WO2019098807A1 - 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치 - Google Patents

전자빔을 이용한 미세홀 가공장치 Download PDF

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WO2019098807A1
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electron beam
gas
gun
workpiece
emitting tube
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PCT/KR2018/014262
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English (en)
French (fr)
Inventor
강은구
최헌종
Original Assignee
한국생산기술연구원
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/302—Controlling tubes by external information, e.g. programme control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0006—Electron-beam welding or cutting specially adapted for particular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/08—Removing material, e.g. by cutting, by hole drilling

Definitions

  • the present invention relates to a fine hole forming apparatus using an electron beam, and more particularly, to a fine hole forming apparatus using an electron beam capable of stably operating an electron beam and capable of forming a finer hole.
  • a micro drilling machine is widely used in the electronic industry. For example, holes are often formed on the wirings of a substrate so that various electronic parts can be inserted, or used for processing holes in ultra-small precision parts and the like.
  • the drilling apparatus using the electron beam has a merit that it is possible to process finer micro-unit holes as compared with the prior art, and less dust generation due to hole processing.
  • the electron beam gun 10 is provided on the upper side, and the chamber 20 on which the work 40 is located is provided on the lower side.
  • a debris module 30 is provided at an end of the electron beam emitting portion to prevent foreign substances scattered during electron beam processing from flowing into the electron beam gun 10 side.
  • a backing agent 50 which is rapidly vaporized when the electron beam is irradiated, is provided on the lower side of the work 40.
  • the electron beam is irradiated to the work 40 and melted.
  • the backing agent 50 rapidly vaporizes and the upper work 40 And blow out the melted portion.
  • the working distance which is the distance between the lens part where the focusing of the electron beam is controlled and the work 40
  • the reduction of the electron beam width which may be related to the energy density of the electron beam, which may also affect the processing accuracy and machining efficiency.
  • the work 40 may be slightly inclined so that the direction in which the non-product is scattered may be directed to a side other than the side of the electron beam gun 10.
  • the non-product is still generated, and since the electron beam is also inclined with respect to the inclination of the work 40, it is difficult to set the trecking of the electron beam and deflectors for deflecting the electron beam
  • the size of the electron beam emission port of the debris module 30 must also be increased correspondingly to the deflection of the electron beam, thereby increasing the possibility of debris flow. have.
  • the electron beam is operated in a high vacuum environment, and gas generated by the backing agent 50 or the like, which is vaporized during processing, may be deteriorated.
  • gas generated by the backing agent 50 or the like which is vaporized during processing, may be deteriorated.
  • the generated gas flows into the electron beam gun 10 side, There is a problem in that the normal operation of the vehicle can be difficult.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a micro- It is a problem to provide a fine hole machining apparatus using an electron beam capable of stable electron beam gun operation, capable of electron beam machining of a workpiece made of a nonconductive material, and capable of cutting off the drilling.
  • an electron beam gun including: an electron beam gun for emitting an electron beam; an electron beam emitting tube for forming a path through which the electron beam emitted from the electron beam gun advances toward the workpiece; A high pressure gas spraying unit for spraying a high pressure gas coaxially with an electron beam irradiated by the workpiece to blow a melt of the workpiece melted by electron beam irradiation; There is provided an electron beam machining apparatus including a control section for controlling the electron beam emitted from the electron beam gun and the high pressure gas injected from the high pressure gas injection section to be injected in a pulse shape.
  • the high pressure gas injection unit may include a gas supply module that supplies gas to the outer nozzle and is controlled by the control unit.
  • the gas supply module may include a gas supply unit for supplying a high-pressure gas, a high-frequency gas valve intermittently injecting gas supplied from the gas supply unit in a pulsed manner, and controlled by the control unit.
  • the gas may include N 2 or an inert gas such as Ar or CO 2 .
  • an ionization device for ionizing the gas supplied from the gas supply part.
  • an abrasive supply unit for supplying abrasive grains to mix the abrasive grains with the gas supplied from the gas supply unit.
  • the abrasive grains may include at least one of SiC, Al2O3, glass powder, or dry ice.
  • the high-pressure gas injection unit may further include an auxiliary injection unit for injecting a gas into the base material irradiated with the electron beam in a direction crossing the irradiation direction of the electron beam.
  • the apparatus may further include a plasma gas barrier disposed in the electron beam emitting tube and configured to plasma ionize the gas moving toward the electron beam gun through the electron beam emitting tube to prevent the gas from moving toward the electron beam gun side.
  • a plasma gas barrier disposed in the electron beam emitting tube and configured to plasma ionize the gas moving toward the electron beam gun through the electron beam emitting tube to prevent the gas from moving toward the electron beam gun side.
  • the plasma gas interrupting device includes an anode provided in the electron beam emitting tube and having a through hole through which an electron beam passes at a center, a through hole provided at a center of the anode, spaced from the anode, A cathode formed, and an insulating material insulating the anode and the cathode.
  • a gate valve provided in the electron beam emitting tube and sealing the electron beam emitting tube to seal the electron beam emitting tube.
  • the electron beam discharge tube is provided with an opening through which an electron beam is transmitted.
  • the electron gun emits a resistance to the flow of gas moving toward the electron beam gun through the electron beam emitting tube, And may further include a resistor.
  • a cooling module provided in the chamber and cooling the inside of the chamber to condense gas molecules in the chamber.
  • an auxiliary nozzle detachably attached to the outer nozzle and extending from the outer nozzle toward the workpiece to guide the gas injected from the outer nozzle to the surface of the workpiece.
  • an electron beam exposure apparatus comprising an electron beam gun for emitting an electron beam, an electron beam emitting tube for forming a path through which the electron beam emitted from the electron beam gun advances toward the workpiece, And a plasma gas barrier gate disposed in the electron beam discharge tube and configured to plasma ionize the gas moving toward the electron beam gun through the electron beam discharge tube to inhibit gas from moving toward the electron beam gun side.
  • the plasma gas interrupting device includes an anode provided with the electron beam and provided with a through hole through which an electron beam passes at the center, a cathode provided with a through hole through which the electron beam passes, And an insulating material for insulating between the anode and the cathode.
  • a high-pressure gas injection unit injecting a high-pressure gas coaxially with the electron beam irradiated by the workpiece to blow out the melt of the workpiece melted by electron beam irradiation.
  • an electron beam gun for emitting an electron beam
  • an electron beam emitting tube for forming a path through which the electron beam emitted from the electron beam gun advances toward the workpiece
  • An inner nozzle which is located in the electron beam emitting tube and in which a discharge port through which an electron beam is transmitted is formed in a center of the discharge port of the inner nozzle
  • a gas supply module for supplying a gas to the outer nozzle, wherein a high-pressure gas is injected coaxially with the electron beam irradiated to the work, and the melt of the work material melted by electron beam irradiation
  • a high-pressure gas jetting part for blowing out an electron beam
  • a cathode having a through-hole formed therein and having a through-hole passing through the electron beam at a center thereof, the anode being spaced apart from a side of the anode where the material to be deposited is located, and an insulating material insulating the anode and the cathode
  • the high-pressure gas is injected toward the opposite side of the electron beam gun, the direction in which the molten material is blown is also directed to the opposite side of the nozzle from which the electron beam is emitted, so that the possibility of inflow of foreign matter is small and processing in a horizontal state is possible without inclining the workpiece.
