KR101369549B1

KR101369549B1 - 제거식 애노드 조립체를 갖는 이온 공급원

Info

Publication number: KR101369549B1
Application number: KR1020087019803A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 엠. 버트너; 스콧 에이. 타운센드; 다니엘 이. 시그프리드
Original assignee: 비코 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2014-03-04
Also published as: CN101401185A; CN101401185B; WO2007084880A3; EP1982345A4; EP1982345A2; EP1982345B1; KR20080100188A; WO2007084880A2

Abstract

이온 공급원(1500)은 애노드 조립체(1550)의 소모성 구성요소들의 용이한 제공을 허용하도록 베이스 조립체(1552)로부터 불리 가능한 제거식 애노드 조립체(1550)를 갖는다. 이런 소모성 구성요소들은 용이하게 제거 가능하고 교환 가능하며, 가스 분배기(1510), 열 제어판(1508), 애노드(1512) 및 다른 구성요소들(1510, 1508, 1512) 사이에 개재되는 하나 이상의 열전달 시트들(1516, 1518, 1520)을 포함한다. 자극편(1514) 및 캐소드(1540)는 또한 애노드 조립체(1550)의 일부일 수 있다. 애노드 조립체(1550)는 자극편(1514)을 통해 베이스 조립체(1552)에 부착될 수 있다. 열 제어판(1508)은 작동 가스를 열 제어판(1508)의 일측으로부터 타측으로 통과시키기 위한 포트(1598)를 가질 수 있다. 열 제어판(1508) 상의 인터페이스 면(1521)은 작동 가스가 가스 분배기(1510) 아래로의 분포를 허용하도록 일 패턴의 리세스를 가질 수 있다. 가스 분배기(1510)는 여러 세트의 나사들(1542)에 의해 애노드 조립체(1550) 내의 열 제어판(1508)에 장착될 수 있다. 가스 분배기(1510)는 나사(1548) 세트의 너트들(1544)을 리세싱하도록 표면 내에 카운터보어(1548)를 갖는 디스크 형상일 수 있다. 대안적으로, 가스 분배기(1510)는 이온 공급원(1500)의 다른 구조들 또는 구성요소들에 의해 제자리에 클램핑될 수 있거나 또는 유지될 수 있다. 열전달 시트들(1516, 1518, 1520)은 애노드 조립체(1550) 내의 소모성 구성요소들 사이에 개재될 수 있다. 열전달 시트들(1516, 1518, 1520)은 열전도성 및 전기 절연성 또는 전기 도전성을 가질 수 있 다.

이온 공급원, 애노드 조립체, 열 제어판, 가스 분배기, 애노드, 열전달 시트

Description

제거식 애노드 조립체를 갖는 이온 공급원 {ION SOURCE WITH REMOVABLE ANODE ASSEMBLY}

발명자

매사추세츠주, 벨몬트의 버트너 데이빗 엠.(Burtner, David M.)

콜로라도주, 포트 콜린스의 타운센드 스콧 에이.(Townsend, Scott A.)

콜로라도주, 포트 콜린스의 시그프리드 다니엘 이.(Siegfried, Daniel E.)

관련 출원

본 출원은 U.S.C §119(e)에 따라 2006년 1월 13일자로 출원되고 발명의 명칭이 "제거 가능한 애노드 섹션을 갖는 이온 공급원(Ion Source with Removable Anode Section)"인 미국 가출원 제60/759,089호를 우선권으로 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 병합된다. 본 출원은 또한 2007년 1월 12일자로 출원되고 발명의 명칭이 "제거 가능한 애노드 조립체를 갖는 이온 공급원(Ion Source with Removable Anode Assembly)"인 미국 특허 출원, 2007년 1월 12일자로 출원되고 발명의 명칭이 "이온 공급원용 열 제어판(Thermal Control Plate for Ion Source)"인 미국 특허 출원, 2007년 1월 12일자로 출원되고 발명의 명칭이 "이온 공급원용 가스 분배기(Gas Distributor for Ion Source)"인 미국 특허 출원 및 2007년 1월 12일자로 출원되고 발명의 명칭이 "이온 공급원용 열전달 시트(Thermal Transfer Sheet for Ion Source)"인 미국 특허 출원을 우선권으로 주장하며, 각각의 그 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 병합된다. 본 출원은 또한 2004년 2월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "수냉식 이온 공급원(Water-cooled Ion source)"인 미국 가출원 제60/547,270호, 2005년 2월 18일자로 출원되고 발명의 명칭이 "유체 냉각식 이온 공급원(Fluid-cooled Ion Source)"인 미국 특허 출원 제11/061,254호 및 2005년 2월 22일에 출원되고 발명의 명칭이 "유체 냉각식 이온 공급원(Fluid-cooled Ion Source)"인 PCT(Patent Cooperation Treaty) 출원 제PCT/US2005/005537호와 관련되고, 각각의 그 전체 내용은 본 명세서에 참조에 의해 병합된다.

본 발명은 일반적으로 이온 공급원 및 그 구성요소들에 관한 것이다.

이온 공급원은 작동 중에 대량의 열을 발생시킨다. 그 열은 작동 가스의 이온화의 산물이며, 이는 이온 공급원 내에서 고온의 플라즈마를 야기한다. 작동 가스를 이온화시키기 위해, 자기 회로는 이온 공급원의 이온화 영역 내에 자기장을 발생시키도록 구성된다. 자기장은 작동 가스가 존재하는 이온화 영역 내의 강한 전기장과 상호 작용한다. 전기장은 전자를 방출하는 캐소드와 양으로 하전된 애노드 사이에서 형성되고, 자기 회로는 자석과 자기 투과성 재료로 이루어진 자극편(pole piece)을 이용하여 형성된다. 이온 공급원의 측면과 베이스(base)는 자기 회로의 다른 구성요소이다. 작동 시에, 플라즈마의 이온은 이온화 영역 내에 형성되고 그 후 유도 전기장에 의해 이온화 영역으로부터 멀어지게 가속된다.

그러나, 자석은 특히 전형적인 이온 공급원의 작동 온도 범위 내에서 열에 민감한 구성요소이다. 예를 들어, 열복사에 의해서만 냉각되는 전형적인 엔드-홀(end-Hall) 이온 공급원에서, 특히 자석의 열 손상을 방지하기 위해 방전 전력은 일반적으로 약 1000 와트로 제한되고 이온 전류는 일반적으로 약 1.0 암페어로 제한된다. 보다 큰 방전 전력을 관리하고 이에 따른 이온 전류를 관리하기 위해, 이온 공급원의 자석 및 다른 구성요소에 도달하는 열량을 감소시키는 직접식 애노드 냉각 시스템이 개발되었다. 예를 들어, 이온화 공정의 과잉 열을 흡수하기 위해 냉각제를 중공형 애노드를 통해 펌핑함으로써, 3000 와트만큼 높은 방전 전력과 3.0 암페어만큼 높은 이온 전류가 달성될 수도 있다. 애노드를 능동적으로 냉각시키는 대안적인 방법들은 진공 내에서 다른 구성요소들 간에 열을 전달하는 전통적인 난점으로 인해 방해받아 왔다.

또한, 이온 공급원에는 주기적인 유지 보수를 요하는 구성요소가 있다. 특히, 작동 가스가 이온화 영역으로 관통해 유동하게 되는 가스 분배기는 작동 중에 부식되거나 그렇지 않으면 시간의 경과에 따라 열화된다. 마찬가지로, 애노드는 절연 프로세스 재료로 코팅될 때 세정되어야 하며, 절연체는 도전성 재료로 코팅될 때 세정되어야 한다. 이처럼, 소정의 이온 공급원 구성요소는 이온 공급원의 허용가능한 작동을 유지하기 위해 주기적으로 교체되거나 서비스를 받게 된다.

불행히도, 이온 공급원을 냉각시키기 위한 기존의 접근 방법은 중공형 애노드로 이어지며 중공형 애노드를 통해 냉각제를 펌핑하는 냉각제 라인을 필요로 한다. 이러한 구조는 냉각제 라인의 전기적 절연 필요성, 애노드로부터 접지로의 냉 각제를 통한 전기적 단락(electrical short) 위험성, 냉각제 라인 전기 절연체의 열화 및 요구성 유지 보수, 및 가스 분배기, 애노드 및 다양한 절연체와 같은 서비스 가능한 구성요소로의 접근을 달성하기 위해 냉각제 라인을 분리해야 하는 상당한 불편함을 비롯하여 이온 공급원을 구성하고 유지 보수하기 위한 장애 사항을 제공한다.

이온 공급원은 제거식 애노드 조립체를 갖고, 이 애노드 조립체는 분리 가능하고 베이스 조립체로부터 애노드 조립체의 소모성 구성요소들을 제공하는 것이 용이하도록 허용한다. 이런 소모품들은 가스 분배기, 열 제어판, 애노드 및 다른 구성요소들 사이에 개재된 하나 이상의 열전달 시트를 포함할 수 있다. 자극편 및 캐소드는 또한 애노드 조립체의 일부일 수 있다. 애노드 조립체는 자극편을 통해 베이스 조립체에 부착될 수 있다.

일 실시예에서, 이온 공급원용 제거식 애노드 조립체는 이온 공급원의 베이스 조립체와의 부착을 위해 제공된다. 애노드 조립체는 자극편, 열 제어판, 가스 분배기 및 애노드로 구성될 수 있다. 자극편은 베이스 조립체에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 가스 분배기는 열 제어판에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 애노드는 또한 자극편 뿐 아니라 열 제어판에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 애노드는 또한 자극편으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 자극편이 베이스 조립체로부터 제거될 때, 자극편, 열 제어판, 가스 분배기 및 애노드는 일체형 조립체로서 이온 공급원으로부터 분리 가능하다.

다른 실시예에서, 이온 공급원용 제거식 애노드 조립체는 이온 공급원의 베이스 조립체와의 부착을 위해 제공된다. 애노드 조립체는 주로 자극편, 열 제어판, 가스 분배기 및 애노드로 구성될 수 있다. 가스 분배기는 열 제어판에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 자극편에는 4개의 내부 구멍들 및 4개의 외부 구멍들이 형성될 수 있다. 열 제어판에는 4개의 외부 구멍들이 형성될 수 있다. 애노드에는 자극편과 열 제어판 사이에 위치된 4개의 관통 구멍이 형성된다. 제1 열전도성 전달 시트는 가스 분배기와 열 제어판 사이에 위치 결정될 수 있다. 제2 열전도성 전달 시트는 애노드와 열 제어판 사이에 위치 결정될 수 있다. 제3 열전도성 전달 시트는 열 제어판과 베이스 조립체 사이에 위치 결정될 수 있다. 자극편 및 열 제어판에 애노드를 제거 가능하게 부착하기 위하여 애노드 내의 4개의 관통 구멍들, 자극편 내의 4개의 내부 구멍들 및 열 제어판 내의 4개의 외부 구멍들을 관통하도록 4개의 내부 볼트들이 구성될 수 있다. 베이스 조립체에 자극편을 제거 가능하게 부착하기 위하여 자극편 내의 4개의 외부 구멍들을 관통하도록 4개의 외부 볼트들이 구성될 수 있다. 4개의 외부 볼트들이 베이스 조립체와의 부착으로부터 제거될 때, 자극편, 열 제어판, 가스 분배기 및 애노드는 일체형 조립체로서 이온 공급원으로부터 분리될 수 있다.

이온 공급원 내에 용이하게 제거 가능하고 교환 가능한 열 제어판이 개시된다. 이온 공급원은 열 제어판을 포함하는 제거 가능한 애노드 조립체를 갖고, 이 애노드 조립체는 분리 가능하고 베이스 조립체로부터 애노드 조립체의 소모성 구성요소들을 제공하는 것이 용이하도록 허용한다. 열 제어판은 애노드 조립체 내의 애노드 및 가스 분배기를 지지할 수 있다. 열 제어판은 작동 가스를 열 제어판의 일측으로부터 타측까지 통과시키기 위한 포트를 가질 수 있다. 열 제어판 상의 인터페이스면은 작동 가스가 가스 분배기 아래로 분산되도록 허용하는 일 패턴의 리세스들을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 열 제어판은 이온 공급원용 애노드 조립체에 포함되도록 제공된다. 열 제어판은 상부면과 하부면을 갖는 디스크로서 형성될 수 있다. 디스크에는 디스크의 하부면에 인접한 이온 공급원의 베이스 조립체 내에 가스 포트와 결부되도록 위치 결정되고 애노드 조립체 내의 디스크 상부면에 인접한 가스 분배기 아래로 디스크의 상부면이 나오게 하도록 위치 결정된 덕트가 형성될 수 있다. 디스크에는 또한 가스 분배기를 열 제어판의 상부면에 부착시키는 상응하는 고정(fastening) 볼트와 결부되도록 위치 결정된 2개 이상의 내부 구멍들이 형성될 수 있다. 디스크에는 또한 애노드 조립체의 자극편과 디스크의 하부면 사이에서 연장되는 상응하는 내부 볼트들과 결부되도록 위치 결정된 2개 이상의 외부 구멍들이 추가적으로 형성될 수 있다. 디스크에는 가스 덕트로부터 가스 덕트의 방사상 외향의 위치로 진행되는 상부면 내의 적어도 하나 이상의 채널들이 추가로 형성될 수 있다.

이온 공급원 내에 용이하게 제거 가능하고 교환 가능한 가스 분배기가 개시된다. 이온 공급원은 가스 분배기를 포함하는 제거식 애노드 조립체를 갖고, 이 애노드 조립체는 분리 가능하고 베이스 조립체로부터 애노드 조립체의 소모성 구성요소들을 제공하는 것을 용이하게 하도록 허용한다. 가스 분배기는 여러 고정 나사들에 의해 애노드 조립체 내의 열 제어판에 장착될 수 있다. 가스 분배기는 고정 나사들의 헤드를 우묵하게 하도록 표면에 카운터보어를 갖는 디스크 형상일 수 있다. 대안적으로, 가스 분배기는 이온 공급원의 다른 구조 또는 구성요소들에 의해 제자리에 클램핑되거나 또는 유지될 수 있다.

일 실시예에서, 가스 분배기는 이온 공급원의 애노드 조립체에 포함되도록 제공된다. 가스 분배기는 상부면 및 하부면을 갖는 디스크로서 형성될 수 있다. 디스크에는 각각의 고정 볼트들을 수용하는 2개 이상의 구멍들이 형성될 수 있다. 추가적으로, 가스 분배기 내의 구멍들이 도넛 형상의 애노드의 내경 외측에 위치 결정되도록 애노드 조립체의 도넛 형상 애노드에 대해 구멍들이 위치 결정된다.

다른 실시예에서, 가스 분배기는 이온 공급원의 애노드 조립체에 포함되도록 제공된다. 가스 분배기는 상부면 및 하부면을 갖는 디스크로서 형성될 수 있다. 디스크에는 각각의 고정 볼트들의 수용을 위해 가스 분배기의 외주연을 중심으로 등간격으로 이격된 그리고 가스 분배기의 외주연에 인접한 3개의 구멍들이 형성될 수 있다. 3개의 구멍들 각각은 고정 볼트 각각에 나사 형성된 너트의 두께와 사실상 동등하거나 또는 약간 더 큰 깊이를 갖는 카운터보어를 포함할 수 있다. 추가적으로, 3개의 구멍들이 도넛 형상의 애노드의 내경 외측에 위치 결정되도록 3개의 구멍들은 애노드 조립체의 도넛 형상의 애노드에 대해 위치 결정될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 가스 분배기는 이온 공급원의 애노드 조립체에 포함되도록 제공된다. 가스 분배기는 환형 클램핑 링 및 환형 클램핑 링 내에 보유된 판형 구성요소의 2개의 구성요소들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 가스 분배기는 가스 경로를 형성하는 판 구성요소 형태일 수 있고, 애노드와 열 제어판 사이에서 도넛 형상의 애노드의 하부의 리세스 내에 보유될 수 있다.

