KR20210067747A - 이온빔 발생 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 내부 공간을 가지며 상면이 개방되고, 내부 공간으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급홀들을 갖는 케이싱, 케이싱의 상면에 배치되고, 케이싱이 내부 공간을 노출하는 개구를 갖는 음극, 및 케이싱의 내부 공간에 음극과 이격되도록 배치되며, 음극의 저면과 대향하는 상면을 갖는 양극을 포함하여 구성되고, 음극에 의해 형성되는 전기장과 양극과 음극 사이의 전기장에 의해 공급되는 가스를 이온화하여 개구로 이온빔을 방출하는 이온빔 발생 장치에 관한 것으로서, 이 발명의 이온빔 발생 장치는, 양극은 음극의 저면과 대향하는 상기 상면을 갖는 제1 양극부와 냉각수가 유통되는 냉각 채널이 마련되고 제1 양극부의 하부에 배치되는 제2 양극부를 포함하며, 제1 양극부와 제2 양극부는 서로 분해 가능하게 결합되고, 제2 양극부에는 케이싱을 관통하여 냉각 채널에 냉매가 유입되는 유입구 및 냉각 채널로부터 냉매가 유출되는 유출구가 배치되는 것이다.

Description

이온빔 발생 장치{Ion Beam Generating Device}

이 발명은 이온빔 발생 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 서로 대향하는 한쌍의 음극과 양극 사이에 전기장이 형성되고 한쌍의 음극 사이에는 자기장이 형성되어 이 공간에 주입되는 가스가 이온화하여 음극 사이의 이온 방출 간극으로 이온빔을 방출하도록 구성되는 이온빔 발생 장치에 관한 것이다.

임플란팅(implanting), 스퍼터링(sputtering), 식각(reactive ion etching), 증착(deposition) 및 표면처리 등에 이온빔이 널리 이용되고 있고, 최근에는 소재의 연속 처리 및 대면적 처리를 위한 선형 이온빔 소스 및 공정기술이 개발되고 있다.

이온빔을 발생하는 장치는 전기장과 자기장이 수직으로 교차하는 구조를 형성하기 위한 전극으로 구성되어 있다. 이온빔 발생 장치에 배치되는 영구자석 혹은 전류가 인가되는 코일에 의해 발생되는 자기장은 전압이 인가되는 양극과 접지 상태인 음극 간에 발생하는 전기장과 수직으로 교차한다.

수직으로 교차하는 전자기장 내에서 전하를 띈 입자는 로렌츠 힘에 의해 힘을 받아 운동하게 된다. 하전 입자가 운동하는 경로가 폐회로 운동(Closed Drift)을 할 수 있게 되면 일정 공간에 하전 입자를 가둘 수 있다. 일반적으로 질량이 작은 전자는 전자기장에 구속되며, 회전운동을 하면서 중성입자와 충돌하여 이온 및 전자를 발생시킨다.

이렇게 발생된 전자는 다시 이온화에 기여하여 방전을 유지시키며, 발생된 이온은 전자에 비해 질량이 자기장에 구속되지 않고 전기장에 의해 가속되어 인출된다. 선형 이온빔을 발생시키는 방법 중 폐회로 운동 원리를 이용한 다양한 선형 이온빔 발생 장치가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 이온빔 발생 장치에 대해서는 이 출원의 출원인이 출원하여 등록된 대한민국 특허 제1188604호(문헌 1)와 대한민국 특허 제1495424호(문헌 2) 및 미국 특허 제7718983호(문헌 3) 등의 다양한 문헌에서 전극 구조 등을 개시하고 있다.

그러나, 이러한 폐회로 운동 원리를 이용하는 이온빔 발생 장치는 장시간 사용할 경우 인출되는 이온빔에 의해 음극이 식각되고 음극과 대면하는 양극의 표면이 오염되는 문제가 있다. 따라서, 음극은 교체의 필요성이 발생하며, 양극은 일정 시간 사용후에 장치로부터 분해하여 오염 물질을 세척하여야 한다.

그런데, 이온빔 발생 장치에서 음극들과 양극 및 이들이 수용되는 케이싱에는 이온빔 발생 시에 발생하는 열에 의한 온도 상승을 억제하기 위한 냉매가 순환하고, 냉매를 공급하기 위한 도관들이 연결되어 있다.