  • the outer nozzle through which the high-pressure gas is injected is provided around the inner nozzle where the electron beam is emitted and coaxially injected, the possibility that the non-product or gas scattered in the chamber nozzle flows into the inner nozzle can be remarkably reduced have.
  • the debris module can be deleted, the height can be reduced accordingly, the working distance can be reduced, and it is advantageous to reduce the beam width, thereby improving the precision and increasing the electron beam energy density.
  • the high-pressure gas is injected in the form of pulses in accordance with the irradiation of the electron beam, the amount of gas injection is small and the influence on the deterioration of the degree of vacuum in the chamber is small, which is advantageous for stable operation of the electron beam gun.
  • the filling phenomenon formed on the surface of the workpiece can be neutralized, so that a workpiece made of a nonconductive material can also be applied to the electron beam.
  • the gas in the chamber is prevented from flowing into the electron beam side along the electron beam emitting tube, while the plasma ionized gas moves toward the electron beam gun side while the plasma ionized gas moves toward the workpiece
  • the workpiece of the nonconductive material can be processed by using the electron beam while the repulsive force of the electron beam is neutralized so that the collecting speed of the electron beam can be further increased Can be improved.
  • a cooling module is provided in the chamber to condense the gas molecules in the chamber, thereby improving the degree of vacuum.
  • FIG. 2 is a view showing a fine hole forming apparatus using an electron beam according to the present embodiment
  • FIG. 3 is a sectional view of the inner nozzle and the outer nozzle of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which an auxiliary nozzle is provided in the outer nozzle of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a view showing a state in which a workpiece is irradiated with an electron beam and melted;
  • Fig. 6 is a view showing a state in which a molten portion is blown by injecting a high-pressure gas into the workpiece shown in Fig. 5
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams showing injection timing of an electron beam and a high-pressure gas
  • FIG. 9 is a view showing the plasma gas shielding apparatus of FIG. 2;
  • FIG. 10 is a view showing a state where an electron beam is bent by a charging phenomenon
  • FIG. 11 is a view showing a state in which the charging phenomenon is neutralized by the ionized gas and the electron beam is irradiated to an accurate point.
  • an electron beam gun 110 an electron beam emitting tube 120, a chamber 130, a high-pressure gas injecting unit 140, And a control unit 160.
  • the electron beam gun 110 is an element for generating and emitting an electron beam.
  • the electron beam gun 110 may be a thermal electron beam system or a cold type electron beam system using a plasma, The present invention is not limited thereto.
  • the electron beam emitting tube 120 may form a space in a path along which the electron beam emitted from the electron beam gun 110 advances toward the workpiece 40 and may be formed inside or around the electron beam emitting tube 120.
  • Additional mechanisms such as a lens unit 122 and a beam tracker 124 for focusing or diffusing an electron beam may be provided.
  • the beam tracker 124 (Beam Tracker) may be formed around the end of the electron beam emitting tube 120 on the side of the chamber 130 side.
  • the beam tracker 124 is controlled in at least two mutually orthogonal directions A beam tracker 124 can be applied.
  • an inner nozzle 172 may be installed at the end of the electron beam emitting tube 120 on the chamber 130 side.
  • the inner nozzle 172 has a discharge port 173 through which an electron beam is transmitted at the center so that the electron beam irradiated through the electron beam discharge tube 120 can be irradiated toward the chamber 130.
  • the chamber 130 may form a space in which a workpiece 40 to be processed is placed by irradiating an electron beam emitted from the electron beam gun 110.
  • the stage 130 may include a stage 132 on which the workpiece 40 is positioned or fixed and the bottom surface of the workpiece 40 contacts the bottom of the chamber 130. [ It can be fixed so as to be spaced apart from the surface.
  • the electron beam gun 110 generally operates in a vacuum environment, and when the degree of vacuum is worse than a certain level, an arc or the like may occur and normal operation may become difficult or operation itself may become impossible.
  • the vacuum pump 150 may be provided to discharge the gas to a plurality of locations such as the chamber 130, the electron beam discharge tube 120, and the electron beam gun 110 side to form a vacuum.
  • the vacuum pump 150 may be provided such that a high vacuum pump 152 and a low vacuum pump 154 are connected in series or in parallel.
  • the high-pressure gas injection part 140 injects a high-pressure gas coaxially with the electron beam irradiated to the work 40 to blow the melt of the work 40, which is melted by electron beam irradiation, Lt; / RTI >
  • the electron beam irradiation point of the workpiece 40 is melted by electron beam irradiation, and the molten portion of the workpiece 40 is blown by the high-pressure gas injected by the high-pressure gas sprayer 140, .
  • the direction of blowing by the high-pressure gas may be opposite to the electron beam emitting tube 120.
  • the high-pressure gas spraying unit 140 may include an outer nozzle 174 and gas supply modules 141 and 141.
  • the outer nozzle 174 is spaced around the inner nozzle 172, and the outer nozzle 174 is concentric with the outlet 173 around the outlet 173 of the inner nozzle 172,
  • the gas injection port 175 can be formed.
  • the electron beam is emitted from the discharge port 173 at the center of the inner nozzle 172, and the high-pressure gas is injected in the outer nozzle 174 coaxially with the electron beam.
  • the gas supply module 141 supplies gas to the outer nozzle 174 and may be controlled by the controller 160.
  • the controller 160 is a component for controlling the components installed in the electron beam gun 110 and the gas injector and the vacuum pump 150.
  • the controller 160 may be integrally formed or separately connected by wire or wireless Lt; / RTI > PC.
  • the control unit 160 controls the electron beam gun 110 to emit an electron beam in a pulse form and controls the gas supply module 141 so that the high pressure gas is also injected in a pulse form.
  • the gas supply module 141 may include a gas supply part 142 and a high-frequency gas valve 143.
  • the gas supply unit 142 is a component for supplying a high-pressure gas, and may include a tank (not shown) for storing the gas or a pump (not shown) for pressurizing the gas at a high pressure.
  • the high-frequency gas valve 143 is an element for intermittently controlling the gas supplied from the gas supply unit 142 so as to be intermittently jetted in a pulsed manner.
  • the operation of the high-frequency gas valve 143 can be controlled by the controller 160.
  • the gas supplied from the gas supply unit 142 may be an inert gas such as nitrogen or argon.
  • the electron beam is also irradiated in the form of pulses, and the gas can also be injected in the form of pulses. It may also be carbon dioxide (CO 2 ).
  • the irradiated point of the workpiece 40 irradiated with the electron beam e is melted.
  • the injected gas G melts The portion can be blown out to form a fine hole.
  • the electron beam gun 110 operates in a vacuum environment, and if the degree of vacuum deteriorates, the electron beam gun 110 may experience difficulty in normal operation such as arc generation or may not be able to operate.
  • the high pressure gas is injected coaxially with the electron beam at the outer nozzle 174 disposed around the inner nozzle 172, the foreign matter scattered in the chamber 130 flows through the inner nozzle 172 to the electron beam discharge tube 120 And the electron beam gun 110 side.
  • an auxiliary jetting section 148 may be further provided.
  • the auxiliary jetting unit 148 is provided near the nozzle through which the electron beam is emitted in the chamber 130. By jetting the gas in a direction intersecting the electron beam irradiating direction, the gas and foreign substances around the nozzle, The foreign matter scattered in the chamber 130 can be prevented from flowing into the electron beam emitting tube 120 and the electron beam gun 110 through the inner nozzle 172 have.
  • an auxiliary nozzle 176 may be further provided at an end of the outer nozzle 174.
