KR101374135B1 - 전극 프레임 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치 - Google Patents

전극 프레임 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬릿형상 개구부를 형성하는 전극봉을 교환할 때의 작업 효율이 개선된 전극 프레임과 이 전극 프레임으로 구성된 인출 전극을 가지는 하전 입자빔 발생장치를 제공한다.
전극 프레임(2)은 하전 입자빔 인출용 전극을 구성하는 전극 프레임(2)으로, 하전 입자빔을 통과시키는 개구부(3)를 구비하고 있다. 한 방향에서 전극 프레임(2)을 보았을 때, 개구부(3) 주변의 일부에 전극봉 지지부(7)가 형성되어 있으며, 이 전극봉 지지부(7)에 개구부(3)를 걸쳐서 배치되는 전극봉(5)의 양 끝이 지지된다. 또한 하전 입자빔 발생장치는 상술한 전극 프레임(2)으로 구성된 인출 전극을 가지고 있다.

Description

전극 프레임 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치{ELECTRODE FRAME AND CHARGED PARTICLE BEAM GENERATOR WITH THE SAME}
본 발명은 이온빔 조사장치의 이온원이나 전자빔 조사장치의 전자원과 같은 하전 입자빔 발생장치에서 이용되는 하전 입자빔 인출용 전극을 구성하는 전극 프레임과 하전 입자빔 발생장치에 관한 것이다.
종래부터, 이온빔 조사장치의 이온원에서 이온빔을 인출하기 위한 인출 전극계에 복수의 슬릿형상 개구부(직사각형상의 개구부)를 가지는 슬릿 전극이 이용되고 있다. 이러한 슬릿 전극의 슬릿형상 개구부는 플라즈마에 노출되거나, 인출된 이온빔이 충돌하거나 하여 고온으로 가열된다.
슬릿형상 개구부가 고온으로 가열되면, 그로 인해 열 변형이 생긴다. 열 변형에 의한 슬릿형상 개구부의 변형이 커지면, 예를 들면 원하는 전류량을 가지는 이온빔을 인출할 수 없게 된다. 그 결과, 부품 교환이 필요하게 된다.
부품 교환이라고 해도, 슬릿 전극 전체를 교환하면 비용이 고액이 된다. 그렇기 때문에, 슬릿형상 개구부를 구성하는 부품 중, 특히 변형이 큰 부품만 교환하고자 하는 바람이 있다.
이러한 바람에 부응하기 위해, 지금까지 특허문헌 1에 기재된 슬릿 전극이 고안되어 왔다.
특허문헌 1에는 슬릿 전극의 슬릿형상 개구부를 구성하는 전극봉을 교환하는 것이 가능한 슬릿 전극이 개시되어 있다.
특허문헌 1의 도 2에는 이온원의 인출 전극계에서 사용되는 플라즈마 전극(가속 전극이라고도 함)의 구성이 개시되어 있다. 이 플라즈마 전극에서는 전극 프레임의 개구부에 복수개의 전극봉을 배치함으로써, 각 전극봉 사이에 슬릿형상 개구부가 형성되어 있다. 각 전극봉의 장착과 분리는 전극 프레임에 형성된 관통 구멍을 통해 전극 프레임의 외부에서 개별적으로 그 길이방향을 따라 빼고 넣고 함으로써 이루어진다.
또한 특허문헌 1의 도 3에는 인출 전극계를 구성하는 억제 전극과 접지 전극의 예가 도시되어 있다. 도 2의 예와 마찬가지로, 전극 프레임의 개구부에 복수개의 전극봉을 배치함으로써 슬릿형상 개구부가 구성되어 있다. 이 도 3의 예에서 전극 프레임은 2개의 프레임으로 구성되어 있으며, 각 프레임에 마련된 구멍에 전극봉의 단부를 삽입한 상태로 2개의 프레임이 조합됨으로써 슬릿 전극의 조립이 이루어진다.
일본국 공고특허공보 평7-34358호(도 2, 도 3, (2) 4 33행~(3) 5 40행)
통상, 슬릿 전극을 구성하는 전극봉은 1개만 일그러지는 것이 아니라, 어느 영역에 배치되어 있는 복수개의 전극봉에 변형이 생겨 버린다. 그리하여 이들을 함께 교환할 필요가 있게 된다.