예컨대, 문헌 2에서 개시하는 이온 빔 소스에서는 양극을 케이싱에 지지하는 지지 구조물을 관통하여 양극 내에 형성된 냉매 순환로에 냉매가 공급되므로, 양극을 세척하려는 경우에 지지 구조물에 결합된 냉매 공급 도관을 분리하고 양극 구조물을 분해하여야 케이싱으로부터 양극이 분리되어 세척 작업을 할 수 있게 된다.

이러한 분리 및 재조립은 상당한 시간이 소요되므로 이온빔 발생 장치의 유지 보수를 어렵게 하고 유지 비용을 높이는 요인이 된다.

문헌 1: 대한민국 특허 제1188604호 문헌 2: 대한민국 특허 제1495424호 문헌 3: 미국 특허 제7718983호

이 발명은 종래 기술의 이온빔 발생 장치의 문제점을 고려하여 양극의 유지 보수가 용이한 구성의 이온빔 발생 장치를 제공하려는 것이다.

구체적으로, 이 발명은 운전 과정에서 오염 물질이 부착되는 양극의 표면, 즉 음극과 대면하고 방전 공간이 형성되는 양극의 표면의 세척이 용이하도록 분해 및 조립이 용이한 구성의 이온빔 발생 장치를 제공하려는 것이다.

전술한 이 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내부 공간을 가지며 상면이 개방되고, 내부 공간으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급홀들을 갖는 케이싱, 케이싱의 상면에 배치되고, 케이싱이 내부 공간을 노출하는 개구를 갖는 음극, 및 케이싱의 내부 공간에 음극과 이격되도록 배치되며, 음극의 저면과 대향하는 상면을 갖는 양극을 포함하여 구성되고, 음극에 의해 형성되는 전기장과 양극과 음극 사이의 전기장에 의해 공급되는 가스를 이온화하여 개구로 이온빔을 방출하는 것인 이 발명에 따른 이온빔 발생 장치에 의해 달성된다.

이 발명의 이온빔 발생 장치는,

양극은 음극의 저면과 대향하는 상기 상면을 갖는 제1 양극부와 냉각수가 유통되는 냉각 채널이 마련되고 제1 양극부의 하부에 배치되는 제2 양극부를 포함하며,

제1 양극부와 제2 양극부는 서로 분해 가능하게 결합되고, 제2 양극부에는 케이싱을 관통하여 냉각 채널에 냉매가 유입되는 유입구 및 냉각 채널로부터 냉매가 유출되는 유출구가 배치되는 것이다.

이러한 구성에 따른 이온 빔 발생 장치는 양극과 음극 사이에 형성되는 전기장과 자기장에 의해 내부 공간으로 공급되는 가스가 이온화하여 개구를 통해 이온빔으로서 방출된다.

이러한 이온빔의 생성 과정에서 음극과 대면하는 양극의 상면에는 음극 등의 식각에 따른 물질 등이 퇴적되어 오염된다. 따라서, 일정 시간의 사용 후에는 양극을 분리하여 세척하는 등의 유지 보수를 행하여야 한다.

이러한 양극의 세척 작업을 위해서는 먼저 양극의 상면을 덮는 음극을 분리하고 제1 양극부와 제2 양극부 사이의 결합을 해제하고 제1 양극부를 분리하여 세척한 후에 다시 제2 양극부에 결합한다.

제2 양극부에는 냉각 채널이 형성되어 있고 냉각 채널에는 냉매의 유출구와 유입구가 배치되므로 양극의 세척을 위한 작업에서 제1 양극부만 분리하므로, 냉매의 순환을 위한 구성을 분리하는 일이 없이 제1 양극부만 분리하여 세척할 수 있다.

이 발명의 부가적 특징으로서, 이 발명의 이온빔 발생 장치에서,

제1 양극부와 제2 양극부가 서로 대면하는 표면에 서로 상보하는 홈과 돌기가 형성되고 제1 양극부와 제2 양극부는 홈과 돌기의 결합에 의해 서로에 대해 위치 정합되는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따라, 제1 양극부와 제2 양극부를 서로 결합할 때에 정확한 위치 맞춤을 위한 작업이 없이, 단지 제1 양극부와 제2 양극부의 홈과 돌기를 결합하는 것으로 위치 정합이 이루어진다.