  • the gas inside the chamber 130 is formed at a low pressure close to the vacuum.
  • the gas injected from the outer nozzle 174 is rapidly diffused to the periphery of the chamber 130, It may be difficult to scatter the melted portion of the workpiece 40.
  • an auxiliary nozzle 176 may be provided at an end of the outer nozzle 174 to detachably extend toward the workpiece.
  • the auxiliary nozzle 176 can guide the high pressure gas injected from the outer nozzle 174 to the work 40 while maintaining the pressure.
  • the auxiliary nozzle 176 is provided to be replaceable according to the height of the workpiece 40 and may be formed of a flexible material that can be bent to prevent damage when the workpiece 40 is contacted. Further, it may be made of a material having excellent heat resistance performance to withstand heating by electron beam.
  • the electron beam and the gas may be injected at the same timing. That is, the velocity of the electron beam is much higher than the velocity of the gas, so that the electron beam is irradiated to the deposited material at the same time as the electron beam is emitted, but the time required for the gas to reach the deposited material after spraying is longer than that of the electron beam.
  • the fusing material can be sufficiently melted.
  • the injection timing of the gas may be perceived as compared with the irradiation timing of the electron beam.
  • the gas supply module 141 may further include an abrasive supply part 145.
  • the abrasive graining part 145 is a component for mixing abrasive grains with the gas supplied from the gas supplying part 142.
  • the abrasive grains may be any one of SiC, Al2O3, glass powder, Type.
  • the abrasive grains injected together with the high-pressure gas can more effectively remove the melted portion of the deposit, and it is less gas, which lessens the deterioration of the degree of vacuum in the chamber 130 and reduces the amount of gas injection by the effect of abrasive grains The deterioration of the degree of vacuum in the chamber 130 can be suppressed.
  • the high-pressure gas contains abrasive grains, friction may occur between the inner nozzle 172 and the outer nozzle 174, resulting in heat and abrasion. Also, the inner nozzle 172 may be heated by a scattered electron beam.
  • the gas supply module 141 may include a gas cooling unit 149. That is, by cooling the gas supplied at the high pressure, the heat of the inner nozzle 172 and the outer nozzle 174 can be cooled.
  • the inner nozzle 172 and the outer nozzle 174 may be made of a material resistant to heat and friction.
  • the inner nozzle 172 may be made of a heat-resistant material including tungsten or molybdenum
  • the outer nozzle 174 may be made of a carbide material such as tungsten carbide.
  • the inner nozzle 172 and the outer nozzle 174 of the present invention are not limited to the above-described materials and may be formed of other materials.
  • the vacuum pump 150 is provided at a plurality of locations, and the gas injection is also performed by pulse spraying instead of continuous spraying. Nevertheless, the electron beam gun 110 side is high vacuum, The gas in the chamber 130 can be continuously introduced into the electron beam gun 110 through the electron beam emitting tube 120 even if the amount of the gas is small.
  • various gas inflow preventing means for suppressing inflow of gas may be provided, and the plasma gas interrupter 180 may be provided as various gas inflow preventing means.
  • the plasma gas interrupter 180 is disposed between the inner nozzle 172 and the electron beam gun 110 in the electron beam emitting tube 120 and includes an anode 182 and a cathode 184 and an insulating material 186.
  • the anode 182 may be provided in the electron beam emitting tube 120, and a through hole through which the electron beam passes may be formed at the center.
  • the cathode 184 may be spaced apart from the anode 182 to the position where the material to be deposited is located. In the same manner as the anode 182, a through hole through which the electron beam passes may be formed at the center.
  • An insulating material 186 for insulating the anode 182 from the cathode 184 may be provided.
  • the anode 182 is positioned on the electron beam gun 110 side
  • the cathode 184 is located on the inner nozzle 172 side
  • the cathode 184 and the anode 182 are positioned on the electron beam gun 110 side, Is insulated by an insulating material (186).
  • a DC voltage may be applied to the anode 182, and an AC voltage or an RF voltage may be applied to the cathode 184.
  • the operation of the electron beam gun 110 is started at about 10 -3 Torr, and during the operation, a vacuum degree of about 10 -2 Torr Is maintained.
  • the incoming gas (G) can be ionized as a plasma is formed and ionized into G- and G +.
  • the ionized G-ions are attached to the anode 182 of the plasma gas shutoff device 180, and the ionized G + ions can be accelerated toward the cathode 184 side.
  • the accelerated G + ions can flow through the inner nozzle 172 and into the deposited material along with the electron beam, taking the electron beam emitting tube 120.
  • the gas can be prevented from flowing into the plasma gas interrupter 180 of the gas moving toward the electron beam gun 110 through the electron beam discharge tube 120 by the plasma ionized gas.
  • the G + ions moving toward the deposition target obstruct the flow of the gas moving toward the electron beam gun 110 through the electron beam emitting tube 120, so that the inflow of the gas can be suppressed.
  • the ionized ions G + of the gas G are mixed in the electron beam, so that the repulsive force is neutralized and it is easy to increase the convergence density of the electron beam.
  • the acceleration voltage of the electron beam gun 110 is about 120 kV and the power applied to the cathode 184 is a high frequency of about 13 MHz or a voltage of 5 kV or less, the plasma generated in the plasma gas- The degree to which the electron beam is affected may be very small.
  • the plasma gas shutoff device 180 may be positioned directly above the inner nozzle 172, as shown in FIGS.
  • a gas flow resistor 192 may be provided.
  • At least one gas flow resistor 192 may be provided in the electron beam emitting tube 120, and an opening may be formed at a central portion thereof to allow an electron beam to pass therethrough. At this time, the opening may be formed to have a minimum diameter to the extent that the electron beam can pass through.
  • the width of the electron beam varies depending on the adjustment, but it is several micrometers. Therefore, if the electron beam is formed to have a minimum diameter to allow the electron beam to pass therethrough, resistance can be generated when the gas passes therethrough.
  • the gas flow resistor 192 Since the diameter of the opening of the gas flow resistor 192 is not large, the gas flow resistor 192 can be heated by the electron beam scattered in the emitted electron beam. Therefore, the gas flow resistor 192 can be cooled An apparatus (not shown) may be provided.
  • the cooling device includes a refrigerant passage (not shown) provided inside the gas flow resistor 192 or on the opposite side of the surface facing the electron beam gun 110, A pump (not shown) for circulating the refrigerant and a heat exchanger (not shown) for heat exchange of the refrigerant.
  • a gate valve 194 may be provided.
  • the gate valve 194 is provided in the electron beam emitting tube 120 so that when the electron beam emitting tube 120 is not operating or the chamber 130 is opened due to the replacement of the material to be deposited, 120 are closed to thereby maintain the vacuum of the electron beam gun 110.
  • a cooling module 196 may be provided.
  • the cooling module 196 may be a heat pump that cools the interior of the chamber 130.
  • the gas pressure inside the chamber 130 is lowered, and at the same time, the gas molecules are condensed in the chamber 130, thereby reducing the number of gas molecules scattered.
  • the cooling module 196 lowers the pressure of the chamber 130 so that the gas is prevented from flowing into the electron beam gun 110 through the electron beam emitting tube 120.
  • the electron beam e when the electron beam e is irradiated to the nonconductive material such as ceramic or glass as the workpiece 40, the surface of the workpiece 40 may be charged.
  • the gas (G +) ionized by the plasma in the plasma gas interrupter 180 described above can be accelerated by the cathode 184 and move to the side of the work 40.
