KR100898386B1

KR100898386B1 - Linear ion thruster device

Info

Publication number: KR100898386B1
Application number: KR1020080122978A
Authority: KR
Inventors: 권순영
Original assignee: 씨디에스(주)
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2009-05-18

Abstract

본 발명은 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 이온쓰러스터장치(이온소스장치)는 하부와 연통되도록 가스노즐이 바닥판에 형성되고, 내부에 공간이 형성되도록 측벽이 설치된 소스바디; 상기 소스바디의 하부에 결합되며, 외부로부터 유입된 가스를 분배하여 상기 가스노즐로 방출하는 매니폴드; 상기 소스바디의 내부공간 중 중앙영역에 설치되어 상기 내부공간으로 유입된 가스의 자기순환(magnetic circuit)에 의한 방전을 유도하는 마그넷; 상기 소스바디 및 상기 마그넷의 상부에 결합되는 캐소드전극; 및 상기 캐소드전극의 하단으로부터 이격되어 배치되는 애노드전극;을 포함하며, 상기 소스바디의 가스노즐은 상향으로 넓어지는 깔때기형상인 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 균일한 이온빔을 형성할 수 있도록 챔버 내로 유입되는 방전가스를 효과적으로 분배할 수 있는 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치가 제공된다.The present invention relates to an ion thruster (Ion Thruster) device, the ion thruster device (ion source device) according to the present invention is a gas nozzle is formed on the bottom plate so as to communicate with the lower side, the side wall is formed so as to form a space therein Installed source body; A manifold coupled to a lower portion of the source body and distributing gas introduced from the outside into the gas nozzle; A magnet installed in a central region of the inner space of the source body to induce discharge by a magnetic circuit of a gas introduced into the inner space; A cathode electrode coupled to an upper portion of the source body and the magnet; And an anode disposed to be spaced apart from a lower end of the cathode, wherein the gas nozzle of the source body has a funnel shape extending upward. Thereby, an ion thruster (Ion Thruster) apparatus is provided which can effectively distribute the discharge gas flowing into the chamber so as to form a uniform ion beam.

이온쓰러스터, 이온소스, 분배판, 매니폴드, 캐소드, 애노드, 영구자석 Ion thrusters, ion sources, distribution plates, manifolds, cathodes, anodes, permanent magnets

Description

Ion thruster {Linear Ion Thruster Device}

본 발명은 이온빔을 발생하는 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균일한 이온빔을 방출하기 위해 유입되는 방전가스를 효과적으로 분배하여 유입할 수 있는 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion thruster for generating an ion beam, and more particularly, to an ion thruster capable of effectively distributing an incoming discharge gas to emit a uniform ion beam. It is about.

일반적으로, 플라즈마를 이용한 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치는 진공챔버 내부로 소정의 방전가스가 유입되고, 상기 챔버 내부에 일정 간격으로 이격되어 애노드전극과 캐소드전극이 고전압이 인가되도록 배치된다(이온소스(ion source)장치라고도 함).In general, an ion thruster using plasma has a predetermined discharge gas introduced into a vacuum chamber, and is spaced at a predetermined interval inside the chamber so that the anode electrode and the cathode electrode are disposed so that a high voltage is applied (ion). Also known as an ion source device.

이때, 애노드전극 및 캐소드 전극에 고전압이 인가되면 상기 전극의 이격공간에서 방전가스 입자의 최외각 전자가 궤도를 이탈하여 자유전자가 됨으로써 양전하를 띄는 이온과 음전하를 띄는 자유전자가 생성되는 현상 즉, 이온화현상이 발생한다.In this case, when a high voltage is applied to the anode electrode and the cathode electrode, the outermost electrons of the discharge gas particles are separated from the orbit and become free electrons in the space of the electrode, so that positive ions and negative electrons are generated. Ionization occurs.

이와 같은 양전하의 이온과 전자들이 다수가 모여 전체적으로 전기적으로 중성인 입자들의 상호작용에 의해서 독특한 빛을 방출하며 입자들의 활발한 운동으로 인해 높은 반응성을 갖게됨으로써 플라즈마가 생성되고, 이같은 플라즈마가 빔(beam)의 형태로 챔버의 외부로 방출된다.A large number of positively charged ions and electrons gather together to emit unique light due to the interaction of electrically neutral particles, and have a high reactivity due to the active movement of the particles, thereby generating a plasma. Is released to the outside of the chamber in the form of.

이와 같은 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치로부터 유래된 이온빔(ion beam)은 반도체제조 및 이와 상응하는 분야에 증착, 에칭 및 클리닝 등에 이용되고 있다.Ion beams derived from such ion thrusters are used for deposition, etching, and cleaning in semiconductor manufacturing and the like.

그런데, 상기 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치에서 형성되는 플라즈마는 캐소드전극과 애노드전극의 배치 및 형상에 따라서 다양하게 나타날 수 있다. 이에 대해서는 미국특허 제7,259,378에 개시되어 있다.However, the plasma formed by the ion thruster may appear in various ways depending on the arrangement and shape of the cathode electrode and the anode electrode. This is disclosed in US Pat. No. 7,259,378.