이 발명의 부가의 특징으로서, 이 발명의 이온빔 발생 장치는,

제2 양극부에는 제1 양극부와 마주하는 표면으로부터 하부로 연장되는 홈이 길이 방향을 따라 형성되고, 냉각 채널은 홈에 배치되는 제1 튜브로 이루어지며, 제1 양극부에는 홈에 삽입되는 골기가 마련되어 홈을 폐쇄하고, 돌기와 홈의 결합에 의해 제1 양극부와 제2 양극부의 위치 정합이 이루어지는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 부가의 특징에 따르면, 제2 양극부의 상면에 홈을 가공하여, 이 홈이 냉각 채널이 되는 제1 튜브가 배치되는 공간이 됨과 동시에 제1 양극부의 돌기와 맞물리는 요소가 되므로, 냉각 채널의 구성과 제1 양극부의 정합을 위한 구성이 하나의 요소에 의해 달성된다.

또한, 제1 양극부와 제2 양극부를 분리함으로써 제2 양극부에 냉각 채널을 배치하기 위한 공간, 즉 홈을 형성하는 작업이, 단지 제2 양극부의 상면으로부터 하측으로 홈을 가공하는 작업으로 이루어지므로 냉각 채널의 형성이 용이하게 된다.

이러한 구성에 있어서, 냉각 채널의 유입구 및 유출구에는 외부의 냉매 공급원에 연결되는 제2 튜브가 고정 결합되는 것으로 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 냉각 채널이 되는 제1 튜브와 냉매의 유입 및 유출구가 되는 제2 튜브가 서로 고정 결합되어 일체를 이루므로, 장치의 조립 및 분해 시에 제2 튜브를 별도로 고정하거나 분리하는 일이 없이 제1 튜브와 함께 조립 및 분해할 수 있고, 특히 제2 튜브를 제2 양극부의 상면으로부터 삽입하거나 빼낼 수 있어서 조립 및 분해가 용이하다.

이 발명의 다른 특징으로서, 냉각 채널을 별도의 튜브로 구성하지 않고, 제2 양극부를 길이 방향으로 관통하여 형성되는 관통홀로 냉각 채널을 형성할 수 있다.

이러한 구성에서는 별도의 튜브를 사용하지 않고 냉각 채널을 형성하므로 장치의 구성이 간단하게 된다.

또한, 이러한 구성에서도 냉각 채널의 유입구 및 유출구에는 외부의 냉매 공급원에 연결되는 제2 튜브가 고정 결합되는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 제2 양극부에 제2 튜브가 고정 결합되므로, 제2 튜브를 제2 양극부와 함께 케이싱에 조립하거나 함께 분해할 수 있으므로 제2 튜브의 분해 조립이 매우 용이하게 된다.

도 1과 도 2는 이 발명이 적용되는 통상적인 구성의 이온빔 발생 장치의 사시도와 분해 사시도로서, 케이싱과 음극 및 양극만을 간략히 도시한 것이다.
도 3과 도 4는 이 발명의 제1 실시예의 이온빔 발생 장치를 도 1의 선 A-A 및 선 B-B에 따라 절단한 종단면도이다.
도 5와 도 6은 이 발명의 제2 실시예의 이온빔 발생 장치를 도 1의 선 A-A 및 선 B-B에 따라 절단한 종단면도이다.

이하, 이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 이 발명에 따른 실시예들의 이온빔 발생 장치의 구성과 작용을 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온빔 발생 장치의 전체적인 구성과 작용을 설명한다.

이온 빔 소스(100)는 대별하여 케이싱(10), 음극(21, 22) 및 양극(30)으로 구성되어 있다.

케이싱(10)는 내부 공간(11)을 가지며 상면이 개방된 대략 직육면체 형상을 갖는다. 내부 공간(11)은 케이싱(10)의 연장 방향을 따라 연장되어 전체적으로 직선부와 곡선부를 갖는 링 형태를 갖는다.

케이싱(10)은 측벽(12)과 내부 공간(11)의 중심에 놓이는 중앙벽(13) 및 저면에 놓이는 저면벽(14)이 마련되고, 저면벽(14)의 하측에 볼트들(151)에 의해 지지 패널(15)이 결합되어 구성되어 있다.