이온 공급원 내에 용이하게 제거 가능하고 교환 가능한 하나 이상의 열전달 시트들이 개시된다. 이온 공급원은 열전달 시트를 포함하는 제거식 애노드 조립체를 갖고, 이 애노드 조립체는 분리 가능하며 베이스 조립체로부터 애노드 조립체의 소모성 구성요소들을 제공하는 것이 용이하도록 허용한다. 열전달 시트는 집합적으로 사용될 수 있고, 애노드 조립체 내에서 소모성 구성요소들 사이에 개재될 수 있다. 열전달 시트는 열전도성을 가질 수 있고, 전기 절연성 또는 도전성을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 열전달 시트는 이온 공급원의 애노드 조립체 내의 열 제어판과 가스 분배기 사이에 포함되도록 제공된다. 열전달 시트는 가스 분배기의 직경보다 약간 더 작은 직경을 갖는 열전도성 디스크로서 형성될 수 있다. 디스크에는 디스크의 주연 에지 내에 그리고 디스크의 주연 에지를 중심으로 등간격으로 이격된 3개의 노치들이 더 형성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 열전달 시트는 이온 공급원의 애노드 조립체 내의 열 제어판과 도넛 형상의 애노드 사이에 포함되도록 제공된다. 열전달 시트는 열전도성이 있는 편평한 링으로서 형성될 수 있다. 링은 도넛 형상의 애노드의 하부면의 외경보다 약간 더 작은 외경을 가질 수 있다. 링은 또한 도넛 형상의 애노드의 하부면의 내경과 사실상 동일한 내경을 가질 수 있다. 편평한 링에는 편평한 링의 외주연에 인접하고 편평한 링의 외주연을 중심으로 등간격으로 이격된 4개의 구멍들이 형성될 수 있다. 편평한 링은 4개의 구멍들 중 하나의 구멍에 인접한 전극 구멍이 더 형성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 열전달 시트는 이온 공급원의 베이스 조립체와 열 제어판 사이에 포함되도록 제공된다. 열전달 시트는 열 제어판의 직경과 사실상 동일한 직경을 갖는 열전도성 디스크로서 형성될 수 있다. 디스크에는 디스크의 주연에 인접하고 디스크의 주연을 중심으로 등간격으로 이격된 4개의 외부 구멍들이 형성될 수 있다. 디스크에는 4개의 구멍들 중 하나의 구멍에 인접하게 위치 결정된 전극 구멍이 더 형성될 수 있다. 디스크에는 또한 디스크 내에 중심 결정된 가스 덕트가 형성될 수 있다. 디스크에는 가스 덕트로부터 동일한 반경 방향 거리에 위치 결정되고 가스 덕트를 중심으로 등각으로 이격된 3개의 내부 구멍들이 더 형성되어서 3개의 내부 구멍들 각각은 애노드 조립체 내에서 열 제어판에 가스 분배기를 유지하는 각각의 고정 볼트와 정렬될 수 있다.

이 요약은 아래에 발명의 상세한 설명에 더 서술된 단순화된 형태의 개념들 중 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 주제의 중요 특징 또는 필수 특징과 동일시하려는 의도는 아니고, 또한 청구된 주제의 범주를 제한하려고 사용된 의도도 아니다. 청구된 주제의 다른 특징들, 세부 항목들, 용도들 및 이점들은 첨부된 도면들에 더 설명되고 첨부된 청구항들에 한정된 바와 같이 이하에 더 상세히 서술된 발명의 상세한 설명의 다양한 예들 및 실시예들로부터 명백할 것이다.

도1은 증착 챔버 내의 이온 공급원의 예시적인 작동 환경을 도시한 것이다.

도2는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 단면도를 도시한 것이다.

도3은 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 분해 단면도를 도시한 것이다.

도4는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 개략도를 도시한 것이다.

도5는 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 개략도를 도시한 것이다.

도6은 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 개략도를 도시한 것이다.

도7은 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 개략도를 도시한 것이다.

도8은 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 개략도를 도시한 것이다.

도9는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 다른 단면도를 도시한 것이다.

도10은 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 분해 단면도를 도시한 것이다.

도11은 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 분해 단면도를 도시한 것이다.

도12는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 분해 작업을 도시한 것이다.

도13은 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 조립 작업을 도시한 것이다.

도14는 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 개략도를 도시한 것이다.

도15는 제거식 애노드 조립체를 갖는 고성능 이온 공급원의 다른 실시예의 등각도이다.

도16은 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 분해 등각도이다.

도17은 도15에 표시된 바와 같은 단면에서의 도15의 고성능 이온 공급원의 분해 등각도이다.

도18은 도15에 표시된 바와 같이 도15의 고성능 이온 공급원의 단면도이다.

도19는 도15의 고성능 이온 공급원의 베이스 조립체의 부착된 유체 라인을 갖는 냉각판의 등각도이다.

도20은 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 냉각판과 열 제어판 사이의 열전달 시트의 등각도이다.

도21은 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 열 제어판의 등각도이다.

도22는 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 열 제어판과 가스 분배기 사이의 열전달 시트의 등각도이다.

도23A는 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 가스 분배기의 등각도이다.

도23B는 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체에 포함되는 대안적인 형태의 가스 분배기의 등각도이다.

도24는 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 열 제어판과 애노드 사이의 열전달 시트의 등각도이다.

도25A는 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 애노드의 등각도이다.

도25B는 도25A에 표시된 바와 같이 도25A의 애노드의 단면도이다.

도26A는 도15의 고성능 이온 공급원의 애노드 조립체의 자극편의 등각도이다.

도26B는 도26A에 표시된 바와 같이 도26A의 자극편의 단면도이다.

도27은 제거식 애노드 조립체를 갖는 저성능 이온 공급원의 실시예의 단면도이다.

도28은 층상 열 제어판을 갖는 저성능 이온 공급원의 제거식 애노드 조립체의 대안적인 실시예의 등각도이다.

도1은 통상 진공을 유지하는 증착 챔버(101) 내의 이온 공급원(100)의 예시적인 작동 환경을 도시한 것이다. 이온 공급원(100)은, 다른 형태의 이온 공급원 및 적용예가 또한 고려되지만, 다른 재료(104)에 의한 기판(102)의 처리를 돕는 엔드-홀 이온 공급원(end-Hall ion source)을 의미한다. 도시된 환경에서, 기판(102)은 이온 공급원(106)이 타겟(108)으로부터 기판(102) 상으로 재료(104)를 스퍼터링할 때 증착 챔버(101) 내에서 회전된다. 따라서, 스퍼터링된 재료(104)는 기판(102)의 표면 상에 증착된다. 대안적인 실시예에서, 증착된 재료는 증발 소스 또는 다른 증착 소스에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 이온 공급원(106)이 본 명세서에서 설명되는 유체 냉각식 이온 공급원의 일 실시예일 수도 있음을 이해할 것이다. 이온 공급원(100)은 기판(102) 상으로의 재료(104)의 증착을 개선(즉, 보조)하기 위해 기판(102)으로 지향된다.

따라서, 이온 공급원(100)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 냉각판을 통해 유동하는 액체 또는 가스 냉각제(즉, 유체 냉각제)를 이용하여 냉각된다. 예시적인 냉각제로는 증류수, 수돗물, 질소, 헬륨, 에틸렌 글리콜, 및 다른 액체 및 가스를 포함할 수 있지만, 이로 한정되지 않는다. 진공 내에서 인접한 물체의 표면 사이의 열전달은 비진공(non-vacuum) 내에서보다 효과적이지 못한데, 이는 두 인접한 표면 사이의 물리적 접촉이 일반적으로 미시적 수준(microscopic level)에서 전형적으로 최소화되고 진공 내에서는 대류에 의한 열전달이 사실상 없기 때문이다. 따라서, 이러한 열전달을 용이하게 하거나 개선하기 위해, 소정의 인접한 표면은 기계 가공, 압축, 코팅 또는 그렇지 않으면 결부(interface)되어 조립된 구성요소의 열전도성을 향상시킬 수도 있다.

또한, 유지 보수 요건 및 전기적 누설도 또한 중요한 작동 상의 고려 사항이다. 따라서, 이온 공급원(100)의 구성으로 인해 구성요소 조립체가 편리한 부조립체로 이온 공급원 몸체로부터 용이하게 제거되고 이에 삽입됨으로써, 이온 공급원 구성요소의 유지 보수를 용이하게 한다. 이들 구성요소는 전기적 절연파괴(electrical breakdown) 및 전류 누설(예를 들어, 애노드로부터 접지된 구성요소를 통하는 누설, 애노드로부터 접지로 냉각제를 통한 누설 등)을 방지하기 위해 절연되거나 그렇지 않으면 격리될 수도 있다.

도2는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(200)의 단면도를 도시한 것이다. 이온 공급원 구성요소의 위치는 본 명세서에서 축(201)과 관련하여 설명된다. 본 명세서에서 설명되는 축(201) 및 다른 축들은 또 다른 구성요소에 대한 축을 따른 일 구성요소의 상대 위치를 설명하는 것을 돕기 위해 도시된다. 임의의 구성요소가 도시된 축을 사실상 교차해야 한다는 요구 사항은 없다. [이온 공급원(200) 내의 임의의 다른 구성요소들 및 그 관계들의 설명을 돕고자 도2의 단면도로부터 이온 공급원(200)의 몇몇 구성요소가 제거됨을 알 수 있다.]

자극편(202)은 자기 투과성 재료로 제조되고 자기 회로의 일 극성을 제공한다. 자석(204)은 자기 회로의 다른 극성을 제공한다. 자극편(202) 및 자석(204)은 자기 회로를 완성하도록 자기 투과성 베이스(206) 및 자기 투과성 몸체 측벽(미도시)을 통해 연결된다. 다양한 이온 공급원의 실시예에 사용되는 자석은 영구 자석 또는 전자석일 수 있고 자기 회로의 다른 부분을 따라 위치될 수 있다.

도시된 실시예에서, 절연 스페이서(미도시)에 의해 자극편(202) 아래로 이격된 애노드(208)는 양의 전위로 가동(power)되는 반면, 자극편(202), 자석(204), 베이스(206) 및 측벽은 접지(즉, 중성 전위를 가짐)된다. 캐소드(210)는 전기적으로 활성화되지만, 애노드 전위에 비해 거의 접지 전위인 순수(net) DC 전위를 갖는다. 이러한 배열은 작동 가스의 분자들이 플라즈마를 형성하기 위하여 이온화되는 이온화 영역(212) 내에서 자기장과 전기장 사이에 상호작용이 설정된다. 결국, 이온들은 이온화 영역(212)을 벗어나 캐소드(210) 방향으로 그리고 기판을 향해 가속된다.

도시된 실시예에서, 고온 필라멘트형 캐소드가 전자를 발생시키기 위해 이용된다. 고온 필라멘트 캐소드는 열이온 전자가 방출되기에 충분히 높은 온도가 될 때까지 고온 필라멘트 캐소드를 통해 교류 전류를 흘려 내화성 금속 와이어를 가열 함으로써 작동한다. 캐소드 전위는 거의 접지 전위이지만, 다른 전기적 변동이 가능하다. 다른 전형적인 실시예에서는, 중공의 캐소드형 캐소드가 전자를 발생시키기 위해 이용된다. 중공형 캐소드 전자 공급원은 작동 가스에 플라즈마를 발생시킴으로서 그리고 중공의 캐소드를 접지에 대해 수 볼트만큼 음바이어스시켜 플라즈마로부터 전자를 추출함으로써 작동하지만, 다른 전기적 변동이 가능하다. 이들 두 형태 이외의 다른 형태의 캐소드들이 고려된다.

작동 가스는 덕트(214)를 통해 이온화 영역에 공급되고 유출구(218)를 통해 가스 분배기(216) 뒤로 방출된다. 작동 시에, 도시된 가스 분배기(216)는 세라믹 절연체(220) 및 열전도성 전기 절연성 열전달 인터페이스 구성요소(222)에 의해 다른 이온 공급원 구성요소들로부터 전기적으로 절연된다. 따라서, 대안적인 실시예에서 가스 분배기(216)가 접지되거나 0이 아닌 전위로 대전될 수도 있지만, 가스 분배기(216)는 전기적으로 플로팅 상태로 남겨진다. 가스 분배기(216)는 이온화 영역(212) 내에 작동 가스를 균일하게 분배하는 것을 돕는다. 많은 구성에서, 가스 분배기(216)는 스테인레스 강으로 제조되고 주기적인 제거 및 유지 보수를 필요로 한다. 가스 분배기를 제조하기 위한 다른 예시적인 재료들로는 흑연(graphite), 몰리브덴, 티타늄, 탄탈, 질화붕소, 질화알루미늄, 알루미나 또는 산화알루미나, 산화규소(예를 들어, 석영), 탄화규소, 규토(silica), 운모(mica), 또는 임의의 고온 전도성 또는 세라믹 합성물을 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다.

이온 공급원(200)의 작동으로 많은 양의 열이 발생되며, 이는 주로 애노 드(208)로 전달된다. 예를 들어, 통상적인 실시예에서, 바람직한 작동 조건은 3000 와트 정도일 수도 있으나, 이 중 75%는 애노드(208)에 의해 흡수된 폐열을 나타낼 수도 있다. 따라서, 냉각을 수행하기 위해, 애노드(208)의 하부면은 열전달 인터페이스 구성요소(222)의 상부면에 대해 가압되고, 열전달 인터페이스 구성요소(222)의 하부면은 냉각판(224)의 상부면에 대해 가압된다. 냉각판(224)은 냉각제가 관통 유동하는 냉각제 공동(226)을 포함한다. 일 실시예에서, 열전달 인터페이스 구성요소(222)는 질화붕소, 질화알루미늄 또는 질화붕소/질화알루미늄 복합 재료[예를 들어, GE-어드밴스드 세라믹스(GE-Advanced Ceramics)사에 의해 판매되는 BIN77]와 같은 열전도성 전기 절연 재료를 포함한다. 열전달 인터페이스 구성요소(222)는 단층 또는 다층 인터페이스 구성요소일 수도 있음을 이해할 것이다.

일반적으로, 더 낮은 탄성 계수를 갖는 열전도성 전기 절연 재료는 더 큰 탄성 계수를 갖는 재료보다 이온 공급원 환경에서 더 잘 작동한다. 더 낮은 탄성 계수를 갖는 재료는 더 큰 탄성 계수를 갖는 재료보다 재료의 파손 전에 더 큰 열변형을 견딜 수 있다. 더욱이, 진공 내에서, 인접한 표면들 사이의 매우 작은 간극이라도 인터페이스를 가로질러 열전달을 상당히 감소시킬 것이다. 따라서, 더 낮은 탄성 계수를 갖는 재료는 열접촉 표면에서 작은 평면 편차에 잘 순응하는 경향이 있고 인터페이스 내의 간극을 최소화시킴으로써, 열접촉 표면 사이의 열전도성을 향상시킨다.

도시된 실시예에서, 열전달 인터페이스 구성요소(222)는 양으로 대전된 애노드(208)로부터 냉각판(224)을 전기적으로 절연시키지만, 또한 큰 열전도성을 제공 한다. 따라서, 열전달 인터페이스 구성요소(222)는 애노드가 큰 양의 전위를 갖게 하면서 냉각판(224)이 접지 전위로 유지되게 허용한다. 더욱이, 냉각판(224)은 애노드(208)를 냉각시키고 애노드(208)의 열로부터 자석(204)을 열적으로 단열시킨다.