개시된 바는 전극들의 형상 또는 전극들 간의 배치간격에 의해 나타나는 미러링효과(Mirroring effect) 등에 의해 캐소드 및 애노드전극의 손상과 챔버의 벽면의 손상을 방지할 수 있는 구조가 개시되어 있다.Disclosed is a structure capable of preventing damage to the cathode and anode electrodes and damage to the wall of the chamber due to a mirroring effect caused by the shape of the electrodes or the spacing between the electrodes.

그런데, 증착, 에칭 및 클리닝 등의 미세한 작업에 있어서는 외부로 방출되는 이온빔의 균일성이 중요한데, 상기된 바와 같이 전극들의 형상의 변화 또는 전극들 간의 배치간격의 변화만으로는 외부로 방출되는 이온빔의 균일성을 안정적으로 확보하는데 어려운 문제점이 있었다.By the way, the uniformity of the ion beam emitted to the outside is important in the fine operation such as deposition, etching and cleaning, the uniformity of the ion beam emitted to the outside only by changing the shape of the electrodes or the arrangement interval between the electrodes as described above There was a difficult problem to secure a stable.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 균일한 이온빔을 형성할 수 있도록 챔버 내로 유입되는 방전가스를 효과적으로 분배할 수 있는 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide an ion thruster device capable of effectively distributing discharge gas introduced into a chamber to form a uniform ion beam. .

상기 목적은, 본 발명에 따라, 하부와 연통되도록 가스노즐이 바닥판에 형성되고, 내부에 공간이 형성되도록 측벽이 설치된 소스바디; 상기 소스바디의 하부에 결합되며, 외부로부터 유입된 가스를 분배하여 상기 가스노즐로 방출하는 매니폴드; 상기 소스바디의 내부공간 중 중앙영역에 설치되어 상기 내부공간으로 유입된 가스의 자기순환(magnetic circuit)에 의한 방전을 유도하는 마그넷; 상기 소스바디 및 상기 마그넷의 상부에 결합되는 캐소드전극; 및 상기 캐소드전극의 하단으로부터 이격되어 배치되는 애노드전극;을 포함하며,
상기 소스바디의 가스노즐은 상향으로 넓어지는 깔때기형상인 것을 특징으로 하는 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치에 의해 달성된다.According to the present invention, the gas nozzle is formed on the bottom plate so as to communicate with the lower portion, the source body side wall is installed so as to form a space therein; A manifold coupled to a lower portion of the source body and distributing gas introduced from the outside into the gas nozzle; A magnet installed in a central region of the inner space of the source body to induce discharge by a magnetic circuit of a gas introduced into the inner space; A cathode electrode coupled to an upper portion of the source body and the magnet; And an anode disposed to be spaced apart from a lower end of the cathode electrode,
The gas nozzle of the source body is achieved by an ion thruster (Ion Thruster) device, characterized in that the funnel shape is widened upward.

여기서, 상기 매니폴드는 외부로부터 가스를 유입하도록 가스유입구가 형성된 바닥판과, 내부에 공간을 형성하도록 상기 바닥판으로부터 일정높이로 형성된 측벽과, 상기 내부공간에 설치되되 상기 바닥판으로부터 상향으로 이격되도록 설치되어 유입된 가스를 분배하는 분배판을 포함할 수 있다.The manifold may include a bottom plate having a gas inlet formed therein to introduce gas from the outside, a side wall formed at a predetermined height from the bottom plate to form a space therein, and installed in the inner space but spaced upwardly from the bottom plate. It may be installed to include a distribution plate for distributing the introduced gas.

또한, 상기 소스바디의 열을 냉각하도록 상기 소스바디의 길이방향의 양 측부에 설치되는 쿨링자켓을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a cooling jacket installed at both sides of the source body in the longitudinal direction to cool the heat of the source body.

또한, 상기 소스바디의 가스노즐은 상향으로 넓어지는 깔때기형상인 것이 바람직하다.In addition, the gas nozzle of the source body is preferably a funnel shape that is upwardly expanded.

또한, 상기 마그넷의 상부 및 측부를 감싸도록 형성되어 상기 애노드전극 및 상기 캐소드전극으로부터 상기 마그넷에 열이 전도되는 것을 방지하는 열전도방지부재를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a heat conduction preventing member formed to surround the upper and side portions of the magnet to prevent conduction of heat from the anode electrode and the cathode electrode to the magnet.

한편, 상기 애노드전극은 내부에 냉각수가 주입될 수 있도록 중공으로 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the anode electrode is preferably formed in a hollow so that the cooling water can be injected therein.

이때, 상기 애노드전극에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각수를 공급 및 방출하도록 상기 소스바디의 일 측벽을 통해 상기 애노드전극과 결합하는 애노드쿨링라인을 더 포함할 수 있다.In this case, the method may further include an anode cooling line coupled to the anode electrode through one sidewall of the source body to supply and discharge cooling water for cooling the heat generated from the anode electrode.