중앙벽(13)에는 가스 공급홀(131)이 형성되어 있다. 가스 공급홀(131)은 케이싱(10)의 저면벽(14)을 관통하여 형성되고, 케이싱(10)의 내부 공간(11)으로 가스를 공급한다. 가스 공급홀(131)은 케이싱(10)의 연장 방향을 따라 다수개가 일정 간격만큼 이격되도록 배치되어, 가스 공급홀들(131)을 통해 내부 공간(11)으로 가스가 균일하게 공급된다.

음극(21, 22)으로서는 서로 동심으로 배치되는 제1 음극(21) 및 제2 음극(22)이 마련되어 있는데, 제1 음극(21)은 케이싱의 측벽(12)의 상면 가장자리를 따라 구비되며, 직선 영역과 곡선 영역을 가지는 전체적으로 링 형태로 구성되어 있다. 제2 음극(22)은 양 단부가 제1 음극(21)의 곡선부 형태에 맞추어 반원 형태인 전체적으로 바(bar) 형태를 가지며, 케이싱의 중앙벽(13)의 상면에 놓여 있다. 제1 음극(21)과 제2 음극(22)은 각각 볼트(24)에 의해 케이싱(10)에 나사 결합되어 있다.

제1 음극(21)과 제2 음극(22)은 서로 일정한 간격만큼 이격되어 이들 사이에 케이싱의 내부 공간(11)으로부터 이온빔이 방사되는 개구(23)가 형성되어 있다. 개구(23)는 제1 음극(21)과 마찬가지로 곡선부와 직선부를 갖는 링 형태로 형성되어 있다.

양극(31, 32)은 케이싱(110)을 관통하여 배치되어 양극(31, 32)을 지지하는 지지 구조물인 복수 개의 양극 지지부(40)에 의해 지지되어 내부 공간(11)에 배치되어 있다. 양극(31, 32)은 케이싱(10)의 내측면 및 음극(20)의 저면과 이격되어 일정 거리를 유지하는 상태로 배치되어 있다.

양극(31, 32)은 전체적으로 직사각형 단면의 형태를 가지며 케이싱(10)의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장된 링 형태로 구성되어 있다.

양극 지지부(40)는 케이싱의 저면벽(14)을 따라 복수 개가 마련되어 있다. 이 실시예에서 양극 지지부(40)는 케이싱(110))의 저면벽(14)을 따라 배치되어 있지만, 케이싱의 측벽(12)에 마련될 수도 있다.

각각의 양극 지지부(40)는 저면벽(12)을 관통하여 배치되고 상면이 양극(110)의 저면에 마련되는 홈에 삽입되는 제1 블록(41), 제1 블록(41)을 둘러싸고 내부 공간(11)에 배치되어 하면이 저면벽(14)에 맞닿고 상면이 양극(30)에 맞닿아 배치되어 있는 제2 블록(42) 및 케이싱(10)의 외부로부터 제1 블록(41)을 관통하여 양극(30)에 나사 결합되는 볼트(43)로 구성되어 있다.

제1 및 제2 블록(41, 42)은 세라믹이나 PEEK(Poly-Ether Ether Ketone) 등의 절연 재료로 구성되어 양극(30)을 절연 상태로 케이싱(10)에 대해 지지하고 있으며, 전기 전도성의 볼트(43)를 통하여 양극(31, 32)에 전력이 공급될 수 있다.

케이싱(10)의 측벽(12)과 중앙벽(13)에는 케이싱(10)과 음극들(21, 22)을 냉각하기 위한 냉매가 유통되는 채널(112, 132)이 형성되어 있다. 또한, 양극(31, 32)에도 냉각 채널(33)이 형성되어 있다. 이 채널들에는 외부로부터 냉매가 유입되어 순환함으로써 이온빔의 발생 과정에서 인가되는 전력에 의한 온도의 상승을 방지한다.

한편, 양극(31, 32)은 음극(21, 22)의 저면과 대향하는 상면을 갖는 제1 양극부(31)와 냉각수가 유통되는 냉각 채널(33)이 마련되고 제1 양극부(31)의 하부에 배치되는 제2 양극부(32)로 이루어져 있다.