  • the ionized gas (G +) moved to the surface of the work 40 may be neutralized while being mixed with electrons accumulated on the surface of the work 40 to remove the charging phenomenon.
  • the electron beam e can be accurately examined, and nonconductive materials can be processed.
  • the gas supply module 141 of the present embodiment may further include an ionization device 147 for ionizing the gas supplied from the gas supply part 142.
  • the ionizer 147 plasma-ionizes a gas supplied to the gas supply unit 142 to generate an ionized gas (G +).
  • the gas supply module 141 injects the ionized gas ,
  • the neutralization effect of electrons deposited on the work 40 can be doubled.

Abstract

본 발명은 전자빔의 안정적인 운전이 가능하고, 보다 미세한 홀의 형성이 가능한 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 형태에 따르면, 전자빔을 방출하는 전자빔 건, 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버, 상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부, 상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔 및 고압가스 분사부에서 분사되는 고압가스가 펄스 형태로 분사되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전자빔 가공장치가 제공된다.

Description

전자빔을 이용한 미세홀 가공장치
본 발명은 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자빔의 안정적인 운전이 가능하고, 보다 미세한 홀의 형성이 가능한 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치에 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, 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.
또한, 전자빔은 고진공 환경 하에서 작동되는데, 가공 중 기화되는 백킹제(50) 등에 의한 가스가 발생되어 진공도가 악화될 수 있으며, 이렇게 발생된 가스가 전자빔 건(10) 측으로 유입될 경우 전자빔 건(10)의 정상적인 운전이 어려워 질 수 있는 문제가 있다.
또한, 피가공물(40)이 비전도성 재질인 경우, 지속적인 전자빔으로 인해 피가공물(40) 표면에 전자가 쌓이게 되는 충전현상이 발생하게 되어 전자빔의 정밀한 조사가 불가능해 지는 문제가 있다.
또한, 홀 형성이 아닌 절단가공의 경우, 연속적인 홀 형성을 해야 하나, 백킹제(50)에서 기화되는 가스가 기 형성된 홀을 통해 빠져나가게 되어 피가공물(40)의 용융된 부분을 불어낼 수 없어 절단가공이 불가능한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전자빔을 이용하여 피가공물에 마이크로 단위의 미세홀을 가공할 수 있으면서도 미세홀 내주면의 직경이 일정하게 형성이 가능하며, 발생되는 가스의 유입을 억제하여 안정적인 전자빔 건 운전이 가능하고, 비전도성 재질의 피가공물에도 전자빔 가공이 가능하면서도, 드릴링 외 절단가공도 가능한 전자빔을 이용한 미세홀 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 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버, 상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부, 상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔 및 고압가스 분사부에서 분사되는 고압가스가 펄스 형태로 분사되도록 제어하는 제어부를 포함하는 전자빔 가공장치가 제공된다.
상기 전자빔 방출관에 위치되며, 중앙에 전자빔이 투과되는 방출구가 형성된 인너 노즐, 상기 인너 노즐의 둘레에 이격 배치되며, 상기 인너 노즐의 방출구의 둘레에 상기 방출구와 동심의 가스 분사구를 형성하는 아우터 노즐이 구비되며, 상기 고압가스 분사부는, 상기 아우터 노즐에 가스를 공급하며 상기 제어부에 제어되는 가스공급모듈을 포함할 수 있다.
상기 가스 공급모듈은, 고압가스를 공급하는 가스 공급부, 상기 가스 공급부에서 공급되는 가스를 펄스 형태로 단속적으로 분사되도록 단속하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 고주파 가스 밸브를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부에서 공급되는 가스를 냉각하는 가스 냉각부를 더 포함할 수 있다.
상기 가스는 N2 또는 Ar 또는 CO2 등의 불활성 가스를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부에서 공급되는 가스를 이온화 하는 이온화 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부에서 공급되는 가스에 지립을 혼합시키도록 지립을 공급하는 지립 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 지립은 SiC, Al2O3, 유리분말 또는 드라이 아이스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 고압가스 분사부는, 상기 전자빔이 조사되는 모재에 상기 전자빔의 조사방향과는 교차되는 방향으로 가스를 분사하는 보조분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스를 플라즈마 이온화하여 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 플라즈마 가스 차단당치를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 가스 차단장치는, 상기 전자빔 방출관내 구비되며, 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성된 애노드, 상기 애노드로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 중앙에 전자빔이 퉁과하는 통과홀이 형성된 캐소드, 상기 애노드와 캐소드 사이를 절연하는 절연재를 포함할 수 있다.
상기 챔버 및 전자빔 방출관에 구비되는 진공펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 차단하여 기밀을 이루도록 밀폐하는 게이트 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 전자빔 방출관에 구비되며, 중앙부에 전자빔이 투과하는 개구부가 형성되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스의 유동에 저항을 발생시켜 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 가스유동저항체를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버에 구비되며, 챔버 내부를 냉각하여, 챔버내 가스분자를 응결시키는 냉각모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 아우터 노즐에 착탈 가능하게 구비되며, 상기 아우터 노즐로부터 피가공물 측을 향하여 연장되여, 상기 아우터 노즐에서 분사된 가스를 피가공물 표면까지 안내하는 보조노즐을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 전자빔을 방출하는 전자빔 건, 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버, 상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스를 플라즈마 이온화하여 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 플라즈마 가스 차단당치를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 가스 차단장치는, 상기 전자빔 구비되며, 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성된 애노드, 상기 애노드로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 중앙에 전자빔이 퉁과하는 통과홀이 형성된 캐소드, 상기 애노드와 캐소드 사이를 절연하는 절연재를 포함할 수 있다.
상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 전자빔을 방출하는 전자빔 건, 상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관, 상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버, 상기 전자빔 방출관에 위치되며, 중앙에 전자빔이 투과되는 방출구가 형성된 인너노즐, 상기 인너 노즐의 둘레에 이격 배치되며, 상기 인너 노즐의 방출구의 둘레에 상기 방출구와 동심의 가스 분사구를 형성하는 아우터 노즐 및 상기 아우터 노즐에 가스를 공급하는 가스공급모듈을 포함하여, 상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부, 상기 전자빔 방출관내 구비되며 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성된 애노드, 상기 애노드로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 중앙에 전자빔이 퉁과하는 통과홀이 형성된 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이를 절연하는 절연재를 포함하여, 상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스를 플라즈마 이온화하여 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 플라즈마 가스 차단당치, 상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔 고압가스 분사부에서 분사되는 고압가스 및 가스공급모듈을 제어하는 제어부를 더 포함하는 전자빔 가공장치가 제공된다.
본 발명의 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 고압가스를 전자빔과 동축으로 분사하므로, 전자빔 조사에 의해 용융된 부분을 고압가스가 불어내므로, 백킹제를 적용하지 아니하여도 직경이 일정하고 내주면이 깨끗한 미세홀을 형성할 수 있다.
둘째, 고압가스가 전자빔 건 반대편을 향하여 분사되므로, 용융물이 날려지는 방향 또한 전자빔이 방출되는 노즐 반대편을 향하게 되므로 이물질의 유입 가능성이 적으며, 피가공물을 경사시키지 않고 수평상태에서 가공이 가능하다.
셋째, 피가공물이 수평상태에서 가공되므로, 전자빔의 트랙킹 제어가 용이하여, 다양한 패턴 및 방향으로의 전자빔 트랙킹이 가능하며, 전자빔이 방출되는 인너 노즐의 직경을 더욱 작게 형성할 수 있어 가스 및 이물질의 유입이 억제되는 효과가 있다.