가능한 한 많은 작동 가스가 이온화 영역(212)을 통해 진행하는 것이 바람직하다. 이온화 영역(212)을 관통하지 못하는 가스 분자들은 이온화될 수 없고 이온 비임 출력에 기여할 수 없다. 따라서, 이온 공급원(200)으로부터 이온화 영역(212)을 관통하지 않고 처리 챔버 내로 방출되는 가스 분자들은 효율의 손실을 의미하고 가능한 낮게 되는 것이 종종 바람직한 처리 챔버 압력을 증가시킨다. 최대 가스 이용을 위하여, 작동 가스가 유출구(218)로부터 배출된 후, 이온화 영역(212)을 관통하게 가압되도록 가스 분배기(216) 뒤로, 이에 따라 애노드(208)의 외경 뒤로 그리고 그 주위로 누출되는 것은 방지되어야 한다. 도2에 도시된 실시예에서, 열전달 인터페이스 구성요소(222)는 애노드(208)와 냉각판(224) 사이의 전기적 절연을 유지하면서 애노드(208)와 냉각판(224) 사이의 간극을 채우도록 제공된다.

도3은 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(300)의 분해 단면도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(301)과 관련하여 설명된다. 자기 투과성 자극편(302)은 자기 투과성 베이스(306) 및 자기 투과성 측벽(미도시)을 통해 자석(304)에 연결된다. 캐소드(310)는 방전(discharge)을 유지시키고 이온 공급원(300)으로부터 발산하는 이온 비임을 중화시키는 전자를 발생시키기 위해 이온 공급원(300)의 출력부 외측에 위치된다.

덕트(314)는 작동 가스가 유출구(318) 및 가스 분배기(316)를 통해 이온 공급원(300)의 이온화 영역(312)에 공급되게 허용한다. 가스 분배기(316)는 절연체(320)에 의해 애노드(308)로부터 그리고 열전달 인터페이스 구성요소(322)에 의해 냉각판(324)으로부터 전기적으로 절연된다.

애노드(308)는 하나 이상의 절연 스페이서들(미도시)에 의해 자극편(302)으로부터 이격된다. 통상적인 구성에서, 대안적인 전압 관계가 고려되지만, 애노드(308)는 양의 전위로 설정되고, 자극편(302), 베이스(306), 측벽, 캐소드(310) 및 자석은 접지된다.

냉각판(324)은 애노드(308)로부터 열을 흡수함으로써 자석(304)을 열적으로 보호하도록 애노드(308)와 자석(304) 사이에 위치 결정된다. 냉각판(324)은 냉각제(예를 들어, 액체 또는 가스)가 관통 유동하는 냉각제 공동(326)을 포함한다. 도3의 냉각판(324)에서, 대안적인 실시예에서 다른 공동 치수 및 구성이 고려될 수 있지만, 냉각제 공동(326)은 도넛 형상의 냉각판(324)의 내주연 근처에 위치 결정된 채널을 형성한다. 냉각제 라인(미도시)은 냉각판(324)의 냉각제 공동(326)을 통한 냉각제의 유동을 제공하기 위해 냉각판(324)에 연결된다.

일 실시예에서, 냉각판(324), 자석(304), 베이스(306) 및 덕트(314)는 하나의 부조립체[예시적인 "베이스 부조립체(base subassembly)"]로 결합되고, 자극편(302), 애노드(308), 절연체(320), 가스 분배기(316) 및 열전달 인터페이스 구성요소(322)는 제2 부조립체[예시적인 "애노드 부조립체(anode subassembly)"]로 결 합된다. 유지 보수 중에, 애노드 부조립체는 냉각판(324) 및 관련 냉각제 라인을 분리시킬 필요 없이 베이스 부조립체로부터 그 상태 그대로 분리될 수도 있다.

도4는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(400)의 개략도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(401)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(400)은 도2 및 도3과 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도4에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 열전달 인터페이스 구성요소(402)의 구조인데, 이는 금속판(404)으로 형성되며, 이 금속판은 애노드(408)와 열전도성 접촉을 하고 있는 금속판 표면 상에 열전도성 전기 절연 재료로 된 제1 코팅(406)과 냉각판(412)과 열전도성 접촉을 하고 있는 금속판 표면 상에 열전도성 전기 절연 재료로 된 제2 코팅(410)을 갖는다. 일 실시예에서, 열전도성 전기 절연 재료(예를 들어, 산화알루미늄)는 각 표면을 코팅하도록 열전달 인터페이스 구성요소(402) 상에 분무된다. 대안적인 실시예에서, 금속판 표면 중 단지 하나의 표면만이 이와 같이 코팅된다. 다른 실시예에서, 애노드(408)는 냉각판(412)과 열전도성 접촉을 한다.

냉각판(412)이 냉각제 공동(414)을 형성하도록 구성됨을 주목한다. 이처럼, 냉각제(예를 들어, 액체 또는 가스)는 애노드(408)로부터 열을 흡수하도록 냉각제 라인(416) 및 냉각제 공동(414)을 통해 유동할 수 있다.

이온 공급원의 다른 구성요소로는 자석(418), 베이스(420), 측벽(422), 자극편(424), 캐소드(426), 가스 덕트(428), 가스 분배기(430), 절연체(432) 및 절연 스페이서(434)가 포함된다. 애노드(408)는 양의 전위(예를 들어, 제한 없이 75 내 지 300 볼트)로 설정되고, 자극편(424), 자석(418), 냉각판(412), 베이스(420) 및 측벽(422)은 접지된다. 절연체(432) 및 열전달 인터페이스 구성요소(402) 상의 전기적 절연 재료에 의해, 가스 분배기(430)가 전기적으로 플로팅된다. 또한, 조립체에 의해, 보유된 가스 분배 플리넘(gas distribution plenum, 436)은 냉각판(412), 절연체(432) 및 가스 분배기(430)에 의해 전적으로 또는 부분적으로 경계지어지는 가스 분배기(430) 뒤에 생성된다. 이 배열은 이온화 영역(440)으로 가스 분배기(430)를 관통하는 가스 경로(442)가 애노드(408)의 하부 개구(438)로 지향되고 이에 따라 전체 가스 이용이 향상된다는 측면에서 이점이 있다.

도5는 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(500)의 개략도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(501)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(500)은 도2 내지 도4와 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도5에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 열전달 인터페이스 구성요소(502)의 구조이며, 이는 애노드(508)와 냉각판(512) 사이에 열전도성 전기 절연 접촉을 제공하기 위해 열전도성 전기 절연 재료로 된 코팅으로 형성된다. 일 실시예에서, 열전도성 전기 절연 재료는 하부면을 코팅하도록 애노드(508) 상에 분무된다. 대안적인 실시예에서, 열전도성 전기 절연 재료는 상부면을 코팅하도록 냉각판(512) 상에 분무된다.

냉각판(512)이 냉각제 공동(514)을 형성하도록 구성됨을 주목한다. 이처럼, 냉각제(예를 들어, 액체 또는 가스)는 애노드(508)로부터 열을 흡수하도록 냉각제 라인(516) 및 냉각제 공동(514)을 통해 유동할 수 있다.

이온 공급원의 다른 구성요소로는 자석(518), 베이스(520), 측벽(522), 자극편(524), 캐소드(526), 가스 덕트(528), 가스 분배기(530), 절연체(532) 및 절연 스페이서(534)가 포함된다. 애노드(508)는 양의 전위(예를 들어, 제한 없이 75 내지 300 볼트)로 설정되고, 자극편(524), 자석(518), 냉각판(512), 베이스(520) 및 측벽(522)은 접지된다. 절연체(532) 및 열전달 인터페이스 구성요소(502) 상의 전기 절연 재료에 의해, 가스 분배기(530)는 전기적으로 플로팅된다. 또한, 조립체에 의해, 보유된 가스 분배 플리넘(536)은 냉각판(512), 절연체(532) 및 가스 분배기(530)에 의해 전적으로 또는 부분적으로 경계지어지는 가스 분배기(530) 뒤에 생성된다. 이 배열은 이온화 영역(540)으로 가스 분배기(530)를 관통하는 가스 경로(542)가 애노드(508)의 하부 개구(538)로 지향되고 이에 따라 전체 가스 이용이 향상된다는 측면에서 이점이 있다.

도6은 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(600)의 개략도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(601)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(600)는 도2 내지 도5와 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도6에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 열전달 인터페이스 구성요소(602)의 구조이며, 이는 표면 상에 열전도성 전기 절연 재료로 된 코팅(605)을 갖는 열전달 판(604)으로부터 형성된다. 열전달 판(604)과 코팅(605)의 조합은 애노드(608)와 냉각제 공동(614) 내에 보유된 냉각제 사이에 열전도성 전기 절연 인터페이스 구성요소를 제공하고, 냉각제 공동은 냉각판(612)과 열전달 판(604)에 의해 형성된다. 이처럼, 애노드(608) 및 냉각판(612)은 열전달 인터페이스 구성요 소(602)와 냉각제 공동 내의 냉각제를 통해 열전도성 접촉을 한다. 일 실시예에서, 열전도성 전기 절연 재료는 열전도를 용이하게 하고 냉각제를 통한 전기적 누설을 감소 또는 방지하도록 열전달 판(604)의 하부면[즉, 냉각제 공동(614)에 노출된 표면] 상에 분무된다.

냉각판(612)이 O-링(636)과 하나 이상의 클램프(638)를 이용하여 열전달 판(604)에 대해 밀봉되는 냉각제 공동(614)을 형성하도록 구성됨을 주목한다. 클램프(638)는 열전달 판(604)으로부터 냉각판(612)으로의 전기 단락을 방지하기 위해 절연된다. 이처럼, 냉각제는 애노드(608)로부터 열을 흡수하도록 냉각제 라인(616) 및 냉각제 공동(614)을 통해 유동할 수 있다. 시임(640, seam)이 도시된 실시예에서 냉각제 공동(614)의 치수에 함께 기여하는 열전달 판(604)과 냉각판(612)을 분리시킴을 주목한다. 그러나, 열전달 판(604) 또는 냉각판(612)은 냉각 공동(614)을 형성하는 것을 돕지만 냉각제 공동(614)에 추가적인 체적을 기여하지 않는 단지 편평한 판일 수 있음을 이해할 것이다.

이온 공급원의 다른 구성요소로는 자석(618), 베이스(620), 측벽(622), 지지부(623), 자극편(624), 캐소드(626), 가스 덕트(628), 가스 분배기(630), 절연체(632) 및 절연 스페이서(634)가 포함된다. 애노드(608) 및 열 제어판(604)은 양의 전위(예를 들어, 제한 없이 75 내지 300 볼트)로 설정되고, 자극편(624), 자석(618), 냉각판(612), 베이스(620) 및 측벽(622)은 접지된다. 열전도성 재료(예를 들어, 그래파이트 포일 또는 열전도성 엘라스토머 시트)는 냉각제로의 열전달을 향상시키기 위해 애노드(608)와 열전달 판(604) 사이에 위치될 수도 있다. 가스 분배기(630)는 전기적으로 플로팅된다. 또한, 조립체에 의해, 보유된 가스 분배 플리넘(636)은 열 제어판(604), 절연체(632) 및 가스 분배기(630)에 의해 전적으로 또는 부분적으로 경계지어지는 가스 분배기(630) 뒤에 생성된다. 이 배열은 이온화 영역(640)으로 가스 분배기(630)를 관통하는 가스 경로(642)가 애노드(608)의 하부 개구(638)로 지향되고 이에 따라 전체 가스 이용이 향상된다는 측면에서 이점이 있다.

도7은 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(700)의 개략도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(701)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(700)은 도2 내지 도6과 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도7에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 냉각판(702)의 구조이며, 이는 애노드(708)로부터 전기적으로 절연되지 않는다. 대신, 냉각판(702)은 절연 스페이서(734), 절연체(732) 및 절연체(736)를 포함하는 절연체에 의해 이온 공급원(700)의 나머지로부터 실질적으로 절연된다. 가스 덕트(728) 및 물 라인(water line)(716)은 각각 절연체(738, 740)에 의해 전기적으로 절연된다. 이처럼, 애노드(708) 및 냉각판(702)은 양의 전위에 있고, 가스 분배기(730)는 전기적으로 플로팅되며, 이온 공급원(700)의 대부분의 다른 구성요소는 접지된다. 열전도성 재료(예를 들어, 그래파이트 포일 또는 열전도성 엘라스토머 시트)는 냉각제로의 열전달을 향상시키기 위해 애노드(708)와 냉각판(702) 사이에 위치 결정될 수 있다. 또한, 조립체에 의해, 보유된 가스 분배 플리넘(736)은 열 제어판(702), 절연체(732) 및 가스 분배기(730)에 의해 전적으로 또는 부분적으로 경계지어지는 가 스 분배기(730) 뒤에 생성된다. 이 배열은 이온화 영역(740)으로 가스 분배기(730)를 관통하는 가스 경로(742)가 애노드(708)의 하부 개구(738)로 지향되고 이에 따라 전체 가스 이용이 향상된다는 측면에서 이점이 있다.

냉각제가 애노드(708)로부터 열을 흡수하기 위해 냉각제 라인(716) 및 냉각제 공동(714)을 통해 유동하도록 냉각판(702)이 냉각제 공동(714)을 형성함을 주목한다. 이온 공급원의 다른 구성요소로는 자석(718), 베이스(720), 측벽(722), 자극편(724), 캐소드(726), 가스 덕트(728), 가스 분배기(730), 절연체(732) 및 스페이서(734)가 포함된다.

도8은 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(800)의 개략도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(801)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(800)은 도2 내지 도7과 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도8에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 열전달 인터페이스 구성요소(802)의 구조이며, 이는 열전도성 전기 절연 재료로 된 코팅(805)을 갖는 애노드(808)의 하부면으로부터 형성된다. 애노드(808)의 하부면과 코팅(805)의 조합은 애노드(808) 및 냉각제 공동(814) 내에 보유된 냉각제 사이에 열전도성 전기 절연 인터페이스 구성요소를 제공하며, 냉각제 공동(814)은 냉각판(812) 및 애노드(808)에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 열전도성 전기 절연 재료는 애노드(808)의 하부면[즉, 냉각제 공동(814)에 노출된 표면] 상에 분무된다. 도시된 실시예에서, 애노드(808) 및 냉각판(812)은 코팅(805) 및 냉각제를 통해 열전도성 접촉 상태에 있다.

냉각판(812)이 냉각제 공동(814)을 형성하도록 구성되며, 냉각제 공동은 O-링(836) 및 열전달 인터페이스 구성요소(802)로부터 냉각판(812)으로의 전기 단락을 방지하기 위해 절연된 하나 이상의 클램프(838)를 이용하여 애노드(808)에 대항하여 밀봉됨을 주목한다. 이처럼, 냉각제는 애노드(808)로부터 열을 흡수하도록 냉각제 라인(816) 및 냉각제 공동(814)을 통해 유동할 수 있다. 시임(840)이 도시된 실시예에서 냉각제 공동(814)의 치수에 함께 기여하는 애노드(808)와 냉각판(812)을 분리시킴을 주목한다. 그러나, 일 구성요소가 냉각제 공동(814)에 추가적인 체적을 기여하지 않지만 그럼에도 불구하고 여전히 공동을 형성하는 데에 기여하도록 애노드 표면이 단지 편평할 수 있거나 냉각판(812)이 단지 편평한 판일 수 있음을 이해할 것이다.

이온 공급원의 다른 구성요소로는 자석(818), 베이스(820), 측벽(822), 자극편(824), 캐소드(826), 가스 덕트(828), 가스 분배기(830), 절연체(832), 지지부(842) 및 절연 스페이서(834)가 포함된다. 애노드(808)는 양의 전위(예를 들어, 제한 없이 75 내지 300 볼트)로 설정되고, 자극편(824), 자석(818), 냉각판(812), 베이스(820) 및 측벽(822)은 접지된다. 가스 분배기(830)는 전기적으로 플로팅된다. 또한, 조립체에 의해, 보유된 가스 분배 플리넘(846)은 냉각판(812), 자석(818), 절연체(832) 및 가스 분배기(830)에 의해 전적으로 또는 부분적으로 경계지어지는 가스 분배기(830) 뒤에 생성된다. 이 배열은 이온화 영역(844)으로 가스 분배기(830)를 관통하는 가스 경로(850)가 애노드(808)의 하부 개구(848)로 지향되고 이에 따라 전체 가스 이용이 향상된다는 측면에서 이점이 있다.