제2 양극부(32)는 사각형 단면으로 구성되고 상면의 폭방향 중심에서 하측으로 형성되는 홈(321)이 마련되어 있고, 이 홈(321)에는 냉매가 유통되는 제1 튜브(34)가 배치되어 있다.

제1 양극부(31)는 전체적으로 편평한 패널 형태로 구성되어 제2 양극부(32)의 상면을 덮는 형태로 구성되어 있고, 저면 중앙에는 제2 양극부(32)의 홈(321)으로 돌출되는 돌기(311)가 형성되어 있다.

제1 양극부의 돌기(311)가 제2 양극부의 홈(321)에 삽입되어 제1 양극부(31)와 제2 양극부(32)의 위치 정합이 이루어지고, 홈(321)을 폐쇄한다. 제1 양극부(31)의 상면으로부터 체결 볼트(312)가 삽입되어 제2 양극부(32)에 나사 결합되어 양자가 결합되어 있다.

이러한 구성에 의해 제1 양극부(31)와 제2 양극부(32)가 위치 정합되어 체결되며, 음극들(21, 22)을 케이싱(10)으로부터 분리하여 케이싱(10)의 상면이 노출되면, 체결 볼트(312)를 푸는 간단한 동작에 의해 제1 양극부(31)를 제2 양극부(32)로부터 분리하고 이온빔 발생 장치로부터 분리해내어 세척 작업 등을 할 수 있다.

또한, 냉각 채널로서의 제1 튜브(34)가 배치되는 홈(321)이 제2 양극부(32)의 상면으로부터 하측으로 형성되므로 홈(321)의 가공이 용이하다. 또한, 이 홈(321)에 제1 양극부의 돌기(311)가 삽입되어 정합되므로, 제1 튜브(34)가 배치되는 공간을 폐쇄하는 구성과 제1 및 제2 양극부(31, 32)의 위치 정합을 위한 구성이 동시에 구현된다.

다음으로, 도 4를 참조하여 냉각 채널로서의 제1 튜브(34)에 외부로부터 냉매가 유입 및 유출되는 구성에 대해 설명한다.

제1 튜브(35)는 제2 양극부(32) 내의 길이 방향 일측 단부에서 타측 단부로 연장되는 2개가 병렬로 배치되어 있고, 각각의 제1 튜브(35)의 양 단부가 배치되는 위치에는 제2 양극부(32)의 홈(321)에 하측을 향하여 연장되어 제2 양극부를 관통하는 관통홀(322)이 형성되어 있다.

각각의 관통홀(322)에는 냉매의 공급원(미도시)과 냉매가 유통되는 제2 튜브(35)가 삽입되어 있다. 제2 튜브(35)는 각각의 제1 튜브(34)의 양 단부에 용접되어 있어서 제1 튜브(34)와 냉매의 누설 없이 냉매가 제1 튜브(34)와 제2 튜브(35) 사이에서 유통된다.

일측의 제2 튜브(35)로는 냉매가 공급되어 제1 튜브(34)로 유입되고 타측의 제2 튜브(35)로는 냉매가 유출되어 제1 튜브(34)에서의 냉매의 순환이 이루어진다.

제2 튜브(35)는 케이싱의 저면벽(14)과 지지 패널(15)을 관통하여 하측으로 연장되고, 케이싱의 지지 구조체(50)를 관통하여 냉매 공급원(미도시)로 연장되어 있다.

이 제1 실시예에서는 제2 양극부(32)에 2개의 제1 튜브(34)를 배치하고 있지만, 제1 튜브를 제2 양극부(32) 전체에 걸쳐 놓이는 고리형으로 구성하고 양단에 각각 제2 튜브를 연결하여, 일측의 제2 튜브에서는 냉매를 공급하고 타측의 제2 튜브에서는 연결하여 일측에서 공급되는 냉매가 제2 양극부 전체를 순환한 후에 유출되도록 구성할 수도 있다.

제2 튜브(35)는 제1 튜브(34)와 마찬가지로 열전도성이 높은 금속으로 이루어지며, 케이싱(10) 및 지지 구조체(50)와의 전기 절연을 위하여 제2 튜브(35)를 둘러싸는 절연 구조물(36)이 마련되어 있다.