넷째, 고압가스가 분사되는 아우터 노즐이 전자빔이 방출되는 인너노즐의 둘레에 구비되어 동축으로 분사되므로, 챔버 노즐내 비산되는 비산물이나 가스 등이 인너 노즐을 통해 유입될 가능성이 현저하게 줄어들을 수 있다.
다섯째, 데브리 모듈의 삭제가 가능하므로, 그만큼 높이를 줄일 수 있어, 워킹 디스턴스의 축소가 가능하여 빔폭의 축소에 유리하며, 그에 따라 정밀도가 향상되고, 전자빔 에너지 밀도 증가가 가능할 수 있다.
여섯째, 고압가스가 전자빔의 조사에 맞춰 펄스 형태로 분사되므로 가스 분사량이 적어 챔버내 진공도 악화에 끼치는 영향이 적으며, 그에 따라 전자빔 건의 안정적인 운전에 유리하다.
일곱째, 고압가스에 지립을 혼합시켜 분사하므로, 챔버내 진공도에 영향을 줄이면서도 피가공물의 용융된 부분을 제거하는 효율이 높아 보다 정밀한 미세홀 가공이 가능하다.
여덟째, 고압가스를 이온화 하여 분사하므로, 피가공물 표면에 형성되는 충전현상을 중화할 수 있어 비전도성 재질의 피가공물도 전자빔을 적용가능하다.
아홉째, 플라즈마 가스 차단장치가 구비되므로, 챔버 내 가스가 전자빔 방출관을 따라 전자빔 측으로 유입되는 것이 억제되는 한편, 플라즈마 가스 차단장치 내에서 플라즈마 이온화 된 가스가 피가공물을 향해 이동되면서, 전자빔 건 측으로 이동되는 가스의 흐름에 저항을 발생시킬 수 있으며, 피가공물 표면의 충전현상을 중화시켜 비전도성 소재의 피가공물에도 전자빔을 이용한 가공이 가능하게 하는 한편, 전자빔의 척력을 중화시킴으로써 전자빔의 집속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
열째, 챔버에 냉각모듈이 구비되어 챔버내 가스 분자를 응결시킴으로써 진공도를 향상시킬 수 있다.
열한째, 전자빔을 이용하여 드릴링 작업 외 절단작업도 가능하다.
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 전자빔 드릴링 장치를 도시한 도면;
도 2는 본 실시예에 따른 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치를 도시한 도면;
도 3은 도 2의 인너 노즐 및 아우터 노즐을 도시한 단면도;
도 4는 도 2의 아우터 노즐에 보조 노즐이 구비된 모습을 도시한 단면도;
도 5는 피가공물에 전자빔이 조사되어 용융되는 모습을 도시한 도면;
도 6는 도 5의 피가공물에 고압가스가 분사되어 용융된 부분이 블로잉 되는 모습을 도시한 도면
도 7 및 도 8은 전자빔과 고압가스의 분사 타이밍을 도시한 도면;
도 9은 도 2의 플라즈마 가스 차단장치를 도시한 도면;
도 10는 충전현상에 의해 전자빔이 휘어지는 모습을 도시한 도면;
도 11은 이온화된 가스에 의해 충전현상이 중화되어 전자빔이 정확한 지점에 조사되는 모습을 도시한 도면 이다.
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 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전자빔 건(110), 전자빔 방출관(120), 챔버(130), 고압가스 분사부(140) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
상기 전자빔 건(110)은 전자빔을 생성하여 방출하는 구성요소로서, 열 전자빔 방식일 수 있거나 또는 플라즈마를 이용한 콜드 타입 전자빔 방식일 수도 있는 등 다양한 방식의 전자빔 건(110)이 적용될 수 있으며, 전자빔 생성 방식에 제한되지 아니하다.
한편, 상기 전자빔 방출관(120)은 상기 전자빔 건(110)으로부터 방출된 전자빔이 피가공물(40)을 향하여 진행하는 경로의 공간을 형성할 수 있으며, 전자빔 방출관(120)의 내부 또는 주위에 전자빔을 집속 또는 확산시키는 렌즈부(122) 및 빔 트랙커(124) 등의 부가 기구 들이 구비될 수 있다.
이 때, 상기 빔 트랙커(124)(Beam Tracker)는 전자빔 방출관(120)의 챔버(130)측 단부 주변에 형성될 수 있는데, 본 실시예에서는 X-Y방향 등 적어도 서로 직교하는 두 방향으로 제어할 수 있는 빔 트랙커(124)가 적용될 수 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전자빔 방출관(120)의 챔버(130) 측 끝단에는 인너 노즐(172)이 설치될 수 있다. 상기 인너 노즐(172)은 중앙에 전자빔이 투과되는 방출구(173)가 형성되어, 상기 전자빔 방출관(120)을 통해 조사되는 전자빔이 챔버(130)측으로 조사되도록 할 수 있다.
상기 챔버(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전자빔 건(110)으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물(40)이 위치되는 공간을 형성할 수 있다.
상기 챔버(130) 내에는 상기 피가공물(40)이 위치되거나 고정되는 스테이지(132) 등이 구비될 수 있는데, 이 때, 상기 스테이지는 피가공물(40)의 저면측이 챔버(130)의 바닥면과 이격되도록 고정할 수 있다.
전자빔 건(110)의 경우 일반적으로 진공 환경에서 작동하며, 진공도가 일정 수준보다 더 악화될 경우 아크 등이 발생하여 정상적인 작동이 어렵거나 작동 자체가 불가능해질 수 있다.
따라서, 챔버(130)나 전자빔 방출관(120) 및 전자빔 건(110) 측 등 복수개소에 가스를 배출시켜 진공을 형성하는 진공 펌프(150)가 구비될 수 있다.
진공 펌프(150)는 고진공 펌프(152)와 저진공 펌프(154)가 직렬 또는 병렬로 연결되도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 고압가스 분사부(140)는, 상기 피가공물(40)로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물(40)의 용융물을 불어내어는 구성요소일 수 있다.
즉, 전자빔 조사에 의해 피가공물(40)의 전자빔 조사지점이 용융되며, 상기 고압가스 분사부(140)에 의해 분사된 고압가스에 의해 피가공물(40)의 용융된 부위가 블로잉되어 홀이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 고압가스에 의해 블로잉 되는 방향은 상기 전자빔 방출관(120)의 반대방향일 수 있다.
따라서, 용융된 피가공물(40) 등의 이물질이 상기 전자빔 방출관(120)의 반대방향으로 비산되므로, 이물질이 전자빔 방출관(120)을 향하여 직접적으로 비산되는 것이 방지되어 전자빔 건(110) 측에 이물질이 유입되는 것을 억제할 수 있다.
상기 고압가스 분사부(140)는 아우터 노즐(174) 및 가스 공급모듈(141)(141)을 포함할 수 있다.
상기 아우터 노즐(174)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 인너 노즐(172)의 둘레에 이격 배치되며, 상기 인너 노즐(172)의 방출구(173) 둘레에 상기 방출구(173)와 동심의 가스 분사구(175)를 형성할 수 있다.