도9는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(900)의 단면도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(901)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(900)은 도2 내지 도8과 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도9에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 이온 공급원(900)의 분해 및 조립을 용이하게 하는 이온 공급원(900)의 부조립체 구조이다.

특히, 도시된 실시예에서, 이온 공급원(900)은 자극편(903)과, 나사 구멍 (904) 내에 삽입되어 베이스 부조립체와 함께 애노드 부조립체를 유지하는 하나 이상의 부조립체 부착부(902)(예를 들어, 볼트)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 애노드 부조립체는 애노드를 포함하고, 자극편, 열전달 인터페이스 구성요소 및 가스 분배기를 더 포함할 수도 있지만, 다른 구성이 또한 고려될 수 있다. 마찬가지로, 몇몇 실시예에서, 베이스 부조립체는 자석 및 냉각판을 포함하고, 베이스, 냉각제 라인 및 가스 덕트를 더 포함할 수도 있지만, 다른 구성이 또한 고려될 수 있다. 측벽은 부조립체의 구성요소이거나 분해 중에 일시적으로 제거될 수도 있는 독립 구성요소일 수도 있다.

도시된 실시예에서, 하나 이상의 애노드 부조립체 부착부(906)(예를 들어, 볼트)는 하나 이상의 절연체(908)를 통해 자극편(903) 내에 나사 결합됨으로써 애노드 부조립체를 유지한다. 애노드 부조립체를 분해하기 위하여 그리고 열전달 인터페이스 구성요소를 제거하기 위하여 부조립체 부착부(906)가 제거될 수 있고, 이에 따라 가스 분배기의 제거 및 삽입을 위한 용이한 접근을 제공할 수도 있다.

도10은 도9의 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 부분적인 분해 단면도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 부재의 위치는 축(1001)과 관련하여 설명된다. 베이스 부조립체(1000)는 부조립체 볼트(1004)를 나사 결합 해제시킴으로써 애노드 부조립체(1002)로부터 분리되었다. 도시된 실시예에서, 자석 부조립체(1000)는 냉각판(1006)을 포함한다.

도11은 도9의 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 또 다른 분해 단면도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 부재의 위치는 축(1101)과 관련하여 설명된다. 베이스 부조립체(1100)는 (도10과 관련하여 설명된 바와 같이) 애노드 부조립체(1102)로부터 분리되어 있고, 열전달 인터페이스 구성요소(1103)는 애노드 부조립체 볼트(1104)를 나사 결합 해제함으로써 애노드 부조립체(1102)의 나머지 부분으로부터 분리되며, 이에 따라 유지 보수를 위한 가스 분배기(1106)로의 접근을 제공한다.

도12는 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 분해 작업(1200)을 도시한 것이다. 탈착 작업(1202)은 베이스 부조립체와 함께 애노드 부조립체를 유지하는 하나 이상의 부조립체 볼트를 나사 결합 해제하는 것이다. 자석 및 냉각판은 베이스 부조립체 내에 존재한다. 일 실시예에서, 부조립체 볼트는 자극편으로부터 애노드를 통해 냉각판 내의 나사 구멍 내로 연장하지만, 다른 구성이 고려될 수 있다. 분리 작업(1204)은 도10에 예시되어 있는 바와 같이 자석 부조립체로부터 애노드 부조립체를 분리시킨다.

도시된 실시예에서, 다른 탈착 작업(1206)은 애노드에 대해 열전달 인터페이스 구성요소를 유지하는 하나 이상의 애노드 부조립체 볼트를 나사 결합 해제한다. 분리 작업(1208)은 가스 분배기로의 접근을 제공하기 위해 애노드로부터 열전달 인터페이스 구성요소를 분리한다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 가스 분배기는 중심 축을 따라 열전달 인터페이스 구성요소 아래에 놓여지고, 이에 따라 단지 애노드 부조립체의 제거에 의해 접근에 노출된다. 이처럼, 탈착 작업(1206) 및 분리 작업(1208)은 몇몇 실시예에서 생략될 수도 있다. 유지 보수 작업(1210)에서, 가스 분배기는 애노드 부조립체로부터 제거되고, 애노드 및 절연체는 유지 보수를 위해 분해된다.

도13은 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원의 조립 작업(1300)을 도시한 것이다. 유지 보수 작업(1302)은 절연체, 애노드 및 가스 분배기를 애노드 부조립체에 결합시킨다. 도시된 실시예에서, 결합 작업(1304)은 애노드 부조립체에 가스 분배기를 유지시키기 위해 열전달 인터페이스 구성요소와 애노드를 결합시킨다. 부착 작업(1306)은 애노드에 대해 열전달 인터페이스 구성요소를 유지시키기 위해 하나 이상의 애노드 부조립체 볼트를 나사 결합시킨다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 가스 분배기는 중심 축을 따라 열전달 인터페이스 구성요소 아래에 놓여지고, 이에 따라 단지 애노드 부조립체의 제거에 의해 접근에 노출된다. 이처럼, 결합 작업(1305) 및 부착 작업(1306)은 몇몇 실시예에서 생략될 수도 있다.

결합 작업(1308)은 애노드 부조립체와 자석 부조립체를 결합시키는 것이다. 자석 및 냉각판은 베이스 부조립체 내에 존재한다. 부착 작업(1310)은 베이스 부조립체와 함께 애노드 부조립체를 유지시키기 위해 하나 이상의 부조립체 볼트를 나사 결합시킨다. 일 실시예에서, 부조립체 볼트는 자극편으로부터 애노드를 통해 냉각판 내의 나사 구멍 내로 연장하지만, 다른 구성이 고려될 수도 있다.

도14는 또 다른 예시적인 유체 냉각식 이온 공급원(1400)의 개략도를 도시한 것이다. 본 명세서에서 이온 공급원 구성요소의 위치는 축(1401)과 관련하여 설명된다. 이온 공급원(1400)은 도2 내지 도11과 관련하여 설명된 이온 공급원과 유사한 구조를 갖는다. 도14에 도시된 실시예에서의 특별한 관심은 냉각판(1402)의 구조이며, 냉각판은 애노드(1408)와 열전도성 접촉 상태에 있다. 도14에 도시된 실시예에서의 일 장점은 애노드(1408)가 가열될 때 더 큰 직경으로 팽창한다는 것이다. 따라서, 냉각판(1402)과 애노드(1408) 사이의 열전도성 접촉은 애노드(1408)의 팽창 압력 하에서 개선되는 경향이 있다. 냉각판(1402)과 애노드(1408) 사이의 접촉 인터페이스가 반드시 평탄하거나 축(1401)에 평행할 필요는 없음을 이해할 것이다. 다른 인터페이스 형태[예를 들어, 다양한 방향으로 다중 열전도성 접촉을 제공하는 상호 체결(interlocking) 인터페이스]가 또한 고려될 수 있다.

냉각판(1402)이 냉각제 공동(1414)을 형성하도록 구성됨을 주목한다. 이처럼, 냉각제는 애노드(1408)로부터 열을 흡수하도록 냉각제 라인(1416) 및 냉각제 공동(1414)을 통해 유동할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 냉각판(1402)의 내측면은 냉각제 공동(1414)을 형성하기 위해 애노드(1408) 및 냉각판(1402)을 밀봉시키는 O-링과 함께(도8의 구조와 유사), 애노드(1408)의 외측면과 대체될 수 있다.

이온 공급원의 다른 구성요소로는 자석(1418), 베이스(1420), 측벽(1422), 자극편(1424), 캐소드(1426), 가스 덕트(1428), 가스 분배기(1430), 절연체(1432), 지지부(1442) 및 절연 스페이서(1434)가 포함된다. 애노드(1408) 및 냉각판(1402) 은 양의 전위(예를 들어, 제한 없이 75 내지 300 볼트)로 설정되며, 자극편(1424), 자석(1418), 베이스(1420) 및 측벽(1422)은 접지된다. 가스 분배기(1430)는 절연되어 전기적으로 플로팅된다. 또한, 조립체에 의해, 보유된 가스 분배 플리넘(1436)은 가스 분배기(1430) 내의 가스 경로(1442)를 통하여 유동하는 유입 가스가 이온화 영역(1440)을 진입하기 위하여 애노드(1408)의 중심 하부 개구(1438) 내로 분사되도록 냉각판(1412), 절연체(1432) 및 가스 분배기(1430)에 의해 전적으로 또는 부분적으로 경계지어지는 가스 분배기(1430) 뒤에 생성된다.

도시된 실시예에서, 냉각판(1402)은 애노드(1408)와 전기적 접촉 상태에 있고, 이에 따라 냉각판(1402)은 애노드(1408)와 동일한 전위에 있게 된다. 이처럼, 냉각제 라인(1416)은 절연체(1440)에 의해 냉각판(1402)의 양의 전위로부터 절연된다. 대안적인 실시예에서, 열전도성 열전달 인터페이스 구성요소(미도시)는 열전달을 용이하게 하기 위해 냉각판(1402)과 애노드(1408) 사이에 놓일 수도 있다. 열전달 인터페이스 구성요소가 (그래파이트 포일 또는 열전도성 엘라스토머 시트와 같은) 전기 전도성 재료이면, 냉각판(1402)은 애노드(1408)와 동일한 전위에 있을 것이다. 대안적으로, 열전달 인터페이스 구성요소가 (질화붕소, 질화알루미늄 또는 질화붕소/질화알루미늄 복합 재료와 같은) 전기 절연 재료이면, 냉각판(1402)은 애노드(1408)의 전위로부터 전기적으로 절연된다. 이처럼, 냉각판(1402)이 접지될 수도 있고 절연체(1440)가 필요하지 않다. 냉각판(1402)과 애노드(1402)가 직접 물리적으로 접촉하고 있거나 또는 이들 사이에 열전달 인터페이스 구성요소가 존재하는 어느 경우에도(전기적으로 전도성이거나 절연성이든지 간에), 냉각판 및 애노 드는 열이 애노드(1408)로부터 냉각판(1402)으로 전달되기 때문에 여전히 열전도성 접촉 상태에 있게 된다.

도15 내지 도18을 참조하면, 제거식 애노드 조립체(1550)를 갖는 이온 공급원(1500)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 명세서에서 설명된 이전의 실시예들과 유사하게, 이온 공급원(1500)은 사실상 원통형인 자석(1504)을 지지하는 베이스(1502) 상에 제조된다. 중심 개구를 갖는 환형 앵커판(anchor plate, 1505)은 베이스(1502) 위에 그리고 자석(1504) 주위로 위치 결정되고, 냉각판(1506)의 하부에 부착된다. 도15, 도17 및 도18에 도시된 바와 같은 유체 냉각식 판인 냉각판(1506)은 스탠드오프(standoff, 1541)에 의해 지지된다. 애노드 조립체(1550)는 주로 열 제어판(1508), 가스 분배기(1510), 애노드(1512) 및 자극편(1514)으로 구성된다. 열 제어판(1508)은 이온 공급원(1500)의 베이스 조립체(1552)의 일부로 간주되는 냉각판(1506)에 의해 지지된다. 열 제어판(1508)은 또한 가스 분배기(1510) 및 애노드(1512)를 지지한다. 자극편(1514)은 애노드(1512)에 대한 대전 상태인 캐소드(1540)가 장착되는 자극편(1514)과 애노드(1512) 사이의 전기적 절연을 보장하기 위하여 애노드(1512) 위에 장착되고 애노드(1512)로부터 분리된다.

이들 주요 구성요소들에 더하여, 여러 구성요소들 사이에 일련의 열전달 시트들이 개재될 수 있다. 도16 내지 도18에 도시된 바와 같이, 제1 열전달 시트(1516)는 냉각판(1506)과 열 제어판(1508) 사이에 개재될 수 있다. 마찬가지로, 제2 열전달 시트(1518)는 애노드(1512)의 하부와 열 제어판(1518)의 상부 사이에 위치될 수 있다. 제3 열전달 시트(1520)는 가스 분배기(1510)와 열 제어판(1508) 의 상부 사이에 삽입된다. 각각의 열전달 시트들(1516, 1518, 1520)은 애노드(1512) 및 가스 분배기(1510)로부터의 전기적으로 절연된 열 제어판(1508)을 통해 냉각판(1506)으로 열전달을 허용하면서 냉각판(1506), 열 제어판(1508), 가스 분배기(1510) 및 애노드(1512)와 기계적으로 결부되도록 물리적 유연성(compliance) 및 열전도 특성 모두를 갖는 재료들(예를 들어, 그래파이트 포일 또는 열전도성 엘라스토머 시트)로 이루어질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 열전달 시트들(1516, 1518, 1520)은 또한 전기적 도전성 또는 전기적 절연성을 갖는 재료들로 이루어질 수 있다.

도16 내지 도18에 도시된 바와 같이, 가스 분배기(1510)는 3개의 가스 분배기 볼트들(1542)과 상응하는 너트들(1544)의 세트에 의해 열 제어판(1508)에 부착된다. 가스 분배기(1510)에는 볼트(1542)가 관통하는 3개의 볼트 구멍들(1548)이 형성된다. 볼트 구멍(1548)의 상부 섹션은 내부에 너트(1544)가 안착하는 원통형 리세스 또는 카운터보어(1549)(도23 참조)를 형성하기 위하여 볼트 구멍(1548)의 하부 섹션보다 더 큰 직경일 수 있다. 제3 열전달 시트(1520)는 가스 분배기(1510)와 열 제어판(1508)의 상부 사이에 개재된다. 제3 열전달 시트(1520)에는 그 주연 주위에 볼트(1542)가 관통하는 3개의 노치들(1554), 개구들 또는 구멍들이 형성된다.

애노드(1512)는 대체로 중심 구멍(1572)을 둘러싸는 원통형 도넛 형상이다. 애노드(1512)의 환형 하부면(1556)에는 애노드(1512)의 도넛 형상을 형성하는 중심 구멍(1572)의 가장 좁은 직경보다 더 큰 직경의 환형 리세스(1558)가 형성된다. 환형 리세스(1558)의 직경은 또한 가스 분배기(1510)의 외경보다 더 크며 가스 분배기(1510)의 높이보다 더 깊다. 따라서, 애노드(1512)가 이하에 설명되는 바와 같이 열 제어판(1508)에 부착될 때, 환형 리세스(1558)는 중심 구멍(1572)과 함께 애노드(1512)와 가스 분배기(1510) 사이에 오프셋 공간을 제공한다.

애노드(1512)는 4개의 내부 볼트(1522) 세트를 이용하여 열 제어판(1508) 및 자극편(1514) 모두를 볼트 고정한다. 자극편(1514)에는 내부 볼트(1522)의 나사식 단부를 수용하도록 설계된 4개의 나사식 보어(1528) 세트가 형성된다. 마찬가지로, 애노드(1512)에는 자극편(1514)과의 결합을 위해 내부 볼트(1522)가 관통하는 4개의 보어(1564) 세트(또한, 도25 참조)가 형성된다. 관형 절연 칼럼(1526)은 내부 볼트(1522)가 애노드(1512) 내의 보어(1564)를 관통할 때 내부 볼트(1522) 각각의 일부를 둘러쌀 수 있다. 보어(1564)는 내부 볼트(1522)보다 더 큰 직경을 갖지만, 내부 볼트(1522)는 절연 칼럼(1526)의 샤프트 내에 원활하게 끼움 결합된다. 이런 방식으로 내부 볼트(1522)는 보어(1564) 내에 중심 결정되고, 애노드(1512)를 통해 보어(1564)의 내벽으로부터 이격되고 이에 따라 보어(1564)의 내벽으로부터 절연된다. 애노드(1512) 내의 보어(1564)로부터의 내부 볼트(1522)의 절연 및 분리는 통상적으로 접지 상태에 있는 애노드(1512)와 자극편(1514) 사이의 전위차를 유지하는데 도움이 된다.