또한, 상기 애노드쿨링라인과 결합되는 상기 소스바디의 일 측벽은 상기 애노드쿨링라인이 안착되도록 안착부가 형성되며, 상기 안착부에 안착된 애노드쿨링라인이 상기 소스바디에 결합되도록 바디클램프가 설치된 것이 바람직하다.In addition, one side wall of the source body coupled to the anode cooling line has a seating portion is formed so that the anode cooling line is seated, it is preferable that the body clamp is installed so that the anode cooling line seated on the seating portion is coupled to the source body. Do.

또한, 상기 소스바디와 상기 애노드쿨링라인이 절연되도록 상기 안착부 및 상기 바디클램프와 상기 애노드쿨링라인 사이에 개재되는 바디클램프 절연체를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a body clamp insulator interposed between the seating portion and the body clamp and the anode cooling line to insulate the source body and the anode cooling line.

또한, 상기 애노드쿨링라인과 상기 애노드쿨링라인에 냉각수를 공급하는 쿨링라인 공급부가 절연되도록 상기 애노드쿨링라인의 상기 바디클램프와 결합된 부분으로부터 상기 공급부 방향으로 이격되어 설치되는 쿨링라인 절연체를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a cooling line insulator spaced apart from the portion coupled with the body clamp of the anode cooling line in the direction of the supply unit to insulate the cooling line supply unit for supplying cooling water to the anode cooling line and the anode cooling line. Can be.

한편, 상기 캐소드전극은 상기 소스바디의 상부에 결합되는 제1캐소드전극과, 상기 제1캐소드전극과 수평방향으로 이격되어 설치되며 상기 마그넷의 상부에 결합되는 제2캐소드전극을 포함할 수 있다.The cathode electrode may include a first cathode electrode coupled to an upper portion of the source body, and a second cathode electrode installed to be spaced apart from the first cathode electrode in a horizontal direction and coupled to an upper portion of the magnet.

또한, 상기 제1캐소드전극과 상기 제2캐소드전극의 대향측은 상호 대향방향으로 돌출된 돌출부가 형성될 수 있다.In addition, opposite sides of the first cathode electrode and the second cathode electrode may have protrusions protruding in opposite directions.

아울러, 상기 돌출부는 상기 제1캐소드전극 또는 상기 제2캐소드전극의 상면으로부터 기울기가 음인 제1경사부와, 저면으로부터 기울기가 양인 제2경사부가 소정의 각도를 이루도록 형성되며, 상기 제1경사부의 길이는 상기 제2경사부의 길이보다 길게 형성된 것이 바람직하다.The protrusion may be formed such that the first inclined portion having a negative slope from the top surface of the first cathode electrode or the second cathode electrode and the second inclined portion having a positive slope from the bottom surface have a predetermined angle. Preferably, the length is formed longer than the length of the second inclined portion.

본 발명에 따르면, 균일한 이온빔을 형성할 수 있도록 챔버 내로 유입되는 방전가스를 효과적으로 분배할 수 있는 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치가 제공된다.According to the present invention, there is provided an ion thruster (Ion Thruster) device that can effectively distribute the discharge gas flowing into the chamber to form a uniform ion beam.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.Prior to the description, in the various embodiments, components having the same configuration will be representatively described in the first embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, different configurations from the first embodiment will be described. do.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an ion thruster device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)의 분해사시도이다.1 is a perspective view of an ion thruster according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the ion thruster according to the first embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치(100)는 챔버모듈(10), 마그넷모듈(20), 전극모듈(30)을 포함하여 구성된다.1 and 2, the ion thruster device 100 according to the first embodiment of the present invention includes a chamber module 10, a magnet module 20, and an electrode module 30. It is composed.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 챔버모듈의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 챔버모듈의 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 챔버모듈(10)은 소스바디(110), 매니폴드(120), 쿨링자켓(130)을 포함하여 구성된다.3 is an exploded perspective view of the chamber module according to the first embodiment of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view of the chamber module according to the first embodiment of the present invention. 3 and 4, the chamber module 10 includes a source body 110, a manifold 120, and a cooling jacket 130.

상기 소스바디(110)는 금속재질로서 상부가 개방된 대략 직육면체 형태로 마련될 수 있으며, 내부에 공간이 형성되도록 바닥판(111)의 길이방향의 측부에 한 쌍의 제1측벽(112)(113)이 일정높이로 형성되고, 상기 바닥판(111)의 폭 방향의 측부에 한 쌍의 제2측벽(114)(115)이 형성될 수 있다.The source body 110 may be provided in a substantially rectangular parallelepiped shape in which an upper portion of the source body 110 is opened, and a pair of first side walls 112 are formed on the side of the bottom plate 111 in a longitudinal direction so as to form a space therein. 113 may be formed at a predetermined height, and a pair of second side walls 114 and 115 may be formed at the side of the bottom plate 111 in the width direction.

도시된 바는 제1측벽(112)(113)과 제2측벽(114)(115)이 별도로 구비된 것으로 도시되었으나 바닥판(111)에 대해 4측면이 밀폐된 형태로 형성되는 것도 가능하다.Although illustrated, the first side walls 112 and 113 and the second side walls 114 and 115 are illustrated as being separately provided, but four sides may be formed in a sealed form with respect to the bottom plate 111.