즉, 인너 노즐(172)의 중심의 방출구(173)에서 전자빔이 방출되며, 상기 아우터 노즐(174)에서는 전자빔과 동축으로 고압가스가 분사되는 것이다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 공급모듈(141)은, 상기 아우터 노즐(174)에 가스를 공급하며, 제어부(160)에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 전자빔 건(110) 및 가스분사부, 진공 펌프(150) 등, 설치된 각 구성요소를 제어하는 구성요소로서, 일체로 형성될 수도 있으며, 또는 유선이나 무선 등으로 연결된 별도의 PC로 구비될 수도 있다.
상기 제어부(160)는 상기 전자빔 건(110)에서 전자빔이 펄스 형태로 방출되도록 제어하며, 고압가스 또한 펄스 형태로 분사되도록 상기 가스 공급모듈(141)을 제어할 수 있다.
상기 가스 공급모듈(141)은 가스 공급부(142)와 고주파 가스 밸브(143)를 포함할 수 있다.
상기 가스 공급부(142)는 고압가스를 공급하는 구성요소로서, 가스를 저장하는 탱크(미도시) 또는 가스를 고압으로 가압하는 펌프(미도시) 등을 포함할 수 있다.
상기 고주파 가스 밸브(143)는, 상기 가스 공급부(142)에서 공급되는 가스를 펄스 형태로 단속적으로 분사되도록 단속 제어하는 구성요소로서, 상기 제어부(160)에 의해 그 작동이 제어될 수 있다.
이 때, 상기 가스 공급부(142)에서 공급되는 가스는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스일 수 있다.
즉, 상기 전자빔도 펄스 형태로 조사되며, 가스도 펄스 형태로 분사될 수 있다. 또한 이산화탄소(CO2)일 수도 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자빔(e)이 조사된 피가공물(40)은 그 조사지점이 용융되는데, 이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 분사된 가스(G)가 용융된 부위를 불어서 밀어내어 미세홀을 형성할 수 있다.
일반적으로, 전자빔 건(110) 은 진공환경에서 작동되며, 진공도가 악화되면 아크 발생등 정상운전에 어려움을 겪거나 운전이 불가할 수 있다.
그런데, 가스가 지속적으로 조사되는 것이 아닌 펄스 형태로 분사되어 챔버(130) 내부로 분사되는 가스의 양을 최소화 함으로써 챔버(130) 내 진공도 악화를 최대한 방지할 수 있다.
또한, 고압의 가스가 인너 노즐(172)의 둘레에 배치된 아우터 노즐(174)에서 전자빔과 동축으로 분사되므로, 챔버(130) 내 비산된 이물질이 인너 노즐(172)을 통해 전자빔 방출관(120) 및 전자빔 건(110) 측으로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 보조분사부(148)가 더 구비될 수 있다. 상기 보조분사부(148)는 상기 챔버(130)내의 전자빔이 방출되는 노즐 인근에 구비되며, 전자빔 조사방향과는 교차되는 방향으로 가스를 분사함으로써, 전자빔이 방출되는 노즐 주변의 가스 및 이물질을 전자빔이 방출되는 방출구(173) 바깥으로 불어낼 수 있어, 챔버(130) 내 비산된 이물질이 인너 노즐(172)을 통해 전자빔 방출관(120) 및 전자빔 건(110) 측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 아우터 노즐(174)의 끝단에 보조노즐(176)이 더 구비될 수 있다. 상기 챔버(130)의 내부는 진공에 가까운 저압으로 형성되는 바, 상기 아우터 노즐(174)에서 분사되는 가스가 챔버(130)내로 분사된 직후 급격히 주변으로 확산되어 상기 피가공물(40)에 닿기 전에 흩어져 피가공물(40)의 용용된 부위를 블로잉 하기 어려워 질 수 있다.
따라서, 상기 아우터 노즐(174)의 끝단에 상기 피가공물을 향하여 연장되도록 착탈 가능하게 구비되는 보조노즐(176)이 구비될 수 있다. 상기 보조노즐(176)이 구비됨으로서, 상기 아우터 노즐(174)에서 분사되는 고압의 가스가 상기 피가공물(40)까지 흩어지지 안고 압력을 유지한 채 안내될 수 있다.
또한, 챔버(130)내 비산하는 오염물질이 전자빔 방출관(120) 내로 유입될 가능성 또한 줄어들 수 있다.
상기 보조노즐(176)은 피가공물(40)의 높이에 따라 교체 가능하도록 구비되며, 피가공물(40)과 접촉시 손상을 방지하기 위하여, 휘어질 수 있는 유연한 재질로 구비될 수 있다. 또한, 전자빔에 의한 가열에도 견딜 수 있도록 내열성능이 우수한 재질로 이루어질 수도 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전자빔과 가스는 같은 타이밍에 분사될 수 있다. 즉, 전자빔의 속도가 가스의 속도보다 월등히 빨라서, 전자빔은 방출과 동시에 피증착물에 조사되나, 가스는 분사된 후 피증착물에 도달하기 까지 전자빔에 비해서는 많은 시간이 소요되는데, 그 사이 전자빔에 의한 피증착물의 용융이 충분히 이루어질 수 있다.
물론, 피증착물의 소재나 홀의 직경 및 깊이 등에 따라 전자빔의 조사에 시간이 보다 필요한 경우 등에는 도 8에 도시된 바와 같이, 가스의 분사 타이밍을 전자빔의 조사 타이밍에 비하여 지각 시킬 수도 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 가스 공급모듈(141)은 지립 공급부(145)를 더 포함할 수 있다. 지립 공급부(145)는, 상기 가스 공급부(142)에서 공급되는 가스에 지립(abrasive grain, 砥粒)을 혼합시키는 구성요소로서, 상기 지립은 SiC, Al2O3, 유리분말 또는 드라이 아이스 중 어느 하나 및 여러 종류를 포함할 수 있다.
따라서, 고압가스와 함께 분사된 지립이 피증착물의 용융된 부분을 더욱 효과적으로 제거할 수 있고, 가스가 아니므로 챔버(130) 내 진공도 악화에 덜 영향을 미치며, 지립의 효과만큼 가스의 분사량을 줄일 수 있으므로, 챔버(130)내 진공도 악화를 억제할 수 있다.
한편, 상기 고압가스에 지립이 포함되면 인너 노즐(172) 및 아우터 노즐(174)에 마찰이 일어나고, 이에 따른 열과 마모가 발생할 수 있다. 또한, 인너 노즐(172)에는 산란되는 전자빔에 의한 가열 현상도 발생할 수도 있다.
따라서, 상기 가스 공급모듈(141)은 가스 냉각부(149)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 고압으로 공급되는 가스를 냉각함으로써, 상기 인너 노즐(172) 및 아우터 노즐(174)의 열을 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 인너 노즐(172)과 아우터 노즐(174)은 열과 마찰에 강한 소재로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 인너 노즐(172)은 텅스텐이나 몰리브덴 등을 포함하는 내열소재로 구비될 수 있으며, 상기 아우터 노즐(174)은 텅스텐 카바이드 등의 초경소재로 이루어질 수 있다. 물론, 본 발명의 인너 노즐(172) 및 아우터 노즐(174)은 상기한 소재로 한정되는 것은 아니며, 여타 다른 재질로 형성될 수도 있을 것이다.
한편, 상기 지립으로서 이산화탄소가 냉각되어 고체화된 드라이아이스가 사용될 경우, 자체의 냉열로서 인너 노즐(172)의 냉각을 도모할 수 있다. 또한, 분사된 드라이 아이스는 그 즉시 기화하는 것이 아니라 천천히 기회됨으로써, 챔버(130)에 구비된 진공펌프(150)로서 배출시키는데 충분한 시간을 제공함으로써 챔버(130)내 진공도에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 가공이 종료된 후 남아있는 드라이 아이스는 챔버(130)청소시 같이 쓸어내리는 것으로 충분히 제거 가능하다. 이러한 드라이 아이스는 인체에 무해할 뿐만 아니라 가격도 저렴하여 그 사용상 잇점이 많다.