그러나 특허문헌 1의 도 2에 기재된 전극의 구성에서는, 전극봉을 1개씩 전극 프레임에 형성된 관통 구멍을 통해, 전극봉의 길이방향을 따라 빼고 넣고 해서 교환하게 되므로 시간이 걸린다.
또 특허문헌 1의 도 3에 기재된 전극의 구성에서는 도 2의 구성에 비해 복수개의 전극봉을 간단히 교환할 수 있지만, 교환 대상으로 삼는 전극봉의 개수에 관계없이 항상 전극 프레임을 분해해야 하므로 작업 효율이 나쁘다. 특히 이온원의 치수가 크면 전극 프레임도 커지므로, 분해 작업에 엄청난 시간이나 노력을 요하게 된다.
본 발명에서는 인출 전극용 슬릿형상 개구부를 형성하는 전극봉을 교환할 때의 작업 효율을 개선하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명의 전극 프레임은 하전 입자빔 인출용 전극을 구성하는 전극 프레임으로서, 상기 전극 프레임은 하전 입자빔을 통과시키는 개구부를 구비하고 있는 동시에, 한 방향에서 상기 전극 프레임을 보았을 때, 상기 개구부 주변의 적어도 일부에 상기 개구부를 걸쳐서 배치되는 전극봉의 양 끝을 지지하는 전극봉 지지부가 형성되어 있다.
이러한 전극 프레임을 이용함으로써 전극봉을 그 길이방향과 대략 직교하는 방향에서 전극 프레임에 장착할 수 있으므로 교환 작업이 간편해진다. 또 전극봉 교환시에 전극 프레임을 분해할 필요가 없으므로, 전극봉 교환에 소요되는 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 전극봉 지지부는 상기 전극 프레임의 표면상에 형성되어 있으며, 당해 표면에서 오목하게 들어가 있다.
또 상기 전극봉 지지부는 상기 개구부에 연결되어 있는 것이 바람직하다.
또 상기 전극봉 지지부는 상기 개구부를 사이에 끼고 대향하는 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 전극봉 지지부 위쪽에는 뚜껑체가 장착되는 것이 바람직하다.
한편, 하전 입자빔 발생장치로서는 상기의 전극 프레임으로 구성되는 하전 입자빔 인출용 전극을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
전극봉을 그 길이방향과 대략 직교하는 방향에서 전극 프레임에 장착할 수 있으므로 교환 작업이 간편해진다. 또 전극봉 교환시에 전극 프레임을 분해할 필요가 없으므로, 전극봉 교환에 소요되는 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 슬릿 전극의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 슬릿 전극에서 뚜껑체 및 전극봉을 떼어냈을 때의 모습을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 주요부 확대도이며, 전극봉이 전극봉 지지부에 배치될 때의 모습을 나타낸다.
도 4는 도 2의 주요부 확대도이며, 전극봉 지지부상에 뚜껑체를 배치했을 때의 모습을 나타낸다.
도 5는 이온원의 모식도를 나타낸다.
이하의 실시형태에서 각 도면에 도시되어 있는 X, Y, Z의 각 축은 서로 직교하고 있다.
도 1에는 본 발명의 슬릿 전극(1)의 일례가 도시되어 있다. 이 슬릿 전극(1)은 주로 개구부(3)를 가지는 전극 프레임(2)과 개구부(3) 내에 배치된 복수개의 전극봉(5)(도면 중, 해칭되어 있는 부재)으로 구성되어 있다.
각 전극봉(5)은 길이방향이 X방향을 따르도록 전극 프레임(2)에 지지되어 있는 동시에, 대략 Y방향을 따라 대략 동일한 간격을 두고 나란히 형성되어 있다.
각 전극봉(5) 사이에는 슬릿형상 개구부(4)가 형성되어 있다. 한편 이 도 1에서는 도면을 간략화하기 위해, 전극봉(5)과 슬릿형상 개구부(4)의 부호를 일부에만 부기하였다.