여기서, 바닥판(111)에는 방전가스가 유입될 수 있도록 가스노즐(111a)이 형성된다. 이때, 상기 가스노즐(111a)은 하부와 연통되도록 다수 개가 형성되되, 후술할 제2캐소드전극의 가장자리를 따라 트랙형상으로 다수 개가 형성됨으로써 소스바디(110)의 내측으로 유입되는 방전가스의 분포도를 균일하게 할 수 있다.Here, the gas nozzle 111a is formed in the bottom plate 111 to allow discharge gas to flow therein. In this case, a plurality of the gas nozzles 111a are formed to communicate with the lower part, and a plurality of the gas nozzles 111a are formed in a track shape along the edge of the second cathode electrode, which will be described later. It can be made uniform.

또한, 가스노즐(11a)은 바닥판(111)의 하부로부터 상향으로 폭이 넓어지는 깔때기형상으로 형성되는 것이 방전가스가 원활하게 유입될 수 있어 바람직하다.In addition, it is preferable that the gas nozzle 11a is formed in a funnel shape in which the width of the gas nozzle 11a is widened upward from the bottom of the bottom plate 111 so that the discharge gas can be smoothly introduced thereinto.

아울러, 바닥판(111)의 상부에는 후술할 애노드전극을 지지하도록 마련된 대략 원통형상의 다수 개의 지지체(116)가 소정의 결합수단에 의해 설치될 수 있다.In addition, a plurality of substantially cylindrical supports 116 provided to support the anode electrode, which will be described later, may be installed on the upper portion of the bottom plate 111 by a predetermined coupling means.

한편, 한 쌍의 제2측벽(114)(115) 중 어느 하나에는 후술할 애노드쿨링라인이 안착될 수 있도록 홈 형태의 안착부(114a)가 형성될 수 있으며(우측의 제2측벽(114)에 형성되어 있다), 안착된 애노드쿨링라인은 제2측벽(114)에 결합될 수 있도록 바디클램프(114b)에 의해 결합된다.Meanwhile, any one of the pair of second side walls 114 and 115 may be provided with a recessed portion 114a having a groove shape to allow the anode cooling line to be described later (the second side wall 114 on the right side). And the seated anode cooling line is coupled by the body clamp 114b to be coupled to the second side wall 114.

이때, 소스바디(110)와 500V ~ 3000V의 고전압이 인가되는 애노드쿨링라인이 절연되도록 안착부(114a)와 애노드쿨링라인 사이에 절연재질의 바디클램프 절연체(117)가 개재되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the body clamp insulator 117 of an insulating material is interposed between the seating part 114a and the anode cooling line to insulate the source body 110 and the anode cooling line to which a high voltage of 500V to 3000V is applied.

이와 같이, 애노드쿨링라인이 바디클램프(114b)에 의해 용이하게 착탈가능하게 되어 통상적으로 용접 등으로 가공되는 애노드쿨링라인은 바디클램프(114b)의 결합 및 해체에 의해 간단하게 유지 및 보수가 가능하게 된다.As such, the anode cooling line is easily detachable by the body clamp 114b, and the anode cooling line, which is usually processed by welding, can be easily maintained and repaired by coupling and disassembling the body clamp 114b. do.

다음, 매니폴드(120)는 금속재질로서 유입되는 방전가스를 분배하여 상술한 소스바디(110)에 공급하는 부재로서, 내부에 공간을 형성하는 바닥판(121)과 측벽(122)을 포함하고, 상기 내부공간에 분배판(123)이 설치된다.Next, the manifold 120 is a member for distributing the discharge gas introduced as a metal material and supplying the discharge gas to the source body 110 as described above. The manifold 120 includes a bottom plate 121 and a side wall 122 forming a space therein. The distribution plate 123 is installed in the inner space.

여기서, 매니폴드(120)는 유입된 방전가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 소스바디(110)의 바닥판(110)의 하부에 결합시 내부공간이 밀폐되도록 소스바디(110)의 크기에 대응되는 크기로 마련되는 것이 바람직하다. 도시된 바는 바닥판(121)과 상기 바닥판(121)의 4측면으로부터 일정 높이로 형성된 측벽(122)으로 형성되고, 측벽(122)의 상부에는 결합시 견고한 밀폐구조를 형성하기 위해 소정의 가스킷 등의 밀폐수단이 구비되어 있다.Here, the manifold 120 has a size of the source body 110 so that the inner space is sealed when combined with the bottom of the bottom plate 110 of the source body 110 in order to prevent the discharged discharge gas flows to the outside. It is preferable to provide the corresponding size. The illustrated bar is formed of a bottom plate 121 and sidewalls 122 formed at a predetermined height from four sides of the bottom plate 121, and a predetermined portion of the side plate 122 is formed on the upper side of the sidewalls 122 to form a rigid sealing structure. Sealing means, such as a gasket, are provided.

또한, 상기 바닥판(121)에는 외부로부터 방전가스를 유입할 수 있도록 하부외측과 연통되는 가스유입구(121a)가 형성된다. 이때, 가스유입구(121a)는 다수 개가 형성됨으로써 유입되는 방전가스의 분포도를 균일하게 할 수 있다.In addition, the bottom plate 121 is formed with a gas inlet (121a) communicated with the lower outer side in order to allow the discharge gas from the outside. At this time, a plurality of gas inlets 121a may be formed to uniformize the distribution of discharge gas flowing therein.