절연 구조물(36)은 PEEK 등의 절연 수지로 이루어지는 튜브 형태로 구성된 것이며, 제2 양극부(32)의 저면으로부터 케이싱의 저벽(14)과 지지 패널(15)을 포함한 요소들을 관통하여 배치되어 제2 튜브(35)를 다른 구조물들과 절연하여 주고 있다.

절연 구조물(36)의 하단(361)은 지지 구조체(50)에 맞닿아서 직경 방향으로 확장되는 확장되는 형태로 구성되어 있고, 하단(361)의 하측에는 절연 패드(362)가 놓여 지지 구조체(50)에 절연 구조물(36)을 지지하여 주고 있다.

제1 튜브(34)와 제2 튜브(35)는 미리 용접되어 하나의 구조물을 이룬 상태에서, 제2 양극부(32)의 홈(321)에 배치되고, 이어서 제1 양극부(31)가 제2 양극부(32)의 상면을 덮어 결합된다. 이 때, 제2 튜브(35)는 제2 양극부(32)와 케이싱(10)에 미리 설치되어 있는 절연 구조물(36)에 삽입되어 배치된다.

이상과 같이 구성되는 제1 실시예의 이온빔 발생 장치에는 양극(31, 32)에 양의 전압이 인가되고 음극(21, 22)은 접지되어 양극과 음극 사이에 전기장이 형성되고, 음극 사이에는 자기장이 형성되며, 가스 공급홀(131)을 통하여 케이싱의 내부 공간(11)에 가스가 공급되어 개구(23)로부터 이온빔이 방출된다.

다음으로, 도 5와 도 6을 참조하여 이 발명의 제2 실시예에 따른 이온빔 발생 장치의 구성을 설명한다.

이하의 설명에서는 제1 실시예와 차이나는 구성에 대해서만 설명하고, 도면에서는 동일한 구성 요소에는 동일한 번호를 부여한다.

제2 실시예 따른 이온빔 발생 장치에서 제2 양극부(32')에는 제2 양극부를 길이 방향으로 관통하는 관통홀이 냉각 채널(34')로서 마련되어 있다. 이러한 냉각 채널(34')은 드릴링 등 의해 제2 양극부(32')를 관통하는 홀을 가공하는 것이지만, 제1 실시예에서와 같이, 제2 양극부의 상면으로부터 하측으로 홈을 가공하고 제1 양극부의 돌기로 이 홈을 폐쇄하여 형성되는 홀로 이루어질 수도 있다.

냉각 채널(34')의 단부에는 제2 양극부(32')의 저면을 관통하는 관통홀(322)이 형성되고, 이 관통홀(322)의 단부가 놓이는 위치에는 외부의 냉매 공급원과 연결되는 제2 튜브(35')가 용접 등에 의해 제2 양극부(32')의 저면에 결합되어 있다.

이에 따라, 냉매는 냉각 채널(34')의 일 단부에 형성한 관통홀(322)에 결합된 제2 튜브(35')를 통하여 공급되는 냉매가 냉각 채널(34')을 따라 흐른 후에 다른 쪽 단부에 형성한 관통홀(322)f을 통하여 다른 제2 튜브(35')를 통하어 냉매 공급원으로 복귀한다.

이러한 제2 실시예의 구성에 따르면, 제2 튜브(35')는 제2 양극부(32)와 결합되어 일체로 취급되며, 조립 시에 제2 양극부(32')이 케이싱의 내부 공간(11)에 배치될 때에 케이싱(10)을 관통하여 배치되는 절연 구조물(36)에 삽입되어 외부로 연장되도록 배치된다.

이상 설명한 바의 제1 실시예와 제2 실시예의 이온빔 발생 장치의 구성에서는 양극이 서로 별개로 구성되어 서로 결합되는 제1 양극부(31)와 제2 양극부(32, 32')로 분할되어 구성되어 있다.

제1 양극부(31)는 플라즈마 환경 하에서 이온이 발생하는 위치, 즉 음극과 양극이 대면하는 방전 공간에 놓이는 상면을 포함하고, 제2 양극부(32)는 제1 양극부의 하측에 놓이며 양극을 냉각하는 냉각 채널(34, 34')이 마련되어 있다.