도 1에 도시된 슬릿 전극(1)에서 전극봉(5)과 뚜껑체(6)를 떼어냈을 때의 모습이 도 2에 도시되어 있다. 복수개의 전극봉(5)은 전극 프레임(2)의 개구부(3)를 사이에 끼고 X방향을 따라 대향 배치된 도 2에 기재된 전극봉 지지부(7)에, 그 길이방향에 있어서의 양 단부가 지지되어 있다. 이 전극봉 지지부(7)는 일례로서, 개구부(3)의 주변에 위치하는 전극 프레임(2)의 단부를 직사각형상으로 잘라냄으로써 형성되어 있다.
도 2에 기재된 전극봉 지지부(7)의 상면에는 도 1에 기재된 뚜껑체(6)가 Z방향측에서 장착된다. 뚜껑체(6)에는 도시되지 않은 관통 구멍이 형성되어 있으며, Z방향측에서 고정 나사(8)를 뚜껑체(6)의 관통 구멍에 삽입하여, 전극 프레임(2)의 나사 구멍(9)에 맞춤으로써 뚜껑체(6)의 장착이 이루어진다.
도 1에 기재된 뚜껑체(6)는 전극봉(5)이 나란히 형성된 방향(대략 도면 중의 Y방향)을 따라 복수개로 분할되어 있지만, 이들을 분할하지 않고 1개의 뚜껑체(6)로 해도 된다. 하나의 뚜껑체(6)일 경우, 뚜껑체(6) 장착 작업이 간편해진다. 또한 뚜껑체(6)에는 열팽창이 생기므로, 열팽창률이 작은 몰리브덴이나 텅스텐과 같은 고융점 재료를 뚜껑체(6)에 사용하는 것이 바람직하다.
뚜껑체(6)에 열팽창이 발생했을 경우, 1개의 큰 뚜껑체(6)이면 열팽창에 의한 뚜껑체(6)의 신장도 커진다. 한편, 뚜껑체(6)를 분할해 두면, 1개의 큰 뚜껑체(6)에 비해 뚜껑체(6)의 열팽창에 의한 신장을, 허용할 수 있을 정도로 작게 할 수 있다. 또한 뚜껑체(6)를 분할하여 마련해 두면, 열 변형이 큰 뚜껑체(6)만 교환할 수 있으므로 부재 교환 비용을 저렴하게 억제하는 것을 기대할 수 있다.
도 3은 도 2의 주요부 확대도이며, 전극봉(5)이 전극봉 지지부(7)에 배치될 때의 모습이 도시되어 있다. X방향에 있어서, 전극봉(5)의 치수와 개구부(3)를 사이에 끼고 형성된 전극봉 지지부(7)간의 치수와의 관계는 R1X<LX<R2X의 관계를 만족하도록 설정되어 있다. 또한 Y방향에 있어서, 전극봉(5)의 직경과 전극봉 지지부(7)의 치수는 LY≤RY의 관계를 만족하도록 설정되어 있다. 또 Z방향에서는 전극봉(5)이 전극봉 지지부(7) 내에 들어가도록 서로의 치수관계가 설정되어 있다. 단, Z방향의 치수관계는 이러한 관계에 한정되지 않는다. 예를 들면 전극봉 지지부(7)의 위쪽을 덮는 뚜껑체(6)의 일부에 카운터 보링(counter boring)을 마련해 두고, 여기에 전극봉(5)의 일부가 수납되게 구성해 둘 경우, 전극봉(5)은 전극봉 지지부(7) 내에 들어가지 않아도 된다.
도 4는 도 2의 주요부 확대도이며, 전극봉 지지부(7)상에 뚜껑체(6)를 배치했을 때의 모습이 도시되어 있다. 이 도면으로부터 알 수 있듯이 뚜껑체(6)를 전극봉 지지부(7)의 상면에 배치했을 경우, 전극봉(5)의 길이방향인 X방향에 있어서, 전극봉 지지부(7)에 개방 단부(10)가 형성된다. 이러한 구성에 의해, 전극봉(5) 단부가 전극봉 지지부(7)에서 빠지는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 단, 뚜껑체(6)는 필수가 아니다. 예를 들어 하전 입자빔 발생장치의 인출 전극에 전극 프레임(2)을 이용할 때, 대략 중력방향이 도시된 Z방향의 방향이 되도록 인출 전극이 장착되어 있으면, 전극봉 지지부(7)에서 전극봉(5)이 빠지는 일은 생기지 않으므로, 뚜껑체(6)를 별도로 마련해 둘 필요는 없다.