또한, 분배판(123)은 바닥판(121)의 크기보다 다소 작거나 바닥판(121)과 측벽(122)에 의해 형성되는 내부공간의 평면크기보다 작은 크기로 마련되는 패널형태의 부재로서, 상기 내부공간에 설치되되 상기 바닥판(121)으로부터 상향으로 이격되도록 다수의 지지구(124)에 의해 설치된다.In addition, the distribution plate 123 is a panel-shaped member provided with a size smaller than the size of the bottom plate 121 or smaller than the plane size of the inner space formed by the bottom plate 121 and the side wall 122, It is installed in the inner space but is installed by a plurality of supporters 124 to be spaced upward from the bottom plate 121.

즉, 가스유입구(121a)를 통해 유입된 방전가스는 분배판의 측단부와 측벽(122)의 이격공간을 타고 상부로 이동하여 다수의 가스노즐(111a)로 방출되게 된다. 이와 같은 구조를 통해 가스노즐(111a)로 방출되는 방전가스는 어느 한 쪽으로 치우침이 발생하지 않고 효과적으로 분배되어 방출됨으로써 상술한 소스바디(110)에서 균일한 플라즈마가 생성될 수 있다.That is, the discharge gas introduced through the gas inlet 121a moves upward through the space between the side end portion of the distribution plate and the side wall 122 and is discharged to the plurality of gas nozzles 111a. Through such a structure, the discharge gas discharged to the gas nozzle 111a may be effectively distributed and discharged without any bias to one side, thereby generating a uniform plasma in the above-described source body 110.

다음, 쿨링자켓(130)은 상술한 소스바디(110)에서 발생하는 열을 냉각하도록 제1측벽의 길이와 대응되는 길이로 마련되며, 제1측벽(112)(113)에 각각 소정의 결합수단을 통해 결합된다. 이때, 쿨링자켓(130)의 내부에는 냉각수가 주입될 수 있도록 냉각수용 홈(131)이 형성되며, 상기 냉각수용 홈(131)으로 냉각수를 공급 및 방출하도록 쿨링라인(132)(133)이 결합된다. 즉, 도시된 바와 같이 우측의 쿨링라인(132)을 통해 공급된 냉각수는 소스바디(110)의 길이방향으로 이동하면서 소스바 디(110)에서 발생한 열을 냉각한 후 좌측의 쿨링라인(133)을 통해 방출되어 소스바디(110)의 열을 냉각할 수 있게 된다.Next, the cooling jacket 130 is provided with a length corresponding to the length of the first side wall to cool the heat generated from the source body 110 described above, and predetermined coupling means on the first side walls 112 and 113, respectively. Are combined through. At this time, a cooling water groove 131 is formed in the cooling jacket 130 to allow the cooling water to be injected therein, and the cooling lines 132 and 133 are coupled to supply and discharge the cooling water to the cooling water groove 131. do. That is, as shown, the cooling water supplied through the cooling line 132 on the right side moves in the longitudinal direction of the source body 110 to cool the heat generated from the source body 110, and then the cooling line 133 on the left side. It is released through it is possible to cool the heat of the source body (110).

다음으로, 마그넷모듈과 전극모듈에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 결합단면도이다.Next, the magnet module and the electrode module will be described. 5 is a cross-sectional view of the ion thruster (Ion Thruster) device according to the first embodiment of the present invention.

도 2 및 도 6을 참조하면, 마그넷모듈(20)은 마그넷(210)과 열전도방지부재(220)을 포함하여 구성된다.2 and 6, the magnet module 20 includes a magnet 210 and a heat conduction preventing member 220.

상기 마그넷(210)은 영구자석(permant magnetic)으로서, 일 방향으로 길게 형성되도록 짧은 형태의 다수 개가 접합되어 상술한 소스바디(110)의 내부공간 중 중앙영역에 설치된다. 이때, 마그넷(210)은 짧은 형태의 다수 개가 접합된 형태가 아닌 일 방향으로 긴 단일체의 영구자석일 수 있다.The magnet 210 is a permanent magnet, and a plurality of short forms are bonded to each other so as to be formed long in one direction, and the magnet 210 is installed in a central region of the internal space of the source body 110 described above. At this time, the magnet 210 may be a permanent magnet of a single unit long in one direction rather than a plurality of short forms are joined.

통상적으로 플라즈마 내부에 있는 전자와 이온들에 자기력이 걸리면 전자와 이온들의 운동방향이 자기방향과 직각으로 원 운동하게 되어 전자의 구속으로 플라즈마를 한쪽에서 형성되게 할 수 있고, 이를 통해 플라즈마의 밀도를 원하는 곳에 집중시킬 수 있게 된다.In general, when a magnetic force is applied to the electrons and ions in the plasma, the direction of movement of the electrons and ions is circularly moved at right angles to the magnetic direction, so that the plasma can be formed on one side by the restraint of the electrons. You can focus on where you want.