한편, 진공을 유지하기 위해 복수개소에 진공 펌프(150)가 구비되며, 가스의 분사도 지속분사가 아닌 펄스 분사 방식으로 이루어지나, 그럼에도 불구하고, 전자빔 건(110) 측은 고진공이며, 챔버(130) 측으로 갈수록 저진공이 형성되므로, 챔버(130)의 가스가 상기 전자빔 방출관(120)을 통해 소량이라고 하더라도 지속적으로 전자빔 건(110) 측으로 유입될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 가스의 유입을 억제하기 위한 여러 가지 가스유입방지수단이 구비될 수 있는데, 그 여러 가지 가스유입방지수단으로서 플라즈마 가스 차단장치(180)가 구비될 수 있다.
상기 플라즈마 가스 차단장치(180)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전자빔 방출관(120) 내 인너 노즐(172)과 전자빔 건(110) 사이에 구비되며, 애노드(182)와 캐소드(184) 및 절연재(186)를 포함할 수 있다.
상기 애노드(182)는 상기 전자빔 방출관(120) 내 구비되고, 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성될 수 있다.
상기 캐소드(184)는 상기 애노드(182)로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 상기 애노드(182)와 마찬가지로 중앙에 전자빔이 통과되는 통과홀이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 애노드(182)와 캐소드(184)의 사이를 절연하는 절연재(186)가 구비될 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 전자빔 건(110) 측에 애노드(182)가 위치되고, 인너 노즐(172) 측에 캐소드(184)가 위치되며, 상기 캐소드(184)와 애노드(182)는 절연재(186)에 의해 절연되는 것이다.
또한, 상기 애노드(182)에는 직류 전압이 인가되며, 상기 캐소드(184)에는 교류 또는 RF 전압이 인가될 수 있다.
전자빔 건(110)으로서 열전자빔 방식의 전자빔 건(110)이 적용된 경우, 전자빔 건(110)의 작동 시작은 10^-3 Torr 정도에서 운전이 시작되며, 작동중에는 10^-2 Torr 정도의 진공도가 유지된다.
그런데, 플라즈마의 경우, 10^-2 Torr 정도에서 원할하게 발생되는 경향이 있다.
따라서, 이러한 환경에서 상기 플라즈마 가스 차단장치(180)의 애노드(182)와 캐소드(184)에 전원이 인가되며, 상기 전자빔 방출관(120)을 타고 전자빔 건(110) 측으로 유입되는 소량의 가스들에 의해, 상기 애노드(182)와 캐소드(184) 사이에 플라즈마(P)가 형성될 수 있다.
즉, 유입되는 가스(G)가 플라즈마가 형성되면서 이온화 되어 G-와 G+로 이온화 될 수 있다. 이온화 된 G-이온은 플라즈마 가스 차단장치(180)의 애노드(182)에 부착되며, 이온화 된 G+이온은 캐소드(184) 측으로 가속될 수 있다.
가속된 G+이온은 전자빔 방출관(120)을 타고 전자빔과 함께 인너 노즐(172)을 통과하여 피증착물로 흐를 수 있다.
따라서, 상기 전자빔 방출관(120)을 통해 전자빔 건(110) 측으로 이동되는 가스 중 상기 플라즈마 가스 차단장치(180)에서 플라즈마 이온화 된 가스만큼 가스의 유입이 억제될 수 있다.
또한, 상기 피증착물 측으로 이동되는 G+이온이 상기 전자빔 방출관(120)을 통해 전자빔 건(110) 측으로 이동되는 가스의 흐름을 방해함으로써, 그만큼 가스의 유입이 억제될 수 있다.
한편, 전자빔 방출관(120)을 내부에서의 전자빔의 경우 전부 e- 상태이므로, 전자간 척력이 작용하여 전자빔의 빔폭을 좁히는데 방해가 될 수 있다.
그러나, 플라즈마 가스 차단장치(180)를 지난 후에는 전자빔에 가스(G)의 이온화된 이온(G+)가 섞이게 되므로, 척력이 중화되어 전자빔의 집속밀도를 높이기에 용이할 수 있다.
이 때, 상기 전자빔 건(110)의 가속전압이 120kV 정도일 때, 캐소드(184)에 인가되는 전원이 13MHz 정도의 고주파 이거나 5kV이내의 전압일 경우 상기 플라즈마 가스 차단장치(180)에서 발생하는 플라즈마에 의해 전자빔이 영향을 받는 정도는 매우 미미할 수 있다.
이러한 상기 플라즈마 가스 차단장치(180)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 인너 노즐(172)의 바로 상측에 위치될 수 있다.
또한, 가스유입방지수단 중 하나로서, 가스유동저항체(192)가 구비될 수 있다.
상기 가스유동저항체(192)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전자빔 방출관(120)내에 하나 이상 구비될 수 있으며, 그 중앙부에 전자빔이 통과되도록 개구부가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 개구부는 전자빔이 통과할 수 있는 정도의 최소의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
일반적으로, 전자빔의 폭은 조절하기에 따라 다르지만 수 마이크로 미터 단위이므로, 상기 전자빔이 통과될 수 있을 정도의 최소 직경으로 형성된다면 기체가 통과할 때에는 저항을 발생시켜 기체의 유동을 억제할 수 있다.
그런데, 상기 가스유동저항체(192)의 개구부의 직경이 크지 않으므로, 방출되는 전자빔 중 산란되는 전자빔에 의해 상기 가스유동저항체(192)가 가열될 수 있으므로, 상기 가스유동저항체(192)를 냉각시키는 냉각장치(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 냉각장치(미도시)는, 상기 가스유동저항체(192)의 내부 또는 전자빔 건(110)과 마주보는 면의 반대편에 연접 설치되는 냉매유로(미도시) 및 상기 냉매유로(미도시)에 냉매를 순환시키는 펌프(미도시) 및 냉매의 열교환을 위한 열교환기(미도시) 등이 구비될 수도 있다.
또한, 가스유입방지수단 중 하나로서, 게이트 밸브(194)가 구비될 수 있다.
상기 게이트 밸브(194)는 상기 전자빔 방출관(120)에 구비되어, 상기 전자빔 방출관(120)이 작동중이지 않거나 상기 피증착물 교체 등의 이유로 챔버(130)가 개방될 때 상기 전자빔 방출관(120)을 폐쇄하여 밀폐를 이룸으로써 상기 전자빔 건(110)의 진공이 유지되도록 하는 구성요소이다.
또한, 가스유입방지수단 중 하나로서, 냉각모듈(196)이 구비될 수 있다.
상기 냉각모듈(196)은 상기 챔버(130)의 내부를 냉각하는 열펌프 일 수 있다.
즉, 상기 챔버(130)의 내부를 냉각함으로써, 챔버(130) 내부의 기체 압력을 낮춤과 동시에 가스분자를 챔버(130) 내부에 응결시켜 비산되는 가스 분자의 수를 줄일 수 있다.
상기 냉각모듈(196)은 챔버(130)의 압력을 낮춤으로서, 결론적으로 가스가 전자빔 방출관(120)을 통해 전자빔 건(110) 측으로 유입되는 것을 억제하도록 하는 것이다.