애노드(1512) 내의 보어(1564)는 2개 이상의 섹션을 갖는 가변 직경으로 구성될 수 있다. 도16 내지 도18에서, 애노드(1512)는 상부 섹션(1566), 짧은 중간 섹션(1565) 및 하부 섹션(1561)으로 구성된다. 하부 섹션(1561)은 내부 볼 트(1522)의 샤프트보다 약간 더 큰 직경을 가질 수 있다. 짧은 중간 섹션(1565)은 절연 칼럼(1526)이 보어(1564) 내에 원활하게 유지되도록 절연 칼럼(1526)의 외경과 사실상 동일한 직경으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 자극편(1514) 내의 나사식 보어(1528)의 짧은 중간 섹션(1585)은 절연 칼럼(1526)이 나사식 보어(1528) 내에 원활하게 유지되도록 절연 칼럼(1526)의 외경과 사실상 같은 직경으로 형성될 수 있다. 보어(1564)의 상부 섹션은 절연 칼럼(1526)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가질 수 있다.

마찬가지로, 자극편(1514) 내의 보어(1528)는 2개 이상의 섹션을 갖는 가변 직경으로 구성될 수 있다. 도16 내지 도18에서, 자극편(1514)은 상부 섹션(1587), 짧은 중간 섹션(1585) 및 하부 섹션(1583)으로 구성된다. 상부 섹션에는 내부 볼트(1522)의 나사식 단부와 맞물리는 나사가 형성된다. 짧은 중간 섹션(1585)은 절연 칼럼(1526)이 보어(1528) 내에 원활하게 유지되도록 절연 칼럼(1526)의 외경과 사실상 동일한 직경으로 형성될 수 있다. 자극편(1514) 내의 나사식 보어(1528)의 하부 섹션(1583)은 절연 칼럼(1526)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가질 수 있다.

상기한 바와 같이, 애노드(1512) 내의 보어(1564)의 상부 섹션(1566) 및 자극편(1514) 내의 나사식 보어(1528)의 하부 섹션(1583)의 직경들은 자극편(1514)과 애노드(1512) 사이의 인터페이스에 인접한 절연 칼럼(1526)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 가질 수 있다. 이 더 큰 직경은 가능한 전도성 스퍼터링된 재료의 조준(line-of-sight) 증착이 절연 칼럼(1526) 상에 증착되는 것이 제한되거나 또는 방지되는 지향성 셰도잉 차폐(directionally shadowing shield)를 제공하는데 사용 될 수 있다. 절연 칼럼(1526)은 또한 애노드(1512) 내의 보어(1564)의 상부 섹션(1566) 및 중간 섹션(1565)과 자극편(1514) 내의 보어(1528)의 중간 섹션(1585) 및 하부 섹션(1583)의 조합된 깊이보다 더 큰 높이를 가질 수 있다. 이런 방식으로, 절연 칼럼(1526)은 캐소드(1540)를 지지하는 자극편(1514)으로부터 애노드(1512)가 더 절연되도록 애노드(1512)와 자극편(1514) 사이의 분리 간격을 제공한다.

제2 열전달 시트(1518)에는 또한 4개의 내부 볼트(1522) 각각이 관통하는 4개의 구멍들(1562) 세트가 형성된다. 제2 열전달 시트(1518)는 애노드(1512)의 하부면(1556)과 열 제어판(1508) 사이에 개재된다. 상기한 바와 같이, 애노드(1512)는 사실상 도넛형이고, 이에 따라 제2 열전달 시트(1518)는 편평한 링같은 형상이다. 애노드 조립체(1550)가 조립될 때, 제2 열전달 시트(1518)와 제3 열전달 시트(1520) 사이에 분리 간격이 형성되도록 제2 열전달 시트(1518)의 링의 내경은 제3 열전달 시트(1520)의 외경보다 약간 더 크다.

제1 열전달 시트(1516)는 사실상 디스크 형상이고, 열 제어판(1508)의 하부면(1560) 상에 위치된다. 제1 열전달 시트(1516)에는 가스 분배기(1510)를 열 제어판(1508)에 부착시키는 볼트(1542)가 관통하는 3개의 구멍들(1594) 세트가 형성된다. 가스 분배기(1510)를 열 제어판(1508)에 부착시키는 볼트(1542)는 열 제어판(1508) 내의 구멍(1596)을 관통한다. 제1 열전달 시트(1516) 내의 구멍(1594)은 볼트(1542)의 헤드보다 더 클 수 있다. 따라서, 볼트(1542)의 헤드는 제1 열전달 시트(1516) 내의 구멍(1594)을 통해 열 제어판(1508)의 하부면(1560)에 대해 고정 된다.

내부 볼트(1522)는 또한 열 제어판(1508) 내의 구멍(1570)을 상향으로 관통한다. 제1 열전달 시트(1516)에는 또한 4개의 내부 볼트(1522) 각각이 관통하는 4개의 구멍들(1563) 세트가 형성된다. 내부 볼트(1522)의 헤드에 인접하게 와셔(1530)가 제공될 수 있다. 와셔(1530)와 함께 내부 볼트(1522)의 헤드는 열 제어판(1508)의 하부면(1560)에 대해 제1 열전달 시트(1516)와 결부된다. 내부 볼트(1522)가 자극편(1514) 내에 조여질 때, 내부 볼트(1522)는 개재된 열전달 시트들(1516, 1518, 1520) 이외에 부착된 가스 분배기(1510), 애노드(1512) 및 자극편(1514)과 함께 열 제어판(1508)을 유지시켜 애노드 조립체(1550)를 함께 형성한다.

애노드 조립체(1550)는 4개의 외부 볼트(1524) 세트에 의해 이온 공급원 베이스 조립체(1552)에 부착된다. 외부 볼트(1524)는 자극편(1514)의 주연 근방에 등간격으로 이격된 4개의 보어(1532) 세트를 관통하여 연장된다. 보어(1532)에는 외부 볼트(1524)의 헤드를 수용하도록 자극편(1514)의 상부면(1574)으로 개구된 상부 섹션(1589)(도28B 참조) 내의 카운터보어가 형성된다. 외부 보어(1524)의 헤드는 보어(1532)에 의해 형성된 환형 림(1577)과 결부되고, 이에 따라 자극편(1514)의 상부면(1574)에 대해 리세싱될 수 있다. 외부 볼트(1524)는 애노드(1512)의 외벽에 인접하게 하향으로 연장되지만 그로부터 이격된다.

4개의 구멍(1538) 세트는 냉각판(1506) 내에 형성되고, 냉각판(1506)의 주연을 중심으로 등간격으로 이격된다. 각각의 구멍들(1538)은 구멍들(1538)을 통해 외부 볼트(1524)의 안내를 돕기 위해 냉각판(1506)의 상부면에 인접하는 절두체 형상의 카운터싱크(countersink, 1533)로 형성된다. 냉각판(1506) 아래에 위치된 앵커판(1505)에는 또한 각각이 냉각판(1506) 내의 구멍(1538) 각각에 정합되게 위치 결정된 상응하는 4개의 나사 구멍(1545) 세트가 형성된다. 외부 볼트(1524) 각각은 구멍들(1538) 중 각각의 하나의 구멍(1538)을 관통하고, 앵커판(1505) 내의 나사 구멍(1545) 중 각각의 하나의 구멍(1545)에 고정되고, 이에 따라 애노드 조립체(1550)가 이온 공급원 베이스 조립체(1552)에 고정된다.

냉각판(1506)에는 또한 나사 구멍(1538)에 인접하고 나사 구멍(1538)보다 약간 더 작은, 냉각판(1506)을 중심으로 등간격으로 이격된 4개의 구멍(1536) 세트가 형성된다. 구멍들(1536)은 열 제어판(1508)의 하부면(1560) 상의 내부 볼트(1522)의 헤드를 수용하도록 형성된다. 구멍들에는 또한 냉각판(1508)의 상부면(1576)에 개구되는 더 큰 직경의 카운터보어(1551)가 형성된다. 구멍들(1536) 내의 카운터보어들(1551)은 내부 볼트(1522) 상의 와셔(1530)의 직경을 수용하도록 제공된다.

냉각판(1506)에는 열 제어판(1508)의 하부면과 결부된 가스 분배기 볼트(1542)의 헤드를 수용하도록 정렬되고 크기 결정된 3개의 공동(1546) 세트가 더 형성된다. 환기 구멍(1578)은 작동 시에 이온 공급원(1500)이 진공 상태에 위치될 때 가스 배출을 허용하도록 공동(1546) 각각의 하부로부터 냉각판(1506)을 통해 연장될 수 있다. 내부 볼트(1522)의 헤드를 수용하는 구멍들(1536) 및 가스 분배기 볼트(1542)의 헤드를 수용하는 공동들은 열 제어판(1508) 및 제1 열전달 시트(1516)가 냉각판(1506)과 열 제어판(1508) 사이의 열전달을 위한 최대 표면적 접 촉을 제공하도록 냉각판(1506)의 상부면(1576)에 대해 동일 평면으로 안착되게 허용한다.

캐소드(1540), 즉 도15 내지 도18에 도시된 바와 같은 필라멘트 캐소드 또는 중공의 캐소드(미도시)가 제거되면, 애노드 조립체(1550)는 앵커판(1505)으로부터 애노드 조립체(1550)를 단순히 볼트 결합 해제함으로써 그리고 애노드 조립체(1550)를 베이스 조립체(1552)로부터 들어올림으로써 용이하게 접근 가능하다. 애노드 조립체(1550)는 일반적으로 이온 공급원(1500)의 작동의 정상 수명 이상의 교체를 필요로 할 수 있는 모든 소모성 항목들을 포함한다. 소모성 구성요소는 열 제어판(1508), 가스 분배기(1510), 애노드(1512), 중간 열전달 시트들(1516, 1518, 1520) 및 관련 하드웨어 고정구들을 포함할 수 있다.

도19에 냉각판(1506)이 보다 상세히 도시되어 있다. 냉각판은 일반적으로 중심에서 주연까지 실질적으로 일정한 두께를 갖는 밀링 처리된(milled) 구리 또는 스테인레스 강으로 된 디스크이다. 상기한 바와 같이, 냉각판(1506)에는 복수개의 구멍들, 즉 내부 볼트(1522)의 헤드를 수용하는 4개의 구멍(1536) 세트, 외부 볼트(1524)가 관통하는 4개의 카운터싱크 구멍(1538) 세트와 가스 분배기(1510)를 고정하는 볼트(1542)의 헤드를 수용하는 3개의 공동(1546) 세트 및 상응하는 환기 구멍(1578)이 형성된다.

냉각판(1506)에는 다양한 기능들을 제공하는 여러 개의 추가적인 구멍들 또는 공동들이 더 형성된다. 이들은 베이스(1502) 위에서 앵커판(1505) 및 냉각판(1506)을 지지하는 상응하는 스탠드오프 포스트(1541) 세트를 수용하기 위해 냉 각판(1506)의 주연을 중심으로 등간격으로 위치된 3개의 구멍(1592) 세트를 포함한다(도15, 도17 및 도18 참조). 스탠드오프 포스트(1541)는 구멍들(1592) 및 앵커판(1505) 내의 상응하는 구멍들을 통해 연장하는 나사(1543)에 의해 냉각판(1506)에 고정된다. 제1 전극 구멍(1590)은 또한 애노드 전력 커넥터(1531)(도16 및 도18 참조)와 결부되도록 애노드(1512)로부터 하향으로 연장하는 전극(1529)을 수용하기 위한 냉각판(1506)에 형성된다.

냉각판(1506)에는 자석(1504)용 간극을 제공하는 냉각판(1506)의 하부측 상에 중심 결정된 원통형 리세스(1586)가 형성된다. 리세스(1586)의 깊이는 냉각판(1506)이 자석 상에 지지되는 것을 방지하기 위해 작고 제어된 축방향 간극이 있도록 한다. 따라서, 냉각판(1506) 그리고 결국에는 애노드 조립체(1550)의 모든 지지는 스탠드오프(1541) 상에 있다. 공동(1546) 및 상응하는 환기 구멍(1578)은 원통형 리세스(1586)의 직경 이상으로 냉각판(1506)의 중심으로부터 방사상으로 간격을 두고 위치 결정된다.

가스 포트(1582)는 또한 냉각판(1506)을 통해 형성된다. 마찬가지로, 가스 포트(1582)는 원통형 리세스(1586)의 직경 이상으로 냉각판(1506)의 중심으로부터 방사상으로 간격을 두고 위치 결정된다. 가스 포트(1582)는 또한 공동들(1546) 중 2개의 공동들 사이에 위치 결정된다. 이온화를 위해 이온 공급원(1500)에 가스를 공급하는 가스 덕트(1534)는 가스 포트(1582)와 결부된다. 도17에 도시된 바와 같이, 가스 덕트(1534)의 단부가 직경의 변화 지점에서 가스 포트(1582)의 견부와 결부될 때까지 가스 포트(1582)의 하부 섹션 내로 가스 덕트(1534)가 삽입될 수 있도 록, 가스 포트(1582)의 하부 섹션은 상부 섹션보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 가스 덕트(1534)의 내경은 가스 유동을 위해 일정한 직경을 유지하도록 냉각판(1506) 내의 가스 포트(1582)의 상부 섹션의 직경과 동일할 수 있다.

가스 채널(1584)은 또한 냉각판(1506)의 상부면(1576)에 형성될 수 있다. 가스 채널(1584)은 제1 단부에서 가스 포트(1582)와 연결되고, 냉각판(1506)의 중심으로 방사상으로 연장된다.

도20에 디스크 형상의 제1 열전달 시트(1516)가 추가적으로 상세하게 도시되어 있다. 제1 열전달 시트(1516)는 가스 채널(1584)의 상부를 밀봉하고, 이에 따라 냉각판(1506)의 중심으로 가스 채널(1584)을 따라 유동하도록 가스를 지향한다. 제1 열전달 시트(1506)는 압축성 그래파이트 포일 또는 다른 기계적으로 유연한(compliant) 열전도성 재료로 이루어질 수 있다. 그래파이트 포일은 이 예에서 전기 전도성이다. 그러나, 다른 전기 절연 또는 전도성 재료는 열전도성 엘라스토머를 포함하여 사용될 수 있다. 제1 열전달 시트(1516)는 0.005 내지 0.030 인치(약 0.127 내지 0.762 mm) 정도의 두께일 수 있지만, 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 내부 볼트(1522)를 수용하는 구멍들(1563) 및 가스 분배기(1510)를 고정하는 볼트(1542)를 수용하는 구멍들(1594)에 더하여, 제1 열전달 시트(1516)에는 제1 열전달 시트(1516)의 중심에 제1 가스 덕트(1599)가 형성된다. 제1 가스 덕트(1599)는 가스가 제1 열전달 시트(1516)를 통해 열 제어판(1508)으로 통과하는 것을 허용하도록 냉각판(1506)의 중심에서 가스 채널(1584)의 제2 단부와 정렬된다. 제1 열전달 시트(1516)에는 또한 애노드 전력 커넥터(1531)와 결부되도록 애 노드(1512)로부터 하향으로 연장되는 전극(1529)을 수용하는 제2 전극 구멍(1593)이 형성된다(도16 및 도18 참조).

도21에 열 제어판(1508)이 추가적으로 상세하게 도시되어 있다. 열 제어판(1508)은 사실상 디스크 형상이고, 세라믹 재료 예를 들어 질화붕소/질화알루미늄 합성물과 같이 높은 열전도성 및 열응력 저항성을 갖는 질화붕소 및 질화붕소 합성물로 형성될 수 있다. 열 제어판(1508)에 대한 두께 범위는 0.100 내지 0.375 인치(약 2.54 내지 9.525 mm)일 수 있지만, 더 크거나 또는 더 작은 두께일 수 있다. 또한, 열 제어판(1508)은 애노드(1512)를 냉각판(1506)으로부터 전기적으로 절연시키도록 제공될 수 있다. 따라서, 열 제어판(1508)은 열전도성과 전기 절연성을 모두 갖는다.