즉, 마그넷(210)을 통해 소스바디(110)의 내부공간으로 유입된 방전가스의 입자들이 자기순환(magnetic circuit)에 의해 효과적으로 방전될 수 있도록 자기장을 형성함으로써 플라즈마의 밀도를 원하는 곳으로 집중시킬 수 있게 되며, 이를 통해 플라즈마가 의도되지 않은 영역에서 발생하는 것을 방지할 수 있다.That is, by forming a magnetic field so that particles of the discharge gas introduced into the internal space of the source body 110 through the magnet 210 can be effectively discharged by a magnetic circuit, the density of the plasma can be concentrated to a desired place. It is possible to prevent the plasma from occurring in an unintended area.

여기서, 소스바디와 캐소드의 구조 및 형상에 의해 형성되는 자기 장(magnetic field) 및 캐소드와 애노드의 구조 및 형상에 의해 형성되는 전기장(electric field)은 전자를 경마트랙(Horse Track)형상의 닫힌 영역에서 손실없이 계속 순환하게 함으로 고밀도의 플라즈마를 효과적으로 형성하도록 한다.Here, the magnetic field formed by the structure and shape of the source body and the cathode and the electric field formed by the structure and shape of the cathode and the anode are used to close the electrons in the closed area of the shape of the horse track. By continuing to circulate without loss in the high density plasma is effectively formed.

상기의 플라즈마운용방식을 크로즈드 드리프트(Closed Drift) 방식이라고 하고, 이와 같은 방식을 이용한 이온소스(Ion Thruster)를 크로즈드 드리프트 이온소스(Closed Drift Ion Thruster)라고 한다.The plasma operation method is called a closed drift method, and the ion source using the method is called a closed drift ion source.

한편, 상기 열전도방지부재(220)는 내열성 재질로서, 고전압이 인가되어 발열되는 후술할 전극모듈(30)로부터 마그넷(210)으로 열이 전달되는 것을 방지하는 부재이다. 특히, 열전도방지부재(220)는 마그넷(210)의 상부 및 측부를 감싸도록 즉, 커버(cover)와 같은 형태로 형성되며, 상부를 통해 후술할 제2캐소드전극과 결합된다.On the other hand, the heat conduction preventing member 220 is a heat-resistant material, a member for preventing heat from being transferred to the magnet 210 from the electrode module 30 to be described later to generate heat by applying a high voltage. In particular, the heat conduction preventing member 220 is formed in a shape such as a cover to cover the upper and side portions of the magnet 210, and is coupled to the second cathode electrode to be described later through the upper portion.

다음, 전극모듈에 대해 설명한다. 전극모듈(30)은 애노드전극(310)과 캐소드전극(320)을 포함하여 구성된다.Next, the electrode module will be described. The electrode module 30 includes an anode electrode 310 and a cathode electrode 320.

상기 애노드전극(310)은 고압을 인가받을 수 있도록 금속재질로 마련되며, 내부에는 냉각수가 주입될 수 있도록 중공(中空)형태의 관으로 형성되고, 상술한 열전도방지부재(220)가 내부에 배치될 수 있도록 상술한 소스바디(110)의 지지체(116)의 상부에 결합설치된다.The anode electrode 310 is provided with a metal material to be applied with a high pressure, and formed inside the hollow tube so that the coolant can be injected therein, and the heat conduction preventing member 220 is disposed therein. It can be coupled to the upper portion of the support 116 of the above-described source body 110 to be.

아울러, 애노드전극(310)의 일 측은 상술한 소스바디(110)의 제2측벽(114)에 형성된 안착부(114a)에 안착되어 냉각수를 공급 및 방출하는 애노드쿨링라인(311)이 결합된다. In addition, one side of the anode electrode 310 is seated on the seating portion 114a formed on the second side wall 114 of the source body 110 described above is coupled to the anode cooling line 311 for supplying and discharging the cooling water.

이때, 상기 애노드쿨링라인(311)은 상술한 바디클램프절연체(117)와 결합되는 부분의 외측으로서 애노드쿨링라인(311)으로 냉각수가 공급되는 방향(A) 즉, 냉각수를 공급하는 공급부(미도시) 방향으로 일정거리만큼 이격되어 절연재질이며 원통형상의 쿨링라인절연체(312)와 상기 쿨링라인절연체(312)를 고정하는 부속물이 설치된다.At this time, the anode cooling line 311 is the outside of the portion coupled to the body clamp insulator 117 described above (A) in which the cooling water is supplied to the anode cooling line 311, that is, a supply unit for supplying the cooling water (not shown) The insulating material is spaced apart by a predetermined distance in the () direction and is provided with a cylindrical cooling line insulator 312 and an accessory for fixing the cooling line insulator 312.

이와 같은 쿨링라인절연체(312)와 이를 고정하는 부속물 등이 설치됨으로써 500V ~ 3000V의 고전압이 인가된 애노드쿨링라인(311)은 접지전압상태의 소스바디(110)와 전기적으로 절연될 수 있다.By installing the cooling line insulator 312 and the accessories to fix the same, the anode cooling line 311 to which a high voltage of 500 V to 3000 V is applied may be electrically insulated from the source body 110 in a ground voltage state.