도 5에는 본 발명의 전극 프레임(2)으로 구성되는 인출 전극을 구비한 이온원(11)의 모식도가 도시되어 있다. 예를 들면 이 이온원(11)은 종래 기술에 제시되어 있는 구성의 이온원으로, Z방향으로 이온빔을 인출하도록 플라즈마 생성용기(12)에 인접하여 인출 전극계로서 3장의 슬릿 전극(1)을 구비하고 있다. 한편 이온원(11)의 구성은 이것에 한정되지 않으며, 인출 전극계로서 2장의 슬릿 전극(1)으로 구성되어 있어도 되고, 4장의 슬릿 전극(1)으로 구성되어 있어도 된다.
본 발명이 적용되는 전극 프레임(2)에 형성되는 개구부(3)는 직사각형상일 필요는 없고, 그 이외의 형상이어도 된다. 예를 들면 원형상이나 타원형상, 다각형상이어도 되며, 개구부(3)에 전극봉(5)을 배치했을 때에 이온빔을 통과시키는 슬릿형상 개구부(4)가 형성되는 것이라면 어떠한 형상이어도 된다. 또한 개구부(3)가 형성되는 위치는 전극 프레임(2)의 대략 중앙부가 아니어도 된다.
전극봉(5)의 재질로는, 고온으로 가열되는 점에서 고융점 재료(예를 들면 몰리브덴, 텅스텐)가 사용되는 것을 생각할 수 있다.
상술한 실시형태에서는 이온빔 조사장치에 이용되는 이온원의 이온빔 인출용 전극에 본 발명의 전극 프레임이 적용되는 예에 대하여 기술했지만, 전자빔 조사장치에서 이용되는 전자원의 전자빔 인출용 전극에 본 발명의 전극 프레임을 적용시켜도 된다. 전자원에서도 이온원과 마찬가지로, 전자빔 인출시에 전극부가 가열되는 문제가 생기므로 전극봉 교환 작업이 필요하게 된다. 이 때, 본 발명의 전극 프레임을 이용하면, 이 교환 작업을 효율적으로 할 수 있다.
상술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 해도 됨은 물론이다.
1 슬릿 전극
2 전극 프레임
3 개구부
4 슬릿형상 개구부
5 전극봉
6 뚜껑체
7 전극봉 지지부
8 고정 나사
9 나사 구멍
10 개방 단부
11 이온원
12 플라즈마 챔버

Claims (6)

  1. 하전 입자빔 인출용 전극을 구성하는 전극 프레임으로서,
    상기 전극 프레임은 일체로 형성되어 있으며,
    상기 전극 프레임은 하전 입자빔을 통과시키는 개구부를 구비하고 있는 동시에, 한 방향에서 상기 전극 프레임을 보았을 때, 상기 개구부 주변의 적어도 일부에 상기 개구부를 걸쳐서 배치되는 전극봉의 양 끝을 지지하는 전극봉 지지부가 형성되어 있고,
    상기 전극봉 지지부 위쪽에는 복수개로 분할되어 있는 뚜껑체가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극봉 지지부는 상기 전극 프레임의 표면상에 형성되어 있으며, 당해 표면에서 오목하게 들어가 있는 것을 특징으로 하는 전극 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극봉 지지부는 상기 개구부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 프레임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극봉 지지부는 상기 개구부를 사이에 끼고 대향하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 프레임.
  5. 삭제
  6. 제1항에 기재된 전극 프레임으로 구성되는 인출용 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 발생장치.
KR1020120069713A 2011-09-21 2012-06-28 전극 프레임 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치 KR101374135B1 (ko)

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