상기한 바와 같이, 열 제어판(1508)에는 여러 세트의 구멍들, 즉 내부 볼트(1522)가 관통 연장되는 4개의 구멍(1570) 세트 및 가스 분배기 볼트(1542)가 관통 연장되는 3개의 구멍(1595) 세트가 형성된다. 제3 전극 구멍(1595)은 애노드(1512)로부터 하향으로 연장하는 전극(1529)이 베이스(1502) 상에 장착된 애노드 전력 커넥터(1531)와 결부되도록 관통 연장하는 열 제어판(1508)의 외부 에지에 인접한 열 제어판(1508) 내에 더 형성된다.

제2 가스 덕트(1598)는 또한 열 제어판(1508)의 중심에 형성되고, 제1 열전달 시트(1516)로부터 제1 가스 덕트(1599)와 정렬된다. 환형 그루브 또는 리세스(1523)는 제2 가스 덕트(1598)를 둘러싸는 열 제어판(1508)의 상부면(1521)에 형성되고, 열 제어판(1508) 상에 중심 결정된다. 환형 리세스(1523)의 외경은 가스 분배기(1510)의 직경보다 약간 더 클 수 있고, 환형 리세스(1523)의 내경은 가스 분배기(1510)의 직경보다 약간 더 작을 수 있다. 대안적인 실시예에서, 열 제어판(1508)은 환형 리세스를 전혀 가지지 않을 수도 있다.

6개의 방사상 채널(1525) 세트는 환형 리세스(1523)와 결부되도록 제2 가스 덕트(1598)로부터 등각으로 외향으로 연장되지만, 더 많거나 또는 더 적은 수의 채널들이 사용될 수 있다. 방사상 채널(1525)은 환형 리세스(1523)와 동일한 깊이일 수 있고, 제2 가스 덕트(1598)의 배출면은 그것과 교차하는 방사상 채널(1525)과 동일한 레벨에 있을 수 있다. 방사상 채널(1525) 및 환형 리세스(1523)는 함께 열 제어판(1508)의 상부면과 동일한 높이인 6개의 웨지 형상의 아일랜드(1527)를 경계 설정한다. 3개의 구멍(1596) 세트는 중실면을 갖는 다른 3개의 아일랜드(1527) 중 하나의 아일랜드(1527)에 의해 서로 분리된 아일랜드(1527) 중 3개의 아일랜드(1527)를 통해 연장된다. 대안적인 실시예에서, 3개의 구멍들(1596)은 내부에 가스 분배기 볼트(1542)를 고정하도록 나사식일 수 있다. 이런 구성에서, 제2 가스 덕트(1598)에서 배출되는 가스는 가스 분배기(1510)의 주연 아래로부터 가스가 유동 배출되는 환형 리세스(1523)로 가스 분배기(1510) 아래의 방사상 채널(1525)을 따라 방사상으로 분사된다.

열 제어판(1508) 내에 유입 가스 전도성(conductance)을 위한 다른 배열을 생성할 수 있다. 예를 들어, 가스 덕트(1598)는 가스 채널 및 환형 리세스보다는 열 제어판(1508) 내의 디스크 형상의 리세스(미도시)와 연통할 수 있으며, 이는 완전히 조립되었을 때 이온 공급원의 가스 분배기의 에지 주위에 또는 그 내부의 구 멍을 통하여 가스가 유동하는 것을 허용할 것이다. 이러한 수단에 의해, 가스 분배 플리넘[도14에서 가스 플리넘(1436)과 유사함]은 애노드(1512)의 중심 하부 개구 내로의 유입 가스의 주입을 용이하게 하는 것을 돕는 가스 분배기(1510) 뒤에 생성될 것이다.

도22에 제3 열전달 시트(1520)가 더 상세하게 도시되어 있다. 제3 열전달 시트(1520)는 일반적으로 압축성 그래파이트 포일 또는 다른 기계적으로 유연한 열전도성 재료로 이루어진 얇은 디스크이다. 이 예에서 그래파이트 포일은 전기 전도성이 있다. 그러나, 열전도성 엘라스토머를 포함하는 다른 전기 절연성 또는 전도성 재료가 이용될 수 있다. 제1 열전달 시트(1516)와 같이, 제3 열전달 시트(1520)는 압축성 그래파이트 포일로 이루어진다면 0.005 내지 0.030 인치(약 0.127 내지 0.762 mm) 정도의 두께를 가질 수 있지만, 설계 요건에 의해 나타낸 바와 같이 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 3개의 노치들(1554), 리세스들 또는 구멍들은 제3 열전달 시트(1520)의 주연 에지에 형성된다. 이들 노치들(1554)은 제3 열전달 시트(1520)의 주연을 중심으로 등간격으로 이격되고, 가스 분배기(1510) 내의 볼트 구멍(1548)과 정렬된다. 가스 분배기 볼트(1542)는 가스 분배기(1510)와 결합하도록 제3 열전달 시트(1520) 내의 노치들(1554)을 관통한다.

도23A에 가스 분배기(1510)가 더 상세히 도시되어 있다. 가스 분배기(1510)는 스테인레스 강, 몰리브덴, 티타늄, 탄탈, 규소, 탄화규소 또는 그래파이트와 같은 고온 비자기 전도성 재료, 또는 석영, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소 또는 질화붕소/질화알루미늄 합성 재료와 같은 고온 절연성 재료로 이루어질 수 있 고, 0.100 내지 0.250 인치(약 2.54 내지 6.35 mm) 정도의 두께일 수 있지만 설계 요건에 따라 더 크거나 또는 더 작을 수 있는 디스크이다. 가스 분배기(1510)에 대한 임의의 하나의 재료의 바람직한 선택은 이온 공급원(1500)의 작동하는 화학적 성질(chemistry)을 갖는 재료의 친화성, 특정 클램핑 하드웨어의 선택 또는 스타일, 및 제조된 재료 오염물의 유형에 따른다. 가스 분배기(1510)의 표면으로부터 재료가 애노드(1512)의 중심 구멍(1572) 내에 지지된 플라즈마에 의해 스퍼터링되면, 몇몇 재료 오염물은 이온 공급원(1500)의 작동 동안 허용될 수 있다.

가스 분배기(1510)의 상부 주연 에지(1547)는 도시된 바와 같이 라운딩되거나 또는 경사(bevel)지게 될 수 있다. 상기한 바와 같이, 3개의 볼트 구멍들(1548)은 가스 분배기(1510) 내에 형성되고, 가스 분배기(1510)의 주연을 중심으로 그리고 그에 인접하게 등간격으로 이격된다. 가스 분배기(1510)를 열 제어판(1508)에 고정시키기 위해 원하는 대로 더 많거나 또는 더 적은 볼트 구멍들이 있을 수 있다. 볼트 구멍(1548)보다 더 큰 직경의 카운터보어(1549)는 가스 분배기 볼트(1548)를 가스 분배기(1510)에 고정시키는 너트(1544)를 수용하도록 크기 결정된 원통형 리세스를 형성하도록 볼트 구멍(1548) 각각의 주위에 형성된다. 카운터보어(1549)의 깊이는 너트(1544)가 가스 분배기(1510)의 상부면 위로 연장하지 않도록 너트(1544)의 두께를 수용하기에 충분히 깊다.

가스 분배기(1510)의 직경 및 볼트 구멍(1548)과 주연 주위의 관련 카운터보어(1549)의 위치는 애노드(1512)의 환형 리세스(1558)에 대해 선택될 수 있다. 가스 분배기(1510)의 직경은 볼트 구멍(1548)과 관련 카운터보어(1549)가 애노 드(1512)의 환형 리세스(1558)에 의해 섀도우 차폐(shadow-shield)될 수 있도록 할 수 있다. 애노드(1512)의 리세스(1558) 아래에 볼트 구멍(1548) 및 카운터보어(1549)를 위치시킴으로써, 볼트는 플라즈마의 호광 발생(arcing), 열 제어판(1508)에 대한 가스 분배기(1510)의 기계적인 부착의 열화, 또는 다른 문제들을 야기할 수 있는 코팅, 스퍼터 증착, 부식 및 오염으로부터 보호될 수 있다.

대안적으로, 카운터보어(1549)의 깊이는 가스 분배기 볼트(1542)가 열 제어판 내의 나사 구멍 내로 나사 결합되거나 또는 열 제어판의 하부측 상의 너트에 고정되는 일 실시예에서 가스 분배기 볼트(1542)의 헤드의 두께를 수용하기에 충분히 깊을 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 볼트 구멍(1548)은 나사식일 수 있고, 가스 분배기 볼트(1542)는 가스 분배기(1510)에 직접 고정될 수 있다. 이런 구성에서, 볼트 구멍(1548)은 탭핑된(tapped) 구멍 또는 탭핑된 관통 구멍을 가릴 수 있고, 상부면 내의 카운터보어(1549)는 필요하지 않다.

몇몇 실시예에서, 도23B에 도시된 방과 같이 소모성 구성요소 및 고정 구성요소를 포함하는 분할 구성요소들의 시스템으로 가스 분배기(1510')를 분할하는 것이 유리할 수 있다. 대부분의 용도에서, 이온 공급원 애노드 및 가스 분배기 근처에 형성되는 가스 방출(discharge)은 일반적으로 시간이 경과함에 따라 가스 분배기의 중심 표면 영역에 계속 깊어지는(ever deepenig) "사발 형상(bowl-shaped)"의 마모(wear) 트랙을 남기는 이온 스퍼터링을 통해 가스 분배기의 중심 상부 영역을 부식시킬 것이다. 도시된 바와 같이, 가스 분배기(1510')를 소모성 중심판 구성요소(1510a') 및 외주연 클램핑 링(1510b')으로 분할함으로써, 반복된 사용을 위해 외부 클램핑 링(1510b')을 보유하는 동안 정규적으로 계획된 예방 유지 보수 시에 중심판 구성요소(1510a')가 소모되고 교체될 수 있는 가스 분배기(1510')를 구성하는 부조립체 또는 시스템을 갖는 것이 가능하다.

중심판 구성요소(1510a')는 상부면과 하부면 사이에 가변 직경의 원형 디스크로서 형성될 수 있다. 제1 두께를 갖는 중심판 구성요소(1510a')의 상부(1591a)는 제2 두께의 하부(1591b)보다 더 작은 직경을 가질 수 있고, 이에 따라 중심판 구성요소(1510a')의 주연 주위에 제1 주연 레지(1547')를 형성한다.

클램핑 링(1510b')은 중심판 구성요소(1510a')의 하부(1591b)의 직경보다 더 큰 외경을 갖는 환형 링으로서 형성될 수 있다. 클램핑 링(1510b')의 내경은 제2 주연 레지(1549')를 형성하기 위해 상부에서의 더 작은 직경으로부터 하부에서의 더 큰 직경까지 단차질 수 있다. 클램핑 링(1510b')의 더 작은 내경은 중심판 구성요소(1510a')의 상부(1591a)의 직경을 수용하도록 크기 결정될 수 있고, 클램핑 링(1510b')의 더 큰 내경은 중심판 구성요소(1510a')의 하부(1591b)의 직경을 수용하도록 크기 결정될 수 있다. 따라서, 중심판 구성요소(1510a')의 제1 주연 레지(1547')는 주연 인터페이스를 따라 클램핑 링(1510b')의 제2 주연 레지(1549')와 정합한다.

주연 클램핑 링(1510b')에는 고정 볼트 상의 리세싱 너트에 대한 카운터보어를 갖는 장착 구멍이 형성될 수 있고, 주연 에지는 도23A의 가스 분배기에 대해 상기한 바와 같은 유사한 특징을 갖는다. 그러나, 클램핑 링(1510b')에는 대안적으로 클램핑 링(1510b')을 통해 밑에 위치한 열 제어판에 가스 분배기를 고정하는 장 착 나사를 수용하도록 나사식 관통 구멍(1548')이 형성된다.

중심판 구성요소(1510a')와 클램핑 링(1510b') 사이의 주연 인터페이스는 경사지거나 또는 중첩된 특징부 및 폐쇄 공차를 가질 수 있다. 이들 특징부들 및 공차들은 이온 공급원 조립체에 사용될 때 가스 분배기(1510') 구성요소의 열적 순환으로 발생할 수 있는 임의의 기계적 간섭 및 관련 반경 방향 재료 응력의 처리를 도울 수 있다. 기계적 인터페이스 특징부는 클램핑 힘을 유지하도록 설계될 수 있거나 또는 임의의 반경 방향 기계적 간섭으로부터 일부의 열팽창으로 인해 하향의 축방향 힘으로 힘을 전환하도록 설계될 수 있다. 축방향 힘은 중심판 구성요소(1510a') 및 외부 클램핑 링(1510b')과 임의의 밑에 위치한 열전달 시트 또는 열 제어판 사이의 양호한 열접촉의 유지를 돕는다. 중심판 구성요소(1510a') 및 외부 클램핑 링(1510b')이 상이한 열팽창 특성을 가질 수 있는 비유사 재료들로 제조될 때, 인터페이스 경계에서 이런 기계적인 클램핑 특징부는 클램핑 힘의 유지를 돕는다.

이런 가스 분배기 조립체(1510') 또는 시스템은 또한 사용되는 중심판 구성요소(1510a')의 비용 및 특성에 따른 설계 유연성을 제공할 수 있다. 분리식 주연 클램핑 링(1510b')을 재사용 구성요소로 함으로써 비용 절감이 실현될 수 있다. 주연 클램핑 링(1510b')은 비교적 더 비싼 재료, 예를 들어 탄탈, 티타늄, 텅스텐, 파이로리틱 그래파이트(pyrolytic graphite) 및 이상(uncommon) 소결된 세라믹으로 제조될 수 있는 소모성 중심판 구성요소(1510a')보다 덜 비싼 재료, 예를 들어 비자기성 스태인레스 강으로 제조될 수 있다.

도24에 제2 열전달 시트(1518)가 더 상세하게 도시되어 있다. 제2 열전달 시트(1518)는 일반적으로 압축성 그래파이트 포일 또는 다른 열전도성의 기계적으로 유연한 재료의 얇고 환형인 디스크이다. 이 예에서 그래파이트 포일은 전기 전도성이 있다. 그러나, 열전도성 엘라스토머를 포함하는 다른 전기 절연성 또는 전도성 재료가 이용될 수 있다. 다른 열전달 시트들과 같이, 압축성 그래파이트 포일로 이루어진다면 제2 열전달 시트(518)는 0.005 내지 0.030 인치(약 0.127 내지 0.762 mm) 정도의 두께일 수 있거나, 또는 설계 요구에 따라 더 크거나 더 작을 수 있다. 4개의 구멍들(1562)은 열전달 시트(1518)의 주연 에지에 인접하게 형성될 수 있다. 이들 구멍들(1562)은 제2 열전달 시트(1518)의 주연을 중심으로 등간격으로 이격될 수 있고, 애노드(1512) 내의 보어 구멍(1564)과 정렬된다. 내부 볼트(1522)가 궁극적으로 자극편(1514)과 결합하도록 냉각판(1508) 및 애노드(1512)를 통해 연장될 때, 내부 볼트(1522)는 제2 열전달 시트(1518) 내의 구멍들(1562)을 관통한다. 제2 열전달 시트(1518)에는 또한 애노드 전력 커넥터(1531)과 결부되도록 애노드(1512)로부터 하향으로 연장하는 전극(1529)을 수용하는 4개의 전극 구멍(1597)이 형성된다.

도25A 및 도25B에는 애노드(1512)가 더 상세하게 도시되어 있다. 애노드(1512)는 전기 전도성의 비자기성 재료, 예를 들어 스테인레스 강, 구리, 몰리브덴, 티타늄, 규소, 탄화규소 또는 그래파이트로 형성된 두꺼운 원통형 도넛형이다. 애노드(1512)의 중심 구멍(1572)은 애노드(1512)의 상부에서 하부까지 애노드(1512)의 내벽(1575)이 변화되기 때문에 하나 이상의 형상으로 형성될 수 있다. 내벽(1575)의 상부 섹션(1571)의 표면은 절두체 형상일 수 있고, 애노드(1512)의 상부에서 개구되는 넓은 직경으로부터 절두체 형상의 상부 섹션(1571)의 하부에서 개구되는 가장 좁은 직경까지 변화된다. 내벽(1575)의 표면 특징은 평탄하고 연속적일 수 있거나 또는 그 길이를 따라 표면 윤곽(축방향 및/또는 주연 방향)의 변화를 가질 수 있다.