상기 캐소드전극(320)은 금속재질로 마련되며, 제1캐소드전극(321)과 제2캐소드전극(322)를 포함하여 구성되어 상술한 애노드전극(310)의 상부로부터 이격되어 설치된다.The cathode electrode 320 is formed of a metal material, and includes a first cathode electrode 321 and a second cathode electrode 322 and is spaced apart from the upper portion of the anode electrode 310 described above.

여기서, 제1캐소전극(321)은 제2캐소드전극(322)을 내부에 수용할 수 있도록 중앙영역에 트랙(track)형상의 홀이 형성되며, 상술한 소스바디(110)의 상부에 결합되고, 제2캐소드전극(322)은 제1캐소드전극(321)으로부터 수평방향으로 동일한 간격을 유지할 수 있도록 형성되어 상술한 열전도방지부재(220)의 상부에 결합된다. Here, the first cathode electrode 321 has a track-shaped hole formed in the center area to accommodate the second cathode electrode 322 therein, and is coupled to the upper portion of the source body 110 described above. The second cathode electrode 322 is formed to maintain the same distance in the horizontal direction from the first cathode electrode 321 and is coupled to the upper portion of the heat conduction preventing member 220 described above.

특히, 상기 제1캐소드전극(321)과 제2캐소드전극(322)의 마주보는 방향 즉, 대향측에 상호 대향방향으로 돌출된 돌출부(323)(324)가 각각 형성된다.Particularly, protrusions 323 and 324 protruding in opposite directions from each other, that is, opposite sides of the first cathode electrode 321 and the second cathode electrode 322 are formed.

이때, 돌출부(323)는 제1캐소드전극(321)의 상면으로부터 기울기가 음(-)인 제1경사부(323a)와, 제1캐소드전극(321)의 저면으로부터 기울기가 양(+)인 제2경사 부가 소정의 각도를 이루도록 형성되되, 제1경사부(323a)의 길이가 제2경사부(323b)의 길이보다 길게 형성되며, 제2캐소드전극(322)에서도 상술한 바와 같이 형성된다.In this case, the protrusion 323 has a first inclined portion 323a having a negative slope from the top surface of the first cathode electrode 321 and a positive slope from the bottom surface of the first cathode electrode 321. The second inclined portion is formed to have a predetermined angle, the length of the first inclined portion 323a is formed longer than the length of the second inclined portion 323b, and the second cathode electrode 322 is formed as described above. .

한편, 돌출부(323)가 각각 형성된 제1캐소드전극(321)과 제2캐소드전극(322)은 상술한 바와 같이 수평방향으로 이격되어 설치되되, 제1캐소드전극(321) 또는 제2캐소드전극(322)의 돌출부의 단부에서의 자속밀도와 캐소드전극들 간의 이격거리의 중심점에서의 자속밀도가 3:1이상으로 형성되도록 수평방향으로 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, the first cathode electrode 321 and the second cathode electrode 322 each having a protrusion 323 is provided spaced apart in the horizontal direction as described above, the first cathode electrode 321 or the second cathode electrode ( 322 is preferably spaced apart in the horizontal direction such that the magnetic flux density at the end point of the projection portion and the center point of the separation distance between the cathode electrodes is 3: 1 or more.

즉, 두 단부와 중심점에서의 자속밀도가 3:1이상이 되도록 설치됨으로써 방전가스의 이온화율이 향상되고, 캐소드전극의 온도상승을 방지하여 캐소드전극들의 돌출부의 내구성을 증대할 수 있다.That is, since the magnetic flux density at both ends and the center point is set to be 3: 1 or more, the ionization rate of the discharge gas is improved, and the temperature rise of the cathode electrode can be prevented to increase durability of the protrusions of the cathode electrodes.

지금부터는 상술한 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 작동상태도이다. The operation of the first embodiment of the above-described ion thruster will now be described. 6 is an operational state diagram of an ion thruster device according to the first embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 매니폴드(120)로 유입되는 방전가스는 분배판(123)에 의해 분배되어 분배판(123)의 단부와 측벽(122)의 사이공간으로 각각 분배되어 소스바디(110)로 유입되고, 소스바디(110)로 유입된 방전가스는 마그넷(210)에 의해 자기순환이 이뤄짐과 동시에 애노드전극(310)과 캐소드전극(320)에 의해 방전가스는 플라즈마상태가 되어 외부로 이온빔의 형태로 방출되게 된다.Referring to FIG. 6, the discharge gas flowing into the manifold 120 is distributed by the distribution plate 123 and distributed to the space between the end portion of the distribution plate 123 and the side wall 122, respectively, and thus the source body 110. Discharge gas introduced into the source body 110 is self-circulated by the magnet 210 and the discharge gas is turned into a plasma state by the anode electrode 310 and the cathode electrode 320 and ion beams to the outside. It will be released in the form of.