따라서, 이온빔 발생 장치의 작동 과정에서 각종 침식물 등에 의해 오염되는 양극의 상면을 세척하고자 할 때에, 케이싱(10)으로부터 음극(21, 22)을 분리하고 제2 양극부(32, 32')에 체결된 볼트(312)를 풀면 제1 양극부(31)만을 분리하여 세척할 수 있다.

따라서, 냉각 채녈(34, 34')이 형성된 제2 양극부(32, 32')를 분리하기 위하여 양극을 지지하는 지지 구조물(40)을 분리하고 냉매를 공급하는 제2 튜브(35)를 분리하는 일이 없이, 제1 양극부(31)만을 분리하여 세척할 수 있으므로, 양극의 유지 보수 작업이 매우 용이하게 된다.

또한, 제1 실시예에서는 제2 양극부(32)에 홈에 삽입되는 냉각 채널로서의 제1 튜브(34)에는 냉매의 유입 및 유출을 위한 제2 튜브(35)가 결합되어 있고, 제2 실시에에서는 제2 양극부(32')에 제2 튜브(35')가 결합되어 있으므로, 양극을 조립한 후에 제2 튜브를 하측으로부터 삽입하여 조립하거나 양극의 분해 전에 제2 튜브를 분해하는 등의 번거로운 작업이 생략되므로 장치의 분해 조립이 용이하게 된다.

이상, 이 발명의 실시예들의 구성과 작용을 설명하였는바, 이 발명은 이러한 실시예들의 구성에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재한 범위에서 다양한 변경과 변형, 수정 및 구성 요소의 부가가 가능하다.

10: 케이싱 21: 제1 음극
22: 제2 음극 31: 제1 양극부
32: 제2 양극부 40: 지지 구조물

Claims (6)

1. 내부 공간을 가지며 상면이 개방되고, 내부 공간으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급홀들을 갖는 케이싱, 케이싱의 상면에 배치되고, 케이싱이 내부 공간을 노출하는 개구를 갖는 음극, 및 케이싱의 내부 공간에 음극과 이격되도록 배치되며, 음극의 저면과 대향하는 상면을 갖는 양극을 포함하여 구성되고, 음극에 의해 형성되는 전기장과 양극과 음극 사이의 전기장에 의해 공급되는 가스를 이온화하여 개구로 이온빔을 방출하는 이온빔 발생 장치로서,
   양극은 음극의 저면과 대향하는 상기 상면을 갖는 제1 양극부와 냉각수가 유통되는 냉각 채널이 마련되고 제1 양극부의 하부에 배치되는 제2 양극부를 포함하며,
   제1 양극부와 제2 양극부는 서로 분해 가능하게 결합되고, 제2 양극부에는 케이싱을 관통하여 냉각 채널에 냉매가 유입되는 유입구 및 냉각 채널로부터 냉매가 유출되는 유출구가 배치되는 것인, 이온 빔 발생 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   제1 양극부와 제2 양극부가 서로 대면하는 표면에 서로 상보하는 홈과 돌기가 형성되고 제1 양극부와 제2 양극부는 홈과 돌기의 결합에 의해 서로에 대해 위치 정합되는 것인, 이온빔 발생 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   냉각 채널은 제2 양극부를 길이 방향으로 관통하여 형성되는 관통홀로 구성되는 것인, 이온빔 발생 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   제2 양극부에는 제1 양극부와 마주하는 표면으로부터 하부로 연장되는 홈이 길이 방향을 따라 형성되고, 냉각 채널은 홈에 배치되는 제1 튜브로 이루어지며, 제1 양극부에는 홈에 삽입되는 골기가 마련되어 홈을 폐쇄하고, 돌기와 홈의 결합에 의해 제1 양극부와 제2 양극부의 위치 정합이 이루어지는 것인, 이온빔 발생 장치.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   냉각 채널의 유입구 및 유출구에는 외부의 냉매 공급원에 연결되는 제2 튜브가 고정 결합되는 것인, 이온빔 발생 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
   양극에는 양의 전압이 인가되고 음극은 접지되어 양극과 음극 사이에 전기장이 형성되고, 음극은 서로 동심으로 배치되는 제1 음극과 제2 음극으로 이루어져, 제1 음극과 제2 음극 사이에 상기 개구가 마련되며, 상기 개구는 양극의 상면의 상측에 배치되는 것인, 이온빔 발생 장치.
   
   
   

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