내벽(1575)의 중간 섹션(1573)의 표면은 절두체 형상의 상부 섹션(1571)의 하부의 가장 좁은 직경과 동일한 직경을 갖는 원통형일 수 있다. 중간 섹션(1573의 직경은 가스 분배기(1510) 내의 원통형 리세스(1549)의 내부 에지 내에 새겨진 원의 직경보다 약간 더 작거나 또는 그와 동일할 수 있다.

내벽(1575)의 하부 섹션(1559)의 표면은 상기한 환형 리세스(1558)을 형성하기 위해 원통형 중간 섹션(1573)으로부터 가스 분배기(1510)의 직경보다 더 큰 직경까지 외향 하향으로 연장하도록 반경을 가지거나 또는 경사질 수 있다. 하부 섹션(1559)의 깊이(1557)는 가스 분배기(1510)의 상부와 애노드(1512) 사이에 분리 간격(1555)(도18 참조)이 있도록 가스 분배기(1510)의 두께보다 더 크다.

애노드(1512)의 하부면(1556)은 애노드(1512)의 외주연에서 립(lip, 1579)에 의해 경계지어진 환형 디스크를 형성하도록 약간 리세싱된다. 하부면(1556)의 주연은 애노드(1512)의 립(1579)이 열 제어판(1508)의 외벽에 인접하게 하향으로 연장하도록 열 제어판(1508)의 주연과 사실상 동일하다. 따라서, 애노드(1512)의 하부면(1556)은 열 제어판(1508)의 상부면(1521)과 결부되고, 립(1579)은 애노드(1512) 및 열 제어판(1508)과 정렬되도록 열 제어판(1508)의 외벽과 접촉하여 그 들 사이의 측방향 이동을 방지한다.

도25A 및 도25B에 도시되고 상기한 바와 같이, 애노드(1512)에는 내부 볼트(1522)가 관통하는 4개의 보어(1564) 세트가 형성된다. 보어(1522)의 상부 섹션(1566)은 절연 칼럼(1526)의 더 큰 직경을 수용하도록 하부 섹션(1561)보다 더 큰 직경일 수 있다. 상부 섹션(1566)은 또한 절연 칼럼(1526)보다 더 큰 직경일 수 있다. 절연 칼럼(1526)과 사실상 동일한 직경의 중간 섹션(1565)은 내부에 절연 칼럼(1526)이 원활하게 끼워 결합되는 상부 섹션(1566)과 하부 섹션(1561) 상이의 보어(1564) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 중간 섹션(1565)은 상부 섹션(1566)보다는 더 작고 하부 섹션(1561)보다는 더 큰 직경을 가지고, 이에 따라 보어 구멍(1564) 내에 단차식 레지 세트가 형성된다.

보어(1564)의 하부 섹션(1561)은 도한 내부 볼트(1522)보다 더 큰 직경을 갖지만, 내부 볼트(1522)는 절연 칼럼(1526)의 샤프트 내에 원활하게 끼워 결합된다. 이런 방식으로, 내부 볼트(1522)는 보어(1564) 내에 중심 결정되고, 애노드(1512)를 통해 보어(1564)의 내벽으로부터 이격되고, 이에 따라 보어(1564)의 내벽으로부터 절연된다. 내부 볼트(1522)는 애노드(1512)와 내부 볼트(1522)가 부착되는 캐소드(1540)를 지지하는 자극편(1514)의 대향 전하(charge)와 극성 사이의 단락을 방지하기 위하여 애노드(1512) 내의 보어(1564)로부터 절연되고 분리된다. 동심의(concentric) 중간 및 상부 보어 섹션(1565, 1566)은 절연 칼럼(1526)의 외측면과 애노드(1512)의 상부 보어 섹션(1566) 사이의 길이 대 분리 간격 비율이 큰 단차식 환형 공간(1553)을 형성한다. 이러한 큰 비율을 갖는 환형 공간(1553)은 정 상 작동 동안 발생할 수 있고, 이에 따라 상이한 전위를 갖는 애노드(1512)와 자극편(1514) 사이에 전기 전도성 경로를 초래하는 절연 칼럼(1526)의 길이를 따른 전도성 코팅을 방지하기 위해 섀도우 차폐로서 기능할 수 있다.

애노드(1512)에는 애노드(1512)의 하부면(1556)으로 개구되고 애노드(1512)의 외주연에 인접하며 2개의 보어 구멍들(1564) 사이에 위치 결정된 전극 리셉터클(1567)이 더 형성된다. 도18에 전극 리셉터클(1567)이 잘 도시되어 있다. 전극 리셉터클(1567)은 인접한 한 쌍의 보어 구멍들(1564) 사이에 위치 결정될 수 있다. 도18 및 도25A에 도시된 예시적인 실시예에서, 전극 리셉터클(1567)은 인접한 한 쌍의 다른 보어 구멍보다 하나의 보어 구멍에 더 가깝게 위치 결정된다. 전극 리셉터클(1567)은 애노드 전극(1529)이 전극 리셉터클(1567) 내로 나사 결합되는 것을 허용하도록 나사식일 수 있다. 애노드 리셉터클(1567)은 애노드(1567)의 두께를 관통해 중도까지만 연장될 수 있다. 전극 리셉터클(1567)과 유체 연통하는 더 작은 직경의 전극 벤트부(electrod vent, 1569)는 애노드(1512)의 상부면 내에 개구를 형성하도록 전극 리셉터클(1567) 위로 연장될 수 있다. 작동 동안에 이온 공급원(1500)이 진공 상태에 위치될 때, 전극 벤트부(1569)는 공기 또는 다른 가스가 전극 리셉터클(1567)로부터 배출되도록 허용한다.

도26A 및 도26B에는 자극편(1514)이 더 상세하게 도시되어 있다. 애노드(1512)와 유사하게, 자극편(1514)은 원통형인 도넛형이지만, 애노드(1512)만큼의 두께는 아니다. 자극편(1514)은 자기 투과성 재료, 예를 들어 400 시리즈 스테인레스 강으로 형성될 수 있다. 자극편(1514) 중심 구멍(1509)은 자극 편(1514)의 내벽(1515)에 의해 형성되고, 이는 절두체 형상이고 자극편(1514)의 상부에서 개구되는 넓은 직경으로부터 자극편(1514)의 하부에서 개구되는 가장 좁은 직경까지 전환된다. 자극편(1514)의 하부에서의 중심 구멍(1509)의 직경은 애노드(1512)의 상부에서의 중심 구멍(1572)의 직경의 크기에 근접할 수 있다.

자극편(1514)의 상부면(1574)은 립(1517)을 형성하도록 자극편(1514)의 원통형 외벽(1511) 이상으로 연장된다. 립(1517)은 애노드 섹션(1550) 및 베이스 섹션(1552)의 구성요소들을 덮는 이온 공급원(1500)의 측벽(도면들에서는 미도시) 위에 걸쳐진다. 외벽(1511)에서 측정된 자극편(1514)의 외경은 냉각판(1506) 및 앵커판(1505)보다 약간 더 큰 직경이다.

도26A 및 도26B에 도시되고 상기한 바와 같이, 자극편(1514)에는 내부 볼트(1522)가 고정되는 4개의 나사 구멍(1528) 세트가 형성된다. 나사 구멍들(1528)은 자극편(1514) 내의 중심 개구(1509)가 형성된 내벽(1515)의 상부 에지를 중심으로 그리고 그에 인접하게 등간격으로 이격된다. 나사 구멍(1528)의 나사식 상부 섹션(1587)은 하부 섹션(1583)보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 하부 섹션(1583)은 또한 절연 칼럼(1526)보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 절연 칼럼(1526)과 사실상 동일한 직경의 중간 섹션(1585)은 내부에 절연 칼럼(1526)이 원활하게 끼워 결합되는 상부 섹션(1587)과 하부 섹션(1583) 사이의 나사 구멍(1528) 각각에 형성될 수 있다. 중간 섹션(1585)은 상부 섹션(1587)보다 더 크고 하부 섹션(1583)보다 더 작은 직경을 가질 수 있고, 이에 따라 나사식 보어 구멍(1528) 내에 단차식 레지 세트가 형성된다.

동심의 중간 및 하부 보어 섹션(1585, 1583)은 절연 칼럼(1526)의 외측면과 자극편(1514) 내의 구멍(1528)의 하부 섹션(1583) 사이의 길이 대 분리 간격 비율이 큰 단차식 내부 환형 공간(1568)을 형성한다. 이러한 큰 비율을 갖는 환형 공간(1568)은 정상 작동 동안에 발생할 수 있으며, 이에 따라 상이한 전위를 갖는 애노드(1512)와 자극편(1514) 사이에 전기 전도성 경로를 초래할 수 있는 절연 칼럼(1526)의 길이를 따른 전도성 코팅을 방지하기 위해 섀도우 차폐로서 기능할 수 있다.

자극편(1514)에는 또한 자극편(1514)의 주연을 중심으로 등간격으로 이격된 제2 보어(1532) 세트가 형성된다. 보어들(1532) 각각은 도26A 및 도26B에 도시된 바와 같이 나사식 보어들(1528) 중 하나의 나사식 보어(1528)와 방사상으로 정렬되지만, 보어(1532) 및 나사식 보어(1528)는 그런 정렬이 필요하지 않다. 보어(1532)는 애노드(1512)의 외벽 외측에 외부 볼트(1524)를 위치 결정하도록 애노드(1512)의 외경보다 더 큰 직경만큼 이격된다. 보어(1532)는 자극편(1514)의 상부면(1574)으로 개구된 상부 섹션(1589)을 관통하는 더 큰 직경의 카운터보어로 형성된다. 상부 섹션(1589)의 직경 및 깊이는 보어(1532) 내에 삽입된 외부 볼트(1524)의 헤드가 자극편(1514) 내에 리세싱되는 것을 허용하도록 크기 결정된다. 상부 섹션(1589)에 형성된 카운터보어는 외부 볼트(1524)의 헤드가 고정되는 보어(1532) 내에 레지(1577)를 형성한다.

자극편(1514)에는 캐소드 요소(1540)를 지지하는 캐소드 포스트(1539)와 결합하는 한 쌍의 포스트 구멍들(1513)이 더 형성된다. 포스트 구멍들(1513)은 자극 편(1514) 상에서 서로 대칭적으로 대향되게 위치 결정되고 있고, 애노드(1512)의 외경보다 더 큰 직경에서 서로 이격될 수 있다. 포스트 구멍들(1513)은 도26A에 도시된 바와 같이 인접 보어들(1532) 사이에 등간격으로 이격될 수 있거나, 또는 그렇지 않으면 포스트 구멍들(1513)은 자극편(1514) 주위에 위치 결정될 수 있다.

자극편(1514)에는 캐소드 요소(1540) 대신에 중공의 캐소드 전자 공급원(미도시)을 이온 공급원(1500)에 부착시키는 한 쌍의 장착 구멍들(1519)이 추가적으로 형성될 수 있다. 도15 및 도16에 도시된 바와 같이, 캐소드 요소(1540)가 사용될 때, 장착 구멍들(1519)은 단지 한 쌍의 캡 나사들(1507)에 의해 폐쇄될 수 있다. 장착 구멍들(1519)은 도시된 바와 같이 임의의 2개의 인접 보어들(1532) 사이에 위치 결정될 수 있지만, 장착 구멍들(1519)은 또한 단일 보어(1532)의 각각의 측부 상에 위치 결정될 수도 있다. 포스트 구멍들 중 한 쌍의 측면 위치(flanking) 포스트 구멍이 이미 없는 2개의 인접한 보어 구멍들(1532) 사이에 장착 구멍들(1519)이 위치 결정되는 것이 바람직할 수 있지만, 이는 이 경우에는 필요하지 않다. 대안적으로, 장착 구멍들은 애노드 조립체(1550)가 제공될 때 제자리에 남아 있을 수 있는 중공의 캐소드 전극 공급원을 지지하기 위해 베이스(1502) 상에 있을 수 있다.

도27에는 제거식 애노드 조립체(1650)을 갖는 이온 공급원(1600)의 저전력형의 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 이온 공급원(1600)은 사실상 원통형인 자석(1604)을 지지하는 베이스(1602) 상에 제조된다. 도15 내지 도18의 고전력 이온 공급원과 대조되게, 저전력 이온 공급원(1600)은 냉각판을 갖지 않지만 대신에 열 구획판(1606)을 가짐을 주목하라. 열 구획판(1606)은 베이스(1602) 위에 그리고 자석(1604) 주위에 위치 결정되고, 여러 스탠드오프 포스트들(1641)에 의해 지지된다. 애노드 조립체(1650)는 열 구획판(1606) 상에 지지된다. 본체(1603)는 베이스 조립체(1652) 및 애노드 조립체(1650)를 둘러싸고, 상부에서 자극편(1614)과 결부되고 하부에서 베이스(1602)와 결부된다.

저전력 이온 공급원(1600)의 애노드 조립체(1650)는 주로 열 제어판(1608), 가스 분배기(1610), 애노드(1612) 및 자극편(1514)으로 구성된다. 애노드 조립체(1650)는 이온 공급원(1600)의 베이스 조립체(1652)의 일부로 간주되는 열 구획판(1606)에 의해 지지된다. 열 제어판(1608)은 가스 분배기(1610) 및 애노드(1612)를 더 지지한다. 자극편(1614)은 애노드(1612)와 자극편(1614) 사이의 전기적 절연을 보장하도록 애노드(1612) 위에 장착되고 애노드(1612)로부터 분리된다.

애노드를 능동적으로(actively) 냉각시키기 보다는 오히려, 애노드(1612)로부터 자석(1604)까지의 열전달을 감소시키도록 열 구획판(1606)이 열 차단부(barrier)로서 작용한다. 따라서, 열 구획판(1606)은 도15 내지 도18의 고전력 능동 냉각식 이온 공급원(1500)에 사용된 냉각판 및 열전달 시트와 관련된 추가 비용 및 복잡성 없이 이 저전력형 이온 공급원(1600) 내의 자석(1604)의 온도를 안전하게 제한하도록 작용한다.

저전력 이온 공급원(1600)의 열 제어판(1608), 가스 분배기(1610), 애노드(1612) 및 자극편(1614)은 도15 내지 도18의 고전력 이온 공급원(1500)의 상응하 는 구성요소들과 동일한 설계이고 동일한 방식으로 조립된다. 그러나, 저전력 이온 공급원(1600)에서는, 이들 구성요소들 사이에 열전달 시트들이 개재되지 않는다. 애노드(1612)로부터 열 제어판(1608)을 통해 열 구획판(1606)으로 그리고 가스 분배기(1610)로부터 열 제어판(1608)을 통해 열 구획판(1606)으로 열전도를 향상시키기 위한 기계적으로 유연한 열전달 시트 없이, 열전도를 통해 자석(1604)으로의 열전달은 상당히 제한될 수 있다. 따라서, 열 구획판(1606)은 애노드(1612)와 자석(1604) 사이에 열 분리부 또는 열 차단부를 제공할 수 있다.