즉, 이와 같이 분배판(123)에 의해 유입되는 방전가스가 분배판(124)에 의해 분배되어 소스바디(110)의 내부로 유입됨으로써 일 방향으로 긴 리니어(linear)형태의 본 발명에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치는 안정적인 플라즈마가 생성될 수 있고, 이에 따라 균일한 이온빔이 형성될 수 있다.That is, the discharge gas introduced by the distribution plate 123 is distributed by the distribution plate 124 and flows into the source body 110 so that the ion according to the present invention has a linear shape that is long in one direction. In the thruster device, a stable plasma may be generated, and thus a uniform ion beam may be formed.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 사시도,1 is a perspective view of an ion thruster device according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 분해사시도,2 is an exploded perspective view of an ion thruster device according to a first embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 챔버모듈의 분해사시도,3 is an exploded perspective view of a chamber module according to a first embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 챔버모듈의 단면도,4 is a cross-sectional view of the chamber module according to the first embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 결합단면도,5 is a cross-sectional view of the ion thruster (Ion Thruster) device according to the first embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 이온쓰러스터(Ion Thruster)장치의 작동상태도이다.6 is an operational state diagram of an ion thruster device according to the first embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 챔버모듈 110 : 소스바디 111 : 바닥판10: chamber module 110: source body 111: bottom plate

111a : 가스노즐 112,113 : 제1측판 114,115 : 제2측판111a: gas nozzle 112,113: first side plate 114,115: second side plate

114a : 안착부 114b : 바디클램프 116 : 지지체114a: seating portion 114b: body clamp 116: support

117 : 바디클램프 절연체 117: body clamp insulator

120 : 매니폴드 121 : 바닥판 121a : 가스유입구120: manifold 121: bottom plate 121a: gas inlet

122 : 측판 123 : 분배판 124 : 지지구122: side plate 123: distribution plate 124: support

130 : 쿨링자켓 131 : 냉각수용 홈 132,133 : 쿨링라인130: cooling jacket 131: groove for cooling water 132,133: cooling line

20 : 마그넷모듈 210 : 마그넷 220 : 열전도방지부재20: magnet module 210: magnet 220: heat conduction preventing member

30 : 전극모듈 310 : 애노드전극 320 : 캐소드전극30: electrode module 310: anode electrode 320: cathode electrode

321 : 제1캐소드전극 322 : 제2캐소드전극 323 : 돌출부321: first cathode electrode 322: second cathode electrode 323: protrusion

323a : 제1경사부 323b : 제2경사부323a: first slope portion 323b: second slope portion

Claims

A source nozzle having a gas nozzle formed on the bottom plate so as to communicate with the lower part, and having sidewalls formed therein so as to form a space therein;

A manifold coupled to a lower portion of the source body and distributing gas introduced from the outside into the gas nozzle;

A magnet installed in a central region of the inner space of the source body to induce discharge by a magnetic circuit of a gas introduced into the inner space;

A cathode electrode coupled to an upper portion of the source body and the magnet; And

And an anode disposed to be spaced apart from a lower end of the cathode electrode,

The gas nozzle of the source body is an ion thruster (Ion Thruster) device, characterized in that the funnel shape is widened upward.

The method of claim 1,

The manifold has a bottom plate having a gas inlet formed therein to introduce gas from the outside, a side wall formed at a predetermined height from the bottom plate to form a space therein, and installed in the inner space but spaced upwardly from the bottom plate. Ion thruster (Ion Thruster) device, characterized in that it comprises a distribution plate for distributing the introduced gas.

The method of claim 1,

An ion thruster (Ion Thruster) device further comprises a cooling jacket installed on both sides of the source body in the longitudinal direction to cool the heat of the source body.

delete

The method of claim 1,

And a heat conduction preventing member formed to surround the upper and side portions of the magnet to prevent heat from being transferred from the anode electrode and the cathode electrode to the magnet.

The method of claim 1,

The anode electrode is formed in a hollow so that the cooling water can be injected therein (Ion Thruster) device.

The method of claim 6,

And an anode cooling line coupled with the anode electrode through one sidewall of the source body to supply and discharge cooling water for cooling the heat generated by the anode electrode.

The method of claim 7, wherein

One side wall of the source body coupled to the anode cooling line has a seating portion is formed so that the cooling line is seated, the body clamp is installed so that the anode cooling line seated on the seating portion is coupled to the source body Thrust device.

The method of claim 8,

And a body clamp insulator interposed between the seating portion and the body clamp and the anode cooling line to insulate the source body and the anode cooling line.

The method of claim 9,

And a cooling line insulator spaced apart from the portion coupled with the body clamp of the anode cooling line in the direction of the supply so that the cooling line supply unit for supplying the cooling water to the anode cooling line and the anode cooling line is insulated. Ion thruster (Ion Thruster) apparatus.

The method of claim 1,

The cathode electrode includes a first cathode electrode coupled to an upper portion of the source body, and a second cathode electrode disposed to be spaced apart from the first cathode electrode in a horizontal direction and coupled to an upper portion of the magnet. Thrust device.

The method of claim 11,

On the opposite side of the first cathode electrode and the second cathode electrode, the ion thruster (Ion Thruster) device, characterized in that the protrusions protruding in the opposite direction formed.

The method of claim 12,

The protruding portion is formed such that the first inclined portion having a negative slope from the upper surface of the first cathode electrode or the second cathode electrode and the second inclined portion having a positive slope from the bottom surface have a predetermined angle.

An ion thruster (Ion Thruster) device, characterized in that the length of the first inclined portion is formed longer than the length of the second inclined portion.