냉각시키는 방출관 냉각부;
    를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방출관 진공펌프가 상기 전자빔 방출관과 연통되는 위치는 상기 전자빔 방출관의 상기 파티클 배리어가 구비된 위치인 전자빔 가공장치.
  16. 전자빔을 방출하는 전자빔 건;
    상기 전자빔 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 모피가공물을 향하여 모재가 위치된 챔버까지 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관;
    상기 전자빔 방출관 내의 상기 전자빔 건의 전자빔 출구 측에 위치되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 일부를 가로막도록 배치되는 제1배리어, 상기 전자빔 방출관 내의 상기 제1배리어의 상측에 구비되며, 상기 전자빔 방출관의 단면상 상기 제1배리어에 의해 가로막히지 않는 영역의 적어도 일부를 가로막도록 배치되는 제2배리어를 포함하여, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 상승되는 파티클이 표면에 달라붙도록 구비되는 파티클 배리어;
    상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔이 상기 파티클 베리어를 우회하도록 상기 전자빔의 방출경로를 굴곡시키는 자기장을 형성하는 빔 바이패서;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 빔 바이패서는,
    상기 제1배리어의 상측과 제2배리어의 하측 사이의 설치되며, 어느 한 방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제1권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며 일측으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제1자기장 발생부;
    상기 제1자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제2권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제1자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생키시도록 구비되는 제2자기장 발생부;
    상기 제2자기장 발생부의 하측에 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 코일이 감긴 적어도 한 쌍의 제3권선체가 상기 전자빔 방출관을 사이에 두고 서로 마주보도록 설치되며, 상기 제2자기장 발생부와는 반대방향으로 자기장을 발생시키도록 구비되는 제3자기장 발생부;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 파티클 배리어가 구비된 위치위 전자빔 방출관과 연통되도록 위치되며, 상기 전자빔 방출관을 진공으로 유지시키는 방출관 진공펌프;
    상기 전자빔 방출관의 방출관 진공펌프와 연통된 위치 부근을 냉각시키는 방출관 냉각부;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
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