높은 양의 전위의 애노드(1612)와 접지 전위인 열 구획판(1606) 사이에 전기적 절연을 제공하는 것이 열 제어판(1608)의 일 기능임을 주목하라. 열 제어판(1608)의 다른 목적은 작동 가스가 애노드(1612)와 열 제어판(1608) 사이에서 누출되는 것을 방지하는 것이다. 열 제어판(1608)은 또한 가스 덕트(1634)를 통해 주입된 작동 가스가 애노드(1612)와 열 구획판(1606) 사이의 간극을 완전히 채움으로써 애노드(1612)의 외측 뒤로 그리고 애노드(1612)의 외측 주위로 통과하지 못하게 하는 것을 보장한다. 이들 기능들은 유사한 구성요소, 즉 도15 내지 도18에서의 이온 공급원(1500)의 열 제어판(1508)의 기능들과 유사하다. 그러나, 유사한 열 제어판(1508)과 대조되게, 이 저전력 이온 공급원(1600)의 열 제어판(1608)은 실제로 이를 개선하는 것보다는 오히려 열전달을 더 제한하려고 기능한다.

열 구획판(1606)은 스테인레스 강 또는 구리와 같은 비자기성 재료로 이루어질 수 있고, 이것에는 열 냉각판(1606)의 하부 측상에 중심 결정된 원통형 리세스(1686)이 더 형성된다. 또한, 자석(1604) 및 스탠드오프(1641)의 길이들은 조립 될 때 작은 공동(1688)이 자석(1604)의 단부와 리세스(1686) 사이에 형성되도록 한다. 베이스(1602)가 자기성 재료로 형성되기 때문에 공동(1688)은 하부보다는 오히려 자석의 상부 단부에 있고, 이에 따라 자석(1604)은 베이스(1602)를 끌어당겨 베이스(1602)와 직접 접촉하도록 남아 있다. 따라서, 형성된 원통형 리세스(1686) 및 공동(1688)은 열 구획판(1606)으로부터 자석(1604)까지의 열전달을 더 제한하도록 작용한다. [이는 또한 고전력 이온 공급원(1500)에서도 사실임을 주목하라.]

상기한 바와 같은 열 구획판(1606)의 설계 및 기계적으로 유연한 열전달 시트 없이 사용하는 것은 단지 저전력 이온 공급원(1600)에 대해 설계된 열구획 구성의 일 실시예이다. 다른 실시예들은 열전도에 이용 가능한 표면적을 감소시킴으로써 이들 구성요소들 사이의 열전도를 향상시키기 보다는 오히려 더 제한하도록 열 구획판(1606), 열 제어판(1608) 및/또는 애노드(1612)의 정합면 상에 표면 조직 및/또는 기계 가공된 패턴의 사용을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

추가적인 실시예는 다른 실시예들에서의 단일 열 제어판 대신에 도28의 애노드 조립체(1650')에 도시된 바와 같이 복합 조립체로서 열 제어판(1608')을 제조하도록 전기 절연성 재료로 이루어진 2개 이상의 복수개의 적층된 시트들 또는 층들(1608a', 1608b')의 사용을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

층들(1608a', 1608b')로 형성된 재료는 예를 들어 고온 세라믹, 석영 또는 탄화규소 시트 또는 판(위에서 기술함) 및/또는 융합된 운모 또는 규토 시트들일 수 있다. 열 제어판(1608')을 위한 임의의 이런 복합 조립체는 가스 유동을 지향하고 애노드(1612')의 중심 하부 개구 내로 유입된 가스의 주입을 용이하게 하는 가스 분배기(1610') 뒤에 가스 플리넘[즉, 도14의 가스 플리넘(1436)과 유사함]을 형성하기 위해 가스 분배기(1610')와 관련하여 사용될 수 있다. 층들(1608a', 1608b') 중 상부층(1608a')은 리세스를 형성할 수 있거나 또는 열 제어판(1608')과 가스 분배기(1610') 사이에 가스 플리넘을 형성하도록 보이드(void)를 형성하도록 링 형상일 수 있다. 이 실시예에서, 가스 분배기(1610')는 단지 애노드(1612')의 하부 내의 리세스 내에 끼워 결합될 수 있고, 애노드(1612')와 열 제어판(1608') 사이의 제자리에 개재될 수 있다.

열 제어판(1608)의 이 대안적인 복합 구조는 (예를 들어 유체 냉각 없이) 저전력형 이온 공급원에서 잘 작용한다. 저전력 이온 공급원에서, 열 제어판(1608')의 복합 조립체는 애노드(1612')에 유입 가스를 지향하도록 임의의 유형의 전기 플로팅(floating) 가스 분배기(1610')를 통해 [예를 들어, 가스 분배기(1610') 내의 가스 경로 구멍(1611')을 통해] 그리고 그 주위로 가스를 지향하기 위한 필수 구조를 제공할 수 있지만, 애노드(1612') 및 가스 분배기(1610')로부터 열 구획판까지의 에너지의 전도성 또는 복사성 열전달을 제한한다.

다른 실시예에서, 복사 차단부는 상기한 열전달 시트와는 서로 독립적으로 또는 열전달 시트와 일체로 사용될 수 있다. 이런 복사 차단부는 애노드(1612) 및 자석(1604)로부터 열 제어판(1608), 가스 분배기(1610) 및 열 구획판(1606)을 포함하는 다양한 개재 구성요소들을 통해 복사 열전달을 제한하는데 사용될 수 있다. 이런 복사 차단부는 임의의 개재 부품의 표면 상에 얇고 조직화된 금속 포일 복사 차폐부 및/또는 고반사, 저복사성 표면 등과 같은 표준 방사 열 구획 기술을 포함 할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

이런 복사 차폐부의 특정 예는 도20, 도22 및 도24에 도시된 임의의 열전달 시트의 크기 및 형상인 얇은 반사성 금속 포일 시트일 수 있다. 이들 반사성 시트들은 표면 접촉을 제한하기 위하여 널링(knurling) 가공되거나 딤플링(dimpling) 가공되거나 또는 그렇지 않으면 상승되고 조직화된 표면을 가질 수 있고, 이에 따라 시트에 대해 열전도성을 최소화한다. 이런 복사 차폐부 각각은 통상적으로 대략 50%의 복사 열전달을 감소시킬 수 있다. 또한, 이런 금속 포일 복사 차폐부는 공동(1688) 내에 도입될 수 있다. 자석(1604) 및/또는 베이스(1602)의 냉각을 수동적으로 향상시키기 위해서, 예를 들어 본체(1603)를 천공함으로써, 자석(1604)의 표면의 복사율을 증가시킴으로써 및/또는 베이스(1602)에 복사 핀을 추가함으로써 복사 냉각을 향상시키는 다양한 방법들이 설계될 수 있다.

도27에 도시된 바와 같이, 가스 분배기(1610)는 3개의 볼트(1642) 세트 및 상응하는 너트들(1644)에 의해 열 제어판(1608)에 부착된다. 애노드(1612)는 4개의 내부 볼트(1622) 세트를 이용하여 열 제어판(1608) 및 자극편(1614) 모두에 볼트 결합된다. 자극편(1614)에는 내부 볼트(1622)의 나사식 단부를 수용하도록 설계된 4개의 나사식 보어(1628) 세트가 형성된다. 마찬가지로, 애노드(1612)에는 자극편(1614)과 결합하기 위해 내부 볼트(1622)가 관통하는 4개의 보어(1664) 세트가 형성된다. 관형 절연 칼럼(1626)은 내부 볼트들(1622)이 애노드(1612) 내의 보어들을 관통할 때 각각의 내부 볼트(1622)의 일부를 둘러쌀 수 있다. 보어들(1664)은 내부 볼트들(1622)보다 더 큰 직경을 갖지만, 내부 볼트들(1622)은 절 연 칼럼(1626)의 샤프트 내에 원활하게 끼워 결합된다. 이런 방식으로, 내부 볼트들(1622)은 보어들(1664) 내에 중심 결정되고, 애노드(1612)를 통해 보어들(1664)의 내벽으로부터 이격되고, 이에 따라 보어들(1664)의 내벽으로부터 절연된다.

내부 볼트들(1622)은 또한 열 제어판(1608) 내의 상향 관통 구멍들(1670)을 통과한다. 내부 볼트들(1622)의 헤드는 열 제어판(1608)의 하부면(1660)과 결부된다. 내부 볼트들(1622)이 자극편(1614) 내에 조여질 때, 함께 애노드 조립체(1650)를 형성하기 위해 이에 따라 내부 볼트들(1622)은 부착된 가스 분배기(1610), 애노드(1612) 및 자극편(1614)과 열 제어판(1608)을 유지한다. 따라서, 열전도성이 있는 동안 열 제어판(1608)은 그렇지 않으면 모든 애노드 조립체(1650) 구성요소들의 연결하는 내부 볼트들(1622)에 의해 전기적으로 연결되는 자극편(1614)으로부터 애노드(1612)를 절연하는 절연 칼럼과 관련하여 또한 전기적으로 절연된다. 예시적인 열 제어판(1608)은 주로 질화붕소로 구성된 세라믹일 수 있다.

애노드 조립체(1650)는 4개의 외부 볼트(1624) 세트에 의해 이온 공급원 베이스 조립체(1652)에 부착된다. 외부 볼트들(1624)은 자극편(1614)의 주연을 중심으로 등간격으로 이격된 4개의 보어(1632) 세트를 통해 연장된다. 외부 볼트들(1624)은 애노드(1612)의 외벽에 인접하게 하향으로 연장되지만, 애노드(1612)의 외벽으로부터 이격된다.

4개의 구멍(1638) 세트는 열 구획판(1606) 내에 형성되고, 열 구획판(1606)의 주연을 중심으로 등간격으로 이격된다. 구멍들(1638) 각각에는 구멍들(1638)을 통해 외부 볼트들(1624)의 안내를 돕도록 열 구획판(1606)의 상부면에 인접한 절두체 형상의 카운터싱크(1633)가 형성된다. 구멍들(1638) 각각의 하부(1645)는 나사식이다. 외부 볼트(1624) 각각은 열 구획판(1606) 내의 나사 구멍들(1645) 중 하나의 나사 구멍(1645) 내에 고정되고, 이에 따라 애노드 조립체(1650)가 베이스 조립체(1652)에 고정된다.

임의의 정도의 상세한 사항 또는 하나 이상의 개별 실시예들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고 개시된 실시예들에 많은 변경들이 가능하다. 모든 지향성 기준(예를 들어, 인접하는, 말단의, 상부의, 하부의 상향의, 하향의, 좌측의, 우측의, 측방향의, 전방의, 후방의, 상부의, 하부의, 위로, 아래로, 수직의, 수평의, 시계 방향으로 그리고 반시계 반향으로)은 단지 본 발명의 독자들의 이해를 돕기 위한 목적으로만 사용되고, 본 발명의 위치, 배향 또는 사용에 특별히 제한하려는 것은 아니다. 연결 기준[예를 들어, 부착된, 결부된, 연결된(coupled), 연결된(connected) 그리고 결합된(joined)]은 넓게 해석되어야 하고, 다른 지시가 없으면 수집된 요소들 간의 중간 부재들 및 요소들 간의 상대적인 이동을 포함할 수 있다. 이처럼, 연결 기준은 2개의 요소들이 서로에 대해 직접 연결되거나 또는 고정되는 것으로 추론될 필요는 없다. 상기의 설명에 포함되거나 또는 첨부 도면들에 도시된 모든 사항은 단지 예시로서 해석되어야 하고 제한하려는 의도는 아니다. 이하의 청구들에 정의된 바와 같이, 본 발명의 기본적인 요소들로부터 벗어나지 않고 상세 및 구조의 변경이 이루어질 수 있다.

Claims

베이스 조립체를 갖는 이온 공급원용 제거식 애노드 조립체이며,

제거식 애노드 조립체는,

베이스 조립체에 제거 가능하게 부착된 자극편과,

열 제어판과,

열 제어판에 제거 가능하게 부착된 가스 분배기와,

열 제어판 및 자극편에 제거 가능하게 부착되고 자극편으로부터 전기적으로 절연된 애노드를 포함하며,

애노드와, 가스 분배기와, 열 제어판은, 가스 분배기의 외주부 둘레에서 가스 분배기와 애노드 사이에 가스를 위한 체적을 갖는 환형 리세스를 조립체 내에 형성하고,

애노드와, 가스 분배기와, 열 제어판 사이의 인터페이스들은 베이스 조립체로부터 애노드 조립체로 유입된 임의의 가스를 포함하고, 애노드의 개방 단부로부터 가스가 가속되기 전에 애노드, 가스 분배기 및 열 제어판에 의해 경계 지어진 체적으로부터 가스가 누출되는 것을 방지하며,

베이스 조립체로부터 자극편을 제거할 때, 자극편, 열 제어판, 가스 분배기 및 애노드는 일체의 조립체로서 이온 공급원으로부터 분리될 수 있는 제거식 애노드 조립체.
제1항에 있어서, 가스 분배기와 열 제어판 사이에 제1 열전도성 열전달 시트를 더 포함하는 제거식 애노드 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 애노드와 열 제어판 사이에 제2 열전도성 열전달 시트를 더 포함하는 제거식 애노드 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 열 제어판과 베이스 조립체 사이에 제3 열전도성 열전달 시트를 더 포함하는 제거식 애노드 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 열 제어판은 전기 절연성 재료를 더 포함하는 제거식 애노드 조립체.
제5항에 있어서, 애노드의 리세스에 제거 가능하게 부착되고, 제2 열전달 시트 내에 형성된 제1 전극 구멍을 통해, 열 제어판 내에 형성된 제2 전극 구멍을 통해 그리고 제3 열전달 시트 내에 형성된 제3 전극 구멍을 통해 애노드의 하부면 아래로 연장되는 애노드 전극을 더 포함하는 제거식 애노드 조립체.
제2항에 있어서, 제1 열전도성 열전달 시트는 전기 절연성인 제거식 애노드 조립체.
제2항에 있어서,

열 제어판에는 상부면 및 하부면을 갖는 디스크가 더 형성되고,

디스크에는 디스크의 하부면에 인접한 이온 공급원의 베이스 조립체 내의 가스 포트와 결부되도록 위치 결정되고 애노드 조립체 내의 디스크의 상부면에 인접한 열전달 시트 아래로 디스크의 상부면이 나오게 하도록 추가로 위치 결정된 가스 덕트가 형성되며,

디스크에는 가스 덕트로부터 가스 덕트의 방사상 외향의 위치로 진행되는 상부면 내의 적어도 하나의 채널이 형성되는 제거식 애노드 조립체.
제1항에 있어서,

가스 분배기는 상부면 및 하부면을 갖는 디스크를 더 포함하고,

디스크에는 고정 볼트들의 수용을 위한 적어도 2개의 구멍들이 형성되고,

애노드는 도넛 형상이며,

디스크 내의 적어도 2개의 구멍들은 적어도 2개의 구멍들이 도넛 형상의 애노드의 내경 외측에 위치 결정되도록 도넛 형상의 애노드에 대해 위치 결정되는 제거식 애노드 조립체.
제1항에 있어서,

애노드는 도넛 형상이고,

가스 분배기는 도넛 형상의 애노드의 내경 내에 끼워 결합되도록 크기 결정되며, 도넛 형상의 애노드와 열 제어판 사이에서 애노드 조립체 내에 고정되고,

열 제어판에는 열 제어판의 하부면에 인접한 이온 공급원의 베이스 조립체 내의 가스 포트와 결부되도록 위치 결정되고 가스 분배기 아래로 열 제어판의 상부면이 나오게 하도록 추가로 위치 결정된 가스 덕트가 형성되며,

가스 분배기 및 열 제어판의 상부면 아래에 가스 플리넘(plenum)이 형성된 제거식 애노드 조립체.
제10항에 있어서, 열 제어판의 상부면에는 열 제어판과 가스 분배기 사이에 가스 플리넘을 형성하기 위해 리세스가 형성된 제거식 애노드 조립체.
제10항에 있어서, 가스 분배기에는 가스 플리넘으로부터 도넛 형상의 애노드에 의해 형성된 중심 공동으로 가스가 관통할 수 있는 하나 이상의 가스 경로 구멍들이 형성된 제거식 애노드 조립체.
제1항에 있어서, 열 제어판은 하나 이상의 전기 절연성 재료들로 이루어진 2개 이상의 층들로 형성된 제거식 애노드 조립체.
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