한편, 상기 피가공물(40)로서 세라믹이나 유리 등의 비전도성 소재에 전자빔(e)을 조사할 경우, 피가공물(40)의 표면에 충전현상이 발생할 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 전자빔이 지속적으로 조사되면 피가공물(40) 표면에 전자가 쌓이게 되며, 이러한 전자들은 서로 척력이 작용하여, 조사되는 전자빔(e)이 정확한 지점에 조사되는 것을 방해할 수 있다.
그런데, 전술한 상기 플라즈마 가스 차단장치(180)에서 플라즈마에 의해 이온화된 가스(G+)가 캐소드(184)에 의해 가속되어 피가공물(40) 측으로 이동할 수 있다.
이 때, 도 11에 도시된 바와 같이, 피가공물(40)의 표면으로 이동한 이온화된 가스(G+)가 피가공물(40) 표면에 쌓인 전자들과 섞이면서 중화하여 충전현상을 제거할 수 있다.
따라서, 전자빔(e)의 정확한 조사가 가능하여 비전도성 소재도 가공이 가능하게 된다.
한편, 본 실시예의 가스 공급모듈(141)은 상기 가스 공급부(142)에서 공급되는 가스를 이온화 하는 이온화장치(147)를 더 포함할 수 있다.
상기 이온화장치(147)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 공급부(142)에 공급되는 가스를 플라즈마 이온화 하여 이온화된 가스(G+)를 생성하며, 상기 가스 공급모듈(141)은 이를 분사함으로써, 상기 피가공물(40)에 적층되는 전자의 중화효과를 배가시킬 수 있다.
이러한 본 실시예의 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치에 따르면 드릴링뿐만 아니라 절단작업도 가능하다.
즉, 종래의 백킹제(50)를 사용할 때에는 홀 형성이 아닌 절단가공의 경우 연속적인 홀 형성을 해야 하나, 백킹제(50)에서 기화되는 가스가 기 형성된 홀을 통해 빠져나가게 되어 피가공물(40)의 용융된 부분을 불어낼 수 없어 절단작업이 불가능 하였다.
그러나, 본 실시예의 전자빔을 이용한 미세홀 가공장치에 따르면 백킹제(50)를 사용하지 아니하여도 고압가스를 통해 용융된 부분을 제거하므로 연속적인 홀 형성이 가능하므로 절단작업도 가능할 수 있다. 또한 플라즈마 가스 차단장치(180)에 의한 집속에너지 밀도가 향상될경우 고체메탈을 직접증기화 공정이 가능할 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.

Claims (20)

  1. 전자빔을 방출하는 전자빔 건;
    상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관;
    상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버;
    상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부;
    상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔 및 고압가스 분사부에서 분사되는 고압가스가 펄스 형태로 분사되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 방출관에 위치되며, 중앙에 전자빔이 투과되는 방출구가 형성된 인너 노즐이 구비되며,
    상기 고압가스 분사부는,
    상기 인너 노즐의 둘레에 이격 배치되며, 상기 인너 노즐의 방출구의 둘레에 상기 방출구와 동심의 가스 분사구를 형성하는 아우터 노즐;
    상기 아우터 노즐에 가스를 공급하며, 상기 제어부에 제어되는 가스공급모듈;
    을 포함하는 전자빔 가공장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급모듈은,
    고압가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 가스 공급부에서 공급되는 가스를 펄스 형태로 단속적으로 분사되도록 단속하며, 상기 제어부에 의해 제어되는 고주파 가스 밸브;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 공급부에서 공급되는 가스를 냉각하는 가스 냉각부;
    를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스는 N2 또는 Ar 또는 CO2 등의 불활성 가스를 포함하는 전자빔 가공장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급부에서 공급되는 가스를 이온화 하는 이온화 장치를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급부에서 공급되는 가스에 지립을 혼합시키도록 지립을 공급하는 지립 공급부를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지립은 SiC, Al2O3, 유리분말, 드라이 아이스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전자빔 가공장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고압가스 분사부는,
    상기 전자빔이 조사되는 모재에 상기 전자빔의 조사방향과는 교차되는 방향으로 가스를 분사하는 보조분사부를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스를 플라즈마 이온화하여 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 플라즈마 가스 차단당치를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 차단장치는,
    상기 전자빔 방출관내 구비되며, 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성된 애노드;
    상기 애노드로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 중앙에 전자빔이 퉁과하는 통과홀이 형성된 캐소드;
    상기 애노드와 캐소드 사이를 절연하는 절연재;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 및 전자빔 방출관에 구비되는 진공펌프;
    를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 차단하여 기밀을 이루도록 밀폐하는 게이트 밸브를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 방출관에 구비되며, 중앙부에 전자빔이 투과하는 개구부가 형성되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스의 유동에 저항을 발생시켜 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 가스유동저항체;
    를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에 구비되며, 챔버 내부를 냉각하여, 챔버내 가스분자를 응결시키는 냉각모듈을 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 아우터 노즐에 착탈 가능하게 구비되며, 상기 아우터 노즐로부터 피가공물 측을 향하여 연장되여, 상기 아우터 노즐에서 분사된 가스를 피가공물 표면까지 안내하는 보조노즐을 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  17. 전자빔을 방출하는 전자빔 건;
    상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관;
    상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버;
    상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스를 플라즈마 이온화하여 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 플라즈마 가스 차단당치;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스 차단장치는,
    상기 전자빔 방출관내 구비되며, 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성된 애노드;
    상기 애노드로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 중앙에 전자빔이 퉁과하는 통과홀이 형성된 캐소드;
    상기 애노드와 캐소드 사이를 절연하는 절연재;
    를 포함하는 전자빔 가공장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부;
    를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
  20. 전자빔을 방출하는 전자빔 건;
    상기 전자빔 건으로부터 방출된 전자빔이 피가공물을 향하여 진행하는 경로를 형성하는 전자빔 방출관;
    상기 전자빔 건으로부터 방출되는 전자빔이 조사되어 가공되는 피가공물이 위치되는 챔버;
    상기 전자빔 방출관에 위치되며, 중앙에 전자빔이 투과되는 방출구가 형성된 인너노즐;
    상기 인너 노즐의 둘레에 이격 배치되며, 상기 인너 노즐의 방출구의 둘레에 상기 방출구와 동심의 가스 분사구를 형성하는 아우터 노즐 및 상기 아우터 노즐에 가스를 공급하는 가스공급모듈을 포함하여, 상기 피가공물로 조사되는 전자빔과 동축으로 고압가스를 분사하여, 전자빔 조사에 의해 용융된 피가공물의 용융물을 불어내는 고압가스 분사부;
    상기 전자빔 방출관내 구비되며 중앙에 전자빔이 통과하는 통과홀이 형성된 애노드, 상기 애노드로부터 피증착물이 위치되는 측으로 이격되어 설치되며, 중앙에 전자빔이 퉁과하는 통과홀이 형성된 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이를 절연하는 절연재를 포함하여, 상기 전자빔 방출관에 구비되며, 상기 전자빔 방출관을 통해 전자빔 건 측으로 이동하는 가스를 플라즈마 이온화하여 가스가 전자빔 건 측으로 이동하는 것을 억제하는 플라즈마 가스 차단당치;
    상기 전자빔 건에서 방출되는 전자빔 고압가스 분사부에서 분사되는 고압가스 및 가스공급모듈을 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는 전자빔 가공장치.
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